RU2148825C1

RU2148825C1 - Explosives detector

Info

Publication number: RU2148825C1
Application number: RU97104125A
Authority: RU
Inventors: Раймонд Джон Чэнэй; Дэвид Нэвил Батчэлдэр; Ричард Джон Ласэй
Original assignee: Ренишоу ПЛС
Priority date: 1994-08-20
Filing date: 1995-08-21
Publication date: 2000-05-10

Abstract

FIELD: devices for detection of explosive in sample. SUBSTANCE: the presence of plastic explosive Semtex in a sample. such as a finger-print is detected by means of the Romanov spectroscopy. Active chemical ingredients of the Semtex plastic explosive have stable Romanov peaks on 885 cm^-1 and 874 cm^-1, respectively. Taking into account this fact, these peaks can be detected by the Romanov spectroscopic system with employment of a filter, having a narrow band of transmission centered on 880 cm^-1, and having a band of transmission equal to 20 cm^-1. Such a filter should be used in the Romanov system used for scanning of aviation boarding passes or in the Romanov microscope, which provides for reproduction of image of finger-prints. The device provides for detection of the most often used explosive within a relatively short period of time and in the presence of impurities in the sample. EFFECT: enhanced efficiency. 8 cl, 11 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к устройствам для обнаружения взрывчатого материала в образце. По меньшей мере некоторые варианты осуществления настоящего изобретения направлены на определение наличия взрывчатых компонентов пластикового взрывчатого вещества Семтекс (Semtex). The invention relates to devices for detecting explosive material in a sample. At least some embodiments of the present invention are directed to determining the presence of explosive components of a plastic explosive substance Semtex (Semtex).

Известна Европейская патентная заявка ЕР 455516, кл. G 01 V 3/00, 1991, поданная на имя Бритиш Аэроспейс (British Aerospace) и которая раскрывает порядок действий, направленных на обеспечение безопасности в аэропортах и подобных им объектах. Каждому пассажиру, поднимающемуся на борт самолета, выдается посадочный талон, который обычно он или она в дальнейшем предъявляет на пункте проверки перед посадкой на самолет. Если этот пассажир держал в руках взрывчатое вещество, то следы этого материала будут присутствовать на посадочном талоне после того, как он или она держали его в руках. На проверочном пункте посадочный талон проверяется с целью обнаружения этих следов. В патентной заявке ЕР 455516 раскрывается ряд возможных способов проведения химического анализа на наличие следов таких материалов. Они предусматривают проведение спектрометрии по массе, газовой хроматографии и спектрометрии ионной подвижности. Тем не менее, ни один из этих технических приемов не доказал свою практическую применимость по различным причинам. Например, взрывчатые компоненты пластикового взрывчатого вещества Семтекс (Semtex) имеют исключительно низкое давление паров, что делает их чрезвычайно трудно определимыми с использованием технологии "обоняния". Более того, в предложенных технических приемах проба, как правило, разрушается и, таким образом, посадочный талон не может более служить уликой против пассажира, находящегося под подозрением. Known European patent application EP 455516, cl. G 01 V 3/00, 1991, filed in the name of British Aerospace and which discloses a course of action aimed at ensuring security at airports and similar facilities. Each passenger boarding an aircraft is issued a boarding pass, which he or she usually presents at a checkpoint before boarding the aircraft. If this passenger was holding explosive in their hands, then traces of this material will be present on the boarding pass after he or she held it in their hands. At the checkpoint, the boarding pass is checked to detect these traces. EP 455516 discloses a number of possible methods for conducting chemical analysis for traces of such materials. They include mass spectrometry, gas chromatography and ion mobility spectrometry. However, none of these techniques has proven to be practical for various reasons. For example, the explosive components of a Semtex plastic explosive have an extremely low vapor pressure, which makes them extremely difficult to detect using the "smell" technology. Moreover, in the proposed techniques, the sample, as a rule, is destroyed and, thus, the boarding pass can no longer serve as evidence against a passenger who is under suspicion.

Хорошо известным техническим приемом для осуществления анализа и идентификации материалов является Рамановская спектроскопия. Об этом методе можно прочитать, например, в Международной патентной заявке с номером международной публикации WO90/07108, кл. G 01 N 21/65, 1990, поданной на имя фирмы Renishaw (Ренишоу), Великобритания, и в Европейской патентной заявке ЕР 543578, кл. G 01 J 3/18, 1993, также поданной на имя фирмы Renishaw (Ренишоу), Великобритания. В этой заявке раскрыто, что пластиковое взрывчатое вещество Семтекс (Semtex) имеет два активных химических ингредиента: циклотриметилен-тринитрамин или RDX и пентаэритритол- тетранитрат или PETN. Было раскрыто, что RDX и PETN присутствуют во взрывчатом веществе в виде прозрачных кристаллов, размеры которых измеряются несколькими микрометрами, и связанных вместе аморфным воскообразным материалом. Ряд исследователей ранее описывали Рамановские спектры RDX и PETN, полученные, например, с помощью Рамановской спектроскопии с преобразованием Фурье. A well-known technique for analyzing and identifying materials is Raman spectroscopy. This method can be read, for example, in the International patent application with the number of international publication WO90 / 07108, cl. G 01 N 21/65, 1990, filed in the name of Renishaw (Renishaw), United Kingdom, and in European patent application EP 543578, cl. G 01 J 3/18, 1993, also filed in the name of Renishaw (Renishaw), UK. This application discloses that a Semtex plastic explosive has two active chemical ingredients: cyclotrimethylene-trinitramine or RDX and pentaerythritol tetranitrate or PETN. It has been disclosed that RDX and PETN are present in the explosive in the form of transparent crystals, the dimensions of which are measured by several micrometers, and bound together by an amorphous waxy material. A number of researchers previously described the Raman spectra of RDX and PETN obtained, for example, using Raman spectroscopy with Fourier transform.

Наиболее близкое к настоящему изобретению устройство для обнаружения взрывчатого материала в образце принципиально описано в статье Дж. Ахаван "Анализ образцов сильно взрывчатых веществ с помощью Рамановской спектроскопии с преобразованием Фурье", Спектрохимия Акта, том 47А, N 9/10, 1991, стр. 1247-1250 (J. Akhavan, "Analysis of High-Explosive Samples by Fourier Transform Raman Spectroscopy", Spectrochimica Acta, Vol 47А, N 9/10, 1991, pages 1247-1250). В этой статье описана возможность создания устройства для обнаружения взрывчатого материала, содержащего источник света для освещения образца для того, чтобы вызвать получение Рамановского рассеянного света, и детектор для обнаружения Рамановского рассеянного света. Детектор для обнаружения Рамановского рассеянного света регистрирует Рамановские пики в пределах от 400 до 3200 см^-1, что дает возможность обнаружения взрывчатых веществ в лабораторных условиях. Однако описанные в статье исследования проводились в лабораторных условиях, а принципиально описанное в ней устройство для определения взрывчатого вещества в образце не позволяет определить присутствие пластикового взрывчатого вещества, такого как Семтекс (Semtex) в относительно короткий период времени, при возможном наличии загрязнений другими веществами, так, как это требуется при практическом применении таких устройств.Closest to the present invention, a device for detecting explosive material in a sample is fundamentally described in the article by J. Ahavan "Analysis of highly explosive samples using Raman spectroscopy with Fourier transform", Spectrochemistry of Act, volume 47A, N 9/10, 1991, p. 1247 -1250 (J. Akhavan, "Analysis of High-Explosive Samples by Fourier Transform Raman Spectroscopy", Spectrochimica Acta, Vol 47A, N 9/10, 1991, pages 1247-1250). This article describes the possibility of creating a device for detecting explosive material containing a light source for illuminating a sample in order to cause Raman scattered light, and a detector for detecting Raman scattered light. A detector for detecting Raman scattered light detects Raman peaks in the range from 400 to 3200 cm ^-1 , which makes it possible to detect explosives in the laboratory. However, the studies described in the article were carried out under laboratory conditions, and the device described in principle for determining explosives in a sample does not make it possible to determine the presence of a plastic explosive, such as Semtex, in a relatively short period of time, in the presence of contamination by other substances, , as required in the practical application of such devices.

