Влияние межмолекулярного взаимодействия на фотофизические характеристики комплексов пирена с гуминовыми веществами и уранила с лигандами-анионами в воде тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

На правах рукописи

ШИРШИН Евгений Александрович

ВЛИЯНИЕ МЕЖМОЛЕКУЛЯРНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ НА ФОТОФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОМПЛЕКСОВ ПИРЕНА С ГУМИНОВЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ И УРАНИЛА С ЛИГАНДАМИ-АНИОНАМИ В ВОДЕ

Специальность: 01.04.21 - лазерная физика

1 7 НОЯ 2011

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва-2011

005002327

Работа выполнена на кафедре квантовой электроники физического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор Фадеев Виктор Владимирович,

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Салецкий Александр Михайлович кафедра общей физики физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, Москва;

доктор физико-математических наук, профессор Чекалин Сергей Васильевич, Институт спектроскопии РАН, г. Троицк Московской области.

Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук

Физический институт имени П.Н. Лебедева РАН, Москва

Защита состоится " 17 " ноября 2011 года в 15:00 часов на заседании диссертационного совета Д 501.001.31 при Московском государственном университете имени М.В.Ломоносова по адресу: 119991, ГСП-1, Москва, Ленинские горы, МГУ, ул. Академика Хохлова, д.1, стр. 62, корпус нелинейной оптики, аудитория имени С.А.Ахманова.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ

Автореферат разослан'

октября 201,1 у.

а'О^-Л

А\

Ученый секретарь диссертационного.совЬга ¡. _ Д 501.001.31 при МГУ имени М.Й.ЗГЫо\гос0ва „ кандидат физ.-мат. наук, доцент \-.yl ,1 ,

Ильинова Т.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования.

Влияние межмолекулярных взаимодействий на фотофизические параметры комплексов гуминовых веществ с пиреном и уранила с лигандами-анионами в воде широко исследуется методами оптической спектроскопии. Актуальность подобных исследований обусловлена как существенной фундаментальной составляющей, так и прикладной - возможностями использования их результатов в области мониторинга окружающей среды (использования гуминовых веществ в качестве флуоресцентных биоиндикаторов наличия экотоксикантов, детектирования в воде низких концентраций комплексов урана) и для оптимизации технологического процесса добычи урана методом подземного выщелачивания. Исследование межмолекулярных взаимодействий тесно связано с задачей определения молекулярных фотофизических параметров как характеристик, отражающих изменения окружения флуорофороз и ах структуры. Возможности флуоресцентного анализа значительно расширяются с применением лазерных методов, которые в дополнение к традиционным параметрам, описывающим форму и положение полос флуоресценции, позволяют определять молекулярные фотофизические параметры флуорофоров (время жизни, сечение поглощения, скорость межмолекулярного переноса энергии и др.), причём в условиях дефицита априорной информации, обязательной в классических методах. Данный факт стимулирует развитие методов нелинейной флуоресцентной спектроскопии для исследования изменения фогофизических параметров в системах взаимодействующих флуорофоров.

Ион уранила и022т - основная форма существования урана (VI) в воде. В растворах (в том числе в технологическом процессе выщелачивания урановых руд) уранил образует координационные соединения с анионами-лигандами, такими как Р", БО,)2' и др. В результате присоединения лигандов спектральные и фотофизические характеристики уранила претерпевают существенные изменения, в частности, значительно возрастает сечение люминесценции (произведение сечения поглощения и квантового выхода люминесценции) - наблюдается эффект «усиления люминесценции». Существует множество работ, ставящих своей целью объяснить и оценить количественно влияние лигандов на фотофизические параметры уранила. Тем не менее, исчерпывающей теории этого процесса нет - более того, в литературе имеются взаимоисключающие точки зрения. Та же самая ситуация наблюдается и в изучении природы дезактивации возбужденного состояния иона уранила 1Ю22+ в водном растворе, мультиплетности возбужденного состояния, ответственного за люминесценцию, природы скоростей релаксации высших возбужденных состояний и

з

т.д. Для понимания механизмов изменения скоростей переходов и, как следствие, усиления люминесценции необходимо знание индивидуальных фотофизических параметров каждого комплекса, что в целом представляет непростую задачу: в большинстве случаев образец представляет собой смесь комплексов с неизвестными концентрациями. С исследованием индивидуальных фотофизических параметров комплексов уранила напрямую связана важная практическая задача разделения флуоресцентных вкладов от физико-химических форм урана (комплексов с лигандами разного типа) в смеси с целью определения ее состава, что необходимо для оптимизации процесса добычи урана методом подземного выщелачивания.

Вторым классом исследовавшихся в диссертационной работе систем были комплексы, образующиеся в результате связывания полиароматических углеводородов, ПАУ (на примере пирена), молекулами гуминовых веществ (ГВ) -природных соединений, входящих в состав органического вещества почв, природных вод и твердых горючих ископаемых. В последние годы активно изучается возможность использования ГВ в природоохранных технологиях в качестве природных детоксикантов. Вопрос о механизме взаимодействия ГВ с ИАУ на настоящий момент является дискуссионным: большинство авторов придерживается мнения о гидрофобном механизме связывания, другие рассматривают связывание ПАУ гуминовыми веществами как распределение ПАУ между водной фазой и мицеллоподобными структурами, образуемыми молекулами ГВ. При этом предполагают, что ГВ способны образовывать как меж-, так и внутримолекулярные мицеллоподобные структуры. Необходимо отметить, что ГВ являются «молекулярной сборкой» - полидисперсной и гетерогенной структурой с неизвестным числом хромофоров/флуорофоров, что существенно затрудняет исследование их свойств.

В настоящее время основным методом исследования системы пирен-ГВ является флуоресцентный анализ, например, эффективность связывания вычисляется из кривых тушения флуоресценции по уравнению Штерна-Фольмера. Распространенность такого подхода объясняется его простотой, возможностью анализа in situ и чувствительностью. Обращает на себя внимание тот факт, что ряд наблюдаемых эффектов, например, изменение т.н. параметра полярности (величины отношения интенсивностей первого и третьего пиков в спектре флуоресценции пирена, чувствительной к характеристикам окружения молекулы) при связывании ГВ, необъяснимы в рамках предположения о статическом характере связывания, при этом данные разных ipyrin о вкладе динамического механизма сильно разнятся. При этом, насколько нам известно, в литературе не рассматривалась гипотеза о наличии переноса энергии возбужденного состояния в системе пирен-ГВ и не оценивался его вклад в динамическое тушение флуоресценции. Данное обстоятельство может быть вызвано, в том числе, тем, что при Исследовании системы методами классической

4

(линейной) флуориметрии в силу ее особенностей факт наличия переноса энергии установить затруднительно.

Таким образом, обе поставленные в диссертации задачи объединены общностью проблемы установления механизмов влияния межмолекулярных взаимодействий на флуоресценцию флуорофоров (усиление или тушение флуоресценции) и предположением, что в решении этой проблемы большую роль может сыграть изучение влияния этих факторов на молекулярные фотофизические параметры флуорофоров. Это делает актуальным развитие новых подходов в флуориметрии, позволяющих определять возможно больший набор таких параметров для систем взаимодействующих флуорофоров. Разработка новых эффективных подходов к исследованию таких систем и методов их диагностики в условиях окружающей среды является актуальной фундаментальной и прикладной задачей, в частности, представляют интерес для реализации различных экологических, технологических и биологических исследований.

Цель работы.

Целью диссертационной работы являлось экспериментальное исследование влияния межмолекулярного взаимодействия на фотофизические параметры (в первую очередь — на скорости радиационной и безызлучателыюй дезактивации возбужденного состояния) комплексов, образующихся в результате взаимодействия пирена с гуминовыми веществами и уранила с лигандами-анионами в воде. Поставленные задачи решались с использованием методов лазерной спектроскопии — нелинейной, кинетической и матричной флуориметрии. В диссертационной работе были поставлены следующие задача:

1. Разработать модели, описывающие флуоресцентный отклик смеси комплексов урана и системы пирен-ГВ как объекта с локализованной донорпо-акцепторной парой в нелинейном режиме возбуждения.

2. Разработать алгоритм определения индивидуальных фотофизических параметров комплексов уранила методами лазерной спектроскопии; разработать подход к определению парциальных концентраций комплексов урана в их смеси.

3. Выявить факторы, приводящие к увеличению сечения флуоресценции уранила при образовании им комплексов с лигандами-анионами (сульфатами и фторидами); исследовать корреляцию скоростей радиационной и безызлучателыюй дезактивации возбужденного состояния с параметрами комплексов и их окружения.

4. Исследовать взаимное влияние на фотофизические параметры молекул пирена и гуминовых веществ при их взаимодействии, оценить вклад механизма

5

динамического тушения флуоресценции и проверить гипотезу о возможности переноса энергии электронного возбуждения в системе, представляющей из себя локализованную донорно-акцепторную пару.

Научная новизна работы.

Впервые совместно реализуемыми на одном лазерном спектрометре методами наносекундной кинетической и нелинейной флуориметрии определены значения индивидуальных фотофизических параметров комплексов уранила с разным числом лигандов и выявлена зависимость скоростей радиационного и нерадиационного затухания от числа лигандов в комплексе.

Предложена гипотеза о наличии переноса энергии электронного возбуждения в системе пирен-ГВ, приводящего к динамическому тушению флуоресценции пирена. Методом нелинейной лазерной флуориметрии, с использованием предложенного формализма коллективных состояний, определена скорость переноса энергии в системе.

Научная и практическая значимость.

Научная и практическая значимость работы определяются тем, что

1. Использование разработанных методик определения индивидуальных фотофизических параметров комплексов урана позволяет получать новую информацию о корреляции типа комплекса (числа лигандов в нем) и его фотофизических параметров, что представляет интерес для исследования механизмов усиления люминесценции при комплексообразовании.

