Wykrywanie materiałów wybuchowych w plastikowych butelkach za pomocą spektroskopii TRRS

Naukowcy opracowali z wykorzystaniem spektroskopii Ramana metodę wykrywania i identyfikacji materiałów wybuchowych ukrytych w nieprzezroczystych plastikowych opakowaniach, która w przyszłości może być wykorzystana do sprawdzania bagażu na lotniskach.

Obecnie stosowana kontrola bagażu na lotniskach opiera się na jego prześwietleniu promieniami rentgenowskimi lub bezpośrednimi przeszukaniu. Metoda rentgenowska w wielu przypadkach pozwala wykryć niebezpieczeństwo, jednak nie daje informacji o konkretnej substancji chemicznej ukrytej np. w nieprzezroczystej butelce z tworzywa sztucznego.

Wg Freek Aries z VU University w Amsterdamie spektroskopia Ramana może dać wiele informacji nt. ukrytych substancji chemicznych. Aby to potwierdzić Aries wraz ze współpracownikami z uczelni wzięli na warsztat technikę TRRS (time-resolved Raman spectroscopy) . Ideą TRRS jest badanie nie wszystkich fotonów rozproszonego na badanej próbce światła podczerwonego, ale tych, które docierają do detektora po pierwszych kilkuset pikosekundach od wzbudzenia próbki przez laser. Wynika to z faktu, że fotony docierające z powierzchni próbki mają najkrótszą drogę do detektora, co przy stałej ich szybkości powoduje że pojawiają się w nim najszybciej. Z każdą kolejną pikosekundą docierają fotony rozproszone o głębsze warstwy próbki.

Naukowcy z Amsterdamu przetestowali możliwości detekcyjne TRRS na specjalnie przygotowanej próbce – wypełnionej sproszkowanym dinitrotoluenem (produktem ubocznym produkcji trotylu) butelce plastikowej o ściankach o maksymalnej grubości 5 mm. W pierwszych pikosekundach pomiaru badacze zebrali widmo ramanowskie z przeważającą częścią sygnału pochodzą od tworzywa sztucznego z którego składała się butelka, aby w późniejszym etapie oddzielić je od widma poszukiwanej substancji. Następnie w kolejnych krokach stopniowo zwiększano czas od wzbudzenia laserowego próbki do otwarcia przesłony detektora do momentu gdy otrzymano widmo dinitrotoluenu.

Badania przeprowadzono na różnych butelkach. Okazało się, że zarówno typ tworzywa jak i grubość ścianek butelki zmieniają optymalny czas detekcji widma poszukiwanej substancji – wahał się on od 300 do 500 pikosekund. Najważniejsze jest to, że w każdym z badanych przypadków udało się wykryć niebezpieczną substancję wewnątrz butelki. Niestety pomimo tak dobrych wyników metoda ma tę wadę, że nadaje się tylko do wykrywania substancji ukrytych w opakowaniach z tworzyw sztucznych – jeśli chcemy ujawnić zawartość metalowej puszki lub kartonowego pudełka TRRS nie da nam odpowiedzi. Ariese ma jednak nadzieje, że przy zastosowaniu promieni lasera o innych częstotliwościach uda się rozszerzyć zastosowanie TRRS.

(pj)