Spektrometria ruchliwości jonów w nowoczesnym wykrywaniu materiałów wybuchowych i narkotyków
Wykrywanie zagrożeń takich jak przemyt niebezpiecznych substancji, materiałów wybuchowych i narkotyków wymaga profesjonalnych, zaawansowanych technologicznie rozwiązań, dzięki którym służby w skuteczny, szybki i bezpieczny sposób wykryją i zidentyfikują podejrzane substancje, nie dopuszczając do wwiezienia ich do kraju.
Akcje podejmowane w ramach walki z terroryzmem czy szmuglowaniem narkotyków nie raz wymagają od jednostek policyjnych kompetencji laboratorium kryminalistycznego. Na miejscu zdarzenia bowiem musi odbyć się identyfikacja potencjalnie groźnych lub nielegalnych substancji – najlepiej w kilka sekund. Jak tego dokonać szybko i skutecznie, dotrzymując najwyższych rygorów bezpieczeństwa?
Aby służby na całym świecie mogły skorzystać z innowacyjnych i zaawansowanych technologicznie rozwiązań, dostosowanych do specyficznego stylu pracy, oficerowie izraelskiego wojska rozpoczęli współpracę z inżynierami Laser Detect Systems – liderem na rynku wykrywaczy materiałów wybuchowych i narkotyków.
W efekcie powstały rozwiązania wykorzystujące nowoczesną technologię i dostosowane do wymagającej pracy operacyjnej, w której nie ma czasu na pomyłki i opóźnianie przepływu ludności w takich miejscach jak punkty kontrolne na lotniskach czy przejścia graniczne.
Jednym z tych rozwiązań jest mobilny wykrywacz narkotyków I-Scan LDS 3500-i, dzięki któremu służby mogą identyfikować w ciągu kilku sekund np. prekursory materiałów wybuchowych lub potwierdzać obecność narkotyków na podstawie śladowych próbek w przeszukiwanej lokalizacji – bez czasochłonnego demontowania pojazdów lub innych obiektów czy otwierania pojemników.
Jak to możliwe?
Metoda IMS (Ion-Mobility Spectrometry) w mobilnym wykrywaczu narkotyków I-Scan LDS 3500-i
Technologia IMS, czyli spektrometria ruchliwości jonów, jest technologią analityczną, dzięki której możliwe jest wykrycie i zidentyfikowanie próbki w postaci zjonizowanego gazu na podstawie ruchliwości zjonizowanych cząsteczek gazu w polu elektrycznym. Ta metoda zapewnia wysoką selektywność i odporność urządzenia na ewentualne zakłócenia.
Widmo mobilności jonów zarejestrowanej próbki (np. podejrzanego proszku) zostaje porównane z widmem czystych i zmieszanych materiałów wybuchowych, narkotyków, substancji toksycznych itp. Informacje o tysiącach niebezpiecznych substancji są zawarte w widmowej bibliotece urządzenia, która może być rozszerzana i aktualizowana przez użytkownika wedle potrzeb.
Wykrywacz narkotyków I-Scan LDS 3500-i wykorzystujący metodę IMS jest w stanie wykryć i zidentyfikować substancję w ilości rzędu dziesiątych części nanograma. Przeprowadza detekcję oparów i śladowych ilości nielotnych substancji organicznych wokół kontrolowanych przedmiotów, na powierzchni obiektów, na ubraniach i skórze osób poddanych kontroli osobistej, podejrzanych o kontakt z narkotykami lub wytwarzanie materiałów wybuchowych.
W przypadku analizy oparów różnych substancji I-Scan zasysa z otoczenia powietrze, a dzięki bardzo dużej czułości zostaje przeprowadzona detekcja oparów w ilości 10-14g w każdym cm3 pobranej próbki.
