Analytical Chemistry, Faculty of Science, Campus de Teatinos, 29071, Malaga (Spain) 1

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Analytical Chemistry, Faculty of Science, Campus de Teatinos, 29071, Malaga (Spain) 1"

Irena Čechová
před 6 lety
Počet zobrazení:

Pracovní stáž na University of Malaga 4.

1 Pracovní stáž na University of Malaga Karel Novotný Analytical Chemistry, Faculty of Science, Campus de Teatinos, 29071, Malaga (Spain) 1

Laboratoř prof. Javiera Laserny Spektroskopie laserem buzeného plazmatu (LIBS) José Javier Laserna Catedrático de Universidad Dpto. Química Análitica Facultad de Ciencias Universidad de Málaga Tel.

es remote LIBS, standoff LIBS, double pulse LIBS, mobilní zařízení povrchové mapování, hloubkové profilování, detekce nebezpečných látek Další techniky: Ramanova spektrometrie SIMS doutnavý výboj

2 Laboratoř prof. Javiera Laserny Spektroskopie laserem buzeného plazmatu (LIBS) José Javier Laserna Catedrático de Universidad Dpto. Química Análitica Facultad de Ciencias Universidad de Málaga Tel Correo-e: remote LIBS, standoff LIBS, double pulse LIBS, mobilní zařízení povrchové mapování, hloubkové profilování, detekce nebezpečných látek Další techniky: Ramanova spektrometrie SIMS doutnavý výboj Laser Ionization - TOF - MS Dlouholetá spolupráce s laboratoří atomové spektrochemie PřF MU v Brně Third International Conference on Laser Induced Plasma Spectroscopy and Applications (LIBS 2004), Torremolinos, Málaga studijní stáž Ing. Tereza Čtvrtníčková Krátkodobé návštěvy prof. Kanický, Dr. Novotný návštěva prof. Laserny v Brně studijní stáž Mgr. Michaela Galiová 2

způsob detekce - metody založené na těkavosti výbušniny - vzorkování (MS, GC, LC-MS, NAA) -

3 Detekce výbušnin (Homeland Security) Požadavky: - rychlost - nízké meze detekce - spolehlivost - přenosná zařízení - kontaktní způsob měření - standoff detekce Kontaktní způsob detekce - metody založené na těkavosti výbušniny - vzorkování (MS, GC, LC-MS, NAA) - spektroskopické metody (FT-IR, FT-MIR, fluorescenční metody, Ramanova spektrometrie, X-ray fluorescence...) 3

Dálková detekce výbušnin Remote detection - objekt vzdálen od obsluhy, - sonda propojená s přístrojem (elektrický nebo optický kabel) - vlastní zařízení může být mobilní (př.

4 Dálková detekce výbušnin Remote detection - objekt vzdálen od obsluhy, - sonda propojená s přístrojem (elektrický nebo optický kabel) - vlastní zařízení může být mobilní (př. využití robotů) - může využívat i kontaktního měření (vzorkování) Standoff detection - mezi objektem a detekčním zařízením volná optická dráha otevřená atmosféra (open-path system) Standoff Remote 4

dalšími potenciálně rizikovými látkami (toxické látky, radioaktivní materiál) důležitá je i

5 Výbušniny - předmětem výzkumu především látky zneužitelné k teroristickým útokům a) průmyslově vyráběné b) HME (home made explosions) obecně označované jako HE (high exlosives) v kombinaci s dalšími potenciálně rizikovými látkami (toxické látky, radioaktivní materiál) důležitá je i identifikace v uzavřených obalech, stopových množství (fingerprint) IED - improvised explosive device 5

Průmyslově vyráběné výbušniny - RDX (Hexogen) - PETN (Pentrit, tetranitrát pentaeritritolu) - TNT (Trinitrotoluen) - DNT (Dinitrotoluen) - C4 (90% RDX + 10% polyisobutylenu)

6 Průmyslově vyráběné výbušniny - RDX (Hexogen) - PETN (Pentrit, tetranitrát pentaeritritolu) - TNT (Trinitrotoluen) - DNT (Dinitrotoluen) - C4 (90% RDX + 10% polyisobutylenu) - H15 (75% RDX) - dynamit (nitroglycerin absorbovaný v křemelině) - Semtex (RDX, PETN + plastifikátor) - NH4NO3 - KClO3 "Home made" výbušniny - TATP (Triacetone triperoxide) 6

7 7

8 Standoff detekce výbušnin historie vývoje metod v laboratoři prof. Laserny první generace Standoff LIBS systémů 8

(1543 nm) produced by a methane gas Raman shifter

9 Dnes a 5. generace Standoff LIBS systémů US Army Research Laboratory (A. Miziolek) Applied Photonics (A. Whitehouse) Gen 3 ST-LIBS: "Eye-safe" laser beam (1543 nm) produced by a methane gas Raman shifter pumped with a Nd:YAG laser Gen 5 ST-LIBS: Ruggedised double-pulse ST-LIBS system with 200 metre range capability 9

Kombinace dvou Standoff přístupů Standoff LIBS -

vzorku, - vyšší energie laserového pulzu - zaostření na

nižší mez detekce - horší stabilita signálu -

10 Kombinace dvou Standoff přístupů Standoff LIBS - spektrometrie emise mikroplazmatu vzniklého na povrchu vzorku, - vyšší energie laserového pulzu - zaostření na menší plochu (Ø mm) - detekce emise se zpožděním cca μs - nižší mez detekce - horší stabilita signálu - destruktivní (odpaření materiálu) - chemometrický přístup ke zpracování signálu 10

