Способ распознавания структуры и ингредиентов вещества Советский патент 1991 года по МПК G01N21/65 

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано для распознавания структуры молекул, идентификации и определения состава низкомолекулярных и высокомолекулярных веществ методом комбинационного рассеяния.

Целью изобретения является повышение чувствительности измерений при распознавании структуры и ингредиентов вещества.

На фиг.1 показана схема напыления серебра на поверхность ядерного фильтра; на фиг,2 - схема осаждения исследуемого вещества; на фиг.З - схема измерений.

На фигурах показаны ядерный фильтр 1. поры цилиндрической или конической формы 2 в ядерном фильтре, держатель для напыления слоя серебра 3, направление и ось вращения фильтра в процессе напыления серебра 4, напыленная пленка серебра 5, направление напыления серебра 6. угол между направлением напыления серебра и осью вращения фильтра 10, граница пленки металла с острой кромкой 7, подача газа в устройство для осаждения пробы 8 корпус устройства для осаждения пробы 9. раствор исследуемого вещества 10, слив фильтрата 11, позиция, в которую устанавливается подложка с пробой 12, оптический кванто(

СО

ю го ю

вый генератор (ОКГ) 13, монохроматор 14, регистрирующее устройство 15. Ядерный фильтр 1 с порами в форме цилиндров или конусов 2 закрепляется в держателе 3, вращающегося вокруг оси 4. Слой серебра 5 наносится термическим напылением в вакууме, при этом поток напыляемого металла 6 направляют под заданным углом /э к поверхности ядерного фильтра. При этом в порах образуются цилиндрические или конические слои металла 7 с острой кромкой. Полученную структуру закрепляют в фильтродержатель, раствор исследуемого вещества 10 помещают в обьем 9 и прокачивают раствор, повышая давление в области над фильтром, подавая газ через отверстие 8. Фильтрат сливают через отверстие 11. Подложку с осажденным таким образом веществом, высушивают, устанавливают в измерительное устройство и направляют на нее луч ОКГ 13, сигнал анализируют с помощью монохроматора 14 и регистрируют в системе 15. Спектры комбинационного рассеяния, полученные таким образом, приведены на фиг,4-7.

Диаметр пор ядерного фильтра целесообразно выбирать из диапазона 0,05- 0,3 мкм, поскольку при меньших диаметрах трудно получить полые структуры, а при больших снижается эффект резонансного усиления. В обоих случаях уменьшается количество осаждаемого прокачкой вещества при малых диаметрах требуются слишком большие перепады давления, при больших - снижается степень осаждения вещества.

Угол р, под которым проводят напыление серебра, должен лежать в пределах 20- 70°, так как при меньших углах ухудшаются условия осаждения металла в порах и не формируются полые структуры с острыми кромками, а при углах свыше 70° продольный размер структуры становится малым, что приводит к уменьшению усиления, кроме того ухудшаются условия создания непрерывной пленки на поверхности ядерного фильтра.

Оптимальная толщина напыляемой пленки 0,1-0,3 мкм. Увеличение толщины свыше 0,3 мкм приводит к тому, что поры фильтра оказываются заполненными металлом и полые структуры не реализуются При толщинах серебряной пленки меньше 0,1 мм подложка прозрачна для излучения возбуждения, амплитуда сигнала и, следовательно, чувствительность анализа снижается.

Наибольшая чувствительность способа достигается при плотностях г,ор 1081Л 7

10 пор/см Снижение плотности приводит к тому что центры усиления становятся редкими - суммарное значение полезного сигнала уменьшается При увеличении плотности свыше 10 пор/см начинает сказываться эффект взаимной экранировки, что также уменьшает полезный сигнал

Пример В качестве подложки был выбран ядерный фильтр из полиэтилентелеф0 талатной (лавсан) пленки толщиной 10 мкм с порами диаметром 0,3 мкм и плотностью 2-10 см . Напыление серебра проводили в вакууме 10 Тор под углом 20° с расстояния 100 мм За время напыления подложка бы5 лаповернута на 360° Скорость напыления 30 нм/мин. толщина напыленного слоя 300 нм L-фенилаланин наносили в виде 10 М раствора, при этом на поверхность фильтра помещали каплю объемом 1 мкл

