폭발물 추적 검출기

Explosives trace detector

폭발물 추적탐지기(ETD)는 소형 폭발물을 탐지할 수 있는 폭발물 탐지 장비다. 검출은 가시성이 없는 "추적" 미립자 양을 샘플링함으로써 이루어진다. 또한 ETD와 유사한 장치는 마약 탐지에도 사용된다. 이 장비는 주로 공항과 기타 불법 간섭 행위에 취약한 것으로 간주되는 취약한 지역에서 사용된다. 스티븐 리 박사는 육군 연구소에서 근무하면서 피도 폭발물 탐지기를 발명한 공로를 인정받고 있다.[1]

특성.

민감도

검출 한계는 검출기가 신뢰성 있게 검출할 수 있는 폭발 물질의 가장 낮은 양으로 정의된다. 나노그램(ng), 피코그램(pg) 또는 펨토그램(fg) 단위로 표현되며, fg가 ng보다 pg보다 낫다. 10억분의 1(ppb), 1조분의 1(ppt) 또는 1조분의 1(ppq)의 단위로도 표현할 수 있다.

대부분의 폭발물은 낮은 증기압을 가지고 있기 때문에 민감도가 중요하다. 폭발물 증기를 안정적으로 검출하는 데는 감도가 가장 높은 검출기가 최고다.

중량 부족

휴대용 폭발물 탐지기는 사용자가 잡을 때 피로하지 않도록 가능한 한 가벼운 무게여야 한다. 또한, 가벼운 무게 감지기는 로봇 위에 쉽게 놓일 수 있다.

크기

휴대용 폭발물 탐지기는 자동차 밑이나 쓰레기통 내부와 같은 곳에 닿기 어려운 곳에서 폭발물을 감지할 수 있도록 가능한 한 작아야 한다.

냉간 시동 시간 및 분석 시간

추적 검출기의 시작 시간은 검출기가 밀수 물질 검출에 최적화된 온도에 도달하기 위해 필요한 시간이다.

기술

색소학

폭발물 탐지를 위한 색도 측정 테스트 키트의 사용은 폭발물 탐지를 위해 가장 오래되고 단순하며 가장 널리 사용되는 방법 중 하나이다. 폭발물의 색도 검출은 알려지지 않은 물질이나 샘플에 화학 시약을 바르고 색 반응을 관찰하는 것을 포함한다. 일반적인 색상 반응은 사용자에게 폭발성 물질이 존재하는지 여부를 알려주고, 많은 경우 폭발성 물질이 파생되는 그룹을 나타낸다. 주요 폭발물군은 질산염 폭발물, 질산염 에스테르, 니트라민 폭발물,[2] 무기질 질산염 기반 폭발물, 염소산염 기반 폭발물, 과산화물 기반 폭발물 등이다.

이온 이동성 분광법

이온 이동성 분광기(IMS)를 이용한 폭발물 검출은 균일한 전기장 내 이온의 속도를 기반으로 한다. IMS에는 Ion trap 모빌리티 분광분석(ITMS)이나 IMS 원리에 기초한 비선형 이온 이동성 의존(NLDM)과 같은 몇 가지 변종이 있다. 이 기술을 사용하는 기기의 민감도는 pg 수준으로 제한된다. 이 기술은 또한 니켈-63이나 아메리슘-241과 같은 방사성 선원에 의해 수행되는 샘플 폭발물의 이온화를 요구한다. 이 기술은 GE VaperTracer, Smith Sabre 4000, 러시아제 MO-2M, MO-8과 같이 대부분의 상용 폭발 검출기에서 발견된다.[citation needed] 이들 장비에 방사성 물질이 있으면 규제상의 난관이 발생하며 세관에서 특별 허가를 받아야 한다. 이러한 검출기는 현장 서비스를 받을 수 없으며, 잘못 취급하여 검출기 케이싱이 균열될 경우 운전자에게 방사선 위험을 초래할 수 있다. 대부분의 국가에서 그러한 장비에 대해 2년마다[clarification needed] 점검은 방사선 누출이 없는지 확인하기 위해 기관을 규제함으로써 의무적이다. 이러한 기기의 처리는 사용되는 방사성 물질의 반감기가 높기 때문에 제어된다.

Electrospray 이온화, 이동성 분석(DMA), 탠덤 질량분석(MS/MS)은 SEDET(Sociedad Europea de Deteccion)가 현재 스페인에서 개발 중인 항공 화물 컨테이너를 대상으로 하는 '에어 카고 폭발성 스크리너(ACES)'에 사용한다.[citation needed]

테르모 레독스

이 기술은 폭발성 물질의 분해에 따른 니트로 그룹의 감소에 따른 것이다. 대부분의 군사급 폭발물은 니트로 화합물이며 그 위에 NO2 그룹이 풍부하다. 폭발성 증기는 흡착기에 높은 속도로 빨려들어간 다음 열화된다. 그런 다음 열화 제품에서 니트로 그룹의 존재가 검출된다. 이 기술은 많은 다른 무해한 화합물들 또한 니트로 그룹이 풍부하기 때문에 훨씬 더 많은 허위 경보를 가지고 있다. 예를 들어, 대부분의 비료는 폭발물로 잘못 식별된 니트로 그룹을 가지고 있으며, 이 기술의 민감도 또한 상당히 낮다. 이 기술을 사용하는 대표적인 검출기는 섬광 트레이스 EVD 3000이다.

