Лазерная спектроскопия модифицированных молекулярных объектов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

На правах рукописи

Козлова Галина Владимировна

ЛАЗЕРНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ МОДИФИЦИРОВАННЫХ МОЛЕКУЛЯРНЫХ

ОБЪЕКТОВ

Специальность: 01.04.05- «Оптика»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Ульяновск - 2005

Работа выполнена на кафедре физики Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московский Государственный университет прикладной биотехнологии

Научный руководитель: Научный консультант: Официальные оппоненты:

д. ф.-м. н., профессор Горелик Владимир Семенович

д. ф.-м. н., профессор Показеев Константин Васильевич

д. ф.-м. н., профессор Фадеев Виктор Владимирович;

д. ф.-м. н., доцент Миков Сергей Николаевич

Ведущая организация - Московский Физико-Технический институт.

Защита состоится «25» ноября 2005 г. в 12ч. 30 мин. на заседании диссертационного совета ДМ 212.278.01 при Ульяновском государственном университете по адресу: Университетская Набережная, 1 ауд.703.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ульяновского государственного университета.

Автореферат разослан «_» _2005г.

Отзывы на автореферат просим присылать по адресу:

432970, г. Ульяновск, ул. Л. Толстого, д. 42, УлГУ, Управление научных

исследований.

Ученый секретарь Л) .--^ ..

диссертационного совета, { /} J) ¿/^

к. ф.-м. н., доцент Сабитов О.Ю.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Нативные биологические объекты, включая растения, микроорганизмы, пищевые продукты, характеризуются определенной молекулярной структурой В результате естественных и искусственных возмущений может произойти модификация структуры нативного молекулярного объекта.

Изменение молекулярной структуры молекулярных объектов в результате процессов модификации приводит к изменению положений атомов и, соответственно, к изменению электронного и колебательного спектров Практика требует внедрения методов анализа и, в частности, экспресс-контроля состояния молекулярных структур, входящих в состав фармацевтических препаратов, биологических объектов, пищевых продуктов и живых систем

Развитие лазерной и вычислительной техники привело к качественно новому этапу в развитии традиционных методов спектроскопии, которые уже достаточно давно используются для анализа молекулярных объектов Современная лазерная спектроскопия в совокупности с ЭВМ позволяет анализировать широкий спектр модификаций молекулярных структур в режиме реального времени, происходящих под влиянием различного рода возмущений, нагревания, химического воздействия, дейтерирования, изменения состояния хиральности.

Данная работа посвящена выявлению возможностей методов лазерной спектроскопии для анализа процессов модификации молекулярных объектов, что является актуальным для успешного развития названных выше областей науки и техники

Постановка задачи.

В настоящей работе ставится задача установления закономерностей в спектрах молекулярных объектов при естественных и искусственных возмущениях на основе использования лазерной спектроскопии комбинационного рассеяния (КР) и флуоресцентной (ФЛ) спектроскопии В частности, ставится задача установления закономерностей в изменении спектров КР карбоновых (жирных) насыщенных кислот при увеличении длины молекулярной цепочки, исследования кинетики спектров ФЛ протеиносодержащих объектов при использовании задержки в системе регистрации, разработки методов контроля присутствия в молекулярных объектах токсических и биологически-активных примесей.

Научная новизна

1 Впервые показано, что в зависимости от типа молекулы карбоновых кислот происходят существенные изменения в спектрах КР в области частот решеточных колебат«.рос НАЦМ0НАЛЬНАЯ |

БИБЛМ6ТЕКА } 3 С Петер О»

■«IV « ы\п в

2 Впервые получены и исследованы спектры ФЛ животных и растительных масел, а также водных растворов аминокислот

3 Впервые показано, что при переходе от естественных форм соевой муки к генетически модифицированным (ГМ) формам в спектрах ФЛ обнаруживается сдвиг положения максимума интенсивности в длинноволновую область спектра.

4 Разработанная методика позволяет проводить идентификацию микроорганизмов и устанавливать условия их перехода в новые формы.

Достоверность.

Достоверность результатов диссертационной работы обеспечивается совершенной методикой эксперимента, согласием экспериментальных данных с теоретическими расчетами, согласием экспериментальных результатов автора с данными работ других исследователей в областях пересечения исследуемых диапазонов.

Практическая значимость работы.

1 Разработан метод анализа фазовых состояний молекулярных объектов, основанный на регистрации спектров импульсного вторичного излучения, возникающего в конденсированных средах при облучении лазерными источниками света. Ультрафиолетовое излучение лазера позволило эффективно возбуждать ФЛ и резонансное КР от исследуемых проб.

2 Предложена методика анализа молекулярных объектов и контроля присутствия в исследуемых пробах токсических веществ и биологически-активных примесей на основе использования методов лазерной спектроскопии.

3 Разработанный метод позволяет в режиме реального времени изучать воздействие видимого и ближнего ультрафиолетового излучения на молекулярные объекты различной модификации, устанавливать характеристики проб сырья и продуктов растительного и животного происхождения

4. В результате выполненных исследований установлена возможность анализа молекулярного состава, фазового состояния и типа конформации насыщенных жирных кислот Проведены исследования спектров токсических и биологически-активных веществ.

5 Разработанная методика может быть использована для осуществления экспресс-анализа присутствия в пищевых продуктах токсических компонентов с концентрацией до 1 нг/л, наличие биологически-активных примесей и трансгенных (ТГ) составляющих пищевой продукции, фторорганических соединений и других контаминантов в ничтожно малых концентрациях

Основные научные положения, выносимые на защиту

1 Частоты акустических колебаний цепных молекул насыщенных карбоновых кислот уменьшаются с ростом числа п атомов углерода в молекуле СПН2П02 Эта зависимость объяснена на основе модели двухатомной кристаллической цепочки конечной длины

2 Максимумы интенсивности ФЛ ГМ соевой муки сдвигаются в длинноволновую область спектра по сравнению с максимумами ФЛ натуральных образцов соевой муки.

3 Спектры КР сливочного масла изменяются при добавлении в него токсической добавки твердотельных частиц стильбена обнаруживаются характерные для стильбена резкие максимумы колебаний в области 1000-2000 см"1

4 Кристаллическая форма L-триптофана остается устойчивой в температурном интервале 25-200 °С, что подтверждается слабыми изменениями в решеточной области спектра КР триптофана

5 Воздействие возмущающих факторов на микроорганизмы и протеиносодержащие объекты приводит к смещению максимума ФЛ этих объектов в длинноволновую область и изменению формы спектров ФЛ

Апробация работы.

Работа выполнялась в рамках программы Минобрнауки «Живые системы»: 2000 - 2003 г.г. - проект "Разработка методов экспресс-контроля качества сырья и продуктов животного происхождения на содержание токсичных веществ и микроорганизмов на основе лазерного спектрального анализа", 2003 - 2004 г.г. - проект "Разработка методов и аппаратурного комплекса для исследования генетически модифицированных биологических структур и пищевых продуктов на основе комбинационного рассеяния и люминесценции"; 2001 г - проект Минпромнауки «Разработка технологии биологически безопасных продуктов питания, направленных на коррекцию пищевого статуса населения»

Основные результаты работы докладывались на следующих семинарах и конференциях.

Всероссийских конференциях «Физические проблемы экологии (экологическая физика)», M , МГУ, физический факультет, 2001, 2004 гг., международных конференциях "Нища, экология, человек", M , 2001, 2003 гг.,

International Congress "Biotechnology-state of art & prospects of development" Moscow, 2002, 2003 it ,

Всероссийских конференциях «Необратимые процессы в природе и технике», М., МГТУ им. Баумана, 2003,2005 гг.,

Научно-практической конференции «Актуальные направления развития эколо1 тески безопасных технологий производства, хранения и переработки сельскохозяйственной продукции», Воронеж, 22-24 апреля 2003 г , Научно-практических конференциях «Технологии живых систем», М , МГУПБ, 2001, 2002, 2003, 2004 гг,

Научной конференции «Медико-1 енетическая оценка пищевых продуктов», Москва, 24-26 мая 2003 г.

