Lekce 2 ENV012 Chemická bezpečnost a hazardní materiály Úvod do detekce CBR látek a principy detekce chemických látek Ing. Pavel Častulík, CSc castulik@recetox.muni.cz Jaro 2012 Příprava tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky 1 OSNOVA  Účel detekce  Podmínky detekce  Neelektronické detekční prostředky  Elektronické detekční prostředky  Mobilní analytické prostředky  Odběr vzorků  Průzkumné prostředky  Vytyčovací prostředky 2ENV012, Jaro 2012 ENV012, Jaro 20123 ÚVOD -Informační zdroje ENV012, Jaro 20124 Informační zdroje ENV012, Jaro 20125 Informační zdroje ENV012, Jaro 20126 Informační zdroje ENV012, Jaro 20127 Informační zdroje ENV012, Jaro 20128 OBSAH  Účel detekce  Podmínky detekce  Neelektronické detekční prostředky  Elektronické detekční prostředky  Mobilní analytické prostředky  Odběr vzorků  Průzkumné prostředky  Vytyčovací prostředky ENV012, Jaro 20129 Typy nehod a incidentů s možným únikem CBR látek  Dopravní nehody  Požáry a exploze  Průmyslové nehody  Povodně  Zemětřesení  Přírodní infekční epidemie  Záměrné použití Chemických, Biologických, Radiologických, Nukleárních a Explozivních materiálů) ENV012, Jaro 201210 Civilní nehody s nebezpečnými materiály ENV012, Jaro 201211 Průmyslové havárie SevesoSeveso/dioxin/dioxin –– ItItáállieie ČeČernobylrnobyl/JE/JE -- UkrUkrajinaajina EpidemieEpidemie Destrukce průmyslu ve válkáchDestrukce průmyslu ve válkách ENV012, Jaro 201212 Požár v chemickém provozu ENV012, Jaro 201213 Únik chloru na železnici ENV012, Jaro 201214 Inhalační otrava nervověparalytickou látkou (Kurdistan) ENV012, Jaro 201215 V kurdském městě Halabja bylo v roce 1988 usmrceno na 5,000 civilistů …Sarin… ENV012, Jaro 201216 Konvenční útoky generují nebezpečné látky ENV012, Jaro 201217 Chemikálie jako výbušniny ENV012, Jaro 201218 Zbraně hromadného ničení CC BB RR NN hemickéhemické iologickéiologické adiologickéadiologické ukleárníukleární EE xplozivníxplozivní && zápalnézápalné ENV012, Jaro 201219 Synonyma  ZHN- zbraně hromadného ničení zahrnují prostředky biologické, chemické a jaderné  Anglický ekvivalent  WMD-weapons of mass destruction zahrnují NBC- Nuclear, Biological and Chemical weapons ENV012, Jaro 201220 Synonyma  Nyní:  CBRN-chemické, biologické, radiologické, nukleární  Popřípadě:  CBRNE -chemické, biologické, radiologické, nukleární a vysoce explosivní ENV012, Jaro 201221 ZHN versus ZHN  ZHN Zbraně Hromadného Ničení  Nebo  ZHN Zbraně Hromadného Narušení ENV012, Jaro 201222 Kategorie CBRN nebezpečných materiálů ENV012, Jaro 201223 Nízkomolekulární toxické látky ENV012, Jaro 201224 Vysokomolekulární struktury ENV012, Jaro 2012 25 Ricinis communis toxin  Vstup infekce: Zažívací a inhalační trakt  Inkubační doba: 24-72 hod  Nákaza nepřenosná  Úmrtnost: vysoká  Symptomy: Nevolnost/Vrhnutí Dýchací potíže Bolesti břicha Krvavý průjem ENV012, Jaro 201226 Toxiny Toxiny biologického původu:  ricin  aconitine  anisatine  amanitine  falloidine  ophiotoxin  bufotoxin  batrachotoxin  saxitoxin  nereistotoxin  fugu toxin  botulinus toxin  tetanus toxin ENV012, Jaro 201227 EBOLA STAFYLOCUS ENTEROTOXIN B RICIN MOR NEŠTOVICE ANTRAX VIRY BAKTERIE TOXINY ENV012, Jaro 201228 První jaderný pokus TRINITY 16.