Аэрозольное устройство и индикаторный состав для экспресс-обнаружения взрывчатых веществ
Владельцы патента RU 2369444:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет путей сообщения" (МИИТ) (RU)
Изобретение относится к области исследования или анализа небиологических материалов химическими способами, конкретно, с помощью химических индикаторов и предназначено для выявления и идентификации полинитроароматических взрывчатых веществ. Сущность изобретения заключается в том, что обнаружение осуществляется путем нанесения мелкодисперсного аэрозоля индикаторной рецептуры на исследуемую поверхность с последующим визуальным определением индикационного эффекта. Для приготовления индикаторного состава используется спиртовый раствор гидроксида тетрабутиламмония, обладающий свойствами поверхностно-активного вещества, что способствует повышению чувствительности и специфичности обнаружения. Для хранения, транспортирования и применения предложенного индикаторного состава используется аэрозольное устройство, изготовленное из смеси полиэтилена низкой и высокой плотности. Аэрозольное устройство и индикаторный состав значительно выигрывают у существующих средств обнаружения взрывчатых веществ, так как простота в обращении не требует специальной подготовки персонала. Малое время обнаружения, т.е. промежуток времени от момента попадания индикаторной рецептуры на поверхность объекта до появления индикационного эффекта, позволит принять соответствующие меры защиты. 2 н.п. ф-лы, 2 табл., 2 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области исследования или анализа небиологических материалов химическими способами, конкретно, с помощью химических индикаторов и предназначено для выявления и идентификации полинитроароматических взрывчатых веществ (ВВ).
Уровень техники
Известен комплект тестов для выявления и идентификации ВВ, содержащий пробоотборники из пористого (тканого или нетканого) материала и три реагента-идентификатора ВВ для трех групп ВВ (I группа - полинитроароматические соединения: тринитротолуол, пикриновая кислота и др.; II группа - сложные эфиры и нитроамины: тетранитропентаэритрит (ТЭН), гексоген, нитроглицерин и др.; III группа - аммиачно-селитренные ВВ), каждый реагент-идентификатор ВВ нанесен предварительно в дозированных количествах на собственный пробоотборник, каждый из которых размещен в отдельном герметичном контейнере, выполненном из двух соединенных между собой листов химически стойкого полимерного материала с полостью под пробоотборник (патент RU 2203487 С1, МПК G01N 31/22, 2001).
К недостаткам данного комплекта тестов можно отнести следующие:
- ограниченное число анализов, так как один контейнер предназначен для проведения одного анализа;
- для проведения обнаружения необходим непосредственный контакт оператора с взрывоопасными материалами (взрывчатыми веществами);
- длительное время анализа за счет необходимости предварительного вскрытия контейнера с реагентом-идентификатором ВВ и других вспомогательных операций при проведении обнаружения.
Известен комплект экспресс-анализа проб на наличие ВВ, содержащий салфетки из фильтровальной бумаги и три флакона с капельницами с реактивами для каждой из указанных выше трех групп ВВ (Комплект «НТР». Техническое описание и инструкция по эксплуатации. ОАО «NOVO»).
К недостаткам данного комплекта можно отнести следующие:
- малый срок хранения (до 1 года);
- для проведения обнаружения необходим непосредственный контакт оператора с взрывоопасными материалами (взрывчатыми веществами);
- используемые реактивы являются агрессивными;
- узкий диапазон рабочих температур (от 5 до 40°С) и температур хранения (от минус 2 до 45°С).
Известен набор тестов для определения взрывоопасных материалов (взрывчатых веществ), содержащий блок пробоотборников в виде фильтровальной бумаги и три аэрозольных баллона последовательного применения с реагентами-идентификаторами ВВ для каждой из указанных выше трех групп ВВ (прототип). Нанесение индикаторного раствора на исследуемую поверхность происходит способом его распыления под давлением, создаваемым фреоном в алюминиевом баллоне (ПИР-2. Паспорт и руководство по эксплуатации 2463-001-05743622-99 РЭ. ЗАО «НИИИН МНПО «Спектр»).