На семинарах кафедры физики МГУПБ в 2002-2005 гг Личный вклад.

В процессе выполнения диссертационной работы автор принимал непосредственное участие в постановке задачи исследования, выборе методов ее решения, разработке методики экспериментальных исследований, в проведении экспериментов, обработке и анализе результатов исследований

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 7 статей, их них 2 - в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ, 14 работ, опубликованных в сборниках трудов конференций и конгрессов, монография (157 с )

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и библиографии, включающей 88 наименований Общий объем работы - 151 страница

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследования, сформулированы его цели и задачи, дана оценка новизны и практической значимости результатов работы, изложена краткая характеристика диссертационной работы.

В первой главе проведен анализ отечественной и зарубежной литературы по применению методов лазерной спектроскопии для исследования сложных молекулярных объектов, в медицине, в экологическом мониторинге, для анализа качества и безопасности пищевой продукции

Исследование молекулярных объектов, полученных в различных условиях в виде определенных модификаций представляет значительный научный и практический интерес

Модификации молекулярных объектов различаются по следующим свойствам 1)состояние хиральности, 2) агрегатное состояние, 3) концентрация компонентов в гетерогенных средах, 4) дейтерирование, 5) фторирование, 6) изменение конформационного состояния молекулы, 7)

генетическая модификация молекулы ДНК

Изменение молекулярной структуры биологических объектов в результате процессов модификации приводит к изменению положений атомов и, соответственно, к изменению электронного и колебательного спектров. Глава завершается постановкой целей исследования.

Во второй главе дано описание назначения, принципа действия и основных характеристик экспериментальной установки

Установка предназначена для изучения молекулярных объектов, установления составляющих компонентов гетерогенной смеси, выявления в исследуемых объектах токсических веществ

Принцип действия установки основан на регистрации спектров вторичного излучения (ФЛ и КР) молекулярных объектов

Отличительной чертой установки является использование для возбуждения спектров вторичного излучения молекулярных объектов импульсно-периодического лазера на парах меди с нелинейно-оптическим преобразователем света По сравнению с использовавшимся ранее в аналогичных приборах способе возбуждения вторичного излучения, основанном на применении непрерывных лазерных источников света видимого диапазона, предложенный способ возбуждения вторичного излучения с помощью импульсно-периодического лазера на парах меди имеет существенные преимущества по порогу чувствительности анализа и по диапазону доступных для анализа веществ Импульсный режим работы обеспечивает возможность разделения ФЛ и КР излучения. В этом заключается главное преимущество прибора по сравнению с приборами, работающими на основе непрерывного режима работы лазеров Кроме того, данный прибор может обеспечить возможность проведения экспресс-анализа пищевой продукции. Последнее преимущество является существенным для широкого практического использования.

Качественный анализ ароматических соединений в молекулярных объектах и пробах пищевых продуктов осуществляется на основе сравнения параметров наблюдаемых спектров вторичного излучения пробы со спектрами резонансной ФЛ и КР эталонных ароматических и токсических веществ. Резонансный характер наблюдаемой ФЛ в пробах, содержащих ароматические соединения, обусловлен тем, что длины волн возбуждающего излучения близки к краю полосы поглощения ароматических колец, входящих в состав таких соединений

Количественный анализ ароматических соединений и токсических веществ, содержащихся в пробах, осуществляется путем построения 1радуировочных графиков зависимости интенсивности и формы спектров резонансной ФЛ от концентрации эталонных веществ.

Подготовка проб для анализа состоит во введении исследуемого вещества в специальную кювету, представляющую собой замкнутый

сосуд объемом 1 мл, с притертой крышкой и оптическими окнами или плоскопараллельную металлическую кювету

Анализ осуществляется в полуавтоматическом режиме, с использованием алгоритмов программного обеспечения Сигнал вторичного излучения поступал на компьютер из системы регистрации для его запоминания и выведения на печатающее устройство Используемое программное обеспечение позволяло ввести начальные условия, получить спектры вторичного излучения в цифровом и графическом виде в заданном диапазоне длин волн

Экспериментальная установка включает в себя совокупность блоков, объединенных в едином комплексе малогабаритный импульсно-периодический лазер на парах меди с активным элементом «Кулон» и воздушным охлаждением, нелинейно-оптический кристалл ВаВ204, преобразующий видимое излучение лазера в ультрафиолетовое, набор специальным образом подобранных кювет для испытываемых проб, автоматизированный спектрометр МСД-2; фотоумножитель; систему стробирования; компьютер, управляющий шаговым двигателем дифракционной решетки монохроматора МСД-2 и запоминающий информацию; несущий оптико-механический модуль с микрометрическими координатниками и необходимыми оптическими элементами (линзами, зеркалами, светофильтрами, диафрагмами)

Идентификация анализируемого образца производилась сопоставлением полученного спектра с эталонным При этом использовался ряд характерных признаков, выделяющихся в спектре вторичного излучения В качестве таких признаков были использованы следующие 1) длина волны, соответствующая положению максимума интенсивности в спектре вторичного излучения, 2) форма контура в наблюдаемом спектре вторичного излучения; 3) полуширина основной полосы в спектре вторичного излучения; 4) положение крутых подъёмов в спектре вторичного излучения Разработанная установка позволяла разделять быстропротекающие процессы от процессов вторичного излучения, задержанных во времени

В третьей главе приводятся результаты исследования спектров КР карбоновых кислот, исследуется влияние ароматических примесей и добавок растительного происхождения на спектры КР сливочного масла, анализируются результаты спектров ФЛ растительных масел Анализируется колебательный спектр насыщенных карбоновых кислот в диапазоне 10-3000 см"1 с разрешением 1 см"1 Наблюдаемый спектр можно подразделить на три области, 1) диапазон валентных колебаний (2700-3000 см'1), 2) диапазон скелетных и деформационных колебаний СНггруппы (800-1800 см"1), 3) диапазон торсионных и акустических колебаний

На рис 1 приведены спектры КР ряда карбоновых насыщенных кислот во всем исследуемом частотном диапазоне Спектры КР в низкочастотной и высокочастотной областях приведены на рис 2 и 3, соответственно

I, а и

40000

20000-

С10Н20О2

-«■И ------'Л/У.

СаНцО^ Ц

С5Н10О2__) , ^ ,

С4Н8О2 . Л

1000

20СЮ

3000 V , спг'

Рис.1 Общий вид спектров КР соединений СЛ2пОг при п = 4, 5, 8, 10, 11, 13, 15, 18

I, а и

60000

40000

20000

Рис.2. Низкочастотная область спектров КР соединений С„Н2П02 при п 4, 5, 8, 10, 11, 13, 15, 18; стрелка указывает положение акустической моды.

I, агЬ и

Рис 3 Спектры КР насыщенных карбоновых кислот в высокочастотной области 1- С10И20О2, 2- СиН2202, 3 - С13Н2602, 4 - СцН30О2, 5- СцН3602

Спектры КР карбоновых кислот в области деформационных и валентных колебаний приведены на рис 4 и 5 , соответственно

-1-■--1-■-Г-'-1-1-1-'-1---1-'-Г

600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800

Рис 4 Спектр КР масляной кислоты С4Н802 в области деформационных колебаний

I, art) u

v, cm

Рис.5. Спектр КР масляной кислоты C^Hs02 (кривая I), валериановой кислоты C;Hw02 (кривая 2) и каприловой кислоты CxHi6()2 (кривая 3) в области валентных колебаний

В результате проведенных исследований измерены частоты продольных акустических колебаний (LAM) молекул насыщенных карбоновых кислот CnH2nOi различной длины Установлено, что частоты LAM монотонно уменьшаются с ростом числа п Соответствующая зависимость носит нелинейный характер Сравнительные характеристики спектров КР исследуемых карбоновых кислот приведены в таблицах 1 и 2

Из приведенных таблиц видно, что частоты внутримолекулярных колебаний зависят от длины молекулы CnH2n02, но эта зависимость менее^ 'Анализ спектров КР насыщенных карбоновых кислот показывает, что в случае жидкой фазы (кислоты С4Н802, С^НюОг и C8Hi602) LAM проявляется в спектрах в виде довольно интенсивного пика с малой шириной линии КР При переходе к твердой фазе (кислоты от С10Н20О2 до С^НзьОг) LAM приобретает релаксационный характер и в спектре КР в этой области присутствует крыло со слабо выраженными максимумами выразительна, чем для акустических мод N—^-----

Для объяснения наблюдаемых сдвигов частот LAM и LOM использовалась модель двухатомной кристаллической цепочки конечной длины L - Na Здесь а - период цепочки, а N - число ячеек в рассматриваемой цепочке При этом роль двух неэквидистантных атомов в элементарной ячейке выполняют две группы СНг, противоположным образом ориентированные в пространстве

Таблица 1 Сравнительные характеристики спектров КР карбоновых кисчот, находящихся в жидком состоянии при комнатной температуре (цифры соответствуют частотам в см'1).

