Графическая аннотация. Кредит: Talanta (2023). DOI: 10.1016/j.talanta.2023.125562
Ученые разработали способ обнаружения крошечных количеств труднообнаружимых взрывчатых веществ на расстоянии более восьми футов, что снижает необходимость прочесывать одежду, багаж или другие материалы.
Метод, опубликованный в журнале Talanta, обнаруживает следовые количества взрывчатых веществ, таких как нитроглицерин и гексоген — взрывчатое вещество в C-4 — в воздухе на чрезвычайно низких уровнях в течение нескольких секунд.
Такие вещества выделяют всего несколько драгоценных молекул, но ученые, тем не менее, создали способы их обнаружения. Их оборудование для обнаружения взрывчатых веществ настолько чувствительно, что распознает мельчайшие частицы взрывчатого вещества в области, полной обычных молекул воздуха, таких как азот и кислород.
Команда может идентифицировать взрывчатые вещества на уровне менее 10 частей на квадриллион — это как идентифицировать одну сосновую иголку среди всех сосен в штате Вашингтон. Другими словами, это эквивалентно возможности вытащить одну монету из стопки пенни, которая находится в 17 миллионов раз выше высоты горы Эверест.
Недавнее исследование ученых из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории Министерства энергетики основывается на более чем десятилетней работе по обнаружению паров взрывчатых веществ и других материалов. В прошлом команда разрабатывала методы обнаружения взрывчатых веществ на расстоянии около половины дюйма. Новейшая технология обнаружения взрывчатых веществ распознает те же вещества на расстоянии от двух до восьми футов, в зависимости от материала.
«Раньше мы могли обнаружить эти взрывчатые вещества на расстоянии ширины вашего пальца. Теперь наша технология достигает длины вашей руки и дальше», — сказал Роберт Юинг, химик PNNL, возглавляющий команду.
Технология была лицензирована BaySpec Inc., компанией-производителем приборов из Кремниевой долины, которая специализируется на спектральном зондировании для приложений от полупроводников и фармацевтики до обороны и безопасности. Компания планирует выпустить коммерческий продукт на основе технологии PNNL для обнаружения взрывчатых веществ и наркотиков в 2025 году.
Многие материалы, используемые в производстве взрывчатых веществ, трудно обнаружить в воздухе, поскольку они выделяют мало молекул. В этом отличие от таких материалов, как бензин, который быстро испаряется. Фото: Сара Левин, Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория
Пониженное давление пара: нет препятствий для обнаружения взрывчатых веществ
Команда Юинга занимается поиском материалов с низким давлением пара — они не испаряются быстро. Они выделяют в воздух так мало молекул, что их сложно уловить и проанализировать. В этом отличие от материалов с более высоким давлением паров, таких как бензин: бензин летуч, и его молекулы быстро переносятся в воздух, что облегчает его обнаружение.
В последней статье команда обнаружила взрывчатые вещества с низким содержанием паров, такие как нитроглицерин и гексоген — еще одно распространенное взрывчатое вещество — на расстоянии нескольких футов. В предыдущей работе команда обнаружила взрывчатые вещества, такие как тетрил, PETN и TNT, в воздухе, а также наркотики, такие как фентанил, кокаин и метамфетамин. Команда считает, что новый подход, известный как обнаружение на расстоянии, может также использоваться для дополнительных взрывчатых веществ, наркотиков и других химических угроз.
«Мы надеемся, что эта технология может быть использована для защиты людей от взрывных угроз», — сказал Эвинг.
Частично улучшение расстояния обнаружения зазора обусловлено мощным ручным пробоотборником воздуха, разработанным в Университете Вашингтона, который всасывает около 300 литров воздуха в минуту. Это позволяет ученым PNNL собирать весь необходимый им воздух всего за 5–10 секунд для обнаружения материалов с более низким давлением паров.
Воздух всасывается через фильтр, который собирает пары, которые затем подаются в атмосферную расходную трубку и обнаруживаются масс-спектрометром.
Ключом к чувствительному обнаружению является устройство длиной около двух футов, называемое атмосферной расходной трубкой, где молекулы ионизируются перед отправкой в масс-спектрометр. Расстояние этой трубки позволяет ионизировать целевые молекулы дольше (секунды против миллисекунд), что повышает чувствительность обнаружения.
С атмосферной расходной трубкой команда может идентифицировать взрывчатые вещества на уровне менее 10 частей на квадриллион.
Работа основана на предыдущем успехе команды, который включал награду R&D 100 Market Disruptor Award. Команда приняла участие в семинаре по обнаружению следов взрывчатых веществ и наркотиков в Ирландии с 24 по 28 июня для обсуждения соответствующей работы.
Работа является частью широкой программы PNNL по обнаружению взрывчатых веществ.
Дополнительная информация: Меган К. Нимс и др., Обнаружение паров следов взрывчатых веществ на расстоянии до метра, Talanta (2023). DOI: 10.1016/j.talanta.2023.125562
Предоставлено Тихоокеанской северо-западной национальной лабораторией
