Особливості спектрів фотолюмінесценції чорних неметалевих поверхонь

Досліджено спектри фотолюмінесценції зразків чорних неметалевих поверхонь, а саме пластику, фотопаперу та оксамиту. Проведений аналіз показав, що на характеристики цих спектрів впливає процес фотозбудження молекул, які входять до складу цих матеріалів. Експериментально визначені спектри фотолюмінесц...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Доповіді НАН України
Дата:	2025
Автори:	Бандурин, Ю.А., Молнар, Ш.Б., Завілопуло, А.М., Бандурин, О.О.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2025
Теми:	Фізика
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/206494
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Особливості спектрів фотолюмінесценції чорних неметалевих поверхонь / Ю.А. Бандурин, Ш.Б. Молнар, А.М. Завілопуло, О.О. Бандурин // Доповіді Національної академії наук України. — 2025. — № 2. — С. 54-64. — Бібліогр.: 19 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-206494
record_format	dspace
spelling	Бандурин, Ю.А. Молнар, Ш.Б. Завілопуло, А.М. Бандурин, О.О. 2025-09-12T14:19:12Z 2025 Особливості спектрів фотолюмінесценції чорних неметалевих поверхонь / Ю.А. Бандурин, Ш.Б. Молнар, А.М. Завілопуло, О.О. Бандурин // Доповіді Національної академії наук України. — 2025. — № 2. — С. 54-64. — Бібліогр.: 19 назв. — укр. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/206494 539.188; 537.186 https://doi.org/10.15407/dopovidi2025.02.054 Досліджено спектри фотолюмінесценції зразків чорних неметалевих поверхонь, а саме пластику, фотопаперу та оксамиту. Проведений аналіз показав, що на характеристики цих спектрів впливає процес фотозбудження молекул, які входять до складу цих матеріалів. Експериментально визначені спектри фотолюмінесценції чорної поверхні оксамиту після її покриття сажею та аквадагом. Встановлено, що оксамит, вкритий аквадагом має найменшу інтенсивність фотолюмінесценції. Запропоновано методику вимірювань випромінювальних властивостей рідини на чорних поверхнях методом оптичної спектроскопії. Вперше на поверхні оксамиту в області довжин хвиль λ = 400÷700 нм отримано спектри фотолюмінесценції крапель рідин – води, спирту та 40% розчину глюкози. Ретельний розгляд цих спектрів дозволив ідентифікувати випромінювання радикалів ОН й СН та показати вплив типу зв’язку ОН з остовом молекул досліджених рідин. Запропонована методика вивчення фотолюмінесценції рідин дозволяє безпосередньо вимірювати спектри їх люмінесценції без використання пробірок, кювет. The photoluminescence spectra of black samples with non-metallic surface — plastic, photographic paper and velvet — have been studied. The analysis showed that the characteristics of these spectra are influenced by the process of photoexcitation of molecules included in these materials. The photoluminescence spectra of the black velvet surface after its coating with soot and aquadag were experimentally determined. It was established that velvet coated with aquadag has the lowest photoluminescence intensity. It has also been established that exposure to sunlight significantly changes the photoluminescent characteristics of such a surface. A method for measuring the radiation properties of liquids on black surfaces using optical spectroscopy has been proposed. For the first time, in the wavelength range λ = 400÷700 nm, photoluminescence spectra of drops of liquids — water, alcohol and 40 % glucose solution — were obtained. Careful analysis of these spectra allowed us to identify the emission of OH and CH radicals and to show the influence of the type of OH bonding with the molecular basis of the liquids under study. The proposed approach to the study of photoluminescence of liquids allows direct measurements of their luminescence spectra without the use of tubes and cuvettes. Автори висловлюють подяку проф. Є.Ю. Реметі за цінні зауваження в процесі підготовки рукопису статті. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Доповіді НАН України Фізика Особливості спектрів фотолюмінесценції чорних неметалевих поверхонь Features of photoluminescence spectra of black non-metallic surfaces Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Особливості спектрів фотолюмінесценції чорних неметалевих поверхонь
spellingShingle	Особливості спектрів фотолюмінесценції чорних неметалевих поверхонь Бандурин, Ю.А. Молнар, Ш.Б. Завілопуло, А.М. Бандурин, О.О. Фізика
title_short	Особливості спектрів фотолюмінесценції чорних неметалевих поверхонь
title_full	Особливості спектрів фотолюмінесценції чорних неметалевих поверхонь
title_fullStr	Особливості спектрів фотолюмінесценції чорних неметалевих поверхонь
title_full_unstemmed	Особливості спектрів фотолюмінесценції чорних неметалевих поверхонь
title_sort	особливості спектрів фотолюмінесценції чорних неметалевих поверхонь
author	Бандурин, Ю.А. Молнар, Ш.Б. Завілопуло, А.М. Бандурин, О.О.
author_facet	Бандурин, Ю.А. Молнар, Ш.Б. Завілопуло, А.М. Бандурин, О.О.