В основу настоящего изобретения положена задача создания устройства для обнаружения взрывчатого материала в образце, конструкция которого позволяла бы в относительно короткий промежуток времени и при наличии в образце загрязнений обнаружить наиболее часто применяемые взрывчатые вещества. The basis of the present invention is the creation of a device for detecting explosive material in a sample, the design of which would allow in a relatively short period of time and in the presence of contaminants in the sample to detect the most commonly used explosives.

Эта задача решена посредством устройства для обнаружения взрывчатого материала в образце, содержащего источник света для освещения образца для того, чтобы вызвать получение Рамановского рассеянного света, детектор для обнаружения Рамановского рассеянного света, полученного от образца, и в котором, согласно изобретению, между образцом и детектором размещен узкополосный фильтр, середина полосы пропускания которого настроена на около 880 см^-1, пропускающий к детектору свет в узкой полосе, которая перекрывает 874 см^-1 и 885 см^-1.This problem is solved by means of a device for detecting explosive material in a sample containing a light source for illuminating the sample in order to cause Raman scattered light, a detector for detecting Raman scattered light received from the sample, and in which, according to the invention, between the sample and the detector a narrow-band filter is placed, the middle of the passband of which is tuned to about 880 cm ^-1 , transmitting light to the detector in a narrow band that covers 874 cm ^-1 and 885 cm ^-1 .

Настоящее изобретение возникло в результате работ по анализу образцов вещества Семтекс (Semtex) с использованием устройства проведения Рамановского спектрального анализа. Следует отметить, что в коммерческих образцах вещества Семтекс RDX и PETN компоненты присутствуют в различных пропорциях. Более того, многие пики в Рамановском спектре RDX и PETN компонентов зависят от поляризации. Так как большинство микроскопических частиц вещества Семтекс, которые могут быть обнаружены в образцах, получаемых на практике, таких как отпечатки пальцев, состоят из единичных кристаллов, мы обнаружили, что пики интенсивности поляризованных Рамановских полос находятся в зависимости от разности углов между плоскостью поляризации освещения лазером и ориентацией кристалла. Наши исследования показали, что частоты, тем не менее, остаются постоянными. В частности, в ходе наших исследований мы обнаружили, что RDX имеет явно выраженный пик на 885 см^-1, а PETN имеет явно выраженный пик на 874 см^-1, независимо от поляризации. Этот вывод привел нас к тому, что для решения поставленной задачи, а именно для быстрого обнаружения наличия взрывчатого вещества в образцах, получаемых на практике, необходимо осветить образец, в результате чего получается Рамановский рассеянный свет, отфильтровать полученный таким образом Рамановский рассеянный свет узкополосным фильтром, который перекрывает значения 885 см^-1 и 874 см^-1, и обнаружить отфильтрованный таким образом свет. Из приведенных выше рассуждений понятно, что при анализе образца, содержащего вещество Семтекс, требуется, чтобы устройство позволяло бы обнаружить RDX полосу, расположенную на 885 см^-1 и/или PETN полосу на 874 см^-1, независимо от пропорции этих материалов, присутствующих в веществе Семтекс.The present invention has arisen as a result of work on the analysis of samples of the substance Semtex (Semtex) using a device for conducting Raman spectral analysis. It should be noted that in commercial samples of Semtex RDX and PETN components are present in various proportions. Moreover, many peaks in the Raman spectrum of RDX and PETN components are polarization dependent. Since most microscopic particles of Semtex material that can be detected in samples obtained in practice, such as fingerprints, consist of single crystals, we found that the intensity peaks of the polarized Raman bands depend on the difference in angles between the plane of polarization of the laser light and crystal orientation. Our studies have shown that frequencies, however, remain constant. In particular, in our studies, we found that RDX has a pronounced peak at 885 cm ^-1 , and PETN has a pronounced peak at 874 cm ^-1 , regardless of polarization. This conclusion led us to the fact that in order to solve the problem, namely, to quickly detect the presence of explosives in samples obtained in practice, it is necessary to illuminate the sample, as a result of which Raman scattered light is obtained, to filter the Raman scattered light thus obtained by a narrow-band filter, which overlaps the values of 885 cm ^-1 and 874 cm ^-1 , and detect the light thus filtered. From the above reasoning, it is clear that when analyzing a sample containing Semtex, it is required that the device would detect an RDX band located at 885 cm ^-1 and / or a PETN band at 874 cm ^-1 , regardless of the proportion of these materials present in substance Semteks.

В настоящем изобретении раскрываются несколько различных конструкций устройства для обнаружения взрывчатого материала в образце. The present invention discloses several different constructions of an apparatus for detecting explosive material in a sample.

Было бы целесообразно, чтобы образец, подлежащий исследованию, был бы выполнен в форме карточки или другого документа, поверхность которого сканируется с помощью источника света, детектора и фильтра. И в этом же случае было бы желательно, чтобы карточка или другой документ перемещалась бы вдоль источника света, детектора и фильтра устройства для обнаружения взрывчатого материала в образце. It would be advisable that the sample to be examined be made in the form of a card or other document, the surface of which is scanned using a light source, detector and filter. And in this case, it would be desirable for the card or other document to move along the light source, detector and filter of the device for detecting explosive material in the sample.

Возможен такой вариант выполнения устройства для обнаружения взрывчатого материала в образце, при котором устройство содержит линзу, приспособленную для получения от источника света линейного фокуса света поперек карточки или другого документа. Such an embodiment of a device for detecting explosive material in a sample is possible, in which the device comprises a lens adapted to receive a linear focus of light from a light source across a card or other document.

Однако возможен и другой вариант выполнения устройства для обнаружения взрывчатого материала в образце, при котором устройство содержит прибор, который сканирует пятно света от источника света поперек карточки или другого документа. However, another embodiment of the device for detecting explosive material in a sample is possible, wherein the device comprises a device that scans a spot of light from a light source across a card or other document.

Было бы желательно, чтобы детектор для обнаружения Рамановского излучения обнаруживал бы изображение поверхности образца в двух измерениях. It would be desirable if the detector for detecting Raman radiation detects an image of the surface of the sample in two dimensions.