Тип колебания с4н*о2 С5Н10О2 с8н16о2

LAM-мода 359,2 304,7 266,0

Оптическое 862,7 827,3 1000,6

скелетное Bis 883,7 912,6 1029,6

1041,7 1019,1 1061,1

1078,2 1061,5 1076,7

Оптическое 1102,4 1107,2 1116,3

скелетное Д, 1211,4 1201,6

Крутильное 1296,9 1298,3 1304,0

Деформационное 1415,7 1413,7 1414,7

ножничное 1450,5 1447,3 1439,7

1457,1

2741,9 2734,5 2727,7

Валентное 2877,1 2871,8 2852,2

симметричное 2870,4

Валентное 2912,8 2914,3 2909,5

асимметричное 2940,3 2939,8 2935,3

2970,6 2964,6 2962,5

С учетом взаимодействия лишь ближайших соседей уравнения движения частиц цепочки принимают вид:

где и(1,1) - отклонение частиц с номером / (/ = 1, 2, ...) от положения равновесия;/- упругий коэффициент.

Подстановка в уравнение движения (I) решения в виде плоских

монохроматических волн "О = иое'<в° приводит к закону дисперсии для оптических и акустических ветвей соответственно'

_2 2/ 2/ ка

Сг„, = —+ —СОЯ-

т т 2 (2)

csl^-L-U.

ка

совет 2 (3)

Здесь X - волновое число Для цепочки длиной Ь = № в случае волны аккордеонного типа минимально возможное значение волнового

числа

Таблица 2 Сравнительные характеристики спектров КР карболовых кислот, находящихся в твердом состоянии при комнатной температуре (цифры соответствуют частотам в см'1).

1'

i

t

Тип колебания С10Н20О2 СиП2202 С13Н26О2 С15II30O2 С]8Нзб02

LAM-мода 235,4 187,0 172,0 154,0

Оптическое 1051,1 1055,0 1060,4 1061,4

скелетное Big 1063,2

1079,3 1082,2

1063,7 1087,3 1089,1 1093,6

Оптическое 1123,1 1132,1 1125,9 1129,1

скелетное Ае

Деформационное 1172,6 1171,1 1172,8

маятниковое

Крутильное 1297,6 1297,8 1295,6 1294,8 1296,1

Веерное 1321,9 1331,0 1321,8 1367,8

Деформационное ножничное 1409,8 1432,0 1407,7 1435,1 1440,8 1408,1 1416,4 1418,7

1456,1 1454,8 1452,2 1464,5 1482,2 1436,7 1456,4 1467,6 1437,7 1460,9

2586,8

2612,1 2612,6 2612,1

2724,4 2723,4 2718,5 2719,8 2724,5

Валентное 2844,0 2847,4 2841,7 2846,3 2846,6

симметричное 2857,7 2870,6 2858,1

2880,4 2878,5 2878,8 2877,4 2878,8

2890,2

Валентное 2910,5 2907,8 2907,5 2912,2 2904,3

асимметричное 2935,0 2933,9 2935,5 2961,4 2957,2 2963,4

В спектре КР следует ожидать проявления спутников с волновыми

V- —

числами 2жс (с = 3108 м/с):

2 2 . л % 2 2 К

Я2 = —а2 V =

При этом введены обозначения 4т и ° п2а2с2

ка

В результате имеем' I. = Ыа = - —- (4)

2 агсз1п( —)

В таблице 3 приведены измеренные значения частот LAM и LOM в спектре КР и теоретические значения частот v^ и vopt.

Таблица 3. Экспериментальные и теоретические значения частот

Уде и vopt.

Тип молекулы vac, cm"' (эксп) vac, cm"1 (теор.) vopt, см" '(эксп.) Vopt, см"1 (теор.)

с4н8о2 480,0 420,0 1041,7 982,4

С5Н10О2 361,3 335,9 1051,5 1014,2

с«н,б02 266,0 210,0 1061,1 1047,0

С10Н20О2 - 168,0 1063,7 1055,1

с, 1Н22О2 - 152,7 1064,2 1057,4

С13Н2602 - 129,2 1065,0 1060,6

С15Н30О2 - 112,0 1068,4 1062,5

С18Н3602 - 93,3 1068,4 1064,3

Как видно из таблицы 3, согласие теории с экспериментом становится удовлетворительным лишь для достаточно длинных молекул С„Н2ПС>2 (n » 1). Расхождение теории с экспериментом обусловлено приближенным характером используемой модели двухатомной цепочки для описания колебательного спектра зигзагообразной молекулы, а также свидетельствует о сильном влиянии боковых окончаний молекулы (гидрофильной и гидрофобной групп) на колебания "скелетного" типа в случае коротких молекул.

Наблюдаемый релаксационный характер LAM для длинных (п > 10) молекул насыщенных карбоновых кислот обусловлен проявлением межмолекулярного взаимодействия в твердой фазе

В качестве примера, демонстрирующего возможности разработанного метода, был проведен анализ спектров растительных масел.

Для исследования влияния ароматических примесей и добавок растительного происхождения на спектр КР сливочного масла в качестве модельной токсической ароматической добавки, присутствующей в сливочном масле, использовались твердотельные частицы стильбена, молекулы которых включают в себя два бензольных кольца

В качестве характерных линий КР стильбена могут быть использованы резкий интенсивный пик вблизи 3200 см"1, а также очень интенсивные линии КР, обусловленные внутренними колебаниями бензольного кольца 998, 1192 и 1593 см"1 В спектрах КР сливочного масла хорошо проявились "скелетные" колебания углеродного остова молекул карбоновых кислот, а также валентные колебания групп СН2

В четвертой главе приведены результаты исследований спектров вторичного излучения различных модификаций аминокислот (например, фторирование и энантиоморфизм), генетически модифицированных

продуктов, воды и водных сред, микроорганизмов, модифицированных в результате внешних воздействий- нагревания и ультрафиолетового излучения

Приведены результаты сравнительного анализа спектров ФЛ образцов соевой муки - натуральной и ГМ Показано, что максимумы интенсивности ФЛ образцов ГМ соевой муки сдвигаются в длинноволновую область спектра по отношению к максимумам ФЛ натуральной сои Обнаруженные в экспериментах особенности спектров ФЛ были объяснены на основе поляритонной теории конденсированных сред При этом в качестве простейшей модели конденсированной среды использовалась модель периодически расположенных заряженных лорентцевых осцилляторов Полученные экспериментальные результаты подтверждают теоретический вывод о том, что при увеличении времени задержки в системе регистрации т ширина полосы ФЛ уменьшается При этом наблюдаемые пики при больших задержках (т = 50 не) должны быть близки к частотам поперечных и продольных мод лорентцевых осцилляторов хромофорных молекулярных групп, ответственных за проявление ФЛ.

Проведены исследования спектров КР кристаллических аминокислот в области решеточных и внутримолекулярных колебаний (0-1000 см'1) Практически для всех исследованных аминокислот в решеточной области наблюдается большое число линий КР; их интенсивность, как правило, в несколько раз выше интенсивности внутримолекулярных колебаний Кроме того, для этих кристаллов характерным является наличие низкочастотного широкого крыла, простирающегося вплоть до возбуждающей линии

I, отн. сд.

