Lekce 4 ENV012 ChBHazMat Detekce Elektronické detekční a monitorovací prostředky Ing. Pavel Častulík, CSc castulik@recetox.muni.cz Jaro 2012 Příprava tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky 1ENV012, Jaro 2012 Elektronické detekční a monitorovací prostředky Příprava tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky 2ENV012, Jaro 2012 OSNOVA •Spektrometrie pohyblivosti iontů IMS •Plameno-ionizační metoda •Krystalová frekvenční metoda •Ramova spektroskopie •Neutronová aktivační spektroskopie •RTG metoda •Dálková detekce 3Příprava tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republikyENV012, Jaro 2012 4 Nejen pravda, ale i dioxiny mohouNejen pravda, ale i dioxiny mohou být ve víněbýt ve víně ENV012, Jaro 2012 5 Následky dioxinů z vietnamskéNásledky dioxinů z vietnamské války jsou stále přítomnyválky jsou stále přítomny Dítě geneticky postižené syndromem „Agent Orange“. Důsledek zasažení vietnamské populace defolianty používaných americkou armádou. Formulace „Agent Orange“ představovala defoliant na bázi fenoxyoctové kyseliny, která obsahoval vedlejší produkt „dioxiny“. ENV012, Jaro 2012 6 Kategorie detekční metodKategorie 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:  neelektronickyneelektronicky  elektronickyelektronicky ENV012, Jaro 2012 7 Hodnocení detekčních technologiíHodnocení detekčních technologií ““VýtečněVýtečně” 5” 5 bodůbodů ““nedostatečněnedostatečně” 1” 1 bodbod Technol Ionizační Plameno fotometr Detekční trubičky Detekční papírky Citlivost 3-4 3-4 3(5) 2 Selektivita 3-4 3-4 4 3-4 Čas odezvy 3-4 4-5 2-3 4 Výcvik 3 3 4 5 Logistika 3 3 4 4 Cena 2 2 4 5 ENV012, Jaro 2012 8 Detekce neznámého obsahuDetekce neznámého obsahu pomocí AP2C detektorupomocí AP2C detektoru ENV012, Jaro 2012 9 Detekce a monitoring chemickýchDetekce a monitoring chemických láteklátek Detekce par Detekce kapalin ENV012, Jaro 2012 10 Detekce s následnou identifikacíDetekce s následnou identifikací látek na místělátek na místě--přenosný GC/MSpřenosný GC/MS ENV012, Jaro 2012 11 Detekční principyDetekční principy  Spektrometrie pohyblivosti iontů  [Ion Mobility Spectrometry (IMS)]  Plamenová fotometrie/foto ionizace  Infračervená spektroskopie  Ramanova spektroskopie  Plynová a hmotnostní chromatografie (GC/MS)  Neutronová aktivační spektroskopie  Biosenzory ENV012, Jaro 2012 12 Spektrometrie pohyblivosti iontůSpektrometrie pohyblivosti iontů [[Ion Mobility SpectrometryIon Mobility Spectrometry (IMS)(IMS)]] I. Ionizací molekul vzduchu např. ß zářením ze zdroje Ni63, vznikají reaktivní ionty s kladným a záporným nábojem RI(+) a RI(-), které slouží jako nosný ionizovaný plyn. II. Náboje iontů jsou částečně přenášeny na molekuly chemických látek, čímž jsou rovněž ionizovány a pomocí elektrického pole jsou přesunuty na reakční ionizační komůrky. III. Elektrické napětí na mřížce zabraňuje nabitým iontům-klastrům molekul chemické látky úniku do driftovací trubice. IV. Rychlou změnou polarity napětí na mřížce ionizační komůrky jsou ionty urychleny do driftovací trubice V. Další elektrické pole pohybuje ionty v driftovací trubici směrem ke kolektoru na konci trubice. VI. Vzhledem k různé pohyblivosti iontů (velikost a náboj), tyto se pohybují v elektrickém poli různou rychlosti a tím jsou sbírány na kolektoru v různem čase. Tyto rozdíly pak slouží k dalšímu vyhodnocování v souvislosti s charakteristikou odpovídající