Том 39, номер 03, статья № 10

Аннотация:

Настоящая работа является продолжением исследования возможностей метода лазерной фрагментации/лазерно-индуцированной флуоресценции (ЛФ/ЛИФ) для дистанционного обнаружения нитро- и фосфорорганических соединений (НС и ФОС). В статье обсуждается способ одновременного обнаружения поверхностных следов НС и ФОС. Экспериментально установлено, что длина волны 246,824 нм возбуждающего лазерного излучения, попадающая в область перекрывающихся вращательных линий γ(0, 2)- и γ(0, 0)-полос спектров поглощения молекул NO и PO, может быть использована для одновременного возбуждения флуоресценции фотофрагментов НС и ФОС. Для повышения помехозащищенности ЛФ/ЛИФ-метода предложена длина волны зондирующего лазерного излучения в диапазоне перекрытия γ(0, 2)- и γ(1, 1)-полос спектров поглощения NO- и PO-фрагментов, находящихся в возбужденных колебательных состояниях после фрагментации. Возникающие при этом интенсивные антистоксовы γ(0, 1)- и γ(1, 0)-полосы флуоресценции расположены в диапазоне 235–240 нм и не перекрываются со спектрами широкополосной стоксовой флуоресценцией материалов поверхностей-носителей следов НС и ФОС. Полученные результаты могут быть использованы при разработке универсальной системы одновременного обнаружения поверхностных следов взрывчатых и токсичных веществ с помощью метода ЛФ/ЛИФ.

Ключевые слова:

нитросоединения, фосфорорганические соединения, следы, лазерная фрагментация, оксид азота, NO-фрагменты, оксид фосфора, PO-фрагменты, лазерно-индуцированная флуоресценция