1000-

800 -

600 -

400 -

200

Игр

ил/^"

V— иь-(|р

—г-50

100

п-

150 V. см"

Рис б Спектр комбинационного рассеяния Ь-, П-, О/. триптофана в области низкочастотных (решеточных) колебаний

Спектры КР низкочастотных колебаний кристаллического триптофана в левой (L), правой (D) и рацемической (DL) формах приведен на рис 6

Получены спектры двухфотонно-возбуждаемой люминесценции L-, D-, DL- триптофана Спектры двухфотонно-возбуждаемой люминесценции триптофана представляют собой асимметричные широкие полосы, локализованные в ультрафиолетовой области Причем интенсивность двухфотонно-возбуждаемой люминесценции в рацемическом DL-триптофане существенно слабее, чем в хирально чистых L- и D-формах

Исследование протеиносодержащей биоты представляет большой интерес, так как может являться одним из вариантов исследования ксенобиотиков. В качестве моделей биологически активных примесей использовались споровая форма бактерии Bacillus thuringiensis и один из видов микотоксинов - так называемый афлатоксин (Aspergillus), обладающий способностью сильно флуоресцировать при воздействии УФ излучения.

В спектрах ФЛ плесневого гриба Aspergillus, полученных без задержки при УФ импульсном возбуждении, обнаруживаются интенсивные полосы, начинающиеся с 300 нм и имеющие максимум в области 440 нм Было установлено, что форма спектров ФЛ существенно видоизменялась для анализируемых образцов плесени.

Проведены экспериментальные исследования спектров вторичного излучения водных взвесей ДНК молочнокислых бактерий, возбуждаемых импульсно-периодическим лазерным источником света. Достаточно высокая пиковая мощность лазера обеспечивала возможность регистрации как однофотонно-, так и двухфотонно-возбуждаемой люминесценции. Исследуемые образцы содержали фрагменты хромосомальных ДНК различных размеров (от 103 до 106 нуклеотидных пар) Среди исследуемых образцов были хромосомальные ДНК, выделенные из разных штаммов (Lactobacillus casei, Lactobacillus helveticus, Lactobacillus plantarum) в концентрации -10 мкг/мл

В заключении четвертой главы приведены результаты исследований проб воды, очищенных различными фильтрами, и данные исследований влияния дейтерирования и присутствия в воде токсических добавок, загрязняющих примесей и микроорганизмов. Для тяжелой воды характерно присутствие непрерывного фона в области внутримолекулярных частот; при этом деформационное полносимметричное колебание практически не обнаруживается в спектре КР В смесях тяжелой и легкой воды проявляются интенсивные полосы, обусловленные валентными полносимметричными колебаниями, в области межмолекулярных мод интенсивность либрационных мод в спектре КР для смеси резко падает

В заключении приведены основные результаты и выводы работы

1 Определены частоты колебаний молекул насыщенных жирных кислот, относящихся к деформационным, маятниковым, крутильным, веерным и ножничным движениям СНг-групп, а также частоты валентных С-Н колебаний Установлено, что эти частоты зависят от длины соответствующих молекулярных цепочек с увеличением числа атомов углерода в молекулярной цепочке часюты деформационных, маятниковых, крутильных и ножничных колебаний уменьшаются, а веерных колебаний -увеличиваются Результаты модельных расчетов частот колебательного спектра согласуются с экспериментальными данными.

2 Обнаружено, что максимумы интенсивности ФЛ ГМ соевой муки сдвинуты в длинноволновую область спектра по отношению к максимумам интенсивности ФЛ натуральной соевой муки По спектрам ФЛ различных образцов сосвой муки в ультрафиолетовой области можно диагностировать наличие генной модификации. Наблюдаемые изменения согласуются с выводами, основанными на поляритонной модели конденсированных сред

3 Показана эффективность разработанной методики для проведения анализа молекулярного состава растительных и животных жиров, содержащих молекулы насыщенных карбоновых кислот различной длины, оперативного контроля присутствия в пищевой продукции, токсических ароматических примесей и добавок, возникающих в процессе хранения и вводимых при обработке исходного продукта для его консервации или модификации

4. Показано, что спектры КР ароматических аминокислот в решеточной области различаются для хиралъно чистых и рацемической конформаций Установлено, что по спектрам ФЛ триптофана можно различать тип его энантиомера Анализ спектров КР и ФЛ аминокислот может быть использован для диагностики хиральной чистоты биосферы

5 Под влиянием ультрафиолетового излучения или нагревания, действующих на молекулярные объекты, наблюдается существенный сдвиг полос спектров ФЛ в сторону больших длин волн Это позволяет по изменениям в спектрах ФЛ простейших микроорганизмов в результате их деструкции под воздействием различных факторов проводить диагностику их перехода в новые формы

6 Показано, что анализ спектров ФЛ воды, водных растворов и взвесей позволяет устанавливать молекулярную структуру воды и наличие в ней посторонних компонентов По спектрам КР можно определять наличие в пробах тяжелой воды

7 Разработан метод экспресс-анализа состава молекулярных объектов, основанный на использовании спектроскопии КР и ФЛ

ароматических соединений, хромофорных групп биологически-активных соединений активных примесей, который может быть использован для экспресс-контроля процессов модификации сложных молекулярных объектов

Список работ, опубликованных по теме диссертации.

1 Горелик В С , Глаголев К В., Козлова Г В , Показеев К.В. Спектры комбинационного рассеяния света насыщенных жирных кислот «Физические проблемы экологии (экологическая физика)», 2001, N6, с 178199

2 Горелик B.C., Червяков А.В., Показеев К.В , Кольцова JIВ, Глаголев К В , Кравцов А.В., Козлова Г.В., Куркин Ю.П., А Н. Морозов Влияние ароматических примесей на спектр комбинационного рассеяния сливочного масла Четвертая международная конференция "Пища, экология, человек". М. 2001, с. 121.

3 Борденюк А Н., Горелик В С, Червяков А В , Показеев К.В., Козлова Г В , Кольцова Л В., Глаголев К.В., Кравцов А.В., Куркин Ю.П., А Н Морозов Фотолюминесценция микроорганизмов при импульсном ультрафиолетовом лазерном воздействии Четвертая международная конференция "Пища, экология, человек". М. 2001, с 122

4 Агальцов А М , Глаголев К.В , Горелик В С , Кравцов А В , Козлова Г.В , Показеев К В Вторичное излучение растительных и животных масел, возбуждаемое лазерами Тезисы докладов Третьей Всероссийской конференции «Физические проблемы экологии (Экологическая физика)». Москва МГУ. Изд-во физического факультета МГУ, 23-25 мая 2001 г.,

с.226-227.

5 Pokazeev K.V , Kozlova G.V., Kurkrn J P, Gorelik V.S., Zlobina LI Express spectral method of products analysis 1 International Congress "Biotechnology-state of art & prospects of devclopmtnt" Moscow, 14-18 Octobcr 2002, p 333

6 Козлова Г В Использование методов лазерной спектроскопии для обнаружения ксенобиотиков и техногенных примесей в пищевой продукции «Физические проблемы экологии», МГУ, физический факультет, №11, 2003, с 158-168

7 Горелик В С , Глаголев К В , Злобина Л И , Козлова Г В , Кравцов А В , Куркин Ю.П , Показеев К В Вторичное излучение в модифицированных биологических молекулярных структурах Тезисы 2 Всероссийской конференции «Необратимые процессы в природе и технике», 22-24 января 2003 г , Москва, МГТУ им. Баумана, с 288

8 Горелик В С , Козлова Г В., Куркин Ю.П , Показеев К В Вторичное излучение в модифицированных биологических структурах Хранение и переработка сельхозсырья, №5, 2003, с 94-95

9 Горелик В С , Глаголев К В , Злобина Л И, Козлова Г В , Куркин Ю ГТ , Морозов А Н , Показеев К В , Попова М Ю Изохронная флуоресценция в генетически модифицированной сое Препринт ФИАН им П Н Лебедева, №20, 16 с 2003