topic	Фізика
topic_facet	Фізика
publishDate	2025
language	Ukrainian
container_title	Доповіді НАН України
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
format	Article
title_alt	Features of photoluminescence spectra of black non-metallic surfaces
description	Досліджено спектри фотолюмінесценції зразків чорних неметалевих поверхонь, а саме пластику, фотопаперу та оксамиту. Проведений аналіз показав, що на характеристики цих спектрів впливає процес фотозбудження молекул, які входять до складу цих матеріалів. Експериментально визначені спектри фотолюмінесценції чорної поверхні оксамиту після її покриття сажею та аквадагом. Встановлено, що оксамит, вкритий аквадагом має найменшу інтенсивність фотолюмінесценції. Запропоновано методику вимірювань випромінювальних властивостей рідини на чорних поверхнях методом оптичної спектроскопії. Вперше на поверхні оксамиту в області довжин хвиль λ = 400÷700 нм отримано спектри фотолюмінесценції крапель рідин – води, спирту та 40% розчину глюкози. Ретельний розгляд цих спектрів дозволив ідентифікувати випромінювання радикалів ОН й СН та показати вплив типу зв’язку ОН з остовом молекул досліджених рідин. Запропонована методика вивчення фотолюмінесценції рідин дозволяє безпосередньо вимірювати спектри їх люмінесценції без використання пробірок, кювет. The photoluminescence spectra of black samples with non-metallic surface — plastic, photographic paper and velvet — have been studied. The analysis showed that the characteristics of these spectra are influenced by the process of photoexcitation of molecules included in these materials. The photoluminescence spectra of the black velvet surface after its coating with soot and aquadag were experimentally determined. It was established that velvet coated with aquadag has the lowest photoluminescence intensity. It has also been established that exposure to sunlight significantly changes the photoluminescent characteristics of such a surface. A method for measuring the radiation properties of liquids on black surfaces using optical spectroscopy has been proposed. For the first time, in the wavelength range λ = 400÷700 nm, photoluminescence spectra of drops of liquids — water, alcohol and 40 % glucose solution — were obtained. Careful analysis of these spectra allowed us to identify the emission of OH and CH radicals and to show the influence of the type of OH bonding with the molecular basis of the liquids under study. The proposed approach to the study of photoluminescence of liquids allows direct measurements of their luminescence spectra without the use of tubes and cuvettes.
issn	1025-6415
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/206494
citation_txt	Особливості спектрів фотолюмінесценції чорних неметалевих поверхонь / Ю.А. Бандурин, Ш.Б. Молнар, А.М. Завілопуло, О.О. Бандурин // Доповіді Національної академії наук України. — 2025. — № 2. — С. 54-64. — Бібліогр.: 19 назв. — укр.
work_keys_str_mv	AT bandurinûa osoblivostíspektrívfotolûmínescencííčornihnemetalevihpoverhonʹ AT molnaršb osoblivostíspektrívfotolûmínescencííčornihnemetalevihpoverhonʹ AT zavílopuloam osoblivostíspektrívfotolûmínescencííčornihnemetalevihpoverhonʹ AT bandurinoo osoblivostíspektrívfotolûmínescencííčornihnemetalevihpoverhonʹ AT bandurinûa featuresofphotoluminescencespectraofblacknonmetallicsurfaces AT molnaršb featuresofphotoluminescencespectraofblacknonmetallicsurfaces AT zavílopuloam featuresofphotoluminescencespectraofblacknonmetallicsurfaces AT bandurinoo featuresofphotoluminescencespectraofblacknonmetallicsurfaces
first_indexed	2025-11-25T22:16:28Z
last_indexed	2025-11-25T22:16:28Z
_version_	1850558556761227264
fulltext	54 ОПОВІДІ НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2025. No. 2: 54—64 Ц и т у в а н н я: Бандурин Ю.А., Молнар Ш.Б., Завілопуло А.М., Бандурин О.О. Особливості спектрів фотолюмі- несценції чорних неметалевих поверхонь. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2025. № 2. С. 54—64. https://doi.org/10.15407/ dopovidi2025.02.054 © Видавець ВД «Академперіодика» НАН України, 2025. Стаття опублікована за умовами відкритого доступу за ліцензією CC BY-NC-ND (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/) ФІЗИКА PHYSICS https://doi.org/10.15407/dopovidi2025.02.054 УДК 539.188; 537.186 Ю.А. Бандурин1, https://orcid.org/0000-0002-8047-1034 Ш.Б. Молнар2, https://orcid.org/0000-0002-5581-7435 А.М. Завілопуло1, https://orcid.org/0000-0001-8334-2804 О.О. Бандурин3, https://orcid.org/0009-0009-0253-8414 1 Інститут електронної фізики НАН України, Ужгород, Україна 2 ДВНЗ Ужгородський національний університет, Ужгород, Україна 3 Ужгородський науковий ліцей Закарпатської обласної ради, Ужгород, Україна E-mail: bandurin_unc@ukr.net Особливості спектрів фотолюмінесценції чорних неметалевих поверхонь Представлена член-кореспондентом НАН України Г.