červenec 1959 0.016 vteřiny po explozi 100 m ENV012, Jaro 201229 Pravděpodobnost použití ZHN versus účinek Potenciální dopad Pravděpodobnost použití Jaderná zbraň Improvizované jaderné prostředky Radioaktivní materiály Bojové otravné látky a průmyslové chemikálie Biologické látky Explozivní látky ENV012, Jaro 2012 30 Srovnání účinnosti ZHN Typ ZHN Mrtví Bez ochrany Zranění Bez ochrany Mrtví s ochranou Zranění s ochranou Konvenční 1 tuna 5 13 2 6 Chemický 300kg 200- 3000 200- 3000 20-300 20-300 Biologický 30 kg 20000- 80000 2000- 8000 Jaderný 20kt 40000 40000 20000 20000 ENV012, Jaro 201231 Chemické zbraně účinek  Otrava plic, kůže, nervového systému, krve  Rychle působící zejména přes dýchací orgány a sliznice  Kontaminace osob, ochranných prostředků, materiálu, techniky a prostředí po dobu hodin, dnů až týdnů  Problémy s identifikaci zasažení a zdravotnickými opatřeními  Vyvolávají paniku a narušení civilního života a ekonomických aktivit  Nemají mechanický destrukční účinek ENV012, Jaro 201232 Toxicita látek LD50 (g.kg-1) glukóza 35 000 000 chlorid sodný 3 700 000 jodid draselný 300 000 oxid arsenitý 45 000 kyanid draselný 10 000 sírový yperit 3 000 strychnin 500 sarin 20 tetrodotoxin 5 VX 0.14 ricin 0, 02 tetanus toxin 0, 001 botulotoxin 0,00003 ENV012, Jaro 2012 33 Toxicita bojových otravných látek Látka ECt50 mg-min/m3 LCt50 mg-min/m3 ED50 mg LD50 mg Tabun 2-3 200-400 - 1000 Sarin 3 100-200 - 1700 Soman 1-2 50-70 - 50 VX 1-2 10-50 1 10 Yperit 10-1000 1500 10 7000 Lewisit 1500 1500 15 4000 Fosgen - 3200 - HCN ~1500 2500-5000 - 7000 ENV012, Jaro 201234 Inhalační a dermální toxicita Toxicita LCt50 [mg/m3.min] LD50 [mg/70kg] 1 10 100 1000 10000 100000 C S C h lo rF o sg en Y p erit L ew isit H C NT abu n S arinS o m an V X R icin mg LCt50 LD50 ENV012, Jaro 2012 35 Toxicita Sarinu a látky „VX“ Vstup Forma Účinek Typ Sarin-dávka mg-min/m3 VX-dávka mg-min/m3 oči páry miosa ECt50 2-10 min <2 <0.09 inhalace páry lehký rýma ECt50 2-10 min <2 <0.09 inhalace 15l/min páry těžký ICt50 2-10 min <35 <25 inhalace 15l/min páry smrt LCt50 2-10 min 70 <30 kůže kapky smrt LDt50 1700 mg/ 70 kg man <10 mg/ 70 kg man ENV012, Jaro 201236 Účinky zpuchýřujícího yperitu na kůži ENV012, Jaro 2012 37 Fyzikální vlastnosti BOL Veličina GA GB GD VX HD L AC CK CG M.h. 162 140 182 267 159 207 27 61 99  par 5.6 4.9 6.33 9.2 5.4 7.1 0.99 1.18 3.4  kapaliny g/ml 1.07 1.09 1.02 1.01 1.27 1.89 0.69 0.69 1.37 B. t. °C -5 -56 -42 -51 14 -18 -13 -6.9 -128 B. v. °C 240 158 198 298 217 190 25.7 25.7 7.6 Tlak par mmHg 0.07 2.9 0.4 .007 0.07 0.39 742 1000 1.17 Těkavost mg/m3 610 22k 3k9 10.5 610 4k48 1m1 2m6 4m3 ENV012, Jaro 201238 Kategorie možných zneužitelných nebezpečných látek  Bojové chemické supertoxické a zpuchýřující látky  Policejní dráždivé látky  Toxické průmyslové chemikálie  Agrochemikálie  Farmakologické látky  Toxiny  Bakteriologické látky  Radiologické látky ENV012, Jaro 201239 Vysoce nebezpečné chemikálie acrylonitrile amiton amonia arsine boron trichloride boron trifluoride carbon disulfide chlorine chloroacetophenon diborane ethylene oxide fentanyl fluorine formaldehyde hydrogen bromide hydrogen chloride hydrogen cyanide hydrogen fluoride hydrogen sulfide malathion mercury methyl isocyanate nitric acid-fuming parathion perflurisobutylene phosgene