Актуальные приложения спектроскопии усиленного поверхностью комбинационного рассеяния для исследования межфазной границы и поверхностных явлений

В работе рассмотрены современные приложения спектроскопии усиленного поверхностью комбинационного рассеяния (УПКР) для исследования межфазной границы и поверхностных явлений. На примере систем с разными УПКР-активными субстратами показана возможность получения уникальной информации о процессах переориентации молекул в адсорбционных слоях, их переходе из одной формы в другую, взаимодействии с компонентами раствора. Наряду с фундаментальными закономерностями в докладе кратко рассмотрен практический аспект применения спектроскопии УПКР в качестве аналитического метода для высокочувствительного анализа фармацевтических препаратов в отсутствии сложной пробоподготовки и необходимости предварительного разделения.

Усиленное поверхностью комбинационное рассеяние (УПКР) - современный метод колебательной спектроскопии, основанный на явлении усиления сигнала комбинационного рассеяния света молекулами, адсорбированными на наноструктурированных поверхностях или наночастицах. О бурном развитии, которое претерпевает данный метод в настоящее время, свидетельствует лавинообразный рост числа публикаций по данной тематике. Согласно наукометрическому ресурсу scopus за период 2007-2009 гг. в свет вышло 1849 работ, в которых УПКР упоминается в названии, реферате или ключевых словах публикации, за период 2010-2012 гг. — 3217 работ, за период 2013-2015 гг. — 4650 работ. Сопоставимый характер показывает динамика появления патентов, относящихся к области УПКР или смежным направлениям. Метод УПКР является настолько востребованным благодаря его уникальной чувствительности, позволяющей обнаруживать даже единичные молекулы. Помимо высокой чувствительности аналитического определения УПКР является необычайно ценным для изучения физико-химических аспектов адсорбции молекул на поверхности.

В данной работе представлено исследование методом УПКР отдельных представителей азотсодержащих ароматических соединений проведенное с применением двух типов активных субстратов: наноструктурированной поверхности массивной металлической подложки и золей благородных металлов. Специфика использования субстратов первого типа заключается в возможности контролируемого изменения потенциала поверхности, особенность субстратов второго типа состоит в возможности более точного контроля и задания свойств поверхности, в частности путем использования модифицирующих добавок.

Для исследованного ряда веществ обнаружено, что характер зависимости их спектров УПКР от потенциала поверхности позволяет установить процессы, происходящие в адсорбционных слоях. Для простейших молекул плоских азагетероциклов, не имеющих заместителей, при изменении потенциала поверхности основными являются процессы переориентации адсорбата. В случае, когда исследуемые вещества имеют дополнительные конформационные возможности, наряду с процессами переориентации происходят конформационные переходы молекул адсорбата. Результаты исследований в растворах коллоидного серебра показали, что в ряде случаев возможна устойчивая иммобилизация молекул на поверхности даже в условиях протонирования атома азота.

Установленные закономерности о селективном взаимодействии азотсодержащих ароматических соединений с поверхностью серебра открывают перспективы привлечения метода УПКР для анализа подобных веществ широко используемых в практике. В частности, нами показано, что возможно применение спектроскопии УПКР в качестве аналитического метода для высокочувствительного анализа некоторых фармацевтических препаратов в отсутствии сложной пробоподготовки и необходимости предварительного хроматографического разделения.