Novi kemijski senzor za pronalaženje zakopanih mina

Sviđa ti se članak?

Inženjeri sa Sveučilišta u Connecticutu razvili su sustav kemijskih senzora za kojeg vjeruju da je prvi takve vrste na svijetu, sposoban za otkrivanje para od ukopanih mina i drugih eksplozivnih naprava, a za čije je očitanje rezultata dovoljno gledati golim okom, umjesto korištenja složene znanstvene instrumentacije.

O rezultatima ovog istraživanja prvi put se izvijestilo u svibanjskom internetskom broju časopisa Advanced Functional Materials.
Ključni dio sustava je fluoroscentni film od nanovlakana koji, kad se primjenjuje na području gdje se sumnja na eksplozivne naprave, može otkriti pare zakopanih eksploziva na razini ultra-tragova. Kemijska reakcija koja obilježava mjesto eksplozivne naprave događa se kad se film izloži ultraljubičastom svjetlu iz ručnog uređaja.

Sustav može otkriti nitroaromate poput onih koji se nalaze u eksplozivu TNT i 2,4-DNT (primarni vojni eksploziv i osnovne komponente u nagaznim minama), kao i elemente koji se koriste za detekciju plastičnih eksploziva koje je teže otkriti, kao što su HMX, RDX, tetril i PETN. Iznimno osjetljiv sustav može otkriti čestice na razinama tako niskim poput 10 dijelova na milijardu (za TNT), 74 dijela na  trilijun (za tetril), 5 dijelova na  trilijun (za RDX), 7 dijelova na  trilijun (za PETN) i 0,1 dio na  trilijun (za HMX) koji se oslobođaju iz jednog milijarditog dijela grama ostatka eksploziva.

Ako nema eksplozivnih para, film zadržava svijetlu fluoroscentnu boju kada se izloži plavom ultraljubičastom svjetlu. Ako su molekule eksploziva prisutne, fluorescencija se ugasi i na filmu se za nekoliko minuta pojavi tamni krug koji identificira prijetnju.
“Naši početni rezultati vrlo su obećavajući”, kaže dr. Ying Wang, koji je razvio ovaj sustav kao doktorand kemijskog inženjerstva radeći pod nadzorom izvanrednog profesora dr. Yua Leija. “Sad smo u procesu ugovaranja praktičnog terenskog ispitivanja velikih razmjera u Švedskoj.”

Umjesto da koriste sofisticirane kemijske promjene ili skupe sintetičke polimere u pripremi materijala za detekciju, znanstvenici iz Connecticuta načinili su ultra-tanki film jednostavnim raspršivanjem pirena s polistirenom u prisutnosti organske soli (tetrabutilamonijev heksafluorofosfat ili TBAH). To je dalo vrlo poroznu membranu s nanovlaknima koja brzo i pouzdano upija eksplozivne pare u ultra-tragovima. Film ima  i odličnu osjetljivost protiv uobičajenih dodira sa spojevima kao što su amonijev nitrat i anorganski nitrati. Početna faza otkrivanja para počinje već za nekoliko sekundi, dok se preko 90%  detekcije odvije za šest minuta.

Prema Ujedinjenim narodima procjenjuje se da postoji 110 milijuna mina skrivenih pod zemljom u 64 zemlje diljem svijeta. Računa se da svake godine od mina širom svijeta strada čak 25 tisuća ljudi koji poginu ili ostanu osakaćeni. Mine ne samo da ugrožavaju živote ljudi, one mogu paralizirati cijele zajednice ograničavajući korištenje zemljišta u poljoprivredi ili cesta za trgovinu.

Razminiranje je spor proces koji često uključuje posebno obučene pse i detektore metala, ali svaka takva metoda ima svoje nedostatke. Psi, koji se smatraju zlatnim standardom u otkrivanju mina, mogu se umoriti i imati poteškoće u razlikovanju gustoće minskih polja. Detektori metala skloni su lažnim pozitivnim očitanjima do kojih dolazi zbog ukopanih komada metala koji nemaju veze s minama.
S druge strane, iako eksplozivni materijal može biti dobro zatvoren unutar mina, one nisu hermetično zapečaćene, pa te male količine para koje iz njih isparavaju omogućuju njihovo otkrivanje.
Film koji su razvili Wang i Lei jednostavan je i jeftin za proizvodnju. Vrlo je lagan, kao papir, a može biti razmotan preko sumnjive površine poput plahte.

“Bili bismo jako zainteresirani za praćenje bilo kakvog istraživanja koje izučava sustave za kemijsku detekciju”, kaže Erik Tollefsen, savjetnik Međunarodnog centra za humanitarno razminiranje (GICHD) u Ženevi. “Ovo je nešto što bismo mogli koristiti kao alat za kontrolu kvalitete rada životinja na otkrivanju mina.”
“Opća primjedba je da sustavi za kemijsku detekciju  rade na nano-razini, dok naši sustavi detekcije sa životinjama rade na piko-razini, što je tisuću puta osjetljivije”, kaže Tollefsen. “No očito je da u radu sa životinjama postoje neka ograničenja. Ne možete ih uključiti i isključiti kao stroj, a ponekad je i teško raditi s njima.”

Wang i Lei su razvili i novi test za kemijsku detekciju TNT-a u vodi i drugim tekućinama. Sustav se može koristiti za otkrivanje potencijalne terorističke prijetnje u zračnim lukama, kao i u slučaju onečišćenja podzemnih voda u područjima gdje se eksplozivi koriste u izgradnji.
Ultra-osjetljivi senzor može u realnom vremenu detektirati koncentracije TNT-a u rasponu od 33 dijela na trilijun (ekvivalent jedne kapi u dvadeset olimpijskih bazena) do 225 dijelova na milijun.
“Naš novi senzor, koji se temelji na nedavno razvijenom fluorescentnom polimeru za eksplozive u uzorcima vode, ima dva senzorska mehanizma u jednom senzornom materijalu, što je jedinstveno”, rekao je Lei. “Senzor se može lako ugraditi u papirnatu traku za testiranje nalik onima koje se koriste za testove trudnoće, što znači da se mogu proizvesti i koristiti po vrlo niskoj cijeni.”

Zanimljivo na webu:


4 komentara na ovaj članak

Odgovori

health_search
Pretraživanje interneta često nudi netočne informacije o zdravlju
1215
Jeftina baterija za solarnu energiju