ИСТИНА

Для успешного решения многих задач науки и техники, включая медицинские и технологические исследования, в которых размер объекта или его характеристической части определяет его свойства, необходимы чувствительные методы обнаружения, анализа и испытания как множественных, так и единичных объектов нанометрового размера. Это весьма актуально при тестировании и диагностике различных параметров новых наноматериалов (например, металлов, оксидов металлов, фуллеренов и наноалмазов, квантовых точек и др.), а также при исследовании живых систем. Во всех этих случаях необходимо одновременно определять концентрационные характеристики различных поглощающих соединений и хромофоров с учетом дисперсного состояния вещества и оценивать, часто в динамике, теплофизические характеристики этих объектов. Рис. 1. Основные фототермические эффекты, возникающие в облучаемых лазерным излучением конденсированных средах и соответствующие методы. В рамках данного проекта для решения этой задачи использована фототермическая (термооптическая) спектроскопия (рис. 1) как группа методов молекулярной абсорбционной и одновременно тепловой спектроскопии. Фототермические методы могут предоставлять информацию как о светопоглощении, так и теплофизических свойствах (температуропроводности, теплопроводности, тепловой активности) объектов. В их основе лежит превращение поглощенного излучения в тепло за счет безызлучательной релаксации возбужденных состояний. Это приводит к возникновению оптической анизотропии, т. е. в исследуемом объекте образуется индуцированный тепловым полем оптический элемент. Связь оптических характеристик этого термооптического элемента и количества вещества составляет основу применения фототермической спектроскопии в химическом анализе: измерения светопоглощения на уровне оптических плотностей до 10–8 и концентрации до 10–12 – 10–10 M в объемах 10–18 – 10–15 л и на поверхности. Исследованы чувствительность, прецизионность и возможности применения в аналитической химии основных методов фототермической спектроскопии — термолинзовой спектрометрии [1], термодефлекционной спектроскопии, фототермической рефрактометрии и термооптической микроскопии [2]. При помощи численного моделирования методом конечных элементов проведено моделирование теплопереноса в фототермической спектроскопии для наиболее значимых схем формирования сигнала в поверхностно- и объемно-поглощающих твердых телах. Исследованы особенности фототермического детектирования в потоке для различных случаев детектирования (параллельно-лучевая и скрещенно-лучевая схемы, ближняя и дальняя зона, проточная фотометрическая кювета, кювета для ВЭЖХ, кварцевый капилляр и канал микрофлюидного чипа) и метода разделения (проточно-инжекционный анализ, ВЭЖХ, капиллярный электрофорез) и предложены оптимальные параметры для каждой комбинации [2]. Разработан аппаратный комплекс для фототермических измерений. Он обладает линейным динамическим диапазоном термолинзового сигнала 0.002–3 (соответствующие оптические плотности n  10–6 – n  10–2) и временем отклика 0.1–50.0 с [1]. Предложен подход к описанию термолинзового эффекта в дисперсных системах и неравномерно поглощающих объектах, в частности в твёрдых телах с поглощающей поверхностью, растворах наночастиц и живых системах [3, 4]. Показано, что с определением целевых веществ возможно с достаточной точностью определять как температуропроводность и теплопроводность объекта в целом, так и оценивать тепловые характеристики дисперсных частиц. Первая задача важна для использовании растворов наночастиц как теплопроводящих материалов (наножидкостей). Решение второй задачи имеет значение для использования наночастиц и наноматериалов в медицинских технологиях (тераностика, лазерная терапия и др.). Этот подход применен для оценки характеристик водных дисперсий фуллеренов, наноалмазов, растворов белков (альбуминов и геминовых белков), а также для некоторых неорганических наночастиц. Благодарность. Работа выполнена при поддержке гранта РНФ 14-23-00012. Публикации по гранту [1] Loginova E.V., Zhidkova T.V., Proskurnin M.A., Zharov V.P., Phot. Sens. 2016, 6 42 (doi: 10.1007/s13320-015-0267-7) [2] Проскурнин М.А., Бендрышева С.Н., Смирнова А.П., Журн. Аналит. химии 2016 71, 451 (doi: 10.1134/S10 61934816050105) [3] Mikheev I.V., Bolotnik T.A., Volkov D.S., Korobov M.V., Proskurnin M.A. Nanosystems: physics, chemistry, mathematics, 2016, 7, 104 (doi: 10.17586/2220-8054-2016-7-1-104-110) [4] Mikheev I.V., Usoltseva L.O., Ivshukov D.A., Volkov D.S., Korobov M.V., Proskurnin M.A. J. Phys. Chem. In press.