10 Горелик В С., Показеев К В , Козлова Г В , Куркин ЮП Новый спектральный метод анализа пищевых продуктов Международная научно-практическая конференция «Актуальные направления развития экологически безопасных технологий производства, хранения и переработки сельскохозяйственной продукции» Воронеж 15-18 апреля 2003 г Сборник научных трудов Т 2, ч. 1, с 54-56

11. Глаголев К.В, Горелик В.С., Козлова Г В., Кравцов ЮП, Куркин Ю П., Морозов А Н, Показеев К В, Свербиль П П Спектры фотолюминесценции натуральной и модифицированной сои Труды Второй Всероссийской конференции «Необратимые процессы в природе и технике». М МГТУ им Баумана, 22-24 января 2003 г М , МГТУ, с 102-117

12 ВС. Горелик, Л.И Злобина, ПП Свербиль, А В Червяков, К В Глаголев, А.В Кравцов, А Н Морозов, Г.В Козлова, Ю П Куркин, К В Показеев "Флуоресценция и комбинационное рассеяние хирально чистых рацемических и модифицированных аминокислот" Технологии живых систем Материалы научно-технической конференции, 23 октября 2003 г , М • МГУПБ, 2003, с 43-47.

13 ВС Горелик, К В Глаголев, Л И Злобина, Г.В Козлова, А В Кравцов А В., Ю.П Куркин, АН Морозов, К В Показеев, А В Червяков "Изохронная флуоресценция в модифицированных биологических молекулярных структурах" Био1ехнология состояние и перспективы развития Материалы II Международного конгресса (Москва 10-14 ноября 2003 г) (стр 149), М ЗАО "ПИК "Максима", РХТУ им Д.И Менделеева, 2003 - часть 2, 336 с.

14 Горелик В.С , Глаголев К В , Козлова Г В , Кравцов А В , Куркин Ю П , Показеев К В Однофотонно- и двухфотоно-возбуждаемая люминесценция ДНК молочнокислых бактерий Тезисы докладов 4-ой Всероссийской конференции «Физические проблемы экологии (Экологическая физика)» М 22-24 июня 2004 г. М Физический факультет, 2004, с 142-143

15 Горелик В С , Свербиль П П , Показеев К В , Козлова Г В , Морозов А Н Спектры изохронной фотолюминесценции в генетически модифицированной сое М Краткие сообщения по физике ФИАН, 2004, №2, с.29-38.

16 Горелик ВС., Козлова Г В , Куркин Ю П., Показеев К В Лазерная спектроскопия пищевой продукции М МГУПБ, 2004, 157 с

17 К В Показеев, Г В Козлова, Ю II Куркин В С , Горелик, Л И Злобина, П П Свербиль К В Глаголев, А В Кравцов, А Н Морозов "Метод и аппаратурное обеспечение для исследования генетически модифицированных биологических структур и пищевых продуктов на основе комбинационного рассеяния и люминесценции" Технологии живых

систем. Материалы научно-технической конференции 2004 г М • МГУПБ, 2004, с 40-44.

18 К В Показеев, Г.В. Козлова, Ю.П. Куркин, В С Горелик, И.А Рахматуллаев, П П Свербиль, А Н Морозов, К В Глаголев "Перспективы применения метода однофотонно- и двухфотонновозбуждаемой люминесценции для исследования ДНК молочнокислых бактерий" Техноло! ии живых систем Материалы научно-технической конференции, 2004 г. М. МГУПБ, 2004, с.54-55

19 Горелик B.C., Козлова Г.В. Ультрафиолетовая лазерная спектроскопия водных сред «Физические проблемы экологии (экологическая физика)», 2005, N13, апрель, с. 147-155.

20 Козлова Г В Применение методов изохронной флуоресценции для анализа генетически модифицированных продуктов. Тезисы докладов научно-методических чтений «Техника, процессы, расчеты и конструирование в подготовке инженера биотехнологических производств» МГУПБ, Москва, 12 февраля 2003 г., с. 78-79

21. Глаголев К.В , Горелик В.С , Козлова Г В , Куркин Ю.П , Морозов А Н , Показеев К В , Рахматуллаев И А, Свербиль П П Фотолюминесценция ДНК молочнокислых бактерий Третья Всероссийская конференция «Необратимые процессы в природе и технике» Тезисы докладов М МГТУ им. Баумана, 24-26 января 2005 г., М, МГТУ с 283-285

ООП Фиэ ф-та МГУ Заказ 156-100-05

ч

f

«

»165 0t

РНБ Русский фонд

2006-4 12374

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Введение.

1.2 Спектроскопия комбинационного рассеяния.

1.3 Люминесцентная спектроскопия.

1.4 Исследование спектров люминесценции и комбинационного рассеяния органических соединении.

1.5 Выводы.

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

2.1 Методика эксперимента.

2.2 Назначение, принцип действия и основные характеристики установки для изучения молекулярных структур.

2.3 Экспериментальная установка.

2.4 Выводы.

ГЛАВА 3. ЛАЗЕРНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ НАСЫЩЕННЫХ КАРБОНОВЫХ (ЖИРНЫХ) КИСЛОТ, СЛИВОЧНОГО И РАСТИТЕЛЬНОГО МАСЕЛ

3.1 Описание предмета исследований.

3.2 Методика эксперимента и описание исследованных образцов.

3.3 Результаты исследования спектров КР жирных кислот.

3.4. Влияние ароматических примесей и добавок растительного происхождения на спектр комбинационного рассеяния сливочногомасла.

3.5 Флуоресценция растительных масел.

3.6 Выводы.

ГЛАВА 4. СПЕКТРОСКОПИЯ АМИНОКИСЛОТ, БЕЛКОВ, ПРОТЕИНОСОДЕРЖАЩЕЙ БИОТЫ

4.1 Введение.

4.2 Спектроскопия аминокислот.

4.3 Флуоресценция биологически активных примесей.

4.4 Изохронная флуоресценция генетически модифицированных продуктов.

4.5 Фотолюминесценция ДНК молочнокислых бактерий.

4.6 Спектры вторичного излучения различных проб воды, возбуждаемые ультрафиолетовым лазерным источником света.

4.7 Выводы.

Общая характеристика работы Актуальность темы.

Нативные биологические объекты, включая растения, микроорганизмы, пищевые продукты, характеризуются определенной молекулярной структурой. В результате естественных и искусственных возмущений может произойти модификация структуры нативного молекулярного объекта.

Изменение молекулярной структуры молекулярных объектов в результате процессов модификации приводит к изменению положений атомов и, соответственно, к изменению электронного и колебательного спектров. Существующие методы контроля зачастую дороги, занимают продолжительное время, не обладают универсальностью. Практика требует внедрения методов экспресс-контроля состояния молекулярных структур, входящих в состав определенных фармацевтических препаратов, биологических объектов, пищевых продуктов и живых систем. Решение данной проблемы может использовано, в частности, для контроля качества, пищевой ценности и безопасности пищевой продукции.

Развитие лазерной и вычислительной техники привело к качественно новому этапу в развитии традиционных методов спектроскопии, которые уже достаточно давно используются для анализа молекулярных объектов. Современная лазерная спектроскопия в совокупности с ЭВМ позволяет анализировать широкий спектр модификаций молекулярных структур в режиме реального времени, происходящих под влиянием различного рода возмущений: нагревания, химического воздействия, дейтерирования, изменения состояния хиральности.

Данная работа посвящена выявлению возможностей методов лазерной спектроскопии для анализа процессов модификации молекулярных объектов.

Постановка задачи.

В настоящей работе ставится задача установления закономерностей в спектрах молекулярных объектов при естественных и искусственных возмущениях на основе использования лазерной спектроскопии комбинационного рассеяния (КР) и флуоресцентной спектроскопии (ФЛ). В частности, ставится задача установления закономерностей в изменении спектров КР карбоновых (жирных) насыщенных кислот при увеличении длины молекулярной цепочки, исследования кинетики спектров ФЛ протеиносодержащих объектов при использовании задержки в системе регистрации, разработки методов контроля присутствия в молекулярных объектах токсических и биологически-активных примесей.