příslušným molekulám a jejich ionizovaných fragmentům. ENV012, Jaro 2012 13 Spektrometrie pohyblivosti iontůSpektrometrie pohyblivosti iontů Reakčními ionty mohou být molekuly vzduchu kde: Positivními ionty jsou molekuly vody: H+(H2O)n a Negativními ionty jsou kyslík a oxid uhličitý: O2 - , CO3 Jinými dopanty mohou být molekuly acetonu nebo amoniaku Inotové klastry NL + H+(H2O)n NL.H+ + (H2O)n NL. NL.H+ NL.H+(H2O)n Yperit + O2 -(H2O)n Yperit.O2 - + (H2O)n ENV012, Jaro 2012 14 Spektrometrie pohyblivosti iontůSpektrometrie pohyblivosti iontů Ionizací mohou být generovány následující ionty  Ionty (P+) monomer  Ionty (P-P+) dimer  Klastrové ionty (P-H3O+) (P-O2 -)  Hydrolyzované ionty (Cl-) ENV012, Jaro 2012 15 Elektronická detekceElektronická detekce „spektrometrem pohyblivosti iontů“ IMS„spektrometrem pohyblivosti iontů“ IMS ENV012, Jaro 2012 Ion MobilityIon Mobility SpectrometerSpectrometer -- IMSIMS 16ENV012, Jaro 2012 17 IMSIMS driftovacídriftovací trubicetrubice ENV012, Jaro 2012 18 Chemical Agent Monitor / CAMChemical Agent Monitor / CAM ENV012, Jaro 2012 19 Detekční limity CAMDetekční limity CAM Stupeň Indikace Sarin mg/m3 Yperit mg/m3 1 0.005 0.021 2 0.023 0.032 3 0.047 0.052 4 0.10 0.10 5 0.27 0.19 6 0.98 0.47 6 1.8 0.93 8 3.2 1.4 ENV012, Jaro 2012 20 Souprava CAMSouprava CAM-- IMSIMS Brašna Nosný popruh Manuál Tester Ochranný kryt Litiová baterie CAM Hubice ENV012, Jaro 2012 21 IMS detektoryIMS detektory ENV012, Jaro 2012 22 VýcvikovýVýcvikový elektronický simulátorelektronický simulátor CAMCAM--SIMSIM Šroubováky Kontrolní karty Tester Mobilní simulátory Pozemní simulátory Startovací klíč CAM-SIM Detekční simulátory ENV012, Jaro 2012 23 IMS 2000IMS 2000 ENV012, Jaro 2012 24 SoupravaSouprava elektronický simulátorelektronický simulátor CAMCAM--SIMSIM ENV012, Jaro 2012 25 IMSIMS Elektronický detektorElektronický detektor CHEMPROCHEMPRO 100100 ENV012, Jaro 2012 26 RAIDRAID R Rapid A Alarm I Identification D Detector ENV012, Jaro 2012 27 RAIDRAID Detekční úrovněDetekční úrovně Citlivost Poplach NL: 0.04 0.2 mg/m3 Yperit: 0.06 0.5 mg/m3 ITOX: > 1 > 1 mg/m3 Fosgén 0.2 0.7 ppm ENV012, Jaro 2012 28 RAID M ENV012, Jaro 2012 29 APD2000APD2000 ENV012, Jaro 2012  GGasas DDetectoretector AArrayrray GDAGDA--22 30ENV012, Jaro 2012 Kombinované senzoryKombinované senzory -- GDAGDA 31 SenzorSenzor na oxidech kovůna oxidech kovů SenzorSenzor pohyblivosti iontůpohyblivosti iontů Izotop Ni 63Izotop Ni 63 FotoionizačníFotoionizační Senzor 10,2Senzor 10,2 eVeV ElekrochemickýElekrochemický senzorsenzor Detekční kanályDetekční kanály ENV012, Jaro 2012 Detekce látek kombinací senzorůDetekce látek kombinací senzorů GDAGDA 32ENV012, Jaro 2012 Detekce látek zvýšenou desorpcí sDetekce látek zvýšenou desorpcí s GDAGDA  Chemické látky, které pronikají do materiálů (nebo při nízké vnější teplotě) jsou desorboványdesorbovány infračervenýminfračerveným ohřevemohřevem a s vyšší účinností detekovány 33ENV012, Jaro 2012 34 Osobní detektor LCD „IMS“Osobní detektor LCD „IMS“ ENV012, Jaro 2012 Osobní detektor LCD „IMS“Osobní detektor LCD „IMS“ 35ENV012, Jaro 2012 GIDGID--M™M™ Dyna SenzorDyna Senzor ENV012, Jaro 2012 36 37 FotoionizačníFotoionizační detektordetektor •Ionizace chemických molekul je prováděna ultrafialovým zářením (UV). •Nabité ionty jsou přitahovány elektrodou s elektrickým potenciálem a výsledný elektrický proud je proporcionální koncentraci