|
حسگرهاي پليمري براي
شناسايي مواد منفجره نيتروآروماتيك
چندين
پليمر براي شناسايي مواد منفجره نيتروآروماتيك بوسيله انواع نمودارهاي
انتقال انرژي، مورد استفاده قرار گرفتهاند. شناسايي هم به برهمكنشهاي
الكترونيكي و هم به برهمكنشهاي ساختاري بين مواد حسكننده و آناليت
وابسته است نشان داده شده كه فرونشاندن پليمرهاي لومينسانس كننده (خودتابنده)
بوسيله مواد منفجره نيتروآروماتيك داراي كمبود الكترون نظير تري
نيتروتولوئن، مواد منفجره را شناسايي ميكند (تشخيص ميدهد).
حس كردن مقاومتي با استفاده از ذرات سياه كربن كه با پليمرهاي آلي
مختلف پوشيده ميشود و در عرض سربهاي فلزي رسوب ميكند، نيز به روش
بويايي الكترونيكي، بخارات نيتروآروماتيك را شناسايي ميكند. تغييرات
مكرر در دستگاههاي موجگير سطحي، پس از جذب به پوششهاي پليمري،
نيتروآروماتيكها را شناسايي ميكند.
پليمتالولها ، اخيرا براي حسكردن مواد منفجره در محلولهاي آبي و
براي بهبود شناسايي بصري ذرات بسيار كوچك روي سطوح مورد بررسي قرار
رگفته است.
1- مقدمه
حسگرهاي شيميايي براي شناسايي سريع مواد منفجره بسيار مهم هستند زيرا
آنها كاربردهاي بالقوه مهمي نظير تشخيص مينگذاري تاكتيكي (ماهرانه) و
بشري، رفع مكانهاي توليد منفجره و بررسيهاي پزشكي قانوني و جنايي دارند.
كاربردهاي امنيتي ميهن، تحقيقات جذاب و افزايش يافتهاي هستند. زيرا
تروريستها مكررا از بمبهاي منفجره (انفجاري) استفاده كردهاند. روشهاي
مختلف شناسايي مواد منفجره در حال حاضر در دسترس هستند اما چند تكنيك
ساده اغلب كافي نيست. شناساگرهاي (آشكارسازهاي) فلزي عموما به عنوان يك
تكنيك غير مستقيم براي حسكردن (تشخيص) ادوات (وسايل) انفجاري بستهبندي
شده در فلز مورد استفاده قرار ميگيرند. اين روش براي كاربردهاي معين
نظير شناسايي اسلحه و مين زميني با ارزش است اما بعضي از مينهاي زميني
پيشرفته پوششهاي پلاستيكي دارند. به هرحال آشكارسازهاي فلزي براي
سايركاربردها نظير نشان دادن مواد منفجره در فرودگاهها مفيد نيستند. سگها
به عنوان معتبرترين روش براي شناسايي بخارات مواد منفجره، در نظر گرفته
ميشوند. اما اين روش، گران است و براي نشان دائمي (شناسايي دائمي)
چندان مناسب نيست. زيرا سگها به مراقبت نياز دارند و به سادگي خسته ميشوند.
بعضي از روشها گرچه بسيار حساس هستند اما گران هستند و به ساخت
ابزارهاي ماهرانهاي نياز دارند كه كاربرد آن براي آزمايش كردن در يك
ناحيه، آسان نيست. بعضي از چنين روشهايي شامل كروماتوگرافي گازي به
همراه اسپكترومتري جرمي(طيف سنجي جرمي)، اسپكتروسكوپي رامان با سطح
افزايش يافته، رزونانس چهارقطبي هستهاي، پراش پرتوx با پراكندگي انرژي،
آناليز فعالسازي نوترون، آشكارسازي جذب الكترون و ولتامتري چرخهاي، ميباشند.
اسپكترومتري تحرك يوني (IMS) كه عموما به عنوان يك سيستم شناسايي مواد
منفجره در فرودگاهها مورد استفاده قرار گرفته، به محدوده مقداري
پيكوگرم تا نانوگرم حساس است اما گران است، به كاربرد وابسته است،
مستعد تشخيص اشتباه است و اسپكترومترها بايد بارها كاليبره شوند.
بازنگري در ابزارسازي براي تشخيص مواد منفجره خيلي كم، اخيرا گسترش
يافته است.
