Desarrollo de sensores para detectar explosivos mortales

Desarrollo de sensores es importante para la seguridad en todo el mundo. Aprender cómo los científicos están desarrollando sensores para triperóxido triaceton (TATP), uno de los explosivos más notorios en el mundo.
Después de los ataques terroristas en Bruselas a principios de este año, el senador Chuck Schumer pidió a la agencia antiterrorista del gobierno estadounidense para efectuar rápidamente las pruebas de una tecnología reciente para detectar el explosivo utilizado en el ataque.

El bombardeo, que causó la muerte de al menos 31 personas, utiliza triperóxido triaceton. El explosivo fue también el ingrediente principal del ataque París el año pasado.

Triaceton triperóxido (TATP)

triperóxido de triacetona, un explosivo de peróxido, ha sido cada vez más utilizada por los terroristas durante las últimas décadas. Esto se debe principalmente al hecho de que los materiales de partida del explosivo-es decir., Acetona, peróxido de hidrógeno, y el ácido son todos comercialmente disponibles en farmacias y ferreterías. Por otra parte, el proceso de síntesis de triperóxido de triacetona, o TATP, para abreviar, es simple y está disponible en Internet.

TATP es casi tan fuerte como TNT, que es el explosivo militar más comúnmente empleado. Sin embargo, a diferencia de TNT, TATP es tan sensible al calor, choque y fricción que no tiene ningún uso militar. Debido TATP podría explotar durante la fabricación, se presenta como muy peligroso para el fabricante, explicando el otro nombre del explosivo, "Madre de Satanás".

Curiosamente, la explosión de TATP implica un fenómeno raro conocido como explosión entrópica. Esto significa que la reacción generalmente no produce ningún calor o llama. En lugar de ello, se produce un gran cambio en volumen mediante la producción de cuatro moléculas en fase gaseosa a partir de cada molécula de TPTA en el estado sólido. Esto nos recuerda la reacción que se produce en las bolsas de aire de seguridad que rápidamente produce una gran cantidad de gas en caso de accidente.

Desafíos de detección TATP

Desde TATP no contiene ningún grupo nitro o elementos metálicos, que no tiene una absorción significativa en la región ultravioleta y no fluorescente. Como resultado de ello, los métodos convencionales de detección de explosivos, tales como los métodos de espectroscopia, no tienen éxito en el caso de TPTA.

Los estudios anteriores sobre la detección de TATP, como la espectrometría de movilidad iónica, la espectrometría de masas, espectroscopia de fluorescencia y espectroscopia de absorción, no son lo suficientemente rápido y / o no proporcionan la suficiente precisión. Estos métodos requieren generalmente caro y no portátil de instrumentación y se basan en un amplio muestreo.

Vapor de detección de fase de TATP

El explosivo tiene una presión de vapor de aproximadamente 0,03 torr a temperatura ambiente. La presión de vapor, que es la presión ejercida por el vapor del compuesto en equilibrio termodinámico con su forma sólida (o líquido), es una indicación de velocidad de sublimación (evaporación) del compuesto.

Tener una alta presión de vapor, TATP puede sublimar fácilmente a temperatura ambiente. Esto hace que el almacenamiento del explosivo difícil y peligroso. Sin embargo, los investigadores han utilizado esta función para realizar la detección en fase vapor de TATP.

La investigación publicada en 2009 por un grupo de ingenieros químicos utiliza una serie de sensores que cada elemento de la matriz es un efecto similar al transistor de campo. La puerta de cada uno de estos dispositivos se sustituye por una monocapa de moléculas de receptor. Cuando se expone al vapor TATP, la corriente que pasa el dispositivo varía. Sin embargo, se informó que el límite de detección para este esquema de estar alrededor de 100 ppb (partes por billón).

En 2010, una investigación realizada en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign empleó una matriz de sensores colorimétricos para detectar el vapor de TATP con límites de detección por debajo 2ppb.

Un sensor colorimétrico se basa en un material sensible al gas que experimenta un cambio en el color, ya que está expuesta al gas objetivo. Estos sensores son capaces de detectar los gases tales como monóxido de carbono, amoníaco, dióxido de nitrógeno, y etileno.

Los investigadores de la Universidad de Illinois trataron previamente la corriente de vapor TPTA con un catalizador ácido sólido, Amberlyst-15, y se expusieron la matriz de sensores para el producto de descomposición de ácido. Dependiendo de la concentración del vapor TATP, el experimento dio lugar a diferentes mapas de colores como se muestra en la siguiente figura.

El uso de estos patrones, es posible detectar diferentes concentraciones de vapor de TPTA. Según el estudio, la elección del ácido catalizador apropiado juega un papel significativo en la concentración mínima que se puede detectar. Desafortunadamente, este método se basa en un uso de una sola vez y no se puede emplear en la detección continua en tiempo real.

El método de detección desarrollado por URI

El equipo de investigación de ingeniería química de la Universidad de Rhode Island examinó el complejo de vapor que se obtiene de la sublimación TATP. Se diseñaron un sensor que es sensible tanto a los lazos de peróxido de TPTA y de sus productos por-orgánico.

El estudio dio lugar a un sensor de gas a base de termodinámica que podría detectar TPTA con alta selectividad y alta sensibilidad. El sensor mide el calor absorbido o generado por el catalizador en presencia de TPTA y de sus productos de descomposición. Se empleó una gama de diferentes catalizadores para llevar a cabo la detección en tiempo real con un número mínimo de falsas alarmas.

Antes de los ataques de Bruselas, la tecnología iba a ser probado en el otoño en las instalaciones en Atlantic City, Nueva Jersey y en Savannah, Georgia. Sin embargo, después del ataque, Schumer dijo que los detectores podrían salvar incontables vidas y que la prueba debe hacerse tan pronto como sea posible sin perder un instante.

En 2008, el Departamento de Seguridad Nacional de EE.UU. comenzó a financiar el trabajo de la universidad a través de un centro de investigación explosivos.

Schumer agregó que los experimentos de laboratorio han demostrado que el detector puede controlar continuamente el aire y olfatear una muy pequeña cantidad de explosivo. En opinión de Schumer, sólo la vida real y en funcionamiento in situ del sistema necesita ser verificada.

Otto Gregory, profesor de la Universidad de Rhode Island de la ingeniería química detrás de la tecnología, señaló que la limpieza de los obstáculos relacionados con la investigación y dando la prioridad del Gobierno la tecnología haría posible para acelerar las pruebas por varios meses. Añadió que el detector puede competir con un perro detector de bombas de la policía y, a diferencia de un perro, que no necesita entrenamiento o se rompe!

Se espera que el primer prototipo costaría alrededor de $ 1.000 a $ 2.000, pero estima que su dispositivo de final sería un producto de mano de varios cientos de dólares.

Los ataques de Bruselas, una vez más, atrajeron la atención sobre lo peligroso que es TATP. También nos recordó a todos que la detección rápida, sensible y fiable del explosivo es de suma importancia.