Методы обнаружения взрывчатых веществ.
В настоящее время в России и за рубежом разработаны и производятся целый ряд средства поиска зарядов ВВ и ВОП как по прямым, так и по косвенным признакам.
Прямым признаком является наличие ВВ или его отдельных компонентов. К косвенным признакам ВОП относятся: наличие металлических и пластмассовых деталей, полупроводниковых приборов (диодов, транзисторов, интегральных микросхем) взрывательных устройств, проводных линий, антенн, определенная форма корпуса (цилиндр, параллелепипед) и т.д.
Наиболее надежными с точки зрения обнаружения ВОП являются средства поиска, обеспечивающие обнаружение прямых признаков. К таким средствам относятся приборы газового анализа (или газоаналитические приборы); приборы. Кроме того, для обнаружения ВВ широко используются специально подготовленные по курсу минно-розыскной службы (МРС) собаки.
К основным задачам, решаемым газоаналитическими приборами, относятся поиск-проверка ВУ и ВВ в интересах борьбы с терроризмом; досмотр подозреваемых лиц, автомобилей и предметов; экспресс-анализ взрывчатых веществ на местах взрыва.
Взрывчатые вещества и наркотики можно обнаружить по присутствию паров, которые они выделяют, и по оставляемым ими следам микрочастиц. Обычно пары обнаруживают в окружающем воздухе, а частицы, как правило, на поверхностях. Поскольку некоторые взрывчатые вещества и наркотики являются более летучими, чем другие, обнаружение одних целесообразно производить по парам, а других по следам частиц. Например, взрывчатые вещества на основе нитроглицерина лучше всего обнаруживать по парам, а пластичные взрывчатые вещества по пробам микрочастиц. Следует помнить, что работа оборудования для обнаружения паров основана на присутствии паров взрывчатых веществ, и оно не способно обнаруживать взрывчатые вещества, которые не испаряются, или когда они помещены в герметичную упаковку.
Плотность паров ВВ
| Тип ВВ | Число молекул ВВ на триллион молекул воздуха (ppt) | Число молекул ВВ в 1см3 воздуха | Количество граммов ВВ в 1см3 воздуха |
| Нитроглицерин (NG) | 106 | 1013 | 10-9 |
| Тротил (TNT) | 104 | 1011 | 10-11 |
| ТЭН* (PETN) | 1 - 10 | 108 – 109 | 10-14 – 10-13 |
| Гексоген (RDX) | 108 | 10-14 | |
| Американское боевое ВВ С-4 | 10-1 | 107 | 10-15 |
| Этиленгликольдинитрат (EGDN) | 108 | 1015 | 10-7 |
Проблема обнаружения ВВ путем анализа их испарений осложнена тем, что концентрация паров ВВ сильно падает с увеличением расстояния от источника. Поэтому газоанализаторы, предназначенные для обнаружения паров ВВ, должны быть на несколько порядков более чувствительны, чем используемые в промышленных целях (например, датчики метана или испарений нефтепродуктов). Это особый вид газоаналитических установок, базирующийся на самых современных научных и технологических разработках. Газоанализаторы – обнаружители ВВ достаточно разнообразны по устройству и принципу действия, условиям эксплуатации, чувствительности, габаритам и массе, стоимостным и другим характеристикам, использующимся для их сравнения. Недалеко, по-видимому, время, когда газоанализаторы наконец сравняются со служебными собаками по критерию чувствительности.
Нормальной чувствительностью детектора паров ВВ по одному из самых легкообнаруживаемых взрывчатых веществ (ТНТ) на постах контроля людей и ручной клади считается величина 10-7 г/м3. Анализ концентраций насыщенных паров ВВ и технологических примесей в их составе показывает, что концентрация в воздухе паров гексогена и ТЭНа, входящих в состав большинства пластичных взрывчатых веществ (ПВВ), довольно низка и требует от детекторов ВВ большей чувствительности, что приводит к усложнению их конструкции, увеличению габаритов, массы и стоимости, снижению производительности контроля. Чувствительность детекторов паров ВВ должна быть на два порядка выше концентрации насыщенных паров определяемого вещества в воздухе, т. е. составлять 10-10–10-9 г/м3 при концентрации насыщенных паров гексогена10-8 г/м3, а боевого ВВ С-4 – 10-9 г/м3.
