Устройство дистанционного обнаружения взрывчатых веществ с использованием индикаторных растворов

Устройство дистанционного обнаружения взрывчатых веществ с использованием индикаторных растворов. Полезная модель относится к системам для обеспечения безопасности людей и сотрудников силовых структур. Задача создания полезной модели состоит в повышении точности определения широкого круга взрывчатых веществ (ВВ): тротил, тетрил, нитроэфиры, гексоген, амины, селитра, пероксиды, и т.д. при уменьшении времени досмотра, простоты обнаружения ВВ, обеспечение наибольшей безопасности людей, снижения себестоимости заявленного «устройства». Данная задача решается тем, что предлагаемое «устройство» для дистанционного обнаружения ВВ с использованием индикаторных растворов, содержащее досмотровую кабину с дверьми, расположенными на противоположных сторонах кабины, и дополнительную боковую дверь для вывода человека, на котором обнаружены следы ВВ и взрывных устройств (ВУ), систему индикаторных растворов, забора воздуха и подачи его в сосуды с индикаторными растворами, запоминающие и сравнительные устройства в виде двух видеокамер и бронированной кабины. Техническим результатом полезной модели является обеспечение возможности обнаружения ВВ, находящихся на одежде, руках, ногах, обуви, лице, волосах и т.д. на основе цветных реакций различной природы: это комплексообразование с нуклеофилами для ароматических нитросоединений, щелочной гидролиз нитроаминов и нитроэфиров, окисление ароматических аминов в случае хлоратов, броматов и пероксидов. Наличие индикаторных растворов в предлагаемой полезной модели обеспечивает обнаружение ВВ, за счет автоматической подачи воздуха содержащего ВВ в индикаторные сосуды, и появление окрашенных растворов. За изменением окраски раствора и человеком, с которого изымаются частицы ВВ, ведется наблюдение, а устройство кабины обеспечивает безопасность всех людей, а также сотрудников полиции. Химические реакции протекают быстро, не нужны специалисты физики для обслуживания масс-спектрографов, хроматографов и т.д. В течение менее 5 сек. осуществляется отбор воздуха и анализ на присутствие ВВ.

Полезная модель относится к системам для обеспечения безопасности людей. В связи с расширением террористической деятельности и увеличением случаев несанкционированного получения взрывчатых веществ (ВВ) и взрывчатых составов (ВС) в последние годы остро встал вопрос о методах предупреждения возможных взрывов и надежной идентификации продуктов взрыва, для обеспечения личной безопасности граждан и работников силовых структур и полиции.

Для обнаружения ВВ в мировой практике применяется сложная дорогостоящая аппаратура: хромато-масс-спектрометры, хромато-ИК-Фурье-спектрометры, а также газовые и жидкостные хроматографы, требующие высококвалифицированного обслуживания. Анализ проводится только в стационарных условиях и длительное время.

Также известен портативный детектор M01, предназначенный для определения паров ВВ в условиях городских улиц, производственных, административных и жилых помещений, разработанный институтом прикладной физики г. Новосибирска (рекламный проспект «Портативный детектор ВВ M01»). К недостаткам известного устройства относятся его большие размеры и масса, обязательное наличие автономного источника питания, необходимость высокой квалификации обслуживающего персонала, ограниченная возможность обнаружения - только ВВ с высокой упругостью паров (тротил, нитроглицерин). Такие широко известные и используемые ВВ как гексоген, октоген, ТЭН, тетрил не могут быть обнаружены данным устройством.

Близким по техническому решению и возможностям обнаружения следов ВВ как тротил, тетрил, гексоген, октоген, ТЭН, нитроглицерин является известное устройство по патенту РФ на полезную модель 404887 МПК G01N 31/22; C07C 203/00; C07C 243/02; C07C 205/06 опубликованного 10.09.2004, взятый нами в качестве аналога.

Известное устройство состоит из малогабаритного контейнера в виде плоской коробки с тремя ячейками, в которых размещены флаконы с индикаторами. В качестве индикаторов используются растворы щелочи (флакон A), сульфокислоты (флакон B) и амина (флакон C). Вспомогательные приспособления из пористой бумаги для обтирания поверхности подозрительных объектов уложено в полости коробки над флаконами. Известное устройство не позволяет обнаружить следовые количества селитры (аммиачной, калиевой, натриевой), являющейся основным компонентом промышленных ВВ, приготавливаемых как в заводских условиях, так и в местах потребления. Кроме того, из-за доступности компонентов такие ВВ могут быть изготовлены в бытовых условиях. Известное устройство, также не позволяет обнаружить следовые количества пероксидов, которые по взрывчатым характеристикам находятся на уровне инициирующих ВВ. Указанные ВВ с содержанием селитры и пероксидов могут быть использованы в террористических целях.

