Исследователи из Балтийского федерального университета (БФУ) имени Иммануила Канта совместно с учеными из Турции использовали метод ядерного магнитного резонанса для определения токсичных и взрывоопасных азотсодержащих жидкостей. Новый метод не требует дорогостоящего оборудования и позволяет быстро провести анализ данных, что делает его подходящим для использования в системах досмотра. Статья ученых опубликована в журнале Chemical Physics.

Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) — это явление поглощения или излучения энергии веществом, содержащим ядра с ненулевым спином, в присутствии внешнего магнитного поля. Совокупность резонансных линий для каждого соединения индивидуальна и используется для их идентификации. Чем сильнее магнитное поле, тем больше информации можно получить о структуре вещества. Наиболее интенсивные сигналы ЯМР наблюдаются на ядрах водорода.

Физики БФУ имени И. Канта совместно с учеными из Технического университета Гебзе (Турция) предложили способ различения взрывоопасных и токсичных азотсодержащих жидкостей на основе релаксационного метода ЯМР в слабом магнитном поле на ядрах азота. Они разработали протокол измерений, который может быть применен в системах досмотра. Традиционный метод ЯМР, по словам ученых, нельзя применить в условиях контрольно-пропускного пункта из-за громоздкости установки, ее высокой стоимости и длительности анализа. Метод, основанный на изучении релаксации сигналов ядер, ЯМР-релаксометрия, предполагает другой технический подход, позволяющий уменьшить затраты на установку и эксплуатацию оборудования, а также ускорить процесс анализа. Важным достоинством предлагаемого подхода является анализ релаксационных сигналов ядер азота, которые не зависят от межмолекулярных взаимодействий и слабо зависят от концентрации вещества.

В новой работе ученые измеряли время релаксации атомов азота в жидкостях. Они проводили анализ трех групп азотсодержащих веществ: взрывоопасных и легковоспламеняющихся жидкостей; соединений, содержащих нитратную группу (азот, связанный с тремя атомами кислорода); токсичных веществ с атомом азота, не соединенным с кислородом. В результате ученым удалось выявить диапазон значений времен релаксаций, характерный для взрывоопасных и токсичных для человека веществ, который может быть использован для их идентификации. По словам исследователей, современные компактные системы имеют достаточную точность для обнаружения опасных веществ на контрольно-пропускных пунктах.

«В этой работе мы показали, что ЯМР на ядрах азота является эффективным методом для обнаружения большого количества опасных азотсодержащих жидкостей, — говорит автор исследования Галина Куприянова. — Мы решили технические проблемы, связанные с низкой резонансной частотой и широкими линиями спектра ЯМР. Нам также удалось успешно обнаружить ЯМР-сигналы различных веществ на основе азота и получить параметры релаксации сигналов. Большинство токсичных и легковоспламеняющихся жидкостей, измеренных в нашей работе, характеризуется короткими временами релаксации. Поэтому их можно легко отличить от других, относительно безопасных материалов. Важное преимущество предложенного подхода ЯМР-релаксометрии — то, что обнаружение опасных веществ может быть выполнено за короткое время».