При анализе используемых методов обнаружения ВВ, обычно различают методы газовой хроматографии, дрейф-спектрометрии ионов, При анализе используемых методов обнаружения ВВ, обычно различают методы газовой хроматографии, дрейф-спектрометрии ионов, хемилюминесцентный метод, (МОЯК), колориметрический метод на основе цветных селективных аналитических реакций. Распространены и такие обозначения методов следового детектирования, как ГХ/ИДПС (газовый хроматограф / ионизационный детектор с перестраиваемой селективностью), ФУП (флуоресцирующий усиливающий полимер), ТР (терморедокс). Отбор паров и частиц ВВ от контролируемого объекта производится воздушными насосами, действующими по принципу пылесоса. В портативных приборах (например, МО-2, «Шельф», EVD-3000, Vixen) этот узел встроен в анализатор и дает оператору возможность свободно манипулировать им. Для интенсификации парообразования при отборе воздушных проб над объектами иногда используют подогрев поверхностей.
Для повышения эффективности проведения досмотровых операций, упрощения, облегчения и удешевления аппаратуры обнаружения скрытых закладок ВВ предложено вводить в состав ПВВ легколетучие добавки (маркеры), концентрация насыщенных паров которых на несколько порядков больше, чем у гексогена или ТЭНа и не влияет на боевые характеристики пластичного ВВ. Многие страны-производители конденсированных ВВ уже полностью перешли на выпуск маркированных веществ. Обращение с ВВ в Европейском сообществе регулируется директивой Совета ЕЭС 93/135/ЕЕС от 5 апреля 1993 года о гармонизации положений, касающихся выпуска на рынок и надзора за ВВ, применяемыми в гражданских целях. Эффективность работы газоанализатора существенно повышается, если искомое ВВ выпущено промышленным способом и предварительно промаркировано высоколетучим составом, но по-прежнему остается далекой от достижения стопроцентной обнаруживаемости. К сожалению, современные условия не позволяют надеяться на то, что террористы и другие преступники обязательно воспользуются промышленно изготовленным, а не самодельным ВВ, и что это вещество будет обязательно промаркировано на заводе-изготовителе.
Для газоаналитических приборов весьма актуальна проблема поиска ВВ в герметичных емкостях и поиска ВОП давней закладки в укрывающих средах. Герметичная стеклянная, металлическая или пластиковая емкость практически полностью исключает выход паров ВВ наружу. Для емкости на основе полиэтилена, бумаги и ряда других материалов вероятность выхода паров существует, но содержание паров в воздухе оказывается значительно ниже, чем при отсутствии упаковки, и это соответствующим образом скажется на вероятности обнаружения. Преградой, препятствующей выходу испарений ВВ, может служить даже полиэтилен, пропитанный особым составом.
Наиболее высокотехнологичные методы обнаружения ВВ используют новейшие достижения атомной и ядерной физики. К таким методам относятся нейтронные (основанные на бомбардировке рассматриваемого объекта потоком тепловых или быстрых нейтронов), гамма-активационные (где эту роль выполняют гамма-кванты), ядерный квадрупольный анализ.
Ядерно-физические методы обнаружения ВВ основаны на определении элементного состава объекта с помощью зондирующего излучения нейтронами или гамма-квантами. Бета - и гамма-излучения обладают большой проникающей способностью, вследствие чего могут эффективно использоваться для зондирования объектов значительных размеров, в том числе и для выявления замаскированных ВВ. Физической основой обнаружения является различие элементного состава ВВ и среды, в которой оно находится. Состав большинства ВВ характеризуется высокой концентрацией азота, что и является основным критерием обнаружения.