2. Разработанный подход к определению парциальных концентраций физико-химических форм урана в смеси, основанный на методах лазерной флуориметрии, может использоваться для диагностики процесса добычи урана методом подземного выщелачивания.

3. Предложенная методика анализа системы пирен-ГВ может быть использована для исследования характеристик процесса связывания в системе. Факт наличия переноса энергии в системе объясняет ряд имеющихся в литературе противоречий (например, наблюдаемого изменения параметра полярности), а значения скорости переноса могут быть использованы для исследования структурных характеристик комплексов, образующихся при связывании.

Положения, выносимые на защиту.

1. Фотофизические процессы в системах со счетным фиксированным числом флуорофоров (в том числе, идентичных) в нелинейном режиме возбуждения могут быть описаны с помощью формализма коллективных состояний групп флуорофоров, в частности, локализованных донорно-акцепторных пар (ЛДАП).

2. Кривые насыщения комплексов урана (VI) с лигандами-анионами при возбуждении наносекундцыми импульсами могут быть описаны двумя параметрами: сечением поглощения и параметром, равным произведению времени жизни в возбужденном состоянии и константы скорости синглет-синглетной аннигиляции.

3. Совместное применение методов наносекундоной кинетической и нелинейной флуориметрии позволяет одновременно определять индивидуальные фотофизические параметры (сечение поглощения, время жизни возбужденного состояния, относительный квантовый выход флуоресценции) и, как следствие, парциальные концентрации комплексов урана (VI) с лигандами-анионами (фторидами, сульфатами) в их смеси в воде.

4. Из анализа измеренных индивидуальных фотофизических параметров комплексов урана (VI) следует, что увеличение сечения флуоресценции уранила при присоединении лигандов связано как с ростом радиационной, так и с падением нерадиационной скоростей релаксации возбужденного состояния.

5. В механизме тушения пирена при связывании его молекулами гуминовых веществ присутствует вклад динамического тушения, связанного с переносом энергии возбужденного состояния пирена на хромофор ГВ. Данный факт проявляется в кривых насыщения их флуоресценции, из которых, с использованием модели коллективных состояний, может быть определена скорость переноса энергии.

Достоверность результатов.

Достоверность результатов обеспечивается проработкой и многократной апробацией методик и тщательностью спектральных измерений, которые были проведены на аппаратуре высокого качества, а также контролем повторяемости результатов экспериментов и отсутствием противоречий между полученными данными и данными других исследовательских групп, приведенными в цитируемой литературе.

Апробация работы и публикации.

Результаты работы докладывались на следующих международных конференциях: "Lasers, Applications and Technologies (LAT 2007)" (Минск, Беларусь,

май-июнь, 2007); "Laser Applications in Life Sciences (LALS 2007)" (Москва, июнь, 2007), "Russian-German Symposium on Actinide Nanoparticlcs" (Москва, май 2009), "XII International Conference on the Chemistry and Migration Behavior of Actinidcs and Fission Products in the Geosphere" (Washington, USA, 2009), "SPIE Photonics Europe" (Брюссель, Бельгия, 2010); "Laser Applications in Life Sciences (LALS 2010)" (Оулу, Финляндия, 2010), "5lh EARSeL Workshop on Remote Sensing of Coastal Zone" (Прага, Чехия, 2011), "Advanced Laser Technologies (ALT 2011)" (Золотые пески, Болгария, 2011) и др. Практически все доклады были представлены на конференциях лично автором диссертации.

По теме работы опубликовано 14 печатных работ, в том числе 7 статей, 4 из которых опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы из 111 наименований. Работа изложена на 125 страницах машинописного текста, включая 35 рисунков и 7 таблиц.

Личный вклад автора.

Все представленные в диссертации результаты получены автором лично либо при его определяющем участии в постановке задач, разработке методик и проведении экспериментов.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируются цель и задачи исследований, приводятся положения, выносимые на зашигу, кратко излагается содержание диссертации.

В первой главе §1.1-1.2 посвящены обзору фотофизические характеристик флуорофоров и влиянию на них локальных факторов, а также описанию методик определения фотофизических параметров методами лазерной флуоресцентной спектроскопии, в том числе, с помощью нелинейной флуориметрии; приведено описание использовавшейся в работе экспериментальной установки. §1.3-1.4 являются оригинальной частью, в которой предлагаются и апробируются на модельных объектах (белках) модели флуоресцентного отклика, используемые в дальнейшем при исследовании системы с локализованными флуорофорами (пирен-

ГВ) и комплексов уранила с лигандами-анионами методом нелинейной флуориметрии.

§1.2.1 содержит описание классических (линейных) методов флуориметрии, в том числе, спектроскопии с временным разрешением. В §1.2.2 рассматриваются теоретические основы метода нелинейной лазерной флуориметрии при возбуждении наносекундными лазерными импульсами. Приводятся алгоритмы решения обратных задач кинетической и нелинейной флуориметрии, результатом применения которых является определение молекулярных фотофизических параметров флуорофоров (сечения поглощения, скорости внутри- и межмолекулярного переноса энергии и др.) из кривых насыщения флуоресценции (0~l(F) - AWM-i, где A'R£f - референсный сигнал; M-i - сигнал флуоресценции, F - плотность потока фотонов возбуждающего излучения) и кинетических кривых (7(Г<ы), где I - нормированный сигнал флуоресценции; ^ - задержка строба приемника относительно лазерного импульса). В §1.2.3 описывается универсальный лазерный флуориметр/флуорометр, позволяющий реализовывать нелинейную и кинетическую флуориметрию. В отдельных пунктах описаны основные блоки и элементы установки: система лазерного возбуждения на основе импульсного ИАГ:Ш лазера (1.06 мкм, частота следования импульсов 10 Гц, длительность импульса тр = 10 не) с набором нелинейных кристаллов для получения гармоник основного излучения (532, 355 и 266 нм); система регистрации на основе стробируемого многоканального анализатора спектра с УФ CCD камерой (длительность строба - 10 не, шаг перемещения - 2.5 не). Приведены основные характеристики лазерного излучения, показано, что распределения излучения в поперечном сечении пучка и во времени хорошо аппроксимируются гауссовыми распределениями. Описана дополнительная аппаратура, которая использовалась в работе: пикосекундный лазерный флуорометр, спектрофотометр и спектрофлуоримстр.

В §1.3 разрабатываются модели, описывающие флуоресцентный отклик в специфических системах, исследуемых в главах 2 и 3. Так, в §1.3.1 рассмотрены системы с обусловленными диффузией процессами (столкновительным тушением, синглет-синглетной аннигиляцией), для которых записаны системы кинетических уравнений и проведено исследование прямой и обратной задачи нелинейной флуориметрии. С использованием литературных данных выполнена оценка адекватности предложенных моделей для комплексов урана. В §1.3.2 предложена система, учитывающая фотофизические процессы с участием возбужденного состояния, характерные для молекул пирена (спонтанная и двухступенчатая фотоионизация, синглет-триплетная конверсия). В §1.3.3 адекватность предложенной модели проверена на модельном объекте - триптофане, в котором имеют место все вышеуказанные процессы. Методом нелинейной флуориметрии для раствора

9

триптофана определены фотофизические параметры - время жизни, сечение поглощения, скорости спонтанной ионизации и синглет-триплетной конверсии. Полученные данные оказались в согласии с литературными.

Раздел §1.4 описывает разработанную оригинальную методику, позволяющую описать флуоресцентный отклик объектов с локализованными донорно-акцепторными парами (ЛДАП) и определить скорость переноса энергии в ней с помощью метода нелинейной флуориметрии: §1.4.1 содержит модель, оперирующую коллективными состояниями ЛДАП (всеми реализуемыми энергетическими конфигурациями). Вводится система кинетических уравнений, описывающая динамику населенностей коллективных состояний в системе. Приводится расширенная модель, оперирующая формализмом коллективных состояний и позволяющая описать флуоресцентный отклик систем с локализованными группами флуорофоров. Адекватность предложенной модели проверена в §1.4.1 на модельном объекте с ЛДАП - флуоресцентном белке шКРР1, где донором является триптофановый остаток в матрице белка, а акцептором - хромофор, фрагмент молекулы, ответственный за поглощение и эмиссию в видимой области спектра. Путем решения обратной задачи нелинейной флуориметрии определена скорость переноса энергии в системе. Указано, что в случае применения классических методик это требует наличия априорной информации о времени жизни донора в отсутствие акцептора, которую в случае флуоресцентного белка получить затруднительно.

Во второй главе содержатся результаты экспериментального исследования влияния взаимодействия иона уранила с лигандами-анионами (фторидами и сульфатами) на его фотофизические параметры методами лазерной флуориметрии.

Необходимый для дальнейшего изложения оригинальных результатов обзор литературных данных о структурных и фотофизических характеристиках уранила и его комплексов приведен в разделе §2.1. Рассмотрена модель формирования флуоресцентного отклика комплексов уранила при возбуждении его в УФ. Особое внимание уделено существующим точкам зрения на природу дезактивации возбужденного состояния комплексов уранила в воде (в частности, обсуждаются гипотезы о тушении возбуждения молекулами растворителя) и механизмам влияния лигандов на радиационную (Кк) и нерадиационную (Км) скорости переходов между энергетическими уровнями.

В §2.2 описаны использованные в работе образцы и проведен расчет распределений форм урана с использованием теории Дебая-Хкжкеля. Приведен анализ существующих методик определения содержания физико-химических форм в смеси, в том числе, время-разрешенной спектроскопии. Кинетика затухания флуоресцентного отклика смеси комплексов уранила после окончания возбуждающего импульса имеет вид

ю

т^ул.с"' - ', (о

.■ • *

здесь ]0 - интенсивность возбуждающего излучения, п1 - концентрация ¡-го комплекса уранила, (77,-, а/, г,) - его квантовый выход флуоресценции, сечение поглощения и время жизни возбужденного состояния. Таким образом, флуоресцентный вклад компонентов смеси комплексов урана в общий сигнал определяется их концентрацией и индивидуальными наборами фотофизических параметров (7,, сг„ ту), определение которых было произведено методами кинетической и нелинейной флуориметрии и описано в последующих разделах. В разделе показано, что определение наборов (г]п а% г;) методами классической (линейной) спектроскопии связано с рядом трудностей, например, для определения сечений поглощения сг, необходима априорная информация о концентрации хромофоров в растворе.