М. Гомонай Досліджено спектри фотолюмінесценції зразків чорних неметалевих поверхонь, а саме пластику, фото- паперу та оксамиту. Проведений аналіз показав, що на характеристики цих спектрів впливає процес фотозбудження молекул, які входять до складу цих матеріалів. Експериментально визначені спектри фотолюмінесценції чорної поверхні оксамиту після її покриття сажею та аквадагом. Встановлено, що оксамит, вкритий аквадагом має найменшу інтенсивність фотолюмінесценції. Запропоновано методику вимірювань випромінювальних властивостей рідини на чорних поверхнях методом оптичної спектроско- пії. Вперше на поверхні оксамиту в області довжин хвиль λ = 400÷700 нм отримано спектри фотолюмі- несценції крапель рідин – води, спирту та 40% розчину глюкози. Ретельний розгляд цих спектрів дозволив ідентифікувати випромінювання радикалів ОН й СН та показати вплив типу зв’язку ОН з остовом моле- кул досліджених рідин. Запропонована методика вивчення фотолюмінесценції рідин дозволяє безпосередньо вимірювати спектри їх люмінесценції без використання пробірок, кювет. Ключові слова: чорне тіло, оксамит, аквадаг, спектр люмінесценції, енергія фотонів, фотолюмінесценція. Вступ. Розробка нових детекторів фотонів, джерел випромінювання у різних ділянках спектра постійно стимулює нові напрями застосування спектрофотометрії. Так, напри- клад, за останнє десятиріччя широко досліджують можливість застосування явища фото- люмінесценції (ФЛ) для швидкого та надійного виявлення бактерій [1—7], йдеться про 55ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2025. № 2 Особливості спектрів фотолюмінесценції чорних неметалевих поверхонь розвиток діагностичних методик [8—13]. Разом з тим, під час проведення експерименталь- них досліджень з ФЛ потрібно: ■ вибрати певний матеріал (підкладка) для розташування зразків, поверхня якого має бути інертною для досліджуваних бактерій та хімічних сполук; ■ підкладка має давати мінімальний внесок в інтенсивність ФЛ досліджуваних об’єктів. Для запобігання процесам відбивання та розсіяння збуджуючих фотонів матеріал під- кладки має бути чорного кольору з шорсткою поверхнею. Такими матеріалами можуть бути: пластмаси, папір, тканини, які не володіють люмінесцентними властивостями. Тому задача створення та експериментальної перевірки такого матеріалу на ФЛ властивості за- лишається вельми актуальною. Більшість досліджень ФЛ характеристик різних об’єктів виконується у видимому, 400—800 нм, діапазоні спектра при збудженні фотонами ультра- фіолетового діапазону. На сьогодні мало результатів з експериментальних досліджень спектрів флуоресценції води, спирту, глюкози, що стосується спектрів ФЛ неметалевих поверхонь то такі дані вза- галі відсутні. У фундаментальній монографії [15] розглянуті теоретичні аспекти водних систем та закономірності молекулярної організації в приповерхній області. В [16] показа- но, що водний розчин глюкози не має флуоресценції взагалі, а в монографії [17] вказано на складності ідентифікації випромінювачів при флуоресцентному аналізі органічних спо- лук. Тому проведені вперше дослідження спектрів ФЛ зразків чорних неметалевих повер- хонь та розташованих на них крапель рідин дозволили отримати нові дані про процеси фотозбудження молекул. Мета даної роботи — методом оптичної спектроскопії виконати дослідження в області λ = 400÷700 нм спектрів ФЛ поверхонь пластику, фотопаперу та оксамиту, а також крапель води, спирту та 40% розчину глюкози, які нанесені на поверхню чорного оксамиту, вкри- того аквадагом. Експеримент. Спектри люмінесценції досліджували на Spectrofl uorophotometer RF-6000 (Shimadzu Corporation. 86, 2015), який має високу чутливість, широкий спектральний діапа- зон і дозволяє вимірювати спектри флуоресценції, біолюмінесценції, хемілюмінесценції, елек- тролюмінесценції зразків різної природи: рідин, порошків. Цей прилад складається з трьох частин: у першій знаходиться джерело фотонів (ксенонова лампа) для опромінення зразків та монохроматор для вибору необхідної енергії (довжини хвилі) фотонів, у другій — тримач зразків, а у третій — дифракційний монохроматор та детектор фотонів — фотоелектронний помножувач. Всі налаштування приладу, вибір опцій експерименту, виведення інформації на монітор здійснювались за спеціальною програмою. В наших експериментах ширини щі- лин монохроматорів обирались такими, щоб забезпечити смугу пропускання фотонів у 5 нм. Швидкість сканування спектрів складала 600 нм/хв. Крок зміни довжини хвилі складав 1 нм. Вимірювання, контроль та обробка корисного сигналу проводили автоматично персональ- ним комп’ютером у режимі пошуку оптимальної довжини хвилі збудження/емісії. Корекцію вимірюваного сигналу на спектральну чутливість здійснювали за програмою LabSolutions RF. Методика експерименту полягала у збудженні ФЛ досліджуваних поверхонь випромі- нюванням від ксенонової лампи з подальшим аналізом спектрів люмінесценції при різних енергіях фотонів збудження. Для вимірювання ФЛ поверхні нами сконструйовано спеці- альний тримач зразків [14], який значно покращує можливості детектування корисного сигналу завдяки зменшенню кількості відбитих від поверхні та розсіяних фотонів. 56 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2025. No 2 Ю.