ИСТИНА

ИК-Фурье спектроскопия НПВО – стандартный метод исследования поверхностных слоев образца, при котором образец помещается в непосредственный контакт с кристаллом НПВО. Поскольку поверхность кристалла исключить из таких измерений невозможно, то возникает важная проблема определения причины изменения ИК-Фурье спектров при взаимодействии различных веществ с поверхностью. В рамках этой проблемы может быть поставлен целый ряд оригинальных задач, в частности, выявление спектральных изменений, происходящих при помещении различных смесей на поверхность кристалла, а также установление изменений спектральных линий при осаждении белков на кристалл и наличии промежуточных слоев. При этом важно определить природу взаимодействия молекул с поверхностью кристалла НПВО. Ранее в ходе измерения скоростных характеристик химических реакций с помощью метода ИК-Фурье спектроскопии НПВО обнаружено, что спектры некоторых чистых веществ и смесей при помещении непосредственно на кристалл НПВО (алмаз) меняются с течением времени. Определение характерных изменений в ИК спектрах различных химических систем позволит корректно интерпретировать спектры, измеренные в конфигурации НПВО.

ATR FTIR is a commonly applied method of surface layers studies when the sample has an optical contact with ATR crystal. The crystal surface may significantly impact FTIR spectra of various samples. In the frames of this problem, the series of original studies can be suggested. In particular, analysis of the spectral changes observed upon interaction of various liquid mixtures and solutions with the ATR crystal. It seems to be very important to understand the fundamental aspects of such an interaction. Earlier, we have demonstrated that in ATR FTIR geometry the spectra of some pure substances are time-dependant. Additional experiments are needed to correctly interpret the spectral changes.

Ожидаемыми научными результатами проекта в целом являются: 1. Выявление спектральных изменений, которые происходят в ИК спектрах при помещении различных смесей с реагирующими и не реагирующими компонентами на поверхность кристалла НПВО (алмаза). (Такого рода изменения известны для различных поверхностей, но неизвестны для поверхности алмаза как элемента НПВО.) 2. Определение спектральных линий, которые изменяются или не изменяются при осаждении на кристалл НПВО (алмаз) белков, и, следовательно, могут использоваться при анализе функциональной активности. (Ожидаемый результат является оригинальным.) 3. Установление общих и индивидуальных механизмов взаимодействия молекул растворенных веществ и молекул растворителя для различных смесей с поверхностью алмаза. (Ожидаемый результат является оригинальным.) 4. Выявление спектральных изменений, происходящих в системе типа алмаз - промежуточное вещество - исследуемое вещество. (Ожидаемый результат является оригинальным.)

(1) Измерения скоростных характеристик химических реакций с помощью ИК-Фурье спектроскопии показало, что спектры некоторых чистых веществ и смесей при помещении на кристалл НПВО меняются с течением времени. (2) В случае помещения реакционной смеси с ферментом на кристалл НПВО одновременно с процессом спонтанного гидролиза протекает процесс, который не позволяет получать воспроизводимые результаты. (3) Предложена процедура обработки массива спектральных данных, получаемых в ходе измерения КР и ИК спектров реакционной смеси, позволяющая получать зависимость интенсивности любой линии от времени. (4) Разработан метод обработки ИК и КР спектров, позволяющий проводить сравнение линий, интенсивность которых существенно меньше интенсивности спектрального фона. Метод основан на оригинальной методике вычитания широкополосных фоновых сигналов. (5) Разработан новый метод математической обработки ИК и КР спектров, позволяющий проводить сравнение не обработанных спектров между собой даже в случае, когда фоновые сигналы в спектрах имеют различную форму и интенсивность. Коллектив располагает следующим оборудованием. 1. ИК спектрометр Nicolet 6700 с приставкой НПВО. 2. Многофункциональный лазерный КР спектрометр с несколькими источниками и многоканальной системой регистрации со спектральным разрешением 2 см-1. Возможны эксперименты по спонтанному и резонансному КР. Система позволяют исследовать растворы, кристаллы и порошками. Для обработки спектров используется пакет оригинальных программ, разработанных авторами НИР. 3. Спектрофотометры "Ocean Optics HR-4000" и "Evolution 220" для измерения спектров поглощения как прозрачных, так и непрозрачных образцов с использованием интегрирующей сферы. 4. Коллектив располагает персональными компьютерами с программным обеспечением MODYP, MOPAC, Gaussian 03 и имеет постоянный доступ к суперкомпьютерным кластерам МГУ.

Показано, что поверхность кристалла нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО) - алмаза - может оказывать существенное влияние на результаты измерения ИК-Фурье спектров ИК поглощения. При измерении спектров растворов значительную роль могут играть процессы испарения. Различная скорость испарения компонент раствора со свободной поверхности капли, нанесённой на кристалл НПВО приводит к изменению относительных концентраций этих компонент, что меняет измеряемые спектры. При устранении возможности испарения спектральные изменения также происходят и связаны с конформационными изменениями молекул образца вблизи поверхности алмаза, а также с возникновением вблизи поверхности слоя, обогащённого или обеднённого растворёнными молекулами. Однако, обнаруженные изменения уже не столь существенны, как при наличии испарения и составляют лишь несколько процентов. Значительные конформационные изменения вблизи поверхности алмаза имеют место при работе с растворами белков. Продемонстрированы глобальные изменения в содержании различных элементов вторичной структуры ферментов (химотрипсина и альбумина) при взаимодействии с поверхностью алмаза.