Rola techniki identyfikacji śladowych materiałów

BEZPIECZEŃSTWO
Rola
techniki identyfikacji
śladowych materiałów
wybuchowych i skażeń
Grzegorz Cieślak
« JESZCZE W LATACH 80. UB.W. SPRZĘT DETEKCYJNY W ZAKRESIE
WYKRYWANIA MATERIAŁÓW WYBUCHOWYCH OGRANICZAŁ SIĘ DO PROSTYCH
ZASYSACZY PAR MATERIAŁÓW WYBUCHOWYCH. GVD 4, A PÓŹNIEJ EVD
UMOŻLIWIAŁY POTWIERDZENIE OBECNOŚCI MIKROŚLADÓW MATERIAŁU
WYBUCHOWEGO, A CAŁY CIĘŻAR ANALIZY, Z CZYM MAMY DO CZYNIENIA
I JAKIE BĘDĄ POTENCJALNE SKUTKI DZIAŁANIA URZĄDZENIA WYBUCHOWEGO
SPOCZYWAŁY NA UŻYTKOWNIKU – NAJCZĘŚCIEJ POLICYJNYM PIROTECHNIKU
LUB ŻOŁNIERZU STRAŻY GRANICZNEJ. JUŻ KILKA LAT PÓŹNIEJ NASTĄPIŁ
DŁUGO OCZEKIWANY ZWROT W TEJ DZIEDZINIE I NA RYNKU
SPRZĘTU DETEKCYJNEGO POJAWIŁA SIĘ CAŁA SERIA BARDZO WYDAJNYCH
I PRECYZYJNYCH URZĄDZEŃ OPARTYCH NA ANALIZIE SPEKTROGRAFICZNEJ.
«
» ustalania struktury związków chemicznych,
» ustalania ich składu pierwiastkowego,
» ustalania składu izotopowego analizowanych substancji,
co m.in. umożliwia określenie ich źródła pochodzenia,
» precyzyjnego
ustalania składu złożonych mieszanin
związków o wysokich masach molowych w proteomice,
badaniach materiałowych i chemii polimerów.
Schemat ideowy zasady działania spektrometru mas:
» źródło jonów – urządzenie, w którym następuje jonizacja
cząsteczek przy użyciu różnorodnych technik, z których
część prowadzi do pękania wiązań chemicznych, wskutek
czego dochodzi do ich podziału na mniejsze fragmenty.
Zjawisko spektrografii
Inne techniki powodują tylko naładowanie cząsteczek,
bez ich fragmentowania,
Spektrometria mas (MS, Mass Spectrometry) to uniwersalna technika analityczna, zaliczana do metod spektroskopowych, której podstawą jest pomiar stosunku masy do jej
ładunku elektrycznego (m/z). Pierwszy spektrometr mas
zbudował J. J. Thompson w 1911 roku.
Współcześnie istnieje wiele odmian tej techniki, z których
każda ma inne zastosowanie i wymaga stosowania apara-
» analizator
– wcześniej powstałe jony ulegają w nim roz-
działowi na podstawie stosunku ich masy do ładunku,.
» detektor
– urządzenie „zliczające” jony napływające
z analizatora.
Podstawowym oczekiwaniem użytkownika jest wykrywanie nawet śladowych ilości substancji potencjalnie niebezpiecznych.
tów o innej konstrukcji. Wszystkie te techniki są jednak
Przyrządy oferowane przez wiodącego polskiego przed-
oparte na jonizacji cząsteczek lub atomów, a następnie de-
stawiciela handlowego – firmę PIMCO – do wykrywania bar-
tekcji liczby i stosunku masy do ładunku (m/z) powstają-
dzo niskich stężeń to spektrometry, których zasada pracy
cych jonów. Wyniki działania spektrometru mas są przed-
oparta jest na spektrometrii ruchliwości jonów IMS.
stawiane w postaci tzw. widma masowego.
