2.3. Обнаружение взрывчатых веществ путем анализа их паров и частиц

Терроризм с использованием взрывчатых веществ (ВВ) в последние годы получил широкое распространение во всем мире, борьба с этим противоправным явлением воз­ведена в ранг международной проблемы. Применение тер­рористами взрывных устройств (ВУ), искусно закамуфли­рованных в бытовых предметах, спрятанных в автомоби­лях и даже под одеждой человека (террористы-камикад­зе), приводит, как правило, к большому количеству жертв и наносит существенный материальный урон. Специалисты многих стран работают над созданием ус­тройств, позволяющих своевременно обнаруживать ВУ и нейтрализовывать их. Трудно назвать научно-техническое направление, достижения котором не использовались бы для решения этой проблемы. В ряду приборов, позволяю­щих выявлять скрытые ВУ, видное место занимает аппа­ратура непосредственного обнаружения ВВ по детектиро­ванию их паров и частиц, присутствующих в тех или иных количествах вблизи или на поверхности террористичес­кой «бомбы». Для детектирования ВВ используются методы газовой хроматографии, дрейф-спектрометрии ионов и масс-спектрометрии.

Масс-спектрометрия — это метод исследования вещества путем определения масс ионов этого вещества (чаще - от­ношений масс ионов к их зарядам) и их количеств.

Количественный набор конкретных значений масс ионов для данного вещества называется его масс-спектром. Масс-спек­тры многих веществ изучены и собраны в базах данных, которыми можно воспользоваться при проведении факти­ческого масс-спектрометрического анализа.

Хроматография — это физико-химический метод разде­ления смесей сложных химических веществ на отдельные составляющие и последующего их анализа. Разделение смесей веществ позволяет увеличить количество опреде­ленного вещества до уровня его надежного обнаружения и идентификации. Например, для увеличения концентрации веществ-маркеров можно подобрать такие условия, что они будут выделены из газовой смеси воздуха. Поэтому хрома-тографию можно рассматривать как важный дополнитель­ный способ повышения чувствительности поиска и обна­ружения ВВ и НВ методом масс-спектрометрии.

Разработчиками создана довольно широкая номенкла­тура соответствующих приборов, часть из которых пред­ставлена в таблице 2.2. Ввод анализируемой пробы в де­тектор осуществляется либо за счет всасывания воздуха от поверхности или из щелей обследуемого объекта, либо путем предъявления захваченных на пробоотборник час­тиц или сорбированных паров ВВ.

Таблица 2.2

Оборудование для обнаружения паров и частиц взрывчатых веществ

Модель, фирма-изготовитель, страна	Принцип действия		Типы обнаруживаемых веществ
«Эдельвейс -3», Россия	газохроматический		Динамит, тротил, пластиковые ВВ
«Эдельвейс -4», Россия	газохроматический		Динамит, тротил, пластиковые ВВ
«EGIS», США	газохроматографический, хемилюминесцентный детектор		динамит, тротил, пластиковые ВВ
«IONSCAN» США -Канада	дрейфспектрометрический		динамит, тротил; пластиковые ВВ
«»ITEMISER» США	спектрометрия подвижности ионов		динамит, тротил, пластиковые ВВ
«ЕУО – ЗООО», Канада	термическое разложение молекул ВВ с последую­щей регистрацией КЮгФупп		большинство военных и ком­мерческих ВВ
«ЕУО-8000», Канада	газохроматофафический		большинство военных и ком­мерческих ВВ
«ШЕЛЬФ», Россия	дрейфспектро метриче­ский		N6, Т1ЧТ, ЕС
«МОDЕL 97НЗ», Англия	газохроматофафический		большинство военных и ком­мерческих ВВ
«УIХЕN», , США	газохроматофафический		большинство военных и ком­мерческих ВВ
«ЕКНО», , США	газохроматофафический		большинство военных и ком­мерческих ВВ

Операция пробоотбора является довольно ответствен­ной частью процесса контроля на взрывоопасность и тре­бует от оператора определенного практического опыта и знаний, поэтому имеет смысл дать некоторое представле­ние о ней.

Отбор паров и частиц ВВ от контролируемого объекта производится воздушными насосами, действующими по принципу пылесоса. В порта­тивных детекторах («Шельф», «МО-2», «ЕVД-3000*, «У1хеп» и другие) этот узел встроен в анализатор (рис. 2.4) и дает возможность оператору сво­бодно манипулировать им.

