9.2. КОНТАКТНЫЕ СИСТЕМЫ ОБНАРУЖЕНИЯ

Одним из перспективных методов контактного детектирования является метод абсорбционной спектроскопии, основанный на нарушении полного внутреннего отражения. Практическое использование этого метода связано с обнаружением следовых количеств ВВ или других опасных веществ на различных предметах (пальцах рук, бумаге, одежде, документах) и на специальных пробоотборных салфетках.

Экспериментально показано, что чувствительность метода к следовым концентрациям ВВ различного типа составляет от нескольких десятков нанограмм (1 нг = 10^{-9 г) до 1 микрограмма (1 мкг = 10-6 г), в зависимости от исходного спектра поглощения вещества. В качестве примера на рис. 9.1. показаны спектры чистой обложки паспорта (1), обложки паспорта со следами октогена (2), нитроглицерина (3) и тротила (4).}

Рис. 9.1. Спектры пропускания обложки паспорта

На основе данного метода в НПП «Лазерные системы» разработаны контактные детекторы опасных веществ «Сокол» и «X-Tracer» (рис. 9.2). Время проведения анализа с их помощью составляет не более 3 с, чувствительность по тротилу – на уровне 100 нг.

В последние годы наблюдается повышенный интерес к технологии эффективного анализа паров ВВ и ОВ методом лазерной оптико-акустической спектроскопии (ЛОАС). Это обусловлено относительной простотой и надежностью метода, высокими чувствительностью и быстродействием (в режиме on-line), а также появлением серийных перестраиваемых по частоте лазеров достаточно высокой мощности в различных спектральных диапазонах. Функциональная схема оптико-акустического лазерного газоанализатора паров ВВ представлена на рис. 9.3.

Рис. 9.2. Контактный детектор опасных веществ «X-Tracer»

Модулированное излучение перестраиваемого CO₂-лазера проходит через оптико-акустический детектор (ОАД). На каждой линии излучения лазер с помощью узла перестройки автоматически настраивается на максимальную мощность генерации.

Принцип действия газоанализатора основан на оптико-акустическом эффекте, возникающем при поглощении газовой примесью в воздухе модулированного лазерного излучения. Проба воздуха подается в газовый тракт ОАД через устройство для отбора пробы с помощью небольшого воздушного насоса. В газовом тракте предусмотрен фильтр для защиты от пыли и акустический демпфер (глушитель) для ослабления влияния шумов насоса на чувствительные микрофоны ОАД.

Газовые примеси во взятой пробе воздуха, имеющие полосы поглощения в области спектральной перестройки CO2-лазера (9.2÷10.6) мкм, поглощают излучение лазера на соответствующих длинах волн. При этом происходит нагрев и расширение воздуха в ОАД, что приводит к генерации акустических волн. Внутри каналов резонансного ОАД формируются продольные кольцевые акустические колебания на резонансной частоте ОАД (1700 Гц), которые регистрируются электретными микрофонами. Величина измеренного акустического сигнала пропорциональна произведению концентрации молекул поглощающей примеси в пробе воздуха, коэффициенту поглощения примеси на длине волны зондирующего излучения и мощности лазера.

Рис. 9.3. Функциональная схема газоанализатора паров ВВ:

1 – устройство для отбора пробы воздуха; 2 – нагреваемый газовый тракт; 3, 4 – поворотные зеркала; ОАД – резонансный прокачной детектор кольцевого типа; ИМ – измеритель мощности; П – узел перестройки лазера

Рис. 9.4. Отклики оптико-акустического газоанализатора

на пары четырех различных взрывчатых веществ

На рис. 9.4 приведены отклики прибора на пары тринитротолуола (2,4,6-ТНТ), технического тротила, динитротолуола (2,4-ДНТ) и нитроглицерина, измеренные последовательно в течение 1 минуты при температуре детектора 50° С и скорости прокачки 0.2 л/мин.