Разработка современных ядерно-физических методов обнаружения ВВ является одной из самых актуальных проблем научного сообщества. В настоящее время активно обсуждаются проблемы обнаружения весовых (от 50 г) количеств ВВ в багаже, на транспорте, в грузах, в бесхозных подозрительных предметах, в почтовых отправлениях и на теле человека, что имеет первостепенное значение для обеспечения авиационной безопасности от террористического взрыва. Высокотехнологичные разработки, использующие, например, нейтронно-радиационный (НРА) или гамма-активационный (ГАА) анализ, являются весьма дорогостоящими и, как правило, стационарными. Однако их высокие технические характеристики дают основание полагать, что в недалеком будущем они получат максимально широкое распространение. Особенно значительной предполагается их роль в обеспечении авиационного транспорта, правительственных и других высокоценных зданий и сооружений от угрозы террористического взрыва.Общую картину ядерно-физических и близких к ним методов дополняет использование физического эффекта, известного как ядерный квадрупольный резонанс (ЯКР). Строго говоря, метод ЯКР и родственные ему нельзя считать ядерно-физическими, так как зондирующее излучение представляет собой не поток частиц, а электромагнитную волну СВЧ-диапазона.
Однако, поскольку ЯКР-методы основаны на наличии фундаментальных свойств (квадрупольного момента) у некоторых ядер атомов обнаруживаемых веществ (например, ядер азота-14 в составе абсолютного большинства ВВ), этот метод, весьма популярный у исследователей и разработчиков новой техники, также может быть отнесен к ядерно-физическим.Большинство установок, использующих ядерно-физические методы обнаружения ВВ и ВУ, в настоящее время находится на стадии создания опытных образцов, прототипов и первых стадиях внедрения.
Российские ООО «Логис» и НИИ приборостроения им. В.В. Тихомирова создают ЯКР-обнаружители, применимые для поиска ВВ в разных условиях и в различных сферах деятельности человека. По данным специалистов НИИ приборостроения им. В.В. Тихомирова (г. Тула), ЯКР-обнаружители позволяют найти ВВ и наркотические вещества массой от 3-5 г в почтовых отправлениях и ручной клади объема до 25 л за 10-25 с. Но элементарное экранирование от СВЧ-излучения может поставить непреодолимую преграду обнаружению ВВ с помощью указанного метода. Это замечание следует отнести и к различным металлическим транспортным контейнерам. Таким образом, наиболее целесообразно использование ЯКР-техники в комплексе с другими техническими средствами обнаружения ВВ. ЯКР-установки в полевых условиях могут быть объединены в единый поисковый комплект с миноискателями и георадарами, в условиях контроля пассажиров и багажа – с МД, газоанализаторами и рентгеновскими установками.ЯКР-обнаружение ВВ, как и любой подобный метод, не является идеальным. В частности, из вышеприведенных материалов следует, что ВВ, находящееся в металлическом или металлизированном корпусе, данным методом не обнаруживается.
В настоящее время наибольшее распространение получили газоанализаторы.
Газоанализатор обычно состоит из трех компонентов:
- приспособление для взятия проб;
- анализатор(детектор);
- блок обработки данных.
Приспособление для взятия проб предназначено для сбора достаточного количества взрывчатого вещества или наркотика.
Для получения проб микрочастиц интересующие поверхности обычно обметают небольшим куском бумаги или ткани. Иногда используется устройство похожее на пылесос, с помощью которого частицы переносятся на своего рода фильтр, который затем помещается в анализатор. В обоих случаях перед началом анализа частицы в пробе испаряют.
Поэтому приборы обнаружения ВВ называют газоанализаторами.
При газовой хроматографии могут использоваться детекторы разного типа, но все они вырабатывает электрический ток, сила которого зависит от концентрации паров в пробе.
По физическому принципу своего действия газоаналитические приборы, обнаруживающие пары или микрочастицы ВВ в пробах воздуха, обычно делятся на дрейф-спектрометры и газовые хроматографы.
Газовые хроматографы.
Хроматография [гр. сhrömatos − цвет + graphö − пишу] — метод разделения, анализа и физико-химических исследований веществ, основанный на перемещении зоны вещества вдоль слоя сорбента в потоке подвижной фазы с многократным повторением сорбционных и десорбционных актов. При этом разделяемые вещества распределяются между двумя несмешивающимися фазами (в зависимости от их относительной растворимости в каждой фазе): подвижной и неподвижной.
