В настоящее время наиболее распространенным методом обнаружения и идентификации взрывчатых веществ (ВВ) и в значительной степени отравляющих веществ (ОВ) стала спектрометрия ионной подвижности, (СИП) (ion mobility spectrometry, IMS). Для обнаружения ВВ в контрольных пунктах аэропортов по всему миру работает более 10 тысяч приборов, основанных на этом методе, а на вооружении ряда армий находится более 50 тысяч СИП-анализаторов для обнаружения ОВ. Приблизительно за 10 лет или чуть больше СИП-приборы прошли путь от массивных лабораторных до компактных переносных и даже совсем небольших ручных; ведется работа и над микроанализаторами. Приборы постоянно совершенствуются с точки зрения устранения мешающих влияний "посторонних" веществ, повышения разрешающей способности, расширения динамического диапазона.
В основе метода лежит ионизация молекул газов и паров при атмосферном давлении и дрейф образовавшихся ионов в ускоряющем электрическом поле (в трубке) [1]. Скорость движения ионов зависит от их коэффициентов подвижности, определяемых, в свою очередь, массой и другими характеристиками ионов; соответственно, ионы в разное время достигают расположенного в конце трубки детектора. Для ионизации ионов в реакционном пространстве трубки чаще всего используют b-излучение 63Ni, но можно применять фотоионизацию, электрораспыление и другие приемы -по аналогии с масс-спектрометрией. Весь аналитический цикл, включающий забор пробы воздуха, ионизацию, разгон ионов и их регистрацию, занимает несколько секунд. Типичная трубка для разгона ионов в широко используемых приборах имеет в длину ~ 6 см и диаметр в 1 см; ясно, что приборы могут быть компактными.
Ранее приборы такого типа производила фирма Berringer Research, теперь фирмы Smiths Detection и GE Ion Track; есть СИП-приборы и российской разработки (М-02 и др.). Стационарный прибор lonscan (Smiths Detection) позволяет за 7-9 с обнаружить и идентифицировать до 40 взрывчатых веществ, том числе и тех, чье давление паров очень низко, например гексоген.
Как уже отмечалось, СИП используется и для обнаружения ОВ. Так, во время операции "Буря в пустыне" армия США имела в большом количестве приборы САМ (Chemical agent monitor), а еще до этого, во время ирано-иракской войны, этот прибор был использован для оценки возможного применения ОВ иракскими войсками. Прибор весил 1.6 кг, его нельзя было дать каждому солдату. Теперь есть устройство LCD (Lightweight chemical detector), которое весит 0.5 кг, и при необходимости его может иметь каждый военнослужащий армии США. Источником ионизации служит в нем коронный разряд, питаемый сменной или заряжаемой батареей.
Другие широкие применения СИП, кроме борьбы с терроризмом и военной химической защиты, по-видимому, пока отсутствуют. Любопытно отметить, что СИП в комбинации с газовым хроматографом, использована в Международной космической станции (МКС) для контроля за летучими органическими соединениями в воздухе внутри станции. Этот ГХ/СИП гибрид был разработан по заказу НАСА и носит название VOA.
Подробнее о СИП см. [2]. В России развивается также вариант метода, называемый спектрометрией приращения ионных подвижностей, СПИП (ion mobility increment spectrometry, IMIS). В этом случае используется сложное электрическое поле, вызывающее не только поступательное движение ионов в сторону детектора, но и изменение их траектории, различное отклонение в поперечном поле. Имеются данные о том, что этот вариант имеет преимущества перед "классическим" [3].
В "классический" вариант внесено полезное изменение, позволяющее концентрировать определяемые вещества; вещество в течение определенного времени сорбируются в концентраторе, затем подвергается быстрой термодесорбции и подается на выход датчика. Кроме того, в разработанный (Институтом аналитического приборостроения РАН) прибор введена сетка, обеспечивающая дополнительную селекцию ионов во времени [4].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Eiceman G.A., Karpas Z. Ion Mobility Spectrometry. Boca Raton, FL: CRC Press. 1994.
2. Eiceman G.A., Stone J.A. II Anal. Chem. 2004. V. 76. № 21. P. 391A-397A.
3. Буряков И.А. Дис. ... докт. хим. наук. С.-Петербург, Ин-т аналит. приборостроения РАН, 2005 г.
4. Ион-дрейфовый спектрометр. Проспекты ИАП РАН, 2005.