Do analizy śladowych próbek wykorzystuje się zwykłą folię aluminiową. Umieszcza się ją na próbniku, którym dotyka się powierzchni, a następnie wkłada się ją do komory urządzenia, gdzie folia z próbką zostaje podgrzana do temperatury 180oC, aby rozpoczęło się parowanie substancji.
Następnie – w obu trybach identyfikacji substancji – mamy do czynienia z procesem jonizacji w warunkach ciśnienia atmosferycznego w wykrywaczu I-Scan 3500-i. Ten mechanizm jest całkowicie oparty na energii elektrycznej – nie występuje żadne źródło radioaktywne.
W trakcie procesu jonizacji molekułom substancji zostaje przekazany ładunek przez zjonizowane powietrze (reagent). Niezjonizowane molekuły i powietrze są usuwane z systemu, a jony są wyłapywane przez tzw. bramkę jonową. Następnie wpadają przez nią w obszar tuby, a tam są poddawane działaniu silnego jednorodnego pola elektrycznego o natężeniu E.
Zjonizowane molekuły różnych substancji mają różny ładunek, masę oraz wielkość. W zależności od tego osiągają różne prędkości w tubie pod wpływem działającego pola elektrycznego. Docierają do kolektora w czasie dryftu, który jest proporcjonalny do odległości (długości tuby L) i odwrotnie proporcjonalny do natężenia pola E.
Współczynnik ten zależy od warunków – ciśnienia i temperatury. Jest normalizowany i nazywany zredukowanym współczynnikiem ruchliwości jonów K0.
td = L/K*E; gdzie K to współczynnik mobilności jonów [m2V-1s-1]
I-Scan w ciągu zaledwie 1 sekundy wykonuje 10 pomiarów czasu podróży jonów od bramki jonowej do kolektora. Wyniki są uśredniane w celu eliminacji czynników losowych, które mogłyby zakłócić pomiar. Na podstawie pomiarów powstaje wykres widma mobilności jonów z charakterystycznymi maksimami. Wykres dla różnych substancji jest inny.
W trakcie badania jednej próbki lub badania oparów I-Scan wykrywa do 9 substancji, dzięki czemu operator urządzenia jest w stanie jednorazowo zidentyfikować podejrzane mieszanki w jednym pomiarze, np. kokainę i metaamfetaminę.
Następuje to przez porównanie wyników pomiarów z wzorcami z bazy danych. Jeśli odpowiada ona wzorcowi substancji niebezpiecznej, na przykład TNT, urządzenie uruchamia alarm dźwiękowy i wizualny (np. wyświetlacz przyjmuje ostrzegającą barwę czerwoną). Na wyświetlaczu LCD wykrywacza I-Scan pojawia się nazwa wykrytej substancji i względne natężenie prądu jonowego, który został wzbudzony (proporcjonalny do stężenia substancji).
Chociaż spektrometria IMS jest powszechnie wykorzystywana w mobilnych wykrywaczach narkotyków, I-Scan LDS wyróżnia się na tle innych producentów charakterystyką ważną z punktu widzenia operatora i względami ekonomicznymi:
- dzięki wykorzystaniu zjawiska wyładowań koronowych nie występuje żadne źródło radioaktywne, co sprawia, że w razie uszkodzenia mechanicznego sprzętu operator nie jest zagrożony;
- operator może modyfikować ręcznie czułość urządzenia na poszczególne substancje w zależności od otoczenia;
- poziom fałszywych alarmów jest mniejszy niż 1%;
- koszty eksploatacji są bardzo niskie: próbki do badania pobiera się na folii aluminiowej, a do kalibracji wykorzystuje się lek powszechnie dostępny w aptece;
- możliwe jest podłączenie pamięci USB do przechowywania wyników pomiarów oraz klawiatury USB do sterowania wykrywaczem.
Więcej o specyfikacji wykrywacza I-Scan LDS 3500-i i przewagach nad konkurencją przeczytasz na stronie sklepu detektywistycznego Spy Shop, wyłącznego dystrybutora sprzętu Laser Detect Systems w Polsce.