Tìm hiểu về chất nổ và các công nghệ nhận dạng chất nổ tiên tiến

This post is also available in: English (English)

Năm 2019 ghi nhận 29,500 người chết và bị thương trên toàn thế giới bởi tác nhân liên quan đến chất nổ (bom, mìn). Chất nổ là một lựa chọn phổ biến của những kẻ khủng bố sử dụng để gây ra thương vong và phá hủy. Mặc dù vũ khí hóa học, sinh học, phóng xạ và hạt nhân (CBRN) có thể gây ra nhiều sát thương hơn, chất nổ vẫn có thể là lựa chọn hàng đầu vì chúng tương đối dễ chế tạo, vận chuyển và sử dụng. Chúng ta sẽ cùng tìm hiểu sâu hơn xem chất nổ là gì và các công nghệ phát hiện chất nổ phổ biến hiện nay trên thế giới.

Thuốc nổ là gì?

“Thuốc nổ là một chất hoặc một hỗn hợp hóa học, khi bị tác động thì có phản ứng nổ, sinh nhiệt cao, lượng khí lớn tạo thành áp lực mạnh phá hủy các vật thể xung quanh.”

Đặc điểm của thuốc nổ:

• Tốc độ phản ứng nhanh: Tốc độ phản ứng nhanh chóng của quá trình là đặc trưng quan trọng nhất của phản ứng nổ, nó khác hẳn với các phản ứng hóa học và các phản ứng cháy thông thường.
• Tỏa nhiều nhiệt: Sự tỏa nhiệt của quá trình là điều kiện cần thiết để duy trì phản ứng nổ, có thể nói rằng nếu không có phản ứng tỏa nhiệt thì không có phản ứng nổ, vì nếu một phản ứng tỏa nhiệt càng lớn thì tốc độ phản ứng càng cao và phản ứng càng được tiến hành triệt để, tốc độ truyền lan của phản ứng càng lớn thì tác dụng phá hoại của vụ nổ càng mạnh. Vì vậy nhiệt của phản ứng là đặc trưng quan trọng và là tiêu chuẩn để xác định khả năng làm việc của chất nổ.
• Tạo áp suất cao: Áp suất được xuất hiện ở vùng trung tâm nổ rất cao và khi truyền lan có tác dụng phá hoại rất lớn đối với chướng ngại xung quanh, nguyên nhân chủ yếu là do sự hình thành thể tích khí trong quá trình phản ứng, lượng khí sinh ra càng nhiều và nhiệt độ càng cao thì khả năng sinh công của chất nổ càng lớn.

Phân loại thuốc nổ

Phân loại theo công dụng

• Thuốc gây nổ: là loại thuốc rất nhạy nổ, tốc độ biến hóa rất nhanh, dùng để gây nổ cho các loại thuốc nổ khác.
• Thuốc phá: là loại thuốc có khả năng phá hoại lớn, chủ yếu dùng để phá hoại các vật thể bằng uy lực của thuốc nổ.
• Thuốc phóng: là loại thuốc có khả năng sinh công lớn để phóng đẩy các vật thể đi xa. Thường được sử dụng làm thuốc phóng tên lửa, đạn pháo.

Phân loại theo cấu tạo

• Thuốc nổ hỗn hợp: là loại thuốc bao gồm nhiều chất pha trộn với nhau, nhưng khi pha trộn không có phản ứng hóa học xảy ra mà vẫn giữ nguyên tính chất riêng biệt của từng chất, chỉ khi cháy hoặc nổ mới có tác dụng lẫn nhau.
• Thuốc nổ hóa hợp: là loại thuốc gồm nhiều chất khác nhau, khi điều chế có phản ứng hóa học xảy ra và tạo thành chất mới, không còn tính chất riêng biệt của từng chất nữa.

Phân loại theo trạng thái dựa vào trạng thái ban đầu của thuốc nổ để phân loại, như: rắn, lỏng, khí

Một số loại thuốc nổ thông dụng:

• Thuốc gây nổ: Thuốc nổ Fuyminat thủy ngân (Hg(CNO)2); Thuốc nổ Azotua chì Pb(N3)2
• Thuốc nổ mạnh: Thuốc nổ Pentrit (TEN); Thuốc nổ Hexogen
• Thuốc nổ vừa: Thuốc nổ Trinitrotoluen (TNT); C4
• Thuốc nổ yếu: Nitrat Amon; Thuốc nổ đen
• Thuốc phóng: Nitroxenlulo (NCP); Nitroglixerin (NGP)

Công nghệ nhận dạng chất nổ

Để đối phó với nguy cơ vận chuyển, chế tạo và sử dụng thuốc nổ cho các mục đích khủng bố và phá hoại, đã có những công nghệ nhận dạng chất nổ được áp dụng bởi lực lượng cảnh sát, quân đội, hải quan… nhằm mục đích phát hiện nhanh và chính xác tại hiện trường hoặc phân tích sâu hơn trong phòng thí nghiệm. Chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu về cơ chế hoạt đông cũng như ưu và nhược điểm của từng công nghệ trong phần tiếp theo của bài viết.