§2.3 посвящен исследованию кинетик затухания комплексов уранила. В §2.3.1 проведен анализ влияния факторов внешней среды (ионной силы, температуры) на кинетику затухания флуоресценции иона уранила. Задача восстановления параметров из экспоненциальных кинетик решалась в §2.3.2 с помощью метода наименьших квадратов. Для того, чтобы лучшим образом определить времена жизни каждого комплекса была использована методика совместной аппроксимации экспериментальных кинетик, полученных в линейном режиме возбуждения (параметр насыщении ^Тзтр«!). Вместо минимизации невязок для отдельных образцов производилась минимизация совместной невязки:

I (V I Л„;ехр{Ч,Д)) , (2)

где индекс п нумерует образцы с различным содержанием лигандов, индекс у нумерует экспериментальные точки одной кинетики, индекс г равен числу присоединенных к уранилу лигандов. Такой вид функции невязки соответствует представлению о неизменности времени жизни для отдельно взятого комплекса при изменении концентрации других комплексов и поддержании постоянными ионной силы и кислотности раствора при приготовлении растворов. Полученные с использованием данной методики индивидуальные времена жизни комплексов урана приведены в таблице 1.

Таблица 1. Зависимость времен жизни сульфатных и фторидных комплексов урана от числа лигандов п. _ _

п т(Ш2(804)„), мке тОЮ^и мке

1 4.1 ±0.2 29.4 ±1.2

2 8.2 ±0.5 88.3 ±2.9

3 14 ± 1 166 ±4

и

Амплитуда кинетики комплекса пропорциональна его концентрации, где коэффициент пропорциональности равен произведению сечения поглощения комплекса, его скорости излучательной дезактивации Кя и аппаратного фактора Я:

А,„ = К,^<т,КН1П. (3)

Так как суммарная концентрация комплексов в растворе известна, считая, что коэффициент пропорциональности для отдельного комплекса не меняется от раствора к раствору, можно с помощью аппроксимации получить значения этих коэффициентов и, как следствие, рассчитать концентрации каждого комплекса в каждом растворе. Математически такая задача сводится к минимизации

Х1(*,)=£([£/Оа1»-£7Г>\ (4)

В параграфе §2.3.2 по известным /С, были получены относительные значения произведения о,кг! для каждого комплекса. В §2.3.3 исследованы температурные

зависимости кинетик затухания флуоресценции для фторидных комплексов урана с разным числом лигандов, при этом оказалось, что амплитуда кинетических кривых (и, следовательно, скорость радиационного затухания) от температуры не зависит. Из полученные кривых т{7~) с использованием выражения

(5)

определялась энергия активации Еа для комплексов с разным числом лигандов. Показано, что наблюдаемые в эксперименте зависимости находятся в противоречии с гипотезой о тушении возбужденного состояния молекулами воды из первой гидратационной сферы комплекса: энергия активации уменьшается по мере присоединения лигандов. §2.3.4 посвящен исследованию температурных зависимостей кинетик «разгорания» флуоресценции, то есть, скорости перехода между верхним и первым возбужденными состояниями. Показано, что время такого перехода составляет порядка 10 не, что согласуется с данными других авторов, при этом скорость перехода от температуры не зависит. Этот факт является дополнительным свидетельством разной природы переходов 1—*0 и и-* 1, что также отражено в литературе.

§2.4 посвящен исследованию кривых насыщения комплексов уранила. Поскольку характерные времена релаксации комплексов (микросекунды) значительно превышают длительность импульсов лазерного излучения (10 не), использовавшихся в работе, режим возбуждения флуоресценции является существенно нестационарным. Кривые насыщения флуоресценции в этом случае не зависят от времени жизни в возбужденном состоянии и определяются только сечением поглощения, а для фактора насыщения в случае прямоугольных распределений импульса по времени и сечению пучка можно получить выражение

г & = Рат> ■ (6)

1-ехр(-/'<тг )

2.00Е*026 4.00Е+026

Р, см'сек"'

. 2000000-{о

У 1500000-

Рис. 1. А) Кривые затухания флуоресценции раствора урана ([и02н] = 104 М) для концентрации фторидов [К] = 1(Г3 М при двух значениях плотности потока фотонов возбуждающего излучения. Е) Кривые насыщения флуоресценции того же раствора, полученные при сдвиге строба системы регистрации относительно возбуждающего импульса на ]{верхняя кривая) и 10 (нижняя кривая) мкс. Сплошные кривые построены с использованием фотофизических параметров, полученных путем решения обратной задачи по модели, учитывающей процесс синглет-синглетной аннигиляции.

Как видно из рис. 1А, кинетики затухания флуоресценции комплексов уранила зависят от плотности потока фотонов возбуждающего излучения и в нелинейном режиме становятся неэкспоненциальными. Этот факт можно объяснить наличием эффектом синглет-синглетной аннигиляции, лимитируемой диффузией: для комплексов урана смещение за счет диффузии за время г ы<х' > = Эт* 10~5 см сравнимо со средним расстоянием между ними при концентрации 10"5 М. С учетом аннигиляции, динамика населенности первого возбужденного состояния щ описывается уравнением

= (7)

Ш т

где К - константа скорости синглет-синглетной аннигиляции. На рис. 1А приведена аппроксимация экспериментальных точек кинетическими кривыми, рассчитанными по модели (7) в нелинейном режиме возбуждения.

В случае нестационарного возбуждения кинетику затухания флуоресценции можно разбить на участки, на которых дают вклад те или иные члены уравнения (7). Таким образом, кривые насыщения при разной задержке относительно

возбуждающего импульса по-разному зависят от фотофизических параметров, фигурирующих в (7).

В §2.4.2 метод нелинейной флуориметрии был применен для определения сечений, поглощения комплексов урана. При этом регистрировались кривые насыщения с задержкой относительно лазерного импульса (рис. 1Б) и принималось во внимание значительное отличие времен жизни комплексов, установленное в §2.3, позволяющее измерять кривые насыщения селективно. Проведено решение обратной задачи нелинейной флуориметрии для смеси с известным числом комплексов уранила, в результате чего определены индивидуальные сечения поглощения (для комплексов уранила с 1, 2 и 3 лигандами-фторидами сгх = (1.0±0.3)-10"'7, аг ~ (1.5±0.3)'10"17 и <т3 = (2.2±0.5)-10'п см^). В разделе приводятся данные о наборах фотофизических параметров для фторидных и сульфатных комплексов урана и проводится их анализ.

В §2.5 предлагается и реализуется подход к определению индивидуальных фотофизических параметров и парциальных концентраций комплексов урана в смеси с неизвестным числом комплексов. Для этого в эксперименте измеряется зависимость 1{Р, 0 - флуоресцентная матрица (рис. 2), то есть поверхность, сечениями которой по одной из координат являются кинетические кривые Щ, по другой - кривые насыщения 1(¥). Для смеси комплексов уранила это позволяет, например, получать кривые насыщения отдельных комплексов: кривая насыщения, снятая при большой задержке регистрации относительно возбуждающего импульса, будет определяться сечением поглощения комплекса с самым большим временем жизни и т.д.

Рис. 2. Зависимость интенсивности флуоресценции смеси фторидных комплексов урана ([иОг*] = КГ4 М, [Г] = 5-Ю'4 М) от плотности потока возбуждающего излучения Р и времени - № 0 (флуоресцентная матрица).

Задача определения наборов параметров (<т,г) решается итеративно: определяется такое время Г\, что при ¡>1\ зависимость 1(() является моноэкспоненциальной, соответствующее время затухания х приписывается комплексу с максимальным числом лигандов п; измеряется кривая насыщения

флуоресценции этого комплекса 1(1]. Р), обрабатывается по модели (6) и определяется из нее сечения поглощения а„. Результатом этой процедуры является набор параметров (<т„,т„\ который затем используется при анализе кинетической кривой при 12<1<1Ь когда проявляется вклад от комплекса с п - 1 лигандами. Так, методом итераций, определяются наборы параметров для всех присутствующих в растворе форм уранила, Результаты применения метода к растворам с разной концентрацией лигандов |Т"] представлены на рис. 3.

юапт^.м

Рис. 3. Зависимость концентраций фторидных комплексов уранила в растворе (рН -2.6, I - 0.1) от полной концентрации фтора в растворе. Сплошная линия данные расчета по теории Дебая-Хюккеля с использованием литературных значений констаит комплексообразования, по мере роста концентрации [¥'] в растворе образуются комплексы с 1, 2 и 3 лигандами.

Расхождение теоретических кривых и экспериментальных данных вызвано, по-видимому, тем, что обработка кривых насыщения проводилась по упрощенной модели (6) с целью минимизации числа восстанавливаемых из флуоресцентной матрицы параметров. Как видно из рис. 3. неучет еинглет-синглетной аннигиляции для комплексов с большими (г > 100 мкс) временами жизни приводит к существенным ошибкам определения концентраций.

§2.7 посвящен экспериментальному исследованию важного для контроля видообразования и миграции процесса сорбции урана на микрочастицах Si02 комплексом методов: электронной микроскопией, рентгеноструктуриым анализом и время-разрешенной флуориметрией. Исследована зависимость эффективности сорбции урана частицами разного диаметра от параметров среды (рН, температуры). Данные, полученные методами EXAFS (extended X-ray absorption fine structure) и время-разрешенной спектроскопии находятся в хорошем соответствии друг с другом и показывают появление при сорбции комплексов двух типов.