Известна полезная модель «Устройство для обнаружения следовых количеств взрывчатых веществ» патент 84124 МПК G01N 31/00; C007C 203/00; C07C 243/02; C07C 205/00 опубликовано 27.06.2009. Полезная модель относится к устройствам для быстрого эффективного обнаружения и идентификации взрывчатых веществ (ВВ) в течении 1-2 минут при проведении досмотровых мероприятий на транспорте, в аэропортах, пограничных и таможенных пунктах и является эффективным средством борьбы с террористической деятельностью и незаконного оборота ВВ. Устройство состоит из контейнера в виде плоской пластмассовой коробки с ячейками, размещенными в них флаконами. В качестве индикаторов используются растворы щелочи, сульфокислоты, амина, реактивы цинка и калия йодистого с крахмалом. Устройство позволяет обнаруживать следы всех известных ВВ, таких как тротил, гексоген, октоген, ТЭН, тетрил, нитроглицерин, а также следы селитры, пероксида.

По данному способу обнаружение ВВ осуществляется следующим образом. Полоской тестовой бумаги проводят по поверхности подозрительного объекта, затем на эту бумагу наносят 1-2 капли индикатора из флакона А, содержащего раствор щелочи. Появление красно-фиолетового окрашивания свидетельствует о наличии тротила, оранжевая окраска свидетельствует о наличии тетрила. При отсутствии окрашивания последовательно наносят 1-2 капли индикаторов из второго и третьего флаконов В и С и т.д.

Недостатками данной полезной модели является: длительность анализа, чтобы проверить на наличие ВВ путем нанесения индикатора из 5 флаконов пройдет не менее 10 минут. Если ограничиться первым индикатором из флакона A, то время нужно на анализ 2-3 минуты. Еще одним недостатком является выборка людей, в данной полезной модели речь идет о подозреваемом объекте. Можно ли за 2-3 минуты собрать со всей одежды, обуви, рук, ног, волос собрать все образцы и проанализировать, даже за 10 минут, а как быть с теми, кто не попал в число подозреваемых? Это большое упущение данной полезной модели, кроме того, нет возможности одновременного обнаружения различных BB.

Известно устройство дистанционного обнаружения, скрытых объектов (Патент РФ 2183025, МПК G01N 3/12, опубликованный 20.10.2000) содержащего досмотровую кабину, приемное устройство, систему регистрации и отображения сигнала и индикатор. К недостаткам данного устройства следует отнести невозможность обнаруживать вещества находящиеся в организме досматриваемого, а также длительность досмотра (порядка 10 сек.) из-за сканирования объекта, опасность, которой подвергается оператор, находящийся в непосредственной близости с досматриваемым человеком (нет защиты от самоподрыва смертника.)

В качестве аналога, по совокупности существенных признаков выбрана полезная модель «Устройство для дистанционного обнаружения наркотических и взрывных устройств с использованием эффекта Зеемана» (патент РФ на полезную модель 46105, МПК G01R 33/44 от 11.02.2005.) Устройство содержит досмотровую кабину с дверьми и систему автоматической фиксации дверей, приемное устройство, систему формирования и обработки сигнала и индикатор.

Недостатком данного устройства является то, что оператор не может достаточно точно обнаружить скрытое взрывчатое вещество (ВВ) или наркотики за короткое время (не более 5 сек.) кроме того, возможно обнаружение только веществ, содержащих квадрупольные ядра (ЯКР активные молекулы). К тому же, не обеспечивается безопасность людей, находящихся вблизи кабины, стоимость очень высока.

Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков является полезная модель, взятая нами за прототип «Устройство дистанционного обнаружения наркотиков и взрывчатых веществ с использованием эффекта Зеемана» (Полезная модель RU 113369, МПК G01R 33/44, опубликованная 10.02.2012). Устройство, согласно прототипа, содержит досмотровую кабину с дверьми и систему автоматической фиксации дверей, приемное устройство и систему формирования и обработки сигнала и индикатор, причем блок формирования и обработки сигнала соединен с приемным устройством, системой фиксации дверей и индикатором, снабжено электромагнитами и системой управления магнитами, запоминающее устройство, устройство сравнения. Двери установлены на противоположных сторонах кабины, кабина бронированная, магниты имеют разную индуктивность.