А. Бандурин, Ш.Б. Молнар, А.М. Завілопуло, О.О. Бандурин Не зважаючи на високоякісне затемнення внутрішніх поверхонь оптичних приладів, завжди існує проблема розсіяння та відбиття від них фотонів (~3—5 %), що збуджують ФЛ. Інша проблема полягає у їх можливій ФЛ. Ці обидва процеси збільшують фоновий «шум» всередині оптичних приладів, що заважає виділяти корисний сигнал у випадку малої ін- тенсивності люмінесценції. Попередні дослідження [18] показали, що, окрім правильного вибору геометрії експерименту, при вимірюваннях потрібно визначити характеристики потоку розсіяного світла всередині приладу (для визначення внеску «фонового сигналу») для кожного значення енергії збуджуючих фотонів. Для досліджень ФЛ зразки чорного кольору (пластик, фотопапір, оксамит) вертикаль- но фіксувалися у тримачі таким чином, що збуджуючі фотони падали на поверхню зразка під кутом 15°. Відповідно, спостереження ФЛ відбувалось під кутом 75° до поверхні. Така геометрія досліду забезпечила значне зниження впливу потоків розсіяних та відбитих від поверхні зразка фотонів. Для зменшення кількості «зайвих» фотонів на вихідну щілину відсіку з лампою встанов- лювали світлофільтр УФС-5 (смуга пропускання 300—400 нм з максимумом пропускання при 360 нм). На вхідну щілину 3-ї частини приладу (детектор) встановлювали світлофільтр ЖС-11 (смуга пропускання починається з 400 нм, коефіцієнт пропускання сягає 95 % у спектральній області до 900 нм). В якості зразків з чорною поверхнею були використані: 1) чорна пластмаса від 3,5 дюйма дискети (матова поверхня); 2) чорний фотопапір, оброблений шліф шкуркою із зерном 600; 3) чорний оксамит (матова поверхня, використовується для затемнення в оптичних дослідах). Зразки являли собою пластини розміром 20 × 20 мм2, які вертикально розташовували на тримачі зразків таким чином, що опромінювана поверхня знаходилась завжди в одна- ковому місці по відношенню до потоку фотонів збудження. Поверхні зразків чорного оксамиту мали різні покриття. На один зразок наносили шар сажі від парафінової свічки, на другий — шар аквадагу, а третій був вкритий лаком ТЛС (створений на основі саже-графітової композиції для відновлення струмопровідних поверхонь) чорного кольору. Аквадаг та лак ТЛС створені на основі атомарного карбону, тому спектри ФЛ цих поверхонь майже ідентичні. Результати дослідження та їх обговорення. Для кожного матеріалу в спектральній області 400—700 нм досліджені спектри ФЛ (СФЛ) збуджуючими фотонами енергій, що відповідають довжинам хвиль λзб = 380, 351, 323 та 275 нм. На рис. 1—4 для найбільшої до- вжини λзб = 380 нм приведені СФЛ від поверхонь, що підготовлені за різних умов. Анало- гічні результати отримані нами і для інших довжин хвиль збуджуючих фотонів. Спектри ФЛ зразків поверхонь пластику, фотопаперу та оксамиту показані на рис. 1, де видно, що кожен зразок володіє власними люмінесцентними властивостями. Так, у спектрі фотопаперу спостерігається найбільша ФЛ, інтенсивність якої вдвічі перевищує сигнал від пластику та оксамиту. Всі три спектри демонструють чітку структуру з двома максимума- ми поблизу 440 та 470 нм. Лише в діапазоні 520—650 нм спостерігаються невеликі відмін- ності між спектрами пластику та оксамиту. Це дозволяє припустити, що поява цих двох максимумів є наслідком протікання процесів фотозбудження однакових молекулярних фрагментів, що входять до складу всіх трьох зразків. Оскільки папір виготовлено із целюлози, а до складу пластика та оксамиту входять ор- ганічні молекули, то очевидно, саме вони однаково збуджуються під дією фотонів. Аналіз 57ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2025. № 2 Особливості спектрів фотолюмінесценції чорних неметалевих поверхонь випромінювання можливих молекул, що дають внесок у СФЛ [8, 10, 11] показав, що най- більш імовірними кандидатами є двоатомні молекули ОН, СО та СН. Складність інтерпре- тації смуг у СФЛ полягає у співпадінні довжин хвиль випромінювання молекул ОН та СН. Оптичні спектри випромінювання цих молекул при збудженні електронним ударом парів валіну [8] та ацетону [20] це підтверджують. На наш погляд поверхня чорного оксамиту найбільш перспективна для фотометрич- них вимірювань. Підготовлені зразки були вкриті сажею та аквадагом. Візуально «закоп- чена» поверхня оксамиту виглядала найбільш чорною. На рис. 2, для аналогічних умов 1600 1400 1 2 31200 1000 800 600 400 400 500 600 700450 550 Довжина хвилі, нм 650 200 0 Ін те нс ив ні ст ь, ім п/ с 1 2 3 700 600 400 300 100 500 400 500 600 700450 550 Довжина хвилі, нм 650 200 0 Ін те нс ив ні ст ь, ім п/ с Рис. 1. СФЛ поверхонь плас- тику (1), оксамиту (2) та фо- топаперу (3) Рис. 2. СФЛ чистої поверхні оксамиту (1) та вкритого са- жею (2) й аквадагом (3) 58 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2025. No 2 Ю.А. Бандурин, Ш.Б. Молнар, А.М. Завілопуло, О.