Научная новизна.

Впервые показано, что в зависимости от типа молекулы карбоновых кислот происходят изменения в спектрах КР в области частот решеточных колебаний.

Впервые получены и исследованы спектры флуоресценции сливочного и растительных масел и водных растворов аминокислот.

Впервые показано, что при переходе от естественных форм соевой муки к генетически модифицированным (ГМ) формам в спектрах ФЛ обнаруживается сдвиг положения максимума интенсивности в длинноволновую область спектра. Разработанная методика позволяет проводить идентификацию микроорганизмов и устанавливать условия их перехода в новые формы.

Достоверность.

Достоверность результатов диссертационной работы обеспечивается совершенной методикой эксперимента, согласием экспериментальных данных с теоретическими расчетами, согласием экспериментальных результатов автора с данными работ других исследователей в областях пересечения исследуемых диапазонов.

Практическая значимость работы.

Разработан метод анализа фазовых состояний молекулярных объектов, основанный на регистрации спектров импульсного вторичного излучения, возникающего в конденсированных средах при облучении лазерными источниками света. Ультрафиолетовое излучение лазера позволило эффективно возбуждать ФЛ и резонансное КР от исследуемых проб.

Предложена методика анализа молекулярных объектов и контроля присутствия в исследуемых пробах токсических веществ и биологически-активных примесей на основе использования методов лазерной спектроскопии.

Разработанный метод позволяет в режиме реального времени изучать воздействие видимого и ближнего ультрафиолетового излучения на молекулярные объекты различной модификации, устанавливать характеристики проб сырья и продуктов растительного и животного происхождения.

В результате выполненных исследований установлена возможность анализа молекулярного состава, фазового состояния и типа конформации насыщенных жирных кислот. Проведены исследования спектров токсических и биологически-активных веществ.

Разработанная методика может быть использована для осуществления экспресс-анализа присутствия в пищевых продуктах токсических компонентов с концентрацией до 1 нг/л, наличие биологически-активных примесей и трансгенных (ТГ) составляющих пищевых продуктов, фторорганических соединений и других контаминантов в ничтожно малых концентрациях.

Основные научные положения, выносимые на защиту.

Частоты акустических колебаний цепных молекул насыщенных карбоновых кислот уменьшаются с ростом числа п атомов углерода в молекуле СпНщСЬ. Эта зависимость объяснена на основе модели двухатомной кристаллической цепочки конечной длины.

Максимумы интенсивности ФЛ ГМ соевой муки сдвигаются в длинноволновую область спектра по сравнению с максимумами ФЛ натуральных образцов соевой муки.

Спектры КР сложных молекулярных структур изменяются при добавлении в них токсической добавки твердотельных частиц стильбена: обнаруживаются характерные для стильбена резкие максимумы колебаний в области 1000-2000 см"1.

По спектрам ФЛ кристаллического триптофана можно определить тип его энантиомера.

Кристаллическая форма Ь-триптофана остается устойчивой в температурном интервале 25-200 °С, что подтверждается слабыми изменениями в решеточной области спектра КР триптофана.

Воздействие возмущающих факторов на микроорганизмы и протеиносодержащие объекты приводит к смещению максимума ФЛ этих объектов в длинноволновую область и изменению формы спектров ФЛ.

Апробация работы.

Работа выполнялась в рамках программы Минобрнауки «Живые системы»: 2000 - 2003 г.г. - проект "Разработка методов экспресс-контроля качества сырья и продуктов животного происхождения на содержание токсичных веществ и микроорганизмов на основе лазерного спектрального анализа"; 2003 - 2004 г.г. - проект "Разработка методов и аппаратурного комплекса для исследования генетически модифицированных биологических структур и пищевых продуктов на основе комбинационного рассеяния и люминесценции"; 2001 г. - проект Минпромнауки «Разработка технологии биологически безопасных продуктов питания, направленных на коррекцию л пищевого статуса населения».

Основные результаты работы докладывались на следующих семинарах и конференциях:

Всероссийских конференциях «Физические проблемы экологии (экологическая физика)», М., МГУ, физический факультет, 2001, 2004 гг., международных конференциях "Пища, экология, человек", М., 2001, 2003 гг., International Congress "Biotechnology-state of art & prospects of development". Moscow, 2002, 2003 гг.,

Всероссийских конференциях «Необратимые процессы в природе и технике», М., МГТУ им. Баумана, 2003, 2005 гг.,

Научно-практической конференции «Актуальные направления развития экологически безопасных технологий производства, хранения и переработки сельскохозяйственной продукции», Воронеж, 22-24 апреля 2003 г., Научно-практических конференциях «Технологии живых систем», М., МГУПБ, 2001,2002,2003,2004 гг.,

Научной конференции «Медико-генетическая оценка пищевых продуктов», Москва, 24-26 мая 2003 г.

На семинарах кафедры физики МГУПБ в 2002-2005 гг. Личный вклад.

В процессе выполнения диссертационной работы автор принимал непосредственное участие в постановке задачи исследования, выборе методов ее решения, разработке методики экспериментальных исследований, в проведении экспериментов, обработке и анализе результатов исследований.

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 8 статей, их них 3 - в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ, 14 тезисов докладов на конференциях, монография (157 е.).

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и библиографии,

4.7. Выводы

Проведено исследование спектров вторичного излучения, возбуждаемого непрерывными и импульсно-периодическими лазерными источниками света в натуральных и модифицированных биологических объектах.

Установлено, что при переходе от одного зеркального изомера к другому в случае кристаллической гетероциклической аминокислоты (триптофана) в спектрах КР существенных изменений не обнаруживается; в спектрах двухфотонновозбуждаемой ФЛ при этом наблюдается изменение интенсивности и спектрального положения основного максимума, расположенного в ближней ультрафиолетовой области спектра. При переходе от хиралыю чистых аминокислот к рацематам изменения в спектрах вторичного излучения становятся гораздо более существенными и информативными.

Обнаружено, что фторирование аминокислот приводит к сдвигу характеристических частот колебаний соответствующих молекул в спектрах КР и к изменению формы полос ФЛ.

Под влиянием возмущающих факторов (ультрафиолетового облучения и нагревания), действующих на молекулярные объекты, наблюдается существенный сдвиг полос спектров ФЛ в сторону больших длин волн.

Исследования биологически-активных веществ показывают, что их спектры ФЛ зависят от типа образца и условий его технологической обработки. По изменениям в спектрах флуоресценции простейших микроорганизмов в результате их деструкции под воздействием различных факторов можно проводить диагностику их перехода от живого состояния к мертвому.

Показано, что при возбуждении импульсным УФ излучением соевой муки обнаруживается ФЛ, спектр которой расположен в области 300-500 нм. В этом спектре проявляются характерные полосы хромофорных групп молекул нуклеиновых оснований и белков, входящих в состав соевой муки. При введении временной задержки в систему регистрации в спектрах ФЛ наблюдаются существенные изменения, согласующиеся с выводами, основанными на анализе поляритонных эффектов.

Показано, что в результате модификации образцов соевой муки основные максимумы ФЛ смещаются в длинноволновую область, а их форма видоизменяется.

В области ультрафиолетового диапазона обнаружено различие спектров ФЛ для модифицированных и немодифицированных образцов сои.

Полученные результаты открывают новые возможности для контроля молекулярного состава трансгенных пищевых продуктов на основе анализа спектров фотолюминесценции, возбуждаемой импульсно-периодическим ультрафиолетовым излучением.

Выполненное исследование открывает возможности для осуществления неразрушающей диагностики процессов различной модификации биологических объектов, используемых в настоящее время в пищевой промышленности, фармакологии и медицине.

Разработанные методики получения спектров однофотонно- и двухфотонновозбуждаемой ФЛ могут быть применены для диагностики микроскопических параметров ДНК молочнокислых и других бактерий.

