В Институте нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН развивают новейшие методы технической химии для вещественного и элементного анализа. Эти технологии успешно применяются для обнаружения взрывчатых веществ, а также имеют большие перспективы по внедрению в геофизике, геохимии, экологии и здравоохранении.

О том, что уже удалось сделать, о текущей работе и о планах рассказывает Владимир Матвеевич Грузнов – главный научный сотрудник лаборатории полевых аналитических и измерительных технологий ИНГГ СО РАН, доктор технических наук.

Как именно работает газовый хроматограф?

Главное направление работы Владимира Матвеевича Грузнова и его коллег – это обнаружение взрывчатых веществ. Эти технологии они развивают еще с 80-х годов. Сначала работы велись в отраслевом отделе Министерства оборонной промышленности СССР при Институте геологии и геофизики СО АН СССР, когда были созданы первые прототипы приборов для ограниченного контингента советских войск в Афганистане. Изначально, перед учеными стояла задача разработать устройство для обнаружения противотанковых мин, но затем работа перешла в антитеррористическое и гражданское направление.

Взрывчатые вещества, какое бы ни было их количество, выделяют в атмосферу невидимые глазу пары. Их и определяет газовый хроматограф ИНГГ СО РАН. Прибор позволяет не только взять пробу воздуха, но и провести ее через целую серию фильтров. Устройство анализирует воздух около объектов и при обнаружении взрывчатых веществ показывает его тип на экране компьютера – ТНТ, гексоген и так далее.

Сначала полученный образец попадает в концентратор для подготовки к дальнейшему исследованию, затем – в разделительную колонку, которая выделяет в воздухе вещества различного типа. Наконец, проба перемещается в детектор, определяющий конкретный тип взрывчатки. Все это происходит в одном небольшом корпусе хроматографа. В зависимости от того, на каком расстоянии от взрывчатки находится прибор, анализ занимает до десятка секунд и не более нескольких минут.

На протяжении десятилетий принцип работы прибора оставался неизменным и неоднократно подтверждал свою высокую эффективность. Различные модификации газового хроматографа «ЭХО» с 1990-х годов ставились на вооружение в подразделения МВД и ФСБ.

Успешные эксперименты

Ученые ИНГГ СО РАН постоянно совершенствуют свою технологию, улучшая чувствительность приборов. Последние модификации устройства со сверхвысокой чувствительностью могут обнаружить наличие взрывчатого вещества в багаже буквально через несколько минут после его размещения в камере хранения – даже если взрывчатка непосредственно не контактирует с прибором, а багаж находится с ним в одном помещении. Это хороший способ использования достигнутой чувствительности для дополнительного оперативного интегрального контроля авиабагажа в багажном отсеке самолета перед вылетом. Чувствительность значительно повышает надежность и индивидуального контроля объектов и, например, костюма входящего в комнату человека.

Мы провели эксперимент на железнодорожном вокзале в Омске – установили в зале для хранения багажа нашу полностью автоматизированную систему контроля, – говорит Владимир Матвеевич Грузнов. – В помещении мы оставили сумку, в которой находилось 2 кг ТНТ. Проанализировав воздух, наш прибор, находившийся в нескольких метрах от сумки, среагировал на нее примерно через пять минут. Для сравнения, служебная собака не смогла обнаружить взрывчатку и через сутки после ее нахождения в помещении. Тем не менее, замечу, что это ни в коем случае не означает, что служебные собаки не нужны!

Еще один эксперимент ученые ИНГГ СО РАН провели в лабораторных условиях. Специалисты построили макет автоматической камеры хранения – из каждой ячейки осуществлялся автоматизированный отбор проб воздуха в прибор. В одну из ячеек сотрудники МВД поместили сумку с 200 г взрывчатки. Через 3 минуты концентрация вещества в воздухе превысила порог чувствительности детектора, и устройство очень быстро обнаружило взрывчатку.

Все эти работы и эксперименты проводятся в тесном сотрудничестве с МВД. Чувствительность приборов, разработанных в ИНГГ СО РАН, на два порядка превышает возможности конкурирующих изделий, которые в данный момент есть на мировом рынке.

Какие перспективы у разработки?

Сейчас ученые работают над еще большим увеличением чувствительности. Владимир Матвеевич Грузнов видит будущее разработки в применении сенсорных систем. По его словам, это позволит задействовать при обнаружении технологии искусственного интеллекта.

При этом, применение прибора решит многие проблемы массового антитеррористического контроля, с чем на сегодня не справляется применение и служебных собак, и имеющегося арсенала приборов, – подчеркивает специалист. – Это открывает невероятные возможности в плане индикации взрывчатых и прочих веществ, а также способствует компактности прибора.

Возможно ли гражданское применение

Как отмечает Владимир Матвеевич Грузнов, газоаналитические технологии можно применять для определения множества различных веществ, а не только взрывчатки. Меняя сорбент в колонке и тип детектора, ученые ИНГГ СО РАН разработали несколько модификаций своего прибора. Разные варианты газовых хроматографов позволяют определять загрязнение воздуха, овощей, спиртных напитков и других продуктов в реальном времени и, что важно, на месте контроля.

Для этого прямо в магазине разрезаете огурец или помидор, «нюхаете» прибором и через 10–20 секунд выясняете, есть ли в овощах, например, хлорорганические пестициды и тому подобные вещества, – уточняет ученый.

Еще одна модификация устройства может помочь в поиске газонефтяных залежей – над этим проектом новосибирские ученые работают вместе с тюменскими коллегами из Западно-Сибирского филиала ИНГГ СО РАН.

Углеводороды постепенно мигрируют к поверхности, и наш прибор может почувствовать их с поверхности Земли, – говорит Владимир Грузнов. – Мы запатентовали особый способ отбора проб: чтобы получить образец, пригодный для анализа, нужно на сутки или двое поместить специальный сорбент в грунт на глубину в полметра. Учитывая, что наш прибор портативный, анализ проб проводится прямо в поле, это резко сокращает время поиска, так как не нужно вести пробы за тысячи километров в лабораторию.

Кроме того, ученые разработали устройство, которое по выдоху человека позволяет оценивать изменение обмена веществ в организме – чрезвычайно важной характеристики основы жизнедеятельности. Сейчас оно проходит испытания в новосибирском НИИ терапии и профилактической медицины – филиале ИЦиГ СО РАН.

Пресс-служба ИНГГ СО РАН