Capabilities of surface enhanced Raman spectroscopy for the identification of multiple pigments in a complex organic mixture

E. A. Oleynik; Олейник Е. А.; E. P. Kozhina; Кожина Е. П.; S. A. Bedin; Бедин С. А.; A. V. Naumov; Наумов А. В.

doi:10.31857/S0367676523703118

Capabilities of surface enhanced Raman spectroscopy for the identification of multiple pigments in a complex organic mixture

Authors: Oleynik E.A.¹^,2, Kozhina E.P.³, Bedin S.A.³^,2, Naumov A.V.³^,2
Affiliations:
1. Lomonosov Moscow State University
2. Moscow State Pedagogical University, Laboratory of Physics of Advanced Materials and Nanostructures
3. Lebedev Physical Institute of the Russian Academy of Sciences, Troitsk Division
Issue: Vol 87, No 12 (2023)
Pages: 1806-1812
Section: Articles
URL: https://journals.rcsi.science/0367-6765/article/view/232555
DOI: https://doi.org/10.31857/S0367676523703118
EDN: https://elibrary.ru/QJNECE
ID: 232555

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

We proposed a method for identifying the composition of paints used in painting using the method of Surface Enhanced Raman Spectroscopy using signal-amplifying substrates with an array of vertically standing silver nanowires. Using the example of a model tempera paint based on egg white with an inorganic pigment (red lead, massicot, emerald green), it is shown that with a decrease in the concentration of pigment, the use of substrates can significantly increase the sensitivity when detecting pigment in a lower concentration up to 0.01 g, compared with the signal of Raman scattering of light on foil. The use of reinforcing substrates makes it possible to increase the sensitivity of the method, so that it is possible to accurately identify the components used not only individually, but also as a mixture.