Недостатками данного «Устройства дистанционного обнаружения наркотиков и взрывчатых веществ с использованием эффекта Зеемана» является необходимость затраты времени более 5 секунд, дорогостоящее оборудование, использование электромагнитов и создание электромагнитного поля, вредного для всех окружающих, возможность обнаружения только веществ содержащих квадрупольные ядра (ЯКР-активные молекулы). Так как стенки кабины содержат электромагниты, себестоимость остается очень высокой, вероятность обнаружения зоны нахождения искомого вещества недостаточно велика, т.к. магниты находятся не на всей поверхности кабины. После того, как человек, проходящий досмотр, входит в кабину, оператор вводит индекс человека в систему обработки и формирования информации, далее включается система управления электромагнитами, изменяется направление магнитного поля, должно быть задействовано приемное устройство на диапазон частот (min, max) ЯМР для ядер азота, далее вычисления нужны т.д. На это необходимо время, достаточное для того, чтобы привести ВВ в действие, т.е. более 5 мин.

Задача создания полезной модели состоит в повышении точности определения широкого круга ВВ: (тротил, тетрил, нитроэфиры, гексоген, амины, селитра, пероксиды и т.д.), при уменьшении времени досмотра, простота обнаружения ВВ, обеспечение безопасности людей, находящихся в близости кабины и снижение себестоимости заявленного устройства.

Данная задача решается тем, что предложенное устройство для дистанционного обнаружения ВВ с использованием индикаторных растворов, содержит досмотровую кабину с дверьми, расположенными на противоположных сторонах кабины, и дополнительную боковую дверь для вывода человека, на котором обнаружены следы ВВ и ВУ, систему индикаторных растворов, забора воздуха и подачи его в сосуды с индикаторными растворами, запоминающее и сравнительное устройство (две видеокамеры) в бронированной кабине.

На фиг. 1. изображен сосуд с раствором и приспособлениями для подачи воздуха для анализа на ВВ, где 1 - шланг для подачи воздуха; 2 - пробка; 3 - индикаторный раствор; 4 - стеклянный сосуд с растворами; 5 - стеклянная трубка.

На фиг. 2. изображена схема расположения сосудов с различными индикаторными растворами А₁, А₂, В, С, Д, Е и системы подачи воздуха в сосуды с индикаторными растворами, где 1, 2, 3, 4, 5 - обозначения те же, что и на фиг. 1., 6 - разъемное устройство для подачи воздуха в сосуд с индикаторными растворами; 7 - пузырьки воздуха, который подается в сосуды с растворами содержащими различные индикаторы А₁, А₂ , В, С, Д, Е для анализа воздуха.

На фиг. 3 представлена схема расположения в бронированной кабине человека - 10, индикаторных растворов и система забора и подачи воздуха для анализа на присутствие ВВ различной природы. Обозначения 1-7 те же, что на фиг. 1, 2, а 8 - видеокамеры, 9 - крепление для видеокамеры, 10 человек с которого собираются частицы для анализа ВВ, 11 - насос, 12 -устройство для забора воздуха для анализа, 13 - шланг для подачи воздуха в разъемное устройство, 14 - боковая дверь для выхода человека, на котором обнаружены частицы ВВ, 15 - бронированная кабина.

Сосуд А₁ - раствор гидроксида тетрабутиламмония, А₂ - раствор щелочи, В - сульфокислоты, С - амины, Д - реактив цинка, Е - реактив йодистого калия с крахмалом. Пределы обнаружения ВВ следующие: тротил - 110^-8 г., тетрил, гексоген и октоген - 110^-6 г., ТЭН и нитроглицерин - 110⁵ г., селитра - 110^-4 г., пероксид - 110^-4 г.

Обнаружение взрывчатых веществ, находящихся на одежде, руках, ногах, обуви, лице, волосах и т.д. проводится следующим образом.

После того, как человек - 10, проходящий досмотр, входит в кабину - 15, двери автоматически закрываются. Например искомым веществом является взрывчатое вещество (ВВ). Все ВВ характеризуются различным содержанием функциональных групп, например: тринитротолуол (тротил), тетрил, нитроэфиры, гексоген, амины, селитра, пероксиды и поэтому имеют различную окраску с индикаторными растворами.