Разработанная методика импульсного ультрафиолетового возбуждения вторичного излучения воды, водных растворов и взвесей позволяет проводить анализ молекулярной структуры воды и посторонних компонентов, присутствующих в водной среде, и оценивать степень структурирования воды. Разработанная методика позволяет также обнаруживать наличие в пробах тяжелой воды.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

•' 1. Определены частоты колебаний молекул насыщенных жирных кислот, относящихся к деформационным, маятниковым, крутильным, веерным и ножничным движениям СНг-групп, а также частоты валентных С-Н колебаний. Установлено, что эти частоты зависят от длины соответствующих молекулярных цепочек: с увеличением числа атомов углерода в молекулярной цепочке частоты деформационных, маятниковых, крутильных и ножничных колебаний уменьшаются, а веерных колебаний - увеличиваются. Результаты модельных расчетов частот колебательного спектра согласуются с экспериментальными данными.

2. Обнаружено, что максимумы интенсивности ФЛ ГМ соевой муки сдвинуты в длинноволновую область спектра по отношению к максимумам интенсивности ФЛ натуральной соевой муки. По спектрам ФЛ различных образцов соевой муки в ультрафиолетовой области можно диагностировать наличие генной модификации. Наблюдаемые изменения согласуются с выводами, основанными на поляритонной модели конденсированных сред.

3. Показана эффективность разработанной методики для проведения анализа молекулярного состава растительных и животных жиров, содержащих молекулы насыщенных карбоновых кислот различной длины, оперативного контроля присутствия в пищевой продукции, токсических ароматических примесей и добавок, возникающих в процессе хранения и вводимых при обработке исходного продукта для его консервации или модификации.

4. Показано, что спектры КР ароматических аминокислот в решеточной области различаются для хиралыю чистых и рацемической конформаций. Установлено, что по спектрам ФЛ триптофана можно различать тип его энантиомера. Анализ спектров КР и ФЛ аминокислот может быть использован для диагностики хиральной чистоты биосферы.

5. Под влиянием ультрафиолетового излучения или нагревания, действующих на молекулярные объекты, наблюдается существенный сдвиг полос спектров ФЛ в сторону больших длин волн. Это позволяет по изменениям в спектрах ФЛ простейших микроорганизмов в результате их деструкции под воздействием различных факторов проводить диагностику их перехода в новые формы.

6. Показано, что анализ спектров ФЛ воды, водных растворов и взвесей позволяет устанавливать молекулярную структуру воды и наличие в ней посторонних компонентов. По спектрам КР можно определять наличие в пробах тяжелой воды.

7. Разработан метод экспресс-анализа состава молекулярных объектов, основанный на использовании спектроскопии КР и ФЛ ароматических соединений, хромофорных групп биологически-активных соединений активных примесей, который может быть использован для экспресс-контроля процессов модификации сложных молекулярных объектов.

1. Мачихин С.А., Стрелюхина С.А. Система обеспечения безопасности пищевых производств. Пищевая промышленность, 1999, №5. - С.70-71.

2. Беляев Е.Н. Мониторинг питания и качество пищевых продуктов в системе социально-гигиенического мониторинга в Российской Федерации. Вопросы питания, 1996, №3. с.3-8.

3. Васильков С.Л. Анализ параметров экситонов в ДНК. Экситонные волны в ДНК как одна из причин мутагенеза. РАН Биофизика т.48., в. с. 27-34, 2003г.

4. Горелик B.C., Козлова Г.В., Куркин Ю.П., Показеев К.В. Лазерная спектроскопия пищевой продукции. М.: МГУПБ, 157 с.

5. Персонов Р.И. Лазерная аналитическая спектроскопия. М.: Наука, 1986.

6. Люминесцентный анализ. Под ред. Константиновой-Шлезингер М.А. М.: ГИФМЛ, 1961.-400 с.

7. Perez Ruiz Т., Lozano С., Tomas V., Carpena J. Sensitive synchronous spectrofluorimetric methods for the determination of naproxen and diflunisal in serium. - Fresenias J. Anal. Cliem., 1998, v. 36, № 5. - p. 492 - 495.

8. Kohashi K., Dute Y., Morita M., Tsuruta Y. Fluorescence reaction of bilirubin with zinc ion in dimethyl sulfoxide and its application to assay of total bilirubin in serium. Anal, cliem. acta, 1998, v. 365, № 1 - 3. - p. 177 - 182.

9. Chen Q., Li D., Zhu Q., Zheng H., Xu J. Study of fluorescence determination of hydrogen peroxide catalyzed by iron(III) tetrasulfonatophalocyanine with thiamine hydroclorride as a substrate. - Anal. Lett., 1999, v. 32, № 3. - p. 457 -469.

10. Белолипцева Г.М., Штыков C.H., Мазур С.И., Малова М.И. Флуориметрическое определение гистамина в пищевых продуктах и биологических жидкостях. Пробл. анал. химии: Мустафинские чтения, Саратов, 1999.-е. 103 - 105.

11. Kitade Т., Kitamura К., Wada Y. Determination of р -aminobenzoic acid in the presence of bovine serum albumin by room temperature phosphoriinetry on a poly (vinil alcohol) substrate. - Anal, cliem. acta, 1998, v. 367, № 1 - 3. - p. 33 -39.

12. Слобожанина Е.И., Козлова H.M., Касько JI.П., Мамонтова М.В., Черницкий Е.А. Спектрально-люминесцентные параметры амниотической жидкости. -ЖПС, 1998, т. 65, № 6. с. 939 - 942.

13. Lin М., Lu Z., Fang F., Li J., Zhang B. Study of diagnosis criteria for pathological tissues by laser-induced fluorescence. Appl. Spectrosc., 1997, v. 51, № 8. - p. 1113-1117.

14. Navalon A., Blanc R., del Olmo M., Vilanez J.L. Simulanenous determination of naproxen, salicylic acid and acetylsalicylic acid by spectrofluorimetry using partial least-squares multivariate calibration. Talanta, 1999, v. 48, № 2. - p. 469 -475.

15. Ma W.-Y. Determination of ultratrace metal elements in natural samples by laser-induced fluorescence with time-gate technique: Pap. 5th Asian Conf. Anal Sci.

16. ASIANALYSISV), Xiamem, May 4 7 1999. - Chem. J. Chin. Univ. - 1999, v. 20 Suppl. - p. 1.

17. Markert B.A. Distribution and effect of trace metal in soils, plant and animals: Abstr. 7th Int. Congr. Ecol., Florence, July 12 25, 1998. - ICP Inf. Newslett, 1998, v. 24, №7.-p. 598.

18. Rodrigez-Rodrigez E.M., Sanz A.M., Dias R.C. Fluorimetric determination of selenium in biological samples. Anal. Lett., 1999, v. 32, № 9. - p. 1699 - 1721.

19. Лебедев A.B., Ломакин A.B., Носкин B.A. и др. Применение лазерной корреляционной спектроскопии для изучения ЭФ биологических объектов в растворах. / / Инструментальные методы в физиологии и биофизике. Л.: Наука, 1987.-С. 90-95.

20. Носкин В.А., Шмелев Г.Е., Ломакин А.В. Конформационные изменения липопротеинов высокой плотности в процессе насыщения холестерином. // Биополимеры и клетка.-1987.Т.2, N6,C.293-301.

21. Кэри П. Применение спектроскопии КР и РКР в биохимии. М.: Мир, 1985.

22. Горелик B.C., Жаботинский E.B. Объемная фотолюминесценция в молекулярных кристаллах при двухфотонном возбуждении. Квант, электрон., 1994, т. 21, № 3. - с.291 - 293.

23. С.А.Доленко, И.В.Гердова, Т.А.Доленко, В.В.Фадеев. Лазерная флуориметрия смесей сложных органических соединений с использованиемискусственных нейронных сетей. Квантовая электроника, 2001, 31(9), 834838.

24. Банишев А.А., Маслов Д.В., Мешканцов А.А., Остроумов Е.Е., Фадеев В.В. Кинетическая флуометрия природных вод. «Физические проблемы экологии (экологическая физика)», М.МАКС Пресс: 2004, N12,0.138-147.

