Ученые создали дешевый метод анализа молекул на границах материалов

Исследователи разработали недорогой метод анализа пограничных молекул, комбинируя ATR-IR с точным контролем зазора и многомерным анализом данных. Автор: Institute of Science Tokyo

Японские ученые из Института науки Токио разработали новый спектроскопический метод для высокочувствительного анализа молекул на границах материалов. Техника сочетает обычную ATR-IR спектроскопию, точный контроль нанометрового зазора и продвинутую обработку данных, предлагая дешевую альтернативу традиционной интерфейсной спектроскопии.

Молекулярные границы — например, на твердых поверхностях, тонких пленках и границах жидкостей — играют ключевую роль в материалахедении, химии и биологии. Однако их изучение остается сложной задачей, поскольку сигналы от основного материала часто заглушают слабые сигналы с границ.

Команда под руководством доцента Томохиро Хаяши разработала метод «спектроскопии инфракрасного поглощения с контролируемым зазором». Исследование было опубликовано в журнале Analytical Chemistry 13 сентября 2025 года.

Метод основан на широко используемой ATR-IR спектроскопии, но добавляет точный контроль нанометрового расстояния между кристаллом и образцом.

«Нанометровый зазор позволяет нам варьировать вклад пограничных молекул в спектр», — объясняет Хаяши.

Затем исследователи применили многомерное разрешение кривых (MCR) к полученным спектральным данным, что позволило математически отделить сигналы границы раздела от фонового «шума» основного материала.

«Сила этого подхода в его простоте, — говорит Хаяши. — Используя уже широко доступную ATR-IR, мы устраняем необходимость в дорогостоящих приборах».

Метод успешно протестировали на различных системах, включая анализ молекул воды на поверхностях самоорганизующихся монослоев и кварца при разном pH. Результаты совпали с данными дорогостоящих специализированных методов, подтвердив надежность разработки.

Новая технология может ускорить исследования в области нанотехнологий, материаловедения и биологии, а ее доступность делает ее привлекательной для многих лабораторий. В будущем ученые планируют адаптировать метод для мониторинга динамических процессов на границах в реальном времени.

Больше информации: Shoichi Maeda et al, Gap-Controlled Infrared Absorption Spectroscopy: A Unique Interface-Sensitive Spectroscopy Based on the Combination of Linear Spectroscopy and Multivariate Curve Resolution, Analytical Chemistry (2025). DOI: 10.1021/acs.analchem.5c02765