Третья глава посвящена исследованию влияния взаимодействия молекул полиароматического углеводорода пирена с гуминовыми веществами на их фотофизические характеристики. Особое внимание уделено выявлению механизма, приводящего к тушению флуоресцеции пирена при комплехсообразовании с ГВ (связывании). Разделы §3.1-3.2 содержат обзор литературных данных, используемых в дальнейшем при постановке экспериментальных исследований и интерпретации их результатов; в последующих разделах (§3.3-3.6) изложены содержание и результаты оригинальных исследований взаимодействия в системе пирен-ГВ методами лазерной флуоресцентной спектроскопии.

В §3.1.1 приведен краткий обзор литературных сведений о структуре, спектральных и фотофизических характеристиках пирена как представителя класса полиароматических углеводородов и гуминовых веществ - гетерогенных структур, являющихся «молекулярной сборкой» с варьирующимся от молекз'лы к молекуле числом функциональных групп, что делает ГВ чрезвычайно сложным для исследования объектом. Далее, излагаются литературные данные о механизмах связывания в системе пирен-ГВ (на данный момент этот вопрос является дискуссионным) и современные подходы к экспериментальному и теоретическому исследованию межмолекулярных взаимодействий с участием ГВ.

§3.1.2 посвящен анализу имеющихся данных о взаимном влиянии пирена и ГВ на фотофизические параметры, в особенности, представлениям о причинах тушения флуоресценции пирена при связывании его ГВ. Последнее представляет особую важность в связи с тем, что подавляющее большинство авторов исследует процесс связывания с применением алгоритма Штерна-Фольмера.

В параграфах §3.2 проведено исследование фотофизических процессов в молекулах пирена и ГВ при возбуждении в УФ (266 нм) методами нелинейной и кинетической флуориметрии. В §3.2.1 исследована фотодеградация пирена. При облучении раствора лазерными импульсами наблюдается падение флуоресцеции, обусловленное, согласно литературным данным, двухступенчатой фотоионизацией. В разделе приведены кинетики фотодеградации пирена (зависимость интенсивности от времени облучения) при разных значениях плотности потока возбуждения F.

16

Показано, что кинетика фотодеградации на больших временах определяется соотношением «, ~ К"(—,т.), где функция К определяется решением кинетических

уравнений, учитывающих фотоионизацию, ая - число импульсов. Определенные из кривых падения интенсивности флуоресценции значения сечения поглощения из возбужденного состояния находятся в согласии с литературными данными и составляют crp¡ = (7.0 ± 0.6)10"21 см2.

При измерении в непрерывном режиме возбуждения спектров пирена, облучавшегося в течение десятков секунд импульсным лазером (длина волны 266 нм, длительность импульса 12 не, энергия в импульсе 2 мДж), был выявлен факт их искажения. В спектрах поглощения образцов с разным временем облучения при этом наблюдалось две тенденции: уменьшение амплитуды «структурированных» (определяемых колебательной структурой) полос поглощения и рост поглощения в области коротких длин волн. При этом было установлено, что форма спектра флуоресценции образцов, полученная в режиме импульсного облучения с задержкой регистрации относительно возбуждающего импульса, равной 100 не, не меняется.

Таким образом, выявлено, что наблюдаемое искажение полосы флуоресценции пирена при облучении его УФ-имиульсами, обусловлено не изменением франк-кондоновских факторов, а образованием стабильного фотонродукта с полосой флуоресценции в области 400 нм, перекрывающейся с эмиссией пирена. Если не принимать во внимание это обстоятельство, то видимое искажение спектра, может приводить к неверной интерпретации экспериментальных данных, в частности, к выводам об изменении параметра полярности пирена.

Кинетика за!ухания флуоресцентного отклика пирена в воде исследована в §3.2.2. Переход S,—>S0 для пирена является запрещенным по симметрии ВФ, что обуславливает его относительно большое значение времени жизни в возбужденном состоянии (т = 135 ± 5 не). Таким образом, использовавшееся в работе возбуждение импульсами с тр11иг = 10 не является в случае пирена существенно нестационарным -г » гр, что, как и в случае с комплексами уранила, делает возможным использования выражения (1).

Кривые насыщения флуоресценции пирена приведены в §3.2.2. Они обрабатывались по модели, учитывающей процессы двухступенчатой ионизации (сечение поглощения а и сечение фотоионизации <rp¡ считались известными) и синглет-триплетной конверсии. Восстановленное из кривых насыщения флуоресценции значение квантового выхода в триплет Цт = 20 ± 5 % находится в согласии с литературными данными. Таким образом, совместное применение методов кинетической и нелинейной флуориметрии позволяет получить полный набор фотофизических параметров, характеризующих флуоресцентный отклик пирена.

17

Раздел §3.2.3 содержит результаты исследования фотофизических характеристик ГВ методами нелинейной и кинетической флуориметрии, причем кинетические кривые измерялись как на наносекундном, так и на пикосекундном флуорометрах. Для препарата ГВ Ромкитиз времена жизни возбужденного состояния, измеренные на двух установках, совпали и составили 4.2 ± 0.5 не. Сечение возбуждения, восстановленное из кривых насыщения с использованием простейшей двухуровневой модели, оказалось равным а = (1.6 ± 0.4)-1016 см2.

В §3.3 проведено исследование связывания пирена и ГВ методами классической спектроскопии. В результате изменения спектров флуоресценции (длина волны возбуждения X = 337 нм) пирена при добавлении в раствор ГВи построения кривой Штерна-Фольмера с учетом эффекта внутреннего фильтра и поглощения накачки молекулами ГВ, определена константа связывания пирена К$у = 0.2 л/мг. Показано, что форма полосы флуоресценции пирена (и, следовательно, параметр полярности) и кинетика затухания его флуоресценции не меняются при добавлении в раствор ГВ, в то время как интенсивность флуоресценции пирена падает в два раза. Эти данные согласуются с гипотезой о статическом механизме тушения. Тем не менее, исследование спектров поглощения пирена в присутствии ГВ показало, что падение оптической плотности пирена происходит медленнее, чем падение его флуоресценции, что свидетельствует в пользу наличия вклада динамического механизма тушения.

В параграфе §3.4 методом нелинейной флуориметрии исследуется гипотеза о наличии переноса энергии в системе пирен-ГВ и его вкладе в динамическое тушение. В предположении о неизменности электронной структуры пирена при связывании, что оправдано в случае слабого Ван-дер-Ваальсового взаимодействия, падение

г

квантового выхода г] =-5— при образовании комплекса пирен-ГВ может быть

вызвано увеличением скорости нерадиационной релаксации А^« за счет взаимодействия с колебательными модами молекулы ГВ или появлением нового канала дезактивации со скоростью Кх. В работе анализируется второй случай, когда дезактивация возбужденного состояния пирена связана с безызлучательным переносом энергии на хромофор ГВ. В разделе §3.4.1 проведен анализ причин, почему определение скорости переноса методами классической спектроскопии затруднительно, а сам факт переноса энергии в измеряемых этими методами фотофизических характеристиках (например, интенсивностях полос флуоресценции) не проявляется.

В §3.4.2 содержится исследование гипотезы о наличии в системе пирен-ГВ переноса энергии электронного возбуждения. Согласно этой гипотезе, комплекс пирен-ГВ, образующийся при связывании, представляет собой локализованную

донорно-акцепторную пару. В силу специфики ГВ (неизвестного количества флуорофоров), оценка ферстеровского радиуса для системы не представляется возможной. Тем не менее, все условия, необходимые для индуктивно-резонансного (ферстеровского) переноса энергии - ненулевой квантовый выход донора и перекрытие полос флуоресценции донора и поглощения акцептора - выполнены. Фотофизические процессы в системе пирен-ГВ описываются моделью коллективных состояний ЛДАП. Кривые насыщения ГВ в присутствии пирена и без него приведены на рис. 4.

Рис. 4. Кривые насыщения ГВ в присутствии (нижняя кривая, отношение молярных концентраций пирена и ароматического углерода в молекуле ГВ г = 10) и в отсутствие (верхняя кривая) пирена. Сплошные кривые построены дм значений параметров, полученных в результате решения обратной задачи нелинейной флуориметрии.

Восстановленное по модели коллективных состояний значение скорости переноса энергии составило Я=3-109 сек'1 (эффективность переноса т] = 95±5 %), что свидетельствует о вкладе динамического связывания в тушение флуоресценции пирена, основным механизмом которого в этом вкладе является перенос энергии с пирена на флуорофоры ГВ.

В Заключении сформулированы основные результаты работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ РАБОТЫ:

В результате проведенных исследований межмолекулярного взаимодействия уранила с лигандами-анионами и пирена с гуминовыми веществами в воде методами лазерной флуоресцентной спектроскопии получены следующие основные результаты.

1. Показано, что фотофизические процессы в системах с локализованными группами

¡9

флуорофоров могут быть описаны моделью коллективных состояний, а скорости переноса энергии в локализованных донорно-акцепторных парах (ЛДАП) могут быть определены без знания фотофизических параметров донора в отсутствие акцептора методом нелинейной флуориметрии. Адекватность подхода проверена на модельном объекте с ЛДАП - флуоресцентном белке, для которого методом нелинейной флуориметрии была определена скорость переноса энергии между триптофановым остатком и красным хромофором.

2. Показано, что относительный вклад каждого комплекса уранила с лигандами-аиионами во флуоресцентный сигнал смеси комплексов определяется значениями его сечения поглощения, времени жизни возбуждённого состояния и квантового выхода флуоресценции. Продемонстрировано, что метод матричной флуориметрии (синтез нелинейной и кинетической флуориметрии) позволяет определить индивидуальные наборы фотофизических параметров и парциальные концентрации комплексов уранила с различными лигандами-анионами в их многокомпонентной смеси.

3. Установлено, что усиление люминесценции уранила при образовании им комплексов с лигандами-анионами в воде обусловленно одновременно ростом радиационной и падением нерадиационной скоростей дезактивации возбужденного состояния. Выявлено, что скорость радиационной релаксации первого возбужденного состояния комплексов уранила не зависит от температуры. Показано, что механизмы дезактивации первого и верхних возбужденных электронных уровней комплексов уранила имеют различную природу.