25. Агеев Д.В., Панаева С.В., Южаков В.И. Собственная флуоресценция пурпурных серных бактерий. «Физические проблемы экологии (экологическая физика)», М.:МАКС Пресс: 2004, N12,С. 129-137.

26. Карнаухов В.Н. Спектральный анализ в клеточном мониторинге состояния окружающей среды. Москва: Наука, 2001. - 186 с.

27. Горелик B.C., Агапьцов A.M., Моро Р.А. Фотолюминесценция следов ароматических соединений в водных растворах при импульно-периодическом лазерном возбуждении. Оптика и спектроскопия. 1999, Т.88, № 6, с. 959-962.

28. Gorelik V. S. Impulsive ultraviolet excitation of biological structures. J. of Russian Laser Research, V.20, N 2, p. 152-171, 1999.

29. Горелик B.C., Агапьцов A.M., Моро P.A. Лазерный анализатор молекулярной структуры и состава воды. "Наука производству", № 6, 2000.-c.7-12.

30. Горелик B.C. Прибор для экспресс-анализа качества пищевых продуктов на основе лазерной спектроскопии. "Инвестиционные проекты и наукоемкая продукция" 2, №7, Изд. "Прима-Пресс", М, 2002.

31. Pokazeev K.V., Kozlova G.V., Kurkin J.P, Gorelik V.S., Zlobina L.I. Express spectral method of products analysis. 1 International Congress "Biotechnology-state of art & prospects of developmtnt". Moscow, 14 -18 October 2002, p.333.

32. Gorelik V. S. Visible and Near-Visible Light Scattering. Raman Scattering. / in "Scattering. Scattering and Inverse Scattering in Pure and Applied Science". Edited by Roy Pike and Pierre Sabatier. Academic Press. San Diego, San

33. Francisco, New York, Boston, London, Sydney, Tokyo. Vol.1. Topic 2.3., pp. 828-848, 2002.

34. Brown D.W., Floyd A.J. and Sainsbury M. Organic Spectroscopy. Chichester. 1988.

35. Zbinden R. Infrared spectroscopy of high polymers. Academic Press. New York and London. 1964.

36. Бузлама B.C., Редкий М.И., Мещеряков М.П., Рогачёва Т.Е. Методическое пособие по изучению процессов перекисного окисления липидов и системы антиоксидантной защиты организма у животных. Воронеж, 1997 г. с.27-29.

37. Jean-Marie Lelin, 1995; D.F. Eaton, A.G. Anderson, W. Tarn, W. Mahler and Y. Wang., 1992.

38. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. Ленинград Химия. 1977.

39. Справочник химика. Т.2. М.: ГХИ.1963.

40. Painter Р.С., Coleman М.М., Koenig J.L. The Theory of Vibrational Spectroscopy and its Application to Polymeric Materials. A Wiley-Interscience Publication. John Wiley and Sons. New York. 1982.

41. Авакянц Л.П., Горелик B.C., Злобина Л.И., Червяков А.В.,Шартс О.Н. Известия РАН, серия физическая. 200.64.1191.

42. Никаноров М. Вещества, специально добавляемые к пищевым продуктам и технические примеси. / М.: Пищевая промышленность, 1968. 104 с.

43. Руководство по методам анализа качества и безопасности пищевых продуктов. Под ред. И.М. Скурихина, В.Л. Тутельяна. -М.: Брандере, Медицина, 1998.-340 с.

44. Козлова Г.В. Использование методов лазерной спектроскопии для обнаружения ксенобиотиков и техногенных примесей в пищевой продукции. «Физические проблемы экологии», МГУ, физический факультет, №11,2003, с.158-168.

45. Физический энциклопедический словарь. М.: «Советская энциклопедия» 1984., с.839, 902.

46. Аветисов В.А., Гольданский В.И. Физические аспекты нарушения зеркальной симметрии биоорганического мира. Успехи физических наук, 1996, 166(8), с. 873-891.

47. Твердислов В.А., Яковенко JI.B. Активные среды, автоволны и самоорганизация, от физико-химических систем к биологическим и социальным системам. Российский химический журнал. 2000, 44(3), с.21-32.

48. Твердислов В.А., Сидорова В.В., Яковенко JI.B. Проблемы самоорганизации и симметрии в природных системах. . «Физические проблемы экологии (экологическая физика)», 2005, N13, с.139-146.

49. Рогов И.А., Антипова JI.B. Дунченко Н.И. Химия пищи. Белки. М.:Изд. «Колос», 2000.С. 17-57.

50. Gorelik V. S. Impulsive ultraviolet excitation of biological structures. J. of Russian Laser Research, V.20, N 2, p.152-171, 1999.

51. Грасселли Дж., Свейвили M., Балкин Б. Применение спектроскопии KP в химии. М.: Мир, 1984, 216 с.

52. Коптев Г.С., Пентин Ю.А. Расчет колебаний молекул. М.: Изд-во МГУ. 1977.

53. Gorelik V.S., Zlobina L.I. Influence of perturbations on the lattice spectra of crystalline aminoacids. J. Rus. Las. Res.1996. V.17, n.2, p.119-132.

54. Горелик B.C., Козлова Г.В., Куркин Ю.П., Показеев К.В. Вторичное излучение в модифицированных биологических структурах. Хранение и переработка сельхозсырья.2003, №5, 94-95.

55. Красников В.В., Тимошкин Е.И., Титкова A.B. Спектральный люминесцентный анализ пищевых продуктов. М.:Агропромиздат, 1987. -288 с.

56. Проблема загрязнения пищевых продуктов микотоксинами. Под ред. В.А. Тутельяна. М.,1985. - Т.З. - 315 с.

57. Тутельян В.А., КравченкоЛ.В. Микотоксины. -М.: Медицина, 1985. 320 с.

58. Донченко Л.В., Надыкта В.Д. Безопасность пищевой продукции М.: Пищепромиздат, 2001. - 528 с.

59. Горелик B.C., Козлова Г.В. Ультрафиолетовая лазерная спектроскопия водных сред. «Физические проблемы экологии (экологическая физика)», 2005, N13, с.147-155.

60. Горелик B.C., Жаботинский Е.В. Объемная фотолюминесценция в молекулярных кристаллах при двухфотонном возбуждении. Квант, электрон., 1994, т. 21, № 3. - с.291 - 293.

61. Горелик B.C., Свербиль П.П., Показеев К.В., Козлова Г.В., Морозов А.Н. Спектры изохронной фотолюминесценции в генетически модифицированной сое. М.:ФИРАН. Краткие сообщения пофизике.2004.№2,С.29-38.

62. Горелик B.C., Глаголев К.В., Злобина Л.И., Козлова Г.В., Куркин Ю.П., Морозов А.Н., Показеев К.В., Попова М.Ю. Изохронная флуоресценция в генетически модифицированной сое. Препринт №20, 2003,ФИ РАН им. П.Н. Лебедева, 16 с.

63. Агранович В.М. Теория экситонов. -М.: "Наука", 1968. -382 с.

64. Горелик B.C. Идеализированные модели кристаллических решеток. В сб. «Неупругое рассеяние света»/ Под ред. Басова Н.Г. Труды ФИАН, 1987, т. 180, С.87- 126.

65. Лакович Дж. Основы флуоресцентной спектроскопии. М., «Мир», 1986, с.495.

66. Walfaren G.E. J. of Chem. Phys. 1964, 40, p. 3249.

67. Gorelik V. S., Agaltsov A.M., Bordeniouk A.N. Ultraviolet luminescence of microorganisms and DNA excited by nanosecond laser pulses. J. of Russian Laser Research, 2002. V.23, N 1, p.31-48.

68. Gorelik V. S. Impulsive ultraviolet excitation of biological structures. J. of Russian Laser Research, 1999. V.20, N 2, p.152-171.

69. Dolenko S.A., Dolenko T.A., Fadeev V.V., Gerdova I.V., Kompitsas M. Time-Resolved Fluoriinetry of Two-Fluorophore Organic Systems Using Artificial Neural Networks. Optics Communications, 2002, v.213, No.4-6, p.309-324.