Владимир Ушаков - Технические средства обеспечения транспортной безопасности. Детекторы паров и следов взрывчатых и наркотических веществ

Технические средства обеспечения транспортной безопасности

Детекторы паров и следов взрывчатых и наркотических веществ

Составитель Владимир Игоревич Ушаков

Составитель Максим Сергеевич Юдин

ISBN 978-5-4485-7986-8

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

ВВЕДЕНИЕ

Детекторы паров и следов взрывчатых веществ позволяют находить и распознавать большое количество различных взрывчатых веществ, в том числе и смесевых. При этом время анализа веществ крайне малое, в среднем на обнаружение взрывчатого вещества уходит не более 3 секунд. При этом во всех приборах заложена способность к распознаванию (идентификации) взрывчатки.

Сферы применения детекторов взрывчатых веществ:

– Аэропорты, морские порты и прочие перевозчики

– Таможенные и пограничные терминалы

– Военные объекты

– Посольства

– Государственные учреждения

– Ядерные объекты

– Склады горючего

– Коммунальные объекты

– Тюрьмы

– Мероприятия повышенного риска

– Производственные предприятия

– Служебные и жилые помещения

– Обследование почтовой корреспонденции, различных упаковок и грузов, а также физических лиц.

Существуют два основных способа детектирования взрывчатых веществ. Первый – это забор паров воздуха вблизи исследуемых объектов или людей, второй – это забор следов веществ с поверхности исследуемых объектов или одежды, кожи пальцев рук физического лица с помощью салфетки и последующего анализа этой салфетки.

В досмотровых зонах московского метрополитена при проведении мероприятий по дополнительному или повторному досмотру применяются детекторы отечественного производства (в соответствии с требованиями 16-ФЗ «О транспортной безопасности»):

– ионно-дрейфовый детектор (ИДД) «КЕРБЕР»,

– детектор паров и следов взрывчатых веществ «М-Ион».

1. ИОННО-ДРЕЙФОВЫЙ ДЕТЕКТОР «КЕРБЕР»

1.1. Эксплуатационные характеристики

Детектор выпускается в виде портативного переносного моноблока в пылевлагозащищенном исполнении.

Питание детектора осуществляется от встроенной аккумуляторной батареи постоянного тока 12 В и/или от сети переменного тока напряжением 220 В и частотой (50 +/– 1) Гц через адаптер.

Зарядка встроенной аккумуляторной батареи и дополнительной аккумуляторной батареи осуществляется через адаптер или с использованием зарядного устройства от сети переменного тока 220 В.

1.1.1. Перечень обнаруживаемых веществ

ИДД «КЕРБЕР» настраивается на предприятии-изготовителе для детектирования специфицированной группы веществ. Дополнительные вещества могут быть добавлены предприятием-изготовителем. Для получения детальной информации необходимо связаться с представителем предприятия-изготовителя.

1.1.2. Технические характеристики

Требования по надежности к детектору соответствуют ГОСТ 27883.

Детектор обслуживается одним человеком и предназначен для работы как в полевых условиях (непосредственно на месте контроля), так и в условиях стационарных и передвижных специализированных лабораторий.

1.1.3. Условия эксплуатации

– температура окружающего воздуха от -10 до +50°С;

– относительная влажность до 95%,

– атмосферное давление от 84 до 107 кПа (от 630 до 800 мм. рт. ст.).

Потребляемая мощность не более 60 ВА. По климатическому исполнению детектор относится к группе С3 по ГОСТ Р 52931. Степень защиты оболочки IP2X по ГОСТ 14254.

1.2. СОСТАВ КОМПЛЕКТА ИЗДЕЛИЯ

В комплект поставки ИДД «КЕРБЕР» входят изделия и документы, представленные на рисунке 1.

Рисунок 1. Комплект поставки ИДД «Кербер»

В стандартную комплектацию входит сумка-чехол, ионно-дрейфовый детектор «КЕРБЕР» (моноблок), USB флэш-накопитель, блок питания и зарядки аккумуляторных батарей, сетевой кабель, молекулярные сита (фильтр-осушитель), салфетки для отбора проб, новокаин (применяется в качестве калибранта для режима детектирования положительных ионов), эксплуатационная документация.

В расширенную комплектацию ИДД «КЕРБЕР», а также и в базовую комплектацию ИДД «КЕРБЕР-Т» входят зарядное устройство для аккумуляторных батарей и дополнительная аккумуляторная батарея.