11 Standoff Ramanova spektrometrie - nižší energie laserového pulzu - zaostření na větší plochu (Ø cm) - detekce emise se zpožděním cca ns - vyšší mez detekce - vyšší stabilita signálu - nedestruktivní (někdy fotodegradace) - možnost akumulace mnoha pulzů - strukturní informace - možnost detekce v průhledných obalech - menší požadavky na rozsah spektra - identifikace na základě symetrických a asymetrických vibrací nitroskupin - možnost detekce peroxidů, chlorečnanů a dalších nebezpečných sloučenin 11

12 12

13 Dual Standoff - Raman - LIBS - spektrometrie kombinovat obě techniky lze v jednom zařízení a to dokonce i simultánně součastně zaostřený a rozostřený paprsek dvoukanálová detekce - LIBS a Raman v různých časech po laserovém pulzu Simultánně změřené Ramanovo a LIBS spektrum DNT Raman LIBS 13

Dual Standoff - Raman - LIBS - experimental setup (Off-axis (obligue) geometrie) A) Nd:YAG laser (532 nm) Qantel Brilliant Twins (10 Hz, 400 mj) B) beam expander C) teleskop D) laser power sources E)

14 Dual Standoff - Raman - LIBS - experimental setup (Off-axis (obligue) geometrie) A) Nd:YAG laser (532 nm) Qantel Brilliant Twins (10 Hz, 400 mj) B) beam expander C) teleskop D) laser power sources E) pulse and delay generator Berkeley Nucleonics 565-4C F) spectrometers Shamrock sr-303i Andor istar ICCD Kaiser Optical systems INC. G) optical fibers H) SuperNotch filter Kaiser Optical systems INC. (odstranění Rayleighova rozptylu 532 nm I) personal computer dataprocesing Matlab The Mathworks Inc. 14

15 Malaga - Andalusie 15

16 Provádění experimentů - 50 metrový koridor (Faculty of Science - Kampus Teatinos) 16

17 Vzorky přečištěný DNT - (2,6-dinitrotoluen), RDX - (cyclotrimethylene trinitramine), PETN - (pentaerythritol tetranitrate), C4 - (plastická trhavina 90% RDX ), dynamit - (s hlavní komponentou dusičnanem amonným), Laboratorio Quimico Central de Armamento, Ministry of Defense, Madrid NH 4 NO 3 - dusičnan amonný NaClO 3 - chlorečnan sodný KClO 3 - chlorečnan sodný příprava lisovaných tablet s povrchem cca 200 mm 2 a tloušťce 6 mm 17

18 Průběh experimentální práce Studium základních parametrů zařízení a vliv podmínek na Ramanův signál: - velikost intenzity signálu - akumulace signálu - citlivost a meze detekce - stabilita signálu - vliv vzdálenosti vzorku na signál - vliv atmosférických podmínek (teplota, vlhkost) Vzorky ve formě tablet byly umístěny na stojan v různé vzdálenosti od zařízení v koridoru byla během měření monitorována teplota, vlhkost a tlak (venkovní podmínky - konstrukce koridoru z plechu s otevřenými průzory) značné výkyvy teploty i vlhkosti v průběhu pracovní stáže (teplota C, vlhkost 35-97%) 18

19 Příklad spekter Standoff Raman spektra vybraných vzorků výbušnin(c4, dynamit, DNT, PETN): akumulace 150 pulzů, vzdálenost vzorku 20 m 19

20 Studium vlivu vzdálenosti a počtu akumulovaných pulzů 20

21 Studium vlivu energie a počtu akumulovaných pulzů 21

22 Stručné shrnutí výsledků V průběhu měsíců listopad, prosinec a leden bylo provedeno měření výše uvedených vzorků výbušnin na vzdálenost 20, 25, 30, 35, 40 a 45 metrů. Provedena akumulace signálu pro 25, 50, 75, 100, 125 a 150 laserových pulsů Pro stanovení detekčních limitů a ověření linearity odezvy namíchány tablety s obsahem 0, 10, 20 a 30 % Sledován vliv atmosférických podmínek na signál Vliv vzdálenosti: se vzrůstající vzdáleností signál klesá méně strmě než dle očekávané funkce 1/r 2 patrně důsledkem nehomogenního rozložení záření Ramanova signálu Vliv atmosférických podmínek: vyšší signál při vysoké vlhkosti vzduchu, nižší stabilita signálu při vysoké teplotě - patrně souvisí se změnami indexu lomu Příprava publikace: (J. Moros, J.A. Lorenzo, K. Novotny, J. J. Laserna: Basics on standoff Raman signal behavior for explosives detection 22

23 23

24 Málaga 24

25 Sevilla 25

26 Ronda 26

27 Gibraltar 27

28 Cádiz 28

29 Sierra Nevada 29

30 Tarifa 30

31 31

Podobné dokumenty

Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS)

Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) Spektroskopie laserem buzeného mikroplazmatu Další názvy: Laser Induced Plasma Spectroscopy (LIPS) Laser-assisted plasma spectrometry Odnož laserové ablace laserový