О. Бандурин фотозбудження, представлені СФЛ оксамиту у порівнянні з поверхнями, вкритими са- жею та аквадагом. Наявність сажі на поверхні оксамиту істотно зменшує інтенсивність ФЛ, проте прояв двопікової структури в спектрі залишається та навіть з’являється тре- тій, короткохвильовий максимум поблизу 420 нм. Сажа від горіння парафінової свічки, отримана на поверхні оксамиту, принаймні містить молекули СН та ОН, що у подальшо- му призводить до їх фотозбудження. Зазначимо також, що утворення сажі на поверхні оксамиту істотно (більш ніж у 4 рази) зменшує сигнал у довгохвильовій області спектра 500—700 нм, де відбувається випромінювання фотозбуджених радикалів ОН. Таким чи- 1 2160 180 140 100 80 40 20 120 400 500 600 700450 550 Довжина хвилі, нм 650 60 0 Ін те нс ив ні ст ь, ім п/ с 1 2 100 80 40 20 400 500 600 700450 550 Довжина хвилі, нм 650 60 0 Ін те нс ив ні ст ь, ім п/ с Рис. 3. СФЛ поверхні оксами- ту, вкритою аквадагом: 1 — в темноті; 2 — під дією соняч- них променів Рис. 4. СФЛ зразка (оксамит вкритий аквадагом) (1) та світла розсіяного на внутріш- ніх елементах приладу (2) 59ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2025. № 2 Особливості спектрів фотолюмінесценції чорних неметалевих поверхонь ном, можна стверджувати, що наявність молекул СН на поверхні оксамиту пригнічує ви- хід фотонів від радикалів ОН. Найменша та безструктурна інтенсивність випромінювання СФЛ зафіксована нами для поверхні оксамиту (див. рис. 2), вкритої аквадагом — більш ніж у 15 разів. Аквадаг — це розчин атомарного карбону. Можливо відсутність молекулярних фрагментів на поверх- ні і є причиною цього. Наявність такої плівки на поверхні оксамиту також пригнічує фото- збудження молекулярних складових самої підкладки. Для поверхні оксамиту нами отримано цікавий результат (рис. 3), який демонструє вплив на СФЛ різних способів нанесення шарів покриття аквадагом: у темряві та під дією сонячних променів. Спектр зразка без доступу світла (1) має мінімальну інтенсивність й відсутність яскраво виражених молекулярних емісій, а під дією сонячних променів інтен- сивність СФЛ збільшується майже в 2,5 раза та спостерігаються особливості, які свідчать про наявність у спектрі фотостимульованих молекулярних сполук (2). Сонячні промені спрямовували на поверхню оксамиту крізь оптично непрозоре для ультрафіолетових про- менів скло, тому на поверхню оксамиту потрапляли кванти світла з енергією ≤ 3,1 еВ. Ви- являється, що вже при такий енергії відбувається процес фотодисоціативного утворення збуджених молекул на поверхні. Таким чином, найкращі люмінесцентні характеристики серед експериментально до- сліджених має поверхня оксамиту, що вкрита аквадагом та висушена у темноті. Вклад у фоновий сигнал можуть вносити розсіяні на внутрішніх елементах приладу фотони від ксенонової лампи. Для визначення цього вкладу було виміряно спектр за на- явності і відсутності зразка (див. рис. 4). За відсутності зразка можливим джерелом фону залишався лише тримач зразків, металеві частини якого було вкрито аквадагом. Як бачи- мо (2), за відсутності зразка спостерігається дуже слабка інтенсивність випромінювання в короткохвильовій частині СФЛ (≤ 450 нм). В області 450—650 нм реєструється невеликий сигнал, зумовлений наявністю фотонів, що розсіялись на оптичних елементах внутрішньої Спирт Вода Глюкоза Фон 160 180 140 100 80 40 20 120 400 500 600 700450 550 Довжина хвилі, нм 650 60 0 Ін те нс ив ні ст ь, ім п/ с Рис. 5. СФЛ спирту, води, 40 % розчину глюкози та фону (оксамит, вкритий аквадагом) 60 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2025. No 2 Ю.А. Бандурин, Ш.Б. Молнар, А.М. Завілопуло, О.О. Бандурин частини приладу (поверхнях світлофільтрів, поверхнях вікон на виході відсіку з лампою та на вході в детектуючу частину приладу). Невелике зростання сигналу при довжинах хвиль понад 660 нм пов’язане із початком невеликої смуги пропускання (~20 %) світлофільтра УФС-5 і на дослідження спектрів ФЛ істотно не впливає. З використанням описаної вище методики виконано дослідження спектрів фотолюмі- несценції рідин нанесених на поверхню чорного оксамиту, вкритого аквадагом. Проведені виміри СФЛ спирту-ректифікату (C2H5OH), дистильованої води (H2O) та 40 % водного розчину глюкози (C6H12O6+H2O). Спирт Вода Глюкоза 400 300 100 500 240 280 300 400260 320 340 360 Довжина хвилі, нм 380 200 0 Ін те нс ив ні ст ь, ім п/ с Вода λ = 525 нм Глюкоза λ = 540 нм300 100 240 280 300 400260 320 340 360 Довжина хвилі, нм 380 200 0 Ін те нс ив ні ст ь, ім п/ с Рис. 6. Залежності інтенсив- ності ФЛ (λ =440 нм) від до- вжини хвилі збуджуючих фо- тонів у СФЛ молекул води, спирту та глюкози Рис. 7. Залежності інтенсив- ності ФЛ від довжини хвилі збуджуючих фотонів у СФЛ води та глюкози 61ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2025. № 2 Особливості спектрів фотолюмінесценції чорних неметалевих поверхонь СФЛ цих рідин та чистої поверхні чорного оксамиту з аквадагом (фон) представлені на рис. 5. В спектрах спирту та розчину глюкози спостерігаються два короткохвильових максимуми, при 440 і 470 нм, які є для пластику, фотопаперу та невкритого оксамиту (див. рис. 1). У спектрах води та розчину глюкози наявні широкі максимуми: 525 нм для води й 540 нм — для глюкози. Невелика різниця в положенні максимуму в