Группа лазерной спектроскопии растворов супрамолекулярных соединений и наноструктур Группа лазерной спектроскопии растворов супрамолекулярных соединений и наноструктур очень молодая. Мы выросли в лаборатории лазерной спектроскопии водных сред. Наша история начинается с сентября 2008 г. ЛюдиТатьяна Альдефонсовна Доленко Сергей Алексеевич Буриков Кирилл Лаптинский Алексей Вервальд Эрнест Мазурин Иван Пластинин Наши выпускникиДмитрий Карпов Наши партнёрыСветлана Викторовна Пацаева Игорь Иванович Власов Игорь Георгиевич Персианцев Сергей Анатольевич Доленко Группа приглашает студентов 1-3 курсов для научной работыНас можно найти в Корпусе нелинейной оптики, к.4-12 (кафедра квантовой электроники).
Основные научные направления группыИсследование растворов супрамолекулярных соединенийСоздание новых высокоупорядоченных супрамолекулярных материалов с заданной структурой и заданными свойствами играет важную роль в процессах создания новых нанокомпозитов, пленок, мембран, в нанобиотехнологиях.. Так как основу супрамолекулярных соединений составляют амфифильные вещества (содержащие гидрофильные и гидрофобные группы), весьма актуально изучение процессов клатратообразования, самоорганизации, образования и развития мицеллярных систем в водных растворах спиртов, ПАВ, полимеров и др. В нашей группе такие исследования проводятся методами колебательной спектроскопии – спектроскопии инфракрасного (ИК) поглощения и комбинационного рассеяния (КР) света. Особое внимание уделяется изучению механизмов формирования ИК и КР спектров исследуемых растворов. Изучение свойств наночастиц и нанокомпозитов в жидких средахСтремительное развитие технологий создания микроструктур сделало актуальной задачу изучения взаимодействий в растворах наночастиц и нанокомпозитов. В нашей группе проводятся исследования молекулярных процессов и оптических свойств растворов наночастиц (в первую очередь, наноалмазов - НА) и нанокомпозитов. Коллоидные растворы НА – новый композиционный материал, представляющий интерес как с фундаментальной точки зрения, так и с практической. Благодаря развитой многофункциональной поверхности НА и возможности ее модификации этот материал чрезвычайно перспективен для широких применений в биологии и медицине – например, в качестве маркеров или носителей лекарств.
С этой точки зрения актуально изучение оптических свойств НА и поиск подходов к управлению его оптическими свойствами в растворах, в первую очередь, посредством модификации поверхностных функциональных групп НА или созданием новых нанокомпозитов на основе НА. А это, в свою очередь, невозможно без решения фундаментальных задач - исследования взаимного влияния матрицы-растворителя и наночастиц на их оптические свойства, что мы и делаем с помощью колебательной спектроскопии. Эта тематика развивается совместно с партнерами из ИОФ РАН, химиками из г.Турку, технологами из США. Методы искусственного интеллекта в оптической спектроскопииДля прецизионного анализа колебательных спектров исследуемых растворов и решения многопараметрических обратных задач колебательной спектроскопии в нашей группе используются искусственные нейронные сети и генетические алгоритмы. Применение таких мощных современных методов решения обратных задач и задач оптимизации обеспечивает нам успешное решение широкого ряда прикладных задач по диагностике и анализу водных сред. Фундаментальные проблемыВажная информация о внутри- и межмолекулярных взаимодействиях в воде содержится в ее спектроскопических характеристиках, в частности, спектре комбинационного рассеяния (КР) воды. До настоящего времени не выяснена структура воды и не существует модели колебательных процессов в системе связанных молекул воды, адекватно объясняющей механизмы формирования полос спектра КР, кроме того, существуют серьезные противоречия в представлениях о резонансных взаимодействиях колебаний молекул воды. Остается актуальной и задача о вкладе резонанса Ферми (резонанса между симметричными валентными колебаниями и обертоном деформационных колебаний) в формирование валентной полосы КР воды. Спектр КР жидкой воды достаточно сложен и состоит из набора полос разной интенсивности и ширины. Типичный его вид приведен на рисунке ниже.