iontů a tím koncentraci chemické látky •Podmínkou je schopnost ionizace patřičných molekul UV zářením s potenciálem 10.6 or 11.7 eV ENV012, Jaro 2012 38 Plamenová atomová emisníPlamenová atomová emisní spektrometriespektrometrie Chemické látky jsou spalovány ve vodíkovém nízkoteplotním plameni ve kterém atomy jsou excitovány a při návratu do původních energetických hladin emitují čárové elektromagnetické záření určitých vlnových délek. Například atomy fosforu emituje záření o  510 nm a síry  392 nm ENV012, Jaro 2012 39 PřenosnýPřenosný plamenoplameno--emisní detektoremisní detektorPřenosnýPřenosný plamenoplameno--emisní detektoremisní detektor APCC (AP2CAP2C) A Appareil P Portatif (pour le) C Controle (de la) C Contamination ENV012, Jaro 2012 40 Přenosný detektorPřenosný detektor AP2CAP2C Hubice na vzorky Hubice Bzučák Manuál Nosný popruh AP2C Litiová baterie Vodíkový kontejner ENV012, Jaro 2012 41 AP2CAP2C ENV012, Jaro 2012 42 Souprava AP2CSouprava AP2C ENV012, Jaro 2012 43 S4PES4PE na odběr vzorků z povrchů ana odběr vzorků z povrchů a kapalinkapalin ENV012, Jaro 2012 44 AP2C s nástavcem na odběrAP2C s nástavcem na odběr vzorkůvzorků ENV012, Jaro 2012 45 S4PES4PE na odběr vzorkůna odběr vzorků Kontejner se stíracími snímači Stírací snímač ENV012, Jaro 2012 46 PoužitíPoužití S4PES4PE Odpaření sejmutého vzorku elektrickým zahřátím stíracího snímače ENV012, Jaro 2012 47 AP2C se zvukovým nástavcemAP2C se zvukovým nástavcem Zvukový indikátor měření ENV012, Jaro 2012 48 Krystalový senzor jako mikrováhyKrystalový senzor jako mikrováhy ENV012, Jaro 2012 49 Krystalový senzorKrystalový senzor ENV012, Jaro 2012 50 ChemSentryChemSentry™ 150C Chemical™ 150C Chemical Detection SystemDetection System ENV012, Jaro 2012 51 Detektor/monitor s krystalovýmDetektor/monitor s krystalovým senzoremsenzorem ENV012, Jaro 2012 52 IdentifikaceIdentifikace--analýza na místěanalýza na místě GC/MSGC/MS spektrumspektrum ENV012, Jaro 2012 53 IdentifikaceIdentifikace--analýza na místěanalýza na místě GC/MS HAPSITEGC/MS HAPSITE ENV012, Jaro 2012 54 Mobilní GC/MS analyzátorMobilní GC/MS analyzátor ENV012, Jaro 2012 Nedestruktivní detekce 55ENV012, Jaro 2012 56 RamanovaRamanova spektraspektra Acetonperoxid ENV012, Jaro 2012 57 RamanovaRamanova vibrační spektravibrační spektra molekulmolekul V Ramanově spektrometru je vzorek chemické látky ozářen intenzivním ultrafialovým nebo infračerveným světlem o frekvenci 0 Molekuly jsou excitovány do krátkodobého stavu vlivem jejich interakce s fotony o energii h 0 Následně foton s frekvencí R je vyzářen v souvislosti s přechodem molekuly z excitovaného stavu do základního energetického stavu. Jestliže konečný vibrační stav i se odlišuje od počátečního stavu R , potom se frekvence odlišuje od počáteční 0 podle vztahu: i= 0 - R a rozdíl energie je E= E 0 - E R = h i Frekvence i odpovídají vibračnímu přechodnému stavu v molekule a jsou nezávislé na hodnotě 0 Tím Ramanovo spektrum lze použít jako unikátní chemický „otisk“ testované látky ENV012, Jaro 2012 58 Princip generacePrincip generace RamanovaRamanova spektraspektra Klasický rozptyl 99% Ramanův rozptyl 1 % 0 Vzorek ENV012, Jaro 2012 59 InfraInfra červené spektrumčervené spektrum látkylátky VXVX ENV012, Jaro 2012 60 InfraInfra červené spektrum Yperitučervené spektrum Yperitu ENV012, Jaro 2012 61 Přenosný ramanovský detektor a analyzátor  Rychlá detekce a identifikace