SI20995A - Polarizacijsko ojačana 14n jedrska kvadrupolna resonančna detekcija tnt in drugih eksplozivnih snovi v minah s kvadrupol-kvadrupol "solid" efektom - Google Patents
Polarizacijsko ojačana 14n jedrska kvadrupolna resonančna detekcija tnt in drugih eksplozivnih snovi v minah s kvadrupol-kvadrupol "solid" efektom Download PDFInfo
- Publication number
- SI20995A SI20995A SI200100178A SI200100178A SI20995A SI 20995 A SI20995 A SI 20995A SI 200100178 A SI200100178 A SI 200100178A SI 200100178 A SI200100178 A SI 200100178A SI 20995 A SI20995 A SI 20995A
- Authority
- SI
- Slovenia
- Prior art keywords
- quadrupole
- nuclei
- polarization
- tnt
- detection
- Prior art date
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 238000003876 NQR spectroscopy Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 239000002360 explosive Substances 0.000 title claims abstract description 25
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims abstract description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 title claims description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 title 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims abstract description 26
- 239000004081 narcotic agent Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 10
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 3
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 claims description 2
- SPSSULHKWOKEEL-UHFFFAOYSA-N 2,4,6-trinitrotoluene Chemical compound CC1=C([N+]([O-])=O)C=C([N+]([O-])=O)C=C1[N+]([O-])=O SPSSULHKWOKEEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 39
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 37
- 239000000015 trinitrotoluene Substances 0.000 abstract description 37
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 8
- 238000012546 transfer Methods 0.000 abstract description 5
- 230000003993 interaction Effects 0.000 abstract 1
- 238000012384 transportation and delivery Methods 0.000 abstract 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 3
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 3
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- ZPUCINDJVBIVPJ-LJISPDSOSA-N cocaine Chemical compound O([C@H]1C[C@@H]2CC[C@@H](N2C)[C@H]1C(=O)OC)C(=O)C1=CC=CC=C1 ZPUCINDJVBIVPJ-LJISPDSOSA-N 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- DYSXLQBUUOPLBB-UHFFFAOYSA-N 2,3-dinitrotoluene Chemical compound CC1=CC=CC([N+]([O-])=O)=C1[N+]([O-])=O DYSXLQBUUOPLBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZPTVNYMJQHSSEA-UHFFFAOYSA-N 4-nitrotoluene Chemical compound CC1=CC=C([N+]([O-])=O)C=C1 ZPTVNYMJQHSSEA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000238366 Cephalopoda Species 0.000 description 1
- TZRXHJWUDPFEEY-UHFFFAOYSA-N Pentaerythritol Tetranitrate Chemical compound [O-][N+](=O)OCC(CO[N+]([O-])=O)(CO[N+]([O-])=O)CO[N+]([O-])=O TZRXHJWUDPFEEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 1
- 230000003579 anti-obesity Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 229960003920 cocaine Drugs 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 1
- 230000005347 demagnetization Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003533 narcotic effect Effects 0.000 description 1
- 150000002829 nitrogen Chemical class 0.000 description 1
- 229910017464 nitrogen compound Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002830 nitrogen compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002277 temperature effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-OUBTZVSYSA-N water-17o Chemical compound [17OH2] XLYOFNOQVPJJNP-OUBTZVSYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
- G01R33/44—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using nuclear magnetic resonance [NMR]
- G01R33/441—Nuclear Quadrupole Resonance [NQR] Spectroscopy and Imaging
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Predmet izuma je nova metoda za odkrivanje predvsem trinitrotoluena (TNT) in drugih eksplozivov, ki vsebujejo skupine NO2, pa tudi narkotikov in drugih snovi. Metoda po izumu je polarizacijsko ojačana jedrska kvadrupolna resonanca jeder 14N. Metoda po izumu izboljša razmerje signala napram šumu za nekajkrat in za red velikosti skrajša potrebni čas meritve. Metoda temelji na prenosu polarizacije s kvadrupolarnega sistema spinov 17O, ki ima razmeroma visoke JKR resonančne frekvence, na kvadrupolarni sistem 14N, ki ima nizke JKR resonančne frekvence, s pomočjo kvadrupol-kvadrupol "solid" efekta med kvadrupolarnimi jedri 17O(I=5/2) in 14N(I=1) v ničelnem zunanjem polju. Metoda se lahko uporabi tudi za detekcijo eksplozivov v prtljagi in poštnih pošiljkah. Možna je tudi razširitev te metode na druga kvadrupolna jedra kot vir povečane polarizacije, npr. 35Cl, tako da metoda ni omejena le na sisteme, ki vsebuje 17O.ŕ
Description
Polarizacijsko ojačana 14N jedrska kvadrupolna resonančna detekcija TNT in drugih eksplozivnih snovi v minah s kvadrupol-kvadrupol »solid« efektom
Predmet izuma je nova metoda za odkrivanje predvsem trinitrotoluena (TNT) in drugih eksplozivov, ki vsebujejo skupine NO2, pa tudi narkotikov in drugih snovi. Metoda po izumu je polarizacijsko ojačana 14N jedrska kvadrupolna resonanca. Metoda po izumu izboljša razmerje signala napram šumu za nekajkrat in za red velikosti skrajša potrebni čas meritve. Metoda temelji na prenosu polarizacije s kvadrupolamega sistema spinov ’7O, ki ima razmeroma visoke JKR resonančne frekvence, na kvadrupolami sistem l4N, ki ima nizke JKR resonančne frekvence, s pomočjo kvadrupol-kvadrupol »solid« efekta med kvadrupolamimi jedri 17O (I = 5/2) in 14N (I = 1) v ničelnem zunanjem polju. Metoda se lahko uporabi tudi za detekcijo eksplozivov v prtljagi in poštnih pošiljkah. Možna je tudi razširitev te metode na druga kvadrupolna jedra kot vir povečane polarizacije, npr. 35C1, tako da metoda ni omejena le na sisteme, ki vsebujejo I7O.