화학 발광

이 기술은 특정 화합물이 폭발성 입자에 부착될 때 발생하는 발광에 기초한다. 이것은 스프레이나 시험지 같은 비전자 장비에 주로 사용된다. 나노그램의 순서는 민감도가 상당히 낮다.

증폭형광중합체

증폭형광중합체(AFP)는 유망한 신기술로 폭발성 분자와 결합해 검출 시 증폭신호를 주는 합성 고분자를 기반으로 한다. 중합체가 아닌 화합물을 이런 목적으로 활용할 경우 폭발물 흔적에 의한 형광의 진화는 검출되지 않는다. 얇은 필름에서 형광 중합체를 증폭시키면, 흥분된 상태 중합체(excitons)는 중합체 백본과 인접한 중합체 필름 사이를 이동할 수 있다. 이 센서들은 원래 트리니트로톨루엔을 감지하기 위해 만들어졌다. AFP에서는 1개의 TNT 분자를 결합하면 중합체의 결합 구조로 인해 형광이 상당히 가라앉는다. 실제로 폴리머는 취침 반응의 증폭을 100-1000배 증가시키는 결과를 가져온다고 보고되었다.

"흥분된 상태 수명 동안, 익시톤은 유한한 양의 폴리머 필름을 통해 무작위적인 보행에 의해 전파된다."[3] 일단 TNT 또는 다른 전자 결핍 분자(즉, 전자 수용)가 폴리머와 접촉하면, 이른바 저에너지 '트랩'이 형성된다. "만약 익시톤이 접지 상태로 전환되기 전에 바운드된 전자 결핍 분자 부위로 이동하면 익시톤은 갇히게 되고(비방사성 과정) 흥분 사건에서 형광이 관찰되지 않는다. 익시톤은 흥분된 상태 수명 동안 많은 잠재적 분석 물질 결합 사이트를 샘플링하므로 익시톤이 점유된 '수용체' 사이트를 샘플링하여 쿼리될 확률은 크게 증가한다.[3]

증폭 형광 폴리머의[4] 예

피도로 알려진 AFP를 활용한 폭발물 추적 탐지기는 원래 국방고등연구계획국(DARPA) 개의 코 프로그램에 따라 개발됐으며 현재는 FLIR시스템이 제작하고 있다. 현재 세대는 광대역 추적 폭발물 탐지 기능을 제공하며 무게는 3파운드 미만이다. 감도는 펨토그램(1×10g−15)의 순서로 되어 있다. 이런 감성을 얻을 수 있는 기술은 이 분야에서 유일하다.

질량분석법

최근 질량분석(MS)이 또 다른 ETD 기술로 떠오르고 있다. 질량 분석법을 채택하면 핵심 기술의 높은 해상도로 인해 ETD와 관련된 허위 경보 발생률을 낮출 수 있다.[citation needed] 또한 일반적으로 2차 전기이온화(SESI-MS) 비방사성 이온화(Non-Radioactive Ionization, SESI-MS) 방식을 사용하며,[5][6][7] 주로 데스크탑 ETD 시스템에서 사용되며, 휴대형 ETD를 위해 질량분광법을 소형화할 수 있다.

참조

  1. ^ "Research lab chief scientist gains presidential recognition". www.arl.army.mil. Retrieved 5 June 2018.
  2. ^ Marshall, Maurice; Oxley, Jimmie (2009). ASPECTS OF EXPLOSIVES DETECTION.
  3. ^ a b Cumming, Colin; Fisher, Mark; Sikes, John (2004-01-01). Gardner, Julian W.; Yinon, Jehuda (eds.). Electronic Noses & Sensors for the Detection of Explosives. NATO Science Series II: Mathematics, Physics and Chemistry. Springer Netherlands. pp. 53–69. doi:10.1007/1-4020-2319-7_4. ISBN 9781402023170.
  4. ^ Thomas, Samuel W.; Joly, Guy D.; Swager, Timothy M. (2007-04-01). "Chemical Sensors Based on Amplifying Fluorescent Conjugated Polymers". Chemical Reviews. 107 (4): 1339–1386. doi:10.1021/cr0501339. ISSN 0009-2665. PMID 17385926.
  5. ^ Martínez-Lozano, Pablo; Rus, Juan; Fernández de la Mora, Gonzalo; Hernández, Marta; Fernández de la Mora, Juan (February 2009). "Secondary electrospray ionization (SESI) of ambient vapors for explosive detection at concentrations below parts per trillion". Journal of the American Society for Mass Spectrometry. 20 (2): 287–294. doi:10.1016/j.jasms.2008.10.006. ISSN 1044-0305. PMID 19013080.
  6. ^ Tam, Maggie; Hill, Herbert H. (May 2004). "Secondary Electrospray Ionization-Ion Mobility Spectrometry for Explosive Vapor Detection". Analytical Chemistry. 76 (10): 2741–2747. doi:10.1021/ac0354591. ISSN 0003-2700. PMID 15144183.
  7. ^ Aernecke, Matthew J.; Mendum, Ted; Geurtsen, Geoff; Ostrinskaya, Alla; Kunz, Roderick R. (2015-11-25). "Vapor Pressure of Hexamethylene Triperoxide Diamine (HMTD) Estimated Using Secondary Electrospray Ionization Mass Spectrometry". The Journal of Physical Chemistry A. 119 (47): 11514–11522. doi:10.1021/acs.jpca.5b08929. ISSN 1089-5639. PMID 26505487.