К недостаткам данного набора тестов можно отнести следующие:
- малый срок хранения (до 1 года);
- использование в качестве пропеллента фреона с его озоноразрушающим потенциалом;
- алюминиевый баллон не является коррозионно-устойчивым;
- большой расход индикаторной рецептуры;
- при распылении рецептуры не достигаются необходимые дисперсность и однородность факела;
- используемые реактивы являются огнеопасными;
- узкий диапазон температур хранения (от 4 до 25°С);
- высокая стоимость;
- недостаточная чувствительность и специфичность реагента на I группу ВВ.
Последнее обстоятельство особенно важно при работе с микроколичествами ВВ на уровне предела их обнаружения.
Раскрытие изобретения
Техническая задача, на решение которой направлено настоящее изобретение - повышение надежности экспресс-обнаружения моно- и полинитроароматических ВВ по их следовым количествам на одежде и руках человека, а также на других подозрительных объектах.
Решение поставленной технической задачи достигается тем, что экспресс-обнаружения веществ осуществляется нанесением индикаторной рецептуры на исследуемую поверхность с помощью специального аэрозольного устройства с последующим визуальным контролем за изменением окраски поверхности, а в качестве индикаторного состава используется реагент на основе гидроксида тетрабутиламмония.
Сущность изобретения заключается в том, что для приготовления индикаторного состава используется спиртовой раствор гидроксида тетрабутиламмония, обладающий свойствами поверхностно-активного вещества, что способствует повышению чувствительности и специфичности обнаружения. Для хранения, транспортирования и применения предложенного индикаторного состава используется аэрозольное устройство, изготовленное из смеси полиэтилена низкой и высокой плотности.
Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, так как для его реализации могут быть использованы стандартное оборудование и широко распространенные материалы и химические реактивы.
Осуществление изобретения
Экспериментальные исследования показали, что наибольшей чувствительностью, быстродействием и специфичностью обладает индикаторная рецептура, которая имеет следующий состав (мас.%):
| гидроксид тетрабутиламмония | 3-15 |
| вода | 40-50 |
| этанол | 40-50 |
| глицерин | 5-10 |
Результаты оценки пороговой чувствительности приведены в таблице 1
| Таблица 1 | ||
| Пороговая чувствительность индикаторной рецептуры | ||
| Концентрация спиртового раствора тринитротолуола, С, мг/мл | Время появления индикационного эффекта, с | Индикационный эффект |
| 1,0 | 1 | +++ |
| 0,5 | 1 | +++ |
| 0,1 | 1 | ++ |
| 0,05 | 3 | + |
| 0,01 | - | - |
| Примечания: 1. Индикационный эффект (окраску) оценивали по «крестовой» шкале: +++ - очень яркая; ++ - яркая; + - слабая; - - окраска отсутствует. | ||
| 2. Обнаружение проводили по единичным каплям дисперсностью 500 мкм и более раствора ВВ в указанных концентрациях. |
В таблице 2 приведены экспериментальные данные, иллюстрирующие специфичность предложенной индикаторной рецептуры
| Таблица 2 | |
| Специфичность индикаторной рецептуры | |
| Наименование примеси | Индикационный эффект |
| Дизельное топливо | эффект отсутствует |
| Диэтаноламин | эффект отсутствует |
| НСl | эффект отсутствует |
| H2SO4 | эффект отсутствует |
| HNO3 | эффект отсутствует |
| КОН | эффект отсутствует |
| Гипохлорит кальция | эффект отсутствует |
| Несимметричный диметилгидразин | эффект отсутствует |
| Аминомеркаптан | эффект отсутствует |
| Уксусная кислота ледяная | эффект отсутствует |
| Меланж | эффект отсутствует |
| Гексоген | эффект отсутствует |
| Тетранитропентаэритрит | эффект отсутствует |
| Аммиачная селитра | эффект отсутствует |
| Пластид ПВВ-5А (85% гексогена) | эффект отсутствует |
| Пластид ПВВ-7 (85% гексогена, 5% алюминиевая пудра) | эффект отсутствует |
| Аммонит-6ЖВ (20% ТНТ, 80% аммиачной селитры) | бледно-коричневое окрашивание, появляется через 3-5 с |
| Тринитротолуол (тротил), 0,005% | коричневое окрашивание, появляется мгновенно |
| Тринитробензол, 0,005% | коричневое окрашивание, появляется мгновенно |
| Динитротолуол, 0,005% | коричневое окрашивание, появляется мгновенно |
| Тетрил, 0,005% | оранжевое окрашивание, появляется мгновенно |
| Пикриновая кислота и ее соли, 0,005% | желтое окрашивание, появляется мгновенно |
| Примечание - Оценка специфичности проводилась по 10% спиртовым (водным) растворам веществ, если это не указано дополнительно. |
Для применения индикаторной рецептуры используется описанное ниже устройство.