1. Colorimetric: Phân tích so màu

Thiết bị phân tích so màu cho biết sự hiện diện của hóa chất mục tiêu thông qua một phản ứng hóa học dẫn đến sự thay đổi màu sắc của thuốc thử. Tính năng phát hiện đo màu bao gồm nhiều loại sản phẩm, từ giấy M8 đơn giản cho CWA đến SPX 300 để phát hiện dấu vết chất nổ.

Ưu điểm:

• Kích thước nhỏ gọn,
• Dễ vận hành.
• Thời gian phát hiện nhanh
• Chi phí mua sắm và vật tư tiêu hao thấp

Nhược điểm:

• Yêu cầu gạc thử riêng biệt cho từng loại chất nổ xác định và không có khả năng phát hiện các chất chưa xác định hoặc không có trong thư viện nhà sản xuất.
• Giới hạn phát hiện thường nằm trong khoảng từ phần triệu đến phần nghìn (ppm-ppth);
• Việc giải thích kết quả có thể mang tính chủ quan;
• Kết quả thường không thể được lưu trữ để xem xét sau này.
• Không khả dụng với mẫu dạng dấu vết.

Tìm hiểu về sản phẩm ứn dụng công nghệ Colorimetric: https://htigroup.vn/bo-phat-hien-chat-no-hien-truong/

2. Ion Mobility Spectrometry (IMS) – Công nghệ phổ ion

Đây là công nghệ nhận dạng chất nổ thông qua việc phát hiện giả định nhanh và nhạy các chất cần được xác minh bằng công nghệ xác nhận (thư viện phổ).

Để đo các đặc tính của các phân tử riêng lẻ, một máy khối phổ biến đổi chúng thành các ion để chúng có thể di chuyển và điều khiển bởi điện trường và từ trường bên ngoài. Ba chức năng thiết yếu của khối phổ kế và các thành phần liên quan là: – Mẫu bị ion hóa, thường thành cation do mất electron. – Các ion được sắp xếp và phân tách theo khối lượng và điện tích của chúng. – Các ion tách ra sau đó được đo và kết quả hiển thị trên biểu đồ. Bởi vì các ion rất dễ phản ứng và tồn tại trong thời gian ngắn, sự hình thành và thao tác của chúng phải được tiến hành trong chân không.

Ưu điểm:

• Thời gian phát hiện nhanh.
• Độ nhạy tương đối cao.
• Hoạt động tốt trong dải nhiệt độ và độ ẩm rộng.
• Giá thành hợp lý.

Nhược điểm:

• Dễ bị dương tính giả trong các tình huống thực địa và thường gặp phải các tác nhân gây nhiễu phổ biến (nhiên liệu, sản phẩm tẩy rửa hoặc phân bón)
• Quá tải mẫu và ảnh hưởng bởi môi trường.
• Thư viện nhỏ do thiếu tính đặc hiệu.

Tìm hiểu sản phẩm đang ứng dụng công nghệ IMS: https://htigroup.vn/thiet-bi-phan-tich-va-nhan-dang-chat-no-cam-tay-cong-nghe-pho-ion-ims/

3. High Pressure Mass Spectrum (HPMS): Công nghệ khối phổ áp suất cao

Công nghệ này hoạt động tương tự như IMS tuy nhiên được nâng cao áp suất thông qua việc giảm kích thước bẫy ion và máy bơm chân không. Với mức độ nhạy tương đương với khối phổ di động ion (IMS) và độ chọn lọc được nâng cao đáng kể. Các thiết bị sử dụng công nghệ HPMS có thể phát hiện các lượng vết (ppb thấp – trung bình) của các mối đe dọa ưu tiên trong số vô số các chất gây nhiễu gây ra so với các công nghệ ít chọn lọc hơn. Tính năng chuyển đổi nhanh, phân cực kép của thiết bị HPMS cung cấp khả năng phát hiện dấu vết thực sự trong cả chế độ hơi (LODs trong 10 giây ppbv) và giải hấp nhiệt (LODs ~ 10 giây trên miếng gạc). Nền tảng này là một giải pháp đa nhiệm toàn diện giúp phân tích các tác nhân chiến tranh hóa học (CWA), đầy đủ các loại chất nổ, chất kích thích và các tiền chất có liên quan trên một mẫu duy nhất.