Было бы целесообразно, чтобы во всех вариантах выполнения устройства для обнаружения взрывчатого материала в образце оно содержало средство для обнаружения спектра Рамановского рассеянного света, отдельно от указанного узкополосного фильтра. It would be advisable that in all embodiments of the device for detecting explosive material in the sample, it contains means for detecting the spectrum of Raman scattered light, separately from the specified narrow-band filter.

Кроме этого, наши исследования показали, что наибольший эффект достигается, когда узкополосный фильтр, используемый в устройстве для обнаружения взрывчатого материала в образце, имеет ширину полосы около 20 см^-1.In addition, our studies have shown that the greatest effect is achieved when the narrow-band filter used in the device for detecting explosive material in a sample has a bandwidth of about 20 cm ^-1 .

Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения в дальнейшем будут описаны со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1a) и 1b) изображают Рамановские спектры RDX и PETN, соответственно, на кремниевой облатке;
фиг. 2a)-2f) изображают поляризованные Рамановские спектры кристалла RDX при различной его ориентации;
фиг. 3 изображает схему устройства, считывающего посадочный талон, например для использования в аэропортах;
фиг. 4 изображает схему варианта сканирующего устройства, предназначенного для использования в считывающем устройстве, показанном на фиг. 3; и
фиг. 5 изображает схему еще одного устройства для анализа получаемых на практике образцов, таких как отпечатки пальцев.Preferred embodiments of the present invention will hereinafter be described with reference to the accompanying drawings, in which:
FIG. 1a) and 1b) depict the Raman spectra of RDX and PETN, respectively, on a silicon wafer;
FIG. 2a) -2f) depict the polarized Raman spectra of an RDX crystal with different orientations;
FIG. 3 is a diagram of a device reading a boarding pass, for example for use in airports;
FIG. 4 is a diagram of an embodiment of a scanning device for use in the reader shown in FIG. 3; and
FIG. 5 is a diagram of another apparatus for analyzing practical samples, such as fingerprints.

Типичные Рамановские спектры кристаллов RDX и PETN, с размером стороны в несколько микрон, помещенные на кремниевой облатке, изображены на фиг. 1, где а) спектр RDX и b) спектр PETN. Измерения проводились с использованием устройства, описанного в Европейской патентной заявке ЕР 543578, с HeNe лазером, мощностью 25 мВт, с длиной волны излучения 632,8 нм. При этом использовался объектив микроскопа X20, NA=0,45. Количество энергии, попадавшей на образец, составляло примерно 5 мВт, что соответствует плотности энергии в 2•10⁹ Вт/м².Typical Raman spectra of RDX and PETN crystals, with a side size of several microns, placed on a silicon wafer, are depicted in FIG. 1, where a) the RDX spectrum and b) the PETN spectrum. The measurements were carried out using the device described in European patent application EP 543578, with a HeNe laser, with a power of 25 mW, with a radiation wavelength of 632.8 nm. An X20 microscope objective was used, NA = 0.45. The amount of energy entering the sample was approximately 5 mW, which corresponds to an energy density of 2 • 10 ⁹ W / m ² .

Время получения вышеупомянутых спектров составило 5 с. Оказалось, что как RDX, так и PETN имеют большие Рамановские поперечные сечения рассеивания, что позволяет легко получать Рамановский спектр. Мы также испытали с этими же образцами линейный Ar⁺ лазер с длиной волны 514,5 нм и получили идентичные результаты. Эти спектры по внешнему виду подобны спектрам, которые получаются при более низком спектральном разрешении при использовании Рамановской техники с преобразованием Фурье с гораздо большей мощностью лазера и гораздо более продолжительным временем регистрации.The time for obtaining the above spectra was 5 s. It turned out that both RDX and PETN have large Raman scattering cross sections, which makes it easy to obtain the Raman spectrum. We also tested a linear Ar ⁺ laser with a wavelength of 514.5 nm with the same samples and obtained identical results. These spectra are similar in appearance to those obtained at lower spectral resolution using the Raman technique with Fourier transform with a much higher laser power and a much longer recording time.

Мы продемонстрировали, что пластиковое взрывчатое вещество, такое как Семтекс, может быть идентифицировано путем простого получения Рамановского спектра или изображения Рамановской полосы. Таблица 1 представляет собой список всех Рамановских полос, возникающих в спектрах, показанных на фиг. 1. Относительные интенсивности пиков обозначены буквенными символами: S обозначает "сильный", М обозначает "умеренный" и W обозначает "слабый", а префикс V обозначает "очень". P показывает, что пик поляризованный. С первого взгляда Рамановские спектры разных RDX частиц часто выглядят несколько различно из-за того, что большинство частиц являются единичными кристаллами. Для образцов с отдельными кристаллами интенсивности поляризованных Рамановских полос зависят от разности углов между плоскостью поляризации лазера и ориентации кристаллов. Тем не менее, частоты остаются постоянными. We have demonstrated that a plastic explosive such as Semtex can be identified by simply acquiring the Raman spectrum or image of the Raman band. Table 1 is a list of all Raman bands arising in the spectra shown in FIG. 1. The relative intensities of the peaks are indicated by alphabetic characters: S means “strong”, M means “moderate” and W means “weak”, and the prefix V means “very”. P indicates that the peak is polarized. At first glance, the Raman spectra of different RDX particles often look somewhat different due to the fact that most particles are single crystals. For samples with individual crystals, the intensities of the polarized Raman bands depend on the difference in angles between the plane of laser polarization and the orientation of the crystals. However, the frequencies remain constant.

Поляризованные Рамановские спектры, снятые с единичного RDX кристалла, показаны на фиг. 2. Кристалл был выращен в лаборатории, получился прямоугольным по форме, его размеры приблизительно составили 1 х 2 х 5 мм³. Мы определили X, Y и Z оси соответственно, таким образом, что самый больший размер кристалла был расположен вдоль оси Z и две плоские поверхности находились в плоскостях YZ. Теоретический анализ показывает, что интенсивность Рамановского рассеянного света пропорциональна квадрату дипольного момента, индуцированного в образце падающим на него излучением. Этот дипольный момент и записан следующим образом:
U = aE (1)
или
U_x = a_xxE_x+a_xyE_y+a_xzE_z
U_y =a_yxE_x+a_yyE_y+a_yzE_z
U_z = a_zxE_y+a_zyE_y+a_zzE_z (2)
где E представляет собой значение электрического поля падающего луча лазера, и a представляет собой тензор поляризуемости. Путем ориентации кристаллического образца RDX на площадке микроскопа для расположения образцов и установки анализатора поляризации перед спектрометром было получено девять Рамановских спектров. Каждый из этих спектров отражает составляющую одного из девяти элементов тензора поляризуемости, т.е. XX, YY, ZZ, XY, YX, XZ, ZX, YZ или ZY и т.д. Здесь показаны только шесть независимых спектров, так как в действительности a_xy=а_yx, a_xz=a_zx, a_yz=a_zy. В дополнение к утверждению о том, что RDX частицы являются отдельными кристаллами, этот вид исследований предоставляет детальную информацию о симметрии вибрационных видов колебаний.The polarized Raman spectra taken from a single RDX crystal are shown in FIG. 2. The crystal was grown in the laboratory, turned out to be rectangular in shape, its size was approximately 1 x 2 x 5 mm ³ . We determined the X, Y, and Z axes, respectively, so that the largest crystal size was located along the Z axis and two flat surfaces were in the YZ planes. Theoretical analysis shows that the intensity of Raman scattered light is proportional to the square of the dipole moment induced in the sample by the radiation incident on it. This dipole moment is written as follows:
U = aE (1)
or
U _x = a _xx E _x + a _xy E _y + a _xz E _z
U _y = a _yx E _x + a _yy E _y + a _yz E _z
U _z = a _zx E _y + a _zy E _y + a _zz E _z (2)
where E is the value of the electric field of the incident laser beam, and a is the polarizability tensor. Nine Raman spectra were obtained by orienting a RDX crystalline sample at the microscope site to position the samples and installing a polarization analyzer in front of the spectrometer. Each of these spectra reflects a component of one of the nine elements of the polarizability tensor, i.e. XX, YY, ZZ, XY, YX, XZ, ZX, YZ or ZY, etc. Only six independent spectra are shown here, since in reality a _xy = a _yx , a _xz = a _zx , a _yz = a _zy . In addition to the assertion that RDX particles are separate crystals, this type of research provides detailed information on the symmetry of vibrational modes of vibration.