спектрах води та розчину глюкози може бути пояснена різною величиною зв’язка радикалу ОН в цих молекулах. Аналізуючи відмінності в отриманих спектрах, можна зробити ряд важливих висно- вків. Очевидно, що СФЛ води формується виключно за рахунок процесів фотозбудження та випромінювання радикалів ОН. При цьому кількість збуджених коливальних рівнів на- стільки велика, що вплив їх випромінювальної релаксації спостерігається у всьому дослі- дженому спектральному діапазоні 400—700 нм. В складі молекули води відсутні радикали СН, але в області 440—450 нм спостерігаємо наявність невеликого максимуму, який на- лежить суто радикалу ОН. Спроба інтерпретації цієї ділянки СФЛ валіну [18] за допомо- гою деконволюції спектра, засвідчила, що у ній є щонайменше чотири молекулярні смуги з максимумами при 425,6; 430,9; 443 та 451,6 нм, які, ймовірно, належать радикалу ОН. В спектральній області 500—700 нм в СФЛ води та розчину глюкози спостерігається однаковий широкий максимум при 530—540 нм. Можна зробити висновок про однотип- не збудження ОН (у випадку розчину глюкози частка молекул води складає 60 %). В складі молекули спирту С2Н5ОН концентрація радикалів ОН мала (одноатомний спирт), тому, хоча випромінювання на ділянці 530—540 нм фіксується, але його частка невелика та чіт- ко не виражена. Натомість, в СФЛ спирту домінує максимум поблизу 440 нм, де можливий прояв ви- промінювання від молекул СН. Як показали дослідження спектрів випромінювання, отри- маних при збудженні електронним ударом пари молекул ацетону [19], в інтервалі довжин хвиль 415—441,8 нм спостерігається випромінювання інтенсивної смуги молекули СН (пе- реходи системи А2Δ—Х2П). Тому, ймовірно, в цій спектральній області у випадку спирту відбувається суперпозиція випромінювання як ОН, так і СН. Наявність короткохвильового максимуму та схожість спектрів ФЛ розчину глюкози та спирту, свідчать що їх формування відбувається за рахунок внеску випромінювання ОН та СН. Внесок ОН залишається, однак можлива його зміна, оскільки принципову роль відіграє спосіб приєднання радикалу ОН до молекулярної сполуки. Якщо у випадку води це просто атом гідрогену, то у випадку глюкози та спирту це атом карбону. Внаслідок цього можливе ефективне збудження інших коливальних рівнів ОН. Для підтвердження правильності запропонованої інтерпретації випромінювачів СФЛ виконано порівняльний аналіз спектрів збудження ФЛ, які представлені на рис. 6 та 7. Так, якщо форма спектрів спирту та розчину глюкози зовні схожа (див рис. 6), то спектр води (він збігається зі спектром розчину глюкози в діапазоні 240—270 нм) відрізняється від них як за формою, так і за положенням найбільшого максимуму. У випадку води максимум збудження ФЛ на λ =440 нм спостерігається при 320 нм, тоді як у випадку спирту та роз- чину глюкози — при 358 нм. Ці відмінності підтверджують, що в СФЛ води на довжині хвилі 440 нм ми спостерігаємо випромінювання радикалів ОН (див. рис.5). У СФЛ спирту та розчину глюкози основний внесок на цій довжині хвилі, поряд з випромінюванням ра- дикалів ОН, здійснюється за рахунок випромінювання радикалів СН. На рис. 7 наведені 62 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2025. No 2 Ю.А. Бандурин, Ш.Б. Молнар, А.М. Завілопуло, О.О. Бандурин аналогічні залежності для ФЛ води (при λ=525 нм) та розчину глюкози (при λ=540 нм) для довгохвильового максимуму СФЛ. Загалом спостерігається тотожність форми спектрів, що свідчить про однакову природу випромінювача, тобто це радикали ОН. Висновки. Нами отримані та проаналізовані люмінесцентні характеристики різних чорних поверхонь для встановлення найменш відбиваючої поверхні з мінімальною фото- люмінесцентною здатністю. Зафіксовано внесок розсіяних та відбитих фотонів всередині спектрофлюорофотометра Shimadzu RF-6000 для різних довжин хвиль збуджуючих фото- нів. В спектрах ФЛ ідентифіковано випромінювання радикалів ОН й СН та встановлено вплив типу зв’язку ОН з остовом молекул рідин — води, спирту та 40 % розчину глюкози. Використання поверхні чорного оксамиту, вкритого аквадагом, дозволило дослідити та проаналізувати спектральні особливості ФЛ низки органічних рідин у вигляді краплин. Автори висловлюють подяку проф. Є.Ю. Реметі за цінні зауваження в процесі підготов- ки рукопису статті. ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА 1. Benjian Shen, Liucun Gao, Jin Xing, Jing Fang, Jie Liang, Qiong Ma, Yingwei Fan, Hongxiang Kang. Bactericidal effects research of 470 nm blue light on Pseudomonas aeruginosa: in vitro and in vivo research. Laser Phys. 2019. 29. P. 1—7. https://doi.org/10.1088/1555-6611/aaf908 2. Yujia Xu, Hongwei Zheng, Jianxin Sui, Hong Linand, Limin Cao. Rapid and Sen-sitive Fluorescence Detection of Staphylococcus aureus Based on Polyethyleneimine-Enhanced Boronate Affinity Isolation. Foods. 2023. 12. Р. 1366—1381. https://doi.org/10.3390/foods12071366 3. FosterT.J., Geoghegan J.A., GaneshV.K., Hook M. Adhesion, invasion and evasion: The many functions of the surface proteins of Staphylococcus aureus. Nat. Rev. Microbiol. 2014. 