Согласно представлениям многих исследователей, спектр КР жидкой воды состоит из следующих колебательных полос:
Сложность исследования спектра КР воды заключается в том, что его полосы представляют собой широкие, практически бесструктурные контуры. Такие полосы сами по себе мало информативны, поэтому исследователи прибегают к изучению поведения спектров под воздействием различных факторов, влияющих на связанность и конфигурацию молекул воды, например: изменение температуры или растворение в воде различных соединений. Для регистрации слабоинтенсивных полос КР необходимы высокочувствительные современные детекторы, поэтому экспериментальные данные о слабоинтенсивных полосах весьма противоречивы. Кроме того, до настоящего времени изучалось одновременно несколько (как правило, не больше двух) полос спектра. Понятно, что механизмы внутри- и межмолекулярных взаимодействий в воде могут быть установлены только при изучении одновременно всех полос спектра КР, так как они по-разному формируются взаимодействиями и колебательными процессами. Особое внимание в научной работе группы уделяется исследованию поведения слабоинтенсивных полос КР, обусловленных резонансными колебательными взаимодействиями молекул воды или комбинационными частотами. В частности, изучается роль резонанса Ферми в формировании валентной полосы КР воды и спектральной полосы в районе 6000~7000 см-1. Для исследования проявления в спектре КР внутри- и межмолекулярных взаимодействий, изучения механизмов формирования колебательных полос КР воды и структурных особенностей воды, в нашей группе ведутся исследования поведения низкочастотных и высокочастотных полос под воздействием различных факторов. Влияние температуры Изучается поведение колебательных полос КР различных фазовых состояния воды: льда (-50~0 °C); переохлажденной воды (-25~0 °C) и жидкой воды (0~100 °C). Помимо этого, планруется изучение спектров пара (более 100 °C). При увеличении температуры воды водородные связи ослабляются и кластеры воды переформировываются, это проявляется в поведении спектральных полос КР. Растворение соединений в воде В рамках этой работы исследуется поведение полос КР воды в растворах различных соединений. Растворы (Н2О+D2О) в различных соотношениях Растворы неорганических соединений: солей металлов, кислот, щелочей Растворы органических соединений Прикладные вопросыРезультаты исследования влияния температуры и различных примесей на валентную полосу КР воды используются для решения обратных задач КР спектроскопии — разработки дистанционных методов одновременного определения температуры, солености и концентрации неорганических и органических соединений в воде по валентной полосе КР, в том числе, и для природных водных сред. Нами разработан метод одновременного определения температуры и солености (т. е. концентрации всех неорганических солей, растворенных в морской воде) водной среды. Кроме того, нами была решена обратная трехпараметрическая задача — идентификация солей и определение их парциальных концентраций по валентной полосе КР воды в многокомпонентных растворах. При разработке методик диагностики водных сред используются современные методы решения обратных задач — искусственные нейронные сети, генетические алгоритмы, метод группового учета аргументов. Используемая аппаратура
