ИСТИНА

В докладе будут кратко обсуждены некоторые современные тенденции развития методов (как элементных, так и молекулярных) оптической и ИК-спектроскопии в области аналитической химии и смежных областях. В частности, доклад включает методы ИК-спектроскопии, фототермической спектроскопии, атомно-эмиссионной спектроскопии с микроволновой плазмой и другие методы. Будут рассмотрены новые разработки в области (традиционной) молекулярной абсорбционной спектроскопии, включая спектрофотометрию в УФ-видимой области и ИК-спектроскопию в ближней ИК-области и развитие принципов микроспектроскопии и гипервидеоспектроскопии. Будут кратко охарактеризованы методы спектроскопии светорассеяния в оптической области. ИК-спектроскопия активно движется в сторону количественного анализа и существенного расширения круга исследуемых с ее помощью объектов: белков, липидов, других природных и биологически активных полимеров, для изучения живых систем. Все большее значение приобретает ИК-спектроскопия нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО-ИК). Она позволяет проводить экспресс-анализ и достаточно высокочувствительный скрининг, анализ поверхностей и водных растворов. Кроме того, намечается тенденция разработки комбинированных подходов, в которых ИК-спектроскопия используется как метод скрининга перед масс-спектрометрическим (МАЛДИ) или хромато-масс-спектрометрическим определением сложных смесей. Активно развивается онлайн ИК-мониторинг технологических объектов и онлайн-систем на положках, субстратах и т.д. при проведении различных тестов, при этом достигнута значительная точность определения. За последние 5–7 лет претерпел принципиальные изменения приборный парк ИК-спектроскопии. На сегодня наиболее характерные пределы обнаружения веществ различных классов составляют 10–3–10% масс. при относительном стандартном отклонении порядка 0.05–0.20, активно разрабатываются алгоритмы обработки данных ИК-спектроскопического определения. Увеличение чувствительности методик сочетается с освоением и внедрением в широкую практику новых вариантов и режимов ИК-измерений вкупе с разработкой специальных приемов пробоподготовки (для НПВО или бескюветных пленочных детекторов). Немаловажным фактором, существенно меняющим значимость ИК-спектроскопии в химическом анализе, является развитие ИК-микроспектроскопии для качественного и количественного анализа и картирования образцов, в том числе и со сложной матрицей. Здесь наиболее значимые результаты достигнуты в области живых систем, но в последнее время метод все активнее используется для контроля качества фармацевтических препаратов и пищевых продуктов. Фототермическая спектрометрия (ФТС) — один из наиболее чувствительных методов молекулярной абсорбционной спектроскопии, дополняющий традиционные, поскольку в спектрофотометрии и ИК-спектроскопии измеряют пропускание электромагнитного излучения, а в основе ФТС лежат безызлучательные переходы возбужденных молекул, вызванные поглощенной частью излучения, проходящего через образец. Тепловая релаксация поглощенной энергии приводит к нагреву образца и образованию неравномерного пространственного профиля показателя преломления. Сила фототермических эффектов прямо пропорциональна оптической плотности объекта и, следовательно, концентрации и коэффициенту поглощения исследуемого соединения. Увеличивая мощность облучающего луча, можно добиться такой же высокой чувствительности, как при люминесцентном анализе, но для нефлуоресцирующих молекул. Широкий спектр методов ФТС, включая микроскопические) позволяет измерять оптические плотности в жидкостях до 10–9–10–6 ед. оптической плотности (что соответствует концентрациям до 10–12 М и ниже), анализировать объемы до 10–12 л и детектировать считанное число молекул. Будут рассмотрены некоторые значимые тенденции в области сочетания методов оптической (прежде всего фототермической и люминесцентной) спектроскопии в области микрофлюидных методов аналитической химии. Одно из весьма важных направлений развития аналитической химии заключается в миниатюризации приборов и средств химического анализа в сочетании с интегрированием всех стадий анализа (пробоотбор, пробоподготовка, разделение, концентрирования, проведение аналитической реакции и измерение аналитического сигнала) в малоразмерном сверхкомпактном микрофлюидном устройстве. Такие устройства (micro-Total Analysis System, µ-TAS или Lab-on-a-Chip) находят использование при решении разнообразных задач аналитической химии, биохимии, синтетической химии и биотехнологии. Сочетание миниатюризации и их интегрирования в одном устройстве приводит к снижению объёма пробы (до 10–10 л), реагентов, растворителей и отходов (до 10–6–10–7 л) и времени анализа по сравнению с традиционными аналитическими приборами. Помимо этого, принципиальными особенностями микрофлюидных чипов являются совершенно другие условия массопереноса, теплопереноса и разделения, что позволяет разрабатывать уникальные аналитические приборы и методики. В области оптической атомной спектроскопии, метод атомно-эмиссионной спектроскопии с микроволновой плазмой (МП-АЭС) с технологией высокостабильной плазменной атомизации и получения эмиссионного сигнала (впервые представлен в 2011 году) может быть позиционирован как альтернатива пламенным методам эмиссионного (ФПА) и абсорбционного анализа (ПААС). Он представляет собой универсальный подход к многоэлементному анализу, позволяя определять элементы с той же, а зачастую и с большей чувствительностью за счет более высокой температуры плазмы (~5000К) по сравнению с пламенными методами при определении переходных и тяжелых металлов. Более низкая температура плазмы по сравнению с ИСП-АЭС в свою очередь дает увеличение чувствительности определения щелочных и щёлочно-земельных элементов. Рабочим газом в МП-АЭС является азот, делая анализ безопаснее и дешевле, чем ФПА, ПААС или ИСП-АЭС. МП-АЭС менее дорог, нежели ИСП-АЭС и технически более прост в работе. С введением его в практику химического анализа появляется возможность проводить экспрессное многоэлементное определение на уровне многих чувствительных современных методов для решения ряда задач. Будет представлена демонстрация возможностей МП-АЭС в практическом анализе. Другой новый, но уже коммерчески доступный метод, который может быть использован для экспрессного атомно-эмиссионного определения элементов, основан на разряде внутри жидкости в капилляре между образующимися жидкими электродами (плазменная атомизация разрядом). Такой источник атомизации и возбуждения для спектрального анализа работает непосредственно в потоке раствора электролита как разряд при вскипании в канале. Метод прост и реализован в весьма компактных портативных устройствах. В настоящее время этот принцип привлекает внимание при решении некоторых задач мониторинга объектов окружающей среды, а также в биомедицинской практике.