Detection of Chemically Hazardous Substances by Ion Mobility Spectrometry

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

A comparison of chemical detectors based on ion mobility spectrometry used by rapid response services for the rapid detection and identification of a wide range of chemically hazardous substances has been carried out. The physical foundations of the registration method, the method of mathematical processing of spectra and determination of the ionic mobility of substances are presented. A procedure for the preparation of test samples of vapors of volatile organic compounds in a wide range of concentrations has been developed. To identify the compounds, domestic devices were used – the Kerber-T ion drift detector and the Segment stationary automatic gas detector. Their comparison in sensitivity and detection range in the identification of compounds was carried out. The research was conducted on a set of substances standardized to ensure safety in terrorist attacks. As a result of the work, ion mobility spectra for bromocyanum, carbon disulfide, and chloroacetone were obtained. The values of ionic mobility were determined, the dependences of the spectra of these compounds on the concentration in the air were investigated, as well as the limits of detection of substances. Possible mechanisms for the formation of the observed ion mobility spectra are proposed in accordance with the ionization characteristics of bromocyanate, carbon disulfide, and chloroacetone. Schemes of possible formation of monomeric and dimeric ions of compounds are shown. The generalized results of experimental studies, the peculiarities of the identification of compounds, taking into account the type of spectra, concentrations of substances and measurement conditions, are obtained.

About the authors

D. А. Aleksandrova

D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia

Email: kittenlid@mail.ru
Russian Federation, 125047 Moscow

E. P. Baberkina

D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia

Email: kittenlid@mail.ru
Russian Federation, 125047 Moscow

R. V. Yakushin

D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia

Email: kittenlid@mail.ru
Russian Federation, 125047 Moscow

Е. S. Osinova

D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia

Email: kittenlid@mail.ru
Russian Federation, 125047 Moscow

Т. B. Melamed

D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia

Email: kittenlid@mail.ru
Russian Federation, 125047 Moscow

L. A. Luzenina

D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia

Author for correspondence.
Email: kittenlid@mail.ru
Russian Federation, 125047 Moscow

G. V. Tsaplin

D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia

Email: kittenlid@mail.ru
Russian Federation, 125047 Moscow

G. V. Tsaplin

D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia

Email: kittenlid@mail.ru
Russian Federation, 125047 Moscow

V. V. Belyakov

National Research Nuclear University MEPhI

Email: kittenlid@mail.ru
Russian Federation, 115409 Moscow

Yu. R. Shaltayeva

National Research Nuclear University MEPhI

Email: kittenlid@mail.ru
Russian Federation, 115409 Moscow

A. V. Golovin

The Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: kittenlid@mail.ru
Russian Federation, 119071 Moscow

References

  1. Смолин Ю.М., Кобцев Б.Н., Новоселов Н.П. // Вестник ТГТУ. 2009. Т. 15. № 3. С. 620–628.
  2. Hernandez-Mesa M., Ropartz D., Garcia-Campana A.M., Rogniaux H., Dervilly-Pinel G., Le Bizec B. // Molecules. 2019. V. 30. № 11. P. 2185–2195. https://doi.org/10.3390/molecules24152706
  3. Tabrizchi M., Maki Abadi E., Parchami R., Fadaei E. // J.Am. Soc. Mass Spectrom. 2022. V. 33. № 7. P. 1148–1160. https://doi.org/10.1021/jasms.2c00010
  4. Li J., Li L., Gao W., Shi Sh., Yu J., Tang K. // Anal. Chem. 2022. V. 94. № 16. P. 6363–6370. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.2c00805
  5. Жалкиев В.Т., Енин В.Г. // Общество и право. 2006. № 2 (12). С. 141–145.
  6. Krylova N., Krylov E., Eiceman G.A., Stone J.A. // J. Phys. Chem. 2003. V. 107. № 19. P. 3648–3654. http://dx.doi.org/10.1021/jp0221136
  7. Лобачева Г.К., Кайргалиев Д.В. // Вестник ВолГУ. Сер. 10. 2015. № 47. С. 59–68. http://dx.doi.org/10.15688/jvolsu10.2015.4.9
  8. Kanu A.B., Hill H.H. Jr., Gribb M.M., Walters R.N. // J. Environ. Monit. 2007. V. 9. № 1. P. 51–60. https://doi.org/10.1039/b610493b
  9. Пушкин И.А., Валуев Н.П. // Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. 2010. № 4. С. 53–57.
  10. Eiceman G.A., Karpas Z., Hill H.H. Jr. Ion Mobility Spectrometry, 3nd ed. Raton B. (Ed.). Taylor & Francis: Boca Raton, FL, USA, 2013, p. 444.
  11. Буряков И.А. // Журн. аналит. химии. 2011. Т. 66. № 8. С. 788–809. https://doi.org/10.1134/S1061934811080077
  12. The portable ion mobility spectrometry (IMS). Chemical agent detectors. Market survey report. National Urban Security Technology Laboratory for the U.S. Department of Homeland Security, Science and Technology Directorate. Washington, DC, 2013. 20 p.
  13. Травень В.Ф., Щекотихин А.Е. Практикум по органической химии: учебное пособие. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014. С. 210.
  14. Allers M., Schaefer Ch., Ahrens A., Schlottmann F., Hitzemann M., Kobelt T., Zimmermann S., Hetzer R. // Anal. Chem. 2022. V. 94. P. 1211−1220. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.1c04397
  15. Семиохин И.А. Физическая химия. М.: МГУ, 2001. 272 с.
  16. Александрова Д.А., Меламед Т.Б., Баберкина Е.П., Фенин А.А., Осинова Е.С., Коваленко А.Е., Якушин Р.В., Шалтаева Ю.Р., Беляков В.В., Зыкова Д.И. // Тонкие химические технологии. 2021. Т. 16. № 6. С. 512–525. https://doi.org/10.32362/2410-6593-2021-16-6-512-525
  17. Франке З. Химия отравляющих веществ. Пер. с нем. М.: Химия. 1973. 437 с.
  18. Гармаш А.В., Сорокина Н.М. Метрологические основы аналитической химии: учеб. пособие по курсу “Аналитическая химия”. Шеховцова Т.Н. (ред.). М.: МГУ, 2017. 52 с.
  19. Организация медико-санитарного обеспечения при террористических актах с использованием опасных химических и отравляющих веществ: Методические рекомендации МР № 2510/13132-01-34: утв. М-во здравоохранения РФ, Гл. сан. врачом 27.10.2001 г. / Всероссийский центр медицины катастроф “Защита” Федерального медико-биологического агентства, Министерство здравоохранения Российской Федерации. М.: ВЦМК “Защита”. 2003. 35 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».