По запаху ищут не только собаки

Евгений Михайлович Балдин

Статья представлена на IV Всероссийский конкурс «Наука — обществу—2005».

В середине семидесятых годов была создана группа исследователей, которая занималась обнаружением взрывчатых веществ. В результате поставленной сверхзадачи разработана серия газоанализаторов «ЭХО». Уникальные характеристики прибора позволяют использовать его и для поиска нефти.

Газовый хроматограф «ЭХО-В» с пробоотборником в комплекте
Газовый хроматограф «ЭХО-В» с пробоотборником в комплекте

В середине семидесятых годов XX века вышло постановление правительства и ЦК КПСС: «Принять необходимые меры для обеспечения безопасности членов ЦК и правительства от возможных терактов». Конечно, слова на бумаге были расположены иначе и смысл их был немного другим, но упомянутое постановление привело к созданию в России нескольких групп исследователей, которые занимались обнаружением взрывчатых веществ. Речь пойдет о самом успешном на сегодня направлении — газовом анализе.

Собаки ищут по запаху. Как они это делают — до сих пор до конца не ясно. Сделанные пробные закладки со взрывчаткой они находят на удивление быстро — никакой прибор с ними не сравнится. Но собака — живое существо, которое быстро устает и легко отвлекается. Когда от успеха или провала может зависеть жизнь — это существенные недостатки, которых лишена техника. Необходимо сделать прибор, который умеет «нюхать» воздух. Прибор должен быть быстрым, маленьким, экономичным, удобным в обращении, легким при транспортировке и иметь рабочие характеристики на уровне лучших мировых стандартов — этакая электронная собака, разве что сам не бегает.

Но скоро сказка сказывается, да не скоро дело делается. В 1989 году защищать ЦК КПСС стало незачем, и исследования начали сворачиваться. Так бы и пропали пятнадцать лет бесценного опыта, если бы одну из рабочих групп не взяло под свое крыло Сибирское отделение РАН. Зачем взяло? А потому что наука, потому что опыт, потому что люди. И люди, несмотря на особенные наши годы, работали.

Госпремия за разработку серии газовых хроматографов «ЭХО» (только печать и подпись)
Госпремия за разработку серии газовых хроматографов «ЭХО» (только печать и подпись)

Приказом Министра внутренних дел №213 от 07.06.1995 переносной высокочувствительный газовый хроматограф для экспресс-анализов «ЭХО-М» принят на вооружение МВД и Внутренних войск РФ. Работа по созданию хроматографов серии «ЭХО» удостоена премии правительства РФ в области науки и техники за 1997 год (постановление правительства РФ №382 от 06.04.1998).

«ЭХО» — это аббревиатура, которая означает Экспрессный хроматографический обнаружитель. Первая модификация прибора «ЭХО-М» была испытана на армейских специализированных полигонах еще в 1986 году. В дальнейшем характеристики прибора постоянно улучшались. С помощью прибора серии «ЭХО» был определен тип взрывчатки, которая использовалась при взрыве Оклахома-Сити (США) 19 апреля 1995 года. Для проведения экспертиз прибор используется и в Российской генеральной прокуратуре. Среди группы полевых приборов «ЭХО» выделяется уникальной чувствительностью, а среди группы аналитических лабораторий — возможностью переносить его с места на место без помощи грузовой машины и подъемного крана.

Обычно взрывчатку ищут по следам, то есть протирают поверхность, пытаются сдуть пыль с исследуемого предмета, а «ЭХО» именно обоняет. Чувствительность прибора такова, что он в состоянии учуять десятую часть от одной миллиардной доли процента молекул в воздухе, то есть отыскать единицу искомого среди тысяч миллиардов (людей на Земле меньше).

В пробе обнаружено присутствие взрывчатого вещества TNT (тринитротолуол)
В пробе обнаружено присутствие взрывчатого вещества TNT (тринитротолуол)

Сердце прибора — поликапиллярные колонки, которые разделяют газовую смесь. Это российская разработка, и на сегодняшний день она аналогов не имеет. Принцип работы очень прост: капиллярная колонка представляет из себя узкий коридор, сквозь который прогоняют газовую смесь. Более «громоздкие» молекулы тяжело протискиваются через узкий проход, поэтому их далеко обгоняют «маленькие» и «юркие» химические соединения. Даже почти одинаковые молекулы по-разному взаимодействуют со стенками капилляра. С точки зрения молекул, капилляр — это «череда комнат», в каждой из которых молекула на какое-то время задерживается. Разные типы молекул в каждой из комнат задерживаются на разное время. Если комнат очень много, то разница во времени накапливается и на выходе исследуемые молекулы появляются четко разделенными по времени «кучками» в соответствии со своим типом. Если просто считать число молекул на выходе, то по времени появления значительных «кучек» можно определить, что за типы соединений были в пробе, и оценить их концентрацию в воздухе. Настройка прибора на определенный тип вещества производится с помощью специально подготовленных образцов. Точно так же собаке дают понюхать часть для поиска целого.

Идентификация углеводородных соединений для поиска нефти
Идентификация углеводородных соединений для поиска нефти

Через узкий капилляр очень тяжело продувать исследуемый газ. Чтобы повысить пропускную способность, в прибор необходимо поместить не один узкий капилляр, а множество. Поликапиллярная колонка представляет из себя тысячи элементарных каналов. Эта российская технология позволяет уменьшить время анализа более чем в сто раз.

Отдельного рассказа заслуживает счетчик молекул. Для того чтобы посчитать число молекул, у них необходимо тем или иным способом забрать часть электронов или, наоборот, навязать их силой. Сейчас электроны удаляются с помощью ультрафиолета. А затем просто подается потенциал и измеряется ток.

Уникальные характеристики прибора были развиты до такой степени, потому что была поставлена сверхзадача. Уже не важно, для чего он разрабатывался. Главное то, как его можно использовать теперь.

Нефти сопутствуют множество химических углеводородных соединений, причем часть из них, например бензол, толуол и ксилол, не может быть результатом жизнедеятельности. Наличие этих веществ означает, что рядом либо химическая лаборатория, либо бочка с бензином, либо нефть. В процессе бурения скважины эти вещества высвобождаются, и их можно «учуять» при условии, что у вас рядом с буровой установкой есть аналитическая лаборатория, способная улавливать миллиардные доли процента примеси искомых веществ в воздухе, и эта аналитическая лаборатория в состоянии выдать ответ быстрее чем за две минуты. Временное ограничение объясняется тем, что скорость бурения скважины — примерно четверть метра в минуту, а размер аномальных зон с выходом сопутствующих газов — порядка полуметра. Время, затрачиваемое хроматографом «ЭХО» на анализ, составляет от десяти до двухсот секунд. Это, а также мобильность прибора делают его реальным кандидатом на поиск нефти по запаху. Собаки так не умеют.


1
Показать комментарии (1)
Свернуть комментарии (1)

  • Silverscan  | 31.10.2010 | 00:47 Ответить
    Кладка печей всех видов.
    Ответить
Написать комментарий
Элементы

© 2005-2017 «Элементы»