Концентрация насыщенных паров взрывчатых веществ
| Тип ВВ | Плотность паров ВВ (порядок величины) | ||
| Число молекул ВВ на триллион молекул воздуха (ppt) | Число молекул ВВ в см3 воздуха | Количество граммов ВВ в см3 воздуха | |
| Нитроглицерин (NG) | 106 | 1013 | 10-9 |
| Тротил (TNT) | 104 | 1011 | 10-11 |
| ТЭН (PETN) | 100 - 101 | 108 - 109 | 10-14 - 10-13 |
| Гексоген (RDX) | 100 | 108 | 10-14 |
| Боевое ВВ C-4 (91% RDX + 9% пластического связующего) | 10-1 | 107 | 10-15 |
| Этиленгликольдинитрат (EGDN) | 108 | 1015 | 10-7 |
Давление насыщенного пара вещества зависит от природы самого вещества и от температуры, при которой находится это вещество. На рис. 9.11 (кривая а) приведена экспериментально полученная зависимость давления насыщенных паров ТНТ от температуры. На этом же рисунке показан участок этой же зависимости в диапазоне от 15 до 50°С, увеличенный в 100 раз (кривая б). Как видно из рис. 9.11, физика процесса испарения ТНТ такова, что только после 400 С начинается существенно увеличиваться концентрация паров, а при понижении температуры давление пара уменьшается на несколько порядков величины.
При низких температурах применение газоанализаторов становится малоэффективным, поскольку слишком мала концентрация молекул взрывчатого вещества в воздухе. Чем выше температура, тем больше вероятность обнаружения. По этой причине некоторые приборы газового анализа имеют средства для разогрева пробы исследуемого вещества.
Рис.9.11. Зависимость давления насыщенных паров ТНТ от температуры
|
|
|
окружающего воздуха
Вероятность обнаружения определенного вида взрывчатого вещества зависит, в конечном итоге, от сочетания целого ряда факторов. Такими факторами являются:
тип вещества,
тип упаковки,
температура объекта и окружающей среды,
время, в течение которого ВВ находится при данных условиях,
наличие воздушных потоков,
наличие мешающих веществ (помех),
чувствительность и селективность используемой аппаратуры.
Тип упаковки или багажа, в которые может быть помещено взрывчатое вещество, является важным фактором, влияющим на вероятность обнаружения. Упаковка играет роль барьера, препятствующего распространению паров выделяемых веществом. В то же время внутри упаковки создается повышенная концентрация молекул вещества.
Однако, если не применяются специальные меры предосторожности, на поверхности упаковки остается достаточное количество вещества, чтобы его присутствие было зарегистрировано аппаратурой газового анализа. Пары проникают наружу через щели и материал упаковки, но их концентрации внутри упаковки и вне ее могут различаться в десятки раз.
При отсутствии воздушных потоков диффузия представляет собой достаточно медленный процесс. Должно пройти какое-то время, прежде чем молекулы взрывчатого вещества проникнут через упаковку или щели в ней на поверхность и будут доступны для обнаружения. Очевидно, при более высокой температуре окружающего воздуха для этого потребуется меньше времени, с другой стороны, чем дольше объект обнаружения находится в данной упаковке, тем больше вероятность обнаружить наличие взрывчатого вещества на ее поверхности.
|
|
|
В результате диффузии (взаимного проникновения соприкасающихся веществ друг в друга вследствие теплового движения частиц вещества) испарившиеся молекулы вещества способны удаляться на значительные расстояния от самого вещества. Наличие потоков воздуха (ветра, сквозняков и т.п.) способствует более интенсивному перемешиванию молекул вещества с молекулами, входящими в состав воздуха. Все это, с одной стороны, делает возможным обнаружение малых концентраций вещества на значительном расстоянии от исходного объекта. С другой стороны, при наличии потоков воздуха концентрация паров в непосредственной близости от исходного объекта уменьшается.
В большинстве случаев взрывчатые вещества не являются индивидуальными химическими соединениями, а представляют собой смесевой продукт. Но даже в том случае, когда они представляют собой индивидуальное соединение (каковым является, например, тротил), технический продукт содержит в своем составе помимо основного вещества технологические примеси, которые вносят свой вклад в состав пара. Кроме того, в образце в процессе длительного хранения могут образовываться продукты химических превращений основного вещества либо его примесей. Таким образом, на практике чаще приходится иметь дело не с химически чистым веществом, а со сложной смесью. В пробах воздуха, взятых с поверхности образцов взрывчатого вещества, помимо основного вещества, как правило, присутствуют молекулы технологических примесей и продуктов их превращений. Например, для тротила таковыми являются молекулы изомеров моно-, ди- и тринитротолуола.
|
|
|
Концентрации паров основного вещества и примесей могут существенно различаться. Часто случается так, что давление паров примесей значительно превышает давление паров основного вещества. Кроме того, наличие в составе взрывчатого вещества различных пластификаторов, сорбирующих веществ и т.п. приводит к уменьшению и без того низкого давления паров самого взрывчатого вещества.
|
|
|
Для большинства видов взрывчатых веществ выделены основные компоненты, присутствие которых в пробе воздуха, однозначно свидетельствует о наличии данного вида.
