Lekce 4 ENV012 ChBHazMat Detekce Elektronické detekční a monitorovací prostředky Ing. Pavel Častulík, CSc castulik@recetox.muni.cz Jaro 2012 Příprava tohoto předmětu je spolufinancována Evropským ENV012, Jaro sociálním 2012 fondem a státním rozpočtem České republiky 1
Elektronické detekční a monitorovací prostředky Příprava tohoto předmětu je spolufinancována Evropským ENV012, Jaro sociálním 2012 fondem a státním rozpočtem České republiky 2
OSNOVA Spektrometrie pohyblivosti iontů IMS Plameno-ionizační metoda Krystalová frekvenční metoda Ramova spektroskopie Neutronová aktivační spektroskopie RTG metoda Dálková detekce Příprava tohoto předmětu je spolufinancována Evropským ENV012, Jaro sociálním 2012 fondem a státním rozpočtem České republiky 3
Nejen pravda, ale i dioxiny mohou být ve víně 4
Následky dioxinů z vietnamské války jsou stále přítomny Dítě geneticky postižené syndromem Agent Orange. Důsledek zasažení vietnamské populace defolianty používaných americkou armádou. Formulace Agent Orange představovala defoliant na bázi fenoxyoctové kyseliny, která obsahoval vedlejší produkt dioxiny. 5
Kategorie detekční metod Princip detekčních metod chemikálií je založen na interakci sledovaných molekul nebo atomů molekul s jinými chemikáliemi, katalyzátory nebo s vybranými spektry záření. Doprovodné změny jsou vyhodnocovány: neelektronicky elektronicky 6
Hodnocení detekčních technologií Výtečně 5 bodů nedostatečně 1 bod Technol Ionizační Plameno fotometr Detekční trubičky Detekční papírky Citlivost 3-4 3-4 3(5) 2 Selektivita 3-4 3-4 4 3-4 Čas odezvy 3-4 4-5 2-3 4 Výcvik 3 3 4 5 Logistika 3 3 4 4 Cena 2 2 4 5 7
Detekce neznámého obsahu pomocí AP2C detektoru 8
Detekce a monitoring chemických Detekce par látek Detekce kapalin 9
Detekce s následnou identifikací látek na místě-přenosný GC/MS 10
Detekční principy Spektrometrie pohyblivosti iontů [Ion Mobility Spectrometry (IMS)] Plamenová fotometrie/foto ionizace Infračervená spektroskopie Ramanova spektroskopie Plynová a hmotnostní chromatografie (GC/MS) Neutronová aktivační spektroskopie Biosenzory 11
Spektrometrie pohyblivosti iontů [Ion Mobility Spectrometry (IMS)] I. Ionizací molekul vzduchu např. ß zářením ze zdroje Ni63, vznikají reaktivní ionty s kladným a záporným nábojem RI(+) a RI(-), které slouží jako nosný ionizovaný plyn. II. Náboje iontů jsou částečně přenášeny na molekuly chemických látek, čímž jsou rovněž ionizovány a pomocí elektrického pole jsou přesunuty na reakční ionizační komůrky. III. Elektrické napětí na mřížce zabraňuje nabitým iontům-klastrům molekul chemické látky úniku do driftovací trubice. IV. Rychlou změnou polarity napětí na mřížce ionizační komůrky jsou ionty urychleny do driftovací trubice V. Další elektrické pole pohybuje ionty v driftovací trubici směrem ke kolektoru na konci trubice. VI. Vzhledem k různé pohyblivosti iontů (velikost a náboj), tyto se pohybují v elektrickém poli různou rychlosti a tím jsou sbírány na kolektoru v různem čase. Tyto rozdíly pak slouží k dalšímu vyhodnocování v souvislosti s charakteristikou odpovídající příslušným molekulám a jejich ionizovaných fragmentům. 12