0 Масса исследуемого вещества составила О 1 пг. Подготовленную таким образом подложку высушивали на воздухе при комнатной температуре в течение 10-мин, после чего устанавливали в спектрометр комбина5 ционного рассеяния, как показано на фиг.З. Для возбуждения спектров использовали излучение лазера Spectra-Physics 164-03 (США) с длиной волны 514.5 нм. Мощность излучения 10 мВт Лазерный луч фокусиро0 вался до диаметра 1 мкм Спектр комбинационного рассеяния L-фенилаланина приведен на фиг 4, кривая 16 Наблюдается характеристичный спектр указанной аминокислоты, содержащий полосы как сим5 метричных кольцевых колебаний (1000-1050 см ) так и колебаний карбоксильных ( 930 ) и аминогрупп ( 1600 см ), позволяющий проводить идентификацию указанного соединения и

0 входящих в его состав групп атомов. Для сравнения (на фиг 4 кривая 17) приведен спектр комбинационного рассеяния фени- лаланинз в водном растворе, полученный при концентрации в 1000 раз большей, и

5 при использовании 1 мг вещества, в отличии от 0,1 пг, использованного при работе с подложкой. Абсолютная чувствительность по линии 1000 составила 0,01 пг.

П р и м е р 2. В качестве подложки был

0 выбран ядерный фильтр из лавсана с диаметром пор 0,12 мкм и плотностью пор 5-108 Напыление серебра проводилось с расстояния 100 мм под углом 45°, подложка в процессе напыления была по5 вернута на 360°. Толщина напыленного слоя составила 150 нм, скорость напыления 30 нм/мин разрежение в камере 10 Тор. Исследуемое вещество осаждали путем прокачивания 10 М раствора аминокислоты L-фенилаланина через фильтр, как показано на фиг.2. Далее подложку высушивали, устанавливали в спектрометр комбинационного рассеяния и облучали электромагнитным излучением, как в примере 1. Полученные спектры L-фенилаланина были аналогичны спектрам, приведенным на фиг.4, и обеспечивали полную идентификацию как указанного соединения в целом, так и входящих в его состав структурных группировок.

П р и м е р 3. На ядерный фильтр с диаметром пор 0,05 мкм и плотностью 5 10 см напыляли серебро, как в примере 2. Исследовали L-вфенилаланин, нанесение пробы проводили аналогично примеру 2. Интенсивность линий спектра комбинационного рассеяния снизилась в 20 раз по сравнению с сигналом, полученным в примере 2.

П р и м е р 4, Использовали ядерный фильтр с диаметром пор 0,3 мкм и плотностью 10 см . Амплитуда сигнала, полученного на линии 1000 см комбинационного рассеяния L-фенилаланина, понизилась в 10 раз по сравнению с результатом, полученным в примере 2.

П р и м е р 5. Ядерный фильтр готовили путем одностороннего травления лавсановой пленки толщиной 10 мкм, облученной ионами аргона с энергией 5,6 МэВ/нуклон. Поры представляли собой полые конусы, входной диаметр составлял 0,3 мкм, выходной 0,05 мкм. Напыление проводили со стороны большего диаметра. Плотность пор 10 пор/см . Напыление серебра проводили с расстояния 100 мм под углом 30° к нормали, фильтр в процессе напыления вращали со скоростью 0,2 об/с. Скорость напыления составляла 30 нм/мин. толщина напыленного слоя 0,3 мкм Сквозь фильтр со стороны больших диаметров пор прокачивали раствор ДНК. концентрации 100пг/мл. Площадь фильтра 0,5 см , скорость прокачки 10 см /с, раствор прокачивали в течение 10 с. Условия возбуждения спектра были аналогичны описанным в примере 1. Спектр комбинационного рассеяния ДНК приведен на фиг.5.

П р и м е р 6. На ядерный фильтр, приготовленный аналогично примеру 2, наносили 1 мкл раствора бензойной кислоты в эталоне. Спектр получали после высушивания пробы, содержащей 0.1 пг вещества. Количество вещества, находящегося под лазерным лучом диаметром 1 мкм. составляло 0.01 пг. Экспериментальные условия получения спектров комбинационного рассеяния аналогичны примеру 1. Зарегистрированы характеристичные полосы бензойной кисло1 ы, позволяющие проводить идентификацию следовых количеств этого соединения.

