Об’єктивний спосіб визначення отруйних речовин
Об’єктивний спосіб визначення ОР ґрунтується на показаннях засобів хімічної розвідки. В основу будови великої кількості цих засобів покладено використання спеціальних речовин (хімічних реагентів) – індикаторів. Під час взаємодії ОР з індикатором у засобі відбувається зміна фізичного або хімічного параметра, яка фіксується або візуально, або чутливими пристроями з видачею світлового та звукового сигналу. Наприклад, під час прокачування повітря через індикаторну трубку (ІТ) ОР вступає в реакцію з розчином, яким просочений наповнювач, і хімік-розвідник спостерігає за зміною кольору наповнювача, порівнюючи його з еталоном, робить висновки про наявність ОР та ступінь небезпеки.
З огляду на велику різноманітність сучасних ОР і широкий діапазон їхніх бойових концентрацій (від граничних до летальних), варто визнати, що створення ідеального засобу індикації є дуже складним. Звідси випливає доцільність створення індикаторних засобів, кожний з яких вирішує одну або декілька задач, а усі разом забезпечують повне вирішення основних задач щодо визначення ОР.
Усі індикаторні засоби, які використовуються під час об’єктивного методу визначення ОР, можна умовно поділити на дві групи:
1. Найпростіші засоби хімічної розвідки:
– індикаторні порошки;
– індикаторні олівці;
– індикаторні папірці;
– індикаторні трубки;
– індикаторні плівки;
2. Прилади хімічної розвідки.
В основу визначення ОР приладами хімічної розвідки покладено використання найпростіших засобів. Наприклад, ІТ застосовуються у військовому приладі хімічної розвідки ВПХР, напівавтоматичному приладі хімічної розвідки ППХР, напівавтоматичному газовизначнику ПГО-11. Крім цього, ці засоби можуть використовуватися незалежно від приладів, наприклад, ті ж самі ІТ використовуються в польових хімічних лабораторіях. Застосування перелічених засобів залежить від того, який метод реалізовано в цьому засобі (приладі).
На рис. 2.6 наведено основні методи індикації, які використовуються під час об’єктивного способу визначення ОР.
 |
Хімічні методи
Перші зразки засобів хімічної розвідки та контролю – газовизначальники –ґрунтувалися на використанні хімічних методів індикації ОР. У цьому методі використовуються ті чи інші хімічні індикаторні реакції з ОР. При цьому найбільшого поширення набули колориметричні реакції, тобто реакції, які супроводжуються забарвленням або знебарвленням сполук.
Колориметричні реакції можуть здійснюватися як у розчинах (у пробірках, кюветах), так і на твердих носіях – папірцях, крейдах, порошках тощо. Колориметричні реакції застосовуються не тільки для виявлення ОР, але й для кількісного їх визначення. Останнє стає можливим завдяки тому, що в більшості випадків інтенсивність виникаючого забарвлення пропорційна кількості утвореного барвника, яка у свою чергу визначається кількістю ОР, що вступила в реакцію (під час здійснення реакції в силікагелевих трубках можна використовувати також ту обставину, що збільшення кількості утвореного барвника викликає збільшення довжини забарвленого шару наповнювача трубки).
Для кількісного їх визначення також застосовується нефелометричний метод.
Нефелометрія – метод кількісного аналізу за інтенсивністю світла, розсіяного суспензією речовини, що визначається. Цей метод використовується переважно для дослідження колоїдних розчинів високомолекулярних сполук (білкових та інших природних речовин).
Ферментні методи. В аналітичній хімії широкого застосування набули ферментні методи аналізу, зокрема для визначення фосфорорганічних сполук.
Це стало можливим завдяки успіхам, досягнутим у дослідженнях механізму дії і структури цих біокаталізаторів. На сьогодні ферменти високого ступеня чистоти надходять у розпорядження аналітиків в усе зростаючій кількості і застосовуються для проведення реакцій in vitro (в пробірці). Переваги аналітичного застосування ферментів полягають у їх високій функціональній специфічності і чутливості. Здатність ферментів специфічно взаємодіяти з ФОС в різних сумішах виключає, у більшості випадків, тривалі операції попереднього поділу сумішей і скорочує час аналізу.
Хемілюмінесцентний метод. Хімічною основою хемілюмінесцентного методу визначення ОР є реакції, що створюють умови до утворення або руйнування люмінесціюючих речовин.
