Нюх как у собаки

Ученые Института общей физики РАН работают над созданием уникального прибора. С его помощью можно будет найти в воздухе считанные молекулы взрывчатки, наркотиков или отравляющих веществ. По чувствительности он будет превосходить нюх хорошей собаки-ищейки.

Дело в том, что все известные методы либо нуждаются в предварительном разделении проб воздуха (что сильно понижает чувствительность, увеличивает длительность анализа и осложняет процесс детектирования), либо определяют структуру вещества по его фрагментам. А если структура соединения сложная, да еще оно не единственное в пробе (обычно так и бывает), то инструментальным методам контроля задача оказывается не по зубам. Вернее — не по носу. Вот и приходится звать на помощь специально обученных собак, чье обоняние на несколько порядков чувствительнее не только человека, но и самых сложных приборов. Правда, здесь свои проблемы: например, горсть перца начисто обезоруживает четвероногого нюхача. Кроме того, у собаки, как и у человека, может быть плохое настроение или заложен нос, ее можно отвлечь или сбить со следа. Значит, нужен прибор — объективный, надежный и высокочувствительный. Именно такой и придумали московские ученые.

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 сорбируются на специально обработанную кремниевую поверхность и взаимодействуют с ней. Затем луч лазера сшибает их с этой поверхности, и они становятся положительно заряженными ионами, отличающимися от исходных молекул только тем, что к ним присоединен или удален с них ион водорода, протон.

Такие ионы легко анализировать с помощью так называемого времяпролетного масс-спектрометра. В нем ионы разгоняют, по времени полета до мишени определяют их массу и соответственно идентифицируют.

«Нам сильно повезло, — рассказывает руководитель проекта кандидат физико-математических наук С. Никифоров. — Наиболее распространенные наркотики и взрывчатые вещества, да и большинство отравляющих веществ — это азотсодержащие соединения, которые смогут участвовать в реакциях обмена протоном. Благодаря этому их можно анализировать с помощью нашего метода — сорбировать на кремнии и протонировать (или депротонировать) лучом лазера».

Предварительно авторам пришлось решить две сложные задачи. Во-первых, добиться, чтобы большинство искомых молекул прилипали к кремниевой пластинке. Для этого ученые сделали ее шероховатой. А во-вторых, нужен был эталон для чрезвычайно низких концентраций искомых веществ или их аналогов, буквально для считанных молекул. Простым разбавлением сделать это невозможно — слишком неточно. Ученые нашли исключительно остроумное решение, использовав пьезочувствительный элемент — кварцевую пластину с предварительно нанесенным покрытием, вес которого можно измерить по частоте колебаний пластины. В это покрытие, как в матрицу, ученые и предложили вводить 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 этой пластинки.

Ученые сделали и откалибровали первый опытный образец такого анализатора. Теперь нужно разработать программное обеспечение, чтобы прибор мог работать автоматически. По мнению авторов, при достаточном финансировании проекта через год это будет сделано.

(Химия и жизнь. 2005, № 5)