Схема укладки ИДД «Кербер» в транспортную тару представлена на рис. 2.

Рисунок 2. Схема укладки

1.3. ПРИНЦИП РАБОТЫ

1.3.1. Метод анализа

ИДД «КЕРБЕР» работает по методу спектрометрии ионной подвижности (СИП). Метод СИП (рис. 3) основан на разделении ионов веществ по их подвижности во время движения в дрейфовой камере в постоянном электрическом поле.

Детектор, работающий в режиме поиска целевых веществ, непрерывно забирает воздух, окружающий инспектируемый объект, со скоростью 5—10 см3/с. Забранный воздух, содержащий молекулы целевых веществ, попадает в источник ионизации на основе импульсного коронного разряда, где молекулы частично ионизируются.

Рисунок 3. Метод СИП

Процесс ионизации молекул исследуемого вещества происходит в несколько этапов. При работе прибора в разрядной камере образуются положительно и отрицательно заряженные ионы окружающего воздуха (реактант-ионы), концентрация которых существенно превышает концентрацию детектируемых веществ. При попадании в прибор целевых веществ реактант-ионы передают их молекулам заряд по механизму химической ионизации при атмосферном давлении.

Неионизированные молекулы целевых веществ и воздуха удаляются из системы, а полученные ионы удерживаются в камере ионизации с помощью ионного затвора. Через определенные промежутки времени ионный затвор открывается, и порция ионов попадает в камеру дрейфа с градиентом электрического поля Е (В/см).

Ионизированные молекулы разных веществ имеют разную скорость движения в дрейфовой камере vd в зависимости от их заряда, массы и размера. Ионы с небольшой массой приходят раньше, ионы с большой массой двигаются медленнее и прибывают к коллектору позже. Молекулярные ионы разных соединений отличаются временем прибытия к коллектору, что позволяет определить их природу.

Это время пропорционально длине дрейфовой камеры L (см) и обратно пропорционально градиенту электрического поля Е:

td = (1/K) (L/E)

где К – коэффициент подвижности, имеющий размерность см2В-1с-1.

Это соотношение носит статистический характер, т.е. верно только для скопления ионов, но не для индивидуальных ионов.

Ионная подвижность зависит от температуры и давления. Для того, чтобы можно было сравнивать значения ионной подвижности, полученные в разных условиях, значения К приводят к нормальным условиям:

K0 = K (P/760) (273/T)

где Т – температура (Кельвин) и Р – давление (мм рт. ст.) в газовой атмосфере, в которой движутся ионы. Ко называется приведенной подвижностью (или приведенным коэффициентом подвижности).

Разделенные ионы попадают на коллектор ионного тока, сигналы с которого поступают на специальную систему усиления и обработки.

Рабочая частота ионного источника —10 Гц, то есть каждую секунду система генерирует 10 спектров. Результаты непрерывно усредняются. При этом устраняются статистические выбросы, связанные со случайными флуктуациями состава газового потока и электрическими шумами. Результаты усреднения дополнительно сглаживаются и могут быть представлены в виде «спектра» ионной подвижности (ионограммы) (рис.4). На этой кривой зависимости ионного тока от времени дрейфа имеются пики, соответствующие ионам с разной подвижностью.

Рисунок 4. Спектр ионной подвижности

Программное обеспечение детектора позволяет анализировать полученный спектр на предмет наличия пиков, по математическому ожиданию и дисперсии времени дрейфа соответствующих целевым веществам, занесённым в базу данных.

Если целевое органическое соединение найдено, и его пик превышает установленный порог срабатывания, детектор производит сигнал тревоги, мигает красный сигнальный светодиод, на дисплее высвечивается надпись «Тревога» и маркер (код) обнаруженного вещества.

ИДД «КЕРБЕР» имеет комбинированный пробозаборник, позволяющий осуществлять как забор воздуха с содержащимися в нем парами и взвешенными частицами веществ, так и забор частиц, собранных на специальной пробоотборной салфетке.

1.3.2. Отбор паров

При работе в режиме детектирования паров или взвешенных в воздухе частиц целевых веществ, входной канал, по которому подаётся проба в источник ионизации, связан непосредственно с воздухозаборным отверстием на носике прибора (рис. 5). Таким образом, анализируемая проба представляет собой окружающий воздух и содержащиеся в нем примеси.