ИМИТАТОРЫ ЗАПАХА ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ
EXPLOSIVES ODOUR IMITATORS

Настоящее изобретение относится к области создания имитаторов запаха взрывчатых веществ (ИЗВВ), предназначенных для их использования в кинологических службах при постановке собак на запах взрывчатых веществ (ВВ).
Использование обученных собак для обнаружения ВВ находит активное применение во всем мире при досмотре пассажиров, ручной клади, багажа, транспортных средств и грузов. Преимуществами кинологической службы является ее мобильность, способность работать в необорудованных помещениях и полевых условиях, а также высокочувствительное обоняние собак для обнаружения ВВ.
Ранее для тренировки служебных собак использовали реальные взрывчатые вещества. Это создавало большие трудности для кинологов, так как для работы с собаками требовались специальные охраняемые полигоны, а ВВ подлежали строгому учету и хранению. Для осуществления безопасных тренировок были созданы имитаторы запаха ВВ разного состава и конструкций, обладающие запахом, идентичным запаху реальных взрывчатых веществ.
Известен учебный реквизит запахов ВВ, содержащий смесь инертного носителя и одорологической добавки, состоящей из смеси диметилдинитробутана и ВВ (патент на изобретение RU 2541408 от            10.02.2015 г.).
Известен имитатор запаха гексогена для тренировки служебных собак, содержащий смесь инертного носителя и одорологической добавки, состоящей из смеси гексогена и тринитротолуола (патент на изобретение RU 2526124 от 20.08.2014 г.).
Известен учебный реквизит запахов ВВ, содержащий смесь инертного носителя и одорологической добавки, состоящей из смеси пара-мононитротолуола и ВВ (патент на изобретение RU 2541407 от 10.02.2015 г.).
Недостатками известных имитаторов является нестойкость запаха, имитирующего запах взрывчатых веществ, что приводит к быстрому выходу имитаторов из рабочего состояния. В известных имитаторах взрывчатые вещества находятся в мелкодисперсном состоянии, распределенном на инертном носителе, что позволяет даже при малой доле взрывчатых веществ в составе имитатора давать высокую интенсивность запаха, однако, и взаимодействие взрывчатого вещества с воздухом при этом происходит очень быстро. Специалистами в области служебно-розыскного собаководства отмечено, что у имитаторов запаха, изготовленных путем перемешивания небольших количеств (до 5%) мелкодисперсных взрывчатых веществ с инертным носителем, через некоторое время меняется запах, что выражается в различиях реакции обученных собак на свежеизготовленные и «старые» имитаторы (Диденко А.В., Яковенко А.А. Результаты научно-исследовательской работы по изучению учебных реквизитов взрывчатых веществ. Профессия кинолог. №12, 2016 г.). Собаки, обученные на реальных взрывчатых веществах, обычно находят свежеизготовленные имитаторы запаха, но «старые» имитаторы обозначают неуверенно, или вообще не реагируют. Причина изменения запаха в том, что при сильном разбавлении инертным носителем у взрывчатых веществ многократно увеличивается площадь поверхности, взаимодействующей с окружающей средой. При этом очень быстро происходят процессы окисления самого взрывчатого вещества, окисления примесей, а также быстрое испарение летучих примесей. Собака, которую обучали на реальных взрывчатых веществах, запомнила ту уникальную совокупность запахов взрывчатого вещества и его примесей. И когда ей попадается «старый» имитатор, в котором все летучие вещества улетучились, а взрывчатое вещество и примеси окислились и изменили свой запах, она начинает сомневаться в идентичности данного запаха тому, которому её обучали.
Решением данной проблемы может стать создание имитаторов запаха взрывчатых веществ, в которых все запаховые компоненты (ВВ и примеси) будут защищены от взаимодействия с воздухом. При этом запаховые компоненты должны выделяться в воздух в чистом виде постепенно, чтобы в течение всего периода обучения собаки получали одинаковую стабильную совокупность запахов, полностью соответствующую запаху промышленных ВВ.
Из уровня техники по совокупности существенных признаков найдено изобретение «Имитатор взрывчатых веществ», содержащий комплексное соединение с взрывчатым веществом (патент на изобретение RU 2388218 от 10.05.2010 г.).
Данное техническое решение принято нами в качестве прототипа.
Недостатком данного имитатора запаха ВВ следует признать низкую интенсивность запаха, вызванную, по-видимому, слишком сильной связью между молекулой ВВ и магнийнеорганическим полимером. Низкая интенсивность запаха приводит к тому, что собаки с трудом улавливают запах ВВ в составе известного имитатора, что затрудняет их обучение.
Целью заявленного технического решения является разработка имитаторов запаха ВВ, которые в течение длительного времени обеспечивают стабильно устойчивый запах взрывчатых веществ, являются безопасными для животных и людей, имеют низкую стоимость и не требуют специального хранения и учета.
Задача решается, что при изготовлении имитаторов запаха ВВ (тротила, гексогена, октогена, тетранитроэритрита (ТЭНа), тетрила, трициклоацетонпероксида («Киса»), гремучей ртути, пороха, аммиачной селитры, пластита, эластита) для дрессировки служебных собак, используют инертный носитель и эффективное количество одорологической добавки.
В качестве инертного носителя могут быть использованы: микрокристаллическая целлюлоза, силикагель, окись алюминия и другие носители, имеющие мелкопористую структуру. Также, в качестве инертного носителя могут быть использованы: фильтровальная бумага, хлопчатобумажная ткань, вискозная ткань, или любая другая ткань, способная удерживать на поверхности клатратные комплексы циклодекстринов с молекулами ВВ и молекулами сопутствующих запаховых примесей.
В качестве одорологической добавки используют клатратные комплексы циклодекстринов с молекулами ВВ и их сопутствующих примесей для защиты одорологических веществ от взаимодействия с воздухом и равномерного выделения одорологических веществ в окружающую среду в течение длительного времени.
Количество одорологической добавки в составе имитатора может меняться в зависимости от возраста и опыта собаки, а также предела обнаружения запаха, характерного для каждой конкретной собаки.
Для получения клатратных комплексов циклодекстринов используют альфа-, бета-, и гамма-циклодекстрин и промышленные ВВ. Структурные формулы молекул α-, β-, и γ-циклодекстринов приведены на фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3 соответственно. Пространственная конфигурация молекулы циклодекстрина проиллюстрирована на фиг. 4.
Фигура 1 – Строение молекулы ά-циклодекстрина
Фигура 2 – Строение молекулы β-циклодекстрина
Фигура 3 – Строение молекулы γ-циклодекстрина
Фигура 4 –  Пространственное строение молекулы циклодекстрина
Форма молекул циклодекстринов представляет собой тор, также напоминающий полый усеченный конус. Все ОН-группы в циклодекстринах находятся на внешней поверхности молекулы. Поэтому внутренняя поверхность молекулы является гидрофобной и способна образовывать в водных растворах комплексы включения с другими молекулами органической и неорганической природы. В комплексах включения кольцо циклодекстрина является «молекулой-хозяином», включенное вещество называют «гостем». В процессе образования комплексов меняются многие исходные свойства включаемых молекул, они становятся стабильными в процессах окисления и гидролиза (https://ru.wikipedia.org/wiki/Циклодекстрины). Свойство молекулы циклодекстрина защищать от окисления и деструкции молекулу «гостя» использовано нами для защиты ВВ и их примесей от воздействия факторов окружающей среды (кислорода, ультрафиолета, тепла и т.п.). Процесс образования клатратного комплекса обратимый: комплекс с течением времени распадается, и молекулы включения постепенно выделяются в окружающую среду в неизменном виде. Выделяющиеся в неизменном виде молекулы ВВ и их примесей собаки чувствуют и безошибочно определяют местоположение имитатора запаха ВВ. Таким образом, выделяющийся из имитаторов запах полностью идентичен запаху реальных ВВ.
Изготовление имитатора возможно двумя способами.
При изготовлении первым (твердофазным) способом циклодекстрин смешивают с взрывчатым веществом в мольном соотношении от 1:1 до 10:1, помещают в шаровую мельницу и измельчают при комнатной температуре в течение 1-5 часов со скоростью 60-300 оборотов в минуту. В результате механического взаимодействия образуется клатратный комплекс циклодекстрина и ВВ. Необходимо отметить, что для собак большое значение имеет запах не только самого ВВ, но и тех примесей, которые остались во взрывчатом веществе в процессе промышленного производства: органические растворители, кислоты, органическое сырье и побочные продукты. Резкий запах данных примесей первоначально привлекает и настораживает собак, побуждает их более тщательно принюхиваться. Все эти примеси также образуют клатратные комплексы с циклодекстрином и постепенно выделяются при использовании имитаторов запаха ВВ.
Для регулирования интенсивности запаха и улучшения таких эксплуатационных характеристик как сыпучесть, клатратный комплекс циклодекстрина с взрывчатым веществом перемешивают любым известным способом с инертным носителем: микрокристаллической целлюлозой, силикагелем окисью алюминия и др. Смесь микрокристаллической целлюлозы и клатратного комплекса циклодекстрина с ВВ для удобной эксплуатации легко прессуется в таблетки.
Второй (жидкофазный) способ больше подходит для имитаторов запаха, в качестве инертных носителей в которых используют фильтровальную бумагу или различные ткани. Циклодекстрин предварительно растворяют в воде, а ВВ растворяют в гидрофильном органическом растворителе. При выборе гидрофильного органического растворителя для каждого ВВ необходимо отдавать предпочтение тем растворителям, которые используют в процессе их промышленного получения, чтобы имитатор не имел постороннего запаха. Например, если в промышленности тротил на последней стадии производства очищают перекристаллизацией из спирта, то и для получения клатратных комплексов следует использовать спиртовой раствор тротила.
Концентрированный водный раствор альфа-, бета- или гамма-циклодекстрина перемешивают с концентрированным раствором ВВ в органическом растворителе таким образом, чтобы мольное соотношение циклодекстрина и ВВ приблизительно составляло 1:1. Смесь при перемешивании нагревают до 70-80 ºС с частичным выпариванием растворителей. Далее, при нанесении клатратного комплекса на фильтровальную бумагу или тканевую основу, фильтровальную бумагу или тканевую основу пропитывают полученной горячей смесью и высушивают при комнатной температуре. При выделении клатратного комплекса в чистом  виде, смесь охлаждают до комнатной температуры, выпавшие кристаллы клатратного комплекса циклодекстрина с ВВ отфильтровывают и высушивают при комнатной температуре.
Для подтверждения работоспособности имитаторов запаха ВВ были проведены испытания с участием специально обученных собак. Результаты испытаний представлены в таблицах 1-5. Для проведения испытаний 5 г имитатора запаивали в герметичные полиэтиленовые пакеты и помещали в недостроенном здании без окон, в защищенном от атмосферных осадков месте. В контрольный пакет запаивали 5 г реального ВВ для проверки способности собак к определению запаха и исключения ошибок. Знаком «+» в таблицах обозначена смесь, которая была опознана собакой как ВВ, знаком «–» смесь, на которую собака не отреагировала, знаком «±» смесь, на которую собака отреагировала неуверенно.
В результате многолетних испытаний было доказано, что имитаторы запаха ВВ разработанного состава способны в течение 5 лет выделять в воздух запах, полностью идентичный запаху реальных ВВ, что гораздо дольше известных аналогов, у которых срок эксплуатации обычно составляет от нескольких месяцев до 1 года.
Основываясь на выше изложенном можно сделать вывод о том, что заявленное техническое решение обеспечивает получение имитаторов запаха взрывчатых веществ (тротила, гексогена, октогена, тетранитроэритрита (ТЭНа), тетрила, трициклоацетонпероксида («Киса»), гремучей ртути, пороха, аммиачной селитры, пластита, эластита) для их использования в кинологической службе при постановке собак на запах ВВ, а так же заявленный способ удовлетворяет критериям патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость».
Таблица 1
– Результаты испытаний имитаторов запаха взрывчатых веществ, содержащих микрокристаллическую целлюлозу (МКЦ) в качестве инертного носителя и разной концентрации комплексы альфа-, бета-, и гамма-циклодекстрина с тротилом
Содержание комплексав МКЦ
0,0001%
0,001%
0,01%
0,1%
1%
10%
100%
Комплекс альфа-циклодекстрина и тротила
–
±
+
+
+
+
+
Комплекс бета-циклодекстрина и тротила
–
+
+
+
+
+
+
Комплекс гамма-циклодестринаи тротила
–
±
+
+
+
+
+
Таблица 2
– Результаты испытаний имитаторов запаха взрывчатых веществ, содержащих микрокристаллическую целлюлозу (МКЦ) в качестве инертного носителя и разной концентрации комплексы альфа-, бета-, и гамма-циклодекстрина с гексогеном
Содержание комплексав МКЦ
0,0001%
0,001%
0,01%
0,1%
1%
10%
100%
Комплекс альфа-циклодекстрина и гексогена
–
–
–
±
+
+
+
Комплекс бета-циклодекстрина и гексогена
–
–
±
±
+
+
+
Комплекс гамма-циклодестрина и гексогена
–
–
–
±
+
+
+
Таблица 3
– Результаты испытаний имитаторов запаха взрывчатых веществ, содержащих микрокристаллическую целлюлозу (МКЦ) в качестве инертного носителя и разной концентрации комплексы бета-циклодекстрина с различными взрывчатыми веществами
Содержание комплексав МКЦ
0,001%
0,01%
0,1%
1%
10%
100%
Имитатор тротила
+
+
+
+
+
+
Имитатор гексогена
–
±
±
+
+
+
Имитатор октогена
–
–
±
+
+
+
Имитатор ТЭНа
–
±
+
+
+
+
Имитатор тетрила
±
+
+
+
+
+
Имитатор трициклоацетонпероксид
±
+
+
+
+
+
Имитатор пороха
±
+
+
+
+
+
Имитатораммиачной селитры
–
±
+
+
+
+
Имитатор пластита
±
+
+
+
+
+
Таблица 4
– Результаты испытаний имитаторов запаха взрывчатых веществ на сохранение свойств при хранении, содержащих микрокристаллическую целлюлозу (99%) в качестве инертного носителя и комплексов бета-циклодекстрина с различными взрывчатыми веществами (1%).
Имитатор ВВ
Длительность хранения
1 год
2 года
3 года
4 года
5 лет
6 лет
Имитатор тротила
+
+
+
+
+
+
Имитатор гексогена
+
+
+
+
±
±
Имитатор октогена
+
+
+
+
±
–
Имитатор ТЭНа
+
+
+
+
+
+
Имитатор тетрила
+
+
+
+
+
+
Имитатор трициклоацетонпероксид
+
+
+
+
+
+
Имитатор пороха
+
+
+
+
+
+
Имитатораммиачной селитры
+
+
+
+
±
±
Имитатор пластита
+
+
+
+
+
+
Таблица 5
– Результаты испытаний имитаторов запаха взрывчатых веществ, содержащих 99% разных инертных носителей и комплексов бета-циклодекстрина с различными взрывчатыми веществами (1%).
Имитатор ВВ
Инертный носитель
Микрокристаллическая целлюлоза
Силикагель
Окись алюминия
Фильтровальная бумага
Хлопчатобумажная ткань
Вискозная ткань
Имитатор тротила
+
+
+
+
+
+
Имитатор гексогена
+
+
+
+
+
+
Имитатор октогена
+
+
+
+
+
+
Имитатор ТЭНа
+
+
+
+
+
+
Имитатор тетрила
+
+
+
+
+
+
Имитатор трициклоацетонпероксида («Киса»)
+
+
+
+
+
+
Имитатор пороха
+
+
+
+
+
+
Имитатор аммиачной селитры
+
+
+
+
+
+
Имитатор пластита
+
+
+
+
+
+