4. Установлено, что тушение флуоресценции пирена гуминовыми веществами (Г'В) обусловлено как статическим, так и динамическим связыванием. Показано, что падение квантового выхода флуоресценции пирена при взаимодействии с гуминовыми веществами обусловлено, в том числе, переносом энергии электронного возбуждения на флуорофор ГВ; скорость переноса энергии определена методом нелинейной флуориметрии и составила £=3-109 сек"' (эффективность переноса Г| = 95±5 %).

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Ширшин Е. А., Банишев А. А., Фадеев В. В. Локализованные донорно-акцепторные пары флуорофоров: определение скорости переноса энергии методом нелинейной флуориметрии. //Письма в ЖЭТФ. 2008. Т. 89. № 10. С. 567-570.

2. Банишев А. А., Ширшин Е. А., Фадеев В. В. Определение фотофизических параметров молекул триптофана методами лазерной флуориметрии. //Квантовая электроника. 2008. Т, 28. № 1. С. 76-80.

3. Batuk D.N., Shiryaev A.A., Kalmykov S.N., Batuk O.N., Romanchuk A.Yu., Shirshin E.A., Zubavichus Ya.V. Sorption and Speciation of Uranium on Silica Colloids. //"Actinide Nanoparticle Research". Springer, 2011, eds. S.N. Kalmykov, M.A. Denccke, P. 315-335.

4. Banishev Л.Л., Shirshin E.A., Fadeev V.V. Determination of photophysical parameters of red fluorescent protein mRFPl under ultraviolet excitation by methods of laser fluorimetry. //Applied Optics. 2010. V. 49. № 34. P. 6637-6644.

5. Banishev A.A., Shirshin E.A., Fadeev V.V. Laser fluorimetry of proteins containing one and two tryptophan residues. //Laser Physics. 2008. V. 18, №7, pp.861-867.

6. Ширшин E.A., Петров В.Г., Будылин Г.С., Обморошев Б.Л. Калмыков С.М., Фадеев В.В. Лазерная флуориметрия уранила и его комплексов в водной среде. //М.: Макс Пресс. Сб.: Физические проблемы экологии (экологическая физика). 2009. № 16. С. 356-378.

7. Batuk D.N., Kalmikov S.N., Shiryaev A. A, Shirshin Е.А, BudylinG.S., Zubavichus Ya.V. Uranium (VI) and Plutonium (V,VI) interaction with amorphous silica nanospheres. //Russian-German Symposium on Actinide Nanoparticles. 21-22 May 2009, Moscow, Russia, Abstract Book, p. 25.

8. Kalmykov S.N., Petrov V.G., Romanchuk A.Yu., Fadeev V.V., Shirshin E.A. Uranium speciation in sulfuric acid solutions after dump leaching uranium ores. //XII International Conference on the Chemistry and Migration Behavior of Actinides and Fission Products in the Geosphere. 20-25 September 2009, Kennewick, Washington, USA, Abstract Book, p. 74.

9. Petrov V.G., Shirshin E.A., Kalmykov S.N., Budylin G.S., Obmoroshev B.L., Fadeev V.V. Uranium speciation in sulfate and fluoride solutions by time-resolved laser induced fluorescence spectroscopy. //Russian-German Symposium on Actinide Nanoparticles, 21-22 May 2009, Moscow, Russia, Abstract Book, p. 52.

10. Ширшин E.A., Петров В.Г., Будылин Г.С., Обморошев Б.С. On-line контроль содержания форм урана в смеси с использованием лазерного флуоресцентного сенсора. //Сб. трудов научно-практической конференции и Молодёжного форума «Фундаментальные и прикладные аспекты инновационных проектов Физического факультета МГУ», 18-19 ноября 2009, с. 196-198.

11. Shirshin Е.А., Yablocky K.V.. Veselova I. A., Fadeev V.V. Photophysical processes in molecules placed into micellar nanostructures. //SPIE Photonics Europe, 12-16 April 2010, Brussels, Belgium, Book of Abstracts, v.7712, p. 104.

12. Shirshin E.A., Zhdanova N.G., Drutsa V.L., Fadeev V.V. On the possibility of intramolecular vibrations investigation using FRET. //The XII International Conference on

21

Laser Applications in Life Sciences, June 9-11, 2010, Oulu, Finland, Book of Abstracts, p. 71.

13. Ширшин E.A., Петров В.Г., Будылин Г.С., Обморошев Б.К. On-line контроль содержания форм урана в технологических водных средах с использованием лазерного флуоресцентного сенсора //"Инновационные аспекты фундаментальных исследований по актуальным проблемам физики", 25-30 октября 2009 года, ФИАН, Москва - Троицк, Сб. тезисов, с. 50.

14. Shirshin Е.А., Fadeev V.V., Zhdanova N.G., Budylin G.S. On the possibility of intramolecular vibrations investigation using FRET. // SPIE Photonics Europe, 12-16 April 2010, Brussels, Belgium, Book of Abstracts, v. 7715, p.74.

Отпечатано в копицентре « СТ ПРИНТ » Москва, Ленинские горы, МГУ, 1 Гуманитарный корпус, e-mail: globus9393338@yandex.ru тел.: 939-33-38 Тираж 100 экз. Подписано в печать 12.10.2011

Оглавление.

Введение.

Глава 1Фотофизические характеристики флуорофоров и> влияние наних межмолекулярного взаимодействия. Методы определения фотофизических параметров в системах с локализованными-донорно-акнепторнымишарами. 13?

1.1 Фотофизические характеристики флуорофоров и влияние на них локальных факторов:.:.

1.1.1 Вероятность переходов в двухуровневой:системе.

1.1.2 Переходы между вибронными уровнями. Фактор Франка-Кон дона.

1.1.4 Фотофизические процессы в молекулах сложных органических соединений;.

1.1.4 Влияние межмолекулярного взаимодействия на фотофизические параметры флуорофоров.'.;.'.22.

1.1.5 Перенос энергии в системах флуорофоров;.

1.2. Спектроскопические методы определения фотофизических параметров.

--'■■" 1.2.1 Классическая флуориметрия*.

1.2.2 Нелинейная флуориметрия.

1.2.3 Экспериментальная установка.

1.2.3.1 Наносекундный лазерный флуориметр/флуорометрг.

1.3. Модели фотофизических процессов с учётом процессов в» возбужденном-состоянии:.і.

1.3;1. Модель фотофизичесісих процессов с учетом фотоионизации.

1.3.2 Определение фотофизических параметров триптофана методом нелинейной , флуориметрии.

1.4 Модели фотофизических процессов в системах с локализованными донорно-акцепторными парами.;.

1.4.1 Понятие ЛДАП;.

1.4.2 Модель коллективных состояний.;.:.

1.4.3 Определение скорости переноса энергии в флуоресцентном белке шЯРРІ.

Глава Т. Исследование влияния взаимодействия с лигандами-анионами на, фотофизические параметры уранила.

2.1 Фотофизические характеристики уранила.

2.1.1 Спектральные характеристики и характерные скорости переходов между энергетическими уровнями в комплексах уранила.

2.1.2 Дезактивация возбужденного состояния комплексов уранила.

2.1.3 Влияние лигандов на фотофизические параметры уранила.

2.2 Комплексообразование. Флуоресцентный отклик смеси комплексов уранила.

2.3 Исследование динамики релаксации возбужденных состояний комплексов уранила

2.3.1 Исследование зависимости кинетик затухания флуоресценции комплексов уранила от внешних факторов.

2.3.2 Определение индивидуальных времен жизни первого возбужденного состояния комплексов уранила.

2.3.3 Исследование температурной зависимости затухания флуоресцентного отклика комплексов уранила.

2.3.4 Исследование температурной зависимости скорости релаксации верхнего возбужденного состояния комплексов уранила.

2.4 Нелинейная флуориметрия комплексов уранила. Решение обратной задачи.

2.4.1 Нелинейная флуориметрия комплексов уранила.

2.4.4 Анализ влияния лигандов на фотофизические параметры комплексов уранила.

2.5 Определение индивидуальных фотофизических параметров комплексов уранила в. смеси методом матричной флуориметрии.

2.6 О возможности использования лазерной флуориметрии для исследования сорбции, уранила на поверхности кремниевых микрочастиц1.

Глава 3. Исследование взаимодействия молекул гуминового вещества с пиреном и механизмов взаимного влияния* на фотофизические параметры.

3.1 Фотофизические характеристики системы пирен-ГВ.

3.1.1 Сведения о структурных и фотофизических характеристиках пирена и ГВ.

3.2 Исследование фотофизических процессов в молекулах пирена и ГВ при возбуждении в УФ (266 нм) методами нелинейной и кинетической8флуориметрии.

3.2.1 Фотодеградация пирена под действием лазерных импульсов.

3.2.2 Определение фотофизических параметров пирена методами нелинейной и кинетической флуориметрии.

3.2.3 Определение фотофизических параметров ГВ методами нелинейной и кинетической флуориметрии.

3.3 Исследование процесса связывания пирена молекулами ГВ методами классической^ спектроскопии.

3.4 Исследование гипотезы о наличии переноса энергии в системе пирен-ГВ.

3.4.1 Гипотеза о переносе энергии в системе пирен-ГВ.

3.4.2 Исследование переноса энергии в системе пирен-ГВ методом нелинейной флуориметрии.

Выводы.