Аэрозольное устройство (АУ), представленное на фиг.1, состоит из двух составных частей - насоса-распылителя 1 и флакона 2. В свою очередь, насос-распылитель в соответствии с фиг.2 состоит из следующих деталей: колпачка 3, кнопки 4, корпуса насоса-распылителя 5, прокладки 6, поршня 7, корпуса запора 8, шарика 9, основания запора 10, пружины 11, корпуса клапана 12, трубки 13. Конструкция насоса-распылителя за счет взаимного расположения деталей относительно друг к другу обеспечивает получение равномерного потока мелкодисперсного аэрозоля индикаторной рецептуры с размером частиц до 100 мкм. Диаметр флакона и высота АУ выбраны с учетом антропометрических признаков мужчин в соответствии с ГОСТ В 21114. Разработанное АУ также удовлетворяет требованиям ГОСТ Р 51760, предъявляемым к таре потребительской полимерной.
Преимущества разработанного аэрозольного устройства:
- более долгий срок хранения индикаторной рецептуры (более 2-х лет);
- используемая индикаторная рецептура не является огнеопасной и токсичной;
- не используется фреон с его озоноразрушающим потенциалом;
- аэрозольное устройство изготовлено из полимерных материалов и является коррозионно-устойчивым и ударопрочным;
- более широкий диапазон рабочих температур и температур хранения;
- меньшие массогабаритные характеристики;
- меньший удельный расход индикаторной рецептуры;
- при распылении рецептуры достигаются необходимые дисперсность и однородность факела;
- более низкая стоимость.
Аналитические и экспериментальные исследования показали, что оптимальным вариантом для изготовления флакона и деталей насоса-распылителя являются композиции из 55…65% полиэтилена низкой плотности (ПЭНП) и 35…45% полиэтилена высокой плотности (ПЭВП) за исключением металлических деталей насоса-распылителя: шарика 9 и пружины 11 в соответствии с фиг.2, изготовленных из нержавеющей стали.
Такой диапазон компонентов обусловлен следующими факторами:
- использование ПЭВП для изготовления изделий осложнено из-за его высокой степени кристалличности;
- использование ПЭНП не рекомендуется, так как при этом изделия будут недостаточно жесткими;
- использование для изготовления флакона смеси с небольшим добавлением ПЭВП (до 30%) также не рекомендуется, так как такая смесевая композиция обладает более высокой проницаемостью по рецептуре.
На аэрозольное устройство нанесена этикетка, изготовленная методом офсетной печати на самоклеящейся белой полуглянцевой бумаге, стойкой к действию агрессивных сред.
Этикетка содержит:
- условное и полное наименования изделия;
- объем индикаторной рецептуры;
- сведения о назначении АУ и способе его применения;
- индикационный эффект при обнаружении следов взрывчатых веществ;
- дату изготовления;
- обозначение технических условий;
- срок годности.
Рассмотренное аэрозольное устройство предназначено для экспресс-обнаружения промышленных и военных ВВ, содержащих полинитроароматические соединения, а также для выявления их следов на коже рук и поверхностях предметов.