Научные работы группы проводятся совместно с НИИЯФ МГУ, Химическим факультетом МГУ, ИОФ РАН, Университетом г.Турку (Финляндия), Международным Технологическим Центром г.Ралейха (США), Университетом г.Цинциннати (США), Университетом г.Коти (Япония). Избранные публикации1 Т.А.Доленко, С.А.Буриков, С.В.Пацаева, В.И.Южаков. Проявление водородных связей водно-этанольных растворов в спектрах комбинационного рассеяния света. Квантовая электроника, 2011, т.41, №3, с.267-272.Электронная версия на английском языке (250 кБ) 2 S. Burikov, T. Dolenko, S. Patsaeva, Yu.Starokurov, and V. Yuzhakov. Raman and IR spectroscopy research on Hydrogen bonding in water-ethanol systems. Molecular Physics, 2010, No.18, pp.2427-2436.Электронная версия (300 кБ) 3 Naiping Hu, Dan Wu, Kelly Cross, Sergey Burikov, Tatiana Dolenko, Svetlana Patsaeva, and Dale W. Schaefer. Structurability: A Collective Measure of the Structural Differences in Vodkas. J. of Agricultural and Food Chemistry, 2010, V.58, pp.7394-7401. Электронная версия (3,7 МБ) 4 S.A.Burikov, S.A.Dolenko, T.A.Dolenko, I.G.Persiantsev. Application of Artificial Neural Networks to Solve Problems of Identification and Determination of Concentration of Salts in Multi-Component Water Solutions by Raman Spectra. Optical Memory and Neural Networks (Information Optics), 2010, v.19, No 2, pp.140-148. Электронная версия (200 кБ) 5 С.А.Буриков, Т.А.Доленко, Д.М.Карпов. Вклад резонанса Ферми в формирование валентной полосы спектра комбинационного рассеяния воды. Оптика и спектроскопия, 2010, т.109, №2, с.306-312. Электронная версия (250 кБ) (Optics and Spectroscopy, 2010, v.109, No 2, pp.272-278.) 6 S.Burikov, S.Dolenko, T,Dolenko, S.Patsaeva, V.Yuzhakov. Decomposition of water Raman stretching band with a combination of optimization methods. Molecular Physics, 2010, V.108, No.6, pp.739-747. Электронная версия (520 кБ) 7 С.А.Буриков, С.А.Доленко, Т.А.Доленко, И.Г.Персианцев. Применение адаптивных нейросетевых алгоритмов для решения задач идентификации и определения концентраций солей в многокомпонентном водном растворе по спектрам комбинационного рассеяния света. Нейрокомпьютеры: разработка, применение, 2010, №3, с.55-69. Электронная версия (24 МБ (!)) 8 С.А.Буриков, Т.А.Доленко, С.В.Пацаева, В.И.Южаков. Лазерный анализатор жидкостей с комплексным программным обеспечением. Вода: химия и экология, 2010, №1, с.31-37. Электронная версия (2,1 МБ) 9 С.А.Буриков, Т.А.Доленко, С.В.Пацаева, В.И.Южаков. Диагностика водно-этанольных растворов методом спектроскопии комбинационного рассеяния света. Оптика атмосферы и океана, 2009, №11, с.1082-1088. Электронная версия (2,4 МБ) 10 S. Burikov, T. Dolenko, V. Fadeev. The Role of Fermi Resonance in formation of valence band of water Raman scattering. Research Letters in Optics, v. 2008, ID 204828, 4 pages, DOI 10.1155/2008/204828. Электронная версия (664 кБ) 11 S. Burikov, T. Dolenko, V. Fadeev, I. Vlasov. Revelation of ions hydration in Raman scattering spectral bands of water. Laser Physics, 2007, v. 17, № 9, pp. 1~7. Электронная версия (109 кБ) 12 S. Burikov, T. Dolenko, V. Fadeev. Identification of inorganic salts and determination of their concentrations in water solutions from the Raman valence band using artificial neural networks. Pattern Recognition and Image Analysis, 2007, v. 17, № 4, pp. 554~559. Электронная версия (294 кБ) 13 S. Burikov, T. Dolenko, V. Fadeev, A. Sugonyaev. New opportunities in the determination of Inorganic compounds in water by the method of laser raman spectroscopy. Laser Physics, 2005, v.15, № 8, pp. 1~5. Электронная версия (85 кБ) 14 С. А. Буриков, Т. А. Доленко, П. А. Великотный, А. В. Сугоняев, В. В. Фадеев. Проявление гидратации ионов неорганических солей в форме валентной полосы комбинационного рассеяния молекул воды. Оптика и спектроскопия, 2005, т. 98, № 2, с. 275~279. {S. Burikov, T. Dolenko, P. Velikotnyi, A. Sugonyaev, V. Fadeev. The effect of hydration of ions of inorganic salts on the shape of the Raman stretching band of water. Optics and Spectroscopy, 2005, v. 98, № 2, pp. 235~239.