При проведении комплекса мероприятий по предотвращению террористических актов особое значение придается различным средствам и методам обнаружения взрывчатых веществ (ВВ). Предлагаем вам узнать о современных методах обнаружения ВВ и представленном на российском рынке спецоборудовании, созданном для выполнения этой задачи.
Наличие ВВ является единственным достоверным признаком присутствия взрывного устройства в подозрительном объекте. Одним из наиболее распространенных методов обнаружения ВВ при обследовании таких объектов является анализ проб, отбираемых от его различных частей, на наличие в них ВВ в следовых количествах (следов ВВ).
Такие следы могут существовать в виде паров, представляющих собой молекулы ВВ в газообразном состоянии, и микрочастиц, которые могут находиться на различных поверхностях объекта или присутствовать в окружающем воздухе в пылевидной форме.
К настоящему времени в мире разработано большое количество различных специализированных аналитических систем для детектирования следов ВВ. Наиболее широко распространенные методы, используемые такими системами, представлены в табл. 1.
На практике наибольшее распространение получили технологии детектирования, базирующиеся на использовании газовой хроматографии, спектрометрии ионной подвижности (или дрейф-спектрометрии) и масс-спектрометрии. Ниже проанализированы характеристики некоторых из них.
Детектор электронного захвата (ДЭЗ)
Действие ДЭЗ основано на свойстве молекул ВВ эффективно захватывать электроны. Детектор представляет собой ионизационную камеру, через которую движется поток инертного газа (гелия или аргона). Электроны, испускаемые радиоактивным катодом камеры, ионизируют газ, что приводит к возникновению постоянного тока. Когда электронно-захватное соединение попадает в газ-носитель, в результате захвата электронов этот ток уменьшается, что сигнализирует о присутствии ВВ. ДЭЗ имеет быстрый отклик, высокую чувствительность и сравнительно недорог. но он не может определить, какое именно электронно-захватное соединение присутствует в пробе. есть большое количество невзрывчатых веществ, которые вызывают отклик ДЭЗ, например атмосферный кислород, замещенные углеводороды (фреоны, удобрения), некоторые бытовые моющие средства.
Чтобы улучшить специфичность детектирования, ДЭЗ объединяют с системой газохроматографического разделения (ГХ). В такой системе компоненты смеси веществ, содержащихся в анализируемой пробе, разделяются в потоке инертного газа, который движется через хроматографическую колонку. Различные вещества взаимодействуют со стационарной фазой колонки по-разному и имеют неодинаковые показатели характерного времени удерживания. Система детектирования определяет эти временные показатели, что позволяет определить наличие или отсутствие в пробе ВВ с высокой степенью селективности.
Стоимость устройств обнаружения с использованием ДЭЗ составляет около 20 тыс. дол. Некоторые из наиболее распространенных моделей аппаратуры такого типа представлены в табл. 2.
Хемилюминесцентное детектирование (ХЛД)
Метод хемилюминесценции основан на регистрации инфракрасного света, испускаемого возбужденными молекулами NO2, которые возникают вследствие реакции окиси азота (NO) с озоном (О3). Эта реакция происходит в вакуумированной реакционной камере с давлением около 3 Тор, для детектирования испускаемого молекулами NO2 инфракрасного излучения используется фотоумножитель. Выходной сигнал фотоумножителя прямо пропорционален присутствующему в реакционной камере количеству NO. ХЛД не специфичен к азотсодержащим соединениям, поэтому для обеспечения селективности его используют как детектор системы, осуществляющей пиролиз пробы и дальнейшее газохроматографическое разделение образующихся при этом продуктов. Большинство ВВ содержит группы NO2, которые в условиях пиролиза образуют окись азота. Современная высокоскоростная газовая хроматография позволяет производить необходимое разделение этих продуктов и последующее детектирование менее чем за 18 секунд.
