Детектор следов взрывчатых веществ - Explosives trace detector

Детекторы следов взрывчатых веществ (ETD) находятся обнаружение взрывчатых веществ оборудование способное обнаруживать взрывчатка небольшой величины. Обнаружение осуществляется путем отбора проб невидимых "следовых" количеств твердых частиц. Устройства, подобные ETD, также используются для обнаружения наркотики. Оборудование используется в основном в аэропорты и другие уязвимые районы, которые считаются уязвимыми для актов незаконного вмешательства. Доктору Стивену Ли приписывают изобретение Детектор взрывчатых веществ Fido во время работы в Армейская исследовательская лаборатория.^[1]

Характеристики

Чувствительность

Предел обнаружения определяется как наименьшее количество взрывчатого вещества, которое детектор может надежно обнаружить. Он выражается в нанограммах (нг), пикограммах (пг) или фемтограммах (фг), где fg лучше, чем pg, лучше, чем ng. Он также может быть выражен в частях на миллиард (ppb), частях на триллион (ppt) или частях на квадриллион (ppq).

Чувствительность важна, потому что большинство взрывчатых веществ имеют низкое давление пара. Детектор с наивысшей чувствительностью лучше всего подходит для надежного обнаружения паров взрывчатых веществ.

Легкий вес

Портативные детекторы взрывчатых веществ должны быть как можно более легкими, чтобы пользователи не утомлялись, когда их держат в руках. Кроме того, на роботов можно легко разместить легкие детекторы.

Размер

Портативные детекторы взрывчатых веществ должны быть как можно меньше, чтобы можно было обнаруживать взрывчатые вещества в труднодоступных местах, например под автомобилем или внутри мусорного бака.

Время холодного пуска и время анализа

Время запуска любого детектора следов - это время, необходимое детектору для достижения оптимальной температуры для обнаружения контрабандных веществ.

Технологии

Колориметрия

Использование колориметрических тестовых наборов для обнаружения взрывчатых веществ является одним из старейших, простейших и наиболее широко используемых методов обнаружения взрывчатых веществ. Колориметрическое обнаружение взрывчатых веществ включает нанесение химического реагента на неизвестный материал или образец и наблюдение за цветовой реакцией. Обычные цветовые реакции известны и указывают пользователю, присутствует ли взрывчатый материал, а во многих случаях группа взрывчатого вещества, из которого этот материал получен. Основными группами взрывчатых веществ являются нитроароматические взрывчатые вещества, взрывчатые вещества на основе сложного эфира нитрата и нитрамина, самодельные взрывчатые вещества, не содержащие нитрогрупп, в том числе взрывчатые вещества на основе неорганических нитратов, взрывчатые вещества на основе хлората и взрывчатые вещества на основе пероксида.^[2]

Спектрометрия ионной подвижности

Обнаружение взрывчатых веществ с помощью спектрометрия ионной подвижности (IMS) основан на скоростях ионов в однородном электрическом поле. Существует несколько вариантов IMS, таких как спектрометрия подвижности с ионной ловушкой (ITMS) или нелинейная зависимость от подвижности ионов (NLDM), которые основаны на принципе IMS. Чувствительность устройств, использующих эту технологию, ограничена уровнями пг. Технология также требует ионизации образцов взрывчатых веществ, которая осуществляется с помощью радиоактивного источника, такого как никель-63 или же америций-241. Эта технология используется в большинстве имеющихся в продаже детекторов взрывчатых веществ, таких как GE VaporTracer, Smith Sabre 4000 и построенные в России МО-2М и МО-8.^{[нужна цитата ]} Присутствие радиоактивных материалов в этом оборудовании вызывает проблемы с регулирующими органами и требует специальных разрешений в таможенных портах. Эти детекторы не подлежат обслуживанию в полевых условиях и могут представлять опасность для оператора, если корпус детектора треснет из-за неправильного обращения. Два раза в год^{[требуется разъяснение ]} В большинстве стран регулирующие органы обязаны проверять такое оборудование на предмет отсутствия утечки радиации. Утилизация этого оборудования также контролируется из-за длительного периода полураспада используемого радиоактивного материала.

Электрораспылительная ионизация, анализ мобильности (DMA) и тандемная масс-спектрометрия (MS / MS) используется SEDET (Sociedad Europea de Detección) для «Устройства досмотра авиационных грузов и взрывчатых веществ (ACES)», предназначенного для авиационных грузовых контейнеров, разрабатываемых в настоящее время в Испании.^{[нужна цитата ]}

Термо-редокс

Эта технология основана на разложении взрывчатого вещества с последующим восстановлением нитрогрупп. Большинство взрывчатых веществ военного класса нитросоединения и иметь изобилие NO₂ группы на них. Взрывоопасные пары с высокой скоростью втягиваются в адсорбер, а затем пиролизуются. Затем обнаруживают присутствие нитрогрупп в пиролизованных продуктах. Эта технология имеет значительно больше ложных срабатываний, потому что многие другие безвредные соединения также содержат большое количество нитрогрупп. Например, большинство удобрений содержат нитрогруппы, которые ошибочно идентифицируются как взрывчатые, и чувствительность этой технологии также довольно низкая. Популярным детектором, использующим эту технологию, является Scientrex EVD 3000.