Как можно видеть на фиг.1 и 2 и из таблицы 1, RDX имеет интенсивную полосу на 885 см^-1, a PETN имеет интенсивную полосу на 874 см^-1. Эти полосы остаются интенсивными независимо от поляризации и ориентации кристалла. В результате этих исследований мы выяснили, что компоненты материала Семтекс, такого как Семтекс-H (Semtex-H), могут быть обнаружены с использованием узкополосного фильтра с центром полосы пропускания на 880 см^-1, а ширина его полосы пропускания может быть выбрана (порядка) 20 см^-1 для того, чтобы перекрыть обе эти полосы на 885 см^-1 и 874 см^-1.As can be seen in figures 1 and 2 and from table 1, RDX has an intense band at 885 cm ^-1 , and PETN has an intense band at 874 cm ^-1 . These bands remain intense regardless of the polarization and orientation of the crystal. As a result of these studies, we found that the components of the Semtex material, such as Semtex-H (Semtex-H), can be detected using a narrow-band filter with a center passband of 880 cm ^-1 , and its bandwidth can be selected (about ) 20 cm ^-1 in order to overlap both of these bands at 885 cm ^-1 and 874 cm ^-1 .

На фиг.3 показано, как стандартное устройство для считывания посадочного талона в аэропорту может быть усовершенствовано для установки в нем такого детектора. Когда пассажир проходит регистрацию в аэропорту, он или она, как это принято, получает посадочный талон 10. Если он или она перед этим держали в руках взрывчатое вещество Семтекс, то следы частиц этого вещества останутся на его или ее руках и в дальнейшем перенесутся на посадочный талон 10 при обычном контакте. Затем на подходящем для этих целей проверочном посту, например в предпосадочном проходе аэропорта, пассажира просят пропустить свой посадочный талон 10 через считывающее устройство, показанное на фиг. 3. Figure 3 shows how a standard device for reading a boarding pass at an airport can be improved to install such a detector in it. When a passenger passes check-in at the airport, he or she, as usual, receives a boarding pass 10. If he or she previously held a Semtex explosive in their hands, traces of particles of this substance will remain on his or her hands and will be transferred to the boarding pass ticket 10 for normal contact. Then, at a checkpoint suitable for these purposes, for example, in the airport pre-landing passage, the passenger is asked to pass his boarding pass 10 through the reader shown in FIG. 3.

Как схематически изображено на фиг. 3, устройство для считывания посадочного талона содержит корпус 12, в котором помещено обычное считывающее устройство 14. Считывающее устройство имеет обычный механизм перемещения талона в направлении стрелки 20 вдоль пути 16 перемещения к считывающему устройству 14 от входной щели 18 корпуса. Устройство 14 для считывания посадочного талона осуществляет ряд операций, например операцию идентификации каждого пассажира для того, чтобы определить, какой из пассажиров не прибыл. Оно может возвращать пассажиру небольшую часть талона, содержащую информацию, такую как номер места и т.д., но, предпочтительно, сохраняет большую часть талона. Это значит, что в случае, когда будет обнаружен Семтекс, талон сохраняется для проведения дальнейшего анализа, который проводится для подтверждения обнаружения и для использования его в качестве доказательства, если это потребуется. As schematically depicted in FIG. 3, the reader for the boarding pass includes a housing 12 in which a conventional reader 14 is placed. The reader has a conventional mechanism for moving the coupon in the direction of arrow 20 along the travel path 16 to the reader 14 from the entrance slit 18 of the housing. The boarding pass reader 14 performs a series of operations, for example, the identification of each passenger in order to determine which of the passengers has not arrived. It may return to the passenger a small portion of the coupon containing information such as a seat number, etc., but preferably retains a large portion of the coupon. This means that in the event that Semtex is discovered, the ticket is saved for further analysis, which is carried out to confirm the detection and to use it as evidence, if necessary.

В то время как посадочный талон 10 перемещается вдоль пути 16 перемещения, он сканируется светом лазера 22. Для этих целей подходят многие типы лазеров, в том числе газовые лазеры, такие как гелиево-неоновый лазер, или соответствующим образом стабилизированный и снабженный фильтром полупроводниковый лазерный диод. Дихроичный фильтр 24 отражает свет с длиной волны излучения лазера на 90^o , далее этот свет фокусируется линзой или системой 26 линз на талон 10 при его прохождении вдоль пути 16. Так как предпочтительно сканировать всю поверхность талона или большую его часть, система линз 26 может содержать цилиндрическую линзу, дающую линейный фокус поперек ширины посадочного талона, когда он движется в направлении стрелки 20.While the boarding pass 10 moves along the travel path 16, it is scanned by the light of the laser 22. Many types of lasers are suitable for these purposes, including gas lasers, such as a helium-neon laser, or a suitably stabilized and equipped with a filter semiconductor laser diode . The dichroic filter 24 reflects the light with a laser radiation wavelength of 90 ^° , then this light is focused by the lens or lens system 26 on the ticket 10 as it passes along path 16. Since it is preferable to scan the entire surface of the ticket or most of it, the lens system 26 may contain a cylindrical lens giving a linear focus across the width of the boarding pass as it moves in the direction of arrow 20.

Эта же система линз 26 собирает рассеянный свет от освещенной линии. Затем он проходит назад к дихроичному фильтру 24, который отклоняет отраженный и релеевский рассеянный свет, имеющий ту же самую длину волны, что и возбуждающий лазер 22, но пропускает любой Рамановский рассеянный свет. Рамановский рассеянный свет проходит через узкополосный фильтр 28 и фокусируется линзами 30 на детекторе 32, который может представлять собой лавинный фотодиод. The same lens system 26 collects scattered light from an illuminated line. Then it goes back to the dichroic filter 24, which deflects the reflected and Rayleigh scattered light having the same wavelength as the exciting laser 22, but passes any Raman scattered light. Raman scattered light passes through a narrow-band filter 28 and is focused by lenses 30 on the detector 32, which may be an avalanche photodiode.