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Existing and Potential Standoff Explosives Detection Techniques. URL: https://nap.nationalacademies.org/read/10998/chapter/1 (last access: 09.09.2025).
2. Counterterrorist Detection Techniques of Explosives. URL: https://www.sciencedirect.com/book/ 9780444522047/counterterrorist-detecti-on-techniques-of-explosives? via=ihub=#book-info (last access: 09.09.2025).
3. Лопатина Н.Б., Фролов Д.В. Основные направления развития средств радиационной, химической и биологической разведки зарубежных стран // Вестн. РХБ защиты. 2020. Т. 4, № 4. С. 470–483. DOI: 10.35825/2587-5728-2020-4-4-470-483.
4. Рыбальченко И.В. Идентификация токсичных химикатов // Рос. хим. журн. (Журн. Рос. хим. о-ва им. Д.И. Менделеева). 2002. Т. 46, № 4. С. 64–70.
5. The Landmines, ERW and IED Safety Handbook. URL: https://www.unmas.org /en/landmines-erw-and-ied-safetyhandbook (last access: 09.09.2025).
6. Moore D.S. Instrumentation for trace detection of high explosives // Rev. Sci. Instrum. 2004. V. 75. P. 2499–2512. DOI: 10.1063/1.1771493.
7. Pellegrino P.M., Holthoff E.L., Farrell M.E. Laser-Based Optical Detection of Explosives. Boca Raton, USA: CRC Press, 2018. 409 p.
8. Moros J., Fortes F.J., Vadillo J.M., Laserna J.J. LIBS Detection of Explosives in Traces. In Laser-Induced Breakdown Spectroscopy, 1st ed. / S. Musazzi, U. Perini (eds.). Berlin, Heidelberg: Springer, 2014. V. 182. P. 349–376.
9. Rodgers M.O., Asai K., Davis D.D. Photofragmentation-laser induced fluorescence: A new method for detecting atmospheric trace gases // Appl. Opt. 1980. V. 19, N 21. P. 3597–3605. DOI: 10.1364/AO.19.003597.
10. Wu D.D., Singh J.P., Yueh F.Y., Monts D.L. 2,4,6-Trinitrotoluene detection by laser-photofragmentation–laser-induced fluorescence // Appl. Opt. 1996. V. 35, N 21. P. 3998–4003. DOI: 10.1364/AO.35.003998.
11. Simeonsson J.B., Sausa R.C. A critical review of laser photofragmentation/fragment detection techniques for gas phase chemical analysis // Appl. Spectrosc. Rev. 1996. V. 31, N 1. P. 1–72. DOI: 10.1080/05704929608000564.
12. Swayambunathan V., Singh G., Sausa R.C. Laser photofragmentation–fragment detection and pyrolysis–laser-induced fluorescence studies on energetic materials // Appl. Opt. 1999. V. 38, N 30. P. 6447–6454. DOI: 10.1364/ao.38.006447.
13. Daugey N., Shu J., Bar I., Rosenwaks S. Nitrobenzene detection by one-color laser photolysis/laser induced fluorescence of NO (v = 0–3) // Appl. Spectrosc. 1999. V. 53, N 1. P. 57–64. DOI: 10.1366/0003702991945227.
14. Shu J., Bar I., Rosenwaks S. Dinitrobenzene detection by use of one-color laser photolysis and laser-induced fluorescence of vibrationally excited NO // Appl. Opt. 1999. V. 38, N 21. P. 4705–4710. DOI: 10.1364/ao.38.004705.
15. Shu J., Bar I., Rosenwaks S. NO and PO photofragments as trace analyte indicators of nitrocompounds and organophosphonates // Appl. Phys. B. 2000. V. 71, N 5. P. 665–672. DOI: 10.1007/s003400000382.
16. Shu J., Bar I., Rosenwaks S. The use of rovibrationally excited NO photofragments as trace nitrocompounds indicators // Appl. Phys. B. 2000. V. 70, N 4. P. 621–625. DOI: 10.1007/s003400050870.
17. Arusi-Parpar T., Heflinger D., Lavi R. Photodissociation followed by laser-induced fluorescence at atmospheric pressure and 24 °C: A unique scheme for remote detection of explosives // J. Appl. Opt. 2001. V. 40, N 36. P. 6677–6681. DOI: 10.1364/ao.40.006677.
18. Heflinger D., Arusi-Parpar T., Ron Y., Lavi R. Application of a unique scheme for remote detection of explosives // Opt. Commun. 2002. V. 204, N 1–6. P. 327–331. DOI: 10.1016/S0030-4018(02)01250-6.
19. Wynn C.M., Palmacci S., Kunz R.R., Zayhowski J.J., Edwards B., Rothschild M. Experimental demonstration of remote optical detection of trace explosives // Proc. SPIE. 2008. V. 6954. P. 69540-7–8. DOI: 10.1117/12. 782371.
20. Wynn C.M., Palmacci S., Kunz R.R., Rothschild M. Noncontact detection of homemade explosive constituents via photodissociation followed by laser-induced fluorescence // Opt. Express. 2010. V. 18, N 6. P. 5399–5406. DOI: 10.1364/OE.18.005399.
21. Wynn C.M., Palmacci S., Kunz R.R., Aernecke M. Noncontact optical detection of explosive particles via photodissociation followed by laser-induced fluorescence // Opt. Express. 2011. V. 19, N 19. P. 18671–18677. DOI: 10.1364/OE.19.018671.
22. Guo Y.Q., Greenfield M., Bernstein E.R. Decomposition of nitramine energetic materials in excited electronic states: RDX and HMX // J. Chem. Phys. 2005. V. 122, N 24. P. 244310-1–244310-5. DOI: 10.1063/1.1929741.
23. Guo Y.Q., Greenfield M., Bhattacharya A., Bernstein E.R. On the excited electronic state dissociation of nitramine energetic materials and model systems // J. Chem. Phys. 2007. V. 127, N 15. P. 154301-1–154301-10. DOI: 10.1063/1.2787587.