مواد منفجره قوي شامل مخلوط كاملي از اكسيد كننده و كاهنده شيميايي است
كه در ابتدا متحمل تجزيه بسيار گرمازا ميشود تا محصولات گازي توليد
كند. چندين ماده منفجره نيتروآروماتيك نظير تري نيتروتولوئن (TNT) ،تتريل
و پيكريك اسيد، شناخته شده است. عموما، مخلوطهايي از مواد منفجره قوي
نيز مورد استفاده قرار ميگيرد و TNT، يك تركيب ارزان قيمت، جزء يافت
شده در پنجاه تركيب انفجاري ميباشد. به عنوان مثال TNT و دينيتروتولوئن
(DNT) بگستردگي در مواد منفجره صنعتي كه شامل آمونيم نيترات ميباشد،
مورد استفاده قرار گرفته است. تريتونال مخلوطي از TNT و پودر آلومينيوم
است و آماتول شامل آمونيوم نيترات و TNT ميباشد. پنتوليت مخلوطي از
پتااريتريتول تترانيترات TNT , (PENT) ميباشد و تركيب B مخلوطي از
سيكلوتري متيلن ترينيترامين TNT (RDX) است....
2- پليمرهاي مزدوج براي شناسايي
مواد منفجره
يكي از ويژگيهاي
نيتروآرماتيكها كه ممكن است در نمودارهاي شناسايي (تشخيص) مورد
استفاده قرار بگيرد، توانايي پذيرش (جذب) الكترون آنها است. جانشيني
گروههاي نيتروي گيرنده الكترون برروي حلقه آروماتيك، انرژي
اوربيتالهاي... خالي را كاهش ميدهد و
بدين وسيله اين تركيبات را پذيرندههاي خوب الكترون ميسازد، ...
1-2. پليمرهاي آلي فلوئورسانس
كننده براي حس كردن كاهشي
1-1-2. پلي استيلنها
پلياستيلنها به
عنوان حسگرهاي نيتروآروماتيك بالقوه مورد بررسي قرار گرفتهاند. به
عنوان مثال، لايههاي نازك پلي ({1- فنيل-2-(4-تري متيل سيليل فنيل)}
استيلن) (PTMSDPA) (شكل 3) براي شناسايي بخار DNT بكار رفتهاند...
2-1-2. پلي (p- فنيلن
ونيلنها)
پلي (p- فنيلن
ونيلنها)(ppv) ، شبيه پلي استيلنها، پليمرهاي مزدوج قويا لومينسانس
كننده (خودتابنده) با نفوذپذيريهاي بالا نسبت به آناليتهاي كوچك
مولكول مانند نيتروآروماتيكها هستند...
3-1-2. پلي (P- فنلين
اتينيلنها)
پليمرهاي آلي بسيار
مزدوج فلوئورسانس كننده مربوطه كه توانايي شناسايي نيترو آرماتيك را
بطور قابل توجه نشان ميدهند، پلي (P- فنلين اتينيلنها) (e PP) كه
بطور ويژه توسط يانگ و سوآگر (شكل A5) ساخته شدهاند، خاموشكنندگي
(فرونشاني) سريع لومينسانس آبي را در هنگامي كه در مجاورت بخار TNT در
حد كمتر از ppt (قسمت در تريليون) قرار ميگيرند، نشان ميدهند...
4-1-2. پورفيرينهاي پليمري
پورفيرينها با
گروههاي استخلافي غير اشباع پيوند عرضي يافتهاند تا حسگرهاي پليمري
لومينسانس كننده با توانايي انتخاب مواد منفجره پيوندي نظير TNT و تري
نيتروبنزن (TNB) تشكيل دهند(شكل 6)...
2-2 پليمرهاي معدني (غير آلي)
فلوئورسانس كننده براي حس كردن كاهشي
1-2-2. پليسيلانها
پليسيلانها،
پليمرهاي لومينسانس كننده (خود تابنده) پايدار در هوا با چارچوب (ستون
اصلي) Si-Si هستند. كاربردهاي آنها شامل استفاده بعنوان مواد
فلوئورسانس كننده براي شناسايي تشعشع (تابش)، مواد لومينسانس كننده
براي ابزارهاي نمايش(وسايل نشان دهنده) و مواد شكست نور براي نگهداري
(ذخيره) اطلاعات دست نوشتهاي، ميباشند...
2-2-2 پليمتالولها و كوپليمرهاي
متالول- سيلان
متالسيكلوپنتا- 2 و
4 – ديانها يا متالولها، طبقهاي از تركيبات ارگانومتاليك غير اشباع
هستند كه با سيكلوپنتا ديان مشابهند اما يك گروه 14 عضوي دارند(Pb, Sn,
Ge, Si) كه جايگزين كربن sp3 شدهاند(شكل A8 )...