Ưu điểm:

• Độ nhạy và chọn lọc cao, giảm nguy cơ cảnh báo sai do nhiễu nền.
• Phạm vi mẫu thử lớn từ dạng lỏng, hơi / khí và rắn.
• Đa chức năng cho mục đích phát hiện: chất nổ, chất kích thích, độc chất và tiền chất.
• Chi phí vật tư tiêu hao nhỏ.
• Yêu cầu đào tạo vận hành đơn giản.

Nhược điểm:

• Chi phí mua sắm tương đối cao

Hiện tại, công ty Đầu tư & Công nghệ HTI đang là nhà phân phối độc quyền thiết bị HPMS cầm tay MX908 tại Việt Nam, được phát triển bởi hãng 908Devices, xuất xứ Mỹ. Đây là thiết bị đầu tiên trên thế giới áp dụng công nghệ HPMS với những tính năng ưu việt đã được kiểm định và đánh giá hàng đầu trong dải sản phẩm sử dụng trên hiện trường. Không chỉ dừng lại ở tính năng phát hiện chất nổ, nó còn ứng dụng trong nhiệm vụ phát hiện CBRN mà trong bài viết này chúng tôi chưa nhắc đến, mọi chi tiết về sản phẩm này các bạn có thể tìm thấy ở link dưới bài viết.

Tìm hiểu thêm MX908: https://htigroup.vn/thiet-bi-phat-hien-dau-vet-chat-no-ma-tuy-va-hoa-chat-doc-cam-tay/

4. Công nghệ quang phổ Raman

Công nghệ nhận dạng chất nổ ứng dụng công nghệ quang phổ Raman là một kỹ thuật đo năng lượng của các photon được tạo ra bởi sự tán xạ không đàn hồi của các photon kích thích đơn sắc. Trong quá trình kích thích, các photon tương tác với đám mây electron của chất phân tích và một tỷ lệ nhỏ các photon này trải qua sự thay đổi năng lượng do kết quả của tương tác. Sự thay đổi năng lượng này tương ứng với các dao động phân tử, chuyển động quay, và các chế độ tần số thấp khác và được vẽ bằng phần mềm vận hành công cụ để tạo ra phổ. So sánh phổ này với phổ thư viện trên thiết bị để xác nhận kết quả thu được.

Ưu điểm:

• Kết quả chi tiết, cụ thể
• Có khả năng lưu trữ, xem lại kết quả.
• Thư viện chất phát hiện lớn.
• Sử dụng đơn giản.
• Thời gian phân tích nhanh.
• Giá thành hợp lý.

Nhược điểm:

• Độ nhạy không cao (yêu cầu mẫu hiển thị)
• Các hợp chất phải có nồng độ > 5-10%;
• Yêu cầu thư viện với tất cả các chất tương tự.

Thị trường Việt Nam đang phổ biến thiết bị quang phổ Raman dải 785nm, tuy nhiên sản phẩm sử dụng dải phổ 1064nm khắc phục được 1 số yếu điểm về nhiễu huỳnh quang và nồng độ thấp của mẫu vật đang dần được ứng dụng rộng rãi trong các lực lượng cảnh sát, quân đội và hải quan.

Tìm hiểu về sản phẩm ứng dụng công nghệ này: https://htigroup.vn/thiet-bi-phat-hien-ma-tuy-chat-no-cam-tay/

5. Gas Chromatography Mass Spectometry (GC/MS)

Là một trong những phương pháp sắc ký hiện đại nhất hiện nay với độ nhạy và độ đặc hiệu cao và được sử dụng trong các nghiên cứu và phân tích kết hợp. Thiết bị GC/MS được cấu tạo thành 2 phần: phần sắc ký khí (GC) dùng để phân tích hỗn hợp các chất và tìm ra chất cần phân tích, phần khối phổ (MS) mô tả các hợp phần riêng lẻ bằng cách mô tả số khối. Bằng sự kết hợp 2 kỹ thuật này có thể đánh giá, phân tích định tính và định lượng đối với một số hóa chất.