Фильтр 28 имеет узкую полосу пропускания, около 20 см^-1 с центром на значении около 880 см^-1. Как уже указывалось ранее, детектор 32 реагирует на присутствие на посадочном талоне 10 любой из RDX или PETN-частиц потому, что фильтр пропускает интенсивные Рамановские полосы на 874 см^-1 и 885 см^-1. Тем не менее, детектор 32 не будет реагировать на рассеянный свет с любым другим волновым числом. На фиг.3 показан фильтр 32, расположенный перпендикулярно к оптическому пути, но он может быть расположен и под углом к нормали, если требуется подстроить его на 880 см^-1.Filter 28 has a narrow passband of about 20 cm ⁻¹ , centered on a value of about 880 cm ⁻¹ . As previously mentioned, the detector 32 responds to the presence of any of the RDX or PETN particles on the boarding pass 10 because the filter passes intense Raman bands at 874 cm ^-1 and 885 cm ^-1 . However, the detector 32 will not respond to scattered light with any other wave number. Figure 3 shows a filter 32 located perpendicular to the optical path, but it can be located at an angle to the normal, if you want to adjust it to 880 cm ^-1 .

Выходной сигнал детектора 32 принимается блоком 34 управления, который может содержать компьютер для управления различными частями устройства и который вырабатывает соответствующее указание, если от детектора будет получен сигнал, превышающий пороговое значение. Предпочтительно, чтобы блок 34 управления мог осуществлять вычитание сигнала фона, т.е. определять высоту над фоном любого пика, обнаруженного фильтром на 880 см^-1. Это может оказаться важным в том случае, если посадочный талон несет материал, который обладает широкополосной люминесценцией или флюоресценцией от материала самого посадочного талона или от грязи или пыли, которая попала на него с рук. Для того чтобы произвести вычитание сигнала фона, часть рассеянного света может отражаться расщепителем 36 луча, который расположен перед фильтром 28, на дополнительные узкополосный фильтр 38, линзу 40 и детектор 42. Они аналогичны компонентам 28, 30, 32, за исключением того, что фильтр 38 настроен на узкую полосу, с одной стороны 880 см^-1 полосы, например на значение 810 см^-1, на котором вещество Семтекс имеет слабое или не имеет Рамановского рассеивания. Выходной сигнал детектора 42 принимается блоком 34 управления, где он вычитается из сигнала детектора 32 при помощи соответствующего программного обеспечения компьютера или предназначенной для этого электронной системы, такой как компаратор. Затем блок 34 управления вырабатывает соответствующее указание, в случае, если сигнал превышает заранее предусмотренное пороговое значение.The output signal of the detector 32 is received by the control unit 34, which may contain a computer for controlling various parts of the device and which generates an appropriate indication if a signal exceeding the threshold value is received from the detector. Preferably, the control unit 34 can subtract the background signal, i.e. determine the height above the background of any peak detected by the filter at 880 cm ^-1 . This can be important if the boarding pass carries material that has broadband luminescence or fluorescence from the material of the boarding pass itself or from dirt or dust that has got into it from your hands. In order to subtract the background signal, part of the scattered light can be reflected by a beam splitter 36, which is located in front of the filter 28, to an additional narrow-band filter 38, lens 40 and detector 42. They are similar to components 28, 30, 32, except that the filter 38 is tuned to a narrow strip, on one side of the 880 cm ^-1 strip, for example, to a value of 810 cm ^-1 , on which the Semtex substance has weak or no Raman scattering. The output signal of the detector 42 is received by the control unit 34, where it is subtracted from the signal of the detector 32 using the appropriate computer software or a dedicated electronic system, such as a comparator. Then, the control unit 34 generates an appropriate instruction in case the signal exceeds a predetermined threshold value.

В схеме, показанной на фиг.3, в качестве расщепителя 36 луча может быть использован простой расщепитель луча 50:50. Тем не менее, для того, чтобы не было потерь рассеянного света, поступающего для обнаружения, желательно использовать полосовой фильтр, имеющий резкий срез между соответствующими полосами фильтров 28, 38. Это обеспечивает то, что весь свет в полосе 880 см^-1 будет проходить на фильтр 28, в то время как весь свет в прилегающей полосе будет отражаться на фильтр 38. Действительно, вместо полосового фильтра, фильтр 36 может быть сам по себе выполнен таким образом, что он будет пропускать только полосу шириной 20 см^-1 с центром на 880 см^-1 прямо на детектор 32 (без необходимости применения отдельного фильтра 28), отражая весь остальной свет на фильтр 38 фона. В качестве альтернативы, фильтр 36 может представлять собой режекторный фильтр, который пропускает весь рассеянный свет на фильтр 28, кроме узкой полосы, которая требуется для вычитания сигнала фона и которая отражается прямо на детектор 32 (без необходимости в фильтре 38).In the circuit shown in FIG. 3, a simple 50:50 beam splitter can be used as a beam splitter 36. However, in order to avoid the loss of scattered light entering for detection, it is desirable to use a band-pass filter having a sharp cut between the respective filter bands 28, 38. This ensures that all the light in the band of 880 cm ^-1 will pass on filter 28, while all the light in the adjacent band will be reflected on the filter 38. Indeed, instead of the band-pass filter, the filter 36 can itself be designed in such a way that it will only allow a band 20 cm ^-1 wide with a center of 880 ^cm-1 directly to the detector 32 ( ithout the need for a separate filter 28), reflecting the rest of light to the filter 38 background. Alternatively, the filter 36 may be a notch filter that passes all scattered light to the filter 28, except for the narrow band that is required to subtract the background signal and which is reflected directly to the detector 32 (without the need for a filter 38).

Наши опыты показали, что Рамановское устройство, такое, как предложенное, может успешно применяться для обнаружения исключительно малых по размеру частиц вещества Семтекс, размером около 1 мкм³, с весом около 1 пикограмма, за несколько секунд. Наши опыты имитировали реальные условия практического применения, в которых мы подготавливали образцы "с примесью" отпечатков пальцев, которые были загрязнены как веществом Семтекс, так и загрязняющими веществами. Исходя из требуемой чувствительности, а также допустимой вероятности ошибочного сигнала тревоги, тем не менее, было бы желательно снизить скорость, с которой посадочный талон 10 движется вдоль пути 16 перемещения, по сравнению со скоростью, используемой в обычных устройствах считывания посадочных талонов. Кроме того, возможно наносить покрытие на материал талона в виде тонкого слоя вещества, такого, как серебро, золото или медь, имеющего подходящую степень шероховатости поверхности. При такой соответствующей поверхности молекулы материала RDX или PETN абсорбируются в неровностях поверхности и могут показывать улучшенные свойства Рамановского рассеивания (SERS), что в очень значительной степени увеличивает Рамановское рассеивание.Our experiments showed that a Raman device, such as the one proposed, can be successfully used to detect extremely small particles of Semtex, about 1 μm ^{3 in} size, with a weight of about 1 picogram, in a few seconds. Our experiments simulated real conditions of practical application in which we prepared fingerprinted samples that were contaminated with both Semtex and contaminants. Based on the required sensitivity as well as the allowable probability of an erroneous alarm, however, it would be desirable to reduce the speed at which the boarding pass 10 moves along the travel path 16, compared to the speed used in conventional boarding pass readers. In addition, it is possible to coat the coupon material in the form of a thin layer of a substance, such as silver, gold or copper, having a suitable degree of surface roughness. With such a suitable surface, the molecules of the RDX or PETN material are absorbed in the surface roughness and can show improved Raman scattering properties (SERS), which greatly increases the Raman scattering.