12(1). P. 49—62. https://doi.org/10.1038/ nrmicro3161 4. Lipcsei L.E., Brown L.G., Coleman E.W., Kramer A., Masters M., Wittry B.C., Reed K., Radke V.J. Foodborne illness outbreaks at retail establishments—National Environmental Assessment Reporting System, 16 state and local health departments, 2014–2016. MMWR Surveill. Summ. 2019. 8. P. 1—20. 5. Kalyantanda G., Shumyak L., Archibald L.K. Cronobacter species contamination of powdered infant formula and the implications for neonatal health. Front. Pediatr. 2015. 3. P. 56—64. https://doi.org/10.3389/ fped.2015.00056 6. Hansen N.S., Nielsen L.T., Leth S. Staphylococcus aureus toxic shock syndrome originating from a split skin transplant. Ugeskr. Laeger. 2019. 181. V08180580. 7. Hu Yaohua, Wang Chengcheng, Bai Bing, Li Mintong, Ronghui Wang, Yanbin Li. Detection of Staphylococcus Aureus using quantum dots as fluorescence labels. Int. J. Agric. & Biol. Eng. 2014. 7, No.1. Р. 77—83. 8. Bandurin Yu.A., Zavilopulo A.N., Molnar Sh., Shpenik O.O. Excitation of L-valine molecules by electrons and photons. The Eur. Phys. J. D. 2022. 76, № 9. https://doi.org/10.1140/epjd/s10053-021-00331-0/ 9. Sala L., Rakovsky J., Zerolov A., Kocisek J. Light-Induced Damage to DNA Origami Nanostructures in the 193nm-310nm Range. J. Phys. B: Atomic, Molec. and Opt. Phys. 2023. P. 1—12. https://doi.org/10.1088/1361- 6455/acf3bd 10. Бандурин Ю.А., Попик Т.Ю., Завілопуло А.М. Взаємодія фотонів з молекулами глюкози і фруктози. До- пов. Нац. акад наук Укр. 2022. № 1. С. 58—63. https://doi.org/10.15407/dopovidi2022.01.058 11. Bandurin Yu.A., Zavilopulo A.N. Fluorescence Excitation Spectroscopy of Glucose Molecules. J. Phys. & Opt. Sci. 2023. 5(1). P. 1—7. https://doi.org/10.47363/JPSOS/2023(5)177 12. Visaggio D., Pirolo M., Frangipani E. et al. A Highly Sensitive Luminescent Biosensor for the Microvolumetric Detection of the Pseudomonas aeruginosa Sideroph-ore Pyochelin. ACS Sensors. 2021. 6. P. 3273—3283. https://doi.org/10.1021/acsensors.1c01023 13. Kasai Y., Kobayashi H., Tsuchido Y. et al., Staphylococcus aureus Detection by Fluorescent Silica Nanoparticles Modified with Metal-Dipicolylamine Complexes. Chem.Lett. 2016. 45. P. 749—751 https://doi.org/10.1246/ cl.160261 63ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2025. № 2 Особливості спектрів фотолюмінесценції чорних неметалевих поверхонь 14. Бандурин Ю.А., Шпирко Г.М., Завілопуло А.М., Бандурина Л.О. Пристрій для дослідження люмінес- ценції рідких та твердих матеріалів. Пат. України на кор. модель №151585. МПК G01J 3/28 (2006.01). Опубл. Бюл. №33 від 17.08.2022. 15. Антонченко В.Я. и др. Основы физики воды (ред. М.С. Бродин). Киев: Наук. думка, 1991. 668 с. 16. Abdallah O. at al. Fluorescence spectroscopy by detection of glucose concentrations in DMEM-solutions and its perspectives for non-invasive measurement. BIODEVICES-2011. P. 411—414. https://doi. org/10.5220/0003176504110414 17. The Systematic Identification of Organic Compounds. Ed: R. Shriner, C. Hermann, T. Morrill, D. Curtin, and R. Fuson. Wiley, 2004. 723 p. 18. Bandurin Y.A., Fedurtsja Y.V., Rusin A.V., Molnar S.B., Bandurin O.Y. Photoluminescence of L-Valine Irradiated with Small Doses. Med Discoveries. 2024. 3, № 6. Р 1178. https://doi.org/10.52768/2993-1142/1178 19. Stachová B., Garcia Angulo E.L., Matejčík Š., Michalczuk B., Országh J. Dissociative excitation of acetone induced by electron impact. Phys. Scr. 2025. 100. 015409. https://doi.org/10.1088/1402-4896/ad9c2b Надійшла до редакції 07.02.2025 REFERENCES 1. Benjian, Shen, Liucun, Gao, Jin, Xing, Jing, Fang, Jie, Liang, Qiong, Ma, Yingwei, Fan & Hongxiang, Kang. (2019). Bactericidal effects research of 470 nm blue light on Pseudomonas aeruginosa: in vitro and in vivo research. Laser Phys., 29, рр. 1-7. https://doi.org/10.1088/1555-6611/aaf908 2. Yujia, Xu, Hongwei, Zheng, Jianxin, Sui, Hong, Linand & Limin, Cao. (2023). Rapid and Sen-sitive Fluorescence Detection of Staphylococcus aureus Based on Polyethyleneimine-Enhanced Boronate Affinity Isolation. Foods, 12, pp. 1366-1381. https://doi.org/10.3390/foods12071366 3. Foster, T. J., Geoghegan, J. A., Ganesh,V. K. & Hook, M. (2014). Adhesion, invasion and evasion: The many functions of the surface proteins of Staphylococcus aureus. Nat. Rev. Microbiol., 12(1), рр. 49-62. https://doi. org/10.1038/nrmicro3161 4. Lipcsei, L. E., Brown, L G., Coleman, E. W., Kramer, A., Masters, M., Wittry, B. C., Reed, K. & Radke, V. J. (2019). Foodborne illness outbreaks at retail establishments.-National Environmental Assessment Reporting System, 16 state and local health departments, 2014–2016. MMWR Surveill. Summ., 68, рр. 1-20. 5. Kalyantanda, G., Shumyak, L. & Archibald, L. K. (2015). Cronobacter species contamination of powdered infant formula and the implications for neonatal health. Front. Pediatr., 3, рр. 56-64. 6. Hansen, N. S., Nielsen, L. T. & Leth, S. (2019). Staphylococcus aureus toxic shock syndrome originating from a split skin transplant. Ugeskr. Laeger, 181, V08180580. 