Люмінесценція – це надлишкове у порівнянні з тепловим електромагнітне випромінювання речовини в ультрафіолетовій (УФ), видимій та інфрачервоній ділянках спектра, що виникає після поглинання ним енергії збудження. Короткотривалу люмінесценцію, що затухає одразу після припинення збудження, називають флуоресценцією. Джерелами збудження можуть бути світло (фотолюмінесценція), рентгенівські промені (рентгенолюмінесценція), електричне поле (електролюмінесценція) тощо.
Хемілюмінесценція – це світіння, яке виникає за рахунок енергії хімічних реакцій; генерується продуктами реакції або іншими компонентами, які акцептують енергію від продуктів. Реєструвати появу люмінесценції можна за допомогою фотоелементів або фотоелектронного помножувача, причому люмінесціююча речовина може бути виявлена у дуже малих кількостях. У зв’язку з цим реакції ОР, що приводять до утворення або руйнування люмінесціюючих сполук, дають можливість створювати більш чутливі прилади індикації ОР. Речовини, які здатні люмінесціювати під час зміни концентрації іонів водню у розчині, окислюванні-відновлюванні, комплексоутворенні чи адсорбції, називаються люмінесцентними індикаторами. За характером дії розрізняють флуоресцентні і хемілюмінесцентні індикатори. Для збудження флуоресценції застосовують УФ освітлювачі із ртутно-кварцевими і ксеноновими лампами, а також лазери з УФ світлофільтрами. Хемілюмінесценція характеризується спектрами поглинання і люмінесценцією, енергетичним виходом (співвідношенням кількості вилучених квантів до кількості поглинутих), кінетикою (залежністю інтенсивності світіння в часі). Максимуми спектра фотолюмінесценції зазвичай зсунуті у довгохвильову ділянку порівняно з максимумом спектра поглинання (закон Стокса).
При підвищенні температури, збільшенні концентрації речовин, зміні рН, наявності домішок (у тому числі атмосферного кисню) спостерігається зменшення виходу люмінесценції, тобто її гасіння.
Каталітичний метод. Великі можливості використання автоматичних приладів закладені в каталітичному методі. Сутність його полягає у гальмуванні певних каталітичних реакцій “слідами” ОР, що знаходяться у повітрі, внаслідок отруєння ними каталізаторів-біокаталізаторів або неорганічних контактних каталізаторів. Завдяки виходу значної кількості теплоти, що виділяється при каталітичних реакціях, можуть бути створені схеми приладів, що мають винятково високу чутливість до визначуваних ОР.
Цікавим прикладом використання неорганічних контактних каталізаторів є термокаталітична реакція окиснення метилового спирту на нагрітому платиновому каталізаторі. У присутності слідів деяких ОР в аналізованому повітрі каталізатор отруюється і його температура різко знижується. Реєструюча система фіксує зниження температури, що свідчить про наявність ОР.
Фізичні методи. До фізичних методів відносяться методи, які ґрунтуються на реєстрації зміни фізичних властивостей атмосферного повітря під час уведення в нього парів ОР, наприклад, зміни електропровідності, теплопровідності, коефіцієнта дифузії, деяких оптичних властивостей тощо.
Іонізаційний метод. Сутність методу полягає в прокачуванні повітря через іонізаційні камери (рис. 2.7).
 |
Визначення наявності ОР у повітрі відбувається шляхом реєстрації змін іонізаційного струму, що обумовлено зміною концентрації іонів в іонізованому повітрі за наявності в останньому сторонніх домішок. З появою у повітрі парів ФОР відбувається зміна іонізаційного струму в іонізаційному перетворювачі, пов’язана із впливом молекул ФОР на рухливість іонів, утворених під час дії альфа-частинок джерел іонізації.
Це викликає спрацювання електричного пристрою і посилення його сигналу до величини, необхідної для роботи реле, яке відповідає за вмикання команди на виконавчі механізми і сигналізацію.
Спектральний метод. Дуже цікавим з погляду створення автоматичних приладів індикації є спектральний метод визначення ОР. Як відомо, принцип дії будь-якого спектрального приладу (заснованого на аналізі спектрів поглинання) полягає у фіксуванні змін, що відбуваються під час пропускання через досліджувану речовину (розчин тощо) пучка променів, що мають суцільний спектр. При зменшенні інтенсивності на фоні суцільного спектра джерела випромінювання виявляється спектр поглинання даної речовини. Знайти його можна за допомогою фотоелемента або термоелемента в залежності від спектральної області випромінювання використаного джерела.