Влияние межмолекулярных взаимодействий на фотофизические параметры комплексов гуминовых веществ с пиреном и уранила с лигандами-анионами в воде широко исследуется методами оптической спектроскопии [1, 2]. Актуальность подобных исследований обусловлена как существенной- фундаментальной составляющей, так и прикладной - возможностями использования их результатов в области мониторинга окружающей среды (использования гуминовых веществ в качестве флуоресцентных биоиндикаторов наличия экотоксикантов [3], детектирования в воде низких концентраций комплексов урана [4, 5]) и для оптимизации технологического процесса добычи урана методом подземного выщелачивания [6]. Исследование межмолекулярных взаимодействий тесно связано с задачей определения молекулярных фотофизических параметров как характеристик, отражающих изменения окружения флуорофоров и их структуры. Возможности флуоресцентного анализа значительно расширяются с применением^ лазерных методов, которые в дополнение к традиционным параметрам, описывающим форму и положение полос флуоресценции, позволяют определять молекулярные фотофизические параметры^ флуорофоров (время жизни, сечение поглощения, скорость межмолекулярного переноса энергии и др.), причём в условиях дефицита априорной информации, обязательной в классических методах [7]. Данный факт стимулирует развитие методов нелинейной флуоресцентной спектроскопии для исследования изменения фотофизических параметров в системах взаимодействующих флуорофоров.

Ион уранила ис>22+ - основная« форма* существования урана1 (VI) в воде [2]. В растворах (в том числе в технологическом процессе выщелачивания урановых руд) уранил образует координационные соединения с анионами-лигандами, такими как Б", БО,*2" и др. [8]. В результате присоединения лигандов спектральные и фотофизические характеристики уранила претерпевают существенные изменения, в частности, значительно возрастает сечение люминесценции (произведение сечения поглощения и квантового выхода люминесценции) - наблюдается эффект «усиления люминесценции». Существует множество работ, ставящих своей целью объяснить и оценить количественно влияние лигандов на фотофизические параметры уранила [9-12]. Тем не менее, исчерпывающей теории этого процесса нет - более того, в литературе имеются взаимоисключающие точки зрения. Та же самая ситуация наблюдается и в изучении природы дезактивации возбужденного состояния иона уранила иОг2+ в водном растворе [4, 13-18], мультиплетности возбужденного состояния, ответственного за люминесценцию 6

10, 19], природы скоростей релаксации высших возбужденных состояний [4, 20] и т.д. Для понимания,механизмов изменения скоростей переходов и, как следствие, усиления люминесценции необходимо знание индивидуальных фотофизических параметров каждого комплекса, что в целом представляет непростую задачу: в большинстве случаев образец представляет собой смесь комплексов с неизвестными концентрациями. С исследованием индивидуальных фотофизических параметров комплексов уранила напрямую связана важная практическая задача разделения »флуоресцентных вкладов от физико-химических форм урана (комплексов с лигандами разного типа) в смеси с целью определения ее состава, что необходимо' для оптимизации процесса добычи урана' методом подземного выщелачивания [6].

Вторым классом исследовавшихся в диссертационной работе систем* были комплексы, образующиеся в результате связывания полиароматических углеводородов, ПАУ (на примере пирена), молекулами гуминовых веществ (ГВ) - природных соединений, входящих в состав органического вещества почв; природных вод и твердых горючих ископаемых. В последние'годы активно изучается возможность использования ГВ в природоохранных технологиях в качестве природных детоксикантов [21-24]. Вопрос о механизме взаимодействия ГВ с ПАУ на настоящий момент является.дискуссионным: большинство авторов придерживается мнения о гидрофобном механизме связывания [25], другие рассматривают связывание ПАУ гуминовыми веществами.как распределение ПАУ между водной фазой и * мицеллоподобными структурами, образуемыми'молекулами ГВ [26]. При этом предполагают, что ГВ способны образовывать, как меж-, так и внутримолекулярные мицеллоподобные структуры [27]. Необходимо отметить, что ГВ являются «молекулярной сборкой» - полидисперсной и гетерогенной структурой с неизвестным числом хромофоров/флуорофоров, что существенно затрудняет исследование их свойств [23]. настоящее время основным методом исследования системы пирен-ГВ'является флуоресцентный анализ, например, эффективность связывания вычисляется' из кривых тушения флуоресценции по уравнению Штерна-Фольмера [28]. Распространенность такого подхода объясняется его простотой, возможностью анализа in situ и чувствительностью. Обращает на себя внимание тот факт, что ряд наблюдаемых эффектов, например, изменение т.н. параметра полярности (величины отношения интенсивностей первого и третьего пиков в спектре флуоресценции пирена, чувствительной к характеристикам окружения молекулы [29]) при связывании ГВ, необъяснимы в рамках предположения о статическом характере связывания, а данные разных групп о вкладе динамического механизма сильно разнятся [1]. При этом, насколько нам известно, в литературе не рассматривалась гипотеза о наличии переноса энергии возбужденного состояния в системе пирен-ГВ и не оценивался его вклад в динамическое тушение флуоресценции. Данное обстоятельство может быть вызвано, в том числе, тем, что при исследовании системы методами классической (линейной) флуориметрии в силу ее особенностей факт наличия переноса энергии установить затруднительно.

Таким образом, обе поставленные в диссертации задачи объединены общностью проблемы установления механизмов влияния межмолекулярных взаимодействий на флуоресценцию флуорофоров (усиление или тушение флуоресценции) и предположением, что в решении этой проблемы большую роль может сыграть изучение влияния этих факторов на молекулярные фотофизические параметры флуорофоров. Это делает актуальным развитие новых подходов в флуориметрии, позволяющих определять возможно больший набор таких параметров для систем взаимодействующих флуорофоров. Разработка новых эффективных подходов к исследованию таких систем и методов их диагностики в условиях окружающей среды является актуальной фундаментальной и прикладной задачей, в частности, представляют интерес для применений в экологии и для оптимизации технологических процессов.

Целью диссертационной работы являлось экспериментальное исследование влияния межмолекулярного взаимодействия на фотофизические параметры (в первую очередь — на скорости радиационной и безызлучательной дезактивации возбужденного состояния) комплексов, образующихся в результате взаимодействия пирена с гуминовыми веществами и уранила с лигандами-анионами в воде. Поставленные задачи решались с использованием методов лазерной спектроскопии — нелинейной, кинетической и матричной флуориметрии.

В диссертационной работе были поставлены следующие задачи:

1. Разработать модели, описывающие флуоресцентный отклик смеси комплексов урана и системы пирен-ГВ как объекта с локализованной донорно-акцепторной парой в нелинейном режиме возбуждения.

2. Разработать алгоритм определения индивидуальных фотофизических параметров комплексов уранила методами лазерной спектроскопии; разработать подход к определению парциальных концентраций комплексов урана в их смеси.

3. Выявить факторы, приводящие к увеличению сечения поглощения флуоресценции уранила при образовании им комплексов с лигандами-анионами (сульфатами и фторидами); исследовать корреляцию скоростей радиационной и безызлучательной дезактивации возбужденного состояния с параметрами комплексов и их окружения.

4. Исследовать взаимное влияние на фотофизические параметры молекул пирена и гуминовых веществ при их взаимодействии, оценить вклад механизма динамического тушения флуоресценции и проверить гипотезу о возможности переноса энергии электронного возбуждения в системе, представляющей из себя локализованную донорно-акцепторную пару.

Научная новизна работы.

Впервые совместно реализуемыми на одном лазерном спектрометре методами наносекундной кинетической и нелинейной флуориметрии определены значения индивидуальных фотофизических параметров комплексов уранила с разным числом -лигандов и выявлена зависимость скоростей радиационного и нерадиационного затухания от числа лигандов в комплексе.

Предложена и подтверждена" гипотеза о наличии переноса энергии электронного возбуждения в системе пирен-ГВ, приводящего к динамическому тушению флуоресценции пирена. Методом'нелинейной лазерной флуориметрии, с использованием предложенного формализма коллективных состояний, определена скорость переноса энергии в системе.

Научная и практическая значимость работы определяются тем, что

1. Использование разработанных методик определения индивидуальных фотофизических параметров комплексов урана позволяет получать новую информацию о корреляции типа комплекса (числа лигандов в нем) и его фотофизических параметров, что представляет интерес для исследования механизмов усиления люминесценции при комплексообразовании.

2. Разработанный подход к определению парциальных концентраций физико-химических форм урана в смеси, основанный на методах лазерной флуориметрии, может использоваться;для диагностики процесса добычи» урана методом подземного выщелачивания.

3. Предложенная методика анализа системы пирен-ГВ может быть использована для исследования характеристик процесса связывания в системе. Факт наличия переноса энергии* В;системе объясняет ряд имеющихся в литературе противоречий (например, наблюдаемого изменения параметра полярности), а значения скорости переноса могут быть использованы для исследования структурных характеристик комплексов, образующихся при связывании:

Положения, выносимые на защиту.

1. Фотофизические процессы в системах со счетным фиксированным' числом флуорофоров (в том числе, идентичных) в. нелинейном. режиме возбуждения могут быть описаны с помощью формализма коллективных состояний групп флуорофоров, в частности, локализованиых донорно-акцепторных пар (ЛДАП).

2. Кривые насыщения комплексов урана (У1) слигандами-анионами при. возбуждении наносекундными импульсами могут быть описаны- двумя параметрами: сечением поглощения! и параметром, равным произведению времени жизни в возбужденном состоянии и константы скорости синглет-синглетной аннигиляции:

3. Совместное применение методов? наносекундоной« кинетической и нелинейной флуориметрии позволяет одновременно; определять индивидуальные фотофизические параметры (сечение поглощения, время ЖИЗНИ возбужденного- СОСТОЯНИЯ;!, относительный квантовый выход флуоресценции) и^: как .следствие,. парциальные концентрации комплексов урана (VI) с лигандами-анионами (фторидами, сульфатами) в их смеси в воде.

4. Из. анализа измеренных индивидуальных фотофизических параметров комплексов урана (VI) следует, что увеличение сечения флуоресценции уранила при присоединении лигандов(связано как с ростом радиационной, так и; с падением; нерадиационной скоростей релаксации возбужденного состояния:

5: В механизме тушения пирена при связывании его молекулами гуминовых веществ^ присутствует вклад динамического, тушения; связанного с переносом энергии возбужденного состояния пирена на хромофор ГВ. Данный факт проявляется в кривых насыщения.1 их флуоресценции, из которых, с использованием модели коллективных состояний; может быть определена скорость переноса энергии.