Также может быть желательным обеспечить, чтобы посадочные талоны были изготовлены из нефлуоресцирующего материала. В качестве альтернативы использования нефлуоресцирующих талонов является использование лазера 22, который излучает свет в далеком красном или в инфракрасном диапазоне спектра. Возбуждение с такими длинами волн значительно уменьшает или устраняет проблему с флюоресценцией. It may also be desirable to ensure that boarding passes are made of non-fluorescent material. An alternative to using non-fluorescent coupons is the use of a laser 22, which emits light in the far red or infrared spectrum. Excitation with such wavelengths significantly reduces or eliminates the problem with fluorescence.

Естественно, могут быть использованы другие оптические схемы, чем представленная на фиг. 3. Например, соответствующая оптическая схема может освещать и собирать свет Рамановского рассеивания с обеих сторон талона одновременно. Naturally, other optical schemes than those shown in FIG. 3. For example, the corresponding optical scheme can illuminate and collect Raman scattering light from both sides of the ticket simultaneously.

На фиг. 4 изображена модификация сканирующей схемы для считывающего устройства посадочных талонов, изображенной на фиг. 3. В этом устройстве посадочный талон 10 рассматривается в поперечном сечении, в направлении стрелки 20, изображенной на фиг. 3. Применение цилиндрических линз, в системе линз 26 для получения линейного фокуса поперек талона может оказаться не самым эффективным способом для сбора максимального количества Рамановского отраженного света. В соответствии с этим, на фиг. 4 изображена модифицированная система 26' линз, которая формирует точечный фокус на талоне 10 и которая имеет более высокую эффективность сбора Рамановского отраженного света. Свет фокусируется на талон 10 после отражения от многогранного блока 46, каждая грань которого имеет зеркальную поверхность. Блок 46 постоянно вращается, как изображено стрелкой 44, с помощью двигателя (не показан). Это приводит к тому, что пятно света лазера производит сканирование талона 10 в поперечном направлении с большей скоростью, чем продольное сканирование, получаемое при движении талона вдоль пути 16 перемещения. In FIG. 4 shows a modification of the scanning circuit for the boarding pass reader shown in FIG. 3. In this device, the boarding pass 10 is viewed in cross section, in the direction of the arrow 20 shown in FIG. 3. The use of cylindrical lenses in the lens system 26 to obtain a linear focus across the ticket may not be the most effective way to collect the maximum amount of Raman reflected light. Accordingly, in FIG. 4 shows a modified lens system 26 'that forms a point focus on ticket 10 and which has a higher collection efficiency of Raman reflected light. The light is focused on the coupon 10 after reflection from the multifaceted block 46, each face of which has a mirror surface. Block 46 is constantly rotated, as shown by arrow 44, using a motor (not shown). This leads to the fact that the spot of light of the laser scans the coupon 10 in the transverse direction with a higher speed than the longitudinal scan obtained by moving the coupon along the path 16 of the movement.

Рассеянный свет от талона проходит обратно через зеркальную поверхность блока 46 и систему 26' линз в оптическую систему, аналогичную показанной на фиг. 3. The scattered light from the ticket passes back through the mirror surface of the block 46 and the lens system 26 'into an optical system similar to that shown in FIG. 3.

Системы, показанные на фиг. 3 и 4, определяют только наличие вещества Семтекс в какой-либо точке талона 10. Одним из существенных преимуществ техники Рамановского анализа является то, что она является неразрушающей. Таким образом, если вещество Семтекс будет обнаружено, то талон сохраняется для дополнительного анализа и для использования в качестве улики. Ясно, что такая система может быть модифицирована для обнаружения вещества Семтекс на других поверхностях, таких как билеты, карточки идентификации личности, паспорта и т. д. , и может быть использована не только в считывающем устройстве для авиационных посадочных талонов, но и при входах в общественные помещения, правительственные здания и другие подобные им сооружения. Неразрушающая природа Рамановского анализа сама по себе пригодна для использования в таких ситуациях, когда билет, талон и т.д. должен быть возвращен владельцу обратно после анализа. The systems shown in FIG. 3 and 4, they determine only the presence of the Semtex substance at any point in ticket 10. One of the significant advantages of the Raman analysis technique is that it is non-destructive. Thus, if the substance Semtex is detected, then the ticket is saved for additional analysis and for use as evidence. It is clear that such a system can be modified to detect Semtex on other surfaces, such as tickets, ID cards, passports, etc., and can be used not only in a reader for aircraft boarding passes, but also at the entrances to public spaces, government buildings and other similar structures. The non-destructive nature of Raman analysis itself is suitable for use in situations where a ticket, coupon, etc. should be returned to the owner back after analysis.

Более того, детектор и сопутствующие компоненты 32-42, показанные на фиг. 3, могут быть использованы в сочетании с ручными волоконно-оптическими зондирующими головками, такими, например, как описанные в Патентах США 5 377 004, кл. G 01 J 3/44, 1994 (выдан на имя Оуэн (Owen)) и 5 112 127, кл. G 01 J 3/44, 1992 (выдан на имя Каррабба (Carrabba)). Свет от лазера 22 подается по оптическому волокну к зондирующей головке, при этом Рамановский рассеянный свет подается назад через другое оптическое волокно к компонентам 32-42. Такая ручная волоконно-оптическая головка может быть использована для обнаружения присутствия вещества Семтекс на широком диапазоне образцов, в том числе и при прямом анализе рук подозреваемого, а также при анализе багажа, который должен быть загружен в самолет. Действительно, при соответствующей миниатюризации компоненты 32-42 детектора и различные фильтры и линзы могут быть вмонтированы в ручной зондирующий узел, вместе с соответствующими линзами объективов и полупроводниковым лазерным диодом. Для обеспечения правильной установки зондирующей головки относительно анализируемого образца головка может быть снабжена соответствующей стойкой или другими приспособлениями для позиционирования. Moreover, the detector and related components 32-42 shown in FIG. 3 can be used in combination with hand-held fiber optic probe heads, such as, for example, those described in US Patents 5,377,004, cl. G 01 J 3/44, 1994 (issued in the name of Owen) and 5 112 127, cl. G 01 J 3/44, 1992 (issued in the name of Carrabba). The light from the laser 22 is fed through the optical fiber to the probe head, while the Raman scattered light is fed back through another optical fiber to the components 32-42. Such a manual fiber-optic head can be used to detect the presence of Semtex substance on a wide range of samples, including direct analysis of the suspect’s hands, as well as analysis of baggage that must be loaded onto the plane. Indeed, with appropriate miniaturization, the components of the detector 32-42 and various filters and lenses can be mounted in a manual probe assembly, together with the corresponding lenses of the lenses and a semiconductor laser diode. To ensure the correct installation of the probe head relative to the analyzed sample, the head can be equipped with an appropriate stand or other devices for positioning.