Оскільки всі органічні речовини, у тому числі й ОР, поглинаються в ІЧ ділянці (тоді як більшість з них є прозорими для видимих і УФ променів), створення автоматичних газосигналізаторів ОР можливе на основі спектральних приладів, які працюють в ІЧ ділянці спектра.
Фізико-хімічний метод ґрунтуються на використанні явищ, що супроводжують хімічні реакції чи фізико-хімічні процеси, які відбуваються при взаємодії ОР з індикаторами, і реєструються за допомогою спеціальних пристроїв.
Найпростіші схеми автоматичних газосигналізаторів ґрунтуються на фотоколориметричному методі визначення наявності ОР у досліджуваному повітрі. Як відомо, фотоколориметричний аналіз ґрунтується на колориметричних реакціях, при чому особливістю цього методу є заміна візуального способу визначення інтенсивності зміни забарвлення фотоелектричним методом реєстрації. Останній здійснюється за допомогою фотоелементів, загальний принцип дії яких полягає в тому, що світловий потік, потрапляючи на спеціально підготовлену поверхню напівпровідника або металу, збуджує на цій поверхні рух електронів; виникаючий при цьому струм вимірюється за допомогою електричної реєструючої схеми.
Найбільш широкого застосування при розробці приладів, заснованих на фотоколориметричному методі, набувають схеми, у яких взаємодія ОР з індикаторним реактивом здійснюється на стрічці (із тканини або паперовій), через яку прокачується аналізоване повітря. Реєстрація зміни забарвлення стрічки здійснюється за допомогою фотоелементів. Оскільки фотоелементи фіксують не зміну забарвлення, а зміну освітленості (сили світлового потоку), то зазвичай використовують схеми, у яких фотоелементи опромінюються світлом лампочки-освітлювача, відбитим від стрічки. За таким принципом працюють вітчизняні та американські газосигналізатори.
Біологічний метод полягає у визначенні ОР у результаті взаємодії його з живим організмом піддослідних тварин (кролики, собаки, кішки, миші, пацюки тощо). Визначення цим методом вимагає багато часу, кваліфікованих працівників, спеціальної апаратури тощо. У зв’язку з цим біологічний метод застосовується для визначення дії невідомої ОР, кінцевої перевірки знезараження води, продуктів тощо.
2. Військові засоби хімічної розвідки та контролю
Як вже зазначалося, всі найпростіші індикаторні засоби, які використовуються під час об’єктивного методу визначення ОР, можна умовно поділити на:
– індикаторні порошки;
– індикаторні олівці;
– індикаторні папірці;
– індикаторні плівки;
– індикаторні трубки.
Індикаторні порошки призначені для виявлення стійких отруйних речовин на ділянках місцевості з метою їх дегазації, обходу або подолання.
Специфічність індикаторних порошків дуже мала, оскільки і бризки від пального, і застосовані під час дегазації розчинники можуть також спричинити зміну забарвлення. Тому такі порошки переважно використовують у тих випадках, коли факт застосування противником ОР і тип її встановлений іншим шляхом, а порошок дає можливість найбільш простим і дешевим способом встановити межі зараженої поверхні.
Принцип дії індикаторних порошків полягає в тому, що під час обробки індикаторним порошком поверхні, на якій є краплі ОР, барвник переходить у розчин. Виникаюче при цьому інтенсивне забарвлення створює добре помітний контраст з вихідним забарвленням порошку чи поверхні.
Індикаторні порошки найбільш зручні для виявлення стійких отруйних речовин на місцевості, особливо при низьких температурах, коли тиск пари отруйних речовин настільки малий, що здійснити визначення її концентрації у повітрі за допомогою індикаторних трубок неможливо.
На забарвлених у різні кольори поверхнях часто буває дуже важко швидко виявити краплі ОР, внаслідок чого застосування індикаторних папірців для виявлення крапель вимагає значних витрат часу.
Індикаторні олівці призначені для виявлення парів ОР, які осідають на тверді поверхні місцевості, на озброєння та бойову техніку.
Індикаторні олівці являють собою стержні з пресованими наповнювачами, що просочені спеціальним реагентом. Захищені футляром олівці зберігаються тривалий час.
Принцип дії індикаторних олівців ґрунтується на нанесенні штрихування на тверді матеріали: каміння, метал, дерево і папір, які в присутності парів ОР змінюють забарвлення.