Анотація до роботи:

Шмиголь І. В. Хімічно модифікований пористий кремній як підкладка для лазерної десорбції/іонізації низькомолекулярних органічних сполук. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 01.04.18 – фізика і хімія поверхні. – Інститут хімії поверхні ім. О. О. Чуйка НАН України, Київ, 2008.

Дисертацію присвячено дослідженню впливу хімічних і фізичних особливостей поверхні наноструктурованого кремнію на процеси десорбції/іонізації низькомолекулярних речовин в методі DIOS. В роботі також висвітлено механізми іоноутворення редокс-активних і іоногенних речовин в умовах різної доступності протонодонорних і електронодонорних центрів поверхні, яка визначається різним хімічним складом поверхневого шару іонізаційної підкладки.

Встановлено, що хімія поверхні іонізаційної підкладки є визначальною в процесах іоноутворення шляхом відновлення/протонування чи прямої десорбції іонів, яка є лімітуючою стадією при дисоціативній іонізації. Експериментально доведено, що джерелом протонів/атомарного водню є поверхня пористого кремнію: – SiH_x та силанольні групи поверхні.

Показано, що іоннообмінний характер зв’язування молекул досліджуваної речовини з поверхнею модифікованого пористого кремнію безпосередньо впливає на пригнічення процесу фрагментації в умовах DIOS експерименту. Це дозволило припустити, що стимульовані лазерним випроміненням коливальні збудження концентруються на іонному зв’язку досліджуваної речовини з функціональною групою пористого кремнію, в результаті чого відбувається пряма дисоціативна іонізація визначуваних речовин.

Показано, що ефективна десорбція/іонізація досліджуваних речовин в DIOS відбувається за умови сукупного впливу термічно-стимульованої десорбції або реструктуризації поверхні, з одного боку, та локальних електричних полів, які виникають поблизу нонорозмірної поверхні пористого кремнію, з іншого.

1. Вперше одержано DIOS мас-спектри ціанкобаламіну. На прикладі дослідження ціанкобаламіну показано, що за допомогою методу DIOS в поєднанні з методом МАЛДІ можна успішно аналізувати біологічно-активні речовини небілкової природи зі складною хімічною будовою. Даний підхід демонструє низький ступінь фрагментації досліджуваної речовини в умовах безматричної десорбції/іонізації на поверхні пористого кремнію.

2. Вперше на прикладі барвників метиленового блакитного і метилового оранжевого показано можливість використання вільних шарів пористого кремнію, модифікованого іонообмінними групами, для DIOS аналізу іоногенних низькомолекулярних речовин. Встановлено, що особливості хімічної будови поверхневого шару іонізаційної підкладки: нативний, окиснений або хімічно модифікований пористий кремній, безпосередньо впливають на процеси іоноутворення в DIOS.

3. Запропоновано два механізми іонізації барвника метиленового блакитного на нативному, окисненому та хімічно модифікованого сульфогрупами пористому кремнії: пряма термічна десорбція і відновлення/протонування катіону барвника (тільки для нативного і окисненого пористого кремнію).

4. Встановлено, що джерелом протонів для процесів відновлення/протонування є поверхня пористого кремнію (SiH_x групи, силанольні групи).

5. Показано, що за допомогою пористого кремнію модифікованого іоонообмінними групами можна досліджувати низькомолекулярні біомолекули (наприклад, гістамін та аргінін), які можуть бути переведені у розчині в іонну форму без фрагментації.

6. Показано, що адсорбція іоногенних речовин на поверхні хімічно модифікованого пористого кремнію значно знижує ступінь фрагментації молекул досліджуваного зразка в порівнянні з прямим нанесенням на поверхню немодифікованої підкладки. Тобто, наявність протиіона в адсорбційному стані обумовлює можливість прямої дисоціативної іонізації.

7. Встановлено сукупний вплив термічно-стимульованої десорбції або реструктуризації поверхні, з одного боку, та локальних електричних полів, з іншого, на процеси десорбції/іонізації в методі DIOS. Виявлено, що для ефективного генерування іонів при використанні наноструктурованих іонізаційних підкладок, окрім умови існування локальних електричних полів поблизу наноутворень на поверхні, які забезпечують зону іонізації, необхідна добре організована зона «постачання» і різке зниження ефективного відведення виділеного тепла в матеріал підкладки.

Публікації автора:

1. Шмыголь И. В. Особенности фрагментации витамина В₁₂ в условиях лазерно-десорбционной ионизации / И. В. Шмыголь, С. В. Снегирь, В. А. Покровский // Теорет. и эксперим. химия. – 2007. – Т. 43, № 4. – С. 251–256.

Здобувачем вивчено особливості лазерної/десорбції іонізації ціанкобаламіну на поверхні пористого кремнію в порівнянні з методом МАЛДІ.

2. Рябов С. В. Дослідження методом МАЛДІ модифікованих циклодекстринів / С. В. Рябов, І. В. Шмиголь, С. М. Кобилінський // Полімерний журнал. – 2007. – № 4. – С. 317–320.

Здобувачем було одержано зразки пористого кремнію, проведено МАЛДІ та DIOS мас-спектрометричні дослідження -циклодекстрину та його силільного похідного, здійснено аналіз одержаних мас-спектрів.

