Сегодня эта процедура знакома многим авиапассажирам - по крайней мере, тем, кому в последние годы доводилось регистрироваться на международные рейсы. При проверке ручной клади сотрудник службы безопасности нередко берет чем-то вроде длинного пинцета марлевый тампон, проводит им по некоторым предметам в вашем багаже, и сует его в какой-то таинственный аппарат. Несколько секунд ожидания - и вас либо пропускают, либо уводят для более детального контроля. "Таинственный аппарат" - это масс-спектрометр, призванный обнаружить в вашей ручной клади следы взрывчатки или наркотиков. Такие устройства установлены теперь в любом мало-мальски приличном аэропорту и вскоре станут столь же привычным атрибутом при прохождении предполетного досмотра, как рамки-металлоискатели.

Проблема лишь в том, что обеспечиваемая традиционными масс-спектрометрами точность измерения, а значит, надежность досмотра, не вполне отвечает современным требованиям. С одной стороны, это приводит к частым ложным тревогам, что нервирует пассажиров и тормозит процесс прохождения контроля. Это плохо. Но еще гораздо хуже другая ошибка - незамеченное прибором взрывное устройство... Короче, без масс-спектрометров повышенной точности в аэропортах не обойтись.

Новый класс точности

Именно такие приборы производит австрийская фирма Ionicon Analytik, десять лет назад "отпочковавшаяся" от Инсбрукского университета, в котором эта инновационная конструкция и была разработана. Эффективность своих изделий инженер фирмы Филипп Зульцер (Philipp Sulzer) демонстрирует на примере хлорпикрина. Хлорпикрин, он же трихлорнитрометан - соединение, используемое сегодня в качестве пестицида в сельском хозяйстве, а во время Первой мировой войны применявшееся в качестве боевого отравляющего вещества. Это жидкость со своеобразным острым запахом, обладающая слезоточивым, а в высоких концентрациях - удушающим действием.

"В этом сосуде содержится сильно разбавленный водный раствор хлорпикрина, - говорит Филипп Зульцер. - В такой чрезвычайно низкой концентрации он совершенно безвреден. Если я открою сосуд и поднесу его к входному отверстию анализатора, прибору потребуется всего лишь 2 секунды, чтобы не только подать сигнал тревоги, но и идентифицировать данное вещество и даже указать его концентрацию на входе".

Устройства, выпускаемые фирмой, относятся к так называемым время-пролетным масс-анализаторам. Как и во всех прочих масс-спектрометрах, в этих приборах идентификация веществ также происходит на основе различия в массе их ионизированных, то есть электрически заряженных, молекул. Филипп Зульцер поясняет: "Ионы с помощью электрического импульса ускоряются и ´впрыскиваются´ в анализатор одним пакетом. В процессе преодоления расстояние до коллектора этот пакет ´расслаивается´ на несколько пакетов, состоящих из ионов с одинаковой массой. Понятно, что более тяжелые ионы отстают от более легких, им нужно больше времени на преодоление того же расстояния. Эта разность времени пролета позволяет с высокой точностью определить массу ионов, а тем самым - и природу вещества".

Перенос протона вместо электронного удара

Новые приборы отличаются от традиционных масс-спектрометров не методом измерения, а методом ионизации молекул исследуемого вещества. Вместо так называемой ионизации электронным ударом, которая нередко приводит к разрушению исходных молекул и образованию множества фрагментов, что резко снижает достоверность идентификации и повышает вероятность ложной тревоги, австрийские инженеры применяют гораздо более щадящий метод - реакцию переноса протонов. При этом источником протонов является гидроний (он же гидроксоний) H30+, получаемый из водяного пара.

Еще одним достоинством этого метода является то, что протоны не ионизируют молекулы большинства веществ, обычно присутствующих в воздухе и совершенно безобидных - азота, кислорода, углекислого газа. Тем самым они как бы заведомо отсекаются и не идентифицируются прибором, значит, потребность в специальных фильтрах отпадает. Это существенно повышает чувствительность масс-спектрометров, - говорит основатель и глава фирмы, профессор Тильман Мерк (Tilmann Märk).

Высокая точность измерений практически исключает случаи ложной тревоги - этим австрийские аппараты, как утверждают их создатели, выгодно отличаются от тех, что установлены сегодня в подавляющем большинстве аэропортов. А чувствительность прибора и вовсе уникальна, - говорит профессор Мерк и иллюстрирует это таким примером: "Представьте себе все население Земли и увеличьте его в 100 или даже в 1000 раз. Так вот, из этого стократного, а то и тысячекратного населения планеты наш прибор смог бы идентифицировать любого конкретного человека на основе его веса".

Сегодня сотрудники фирмы работают над тем, чтобы сделать свой прибор более простым в обращении, после чего он может найти широкое применение в различных системах обеспечения безопасности - прежде всего, конечно, в аэропортах.

Автор: Владимир Фрадкин
Редактор: Ефим Шуман