В некоторых случаях было бы желательным анализировать образец более детально, чем это предусмотрено оборудованием, показанным на фиг. 3 и 4. Это можно осуществить с помощью устройства, показанного на фиг.5, которое аналогично устройству, описанному в Европейском патенте ЕР 543578, ссылка на который сделана для обеспечения возможности получения более подробной информации. Образец 52 располагают на подставке 54 микроскопа и освещают светом от лазера 50 через систему линз 56, зеркало 58, дихроичный фильтр 60, зеркало 62 и линзы 64 объектива микроскопа. Если желательно сформировать изображение некоторой области образца, то тогда линзы 56 настраиваются таким образом, чтобы расфокусировать лазерный луч, падающий на образец 52, освещая, таким образом, требуемый участок. Рассеянный Рамановский свет собирается объективом 64 микроскопа, проходит в обратном направлении через дихроичный фильтр 60 (который отклоняет отраженный и релеевский рассеянный свет, имеющий ту же длину волны, что и лазер, как и в ранее описанном случае). Рассеянный Рамановский свет затем проходит через фильтр 70, отражается от зеркал 66, 68. Фильтр 70 представляет собой узкополосный фильтр, с центром на 880 см^-1 и шириной полосы 20 см^-1, как и ранее, для определения наличия RDX и PETN компонентов вещества Семтекс. Изображение освещенной области образца в двух измерениях в свете полосы с центром на 880 см^-1 затем фокусируют линзами 74 на подходящий для этих целей двумерный детектор, такой как прибор 72 с зарядовой связью (CDD). Это изображение воспринимается и представляется компьютером 76, который также по мере необходимости управляет другими частями аппарата. Например, компьютер 76 может производить вычитание сигнала фона с той же целью, которая пояснена выше, путем некоторого наклона фильтра 70 для его подстройки на близлежащую полосу пропускания. Затем компьютер 76 формирует другое, фоновое изображение и вычитает данные для каждого элемента изображения фона из соответствующих данных для изображения в полосе 880 см^-1.In some cases, it would be desirable to analyze the sample in more detail than is provided by the equipment shown in FIG. 3 and 4. This can be done using the device shown in figure 5, which is similar to the device described in European patent EP 543578, a link to which is made to provide the possibility of obtaining more detailed information. Sample 52 is placed on a microscope stand 54 and illuminated by laser light 50 through a lens system 56, mirror 58, dichroic filter 60, mirror 62, and microscope objective lenses 64. If it is desirable to form an image of a certain region of the sample, then the lens 56 is adjusted so as to defocus the laser beam incident on the sample 52, thus illuminating the desired area. The scattered Raman light is collected by the microscope objective 64, passes in the opposite direction through the dichroic filter 60 (which deflects the reflected and Rayleigh scattered light having the same wavelength as the laser, as in the previously described case). The scattered Raman light then passes through the filter 70, is reflected from the mirrors 66, 68. The filter 70 is a narrow-band filter, with a center of 880 cm ^-1 and a bandwidth of 20 cm ^-1 , as before, to determine the presence of RDX and PETN components of the substance Semtex. The image of the illuminated region of the sample in two dimensions in the light of a strip centered at 880 cm ^{−1 is} then focused by lenses 74 onto a suitable two-dimensional detector, such as charge-coupled device (CDD) 72. This image is perceived and presented by the computer 76, which also controls other parts of the apparatus as necessary. For example, computer 76 can subtract the background signal for the same purpose as explained above by tilting the filter 70 to adjust it to the nearby passband. Then, the computer 76 forms another, background image, and subtracts the data for each background image element from the corresponding data for the image in the band of 880 cm ⁻¹ .

На фиг. 5 также показано, что это устройство может иметь отдельный режим работы, более подробно описанный в Европейском патенте ЕР 543578, который может использоваться для подтверждения присутствия RDX или PETN, если они обнаруживаются в какой-либо отдельной части изображения. Линза 56 может быть перефокусирована для получения освещения отдельной интересующей точки изображения, путем перемещения подставки микроскопа 54 в требуемой степени. Зеркала 66 убираются из оптического пути так, что рассеянный Рамановский свет теперь отражается через призму 79 на дифракционную решетку 78. Это распределяет спектр Рамановского рассеянного света на точки, представляющие интерес по поверхности прибора с зарядовой связью 72, позволяя, путем сравнения со спектрами, изображенными на фиг.1 и 2, сделать положительное подтверждение того, что образец действительно является веществом RDX и/или PETN. In FIG. 5 also shows that this device can have a separate mode of operation, described in more detail in European patent EP 543578, which can be used to confirm the presence of RDX or PETN if they are found in any particular part of the image. Lens 56 can be refocused to obtain illumination of a single point of interest in the image by moving the microscope stand 54 to the desired degree. Mirrors 66 are removed from the optical path so that the scattered Raman light is now reflected through a prism 79 to the diffraction grating 78. This distributes the Raman scattered light spectrum to points of interest over the surface of the charge-coupled device 72, allowing, by comparison with the spectra shown in 1 and 2, make a positive confirmation that the sample is indeed an RDX and / or PETN substance.

Конечно, устройство, изображенное на фиг. 5, может быть модифицировано для различных условий применения. Вся система, изображенная на фиг. 5, более подходит для использования в судебной лаборатории, где имеется квалифицированный персонал, который может идентифицировать спектры, получаемые с помощью дифракционной решетки 78. В качестве альтернативы, для получения системы, которая может использоваться в полицейском участке, дифракционная решетка 78, призма 79 и зеркала 66, 68 могут не использоваться, фильтр 70 размещается непосредственно на прямой в положении между дихроичным фильтром 60 и линзой 74. Оператор невысокой квалификации может затем легко получать изображения отпечатков пальцев в полосе шириной 20 см^-1 с центром на 880 см^-1, что укажет на присутствие частиц вещества Семтекс на отпечатках пальцев.Of course, the device shown in FIG. 5 may be modified for various application conditions. The entire system depicted in FIG. 5 is more suitable for use in a forensic laboratory where there is qualified personnel who can identify the spectra obtained using diffraction grating 78. Alternatively, to obtain a system that can be used in a police station, diffraction grating 78, prism 79 and mirrors 66, 68 may not be used, the filter 70 is placed directly on a straight line in position between the dichroic filter 60 and the lens 74. An unskilled operator can then easily obtain fingerprint images Alzen in the band width of 20 ^cm-1 centered at 880 cm ^-1, which indicate the presence of particulate matter on the fingerprint Semtex.

Вместо обеспечения вычитания сигнала фона путем настройки фильтра 70, аналогичный эффект может быть достигнут заменой фильтра 70 на другой фильтр с соответствующей полосой пропускания для определения сигнала фона. Затем с помощью подходящего приспособления фильтр 70 может быть удален так, что на приборе с зарядовой связью может быть сформировано изображение отпечатка пальца или другого образца, полученное в белом свете, введенном в микроскоп. Возможность сравнить изображение отпечатка пальца в белом свете с изображением, снятым в полосе 880 см^-1, особенно полезна, поскольку позволяет увидеть, что обнаруженные следы взрывчатого вещества действительно ассоциируются с отпечатком пальца. Это устраняет возможность того, что отпечаток пальца мог быть сделан на поверхности, которая предварительно была загрязнена взрывчатым веществом, и улучшает надежность судебных улик, полученных с помощью этой техники.Instead of allowing the background signal to be subtracted by adjusting the filter 70, a similar effect can be achieved by replacing the filter 70 with another filter with an appropriate bandwidth to determine the background signal. Then, with a suitable device, the filter 70 can be removed so that a fingerprint or other sample image obtained in a white light introduced into the microscope can be formed on a charge-coupled device. The ability to compare an image of a fingerprint in white light with an image taken in a band of 880 cm ^-1 is especially useful because it allows you to see that the detected traces of explosives are actually associated with a fingerprint. This eliminates the possibility that a fingerprint could be made on a surface that was previously contaminated with explosives, and improves the reliability of forensic evidence obtained using this technique.