Современные газоанализаторы обладают такими характеристиками, что позволяют обнаруживать взрывчатые вещества спустя даже несколько месяцев после их применения. Так, через полтора месяца после взрыва в г. Киселевск анализ воздушной среды во взорванном автобусе с помощью отечественного газоанализатора «ЭХО-М» показал, что взрыв был произведен с использованием бризантного взрывчатого вещества на основе нитроэфиров.
Газоанализаторы по принципу действия делятся на дрейф -спектрометры и газовые хроматографы.
Работа дрейф -спектрометров основана на ионизации непрерывного потока газа, разделении образовавшихся ионов микропримесей по их подвижности в электрическом поле специальной формы и регистрации разделенных ионов. Благодаря своему принципу действия дрейф -спектрометры обладают достаточно высоким быстродействием (от сотых долей секунд до нескольких секунд), но при этом имеют недостаточную разрешающую способность. Недостаточная помехозащищенность этих приборов определяет их преимущественное использование в качестве индикаторов наличия взрывчатого вещества (ВВ) без диагностики его вида.
Дрейф -спектрометры показывают хорошие результаты при поиске ВВ с достаточно высокой летучестью при положительных температурах окружающей среды.
Работа подавляющей части современных переносных газовых хроматографов основана на разделении отобранной пробы воздуха с помощью специального поглощающего вещества – сорбента, нанесенного на поверхность капилляров, собранных в поликапиллярную колонку. Дальнейший анализ разделенных составляющих производится с помощью различных детекторов (например, детекторов электронного захвата). Ионизованные молекулы ВВ (получаемые, как правило, путем облучения вещества потоком бета -частиц от слаборадиоактивного источника трития или никеля-63) попадают в дрейф-камеру, где под действием электрического поля определенной конфигурации перемещаются к коллектору. Попадая на него, они создают импульс тока в электрической цепи, который усиливается и обрабатывается электронным блоком. Время дрейфа к коллектору зависит от подвижности ионов и параметров электрического поля, что и положено в основу идентификации анализируемого вещества.
Хроматографы обладают высокой чувствительностью (до 0,01 мкг/м3) и разрешающей способностью, однако время анализа одной пробы составляет от несколько десятков секунд и более. Управление работой приборов и обработка результатов анализа обычно производятся встроенными микропроцессорными устройствами; имеется возможность сопряжения с компьютером.
Необходимо отметить, что для отечественных образцов детекторов ВВ значение пороговой чувствительности имеет принципиальный характер, поскольку для большинства регионов России в силу ее географического положения довольно продолжительно по времени действие сравнительно невысоких температур воздуха, когда летучесть ВВ минимальна и, соответственно, минимальна концентрация их паров в воздухе.
Высокая чувствительность необходима для того, чтобы обнаруживать как можно меньшие концентрации вещества, тогда как селективность (избирательность) позволяет избежать появления сигнала тревоги на пары невзрывчатого вещества, то есть исключить ложные срабатывания аппаратуры. Совершенствование приборов газового анализа идет по пути повышения этих характеристик.
Известно, что возможность обнаружения паров ВВ в пробах воздуха с помощью собак и приборов газового анализа в значительной степени зависит от влажности и особенно от температуры воздуха.
Пороговая чувствительность отечественных детекторов ВВ “Аргус-5”, “Пилот”, “Шельф” (“Шельф -ДС”) (рис. 9.12) и МО-2 (МО-2М) по парам ТНТ при температуре воздуха 20¸25 °С и относительной влажности не более 95 % находится на уровне 1×10-13 г/см3 ВВ в пробе воздуха (чувствительность специально подготовленной собаки – 1×10-16 г/см3 ).
Если для работы дрейф -спектрометров достаточно бесконтактного (с расстояния до 15…25 см) отбора проб воздуха в районе размещения предполагаемого заряда взрывчатого вещества и анализа содержащихся в этих пробах паров, то для работы газовых хроматографов необходимы непосредственный отбор микрочастиц вещества, нагрев их до температуры испарения и последующий анализ на предмет наличия взрывчатого вещества.
Как правило, отбор паров осуществляется путем всасывания (аспирации) воздуха специальными пробоотборными устройствами.
