Desarrollo de sensores es importante para la seguridad en todo el mundo. Aprender c贸mo los cient铆ficos est谩n desarrollando sensores para triper贸xido triaceton (TATP), uno de los explosivos m谩s notorios en el mundo.
Despu茅s de los ataques terroristas en Bruselas a principios de este a帽o, el senador Chuck Schumer pidi贸 a la agencia antiterrorista del gobierno estadounidense para efectuar r谩pidamente las pruebas de una tecnolog铆a reciente para detectar el explosivo utilizado en el ataque.
El bombardeo, que caus贸 la muerte de al menos 31 personas, utiliza triper贸xido triaceton. El explosivo fue tambi茅n el ingrediente principal del ataque Par铆s el a帽o pasado.
Triaceton triper贸xido (TATP)
triper贸xido de triacetona, un explosivo de per贸xido, ha sido cada vez m谩s utilizada por los terroristas durante las 煤ltimas d茅cadas. Esto se debe principalmente al hecho de que los materiales de partida del explosivo-es decir., Acetona, per贸xido de hidr贸geno, y el 谩cido son todos comercialmente disponibles en farmacias y ferreter铆as. Por otra parte, el proceso de s铆ntesis de triper贸xido de triacetona, o TATP, para abreviar, es simple y est谩 disponible en Internet.
TATP es casi tan fuerte como TNT, que es el explosivo militar m谩s com煤nmente empleado. Sin embargo, a diferencia de TNT, TATP es tan sensible al calor, choque y fricci贸n que no tiene ning煤n uso militar. Debido TATP podr铆a explotar durante la fabricaci贸n, se presenta como muy peligroso para el fabricante, explicando el otro nombre del explosivo, "Madre de Satan谩s".
Curiosamente, la explosi贸n de TATP implica un fen贸meno raro conocido como explosi贸n entr贸pica. Esto significa que la reacci贸n generalmente no produce ning煤n calor o llama. En lugar de ello, se produce un gran cambio en volumen mediante la producci贸n de cuatro mol茅culas en fase gaseosa a partir de cada mol茅cula de TPTA en el estado s贸lido. Esto nos recuerda la reacci贸n que se produce en las bolsas de aire de seguridad que r谩pidamente produce una gran cantidad de gas en caso de accidente.
Desaf铆os de detecci贸n TATP
Desde TATP no contiene ning煤n grupo nitro o elementos met谩licos, que no tiene una absorci贸n significativa en la regi贸n ultravioleta y no fluorescente. Como resultado de ello, los m茅todos convencionales de detecci贸n de explosivos, tales como los m茅todos de espectroscopia, no tienen 茅xito en el caso de TPTA.
Los estudios anteriores sobre la detecci贸n de TATP, como la espectrometr铆a de movilidad i贸nica, la espectrometr铆a de masas, espectroscopia de fluorescencia y espectroscopia de absorci贸n, no son lo suficientemente r谩pido y / o no proporcionan la suficiente precisi贸n. Estos m茅todos requieren generalmente caro y no port谩til de instrumentaci贸n y se basan en un amplio muestreo.
Vapor de detecci贸n de fase de TATP
El explosivo tiene una presi贸n de vapor de aproximadamente 0,03 torr a temperatura ambiente. La presi贸n de vapor, que es la presi贸n ejercida por el vapor del compuesto en equilibrio termodin谩mico con su forma s贸lida (o l铆quido), es una indicaci贸n de velocidad de sublimaci贸n (evaporaci贸n) del compuesto.
Tener una alta presi贸n de vapor, TATP puede sublimar f谩cilmente a temperatura ambiente. Esto hace que el almacenamiento del explosivo dif铆cil y peligroso. Sin embargo, los investigadores han utilizado esta funci贸n para realizar la detecci贸n en fase vapor de TATP.
La investigaci贸n publicada en 2009 por un grupo de ingenieros qu铆micos 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 mol茅culas de receptor. Cuando se expone al vapor TATP, la corriente que pasa el dispositivo var铆a. Sin embargo, se inform贸 que el l铆mite de detecci贸n para este esquema de estar alrededor de 100 ppb (partes por bill贸n).
En 2010, una investigaci贸n realizada en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign emple贸 una matriz de sensores colorim茅tricos para detectar el vapor de TATP con l铆mites de detecci贸n por debajo 2ppb.
Un sensor colorim茅trico se basa en un material sensible al gas que experimenta un cambio en el color, ya que est谩 expuesta al gas objetivo. Estos sensores son capaces de detectar los gases tales como mon贸xido de carbono, amon铆aco, di贸xido de nitr贸geno, y etileno.
Los investigadores de la Universidad de Illinois trataron previamente la corriente de vapor TPTA con un catalizador 谩cido s贸lido, Amberlyst-15, y se expusieron la matriz de sensores para el producto de descomposici贸n de 谩cido. Dependiendo de la concentraci贸n 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. Seg煤n el estudio, la elecci贸n del 谩cido catalizador apropiado juega un papel significativo en la concentraci贸n m铆nima que se puede detectar. Desafortunadamente, este m茅todo se basa en un uso de una sola vez y no se puede emplear en la detecci贸n continua en tiempo real.
El m茅todo de detecci贸n desarrollado por URI
El equipo de investigaci贸n de ingenier铆a qu铆mica de la Universidad de Rhode Island examin贸 el complejo de vapor que se obtiene de la sublimaci贸n TATP. Se dise帽aron un sensor que es sensible tanto a los lazos de per贸xido de TPTA y de sus productos por-org谩nico.
El estudio dio lugar a un sensor de gas a base de termodin谩mica que podr铆a 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 descomposici贸n. Se emple贸 una gama de diferentes catalizadores para llevar a cabo la detecci贸n en tiempo real con un n煤mero m铆nimo de falsas alarmas.
Antes de los ataques de Bruselas, la tecnolog铆a iba a ser probado en el oto帽o en las instalaciones en Atlantic City, Nueva Jersey y en Savannah, Georgia. Sin embargo, despu茅s del ataque, Schumer dijo que los detectores podr铆an 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. comenz贸 a financiar el trabajo de la universidad a trav茅s de un centro de investigaci贸n explosivos.
Schumer agreg贸 que los experimentos de laboratorio han demostrado que el detector puede controlar continuamente el aire y olfatear una muy peque帽a cantidad de explosivo. En opini贸n de Schumer, s贸lo la vida real y en funcionamiento in situ del sistema necesita ser verificada.
Otto Gregory, profesor de la Universidad de Rhode Island de la ingenier铆a qu铆mica detr谩s de la tecnolog铆a, se帽al贸 que la limpieza de los obst谩culos relacionados con la investigaci贸n y dando la prioridad del Gobierno la tecnolog铆a har铆a posible para acelerar las pruebas por varios meses. A帽adi贸 que el detector puede competir con un perro detector de bombas de la polic铆a y, a diferencia de un perro, que no necesita entrenamiento o se rompe!
Se espera que el primer prototipo costar铆a alrededor de $ 1.000 a $ 2.000, pero estima que su dispositivo de final ser铆a un producto de mano de varios cientos de d贸lares.
Los ataques de Bruselas, una vez m谩s, atrajeron la atenci贸n sobre lo peligroso que es TATP. Tambi茅n nos record贸 a todos que la detecci贸n r谩pida, sensible y fiable del explosivo es de suma importancia.