Достоверность результатов обеспечивается проработкой и многократной апробацией методик и тщательностью спектральных измерений, которые были проведены на аппаратуре высокого качества, а также контролем повторяемости результатов экспериментов и отсутствием противоречий между полученными данными и данными других исследовательских групп, приведенными в цитируемой литературе.

Результаты работы докладывались на следующих международных конференциях'. "Lasers, Applications and Technologies (LAT 2007)" (Минск, Беларусь, май-июнь, 2007); "Laser Applications in Life Sciences (LALS 2007)" (Москва, июнь, 2007), "Russian-German Symposium on Actinide Nanoparticles" (Москва, май 2009), "XII International Conference on the Chemistry and Migration Behavior of Actinides and Fission Products in the Geosphere" (Washington, USA, 2009), "SPIE Photonics Europe" (Брюссель, Бельгия, 2010); "Laser Applications in Life Sciences (LALS 2010)" (Оулу, Финляндия, 2010), "5th EARSeL Workshop on Remote Sensing of Coastal Zone" (Прага, Чехия, 2011), "Advanced Laser Technologies (ALT 2011)" (Золотые пески, Болгария, 2011) и др. Практически все доклады были представлены на конференциях лично автором диссертации.

По теме работы опубликовано 14 печатных работ, в том числе 6 [41, 45, 54, 55, 83, 85] статей, 4 из которых [41, 45, 54, 55] опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы из 111 наименований. Работа изложена на 125 страницах машинописного текста, включая 35 рисунков и 7 таблиц.

1. Sachs, S., Geipel, G., Mibus, J., Bemhard, G. Impact of humic acid on the uranium migration in the environment. //In: Uranium in the Environment. Mining Impact and Consequences (eds. Merkel, B.J., Hasche-Berger, A.), Springer, Berlin, 2005, p. 107-116.

2. Rathore D. Advances in technologies for the measurement of uranium in diverse matrices. //Talanta, 2008, v. 77, p. 9-20.

3. Merkel В. //In: (Eds.) Uranium in the Aquatic Environment (eds. Merkel В., Planer В., Wolkersdorfer C.), Springer, Heidelberg, 2002, p. 263-271.

4. Bernhard G., Geipel G., Brendler V., Nitsche H. Uranium speciation in waters of different uranium mining areas. // Journal of Alloys and Compounds, 1998, v. 271, pp. 201-205.

5. Fadeev V.V., Dolenko T.A., Filippova E.M., Chubarov V.V. Saturation spectroscopy as a method for determining the photophysical parameters of complicated organic compounds. //Optics Communications, 1999, v.166, p. 25-33.

6. Рабинович E., Белфорд P. Спектроскопия и фотохимия соединений уранила. /М.: Атомиздат, 1968.

7. Moriyasu М., Yokoyama Yu., Ikeda S. Anion coordination to uranyl ion and the luminescence lifetime of the uranyl complex. //Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry, 1977, v. 39, pp. 21992203.

8. Denning R. Electronic structure and bonding in actinyl ions. //Structure & Bonding, 1992, v. 79, pp. 215-276.

9. Gorller-Walrand C., Vanquickenborne L.G. Identification of the lower transitions in the spectra of uranyl complexes. //J. Chem. Phys., 1971, v. 54, pp. 4178-4186.

10. Gorller-Walrand C., De Jaeqere, S. Correlation between the vibronic spectra of the uranyl ion and the geometry of its coordination. // Spectrochimica Acta, 1972, v. 28A, pp. 257-268.

11. Young С., von Wandruszka R. A Comparison of aggregation behavior in aqueous humic acids. //Geochem. Trans., 2001, v. 2, p. 183-190.

12. Engebretson R.R., von Wandruszka R. Micro-organization in dissolved humic acids. //Environ. Sci Technol, 1994, v. 28, №116, p. 1934-1941.

13. Kalyanasundaram K., Thomas J.K. Environmental Effects on Vibronic Band Intensities in Pyrene Monomer Fluorescence and Their Application in Studies of Micellar Systems. //J. Am. Chem. Soc., 1977, v. 99, №7, p. 2039-2044.

14. Ganaye V., Keiding K., Vogel Т., Virot M.-L., Block J.-C. evaluation of soil organic matter polarity by pyrene fluorescence spectrum variations. //Environ. Science and Technology, 1997, v. 31, №10, p. 2701-2706.

15. Кузнецова JI.А., Кузъменко H.E., Кузяков Ю.Я., Пластинин Ю. А. Вероятности оптических переходов электронно-колебательно-вращательных спектров двухатомных молекул. //УФН, 1974, т. 113, №2, с. 285-325.

16. В. М. Агранович, Теория экситонов. //М.: Наука, 1968, 382 с.

17. Strickler S.J., Berg R.A. Relationship between absorbtion intensity and flouresence lifetime. //J. Phys. Chem., 1962, v. 37, №4, p. 814-822.

18. Кондон Э.Ю. Принцип франка-кондона и смежные вопросы. //УФН, 1948, т. 35, №1, с. 35-51.

19. Lakowicz J.R. Principles of Fluorescence Spectroscopy. /Kluwer Academic/Plenum, New York, 1999,710 р.

20. В. M. Агранович и М. Д. Галанин, Перенос энергии электронного возбуждения в конденсированных средах. М.: «Наука», 1978 г.

21. Маслов Д.В. Определение фотофизических параметров фитопланктона методом нелинейной лазерной флуориметрии. / Дисс. канд. физ.-мат. наук. М. МГУ, физ. фак., 2003, 125 с.

22. Паркер С. Фотолюминисценция растворов. /М.: Мир, 1972, 510 с.

23. Stryer L. Fluorescence energy transfer as a spectroscopic ruler. //Annu. Rev. Biochem, 1978, v. 47, p. 819-846.

24. Банишев А.А., Маслов Д.В., Фадеев В.В. Определение квантового выхода синглет-триплетной конверсии в молекулах сложных органических соединений методом нелинейной лазерной флуориметрии. // Вестник МГУ, №3, 2008, с.69-71.

25. Банишев А.А., Ширшин Е.А., Фадеев В.В. Определение фотофизических параметров молекул триптофана методами лазерной флуориметрии. // Квантовая электроника, 2008, т. 38, №1, стр. 76-80.

26. Соловьев К.Н., Борисевич Е.А. Внутримолекулярный эффект тяжелого атома в фотофизике органических молекул. //УФН, 2005, т. 175, с. 247-270.

27. Фадеев В.В. Лазерная спектроскопия водных сред. /Дисс. докт. физ.-мат. наук, М. МГУ, физ. фак., 1983,510 с.

28. Fadeev V.V., Dolenko Т.А., Banishev А.А., Litvinov P.N., Maslov D.V., Ostroumov E.E. Matrix method in laser fluorimetry of organic compounds. //Proceedings of SPIE, Conference on Spectroscopy, Dublin, Ireland, April, 2005, v.5826, pp.44-55.

29. Banishev A.A., Shirshin E.A., Fadeev V.V. Laser fluorimetry of proteins containing one and two tryptophan residues. //Laser Physics, 2008, v. 18, №7, pp.861-867.

30. Finstrom В., Tfibel F. and Lindqvist L. One- and two-photon ionization of aqueous tryptophan by the harmonics oftheNd laser. //Chem.Phys. Letters, 1981, v.71, №2, p312-316.

31. David Creed. The photophysics and photochemistry of the near-uv absorbing amino acids-I. Tryptophan and its simple derivatives. //Photochem. and Photobiol., 1984, v.39, №4, p537-62.

32. Sherin P.S., Snytnikova O.A., Tsentalovich Y.P. Tryptophan photoionization from prefluorescent and fluorescent state. //Chem. Phys. Letters, 2004, v.391, p. 44-49.

33. Chen Y., and Barkley M. D. Toward understanding tryptophan fluorescence in proteins. //Biochemistry, v. 37, p.9976-9982.

34. Pigault C. and Gerard D. Influence of the location of tryptophanyl residues in proteins on their photosensitivity. //Photochem. and Photobiol., 1984, v.40, №3, p-291-296.

35. Dudley Bryant, Santus R. and Grossweiner L.I. Laser flash photolysis of aqueous tryptophan. //J. of Phys. Chem., 1975, v.19, №25, p. 2711 -2716.

36. R.Y. Tsien, The green fluorescent protein. Anna Rev. Biochem. 1998, v. 67, pp. 509-544.

37. H. H. Зубова, А. П. Савицкий, Молекулярные клеточные сенсоры, созданные на основе цветных флуоресцирующих белков, Успехи биологической химии, 2005, т. 45, с. 391— 454.

38. Ширшин Е. А., Банишев А. А., Фадеев В. В. Локализованные донорно-акцепторные пары флуорофоров: определение скорости переноса энергии методом нелинейной флуориметрии. //Письма в ЖЭТФ, 2008, т. 89, № 10, с. 567-570.

39. Banishev А.А., Shirshin Е. A., Fadeev V.V. Determination of photophysical parameters of red fluorescent protein mRFPl under ultraviolet excitation by methods of laser fluorimetry. //Applied Optics, 2010, v. 49, № 34, pp. 6637-6644.

40. Geipel G., Brachmann A., Brendler V., Bernhard G., Nitsche H. Uranium(VI) sulfate complexation studied by time-resolved laser-induced fluorescence spectroscopy (TRLFS). //Radiochimica Acta, 1996, v. 75, pp. 199-204.

41. Moulin C., Decambox P., Moulin V., Decaillon J. G. Uranium speciation in solution by time-resolved laser-induced fluorescence. И Anal. Chem., 1995, v. 67, №2, pp. 348-353.

42. Moulin C., Charron N., Plancque G., Virelizier H. Speciation of uranium by electrospray ionization mass spectrometry: comparison with time-resolved laser-induced fluorescence. //Applied Spectroscopy, 2000, v. 54, №6, pp. 843-848.