3. Лазерно-стимулированная ионизация биомолекул на поверхности нанопористого кремния и с квантовых точек Si/Ge / И. В. Шмыголь, В. А. Покровский, А. И. Водяницкий, Ю. Н. Козырев // Физико-химия наноматериалов и супрамолекулярных структур : сб. тр. ; под ред. А. П. Шпака, П. П. Горбика. – К. : Наукова думка. – 2007. – Т. 1. – С. 300–313.

Здобувачем було проведено електрохімічне травління пластин монокристалічного кремнію р-типу, проведено DIOS мас-спектрометричні дослідження піридоксину та -циклодекстрину на поверхні пористого кремнію та квантових точок Si/Ge, здійснено аналіз одержаних мас-спектрів.

4. Масс-спектрометрическое изучение адсорбции гистамина и аргинина на различных видах поверхности пористого кремния методом лазерной десорбционной ионизации / И. В. Шмыголь, О. В. Севериновская, Н. С. Васильева, С. А. Алексеев, В. А. Покровский // Химия, физика и технология поверхности : межвед. сб. науч. тр. / Ин-т химии поверхности НАН Украины ; гл. ред. П. П. Горбик. – К. : Наукова думка. – 2007. – Вып. 13. – С. 341–348.

Здобувачем було проведено іонообмінну реакцію гістаміну і аргініну на пористому кремнії модифікованому сульфогрупами, здійснено DIOS мас-спектрометричні дослідження та аналіз одержаних результатів.

5. Sensitivity of redox reactions of dyes to variations of conditions created in mass spectrometric experiments / M. V. Kosevich, V. V. Chagovets, I. V. Shmigol, S. V. Snegir, O. A. Boryak, V. V. Orlov, V. S. Shelkovsky, V. A. Pokrovsky, A. Gomory // J. Mass Spectrom. – 2008. – Vol. 43. – Р. 1402–1412.

Здобувачем методом ЛДІ було досліджено серію похідних барвника імідазофеназину.

6. Chips based on porous silicon and quantum dots (Si/Ge) for laser desorption/ionization mass spectrometry of biomolecules / I. V. Shmigol, A. I. Vodjanitsky, Y. N. Kozyrev, V. A. Pokrovsky // Ukraine-German Symposium on Nanobiotechnology. – Kiev, 2006. – P. 131.

Здобувачем було проведено порівняльне дослідження іонізаційних підкладок на основі пористого кремнію та квантових точок Si/Ge на предмет використання в безматричних мас-спектрометричних методах лазерної десорбції/іонізації.

7. Дослідження лазерної десорбційної іонізації піридоксину на поверхні пористого кремнію та квантових точок Si/Ge / І. В. Шмиголь, А. І. Водяницький, В. О. Покровський, Ю. М. Козирєв // 11 міжнар. конф. «Фізика і технологія тонких плівок та наносистем». – Івано-Франківськ, 2007. – С. 51.

Здобувачем було проведено дослідження по встановленню впливу фотоіонізації піридоксину на процес іоноутворення в методах DIOS та ЛДІ мас-спектрометрії.

8. Шмиголь І. В. Мас-спектрометричні дослідженння -циклодекстрину та його похідних методом лазерної десорбційної йонізації з поверхні пористого кремнію / І. В. Шмиголь, С. В. Рябов, В. О. Покровський // Всеукраїнська з міжнародною участю конференція молодих учених : Наноматеріали в хімії, біології та медицині. – К., 2007. – С. 68.

Здобувачем вивчено особливості іоноутворення речовин, які не поглинають в УФ-діапазоні на прикладі -циклодекстрину та його похідних в методі DIOS, здійснено аналіз одержаних мас-спектрів.

9. Шмиголь І. В. Порівняльне дослідження лазерної десорбційної іонізації вітаміну B₁₂ в методі MALDI та з поверхні пористого кремнію / І. В. Шмиголь, В. О. Покровський // 8 Всеукр. конф. студентів та аспірантів «Сучасні проблеми хімії». – К., 2007. – С. 183.

Здобувачем проведено мас-спектрометричні дослідження вітаміну B₁₂, здійснено аналіз одержаних мас-спектрів.

10. Лазерная десорбция/ионизация биомолекул с наноструктурированных углерод и кремний содержащих поверхностей / В. А. Покровский, С. В. Снегир, И. В. Шмыголь, Т. В. Фесенко // Третий съезд ВМСО «Масс-спектрометрия и ее прикладные проблемы». – М., 2007. – МБУ-3.

Здобувачем було проведено дослідження по виявленню впливу локальних полів високої напруженості на лазерну десорбцію/іонізацію біомолекул на поверхні наноструктурованих кремній і вуглецьвмісних матеріалів.

11. Вплив окиснення і модифікації поверхні пористого кремнію на процеси переносу протону в DIOS MS / О. Ю. Лавриненко, І. В. Шмиголь, С. О. Алексєєв, В. О. Покровський // 9 Всеукр. конф. студентів та аспірантів «Сучасні проблеми хімії». – К., 2008. – C. 174.

Здобувачем методом DIOS було досліджено процеси десорбції/іонізації іоногенних барвників на різних типах пористого кремнію.