Рис.2.4. Детектор паров ВВ «МО – 2» с встроенным пробоотборником

Дрейф- спектрометрия: тоже газоаналитический метод обнаружения ВВ с помощью в трубке, где образуетсясмерчеобразный вихрь для засасывания проб воздуха из узких щелей и ируднодоступных мест:

Конструкция воздушного пробоотборника в приборах «Шельф» и «МО-2» решена довольно оригинально: она создает смерчеобразный вихрь, внутри которого образует­ся трубка воздушного разрежения, что обеспечивает усло­вия для «высасывания» проб воздуха из щелей и трудно­доступных мест контролируемого объекта.( дрейф- спектрометрия)

В 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 другие.

При прокачивании через концентратор воздуха пары и частицы ВВ накапливаются в нем, после чего концентра­тор помещается в десорбер прибора-анализатора, где на­копленная проба подвергается нагреву и в виде паров вду­вается в детектор. Бумажные фильтры и текстильные сал­фетки можно использовать для взятия проб-мазков с раз­личных поверхностей, в том числе и с документов, кото­рые проходили через руки обследуемого человека. Некоторые ручные пробоотборники снабжены устройствами лучевого нагрева поверхности, благодаря чему возрастает испаряемость при­сутствующих на ней следовых ко­личеств ВВ и повышается эффек­тивность пробоотбора (приборы «Эдельвейс», «EGiS»). На рис. 2.5 представлены внешний вид прибо­ра «EGiS»

Рис 2.5 Пробоотборник «EGiS»

В газохроматографических при­борах используется известный принцип разделения 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 (ДЭЗ). Молекулы фракций, ионизованные с помощью слабого бета-излучателя или в газовом разряде, электрическим полем перемещаются к коллектору, создавая в электрической цепи «мпульс тока, который обрабатывается и регистрируется электронным блоком прибора.

Для управления процессом анализа применяется встро­енная микро-ЭВМ. С целью повышения эффективности ана­лиза используется несколько колонок, либо (как в прибо­ре «ЕКНО») моноблок, состоящий из тысяч коротких па­раллельных капиллярных колонок. Применяются также и другие методы регистрации паровой фазы взрывчатых веществ.

Весьма эффективным методом обнаружения взрывчатых веществ является хемилюминесцентный метод, используе­мый в приборе «ЕС18». Здесь молекулы ВВ подвергаются пиролизу с образованием закиси азота N0, которая, реа­гируя с получаемым в приборе озоном 03, образует воз­бужденные молекулы М02. При переходе в основное состо­яние эти молекулы испускают инфракрасное излучение, регистрируемое фотоумножителем. Весь процесс анализа от ввода пробы до получения конечного результата занимает не более 30 секунд. Прибор хорошо зарекомендовал себя в условиях массового контроля на взрывоопасность. Напри­мер, испытания двух приборов, проведенные в Германии службами безопасности, показали, что на 400 000 анали­зов уровень ложных тревог составил около 0,03%. Этими приборами оснащены все крупнейшие аэропорты Европы.

Высокой чувствительностью обладает метод молекуляр­ных ядер конденсации (МОЯК), примененный в приборе «Эдельвейс-4». В данном случае ионизованные молекулы ВВ способствуют образованию в реакционной камере аэро­зольных частиц, наличие которых регистрируется по из­менению светопропускания. Прибор снабжен выносным ручным вихревым пробоотборником с концентратором и лучевым подогревом обследуемой поверхности. Время цикла анализа после ввода пробы в прибор составляет 120 се­кунд.

Следует отметить, что газохроматографические детек­торы паров и частиц ВВ требуют для своей работы газы-носители, из которых наиболее часто 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, особенно в отдаленных от мест его производства районах. Выгоднее в этом отно­шении выглядит «ЕС18»., в котором газ-носитель (водо­род) производится в самом приборе путем электрохими­ческого разложения воды.

Приборы, основанные на методе спектрометрии подвиж­ности ионов в электрическом поле (дрейфспектрометры), выполняются как в портативном, так и в мобильном ва­риантах. Ионизованные молекулы ВВ (как правило, пу­тем облучения потоком бета-частиц слаборадиоактивных источников 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.