phosphine phosphorus trichloride sulfur dioxide sulfuryl chloride sulfuric acid tungsten hexafluoride ENV012, Jaro 201240 Bakteriologické látky VIRY BAKTERIE TOXINY ENV012, Jaro 201241 Biologické zbraně účinek  Infekční onemocnění nebo biochemická otrava  Obtížná včasná identifikace a záměna symptomů s chemickou otravou  Obtížná kontrola infekční kontaminace a jejího přenosu infikovanými osobami  Kontaminace prostředí, materiálu, techniky a ochranných prostředků po dobu hodin až týdnů  Zpožděný účinek a projevy infekce  Záměna symptomů s chemickou otravou  Potenciálně mnohem účinnější než-li chemické zbraně  Nemají mechanický destrukční účinek ENV012, Jaro 201242 Bacillus Anthracis ověřený teroristický prostředek ENV012, Jaro 201243 Bacillus Anthracis ENV012, Jaro 201244 Skotsko-Gruniard Island  B-Antrax přetrval v terénu ostrova ještě pro 36 letech jeho rozšíření výbuchy v roce 1942  B-dekontaminace byla zahájena v roce 1979 a ukončena po 8 letech v roce 1987  Náklady na dekontaminaci nejsou zveřejněny  Bylo spotřebováno 280 tun formaldehydu a 2000 tun mořské vody ENV012, Jaro 201245 Washington 2001-poštovní sekce budovy Senátu  Kontaminace prostor B-Antraxem zaslaným v poštovní obálce  B-dekontaminace trvala několik měsíců  Náklady na B-dekontaminaci byly cca 23 milionů US dolarů  Následná kontaminace US Velvyslanectví ve Vídni ENV012, Jaro 201246 Charakteristika  Nepronikají nepoškozenou pokožkou  Nejsou těkavé  Jsou samostatně množivé  Jsou mnohem toxičtější něž chemikálie (vztaženo na hmotnost)  Nelze je detekovat lidskými smysly  Velmi omezená včasná detekce  Šíření jako aerosoly, dotyk a konzumace kontaminovaných předmětů (potrava, voda), přenášení infikovaným hmyzem, hlodavci, atd. ENV012, Jaro 201247 Biologická charakteristika  Velký a variabilní rozsah účinků  Jsou přírodního původu a rovněž modifikované uměle  Dají se relativně snadno produkovat  Mají zpožděné účinky  V prvních fázích infekcí znaky a účinky jsou obtížné identifikovatelné ENV012, Jaro 201248 Šíření kontaminace Chemická nebo radiační kontaminace Bakteriologická kontaminace ENV012, Jaro 201249 Jaderné zbraně a jeich destruktivní účinek  Rozsáhlý mechanický destrukční účinek  Exploze, požár a radiace  Zničení rozsáhlých prostorů a následný spad kontaminace na velkých prostorech  Kontaminace prostoru, ochranných prostředků, techniky a materiálů po dobu dnů, týdnů až roků  Velká zdravotnická zátěž  Dlouhodobé umíraní obětí vlivem radiace  Masivní narušení civilního života a ekonomických aktivit  Vyvolává velkou paniku s teroristickým charakterem ENV012, Jaro 201250 Pozemní a podvodní jaderná exploze ENV012, Jaro 201251 Mechanický účinek tlakové vlny ENV012, Jaro 201252 Podzemní jaderná exploze ENV012, Jaro 201253 Ničivé faktory nukleární exploze  Světelný záblesk  Elektromagnetický impuls  Pronikavá gama radiace  Tepelné záření  Tlaková vlna (primární a sekundární)  Radiace v okolí epicentra  Radioaktivní spad (aerosol prachu a vody)  Indukovaná radiace ENV012, Jaro 201254 Množivá jaderná reakce ENV012, Jaro 201255 Detekce ionizační záření  Nelze detekovat lidskými smysly  Detekovat lze pouze pomocí přístrojů Nelze cítit ENV012, Jaro 201256 Systém detekce-varování-identifikace CBR nebezpečných látek  