В основу положен метод цветных химических реакций, которые наиболее простые и доступные для обнаружения следовых количеств ВВ. Сущность метода заключается в образовании окрашенных растворов при взаимодействии некоторых реактивов-индикаторов с ВВ. Например, наибольшей чувствительностью, быстродействием и избирательностью обладает индикаторный раствор на основе гидроксида тетрабутиламмония - А₁. Далее происходит автоматический контроль за изменением окраски раствора (видеокамеры - 8,8). Сравнение осуществляется в устройстве сравнения - 8 по заданному алгоритму. При отсутствии искомого вещества, двери открываются и человек - 10 выходит в противоположную дверь по ходу движения. Появление окраски в индикаторных растворах свидетельствует о наличии следов ВВ на теле или одежде человека. Изъятие следов ВВ осуществляется автоматическим путем забора воздуха устройствами - 12 с тела и одежды человека - 10 и по шлангу - 13 подается анализируемый воздух в разъемное устройство - 6, в котором идет разделение и подача по шлангам 1 анализируемого воздуха в различные сосуды с индикаторными растворами - 4.

Если при подаче воздуха содержащего ВВ, взятого с человека, который находится в кабине, в сосуд А₂, содержащего раствор щелочи появилось красно-оранжевое окрашивание, это свидетельствует о наличии тетрила.

Во втором сосуде В - находится раствор сульфокислоты, а в сосуде С - амин в ортофосфорной кислоте - появление розового окрашивания свидетельствует о наличии гексогена, ТЭНа или нитроглицерина.

В сосуде Д - находится реактив цинка, появление розовой окраски свидетельствует о наличии следов селитры.

Во флаконе Е - находится йодистый калий с крахмалом, появление синего окрашивания свидетельствует о наличии следов пероксида.

Если окраска не появилась во всех описанных случаях, то это свидетельствует об отсутствии следов перечисленных ВВ.

Как только обнаружено появление окраски в сосудах, что свидетельствует о том, что человек 1 является носителем ВВ, его выводят в боковую дверь - 14 для дальнейших оперативных действий.

Применение полезной модели «Устройство дистанционного обнаружения взрывчатых веществ с использованием индикаторных растворов» для поиска следов ВВ на ладонях, одежде, обуви и предметах быта способствует установлению лиц, причастных к перевозке ВВ, изготовлению взрывчатых устройств (ВУ) и т.п. Таким образом предлагаемая полезная модель значительно отличается от существующих устройств обнаружения ВВ (указанных аналогов и прототипа), поскольку она проста в обращении, автоматическая система забора воздуха и доставка его в индикаторные растворы не требует присутствия оператора, нет никаких магнитов и магнитного поля, влияющего на здоровье человека, простота приготовления индикаторных растворов, наличие системы слежения за человеком (2 видеокамеры) и появление окраски в сосудах, куда попадают частицы ВВ (все регулируется автоматически), обеспечивается безопасность всех сотрудников и окружающих людей (так как кабина бронированная), сокращается время пребывания в кабине (менее 5 сек.) обеспечивается за счет того, что человек входит в одну дверь, а выходит в противоположную, а 3-я боковая дверь предназначена для выхода человека, на котором обнаружены частицы ВВ с целью дальнейшего его досмотра и дополнительного исследования.

Поскольку простота в обращении не требует специальной подготовки персонала, а малое время обнаружения (т.е. промежуток времени от момента снятия частиц ВВ с человека и попадания их в индикаторный раствор и появление индикаторного эффекта) очень мало <5 сек., позволяет принять необходимые защитные меры (человека выводят в боковую дверь).

Использование предлагаемой полезной модели по обнаружению ВВ способствует снижению вероятности террористических актов, сокращается количество предметов и материалов, нуждающихся в лабораторных исследованиях, сокращается время и объем углубленных исследований.

Описанная полезная модель подтверждается следующими примерами.

Пример 1.

В сосуд Е залили приготовленный индикаторный раствор на основе йодистого калия с крахмалом для анализа перхлората аммония. Протекает окислительно-востановительная реакция между йодистым калием с крахмалом находящегося в индикаторном растворе и солью хлорной кислоты, в частности, перхлоратом аммония, в ходе которой образуется йод, который с крахмалом дает синее окрашивание, т.е. появляется, окраска раствора, отличная от исходной. Время анализа 3 сек.

Пример 2.

В сосуд А₁ залили приготовленный индикаторный раствор гидроксида тетрабутиламмония - ЭД и подали воздух содержащий ВВ - тринитротолуол - ЭА, происходит появление окраски раствора за счет взаимодействия и образования окрашенного комплексного соединения с переносом заряда время анализа 3-4 сек.

Устройство дистанционного обнаружения взрывчатых веществ с использованием индикаторных растворов, содержащее досмотровую кабину с дверьми на противоположных сторонах, индикатор и запоминающее устройство, отличающееся тем, что в качестве индикатора используются индикаторные растворы, система забора воздуха и подачи его в сосуды с индикаторными растворами, дополнительную боковую дверь в кабине, а в качестве запоминающего и сравнительного устройства используются видеокамеры.