Spektrometria mas służy do:
«
Zasada pracy spektrometru IMS
» identyfikacji związków chemicznych i ich mieszanin,
Komora podzielona jest na dwa obszary. Pierwszy to obNiezależnie od konstrukcji i przeznaczenia, we wszystkich spektrometrach mas występują
następujące elementy:
szar od membrany półprzepuszczalnej do siatki dozującej,
w którym jonizacja dokonywana jest za pomocą źródła – lub
α – promieniotwórczego, drugi to obszar dryftowy – od siatki dozującej do elektrody zbiorczej. Do siatki przed źródłem
promieniotwórczym podawane jest wysokie napięcie (na
ogół od 1,5 kV do 3 kV), natomiast pierścienie metalowe kolejno od źródła do elektrody zbiorczej mają coraz niższe potencjały. Wobec tego pole jest tak ukształtowane, żeby jony
od obszaru jonizacji przemieszczały się po torach liniowych
do elektrody zbiorczej (rys. 2).
Wytworzony w komorze prąd jonowy, który dociera do
elektrody zbiorczej, ma wartość setek pikoamperów i charakter jego zmian w czasie mówi o rodzaju analizowanych
16
«
LOTNISKO
BEZPIECZEŃSTWO
Membrana
półprzepuszczalna
Siatka
dozująca
Źródlo
promieniotwórcze
Otóż, przede wszystkim pozwolił przenieść ciężar ustalenia, czy mamy do czynienia z materiałem wybuchowym,
z czynności neutralizacyjnych, a więc zastrzeżonych dla po-
Elektroda
zbiorcza
licji i służb specjalnych, do czynności rozpoznawczych –
Analizowany
gaz
nienarażających na bezpośredni kontakt z przedmiotem potencjalnie niebezpiecznym. Wygenerował się więc nowy,
możliwy do zastosowania, algorytm działania, eliminujący
tzw. ewakuacje prewencyjne. Oczywiście, w przypadku wielu sygnałów o zagrożeniu, np. podniesienia stanu gotowości do odparcia zamachów na danym obszarze, telefonicznego powiadomienia o podłożeniu ładunku i ujawnieniu nie-
Gaz nośny
Pierścienie
metalowe
zidentyfikowanego bagażu – lepiej dmuchać na zimne. Nie-
Gaz nośny
mniej jednak w większości incydentów mamy do czynienia
z sytuacją, którą można określić mianem „braku wyobraźni”
Rys. 1. Schemat konstrukcji spektrometru ruchliwości jonów
pasażera. Nie polemizuję tu bynajmniej z koniecznością wysubstancji. Rejestrowane spektrogramy są poddawane
znaczenia strefy „bezpieczeństwa”, ale jej rozmiar powinien
analizie numerycznej i zostają określone analizowane sub-
uniemożliwić podjęcie bagażu bez ewidencji tego faktu, kie-
stancje.
dy już rozpoczęto pierwsze czynności, oraz powinien nie
Obszary zastosowań:
» wykrywanie
dopuścić do działań nieodpowiedzialnych, takich jak prze-
skażeń bojowymi substancjami trującymi
mieszczanie niezidentyfikowanego bagażu, otwieranie go
(np. urządzenia CAM, GID-3 itp.),
przez osoby nieuprawnione. Sama nazwa „strefy bezpiecz-
» wykrywanie materiałów wybuchowych i narkotyków.
nej” lub bezpieczeństwa jest myląca, gdyż sugeruje jakoby
Wykrywanie śladów narkotyków czy materiałów wybu-
20–30-metrowy rejon wokół takiego obiektu gwarantował
chowych polega na pobraniu próbki na specjalne filtry, a na-
bezpieczeństwo osobom znajdującym się dalej, ale w dal-
stępnie przeprowadzaniu jej do postaci par i poddaniu ana-
szym ciągu w terminalu. Tymczasem strefa realnie bez-
lizie (rys. 3).
Innym zastosowaniem jest badanie substancji chemicznych stałych, ciekłych i gazowych. Typowym urządzeniem do
tego celu są spektrometry promieniowania podczerwonego.
