Практическая реализация технологии абсорбционной спектроскопии в приборе для обнаружения следовых количеств взрывчатых веществ на предметах.
Борейшо Алексей Анатольевич1, кандидат экономических наук,
Страхов Сергей Юрьевич1, кандидат физико-математических наук
Коновалов Константин Анатольевич1,
Романов Александр Юрьевич2,
Дружинин Сергей Леонидович1,
Перхина Елена Викторовна1
1 «НПП «Лазерные системы»
2ГУ «НПО «Специальная техника и связь» МВД России, т./ф. +7(495)6733629
Практическая реализация технологии абсорбционной спектроскопии в приборе для обнаружения следовых количеств взрывчатых веществ на предметах
Работа посвящена актуальной проблеме разработки новых эффективных средств противодействия терроризму, а именно — новому прибору для обнаружения взрывчатых веществ. В работе рассмотрена практическая реализация принципа абсорбционной инфракрасной спектроскопии взрывчатых веществ и метода нарушенного полного внутреннего отражения в рамках прибора «Данник-4» для детектирования следовых количеств взрывчатых веществ на поверхностях предметов. Такой прибор является уникальным и не имеет прямых аналогов; его преимуществами являются короткое время анализа (1..3 с), достаточно высокая чувствительность (0,1 -1 мкг), простота работы и обслуживания, а также — высокая скорость калибровки и очистки после обнаружения взрывчатых веществ.
Как известно, все методы обнаружения взрывчатых веществ (ВВ) можно разделить на прямые и следовые. Прямые методы направлены на обнаружение ВВ в количествах от нескольких десятков грамм. Следовые методы позволяют обнаруживать малые количества ВВ (следы) на уровне порядка 10-3-10-13 грамм. Среди следовых методов наиболее распространёнными являются электрохимические методы — спектрометры ионной подвижности, газовые хроматографы, масс-спектрометры, а также — комплекты, использующие методы цветовых химических реакций и т.д. Одним из направлений следового детектирования является использование оптических методов, в частности, методов абсорбционной спектроскопии.
Абсорбционная спектроскопия основана на использовании эффекта поглощения исследуемым веществом оптического излучения с определёнными длинами волн, совпадающими с характерными для каждого вещества линиями поглощения. Взрывчатые вещества имеют инфракрасные (ИК) спектры поглощения, сконцентрированные в диапазоне 5-10 мкм и обусловленные валентными и деформационными колебаниями молекул в их составе [2, 3].
Для реализации абсорбционной спектроскопии в работах [2,3] предложено использование метода нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО), схема которого представлена на рис. 1. НПВО — явление, основанное на проникновении световой волны из оптически более плотной среды 1 в менее плотную среду 2 на глубину, соизмеримую с длиной волны излучения. Этот эффект наблюдается в условиях полного внутреннего отражения. Если среда 2 не поглощает излучение, то нарушения полного внутреннего отражения не происходит, и вся энергия излучения возвращается в среду 1. Если при проходе излучения в среду 2 происходит частичное поглощение света на длинах волн, соответствующих спектру поглощения среды, то возникает эффект НПВО. Таким образом, спектр проходящей через призму волны содержит информацию о спектре поглощения среды 2, приложенного к призме. На практике в качестве среды 2 может выступать предмет, проверяемый на наличие на нем ВВ. Теория метода НПВО подробно изложена в [1].
Рис. 1. Схема метода НПВО
В качестве анализатора спектра может использоваться дифракционная решётка, Фурье-спектрометр или линейный спектральный фильтр. Принцип действия Фурье-спектрометра и дифракционной решётки подробно описаны в многочисленных работах, например в [4]. Линейный спектральный фильтр представляет собой протяжённый фильтр с чередующимися покрытиями, каждый участок которого пропускает определённый спектральный интервал и регистрируется отдельным приёмником (или отдельными элементами матричного приёмника). Преимущества и недостатки различных спектральных анализаторов представлены в таблице 1.
Таблица 1. Сравнение анализаторов спектра
|
№ |