Аэрозольное устройство для обнаружения полинитроароматических взрывчатых веществ может поставляться комплектом. Предлагаемый состав комплекта приведен ниже.
| Аэрозольное устройство для экспресс-обнаружения | 4 |
| взрывчатых веществ, шт., | |
| в том числе: | |
| - насос-распылитель, шт. | 1 |
| - флакон, шт. | 1 |
| - индикаторная рецептура, л | 0,12 |
| - этикетка, шт. | 1 |
| Комплект принадлежностей, шт., | 1 |
| в том числе: | |
| - насос-распылитель, шт. | 1 |
| - фильтр обеззоленный средней плотности ⌀ 70 мм, шт. | 100 |
| - стикер, шт. | 100 |
| Инструкция по пользованию, шт. | 1 |
| Тара картонная, шт. | 1 |
Для обнаружения ВВ на различных поверхностях необходимо:
- снять колпачок с насоса-распылителя, поднести аэрозольное устройство на расстояние 10-20 см от контролируемой поверхности с учетом направления ветра;
- многократно нажимая на кнопку насоса-распылителя, распылить индикаторный раствор;
- наблюдать за появлением на контролируемой поверхности индикационного эффекта.
Появление окраски в соответствии с эталоном свидетельствует о наличии на поверхности полинитроароматических ВВ.
Индикационный эффект сохраняется более суток.
В случаях, когда индикационный эффект ненагляден, а также при совпадении цвета поверхности с цветом индикационного эффекта, рекомендуется нанести пробу на обеззоленный фильтр, входящий в комплект поставки, и повторить анализ на поверхности фильтра.
Для поиска следов ВВ при помощи стикера, входящего в комплект поставки, собрать липким слоем стикера частички порошка, подозреваемые на принадлежность к ВВ, и провести анализ на поверхности стикера.
Основные характеристики аэрозольного устройства:
- обеспечивает обнаружение следов тринитротолуола (тротила), тринитробензола, динитротолуола, тетрила, пикриновой кислоты и ее солей;
- время подготовки к работе, мин., не более 2
- время обнаружения ВВ, мин., не более 1
- время сохранения индикационного эффекта, мин., не менее 120
- пороговая чувствительность обнаружения ВВ, мг/пробе 5*10-3
- диапазон рабочих температур,°С 0…50
- диапазон температур хранения,°С минус 40…50
- масса АУ, кг, не более 0,15
Таким образом, разработанные аэрозольное устройство и индикаторный состав значительно выигрывают у существующих средств обнаружения ВВ, так как простота в обращении не требует специальной подготовки персонала, а малое время обнаружения (т.е. промежуток времени от момента попадания индикаторной рецептуры на поверхность объекта до появления индикационного эффекта) позволит принять соответствующие меры защиты.
Изделие является простым в изготовлении, не требует применения дефицитных материалов и сложного технологического оборудования. Используемая рецептура является нетоксичной.
Технико-экономическая эффективность определяется предотвращенными потерями (трудозатратами) на мероприятия, связанные с установлением лиц, причастных к использованию ВВ, ликвидацией последствий от террористических актов с применением ВВ и случаев хулиганства, за счет повышения надежности экспресс-обнаружения полинитроароматических взрывчатых веществ.
Источники информации
1. Патент RU 2203487 С1, МПК G01N 31/22, 2001.
2. ПИР-2. Паспорт и руководство по эксплуатации 2463-001-05743622-99 РЭ. ЗАО «НИИИН МНПО «Спектр») (прототип).
3. Комплект «НТР». Техническое описание и инструкция по эксплуатации. ОАО «NOVO»).
1. Аэрозольное устройство для экспресс-обнаружения взрывчатых веществ, отличающееся тем, что флакон и насос-распылитель устройства выполнены из полимерной композиции, состоящей из 55…65 мас.% полиэтилена низкой плотности и 35…45 мас.% полиэтилена высокой плотности, причем шарик и пружина насоса-распылителя изготовлены из нержавеющей стали.
2. Индикаторный состав для использования в аэрозольном устройстве по п.1, отличающийся тем, что для экспресс-обнаружения полинитроароматических взрывчатых веществ используют смесь следующего состава, мас.%:
| гидроксид тетрабутиламмония | 3-15 |
| вода | 40-45 |
| этанол | 40-45 |
| глицерин | 5-7 |
