Способ распознавания структуры и ингредиентов вещества

 

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 10<SP POS="POST">8</SP>...10<SP POS="POST">1</SP>° пор/см<SP POS="POST">2</SP>. 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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1я)з G 01 N 21/65

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ь

4 ч

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4683200/25 (22) 26.04.89 (46) 30.08.91, Бюл, М 32 (71) Институт кристаллографии им, А.В. Шубникова и Институт биоорганической химии им. М.М. Шемякина (72) И,А.Куделина, В.И.Кузнецов. Б.В.Мчедлишвили, И.P.Haáèåâ, В.А.Олейников, К.В.Соколов и В.Д.Шестаков (53) 543.432 (088,8) (56) Патент США М 4674 878, кл. G 01 N21/65,,1987.

Frank S, Applications of infrared, Raman, and resonanse Raman spectroscopy in

biochemistry, Plenum Press, N- Y and

London, 1983. (54) СПОСОБ РАСПОЗНАВАНИЯ СТРУКТУРЫ И ИНГРЕДИЕНТОВ ВЕЩЕСТВА (57) Изобретение может быть использовано для распознавания структур молекул, иденИзобретение 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.3 — схема измерений.!

Ж, 1673929 А1

2 тификации 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 10 ...10 nop/ñì, Об1О лучение в видимом диапазоне ведут со стороны серебряной 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 зто вещество. сквозь поры ядерного фильтра. 2

s.n. ф-лы, 7 ил.

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, напиленная 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 кванто1673929

55 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 <р 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 объем 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 0,050,3 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 2070, 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 clloc0 ба достигается при плотностях г,ор 10—

10 пор/см . Снижение плотности приво1О дит к тому, что центры усиления становятся редкими — суммарное значение полезного сигнала уменьшается. При увеличении плотности свыше 10 пор/см начинает сказыio ваться эффект взаимной экранировки. что также уменьшает полезный сигнал.

Пример 1, В качестве подложки был выбран ядерный фильтр из полиэтилентелефталатной (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 была повернута на 360 . Скорость напыления

30 нм/мин, толщина напыленного слоя

300 нм. L-фенилаланин наносили в виде

10 M раствора, при этом на поверхность фильтра помещали каплю объемом 1 мкл.

Масса исследуемого вещества составила

0,1 пг. Подготовленную таким образом подложку высушивали на воздухе при комнатной температуре в течение 10.мин, после чего устанавливали в спектрометр комбинационного рассеяния, как показано на фиг.3.

Для возбуждения спектров испольэовали излучение лазера Spectra-Physics 164-03 (США) с длиной волны 514.5 нм, Мощность излучения 10 мВт, Лазерный луч фокусировался до диаметра 1 мкм. Спектр комбинационного рассеяния L ôåíèëàëàíèíà приведен на фиг.4, кривая 16. Наблюдается характеристичный спектр укаэанной аминокислоты. содержащий полосы как симметричных кольцевых колебаний (1000-1050 cM ). так и колебаний карбоксильных 930 см ) и аминогрупп (1600 см ), позволяющий проводить идентификацию укаэанного соединения и входящих в его состав групп атомов, Для сравнения (на фиг.4 кривая 17) приведен спектр комбинационного рассеяния фенилаланина в водном растворе, полученный при концентрации в 1000 раз большей, и при использовании 1 мг вещества, в отличии от 0.1 пг, использованного при работе с подложкой, Абсолютная чувствительность по линии 1000 см составила 0,01 пг.

Пример 2. В качестве подложки был выбран ядерный фильтр из лавсана с диаметром пор 0,12 мкм и плотностью пор

5 10 см, Напыление серебра проводилось с расстояния 100 мм под углом 45О, подложка в процессе напыления была повернута на 360О. Толщина напыленного слоя составила 150 нм, скорость напыления 30 нм/мин, разрежение в камере

10 Тор. Исследуемое вещество осаждали

-5 путем прокачивания 10 М раствора амино1673929

20

35

55 кислоты 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.

Пример 3. На ядерный фильтр с диаметром пор 0,05 мкм и плотностью

5 10 см напыляли серебро, как в примере

2. Исследовали L â фенилаланин, нанесение пробы проводили аналогично примеру 2.

Интенсивность линий спектра комбинационного рассеяния снизилась в 20 раз по сравнению с сигналом, полученным в примере 2.

Пример 4, Использовали ядерный фильтр с диаметром пор 0.3 мкм и плотно7 -2 стью 10 см . Амплитуда сигнала, полученного на линии 1000 см " комбинационного рассеяния L-фенилаланина, понизилась в

10 раэ по сравнению с результатом, полученным в примере 2.

Пример 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 нмlмин, толщина напыленного слоя 0,3 мкм. Сквозь фильтр со стороны больших диаметров пор прокачивали раствор ДН К. концентрации 100 пгl мл.

Площадь 4 ильтра 0,5 см, скорость прокач2 ки 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.

Пример 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 кисло>ы, позволяющие проводить идентификацию следовых количеств этого

Ф соединения, Пример 7. На ядерный фильтр, приготоьлениый аналогично поимеру 2, наносили 1 мкл раствора полистирола (стандарт

США, мол.вес. 200000) в толуоле и высушивали. Количество вещества в пробе 0,1 пг.

Экспериментальные условия аналогичны примеру 1. Зарегистрированы характерные поло, ы полимера позволяющие проводить идентификацию.

Пример 8. На ядерный фильтр, приготовленный аналогично примеру 2, наносили 1 мкл раствора сильно флуоресциру>ощего красителя родамин 6G в эталоне и высушивали. Экспериментальнь>е условия аналогичны примеру 1. Спектр комбинационного рассеяния родамина 66 представлен на фиг.6. Зарегистрированы характеоные полосы красителя. Отмечено мощное тушение люминесценции, что позволяет проводить исследования и идентификацию веществ с высоким квантовым выходом люминесценции в видимой области.

Пример 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 (Ам> д l и Ill) и боковых цепей ароматических аминокислотных остатков (фанилаланин Phe тирозин

Tyr, триптофан Trp), а также S— - $ колебаний дисульфидных связей, позволяющих проводить структурно-функциональные исследования белка при использовании 0,1 пг вещества, Пример 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 иссл.дуемого вещества. осажденного на подложку с шероховатой поверхностью, на которую нанесена пленка серебра, со стороны пленки серебра электромагнитным излучением оптического диапазона и регистрации спектров комбинационного рассеяния, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, иссле1673929 дуемое вещество осаждают в ядерный фильтр с плотностью пор 10 — 10 пор/см

В 10 2 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 и 1, отличающийся тем, что исследуемое вещество осаждают

5 прокачиванием жидкости или гаэа, содержащего это вещество, сквоэь поры ядерного фильтра.

1673929

1500

1673929

1500

1000

1300 1Z00 1100 Рог 6

1673929 гла

Составитель Е.Петросян

Техред М.Моргентал Корректор А.Осауленко

Редактор Н.Горват

Производственно-иэдательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2913 Тираж 391 Подписное (ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5