Nowe technologie pomagają wykrywać ładunki wybuchowe

Nowe technologie pomagają wykrywać ładunki wybuchowe

Narastające w ostatnim czasie poczucie zagrożenia atakami bombowymi sprawiło, że wielu naukowców skoncentrowało się na badaniach związanych z wykrywaniem materiałów wybuchowych. Niezależnie od tego czy opracowują oni prosty czujnik, który może zostać zastosowany w dowolnym miejscu, czy skomplikowaną aparaturę laboratoryjną, cel jest jeden: wykryć i w konsekwencji unieszkodliwić jak największą ilość materiałów wybuchowych.

Przez ostatnią dekadę, Christine Mahoney wraz z zespołem z National Institute of Standards and Technology (NIST) pracowała właśnie nad urządzeniami wykrywającymi ładunki wybuchowe.

„Nasz program zawiera w sobie wiele różnych aspektów badań nad ładunkami wybuchowymi, od standardów mierzenia, przez wykrywanie śladowych ilości materiałów wybuchowych na lotniskach, po zastosowanie nowych technik metrologicznych do bezpośredniego charakteryzowania oraz identyfikowania tych materiałów.” – stwierdziła Mahoney.

Jedna z technik pomiaru, spektroskopia jonów mas wtórnych z pomiarem czasu przelotu (ToF-SIMS) okazała się być kluczowa dla identyfikowania i odróżnienia różnych elementów materiałów wybuchowych. ToF-SIMS jest techniką obrazowania, która jest w stanie wykryć elementy takie, jak: plastyfikatory, lepiszcza, oleje oraz same materiały wybuchowe. Potencjalnie może zostać ona wykorzystana do rozróżnienia producentów materiałów wybuchowych czy kraju pochodzenia.

W przeciwieństwie do takich technik analitycznych, jak chromatografia cieczowa i gazowa, która umożliwia częściową analizę próbek, ToF-SIMS oraz inne techniki spektroskopii mas umożliwiają równoczesne i bezpośrednie charakteryzowanie wszystkich elementów ładunków wybuchowych, jak C4, włączenie z elementami aktywnymi, dodatkami, lepiszczami oraz zanieczyszczeniami. ToF-SIMS zapewnia szybką identyfikację zarówno organicznych, jak i nieorganicznych składników, a także rozpowszechnienie izotopu z ogromną czułością. A co najważniejsze, dobrze nadaje się do bezpośredniej analizy drobinek pyłków materiałów wybuchowych zebranych na miejscu i odesłanych do laboratorium.

Stosując ToF-SIMS w połączeniu z innymi technikami wizualizującymi strukturę krystaliczną próbek, Mahoney zidentyfikowała i odróżniła komercyjne C4, wojskowe C4 ze Stanów Zjednoczonych oraz Wielkiej Brytanii.

Celem tego projektu nie jest jednak rozwinięcie ToF-SIMS jako przenośnej technologii do użycia w terenie, ale stworzenie potężnego narzędzia laboratoryjnego.

Równocześnie chemicy z University of Illinois opracowali prosty czujnik umożliwiający wykrycie ładunku wybuchowego wykorzystywanego w bombach ukrytych w bucie. Odkrycie to może doprowadzić do powstania niedrogiego, łatwego w użyciu urządzenia do prześwietlania bagażu i pasażerów na lotniskach czy gdziekolwiek indziej.

Trimeryczny nadtlenek acetonu (TATP) jest bardzo silnym ładunkiem wybuchowym, który w ostatnim czasie wykorzystywany był w wielu atakach bombowych. TATP jest łatwy do przygotowania z dostępnych elementów, a przy tym trudny do wykrycia. Opiera się on większości standardowych metod: nie fluoryzuje, nie absorbuje światła ultrafioletowego, nie jonizuje

Natomiast te kilka metod, które wykrywają TATP nie nadaje się do zastosowania na lotniskach, gdyż wymagają dużego i drogiego oprzyrządowania, specjalnego przygotowania próbek czy relatywnie wysokich stężeń TATP. Nie ma też dziś prostej metody wykrywającej opary TATP.

Kenneth Suslick oraz Hengwei Lin z University of Illinois, opracowali matrycę czujników kolorymetrycznych, która jest w stanie ilościowo określić nawet bardzo niskie poziomy oparów TATP, do 2 cząstek na miliard.

W celu stworzenia matrycy czujników, naukowcy wydrukowali na obojętnej powłoce plastikowej serię 16 miniaturowych kolorowych kropek, każda o innej barwie. Katalizator z kwasu stałego rozbija TATP na wykrywalne elementy, które sprawiają, że barwniki zmieniają kolor niczym papierki lakmusowe.

Każdy barwnik zmienia swój kolor w zależności od koncentracji TATP w powietrzu. Matryca jest rejestrowana za pomocą płaskiego skanowana albo niedrogiego aparatu fotograficznego przed i po wystawieniu jej na działanie badanego powietrza.

„Wyobraźcie sobie pokryty kolorowymi kropkami czujnik wielkości znaczka, który jest w stanie wraz z aparatem cyfrowym wykryć materiały wybuchowe ukryte w bucie poprzez zmianę kolorów kropek.” – stwierdził Suslick. „Wzór zmiany kolorów jest unikalnym szablonem molekularnym TATP w dowolnej koncentracji i jesteśmy w stanie zidentyfikować go w przeciągu sekund.” – dodał.

Matryca ta jest szczególnie czuła na TATP. W odróżnieniu od wielu innych czujników chemicznych, nowa matryca jest niewrażliwa na zmiany wilgotności czy wpływ innych chemikaliów. Charakteryzuje się również długą żywotnością.

Naukowcy skonstruowali również prototyp urządzenia w wersji przenośnej. Wykorzystuje ono niedrogie białe oświetlenie LED i zwykły aparat cyfrowy, podobny do tych stosowanych w telefonach.

„Jedną z zalet tej technologii jest to, że wykorzystuje ona elementy łatwo dostępne i relatywnie niedrogie.” – stwierdził David Balshaw z National Institute of Environmental Health Science, który wspiera projekt.

(lk)