Системы детектирования с использованием ХЛД обеспечивают повышенный уровень чувствительности и селективности при обнаружении следов ВВ, но аппаратурная реализация этой технологии обычно дороже других и составляет около 150 тыс. дол.
Спектрометрия ионной подвижности
Эта технология является одной из наиболее широко используемых для обнаружения следов ВВ. В традиционном спектрометре ионной подвижности (СИП) окружающий воздух всасывается с расходом в несколько сотен кубических сантиметров в минуту в прогреваемую камеру ионизации, где под действием радиоактивного источника образуются положительные или отрицательные ионы. Ионы периодически подаются в зону дрейфа через электрический затвор. Под действием статического электрического поля в зоне дрейфа они перемещаются к коллекторной пластине. Время дрейфа составляет примерно несколько миллисекунд, зависит от заряда, массы и размеров иона и является характерным для различных видов ионов. Ток коллектора измеряется как функция времени, и график ионного тока на спектре ионной подвижности (то есть в зависимости от времени) содержит пики, соответствующие различным типам ионов. Наличие следов ВВ в анализируемом воздухе определяется по наличию характерных пиков в таких спектрах.
Аппаратура, основанная на использовании этого метода, при эксплуатации не требует использования специальных газов-носителей высокой чистоты, в связи с чем в области обнаружения следов ВВ она получила наиболее широкое распространение. На рынке различные модели СИП предлагаются рядом компаний, ведущими из которых являются Barringer (Канада) и Ion Track Instruments (США). Последней в настоящее время запатентован спектрометр ионной подвижности с ловушкой ионов — ITMS, обладающий более высокими характеристиками по сравнению с традиционными СИП. На фоне большинства зарубежных обнаружителей следов ВВ системы СИП имеют умеренные цены в пределах от 30 до 50 тыс. дол. Большинство этих систем имеет сравнительно небольшие размеры, позволяющие перевозить их в багажнике полицейского патрульного автомобиля. Они обеспечивают достаточно высокое быстродействие (время отклика 5-20 секунд) и способны детектировать большинство основных типов ВВ с пределом обнаружения ниже уровня 10-10 г/см3.
В связи с тем что уровень селективности детектирования, обеспечиваемый СИП, в ряде случаев может оказаться недостаточным, такие системы могут комбинироваться с системами хроматографического разделения. Такие комбинированные системы (ГХ/СИП) продаются фирмами Barringer, Intelligent Detection Systems по цене около 75 тыс. дол.
В настоящее время основные СИП разработали малогабаритные варианты обнаружителей следов ВВ, позволяющих производить отбор проб в виде паров и микрочастиц и детектирование всех основных типов ВВ (ТНТ, гексоген, ТЭН и др.).
Обнаружитель Sabre 2000 фирмы Barringer с детектором IMS имеет массу 2,6 кг и размеры 33х11,5х13 см, обеспечивает предел обнаружения для большинства ВВ на уровне 10-10 г при времени цикла анализа 10-15 секунд. Ion Track Instr. выпустила модель VaporTracer2 с детектором ITMS (Ion Trap Mobility Spectrometer) с массой 3,2 кг и размерами 40,6×12,7×22,9 см, обеспечивающую обнаружение следов ВВ на уровне пикограммов.
Полевая спектрометрия ионов
Полевая спектрометрия ионов (Field Ion Spectrometry, FIS, ПСИ) является относительно новой технологией детектирования следов, предложенной в России, где в настоящее время принято иное наименование: «спектрометрия приращения ионной подвижности» (СПИП). В отличие от СИП прибор на основе ПСИ имеет ионный фильтр, использующий для разделения ионов суперпозицию постоянного и переменного несимметричного по полярности электрических полей. В ПСИ ионы в потоке чистого сухого газа-носителя (воздуха) вводят в камеру разделения, образованную м. двумя проводящими электродами. Под действием переменного несимметричного по полярности электрического поля ионы стремятся мигрировать в направлении одного из электродов с определенной скоростью. Приложенное постоянное электрическое поле компенсирует дрейф, возникающий под действием переменного поля, и только нужные ионы могут пройти через камеру разделения к коллектору. Зависимость ионного тока коллектора от величины электростатического поля дает спектр ионного тока, называемый ионограммой.