Как видно на фиг. 2, несмотря на то, что для RDX всегда присутствует полоса 885 см^-1, она, в некоторой степени, зависит от поляризации. Пик на 874 см^-1 для PETN не зависит от поляризации. Эти факты могут использоваться, если это потребуется, для отличия RDX от PETN. Поляризационный фильтр размещается в оптическом пути рассеянного Рамановского излучения после дихроичного фильтра 24, 60 и настраивается таким образом, чтобы было видно, изменяется или нет измеренная интенсивность полосы 880 см^-1.As seen in FIG. 2, despite the fact that for the RDX there is always a band of 885 cm ^-1 , it, to some extent, depends on the polarization. The peak at 874 cm ^-1 for PETN is independent of polarization. These facts can be used, if necessary, to distinguish RDX from PETN. The polarization filter is placed in the optical path of the scattered Raman radiation after the dichroic filter 24, 60 and is adjusted so that it is visible whether or not the measured intensity of the band 880 cm ^-1 changes.

Другая модификация устройства, представленная на фиг. 5 (с дифракционной решеткой 78 или без нее), заключается в том, что фильтр 70 может быть заменен на другой фильтр, настроенный на тот или иной пик, изображенный на фиг. 1 и 2, например на пик 533 см^-1 для RDX. В качестве альтернативы, один фильтр 70 может перестраиваться на оба пика. Получается изображение в рассеянном Рамановском свете каждого из пиков 533 см^-1 и 885 см^-1 для RDX, причем из каждого из них вычитается сигнал фона (используя изображение, полученное, например, на 500 см^-1 и 810 см^-1, соответственно). Полученные в результате этого два изображения объединяются с помощью компьютера 76, используя логику "И", для получения окончательного изображения, на котором показаны только те области, которые одновременно отражают с пиками на 533 и 885 см^-1. Это приводит к повышению надежности идентификации RDX по отпечатку пальца. Аналогичная техника может использоваться в системах, которые не предназначены для получения изображения, например, путем установки дополнительных фильтров и устройств расщепления луча в системе, представленной на фиг. 3. Аналогичным образом другие вещества, отличные от вещества Семтекс, могут быть надежно идентифицированы по двум или большему количеству характерных Рамановских пиков.Another modification of the device shown in FIG. 5 (with or without diffraction grating 78), the filter 70 can be replaced by another filter tuned to one or another peak depicted in FIG. 1 and 2, for example at a peak of 533 cm ^-1 for RDX. Alternatively, one filter 70 may tune to both peaks. The result is a scattered Raman light of each of the peaks 533 cm ^-1 and 885 cm ^-1 for RDX, and the background signal is subtracted from each of them (using an image obtained, for example, at 500 cm ^-1 and 810 cm ^-1 , respectively) . The resulting two images are combined using a computer 76, using the logic "And", to obtain the final image, which shows only those areas that simultaneously reflect with peaks at 533 and 885 cm ^-1 . This leads to increased fingerprint identification reliability of RDX. A similar technique can be used in systems that are not designed for imaging, for example, by installing additional filters and beam splitting devices in the system shown in FIG. 3. Similarly, other substances other than the Semtex substance can be reliably identified by two or more characteristic Raman peaks.

Дихроичные фильтры 24, 60 на фиг. 3, 4 и 5 могут представлять собой многослойные диэлектрические фильтры. В качестве альтернативы могут использоваться голографические режекторные или полосовые фильтры, как описано в Европейском патенте ЕР 543578, причем они могут использоваться на малых углах падения, порядка 10^o или 11^o, для улучшения независимости их от поляризации. Вместо голографических фильтров могут применяться сладчатые фильтры. Фильтры 28, 38, 70 могут быть любыми из этих типов фильтров.Dichroic filters 24, 60 in FIG. 3, 4 and 5 may be multilayer dielectric filters. Alternatively, holographic notch or band-pass filters can be used, as described in European patent EP 543578, and they can be used at small incidence angles of the order of 10 ^° or 11 ^° to improve their independence from polarization. Sweet filters may be used instead of holographic filters. Filters 28, 38, 70 may be any of these types of filters.

Статья авторов Ц. Ченг и др. "Определение и идентификация следов взрывчатых веществ на месте их расположения с помощью Рамановской микроскопии". Журнал Судебных Наук, JFSCA, том 40, N 1, январь 1995 г., страницы 31-37 (С. Cheng et al. "In-Situ Detection and Identification of Trace Explosives by Raman Microscopy", Journal of Forensic Sciencies, JFSCA, Vol 40, N 1, January 1995 г., pages 31-37) приводится здесь как библиографическая ссылка. Эта статья была опубликована после даты заявленного приоритета настоящей заявки на патент. Article of the authors C. Cheng et al. "Identification and identification of traces of explosives at their location using Raman microscopy." Journal of Forensic Sciences, JFSCA, Volume 40, No. 1, January 1995, pages 31-37 (C. Cheng et al. "In-Situ Detection and Identification of Trace Explosives by Raman Microscopy", Journal of Forensic Sciencies, JFSCA, Vol 40, N 1, January 1995, pages 31-37) is provided here as a bibliographic reference. This article was published after the claimed priority date of this patent application.

Claims

1. A device for detecting explosive material in a sample, comprising a light source for illuminating the sample in order to cause Raman scattered light, and a detector for detecting Raman scattered light received from the sample, characterized in that a narrow-band filter is placed between the sample and the detector, the middle of the passband of which is tuned to about 880 cm ^-1 , transmitting light to the detector in a narrow band that overlaps 874 and 885 cm ^-1 .

2. The device according to claim 1, characterized in that the sample is made in the form of a card or other document, the surface of which is scanned using a light source, detector and filter.

3. The device according to claim 2, characterized in that the card or other document moves along the light source, detector and filter.

4. The device according to claim 2 or 3, characterized in that it contains a lens adapted to receive from the light source a linear focus of light across the card or other document.

5. The device according to claim 2 or 3, characterized in that it contains a device that scans a spot of light from a light source across a card or other document.

6. The device according to claim 1, characterized in that the detector detects an image of the surface of the sample in two dimensions.

7. The device according to one of claims 1 to 6, characterized in that it contains means for detecting the spectrum of Raman scattered light, separately from the specified narrow-band filter.

8. The device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the narrow-band filter has a bandwidth of about 20 cm ^-1 .

Priority on points:
08/20/94 - according to paragraphs 1, 2 and 6 - 8;
12/24/94 - according to paragraphs 3 and 5;
08.21.95 - according to claim 4.