Keywords

Surface Enhanced Raman Spectroscopy, nanowires, protein, pigment

References

Khatoon U.T., Rao G.V.S.N., Mantravadi K.M., Oztekin Y. // RSC Advances. 2018. V. 8. P. 19739.
Кукушкин В.И., Кирпичев В.Е., Морозова Е.Н. и др. // Письма в ЖЭТФ. 2020. Т. 112. № 1–2(7). С. 38; Kukushkin V.I., Kirpichev V.E., Morozova E.N. et al. // JETP Lett. 2020. V. 112. No. 1. P. 31.
Ковалец Н.П., Кожина Е.П., Долуденко И.М. и др. // Изв. РАН. Сер. физ. 2021. Т. 85. № 8. С. 1097; Kovalec N.P., Kozhina E.P., Razumovskaya I.V. et al. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2021. V. 85. No. 8. P. 854.
Kovalets N.P., Razumovskaya I.V., Bedin S.A. et al. // J. Chem. Phys. 2022. V. 156. No. 3. Art. No. 034902.
Кожина Е.П., Андреев С.Н., Тараканов В.П. и др. // Изв. РАН. Сер. физ. 2020. Т. 84. № 12. С. 1725; Kozhina E.P., Andreev S.N., Tarakanov V.P. et al. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2020. V. 84. No. 12. P. 1465.
Горбачев А.А., Ходасевич И.А., Третинников О.Н. // Журн. прикл. спектроск. 2020. Т. 87. № 2. С. 233; Gorbachev A.A., Khodasevich I.A., Tretinnikov O.N. // J. Appl. Spectrosс. 2020. V. 87. No. 2. P. 249.
Chen C., Zhang Q., Lu D. et al. // J. Appl. Spectrosc. 2022. V. 89. No. 5. P. 879.
Yang H., Zhang M.L., Yao L.H. et al. // J. Appl. Spectrosc. 2019. V. 86. No. 6. P. 1077.
Yu M., Wang J., Chen J. et al. // J. Appl. Spectrosc. 2019. V. 86. No. 2. P. 328.
Гапоненко С.Н., Шабуня-Клячковская Е.В., Бельков М.B. // Журн. прикл. спектроск. 2023. Т. 90. № 2. С. 156; Gaponenko S.V., Shabunya-Klyachkovskaya E.V., Belkov M.V. // J. Appl. Spectrosс. 2023. V. 90. No. 2. P. 156.
Milekhin I.A., Anikin K.V., Rahaman M. et al. // J. Chem. Phys. 2020. V. 153. No. 16. Art. No. 164708.
Тюгаев М.Д., Харитонов А.В., Газизов А.Р. и др. // Письма в ЖЭТФ. 2019. Т. 110. № 12. С. 772; Tyugaev M.D., Kharitonov A.V., Gazizov A.R. et al. // JETP Lett. 2019. V. 110. No. 12. P. 766.
Chen K., Leona M., Vo-Dinh T. // Sensor Rev. 2007. V. 27. No. 2. P. 109.
Klyachkovskaya E.V., Guzatov D.V., Strekal N.D. et al. // J. Raman Spectrosc. 2012. V. 43. P. 741.
Гладышев Е.С., Куценко С.А., Храмов В.Н. // Фотоника. 2009. № 6. С. 22.
Шабуня-Клячковская Е.В., Гапоненко С.В., Ващенко С.В. и др. // Журн. прикл. спектроск. 2014. Т. 81. № 3. С. 378; Shabunya-Klyachkovskaya E.V., Gaponenko S.V., Vashchenko S.V. et al. // J. Appl. Spectrosс. 2014. V. 81. No. 3. P. 399.
Turkevich J., Cooper Stevenson P., Hillier J. // Discuss. Faraday Soc. 1951. V. 11. P. 55.
Гренберг Ю.И. Технология станковой живописи: История и исследования. М.: Изобразит. искусство, 1982. 336 с.
Бартенева Ю.В., Петрикеева Е.Н., Изотова Е. // Коллекция гуманитарных иссл. 2018. № 3. С. 42.
Фейнберг Л.Е., Гренберг Ю.И. Секреты живописи старых мастеров. М.: Изобразительное искусство, 1989. 368 с.
Vandenabeele P. // J. Raman Spectrosc. 2004. V. 35. No. 8. P. 607.
Navas N., Romero-Pastor J., Manzano E., Cardell C. // J. Raman Spectrosc. 2010. V. 41. No. 11. P. 1486.
Guglielmi V., Comite V., Andreoli M. et al. // Appl. Sciences. 2020. V. 10. No. 20. P. 7121.
Брандт Н.Н., Ребрикова Н.Л., Чикишев А.Ю. // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 3. Физ. Астрон. 2009. Т. 64. № 6. С. 600.
Смит А. Прикладная ИК спектроскопия. М.: “Мир”, 1982. 327 с.
Vogt H. // Topics Appl. Phys. 1982. V. 50. P. 208.
Le Ru E.C., Blackie E., Meyer M., Etchegoin P. G. // J. Phys. Chem. 2007. V. 111. No. 37. P. 13794.
Le Ru E.C., Etchegoin P.G. // MRS Bull. 2013. V. 38. No. 8. P. 631.
Raikar U.S., Tangod V.B., Mastiholi B.M., Fulari V. J. // Opt. Commun. 2011. V. 284. No. 19. P. 4761.
Saviello D., Alyami A., Trabace M. // RSC Advances. 2018. V. 8. No. 15. P. 8365.
Кировская И.А. Химия. Коллоидные растворы. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2003. 199 с.
Galloway T.A., Cabo-Fernandez L., Aldous I.M. et al. // Faraday Discuss. 2017. V. 205. P. 469.
Retko K., Legan L., Ropret P. // J. Raman Spectrosc. 2020. V. 52. No. 1. P. 130.
Lin X.-M., Cui Y., Xu Y.-H. et al. // Analyt. Bioanalyt. Chem. 2009. V. 394. No. 7. P. 1729.
Doherty B., Brunetti B.G., Sgamellotti A., Miliani C. // J. Raman Spectrosc. 2011. V. 42. No. 11. P. 1932.
Кожина Е.П., Бедин С.А., Андреев С.Н., Наумов А.В. Гигантское комбинационное рассеяние света на серебряных нанопроволочных метаповерхностях. Москва: Тровант, 2022. 59 с.
Kozhina E.P., Bedin S.A., Nechaeva N.L. et al. // Appl. Sciences. 2021. V. 11. No. 4. P. 1375.
Апель П.Ю., Бобрешова О.В., Волков А.В. и др. // Мембр. и мембр. технол. 2019. Т. 1. № 2. С. 59; Apel P.Yu., Bobreshova O.V., Volkov A.V. et al. // Membr. Membr. Technol. 2019. V. 1. No. 2. P. 45.
Menges F. Spectragryph – optical spectroscopy software. Oberstdorf: Optical Spectroscopy Software, 2020.
Painter P.C., Koenig J.L. // Biopolymers. 1976. V. 15. No. 11. P. 2155.
Osticioli I., Nevin A., Anglos D. et al. // J. Raman Spectrosc. 2008. V. 39. No. 2. P.307.
Dingar N.C., Horowitz G.L., Kang J.W. et al. // PLoS ONE. 2012. V. 7. No. 2. Art. No. e32406.