Spektrometrie pohyblivosti iontů Reakčními ionty mohou být molekuly vzduchu kde: Positivními ionty jsou molekuly vody: H + (H 2 O)n a Negativními ionty jsou kyslík a oxid uhličitý: O 2 -, CO 3 - Inotové klastry NL + H + (H 2 O)n Yperit + O 2- (H 2 O)n NL.H + + (H 2 O)n NL. NL.H + NL.H + (H 2 O)n Yperit.O - 2 + (H 2 O)n Jinými dopanty mohou být molekuly acetonu nebo amoniaku 13
Spektrometrie pohyblivosti iontů Ionizací mohou být generovány následující ionty Ionty Ionty (P + ) monomer (P-P + ) dimer Klastrové ionty (P-H 3 O + ) (P-O 2- ) Hydrolyzované ionty (Cl - ) 14
Elektronická detekce spektrometrem pohyblivosti iontů IMS 15
Ion Mobility Spectrometer - IMS 16
IMS driftovací trubice 17
Chemical Agent Monitor / CAM 18
Detekční limity CAM Stupeň Indikace Sarin mg/m 3 Yperit mg/m 3 1 0.005 0.021 2 0.023 0.032 3 0.047 0.052 4 0.10 0.10 5 0.27 0.19 6 0.98 0.47 6 1.8 0.93 8 3.2 1.4 19
Souprava CAM- IMS Brašna CAM Litiová baterie Hubice Nosný popruh Ochranný kryt Tester Manuál 20
IMS detektory 21
Výcvikový elektronický simulátor CAM-SIM Tester Kontrolní karty Šroubováky Mobilní simulátory Detekční simulátory Pozemní simulátory CAM-SIM Startovací klíč 22
IMS 2000 23
Souprava elektronický simulátor CAM-SIM 24
IMS Elektronický detektor CHEMPRO 100 25
RAID R A I D Rapid Alarm Identification Detector 26
RAID Detekční úrovně Citlivost Poplach NL: 0.04 0.2 mg/m3 Yperit: 0.06 0.5 mg/m3 ITOX: > 1 > 1 mg/m3 Fosgén 0.2 0.7 ppm 27
RAID M 28
APD2000 29
Gas Detector Array GDA-2 30
Kombinované senzory - GDA Senzor na oxidech kovů Elekrochemický senzor Senzor pohyblivosti iontů Izotop Ni 63 Fotoionizační Senzor 10,2 ev Detekční kanály 31
Detekce látek kombinací senzorů GDA 32
Detekce látek zvýšenou desorpcí s Chemické látky, které pronikají do materiálů (nebo při nízké vnější teplotě) jsou desorbovány infračerveným ohřevem a s vyšší účinností detekovány GDA 33
Osobní detektor LCD IMS 34
Osobní detektor LCD IMS 35
GID-M Dyna Senzor 36
Fotoionizační detektor Ionizace chemických molekul je prováděna ultrafialovým zářením (UV). Nabité ionty jsou přitahovány elektrodou s elektrickým potenciálem a výsledný elektrický proud je proporcionální koncentraci iontů a tím koncentraci chemické látky Podmínkou je schopnost ionizace patřičných molekul UV zářením s potenciálem 10.6 or 11.7 ev 37
Plamenová atomová emisní spektrometrie Chemické látky jsou spalovány ve vodíkovém nízkoteplotním plameni ve kterém atomy jsou excitovány a při návratu do původních energetických hladin emitují čárové elektromagnetické záření určitých vlnových délek. Například atomy fosforu emituje záření o 510 nm a síry 392 nm 38
Přenosný plameno-emisní emisní detektor APCC (AP2C) A Appareil P Portatif (pour le) C Controle (de la) C Contamination 39
Přenosný detektor AP2C Hubice na vzorky Hubice Bzučák Manuál AP2C Litiová baterie Nosný popruh Vodíkový kontejner 40
AP2C 41
Souprava AP2C 42
S4PE na odběr vzorků z povrchů a kapalin 43
AP2C s nástavcem na odběr vzorků 44
S4PE na odběr vzorků Kontejner se stíracími snímači Stírací snímač 45
Použití S4PE Odpaření sejmutého vzorku elektrickým zahřátím stíracího snímače 46
AP2C se zvukovým nástavcem Zvukový indikátor měření 47
Krystalový senzor jako mikrováhy 48
