ИННОВАЦИИ: Нюх как у собаки
Для того чтобы прибор отградуировать, потребовался еще эталон, чрезвычайно низкие концентрации искомых веществ или их аналогов, причем строго количественные - буквально сосчитанные молекулы. Простым разбавлением сделать это невозможно - слишком неточно. Метод, предложенный авторами, исключительно остроумен. Они использовали известный принцип - так называемый пьезочувствительный элемент. Это кварцевая пластина, но с предварительно нанесенным покрытием, вес которого можно измерить по частоте ее колебаний. Вот в это покрытие, как в матрицу, ученые и вводили вещество-эталон. В вакуумной камере оно испаряется, а разницу в весе - и, соответственно, количество вещества, попавшего в объем камеры, - можно точно измерить по частоте колебаний пьезоэлемента.
Уникальный прибор сконструировали московские ученые - сотрудники Института общей физики РАН при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований. С его помощью можно в считанные секунды не только обнаружить в воздухе следовые количества наркотиков и взрывчатки, но и идентифицировать и буквально пересчитать все до единой молекулы этих опасных веществ. Впервые человеку удалось подойти к созданию устройства, более чувствительного, чем собачий нос, причем устройства, которое невозможно ни отвлечь, ни напугать, ни сбить со следа.
В основе прибора - совершенно новый принцип, разработанный в ИОФ РАН совместно с Университетом штата Монтана, США. Суть его в том, что молекулы искомых веществ сначала "садятся" - сорбируются на кремниевую пластинку и взаимодействуют с ней. Для того чтобы большинство искомых молекул прилипало к кремнию, ученые сделали его поверхность шероховатой, сильно увеличив тем самым площадь. Затем луч лазера, образно говоря, сшибает их с этой поверхности, но немного в иной форме. Теперь это уже положительно заряженные ионы, отличающиеся от исходных молекул только тем, что к ним присоединен или удален ион водорода - протон. Такие ионы уже достаточно легко анализировать - с помощью так называемого времяпролетного масс-спектрометра. В нем ионы разгоняют, по времени полета до мишени определяют их массу - и, соответственно, идентифицируют.
"Надо сказать, что нам сильно повезло, - рассказывает руководитель проекта кандидат физико-математических наук Сергей Никифоров. - Наиболее распространенные наркотики и взрывчатые вещества, да и большинство отравляющих веществ - это азотсодержащие соединения, которые обладают одним общим свойством - способностью участвовать в реакциях обмена протоном. Полного понимания процесса ионизации на шероховатой поверхности пока нет, и мы ведем интенсивные фундаментальные исследования, поддержанные РФФИ. Зато использовать этот факт, практически подарок судьбы или природы - как угодно, мы смогли".
В результате ученым удалось не просто разработать принципиально новый метод, который позволяет не хуже собаки находить взрывчатку и наркотики по следовым количествам их паров. Они смогли сделать и откалибровать первый, опытный, образец такого анализатора. Теперь нужно оптимизировать его параметры и разработать программное обеспечение, чтобы прибор мог работать автоматически.