W takim przypadku określana jest substancja podstawowa, z której złożona jest próbka, bez możliwości określenia
substancji śladowych.
Zastosowane są dwa rodzaje spektrometrów:
» Furierowski,
» Ramanowski.
W pierwszym przypadku podstawowy układ optyczny jest
jak na rys. 4.
Rys. 2. Schemat linii sił pola elektrycznego wraz z drogą przemieszczania się jonów
w części dryftowej spektrometru IMS
Dzięki przestrajanemu źródłu podczerwieni można uzyskać spektrogram w całym widmie, a następnie poddać go
analizie na zgodność z biblioteką zarejestrowanych substancji.
W przypadku spektrometru Ramanowskiego pomiar odbywa się na innej zasadzie, mianowicie na pomiarze światła
rozproszonego od badanego ośrodka. Zakres promieniowania nie odpowiada różnicy energii przejść pomiędzy poziomami energetycznymi cząsteczki, dlatego następuje roz-
pieczna dla ładunku, który może zniszczyć konstrukcje sta-
Zaawansowana
technologia
umożliwia coraz
pewniejsze
określenie stopnia
zagrożenia.
lowe lub wykorzysta zjawisko odłamkowania to 350–500 m.
Nawet biorąc pod uwagę, że sporą część odłamków wchłonie konstrukcja i infrastruktura architektury terminalu, oraz
mając na uwadze modę na „przeszkloną” konstrukcję
współczesnych terminali lotniczych, nie ma gwarancji uniknięcia dużej liczby poszkodowanych w przypadku wybuchu.
Narzuca się więc koncepcja podzielenia akcji interwen-
proszenie wiązki powodowane indukowaniem momentu di-
cyjnej na dwa główne etapy:
polowego molekuły, stającego się źródłem promieniowania,
– określenia stopnia zagrożenia (czynności rozpoznawcze),
które wypromieniowuje we wszystkich możliwych kierun-
– neutralizacji zagrożenia (czynności neutralizacyjne).
kach. Promieniowanie ramanowskie, ma bardzo małą inten-
Pierwszy etap, na który składa się wiele czynności
sywność – co najmniej kilka razy mniejszą od promieniowa-
możliwych do realizacji przez cywilny personel portu lot-
nia wzbudzającego.
niczego, powinien (z wyłączeniem sytuacji bezsprzecznie
Mamy więc do czynienia z gamą sprzętu detekcyjnego,
niebezpiecznej) należeć do działań przedewakuacyj-
umożliwiającego wykrycie obecności najmniejszych nawet
nych. Do jego realizacji zaś najlepiej wykorzystać strażni-
ilości substancji niebezpiecznych i niepożądanych w porcie
ków straży ochrony lotniska – ze strategicznym założe-
lotniczym.
niem rzetelnego zebrania danych, przy jednoczesnym
Jakie zmiany dla systemu bezpieczeństwa portów lotniczych przyniósł coraz powszechniejszy sprzęt detekcyjny?
uniknięciu sparaliżowania funkcjonowania lotniska. Wykorzystanie wspomnianego sprzętu detekcyjnego na ma-
LOTNISKO
»
17
BEZPIECZEŃSTWO
sową skalę daje szansę oparcia się na wyniku naukowe-
Sample Press
go testu, a nie tylko fakultatywnej decyzji zaangażowane-
Bright Field Illumination
through Prese tip
go w akcję interwencyjną, a więc nie zawsze obiektywnego personelu. Nie zmienia to faktu wykorzystania syste-
Diamond Internal
Reflection Element
Próbka
mu monitorującego do jak najszybszego ustalenia właściciela porzuconego bagażu, nie powoduje podniesienia gotowości do działania odpowiednich komórek policji lub straży granicznej, ale ich wprowadzenie do działania przesuwa do drugiego etapu – neutralizacji.