Изготовителем ПСИ (FIS) является Mine Safety Applications. В настоящее время FIS может быть приобретен примерно за 30 тыс. дол. Прибор не требует расходных материалов и не имеет подвижных частей, за исключением небольшого побудителя расхода. Пределы детектирования для таких ВВ, как ТНТ, гексоген и ТЭН, по данным изготовителя, находятся на уровне пикограммов. Время отклика, необходимое на обнаружение одного типа вещества, составляет 2 секунды плюс так же 5 секунд на каждое дополнительное вещество.
Хромато-масс-спектрометрия
Эта технология является самой сложной и дорогостоящей из-за необходимости применения в аппаратуре высоковакуумных систем. Вследствие этого она находит ограниченное применение, в основном в экспертно-криминалистической практике.
Общая оценка
В целом, несмотря на большое разнообразие применяемых технологий детектирования, лучшие образцы современной зарубежной аппаратуры для анализа следов ВВ имеют сравнимый уровень характеристик обнаружения и отличаются главным образом комплексом эксплуатационных и эргономических характеристик. Общими их особенностями являются предпочтение контактных методов пробоотбора, обеспечивающих обнаружение малолетучих ВВ типа гексогена и ТЭНа, и высокий уровень автоматизации цикла анализа, позволяющий оператору при необходимости получать дополнительную информацию в виде спектров, хроматограмм и т.п.
Отечественные разработки
Современные отечественные приборы для обнаружения следов ВВ представлены на рынке аналитической аппаратурой на основе экспрессной газовой хроматографии и спектрометрии приращения ионной подвижности (дрейф-спектрометрии).
Хроматографические анализаторы следов ВВ построены на основе использования оригинальных поликапиллярных колонок отечественной разработки и обеспечивают уровень характеристик, сравнимый с лучшими зарубежными образцами аналогичного назначения при цене от 16 до 20 тыс. дол. Они позволяют использовать вихревой пробоотбор паров ВВ из газовой фазы, контактный пробоотбор микрочастиц с поверхностей обследуемых объектов и осуществлять анализ основных типов ВВ за время порядка 20-40 секунд. В качестве детектора используется ДЭЗ, что обеспечивает достаточно высокую чувствительность анализа, но требует использования при эксплуатации высокочистых инертных газов-носителей. цикл анализа полностью автоматизирован, и его результаты выдаются оператору на экран рабочей станции на базе ПК.
Кроме наличия известных моделей хроматографов серии «Эхо» («Эхо-М», «Эхо-EW») необходимо отметить появление на рынке новой модели анализаторов этого типа «GCS-02F» (ЗАО «Сибел»), отличающейся улучшенными эргономическими характеристиками. Его внешний вид представлен на рис. 1. Другой новой разработкой является хроматографический анализатор модели «Эхо-В», в котором ДЭЗ заменен новым типом ионизационного детектора, позволяющим использовать вместо чистых инертных газов-носителей атмосферный воздух при сохранении чувствительности детектирования и других характеристик приборов «Эхо». Дополнительным удобством в этой модели является принцип. возможность управления хроматографом с помощью микрокомпьютера типа PalmTop, что облегчает использование оборудования в полевых условиях. Внешний вид модели «Эхо-В» представлен на рис. 2.
Портативные дрейф-спектрометрические обнаружители паров ВВ представлены известными моделями «М-02», «Шельф-ДС» и «Пилот», отличающимися в основном эргономическими характеристиками и имеющими стоимость от 9 до 16 тыс. дол. В настоящее время все модели дополнены специальными устройствами ввода проб, позволяющими осуществлять контактный пробоотбор и обнаруживать следы малолетучих ВВ.
Статьи по теме:
