МОДУЛЬ НЕПРЕРЫВНОГО ОБНАРУЖЕНИЯ СЛЕДОВЫХ КОЛИЧЕСТВ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ В ВОЗДУХЕ

Полезная модель относится к сфере обеспечения безопасности граждан, находящихся в общественных местах, аэропортах, вокзалах, на рабочих местах, для обеспечения личной безопасности граждан, работников силовых структур и полиции. Модель может быть использована для прямого мониторинга и пресечения незаконного оборота взрывчатых веществ, для снижения террористической угрозы.
Так как практически все взрывчатые вещества имеют некоторое давление паров, т.е. летучесть, при перевозке и хранении пары взрывчатых веществ неизбежно попадают в воздух и могут быть обнаружены детектором. При создании полезной модели было использовано в качестве сенсорного элемента органическое вещество, способное к тушению его флуоресценции при контакте с парами ВВ, аналогичное таким, как описано в статьях (Thomas, S.W., III; Joly, G.D.; Swager, T.M. Chem. Rev. 2007, 107, 1339-1386; Yang, J.-S.; Swager, Т.М.J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 5321-5322; Yang, J.-S.; Swager, T.M.J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 11864-11873).
Известным аналогом полезной модели является отечественные приборы обнаружения взрывчатых веществ «Кербер» и «Пилот-М», основанные на явлении дрейфа ионов. Существенным недостатком данных аналогов является непрямое обнаружение аналитов, т.е. данные устройства не могут обнаружить взрывчатые вещества непосредственным контактом. Данные аналоги работают периодически, путем исследования фильтров после прокачки через них анализируемого воздуха. Представленная полезная модель является устройством, избавленным от этого недостатка, т.е. обнаруживает взрывчатые вещества непосредственно в воздухе путем его прокачки через полезную модель. Устройство непрерывного действия.
Наиболее близким зарубежным техническим решением является модуль обнаружения, в состав которого входит полимерный химический сенсор, используемый в чистом виде или в составе нефлуоресцентных полимерных матриц, и в присутствии пластификатора помещенный на рабочую поверхность сенсорного элемента в виде однородной полимерной пленки толщиной от 250 до 3000 нм. Основным недостатком такого устройства является то, что эффективное обнаружение взрывчатого вещества зависит от глубины проникновения паров ВВ в тело полимерного сенсорного материала - наибольшая эффективность обнаружения паров достигается при наименьшей толщине сенсорного полимерного материала (US Patent 6,558,626 B1 "Vapor Sensing Instrument for Ultra Trace Chemical Detection", Thomas, S.W., III; Joly, G.D.; Swager, T.M. Chem. Rev. 2007, 107, 1339-1386; Yang, J. -S.; Swager, T.M.J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 5321-5322; Yang, J.-S.; Swager, T.M.J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 11864-11873). При этом на степень эффективного детектирования материала мало влияет природа нефлуоресцентной полимерной матрицы и тип флуоресцентного индикатора (могут быть использованы другие флуоресцентные молекулы, например антрацен, флуоресцеин, эозин и т.д.). Немаловажным недостатком данного устройства следует считать слабую десорбцию молекул взрывчатых веществ из пленки, из-за чего фотолюминесценция не может достичь исходного уровня и при интенсивном использовании чувствительность такого детектора значительно падает со временем.
В качестве прототипа полезной модели было выбрано устройство (МОДУЛЬ ОБНАРУЖЕНИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ В ВОЗДУХЕ С НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫМ СЕНСОРНЫМ ЭЛЕМЕНТОМ: пат. 127466 Рос. Федерация N 2012152387; заявл. 05.12.12.), также как заявляемая полезная модель непрерывного действия и с наноструктурированным сенсорным элементом, но имеющее два конструктивных недостатка - несъемный сенсорный элемент и слабый световой поток от сенсорного элемента.
Технический результат, достигаемый данной полезной моделью заключается в повышение чувствительности сенсора за счет улучшенной оптики, увеличение эффективности полезной модели внесением конструктивного изменения в виде съемного сенсорного элемента. Это достигается тем, что полезная модель снабжена непрозрачной камерой, крышка которой выполнена в виде фокусирующей линзы, собирающей световой поток, идущий от расположенного под крышкой сенсорного элемента и плотно фиксирующая сенсорный элемент, причем сенсорный элемент выполнен из нетканого материала съемным.
При срабатывании сенсорного материала отклик идет в виде снижения интенсивности фотолюминесценции, и для лучшей чувствительности световой поток от сенсора фокусируется линзой. Линза также служит перегородкой между воздушным потоком и чувствительным элементом и препятствует загрязнению детектирующего устройства пылью из воздуха. Задача по увеличению эффективности обнаружения следовых количеств BB с помощью данной полезной модели решается также тем, что сенсорное вещество в растворе полимерной матрицы подвергается наноструктурированию. Наиболее технически осуществимым методом является процедура электроформования (Quynh P. Pham, Upma Sharma, and Antonios G. Mikos, Electrospinning of Polymeric Nanofibers for Tissue Engineering Applications: A Review TISSUE ENGINEERING Vol. 12, No. 5, 2006 pp. 1197-1211). В результате сенсор в составе полимерной матрицы изготавливают в виде наноструктурированных волокон с наименьшей толщиной не более 100 нм.
Изготовленный таким образом нетканый матерчатый сенсорный материал плотно прижимают линзой модуля (Фиг. 1), который представляет собой камеру из непрозрачного в видимой области материала с крышкой, выполненной в виде собирающей линзы, закрывающей собой круглое отверстие с диаметром, меньшим, чем у линзы, сделанное в верхней части камеры. На отверстие соосно прикреплен металлический тубус диаметром, на 1 мм больше, чем у линзы, служащий оправкой для установки нетканого сенсорного материала и линзы. После установки сенсорного элемента линзу закрепляют в оправке распорным металлическим кольцом. Модуль помещают в светозащитный кожух (7) или встраивают в защищенное от видимого света место.
Модуль обнаружения работает следующим образом. Анализируемый воздух через патрубки в непрерывном режиме пропускается через камеру (2) с помещенным под линзу-крышку (1) нанострукурированным сенсорным элементом (4). Детектирование взрывчатого вещества основано на интенсивном тушении фотолюминесценции сенсорного материала в присутствии паров взрывчатого вещества в воздухе. В данном модуле фотолюминесценцию возбуждает УФ-светодиод (3). При наличии в воздухе паров взрывчатых веществ, за счет большой удельной поверхности эффективного массообмена сенсорного элемента происходит эффективная хемосорбция молекул взрывчатых веществ на поверхность сенсорного элемента. При этом образуются нефлуоресцентные молекулярные комплексы между молекулой-сенсором и взрывчатым веществом. В результате наблюдается интенсивное тушение фотолюминесценции сенсорного материала. Для предотвращения засвечивания детектора (6) на пути светового потока перед ним установлен отрезающий УФ излучение светофильтр (5).
Технический результат заключается в повышении эффективности модуля обнаружения взрывчатых веществ в воздухе и достигается за счет следующего: фокусирование излучения от сенсорного материала с помощью собирающей линзы приводит к значительному увеличению чувствительности модуля к следовым количествам паров взрывчатых веществ. Использование отрезающего УФ излучение поляризационного светофильтра позволит уменьшить до минимума засвечивание детектора, что приводит к понижению порога обнаружения следовых количеств паров взрывчатых веществ. Съемный сенсорный элемент позволяет продлить срок службы сенсорного модуля.