43. Burrows H., Miguel M. Applications and limitations of uranyl ion as a photophysical probe. //Advances in Colloid and Interface Science, 2001, v. 89, pp. 485-496.

44. Billard I. et al., Aqueous solutions of uranium (VI) as studied by time-resolved emission spectroscopy: a round-robin test. //Applied Spectroscopy, 2003, v. 57, №8, pp. 1027-1038.

45. Ziegler S.L., Bushaw B.A. Ultratrace uranium fingerprinting with isotope selective laser ionization spectrometry. // Anal. Chem., 2008, v. 80, pp. 6029-6033.

46. Geipel G. Some aspects of actinide speciation by laser-induced spectroscopy. //Coordination Chemistry Reviews, 2006, v. 250, pp. 844-854.

47. Denning R. Electronic structure and bonding in actinyl ions and their analog. Hi. Phys. Chem. A, v. Ill, №20, pp. 4125-4143.

48. Ghosh, J. Mondai, H. Ghosh, D. Palit. Ultrafast dynamics of the excited states of the uranyl ion in solutions. UJ. Phys. Chem. A, 2010, v. 114, №16, pp. 5263-5270.

49. Buhl M., Kabrede H. Mechanism of water exchange in aqueous uranyl(VI) Ion. A density functional molecular dynamics study. //Inorg. Chem., 2006, v. 45, №10, pp. 3834-3836.

50. Wahlin P., Vallet V., Wahlgren U., Grenthe I. Water exchange mechanism in the first excited state of hydrated uranyl(VT). Illnorg. Chem., 2009, v. 48, №23, pp. 11310-11313.

51. Szabo Z., Glaser J., Grenthe I. Kinetics of ligand exchange reactions for uranyl(2+) fluoride complexes in aqueous solution. // Inorg. Chem., 1996, v. 35, pp. 2036-2044.

52. Liu G., Vikhnin V. Anharmonic charge transfer vibronic states and luminescence dynamics of uranyl compounds. //Chemical Physics Letters, 2007, v. 437, pp. 56-60.

53. Marcantonatos M.D. Chemical quenching by water of the photoexcited uranyl ion in aqueous acidic solution. Hi. Phys. Chem., 1980, v. 12, pp. 2273-2284.

54. Burrows H., Formosinho S.J. Photochemical hydrogen abstractions as radiationless transit ions. Part 3: theoretical analysis of hydrogen abstraction by excited uranyl (U022+) ion. // J. Phys. Chem., 1982, v. 31, pp. 3173-3184

55. Formosinho S.J., Miguel M. Photophysics of the excited uranyl ion in aqueous solutions. Part 1: reversible crossing. Hi. Chem. Soc. Faraday Trans. 1.1984. V. 80. P. 1717-1733.

56. Sergeeva G., Chibisov A., Levshin L., Karyakin A. Deactivation Pathways of Excited Uranyl Ions in Solutions. Hi. Chem. Soc. Chem. Comm. 1974. №5. P. 159-160.

57. Moriyasu M., Yokoyama Yu., Ikeda S. Quenching of uranyl luminescence by water molecules. //Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry, 1977, v. 39, pp. 2211-2214.

58. Робинсон P., Стоке P. Растворы электролитов. /М.: 1963, с. 264.

59. Neuefeind J., Skanthakumar S., Soderholm L. Structure of the U022+-S042" Ion Pair in Aqueous Solution. //Inorg. Chem., 2004, v. 43, pp. 2422-2426.

60. Eliet V., Grenthe I., Bidoglio G. Time-Resolved Laser-Induced Fluorescence of Uranium(VI) Hydroxo-Complexes at Different Temperatures. //Applied Spectroscopy, 2000, v. 54, №1, pp. 99105.

61. Farkas I., Banyai I., Szabo Z., Wahlgren U., Grenthe I. Rates and mechanisms of water exchange of U022+(aq) and U02(oxalate)F(H20)2: a variable-temperature 170 and 19F NMR Study. //Inorg. Chem. 2000. V. 39. P. 799-805.

62. Ширшин Е.А., Петров В.Г., Будылин Г.С., Обморошев Б.Л. Калмыков С.Н., Фадеев В.В. Лазерная флуориметрия уранила и его комплексов в водной среде. //М.: Макс Пресс. Сб.: Физические проблемы экологии (экологическая физика), 2009, № 16, с. 356-378.

63. К.Н. Lieser, S. Quandt-Klenk, В. Thybusch, Sorption of uranyl ions on hydrous silicon dioxide // Radiochimica Acta 57, pp. 45-50, 1992

64. U. Gabriel, L. Charlet, C.W. Schlapfer, J.C. Vial, A. Brachmann, G. Geipel, Uranyl Surface Speciation on Silica Particles Studied by Time-Resolved Laser-Induced Fluorescence Spectroscopy // Journal of Colloid and Interface Science, 239,pp.358-368,2001

65. A. Kowal-Fouchard, R Drot, E. Simoni, JJ. Ehrhardt, Use of Spectroscopic Techniques for Uranium(VI)/Montmorillonite Interaction modeling // Environmental Science Technology, 38, 13991407,2004

66. C. Young and R. von Wandruszka, A Comparison of aggregation behavior in aqueous humic acids. //Geochem. Trans., 2001, v. 2, pp. 16-20

67. Morra, M.J., M.O. Corapcioglu, R.M.A. von Wandruszka, D.B. Marshall, and K. Topper. 1990. Fluorescence quenching and polarization studies of naphthalene and 1-naphthol interaction with humic acid. Soil Sci. Soc. Am. J. 54:1283-1289.

68. M.U. Kumke, F.H. Frimmel, F. Ariese, C. Gooijer, Fluorescence of humic acids (HA) and pyrene-HA complexes at ultra-low temperature. //Environ. Sci. Technol. 34 (2000) 3818 3823.

69. A. Chaudhuri, S. Haldar. Organization and dynamics in micellar structural transition monitored by pyrene fluorescence. //Biochemical and Biophysical Research Communications, 2009, v. 19, 728732.

70. K. Nakashima, M. Makia, F. Ishikawa, T. Yoshikawa, Y.-K. Gong, T. Miyajima, Fluorescence studies on binding of pyrene and its derivatives to humic acid, Spectrochimica Acta Part A, 2007, v.67, pp. 930-935

71. R. Engebretson and R. von Wandrusrka, Microorganization in Dissolved Humic Acids. //Environ. Sci. Technol. 1994,28, 1934-1941

72. K.G. Karthikeyan, J. Chorover, Humic acid complexation of basic and neutral polycyclic aromatic compounds, Chemosphere, 2002, v. 48, 955-964

73. M. U. Kumke, H.-G. Lohmannsriiben, and Th. Roch, Spectroscopy of Polynuclear Aromatic Compounds in Environmental Monitoring. //Journal of Fluorescence, Vol. 5, No. 2, 1995

74. K. Kalyanasundaram and J. K. Thomas, Environmental Effects on Vibronic Band Intensities in Pyrene Monomer Fluorescence and Their Application in Studies of Micellar Systems. //J. Am. Chem. Soc., 1977, v. 99 (7), pp 2039-2044.

75. G. Durocher and C. Sandorfy. On the general occurrence of the Ham effect in the electronic spectra of aromatic hydrocarbons. //Journal of Molecular Spectroscopy. Volume 20, Issue 4, August 1966, Pages 410-424.

76. А. К. Mukhopadhyay, S. Georghiou. Solvent-induced enhancement of weakly allowed vibronic transitions of aromatic hydrocarbons. //Photochemistry and Photobiology, 2001, Volume 31, issue 4, pages 407-411.

77. V.A. Ganaye, K. Keiding et al., Evaluation of soil organic matter polarity by pyrene fluorescence spectrum variation. //Environ. Scien. and Techn., 1997, Vol. 31, №10., p. 2701-2706.

78. M.M.D. Sierra, T.G. Rauen, L. Tormen et al. Evidence from surface tension and fluorescence data of a pyrene-assisted micelle like assemblage of humic substances. //Water Research, 2005, v. 39, p. 3811-3818.

79. Backhus DA, Golini C, Castellanos E. Evaluation of fluorescence quenching for assessing the importance of interactions between nonpolar organic pollutants and dissolved organic matter. //Environ Sci Technol., 2003, v. 37(20), p. 4717^723.

80. Shirshin E.A., Yablocky K.V., Veselova I. A., Fadeev V.V. Photophysical processes in molecules placed into micellar nanostructures. //SPIE Photonics Europe, 12-16 April 2010, Brussels, Belgium, Book of Abstracts, v.7712, p. 104.

81. Shirshin E.A., Fadeev V.V., Zhdanova N.G., Budylin G.S. On the possibility of intramolecular vibrations investigation using FRET. // SPIE Photonics Europe, 12-16 April 2010, Brussels, Belgium, Book of Abstracts, v. 7715, p.74.

82. Kumke MU, Loehmannsroeben HG, Roch T. Fluorescence spectroscopy of polynuclear aromatic compounds in environmental monitoring. Hi Fluoresc., 1995, v. 5(2), p. 139-153.

83. Hemmingsen SL, McGown LB. Phase-resolved fluorescence spectral and lifetime characterization of commercial humic substances. //Appl Spectrosc., 1997, v. 51(7), pp. 921-929.

84. Del Vecchio R, Blough NV. On the origin of the optical properties of humic substances. //Environ Sci Technol., 2004, v. 38 (14), p. 3885-3891.

85. R. Von Wandruszka. Humic acids: Their detergent, qualities and potential uses in pollution remediation. //Geochiem. Trans., 2000, v. 2, p. 1892-1900

86. Бирке Дж., Манро И. Времена жизни флуоресценции ароматических молекул //УФН, 1971, т. 105, №2, с. 251-305.

87. Mennicken G. Analysis of the adsorption kinetics of pyrene to soil using laser-induced fluorescence spectroscopy LIF. Berichte des Forschungszentrums Julich, 2002, 149 p.