Miniaturowy IR
interferometr
W tej części działania nie ma już miejsca na kompromisy.
Fakt potwierdzenia obecności mikrośladów, np. materiałów
Wiązka
promieniowania
podczerwonego
Detektor
wybuchowych, nie pozostawia wątpliwości co do powagi
Dark Field Illumination
from LED
sytuacji. Czynności neutralizacyjne w tym wypadku powinny
zmierzać do bezpiecznej, skutecznej, ale i szybkiej ewakuacji do czasu unieszkodliwienia potencjalnego urządzenia
Miniaturowa kamera
video
Rys. 4.
wybuchowego lub jego „wyprowadzenia” w rejon umożliwiający dalsze działanie specjalistów (o czym więcej w kolejnym numerze „Lotniska”).
Zaawansowana technologia umożliwia coraz pewniejsze
określenie stopnia zagrożenia. Tym samym podejmowane
decyzje opierają się na argumentach ułatwiających odróżnienie sytuacji kryzysowej od „dotkliwości” związanej z brakiem wyobraźni, ale pozostającej w sferze wykroczeń, bez
bezpośredniego wpływu na bezpieczeństwo pasażerów.
Czas wykorzystać tę szansę w 100% nie tylko dlatego, że
może ułatwić prowadzenie skutecznych działań taktycznych, zabezpieczających port lotniczy, ale również z uwagi
na zachowanie ciągłości w funkcjonowaniu i ekonomiczny
interes przedsiębiorstwa, którym jest lotnisko.
Rys. 3. Spektrogram z urządzenia SABRE-4000 z badań narkotyków, zebranych na filtrze papierowym
Grzegorz Cieślak
Warsztaty szkoleniowe
JKM INSTITUTE WYDAWCA MAGAZYNU LOTNISKO
ZAPRASZA DO UDZIAŁU W WARSZTATACH SZKOLENIA UZUPEŁNIAJĄCEGO DLA PERSONELU PIONU OCHRONY PORTÓW
LOTNICZYCH PT. „WYBRANE ELEMENTY
STRATEGII ZAPOBIEGANIA ZAMACHOM
TERRORYSTYCZNYM W KONTEKŚCIE ZAGROŻEŃ
AKTAMI TERRORU BOMBOWEGO”
W programie między innymi:
l analiza zagrożeń wynikających z aktów terroru bombowego w warunkach polskich;
l materiały i urządzenia wybuchowe w kontekście możliwości wczesnego wykrycia zagrożeń;
LOTNISKO
warsztatów, skierowanych do personelu i kadry kierowniczej
pionu ochrony portów lotniczych oraz strażników straży
ochrony lotnisk. W czasie trwania szkolenia przewidziano zarówno wykłady, pokazy rzeczywiste, jak i czynny udział słuchaczy w formie ćwiczeń praktycznych i symulacji.
Szkolenie poprowadzą doświadczeni wykładowcy,
w tym uprawnieni instruktorzy minerstwa – pirotechniki
z wieloletnim stażem i doświadczeniem merytorycznym
i dydaktycznym.
Metoda szkolenia oparta jest na case study (analizie
konkretnych zdarzeń) w przygotowanych do tego celu
punktach kontroli detektorowej. Uczestnicy będą mieli
l uniwersalny algorytm postępowania w przypadku wy-
okazję uporządkować nabytą wiedzę i umiejętności oraz
krycia/ujawnienia przedmiotów potencjalnie niebez-
w warunkach symulacji zetknąć się z przedmiotami, które
piecznych;
na co dzień mogą stanowić realne zagrożenie dla bezpie-
menty;
«
osób – symulacje i ćwiczenia praktyczne.
Szkolenie przewidziane jest w formie jednodniowych
l wybuch i zjawiska współistniejące;
l strategie zapobiegawcze (defensywne) – wybrane ele-
18
l organizacja i funkcjonowanie punktu kontroli ruchu
czeństwa portu lotniczego.
Zainteresowanych prosimy o kontakt z redakcją.