Systém detekce-varování a identifikace CBR látek poskytuje životně důležité informace o typech a hodnotách CBR látek v prostředí za účelem: 1. Zabezpečit varování o použití/úniku nebezpečných CBR látek 2. Zjistit a ověřit typ,hodnoty a rozsah kontaminace 3. Monitorovat hodnoty CBR kontaminantů v prostředí po incidentu 4. Stanovit zbytkovou kontaminaci na dekontaminovaných površích a prostředí ENV012, Jaro 201257 Detekce a monitoring chemických látek (důvody pro monitoring) Důvody:  Poplach a varování  Prevence expozice / negativní zdravotní účinky  Nutné pro první pomoc a terapii  Vyhledání zdroje / rozsah kontaminovaného prostoru  Identifikace chemické látky  Kontrola účinnosti monitorovacího opatření  Kontrola dekontaminace  Provedeni rozhodnuti a dalších činnosti ENV012, Jaro 201258 Detekce a monitoring chemických látek Pozorování prostředí  Viditelné oblaky  Symptomy u zvířat  Odbarvení listí  Olejovité kapky, skvrny na površích  Muniční pozůstatky, nevybuchlá munice, barevné značení Pozorování osob  Pachy, vůně  Znaky a symptomy zasažení(dráždění očí, pokožky, dýchacího traktu) ENV012, Jaro 201259 Entry …..????? ENV012, Jaro 201260 Vnější znaky napadení ENV012, Jaro 201261 Atypický zápach/vůně látekAtypický zápach/vůně látek  Zkažená vejce  Zelená kukuřice  Česnek/hořčice  Muškáty  Hořké mandle  Zelí  Kafr  Ředidlo  Ovoce  H2S  Fosgen  Sulfidový yperit  Lewisit  Kyanovodík  Vx  Soman  Sarin  Tabun ENV012, Jaro 201262 Organoleptické koncentrace mg/m3 Fosgen 4.4 ztuchlé seno zelená kukuřice Chlorpikrin 7.3 pichlavý Difosgen 8.8 Ztuchlé seno Chlor 10.0 štiplavý Lewisit 14.0 muškáty Soman kafr VX 0 N-yperit ryby CS, CR dráždí-štiplavý Br-benzylCN Dráždí dříve jabloň. květ Cl-acetofenon 0.2 ovocný Clark I 0.3 ovocný Clark II 0.3 mandle Br-aceton 0.5 ostrý Metyldick 0.8 štiplavý HCN 1.0 mandle Yperit 1.3 česnek Cl-kyan adamsit 2.5 dráždí ENV012, Jaro 201263 ENV012, Jaro 201264 ENV012, Jaro 201265 Detekční principy  Kolorimetrie  Plamenová fotometrie/fotoionizace  Spektrometrie pohyblivosti iontů  Enzymologie  Chromatografie plynová/vrstvová  Infračervená spektroskopie  Hmotnostní spektrometrie  Neutronová indukční spektrometrie  Ramanova spektrometrie ENV012, Jaro 201266 Určení detekčních přístrojů  Detekce na místě  Detekce a monitoring prostorů  Dálková detekce a monitoring  Identifikace na místě  Přímé vyhodnocení  Odběr vzorků a následná analýza ENV012, Jaro 201267 Detekce a monitoring chemických látek Volba prostředků detekce a monitoringu závisí na:  Typu chemické látky  Fyzikálním stavu (plyn, páry nebo kapalin)  Požadavek na detekční citlivost a přesnost  Rychlost detekce/potřeba stálého monitoringu  Vnější teplota, vlhkost, srážky, vítr  Typ kontaminovaného povrchu  Charakter falešné pozitivní a negativní detekce  Bezpečnost detekčního prostředku (např. výbušné prostředí) ENV012, Jaro 201268 Detekce a monitoring chemických látek (faktory ovlivňující expozici) Fyzikální vlastnosti chemické látky:  Plyn, páry, kapalina  Hustota par/těkavost  Charakteristické chemické skupiny/atomy v molekule Vnější podmínky:  Směr a rychlost větru  Teplota  Vlhkost  Srážky  Charakter povrchů ENV012, Jaro 201269 Detekce a monitoring chemických látek Být si vědom že:  Při nízkých teplotách (< 10°C) je obtížné detekovat málo těkavé látky ve formě par  Je nutné sledovat ohrožené prostředí také podle vnějších znaků/známek kontaminace  Provádět přístup ke kontaminovanému prostředí zpravidla po směru větru  V případě postupu proti větru, použít stupeň ochrany A  Kontaminované prostředky jsou zdrojem sekundární kontaminace ENV012, Jaro 201270 Detekční limity I-10/11/2007 Relative Lethality & Detection Thresholds (in ppm) 0.00010.000010.0000010.0000001 0.001 0.01 M256 1.0 10.0 100.0 Cl CG CX L H CK AC VX GD GB GA 1000.0 GC/MS ICAM 0. 1 M18A2 Draeger Below TWA/AEL Below IDLH Above IDLH LD50 DPT 7.0 ENV012, Jaro 201271 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 ENV012, Jaro 2012 72 Rozpouštění barviv s látkami Látka Barvivo Zbarvení Lewisit Kongo červeň Yperit Sudánová červeň VX Bromkrezolátová zeleň Soma/Sarin Žluté barvivo ENV012, Jaro 201273 Barevné reakce O O p-benzochinon kyanovodík žlutá forma OH OH CN CN 2 HCN+ ENV012, Jaro 201274 Barevné reakce O N O-COCH N O O CH3COOH+ (-) Acetyl(butyryl)cholinesteráza Indofenylacetát Indofenol bezbarvý modrý H2O ENV012, Jaro 201275 Detekce a monitoring chemických látek Detekce par Detekce kapalin ENV012, Jaro 201276 Elektronická detekce IMS ENV012, Jaro 201277 Plamenová spektrometrie Vzorek látky je spalován ve vodíkovém plameni a přítomnost atomů prvků emituje charakteristické světlo. Optický systém vyhodnocuje patřičné vlnové délky světla odpovídající konkrétním prvkům (např. fosfor 510 nm, síra 392 nm atd.) ENV012, Jaro 201278 Ramanova spektra Acetonperoxid ENV012, Jaro 201279 Identifikace-analýza na místěGC/MS spektrum ENV012, Jaro 201280 IČ spektrum VX látky ENV012, Jaro 201281 IČ spektrum yperitu ENV012, Jaro 201282 IČ dálková detekce ENV012, Jaro 201283 ENV012, Jaro 201284 Vznik částicového záření alfa () ENV012, Jaro 201285 Vznik částicového záření beta () ENV012, Jaro 201286 Vznik elektromagnetického záření gama () ENV012, Jaro 201287 Stínění radioaktivních záření ENV012, Jaro 201288 Poločas rozpadu ENV012, Jaro 201289 Rentgenová metoda Generátor Roentgenov a záření Obrazová detekce (film nebo scintilátor) ENV012, Jaro 201290 Hladina kapalné náplně ENV012, Jaro 201291 Zobrazení náplně ve skleněném obalu ENV012, Jaro 201292 Ultrazvuková metodaSpektrum prázdného náboje Spektrum náboje s náplní ENV012, Jaro 201293 Isotopová neutronová spektroskopie ENV012, Jaro 201294 Gama energie prvků v náplních munice ENV012, Jaro 201295 Generace isotopu dusíku tepelnými neutrony ENV012, Jaro 201296 Gama spektrum náplně trhaviny ENV012, Jaro 201297 Gama spektrum náplní s yperitem a trhavinou ENV012, Jaro 201298 Přenosné a mobilní spektrometry ENV012, Jaro 201299 Detekce a monitoring chemických látek (faktory ovlivňující expozici) Měřící přístroj:  Detekční citlivost a selektivita  Rychlost detekční odezvy  Falešná pozitivní a negativní detekce  Teplotní rozsah měření  Bezpečný provoz VÝSTUPY LEKCE  Úvod do kurzu  Zdroje informací  Principiální vlastnosti nebezpečných CBR látek  Důvody pro detekci CBR  Principy detekce CBR  Na konci přednášky by jste měli vědět:  Vědět o základních zdrojích informací  Mít stručný přehled o vlastnostech CBR a potřebách jejich detekce  Orientovat se v principech detekce CBR ENV012, Jaro 2012 100