} 15 T. Dolenko, I. Churina, V. Fadeev, S. Glushkov. Valence band of liquid water Raman scattering: some peculiarities and applications in the diagnostics of water media. J. of Raman Spectroscopy, 2000, v. 31, № 8~9, pp. 863~870. Электронная версия (2,5 МБ) Участие в конференцияхI Международный семинар EARSeL “Remote sensing of the coastal zone”, 5~7 июня 2003 года, Гент, Бельгия II XII Международная конференция по распознаванию образов и анализу изображений «Новые информационные технологии», 18~23 октября 2004 года, Санкт-Петербург, Россия III Международная конференция по спектроскопии IRE10, 4~5 апреля 2005 года, Дублин, Ирландия IV III Международная конференция “Current Problems in Optics of Natural Waters” (ONW), 12~16 сентября 2005 года, Санкт-Петербург, Россия V XX Международная конференция по рамановской спектроскопии, 20~25 августа 2006 года, Йокогама, Япония VI Междунароодная конференция по лазерным приложениям и технологиям LAT 2007, 28 мая ~ 1 июня 2007 года, Минск, Беларусь VII XXI Международная конференция по рамановской спектроскопии ICORS’08, 17~22 августа 2008 года, Лондон, Великобритания VIII IV Международный семинар EARSeL "Remote Sensing of the Coastal Zone: Coasts and Climate Conflicts", 18~20 июня 2009 года, Чаниа, Крит, Греция IX 21-я Международная конференция по молекулярной спектроскопии высокого разрешения, 31 августа ~ 4 сентября 2009 года, Кастелламарри ди Стабиа, Италия. Фоторепортаж X IX Международная конференция "Атомные и молекулярные импульсные лазеры", 14~18 сентября 2009 года, Томск, Россия XI Международная конференция "Фотоника молекулярных наноструктур", 16~19 сентября 2009 года, Оренбург, Россия XII Международный симпозиум Horiba-ISSP International Symposium (ISSP-11) “Hydrogen and water in condensed matter physics”, 12~16 октября 2009 года, Чиба, Япония. Extended Abstracts, pp.40-41. Электронная версия (4,3 МБ) XIII Молодёжный форум "Фундаментальные и прикладные аспекты инновационных проектов физического факультета МГУ", 18 ноября 2009 года, Москва. Презентация к докладу (555 кБ) Диплом III степени (110 кБ) XIV XII Всероссийская научно-техническая конференция "Нейроинформатика-2010", 25-29 января 2010 года, Москва. Публикация в трудах конференции (2,6 МБ) XV XII Международная конференция по применению лазеров в науках о жизни (12th International Conference on Laser Applications in Life Sciences, LALS-2010), 9-11 июня 2010 г., Оулу, Финляндия. Фоторепортаж XVI X Международная конференция "Распознавание образов и анализ изображений: новые информационные технологии" (10th International Conference on Pattern Recognition and Image Analysis: New Information Technologies, PRIA-2010), 5-12 декабря 2010 г., Санкт-Петербург. XVII V Международное рабочее совещание по дистанционному зондированию прибрежных зон в рамках 31-го симпозиума Европейской Ассоциации лабораторий по дистанционному зондированию (5th EARSeL Workshop on Remote Sensing of the Coastal Zone), 1–3 июня 2011 г., Прага, Чехия. Фотоматериалы XVIII X Международная конференция "Атомные и молекулярные импульсные лазеры". 12-16 сенятбря 2011 г., Томск. XIX X Всероссийская научная конференция "Нейрокомпьютеры и их применение (НКП-2012)". 20 марта 2012 г., Москва. Государственные свидетельстваСвидетельство о государственной регистрации базы данных № 2008620382. Электронная версия (122 кБ) Гранты
События
|