П р и м е р 7. На ядерный фильтр, приготовленный аналогично ппимеру 2, наносили 1 мкл раствора полистирола (стандарт США, мол.вес. 200000) в толуоле и высушивали. Количество вещества а пробе 0,1 пг. Экспериментальные условия аналогичны

примеру 1. Зарегистрированы характерные полосы полимера позволяющие проводить идентификацию.

П р и м е р 8. На ядерный фильтр, приготовленный аналогично примеру 2,

наносили 1 мкл раствора сильно флуоресцирующего красителя родамин 6G в эталоне и высушивали. Экспериментальные условия аналогичны примеру 1. Спектр комбинационного рассеяния родамина 6G представлен на фиг.6 Зарегистрированы характерные полосы красителя. Отмечено мощное тушение люминесценции, что позволяет проводить исследования и идентификацию веществ с высоким квантовым

выходом люминесценции в видимой области.

П р и м е р 9. На ядерный фильтр, приготовленный аналогично примеру 2, наносили 1 мкл водного раствора белка лизоцима

и высушивали Экспериментальные условия аналогичные примеру 1. Зарегистрированный спектр представлен на фиг.7. В наблюдаемом спектре отмечены полосы колебаний пептидных групп (Амид I и III) и

боковых цепей ароматических аминокислотных остатков (фанилаланин Phe тирозин Туг, триптофан Тгр), а также S-S колебаний дисульфидных связей, позволяющих проводить структурно-функциональные исследования белка при использовании 0,1 пг вещества.

П р и м е р 10. Сквозь поры ядерного фильтра, приготовленного аналогично примеру 2, пропускали пары пиридина при

температуре 23°С 40 мин. Спектр комбинационного рассеяния возбуждали как в примере 1. Полученный спектр позволяет идентифицировать указанное соединение.

Формула изобретения

1. Способ распознавания структуры и ингредиентов вещества путем облучения исследуемого вещества, осажденного на подложку с шероховатой поверхностью, на

которую нанесена пленка серебра, со стороны пленки серебра электромагнитным излу- чением оптического диапазона и регистрации спектров комбинационного рассеяния, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, исследуемое вещество осаждают ведерный фильтр с плотностью пор 10-Ю пор/см и с пленкой серебра с острийной структурой, причем острия обращены внутрь пор.

2. Способ по п.1,отличающийся тем, что нанесение пленки серебра осуществляют напылением в вакууме под углом

20-70° к равномерно поворачивающемуся в собственной плоскости ядерному фильтру. 3. Способ по п.1,отличающийся тем, что исследуемое вещество осаждают прокачиванием жидкости или газа, содержащего это вещество, сквозь поры ядерного фильтра.

Изобретение может быть использовано для распознавания структур молекул, идентификации и определения состава низкомолекулярных веществ методом комбинационного рассеяния. Цель - повышение чувствительности распознавания. На подложку, в качестве которой используется ядерный фильтр, осаждают исследуемое вещество. На фильтр наносится пленка серебра с острийной структурой. Острия обращены внутрь пор. Плотность пор в фильтре в пределах 10⁸...10¹° пор/см². Облучение в видимом диапазоне ведут со стороны серебрянной пленки и снимают спектры комбинационного рассеяния. Пленку серебра наносят напылением в вакууме под заданным углом на ядерный фильтр. Исследуемое вещество осаждают прокачиванием жидкости или газа, содержащего это вещество, сквозь поры ядерного фильтра. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

I

8

«и

Щи г. Z

/3

8 88 S M

1500

к

UTU

15

4

оо оо

fi fi 4 4 f / I i JTP f / . lii I IT I KiV 1 Vl I ri O

Фиг.З

cx

I

Is

bj §

2

1000

5OO

Фиг. 4

fSOff

1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 Vua 6

Ч I

I

1UOO

Ј

Qo

1

и

ч

2350

Ш4

S-S

т ъ

rt

№3

1б7г.в

450

I

в

g«I

1