7. Hu, Yaohua, Wang, Chengcheng, Bai, Bing, Li, Mintong, Ronghui, Wang & Yanbin, Li. (2014). Detection of Staphylococcus Aureus using quantum dots as fluorescence labels. Int. J. Agric. & Biol. Eng., 7, No.1, рр. 77-83. 8. Bandurin, Yu. A., Zavilopulo, A. N., Molnar, Sh. & Shpenik, O. O. (2022). Excitation of L-valine molecules by electrons and photons. Eur. Phys. J. D, 76, No. 9. https://doi.org/10.1140/epjd/s10053-021-00331-0/ 9. Sala, L., Rakovsky, J., Zerolov, A. & Kocisek, J. (2023). Light-Induced Damage to DNA Origami Nanostructures in the 193nm-310nm Range. J. Phys. B: Atomic, Molec. and Opt. Phys., рр. 1-12. https://doi.org/10.1088/1361- 6455/acf3bd 10. Bandurin, Yu. A., Popik, T. Yu. & Zavilopulo, A. N. (2022). Interaction of photons with molecules of glucose and fructose. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr., No. 1, рр. 58-63 (in Ukrainian). https://doi.org/10.15407/dopovidi2022.01.058 11. Bandurin, Yu. A., Zavilopulo, A. N. & Popik, Т. Yu., et al. (2023). Fluorescence Excitation Spectroscopy of Glucose Molecules. J. Phys. Optics Sci., 5, No. 1, рр. 1-7. https://doi.org/10.47363/JPSOS/2023(5)177 12. Visaggio, D., Pirolo, M. & Frangipani, E. et al. (2021). A Highly Sensitive Luminescent Biosensor for the Microvolumetric Detection of the Pseudomonas aeruginosa Sideroph-ore Pyochelin. ACS Sensors, 6, рр. 3273- 3283. https://doi.org/10.1021/acsensors.1c01023 13. Kasai, Y., Kobayashi, H. & Tsuchido, Y. et al. (2016). Staphylococcus aureus Detection by Fluorescent Silica Nanoparticles Modified with Metal-Dipicolylamine Complexes. Chem.Lett., 45, рр. 749-751 https://doi. org/10.1246/cl.160261 14. Bandurin, Yu. A., Shpyrko, G. M., Zavilopulo, A. N. & Bandurina, L. О. Device for studying the luminescence of liquid and solid materials. Pat. of Ukraine for cor. model No. 151585. MPK G01J 3/28 (2006.01). Publ. Bull. No. 33. dated 17.08.2022 (in Ukrainian). 64 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2025. No 2 Ю.А. Бандурин, Ш.Б. Молнар, А.М. Завілопуло, О.О. Бандурин 15. Antonchenko, V. Ya. et al. (1991). Fundamentals of Water Physics. Kyiv: Nauk. Dumka (in Russian). 16. Abdallah, O. at al. Fluorescence spectroscopy by detection of glucose concentrations in DMEM-solutions and its perspectives for non-invasive measurement. BIODEVICES-2011. pр. 411-414. https://doi. org/10.5220/0003176504110414 17. The Systematic Identification of Organic Compounds (2004.) Ed. R. Shriner, C. Hermann, T. Morrill, D. Curtin, and R. Fuson. Wiley, Hoboken. 18. Bandurin, Y. A., Fedurtsja, Y. V., Rusin, A. V., Molnar, S. B. & Bandurin, O. Y. (2024). Photoluminescence of L-Valine Irradiated with Small Doses. Med Discoveries, 3, No. 6, рр. 1178. https://doi.org/10.52768/2993- 1142/1178 19. Stachová, B., Garcia Angulo, E. L., Matejčík, Š., Michalczuk, B. & Országh, J. (2025). Dissociative excitation of acetone induced by electron impact. Phys. Scr., 100, 015409. https://doi.org/10.1088/1402-4896/ad9c2b Received 07.02.2025 Yu.A. Bandurin1, https://orcid.org/0000-0002-8047-1034 Sh.B. Molnar2, https://orcid.org/0000-0002-5581-7435 A.N. Zavilopulo1, https://orcid.org/0000-0001-8334-2804 O.O. Bandurin3, https://orcid.org/0009-0009-0253-8414 1 Institute of Electron Physics of the NAS of Ukraine, Uzhhorod, Ukraine 2 State University “Uzhhorod National University”, Uzhhorod, Ukraine 3 Uzhhorod Scientific Lyceum of the Transcarpathian Regional Council, Uzhhorod, Ukraine E-mail: bandurin_unc@ukr.net FEATURES OF PHOTOLUMINESCENCE SPECTRA OF BLACK NON-METALLIC SURFACES The photoluminescence spectra of black samples with non-metallic surface — plastic, photographic paper and velvet — have been studied. The analysis showed that the characteristics of these spectra are influenced by the process of photoexcitation of molecules included in these materials. The photoluminescence spectra of the black velvet surface after its coating with soot and aquadag were experimentally determined. It was established that velvet coated with aquadag has the lowest photoluminescence intensity. It has also been established that exposure to sunlight significantly changes the photoluminescent characteristics of such a surface. A method for measuring the radiation properties of liquids on black surfaces using optical spectroscopy has been proposed. For the first time, in the wavelength range λ = 400÷700 nm, photoluminescence spectra of drops of liquids — water, alcohol and 40 % glucose solution — were obtained. Careful analysis of these spectra allowed us to identify the emission of OH and CH radicals and to show the influence of the type of OH bonding with the molecular basis of the liquids under study. The proposed approach to the study of photoluminescence of liquids allows direct measurements of their luminescence spectra without the use of tubes and cuvettes. Keywords: black body, velvet, aquadag, luminescence spectrum, photon energy, photoluminescence.

Особливості спектрів фотолюмінесценції чорних неметалевих поверхонь

Репозитарії

Схожі ресурси