Хемилюминесценция

Эта технология основана на люминесценции некоторых соединений при их присоединении к взрывчатым частицам. Это в основном используется в неэлектронном оборудовании, таком как аэрозольные баллончики и тестовые бумаги. Чувствительность довольно низкая, порядка нанограмм.

Усиливающий флуоресцентный полимер

Усиливающий флуоресцентный полимер (AFP) - это новая многообещающая технология, основанная на синтезированных полимерах, которые связываются с молекулами взрывчатых веществ и при обнаружении дают усиленный сигнал. Когда для этой цели используются соединения, не являющиеся полимерами, гашение флуоресценции следами взрывчатых веществ не обнаруживается. При усилении флуоресцентного полимера в тонких пленках поглощает фотон света, полимеры в возбужденном состоянии (экситоны ) могут перемещаться по основной цепи полимера и между соседними полимерными пленками. Эти датчики изначально были созданы для обнаружения тринитротолуол. В AFP связывание одной молекулы TNT приводит к значительному тушению флуоресценции из-за конъюгированной структуры полимеров. Сообщалось, что на практике полимеры приводят к увеличению в 100-1000 раз усиления отклика гашения.

«Во время жизни в возбужденном состоянии экситон беспорядочно распространяется через конечный объем полимерной пленки».^[3] Как только TNT или любая другая электронодефицитная (т.е. электронно-акцептирующая) молекула вступает в контакт с полимером, образуется так называемая низкоэнергетическая «ловушка». «Если экситон мигрирует к месту связанной электронодефицитной молекулы до перехода обратно в основное состояние, экситон будет захвачен (нерадиоактивный процесс), и флуоресценция не будет наблюдаться от события возбуждения. Поскольку экситон отбирает множество потенциальных сайтов связывания аналита в течение своего возбужденного состояния, вероятность того, что экситон будет отбирать образец занятого «рецепторного» сайта и будет подавлен, значительно увеличивается ».^[3]

Пример усиливающего флуоресцентного полимера^[4]

Детекторы следов взрывчатых веществ, использующие AFP, известные как Fido, были первоначально разработаны в рамках Агентство перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA) Программа "Собачий нос", которая сейчас производится FLIR Systems. Текущее поколение обеспечивает широкополосное обнаружение следов взрывчатых веществ и весит менее 3 фунтов. Чувствительность порядка фемтограммы (1 × 10⁻¹⁵ граммы). Это единственная такая технология в данной области, которая может достичь такой чувствительности.

Масс-спектрометрии

Недавно, масс-спектрометрии (MS) возникла как еще одна технология ETD. Внедрение масс-спектрометрии должно снизить частоту ложных тревог, часто связанных с ETD, из-за более высокого разрешения основной технологии.^{[нужна цитата ]} Он также обычно использует нерадиоактивный метод ионизации. вторичная ионизация электрораспылением (SESI-MS).^[5][6][7] Используемая в основном в настольных системах ETD, масс-спектрометрия может быть уменьшена для портативных ETD.

Рекомендации

1. «Главный научный сотрудник исследовательской лаборатории получает президентское признание». www.arl.army.mil. Получено 5 июн 2018.
2. Маршалл, Морис; Оксли, Джимми (2009). АСПЕКТЫ ОБНАРУЖЕНИЯ ВЗРЫВОВ.
3. Камминг, Колин; Фишер, Марк; Сайкс, Джон (2004-01-01). Гарднер, Джулиан У .; Йинон, Иегуда (ред.). Электронные носы и датчики для обнаружения взрывчатых веществ. Наука НАТО II: математика, физика и химия. Springer Нидерланды. С. 53–69. Дои:10.1007/1-4020-2319-7_4. ISBN  9781402023170.
4. Thomas, Samuel W .; Джоли, Гай Д .; Swager, Тимоти М. (2007-04-01). «Химические сенсоры на основе усиливающих флуоресцентных конъюгированных полимеров». Химические обзоры. 107 (4): 1339–1386. Дои:10.1021 / cr0501339. ISSN  0009-2665. PMID  17385926.
5. Мартинес-Лозано, Пабло; Русь, Хуан; Фернандес де ла Мора, Гонсало; Эрнандес, Марта; Фернандес де ла Мора, Хуан (февраль 2009 г.). «Вторичная ионизация электрораспылением (SESI) паров окружающей среды для обнаружения взрывчатых веществ при концентрациях ниже частей на триллион». Журнал Американского общества масс-спектрометрии. 20 (2): 287–294. Дои:10.1016 / j.jasms.2008.10.006. ISSN  1044-0305.
6. Тэм, Мэгги; Хилл, Герберт Х. (май 2004 г.). «Вторичная ионизация электрораспылением - спектрометрия подвижности ионов для обнаружения взрывоопасных паров». Аналитическая химия. 76 (10): 2741–2747. Дои:10.1021 / ac0354591. ISSN  0003-2700.
7. Aernecke, Мэтью Дж .; Мендум, Тед; Геурцен, Джефф; Остринская, Алла; Кунц, Родерик Р. (25 ноября 2015 г.). «Давление паров гексаметилен трипероксид диамина (HMTD), оцененное с помощью масс-спектрометрии с вторичной ионизацией электрораспылением». Журнал физической химии A. 119 (47): 11514–11522. Дои:10.1021 / acs.jpca.5b08929. ISSN  1089-5639.