3- حس كردن مقاومتي
مواد منفجره با استفاده از پليمرهاي آلي نارسانا
ذرات سياه كربن با يك پليمر آلي
پوشانده ميشوند و بصورت يك فيلم نازك در عرض سربهاي فلزي رسوب
ميكنند. اين ابزار ساده، تغييرات مقاومت در برابر جذب بخارات آناليت
را نشان ميدهد. كربن سياه براي آشكار كردن هدايت الكتريكي(رسانايي
الكتريكي) فيلم پليمري آلي عايقبندي شده ديگر، ضروري است...
4- پوششهاي پليمري بر
روي حسگرهاي ابزار SAW
شناساگرهاي موجگير
سطحي (SAW) بعنوان حسگرهاي شيميايي بويژه براي تركيبات انفجاري، مورد
توجه زيادي قرار گرفتهاند زيرا آنها براي پاسخ انتخابي به آناليتهاي
مورد نظر طراحي ميشوند. ابزار SAW شامل الكترودهاي در هم جفت شده بر
روي يك سوبستراي پيزوالكتريك ميباشد...
1-4. پليمرهاي سيليسيوم معدني
(غير آلي)
تعدادي از پليمرهاي سيلوكسان براي
جذب ترجيحي بخارات نيتروآروماتيك از بخارات عمومي همراه (دخيل) نظير آب
و حلالهاي آلي (مانند اوكتان و تولوئن)، تست شده و نشان داده شدهاند...
2-4. موم كربني و مخلوطهاي موم
كربني- سيليكا
موم كربني- 100(شكل B
13) پليمت آلي ديگري است كه بعنوان پوشش ابزار SAW براي آشكارسازي
نيتروآروماتيكها مورد آزمايش قرار گرفته است...
3-4. سيكلودكسترينها
استراتژي ديگر براي
استفاده از ابزارهاي SAW پوشيده شده پليمري آشكارسازهاي مواد منفجره،
فرو بردن حفرههاي ميزبان آناليت در داخل فيلمهاي پليمري با توجه به
تكيه بر برهمكنشهاي اسيد- باز پيوند هيدروژني ميباشد...
5- نانو ذرات پليمري بعنوان
حسگرهاي كاهشي
كاربردهاي بالقوه نانو ذرات حتي
حسگرهاي شيميايي آنها، مورد توجه بسياري قرار گرفته است. نانو ذرات
معدني فلوئورسانس كننده، اخيرا براي شناسايي تركيبات مواد منفجره، از
طريق فرونشاني(خاموشي) لومينسانس بكار رفته است...
1-5. نانو ذرات پلي سيلول
محلولهاي كلوييدي
تركيبات تترافنيل سيلول بوسيله رسوب كردن سريع يك محلول آبي (اتانول،
THF) با آب تهيه ميشوند و لومينسانس محلولهاي آلي خود را تا حد زيادي
افزايش ميدهند(بيش از 300 برابر). كلوييدي از پلي(تترافنيل) سيلول، 1،
كه براي شناسايي نيتروآروماتيكها بكار رفته، هنگامي كه در حلالهاي آلي
حل ميشود، رسوب ميكند تا TNT را در محيطهاي آبي شناسايي كند(تشخيص
دهد)...
6- شناسايي مريي مواد منفجره
نيتروآروماتيك در حالت جامد
شناسايي مريي بسيار حساس ذرات
خيلي كوچك مواد منفجره با استفاده از تكنيكهايي انجام شده است كه بر
واكنش شيميايي بين يك مولكول آشكارساز و يك تركيب انفجاري كه يك محصول
رنگي توليد ميكند، تكيه دارد...
1-6. شناسايي كالريمتري
يكي از سيستمهاي شناسايي
كالريمتري بسيار حساس، از يك فيلم نازك كوپليمري ديوينيل/ استرن
استفاده ميكند كه در رنگ سيمانترن (سيكلوپنتاديانيلمنگزتريكربونيل)
معدني 40- 10% فرو رفته است و هنگام تماس با چندين نيتروآروماتيك تغيير
رنگ نشان ميدهد...
2-6. شناسايي فلوئوريمتري
باقيمانده خيلي كم مواد منفجره
يكي از استفادههاي جالب پليمرهاي
لومينسانس كننده در تصويربرداري آلايندههاي مواد منفجره بر روي سطوح
ميباشد...
7- مسيرها و مشكلات آينده
پليمرهاي لومينسانس كننده براي
شناسايي انواع مواد منفجره تحت شرايط مختلف، قابليت اصلاح و تغيير را
دارند. در بعضي از موارد، حساسيت عالي با تشخيص منطقي حاصل ميشود...
|