Отбор паров и частиц ВВ от контролируемого объекта производится воздушными насосами, действующими по принципу пылесоса. В портативных детекторах («МО-2», «Пилот», «Шельф», «EVD-3000», «Vixen», «VaporTracer» и др.) этот узел встроен в анализатор и дает возможность оператору свободно манипулировать им. Внешний вид портативных газоанализаторов ВВ «VaporTracer» и «Шельф» показан на рис. 9.12.
Конструкция воздушного пробоотборника в приборах "Пилот" и "МО-2" решена довольно оригинально: она создает смерчеобразный вихрь, что обеспечивает условия для "высасывания" воздуха из щелей и труднодоступных мест контролируемого объекта. Во многих стационарных и мобильных детекторах ВВ взятие пробы воздуха для анализа производится выносным ручным пробоотборником с предварительной концентрацией регистрируемого вещества. В качестве концентраторов используются изделия с развитой сорбирующей поверхностью: бумажные фильтры, сыпучие материалы, металлические спирали, сетки и др. При прохождении через концентратор пары и частицы ВВ накапливаются в нем, после чего концентратор помещается в специальную камеру прибора, где накопленная проба подвергается нагреву. Для взятия проб с различных поверхностей используются бумажные фильтры и текстильные салфетки. Некоторые ручные пробоотборники снабжены устройствами лучевого нагрева поверхности, благодаря чему возрастает испаряемость присутствующих на ней следовых количеств ВВ и повышается эффективность пробоотбора.
 |
Рис. 9.12. Газовые анализаторы: а) VaporTracer и б) «Шельф»
Как уже указывалось в разделе 9.3, в газохроматографических приборах используется известный принцип выделения паровых фракций анализируемой пробы при ее движении в потоке газа-носителя внутри капиллярной колонки. Сорбент, покрывающий внутренние стенки колонки, обеспечивает различную скорость перемещения отдельных компонент парогазовой смеси, в результате чего подлежащие определению фазы появляются на выходе колонки в разное время. Для их обнаружения применяются различные устройства, наиболее распространенным из которых является детектор электронного захвата. Он представляет собой двухэлектродную камеру, в которой течет ток, создаваемый электронами, источником которых являются бета -радиоактивные изотопы никель-63 или трития. Молекулы ВВ при попадании в камеру захватывают электроны. Уменьшение тока регистрируется электрометрическим усилителем.
Для управления процессом анализа используется встроенная микро-ЭВМ. С целью повышения эффективности анализа может использоваться несколько колонок. Применяются также и другие методы регистрации паровой фазы взрывчатых веществ. Так, в приборе "EGIS" использован хемилюминесцентный метод. В нем молекулы ВВ подвергаются пиролизу с образованием закиси азота NO, которая, реагируя с получаемым в приборе озоном О3, образует возбужденные молекулы NO2. При переходе в устойчивое состояние эти молекулы испускают инфракрасное излучение, регистрируемое фотоумножителем.
Известны приборы, в которых молекулы ВВ изменяют «светопроницаемость» газовой среды, по величине которой судят о присутствии ВВ.
Следует отметить, что газохроматографические детекторы паров и частиц ВВ требуют для своей работы газов-носителей, наиболее часто из которых используются высокочистые азот и аргон. Нередко это является причиной скептического отношения пользователей к приборам этого класса, опасающихся зависимости их успешной эксплуатации от наличия требуемого газа. В приборе "EGIS" эта проблема решается путем получения газа -носителя (водорода) в самом приборе в результате электрохимического разложения воды.
Как показала мировая практика выполнения работ по поиску и обезвреживанию взрывных устройств и других взрывоопасных предметов, для специалиста, проводящего такую работу (в том числе таможенного инспектора), в подавляющем большинстве случаев нужна только одна информация – есть взрывчатое вещество или нет, то есть может взорваться обследуемое устройство или нет.
Для выполнения этой операции наиболее приемлемыми являются дрейф -спектрометры, которые обеспечивают быстрое выявление факта присутствия ВВ без диагностики его вида. Определение конкретного вида вещества может быть осуществлено в более спокойных условиях (например, в лаборатории) с использованием хроматографов.
Заметим, что приборы газового анализа зачастую позволяют по качественному и количественному составу микропримесей в веществе идентифицировать завод-изготовитель.
К числу серийно выпускаемых отечественных приборов газового анализа относятся дрейф-спектрометр «МО-2» и хроматограф «Эхо-М».
«МО-2» портативный детектор, предназначенный для обнаружения следовых количеств паров взрывчатых веществ при оперативном обследовании различных объектов, в том числе в полевых условиях (рис. 9.13, табл. 9.5).
 |
Рис. 9.13. Детектор взрывчатых веществ «МО-2»
Таблица 9.5
Дата добавления: 2018-09-20; просмотров: 948; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!