Sắc ký khí (GC_Gas Chromatography):

Sắc ký khí được dùng để chia tách các hỗn hợp của hóa chất ra các phần riêng lẻ, mỗi phần có một giá trị riêng biệt. Trong sắc ký khí (GC) chia tách xuất hiện khi mẫu bơm vào pha động. Pha động mang hỗn hợp mẫu đi qua pha tĩnh, pha tĩnh được sử dụng là các hóa chất, hóa chất này có độ nhạy và hấp thụ thành phần hỗn hợp trong mẫu.

Thành phần hỗn hợp trong pha động tương tác với pha tĩnh, mỗi hợp chất trong hỗn hợp tương tác với một tỷ lệ khác nhau, hợp chất tương tác nhanh sẽ thoát ra khỏi cột trước và hợp chất tương tác chậm sẽ ra khỏi cột sau. Đó là đặc trưng cơ bản của pha động và pha tĩnh, hơn nữa quá trình chia tách có thể xảy ra bởi sự thay đổi nhiệt độ của pha tĩnh hoặc là áp suất của pha động.

Khối phổ:

Khối phổ được dùng để xác định một chất hóa học dựa trên cấu trúc của nó. Khi giải hấp các hợp chất riêng lẻ từ cột sắc ký, chúng đi vào đầu dò có dòng điện ion hóa (mass spectrometry). Khi đó, chúng sẽ tấn công vào các luồng, do chúng bị vỡ thành những mảnh vụn, những mảnh vụn này có thể lớn hoặc nhỏ;

Những mảnh vụn thực tế là các vật mang điện hay còn gọi là iôn, điều này là quan trọng bởi vì các hạt cần ở trạng thái tích điện thì mới đi qua được bộ lọc. Các khối nhỏ chắc chắn, khối của mảnh vỡ được chia bởi các vật mang gọi là tỉ lệ vật mang khối (M/Z);

Hầu hết các mảnh vụn có điện tích là +1, M/Z thường miêu tả các phân tử nặng của mảnh vụn.Nhóm gồm có 4 nam châm điện gọi là tứ cực (quadrapole), tiêu điểm của các mảnh vụn đi xuyên qua các khe hở và đi vào đầu dò detector, tứ cự được thành lập bởi phần mền chương trình và hướng các mảnh vụn đi vào các khe của khối phổ.

Phân tích kết quả

Máy tính sẽ ghi lại các biểu đồ của mỗi lần quét. Trục hoành biểu diễn tỉ lệ M/Z còn trục tung biểu diễn cường độ tín hiệu của mỗi mảnh vụn được quét bởi đầu dò detector. Đây là đồ thị của số khối. Làm thế nào để phân tích các kết quả từ máy tính? Dưới đây là một hình khối phổ. Trục X là khối lượng còn trục Y là số lượng. Mỗi hóa chất chỉ tạo ra một mô hình duy nhất, nói cách khác mỗi chất có một “dấu vân tay” để nhận dạng, dựa trên mô hình ion của nó.

Các nhà nghiên cứu có thể so sánh khối phổ thu được trong thí nghiệm của họ với một thư viện khối phổ của các chất đã được xác đinh trước. Việc này có thể giúp họ định danh được chất đó (nếu phép so sánh tìm được kết quả tương ứng) hoặc là cơ sở để đăng ký một chất mới (nếu phép so sánh không tìm được kết quả tương ứng).

Ưu điểm:

• Độ nhạy và khả năng phân biệt hàng đầu
• Ứng dụng đa năng đáp ứng nhu cầu của người vận hành

Nhược điểm:

• Giá thành mua sắm, bảo dưỡng và vật tư tiêu hao cao
• Thời gian phân tích lâu
• Yêu cầu người sử dụng được đào tạo bài bản
• Trọng lượng, kích thước lớn

Trên đây là một số công nghệ tiêu biểu trong lĩnh vực nhận diện chất nổ, phát hiện và phân tích các loại chất nổ ngay tại hiện trường cũng như trong phòng thí nghiệm. Mỗi công nghệ đều có điểm mạnh và yếu tùy thuộc ứng dụng, tính năng và giá thành sản phẩm. Công ty Đầu tư & Công nghệ HTI đã và đang cung cấp dải sản phẩm rộng rãi trong lĩnh vực này nhằm mang đến sự trợ giúp đắc lực cho lực lượng hành pháp, quân đội và hải quan.

Mọi thông tin cần tư vấn, yêu cầu về tài liệu và báo giá xin vui lòng liên hệ trực tiếp: 098.123.0055

Tác giả: Trương Thành Hiếu – Công ty CP Đầu tư và Công nghệ HTI

Theo dõi chúng tôi www.hql-neu.edu.vn để có thêm nhiều thông tin bổ ích nhé!!!