Krystalový senzor 49
ChemSentry 150C Chemical Detection System 50
Detektor/monitor s krystalovým senzorem 51
Identifikace-analýza analýza na místě GC/MS spektrum 52
Identifikace-analýza analýza na místě GC/MS HAPSITE 53
Mobilní GC/MS analyzátor 54
Nedestruktivní detekce 55
Ramanova spektra Acetonperoxid 56
Ramanova vibrační spektra molekul V Ramanově spektrometru je vzorek chemické látky ozářen intenzivním ultrafialovým nebo infračerveným světlem o frekvenci 0 Molekuly jsou excitovány do krátkodobého stavu vlivem jejich interakce s fotony o energii h 0 Následně foton s frekvencí R je vyzářen v souvislosti s přechodem molekuly z excitovaného stavu do základního energetického stavu. Jestliže konečný vibrační stav i se odlišuje od počátečního stavu R, potom se frekvence odlišuje od počáteční podle vztahu: i= 0 - R a rozdíl energie je E= E 0 - E R = h i Frekvence i odpovídají vibračnímu přechodnému stavu v molekule a jsou nezávislé na hodnotě 0 Tím Ramanovo spektrum lze použít jako unikátní chemický otisk testované látky 0 57
Princip generace Ramanova spektra Vzorek 0 Klasický rozptyl 99% Ramanův rozptyl 1 % 58
Infra červené spektrum látky VX 59
Infra červené spektrum Yperitu 60
Přenosný ramanovský detektor a Rychlá detekce a identifikace velkého množství chemických látek Rozlišení směsí látek Identifikace výbušin Není nutný odběr vzorku pokud je látka v opticky propustném obalu analyzátor 61
Identifikace látky přes obal bez odebírání vzorku 62
Detekce a identifikace v reálných podmínkách 63
Využití detektoru 64
Prodloužená sonda detektoru 65
GE detektor a analyzátor 66
Isotopová neutronová spektroskopie 67
Gama energie prvků v náplních munice 68
Generace isotopu dusíku tepelnými neutrony 69
Gama spektrum náplně trhaviny 70
Gama spektrum náplní s yperitem a trhavinou 71
Přenosné a mobilní spektrometry 72
Rentgenové skenování 73
Rentgenová metoda Generátor Roentgenova záření Obrazová detekce (film nebo scintilátor) 74
Rtg snímek hladiny kapalné náplně 75
Zobrazení náplně ve skleněném obalu 76
Identifikace výbušin rentgenem 77
Identifikace improvizovaného výbušného rentgenem 78
Ultrazvuková metoda detekce Spektrum prázdného náboje Spektrum náboje s náplní 79
Biosenzory 80
Bakteriologický detektor/analyzátor 81
Dálková detekce 82
Princip pasivního IČ dálkového detektoru 83
Princip dálkového monitorování 84
Princip dálkového monitorování skenování prostoru 85
86
Infračervený dálkový monitor 87
Dálkový detektor/monitor 88
Dálkový detektor/monitor 89
Dálkový laserový detektor/monitor 90
Dálkový laserový detektor/monitor 91
Průzkumné vozidlo s dálkovými detektory 92
Shrnutí přednášky Na konci přednášky by jste měli vědět: Důvody pro detekci Princip detekce s využitím pohyblivosti iontů Princip plamenové atomové emisní fotometrické detekce Principy detekce s Ramanovy spektry Principy nedestrukční detekce Principy dálkové detekce 93
DOTAZY Příprava tohoto předmětu je spolufinancována Evropským ENV012, Jaro sociálním 2012 fondem a státním rozpočtem České republiky 94
ZÁVĚRY Příprava tohoto předmětu je spolufinancována Evropským ENV012, Jaro sociálním 2012 fondem a státním rozpočtem České republiky 95
ZÁVĚRY 96
VÝSTUPY LEKCE 97