24. Singh S.K., Vuppuluri V., Son S.F., Kaiser R.I. Investigating the photochemical decomposition of solid 1,3,5-trinitro-1,3,5-triazinane (RDX) // J. Phys. Chem. A. 2020. V. 124, N 34. P. 6801−6823. DOI: 10.1021/acs.jpca.0c05726.
25. Greenfield M., Guo Y.Q., Bernstein E.R. Ultrafast photodissociation dynamics of HMX and RDX from their excited electronic states via femtosecond laser pump–probe techniques // Chem. Phys. Lett. 2006. V. 430, N 4–6. P. 277–281. DOI: 10.1016/j.cplett.2006.09.025.
26. Yu Z., Bernstein E.R. Decomposition of pentaerythritol tetranitrate [C(CH₂ONO₂)₄] following electronic excitation // J. Chem. Phys. 2011. V. 135, N 15. P. 154305-1–154305-10. DOI: 10.1063/1.3652893.
27. Bobrovnikov S.M., Gorlov E.V., Zharkov V.I. Laser-induced fluorescence of PO-photofragments of dimethyl methylphosphonate // Appl. Opt. 2022. V. 61, N 21. P. 6322‒6329. DOI: 10.1364/AO.456005.
28. Sausa R.C., Miziolek A.W., Long S.R. State distributions, quenching, and reaction of the phosphorus monoxide radical generated in excimer laser photofragmentation of dimethyl methylphosphonate // J. Phys. Chem. 1986. V. 90, N 17. P. 3994–3998. DOI: 10.1021/j100408a033.
29. Long S.R., Sausa R.C., Miziolek A.W. LIF studies of PO produced in excimer laser photolysis of dimethyl methyl phosphonate // Chem. Phys. Lett. 1985. V. 117, N 5. P. 505–510. DOI: 10.1016/0009-2614(85)80291-8.
30. Long S.R., Christesen S.D., Force A.P., Bernstein J.S. Rate constant for the reaction of PO radical with oxygen // J. Chem. Phys. 1986. V. 84, N 10. P. 5965–5966. DOI: 10.1063/1.450783.
31. Wong K.N., Anderson W.R., Kotlar A.J., DeWilde M.A., Decker L.J. Lifetimes and quenching of B²Σ⁺ PO by atmospheric gases // J. Chem. Phys. 1986. V. 84, N 1. P. 81–90. DOI: 10.1063/1.450136.
32. Wong K.N., Anderson W.R., Kotlar A.J. Radiative processes following laser excitation of the A²Σ⁺ state of PO // J. Chem. Phys. 1986. V. 85, N 5. P. 2406–2413. DOI: 10.1063/1.451096.
33. Бобровников С.М., Горлов Е.В., Жарков В.И., Мурашко С.Н. Двухимпульсная лазерная фрагментация/лазерно-индуцированная флуоресценция аэрозоля органофосфата // Оптика атмосф. и океана. 2024. Т. 37, № 7. С. 609–614. DOI: 10.15372/AOO20240710; Bobrovnikov S.M., Gorlov E.V., Zharkov V.I., Murashko S.N. Two-pulse laser fragmentation/laser-induced fluorescence of organophosphate aerosol // Atmos. Ocean. Opt. 2024. V. 37, N 5. P. 732–737. DOI: 10.1134/S1024856024700982.
34. Bisson S.E., Headrick J.M., Reichardt T.A., Farrow R.L., Kulp T.J. A two-pulse, pump-probe method for short-range, remote standoff detection of chemical warfare agents // Proc. SPIE. 2011. V. 8018. P. 80180Q-1–7. DOI: 10.1117/12.887918.
35. Headrick J.M., Farrow R.L., Bisson S.E., Reichardt T.A., Kulp T.J. Detection of surface-bound organophosphate compounds with dual-pulse photofragmentation // Lasers, Sources, and Related Photonic Devices: OSA Technical Digest. Optical Publishing Group, 2010. P. LWD6. DOI: 10.1364/LACSEA.2010.LWD6.
36. Бобровников С.М., Горлов Е.В., Жарков В.И., Мурашко С.Н. Лазерно-индуцированная флуоресценция продуктов фотодиссоциации поверхностных следов триэтилфосфата // Оптика атмосф. и океана. 2025. Т. 38, № 3. С. 238–242. DOI: 10.15372/AOO20250311; Bobrovnikov S.M., Gorlov E.V., Zharkov V.I., Murashko S.N. Laser-induced fluorescence of photodissociation products of liquid-drop triethyl phosphate on a surface // Atmos. Ocean. Opt. 2025. V. 38, N 4. P. 487–491.
37. Bobrovnikov S., Gorlov E., Zharkov V. Double-pulse laser fragmentation/laser-induced fluorescence method for remote detection of traces of trinitrotoluene // Photonics. 2024. V. 11, N 9. P. 1–8. DOI: 10.3390/ photonics11090862.
38. Бобровников С.М., Горлов Е.В., Жарков В.И., Мурашко С.Н. Антистоксова лазерно-индуцированная флуоресценция PO-фотофрагментов органофосфатов // Оптика атмосф. и океана. 2025. Т. 38, № 5. С. 376–382. DOI: 10.15372/AOO20250507.
39. Luque J., Crosley D.R. LIFBASE: Database and Spectral Simulation Program (Version 1.5). Menlo Park (CA): SRI International, 1999. N MP 99–009. 21 p.
40. Бобровников С.М., Горлов Е.В., Жарков В.И. Эффективность лазерного возбуждения PO-фотофрагментов органофосфатов // Оптика атмосф. и океана. 2022. Т. 35, № 3. С. 175–185. DOI: 10.15372/AOO20220301; Bobrovnikov S.M., Gorlov E.V., Zharkov V.I. Efficiency of laser excitation of PO photofragments of organophosphates // Atmos. Ocean. Opt. 2022. V. 35, N 4. P. 329–340.
41. Бобровников С.М., Горлов Е.В., Жарков В.И., Зайцев Н.Г. Система синхронизации лазеров для двух-импульсной лазерной диагностики // Оптика атмосф. и океана. 2025. Т. 38, № 4. С. 302–307. DOI: 10.15372/AOO20250408; Bobrovnikov S.M., Gorlov E.V., Zharkov V.I., Zaitsev N.G. Laser triggering system for dual-pulse laser diagnostics // Atmos. Ocean. Opt. 2025. V. 38, N 4. P. 492–497.
42. Luque J., Crosley D.R. Transition probabilities and electronic transition moments of the A²Σ⁺ - X²Π and D²Σ⁺ - X²Π systems of nitric oxide // J. Chem. Phys. 1999. V. 111, N 16. P. 7405–7414. DOI: 10.1063/1.480064.