Отбор пробы для анализа осуществляется как непос­редственным засасыванием воздуха в прибор («Шельф», «МО-2»),

В последнем случае в каче­стве концентратора используется бумажный фильтр, ко­торый сорбирует пары ВВ или задерживает их частицы при прокачивании через него с помощью турбинки возду­ха, либо берется проба-мазок с поверхности контролируе­мого предмета.

Затем фильтр помещается в десорбер прибора для тер­мического испарения пробы, пары которой поступают в аналитический тракт. Первые два прибора работают по­чти в реальном масштабе време­ни (отклик на наличие в воздухе паров ВВ не превышает 1—2 се­кунды), время анализа пробы в двух других составляет 5-6 се­кунд (не считая времени для от­бора пробы). Следует отметить, что детекторы «IONSEN» и «1ТЕМ1SAN» (как и газохрома-тографический «ЕКНО») способ­ны обнаруживать большинство наркотических веществ по той же технологии. Внешний вид прибора «1ТЕМ1SAN» представ­лен на рис. 2.6

Рис2.6.Прибор«1ТЕМ1SAN»

Детекторы ВВ, в основе действия которых лежит метод масс-спектрометрии, несмотря на высокую чувствитель­ность, пока не нашли широкого применения в досмотро­вой практике. Причиной тому является сложность уст­ройств, требующих высококвалифицированного персона­ла, и выокая стоимость.

Например, масс-спектрометрический детектор (МСД) взрывчатых устройств «СОNОК», является довольно габаритным стационарным устройством стоимостью свы­ше 1 млн долларов США. Меньшими весогабаритными характеристиками и стоимостью (180x90x60 см; 360 кг; 300 тыс. долларов США) обладает МСД «ТОР 2000», раз­работанный фирмой (США). Чувствительность его высока при времени анализа порядка 1 с. Фирма работает над усовершенствованием прибора с целью упрощения его обслуживания, оптимизации опера­ции пробоотбора и снижения стоимости.

Наиболее простым и доступным способом обнаружения следовых количеств ВВ является метод цветных химичес­ких реакций. Суть его заключается в образовании окра­шенных продуктов при взаимодействии некоторых реак­тивов с пробой, взятой методом мазка с поверхности подо­зреваемого на взрывоопасность предмета. Отечественный химкомплект состоит из набора трех реактивов, бумаж­ных фильтров и упаковки, которая легко умещается в кармане. Бумажным фильтром (можно марлей, ватой и т.п.) обтирается поверхность контролируемого объекта. Затем на фильтр в месте загрязнения в определенной пос­ледовательности капается растворами из флаконов и по появлению красно-фиолетовой, оранжевой или розовой окраски определяется наличие в пробе ВВ.

Чувствительность метода составляет; по тротилу — 10~8 г в пробе; по тетрилу, гексогену, октогену - 10~6 г. Флаконы с реактивами выполняются как в виде капельниц, так и пульверизаторов. Комплект может быть использован также и в следственных мероприятиях на месте совершенных взрывов.

В заключение уместно обратить внимание еще на один аспект, связанный с обнаружением скрытых закладок ВВ. Как видно из таблицы 5.1, концентрация в воздухе паров соединений гексогена, входящих в состав боль­шинства пластических взрывчатых веществ (ПВВ), доволь­но низка и требует от детекторов ВВ большой чувстви­тельности, что приводит к усложнению их конструкции, увеличению весогабаритных характеристик и стоимости, снижению производительности контроля. С целью повы­шения эффективности проведения досмотровых операций, упрощения, облегчения и удешевления аппаратуры обна­ружения скрытых закладок ВВ специалистами было пред­ложено вводить в состав ПВВ Легколетучие добавки (мар­керы), испаряемость которых на несколько порядков пре­вышала бы испаряемость гексогена и не влияла на основные эксплуатационные характеристики пластиковой взрывчатки.

Одним из таких маркеров может служить, например, этиленгликольдинитрат (ЕСЯЖ), который отвечает этим требованиям. Для облегчения обнаружения ПВВ между­народным сообществом была принята в 1991 году Конвен­ция об их маркировании высоколетучими веществами. Этот проект направлен в будущее, когда немаркированные ПВВ, срок хранения которых истечет, будут заменены на мар­кированные. Известно, что некоторые производители уже перешли на выпуск только маркированных ПВВ. Этот пример свидетельствует о том, как объединенными усили­ями наций можно плодотворно решать проблему борьбы с терроризмом.