velkého množství chemických látek  Rozlišení směsí látek  Identifikace výbušin  Není nutný odběr vzorku pokud je látka v opticky propustném obalu ENV012, Jaro 2012 62 Identifikace látky přes obal bezIdentifikace látky přes obal bez odebírání vzorkuodebírání vzorku ENV012, Jaro 2012 63 DetekceDetekce a identifikace v reálnýcha identifikace v reálných podmínkáchpodmínkách ENV012, Jaro 2012 Využití detektoruVyužití detektoru 64ENV012, Jaro 2012 65 Prodloužená sonda detektoruProdloužená sonda detektoru ENV012, Jaro 2012 GE detektor a analyzátorGE detektor a analyzátor ENV012, Jaro 2012 66 67 Isotopová neutronováIsotopová neutronová spektroskopiespektroskopie ENV012, Jaro 2012 68 Gama energie prvků v náplníchGama energie prvků v náplních municemunice ENV012, Jaro 2012 69 Generace isotopu dusíku tepelnýmiGenerace isotopu dusíku tepelnými neutronyneutrony ENV012, Jaro 2012 70 Gama spektrum náplně trhavinyGama spektrum náplně trhaviny ENV012, Jaro 2012 71 Gama spektrum náplní s yperitemGama spektrum náplní s yperitem a trhavinoua trhavinou ENV012, Jaro 2012 72 Přenosné a mobilní spektrometryPřenosné a mobilní spektrometry ENV012, Jaro 2012 Rentgenové skenováníRentgenové skenování 73ENV012, Jaro 2012 74 Rentgenová metodaRentgenová metoda Generátor Roentgenova záření Obrazová detekce (film nebo scintilátor) ENV012, Jaro 2012 75 RtgRtg snímek hladinysnímek hladiny kapalné náplněkapalné náplně ENV012, Jaro 2012 76 Zobrazení náplně ve skleněnémZobrazení náplně ve skleněném obaluobalu ENV012, Jaro 2012 77 Identifikace výbušin rentgenemIdentifikace výbušin rentgenem ENV012, Jaro 2012 78 IdentifikaceIdentifikace improvizovanéhoimprovizovaného výbušnéhovýbušného rentgenemrentgenem ENV012, Jaro 2012 79 Ultrazvuková metoda detekceUltrazvuková metoda detekce Spektrum prázdného náboje Spektrum náboje s náplní ENV012, Jaro 2012 80 BiosenzoryBiosenzory ENV012, Jaro 2012 81 BakteriologickýBakteriologický detektor/analyzátordetektor/analyzátor ENV012, Jaro 2012 Dálková detekce 82ENV012, Jaro 2012 83 Princip pasivního IČ dálkovéhoPrincip pasivního IČ dálkového detektorudetektoru ENV012, Jaro 2012 84 Princip dálkového monitorováníPrincip dálkového monitorování ENV012, Jaro 2012 85 Princip dálkovéhoPrincip dálkového monitorovánímonitorování skenování prostoruskenování prostoru ENV012, Jaro 2012 86 ENV012, Jaro 2012 87 Infračervený dálkový monitorInfračervený dálkový monitor ENV012, Jaro 2012 88 Dálkový detektor/monitorDálkový detektor/monitor ENV012, Jaro 2012 89 Dálkový detektor/monitorDálkový detektor/monitor ENV012, Jaro 2012 90 DálkovýDálkový laserový detektor/monitorlaserový detektor/monitor ENV012, Jaro 2012 91 Dálkový laserový detektor/monitorDálkový laserový detektor/monitor ENV012, Jaro 2012 92 Průzkumné vozidlo s dálkovýmiPrůzkumné vozidlo s dálkovými detektorydetektory ENV012, Jaro 2012 93 Shrnutí přednáškyShrnutí přednášky  Na konci přednášky by jste měli vědět:  Důvody pro detekci  Princip detekce s využitím pohyblivosti iontů  Princip plamenové atomové emisní fotometrické detekce  Principy detekce s Ramanovy spektry  Principy nedestrukční detekce  Principy dálkové detekce ENV012, Jaro 2012 DOTAZY Příprava tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky94ENV012, Jaro 2012 ZÁVĚRY Příprava tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky95ENV012, Jaro 2012 ZÁVĚRY 96ENV012, Jaro 2012 VÝSTUPY LEKCE 97ENV012, Jaro 2012