Сорбенты (от лат. sorbens — поглощающий) — твердые тела или жидкости, избирательно поглощающие (сорбирующие) из окружающей среды газы, пары или растворённые вещества. В зависимости от характера сорбции различают абсорбенты — тела, образующие с поглощённым веществом твёрдый или жидкий раствор, адсорбенты — тела, поглощающие (сгущающие) вещество на своей (обычно сильно развитой) поверхности, и химические поглотители, которые связывают поглощаемое вещество, вступая с ним в химическое взаимодействие. Отдельную группу составляют ионообменные сорбенты (иониты), поглощающие из растворов ионы одного типа с выделением в раствор эквивалентного количества ионов другого типа. Широко используют активированный уголь, силикагель, оксид алюминия, диоксид кремния, различные ионообменные смолы и др.
Фаза– часть системы, однородная по составу и строению и отделенная от других частей системы (других фаз) границей раздела (межфазной границей). По числу фаз системы делят на гомогенные и гетерогенные.
– Система, состоящая из одной фазы, называется гомогенной системой.
– Система, состоящая из двух или большего числа фаз, называется гетерогенной системой.
В связи с исключительной многогранностью понятия "хроматография" оно не может быть охвачено одним единственным определением. В категориях "явление, процесс, метод, наука" хроматографию предложено определять, например, как метод разделения смесей веществ или частиц, основанный на различии в скоростях их перемещения в системе несмешивающихся и движущихся относительно друг друга фаз.
В общем случае хроматография это наука о принципах и методах разделения, количественного и качественного определения веществ, используя их различия (подвижность, размер, заряд, массу, полярность и т.д.) в потоке на границе нескольких гетерогенных сред (газ и твердое тело, жидкость и твердое тело, газ и жидкость, несмешиващиеся жидкости и т.д.).
Газовая хроматография — разновидность хроматографии, метод разделения летучих компонентов, при котором подвижной фазой служит инертный газ (газ-носитель), протекающий через неподвижную фазу с большой поверхностью. В качестве подвижной фазы используют водород, гелий, азот, аргон, углекислый газ. Газ-носитель не реагирует с неподвижной фазой и разделяемыми веществами.
Различают газо-твёрдофазную и газо-жидкостную хроматографию. В первом случае неподвижной фазой является твёрдый сорбент (силикагель, уголь, оксид алюминия), во втором — жидкость, нанесённая на поверхность инертного носителя.
Этот метод можно использовать для анализа газообразных, жидких и твёрдых веществ с молекулярной массой меньше 400, которые должны удовлетворять определённым требованиям, главные из которых — летучесть, термостабильность, инертность, лёгкость получения. Этим требованиям в полной мере удовлетворяют, как правило, органические вещества, поэтому газовую хроматографию широко используют как серийный метод анализа органических соединений.
Структурная схема газового хроматографа
1 — источник газа-носителя (подвижной фазы)
2 — регулятор расхода газа носителя
3 — устройство ввода пробы
4 — хроматографическая колонка в термостате
5 — детектор
6 — электронный усилитель
7 — регистрирующий прибор (самописец, компьютер)
8 — расходомер
Источник газа-носителя
Чаще всего это — баллон со сжатым или сжиженным газом, который обычно находится под большим давлением (до 120 атмосфер). Чаще всего при хроматографии используют гелий, реже азот, ещё реже водород и другие газы.
Регулятор расхода газа
Предназначение этого компонента газового хроматографа — контроль расхода газа в системе, а также поддержка необходимого давления газа на входе в систему. Обычно в качестве регулятора расхода газа используются редуктор или дроссель.
Устройство ввода пробы
Предназначено для подачи пробы анализируемой смеси в хроматографическую колонку.
Хроматографические колонки
Под колонкой подразумевается сосуд, длина которого значительно больше диаметра. Для газовой хроматографии обычно используют U-образные или спиральные колонки. Внутренний диаметр колонок — 2-15 мм, а длина — 1-20 м. Материалом для изготовления колонок служит стекло, нержавеющая сталь, медь, иногда фторопласт. В последнее время наибольшее распространение получили капиллярные колонки изготовленные из плавленного кварца, с нанесенной внутри неподвижной фазой. Длина подобных колонок может достигать сотен и даже тысяч метров, хотя чаще используются колонки длиной 30-50 м.