Izum spada na področje fizike, in sicer se nanaša na postopke merjenja in testiranja električnih in magnetnih lastnosti ali spremenljivk s pomočjo dvojnoresonančne tehnike.
Iskanje plastičnih min, kijih z detektorji kovin ne moremo zaznati, se še danes vrši večinoma ročno. Jedrska kvadrupolna resonanca (JKR) omogoča odkrivanje plastičnih min »na daljavo«, če vsebujejo eksplozive z dovolj visokimi JKR frekvencami, in tako eliminira potrebo ročnega iskanja min, ki je izredno nevarno. Princip je opisan v V. S. Grechishkin, N. J. Sinyavsky, Physics-Uspekhi 40, 393-406 (1997) »New Technologies: Nuclear Quadrupole Resonance as an explosive and narcotic detection technique« (la), pa tudi v V. S. Grechishkin, Z. Naturforsch. 45a, 559-564 (1990), »New Methods of Nuclear Quadrupole Resonance« (lb).
Osnovno eksplozivno polnilo vseh antipehotnih min in še posebej min ruskega, jugoslovanskega, italijanskega, ameriškega in južnoafriškega izvora so 4 spojine: trinitrotoluen (TNT), cyclotrimetilentetramin (RDX), cyclotetrametilentetramine (ΗΜΧ) in pentoeritrittetranitrat (PETN) ali kombinacija teh spojin. Najmanjša količina teh eksplozivov v antipehotnih minah je 35 - 100 g. Vse te snovi imajo karakteristične skupine, ki vsebujejo 14N, · in jih lahko karakteriziramo in odkrivamo z jedrsko kvadrupolno resonanco (JKR) 14N. V odsotnosti zunanjega magnetnega polja ima jedro 14N (1=1) tri JKR linije:
v. =0 + 7)(1) (3), ki so specifične za dano vrsto eksploziva. Tuje e2qQ/h kvadrupolna sklopitvena konstanta, η pa asimetrij ski parameter.
Z direktno klasično JKR detekcijo RDX, ΗΜΧ in PETN ni posebnih težav niti v laboratoriju niti pri odkrivanju antipehotnih min na terenu. To je posledica dejstva, da so v teh primerih JKR frekvence 14N razmeroma visoke, kar omogoča dobro razmerje signala napram šumu in zato ne zahteva predolgega povprečevanja. JKR frekvence I4N v RDX so tako na primer v+= 5198 kHz, v_= 3415 kHz in v ΗΜΧ v+= 5 310 kHz, v.= 3740 kHz.
Situacija je povsem drugačna v primeru TNT, kije osnovna sestavina min ruskega in jugoslovanskega izvora. Frekvence v+ in v. vseh treh -NO2 grup v TNT so v področju pod 1000 kHz, kar je preprečevalo JKR detekcijo TNT vsebujočih min. Potrebni časi povprečevanja signala so namreč tako dolgi, da JKR metoda tu ni praktično uporabna. Problem je opisan v literaturi, navedeni pod (1), in v J. P. Yesinowski, M. L. Buess, A. N. Garroway, “Detection of N-14 and Cl-35 in cocaine base and hydrochlorate using NQR, NMR and Squid techniques”, Anal. Chem, 67, 2256-2263 (1995) (2). Dodatna komplikacija je, daje TNT v minah zmes ortorombske in monoklinske modifikacije TNT (članek R. A. Marino and R. F. Connors, J. Mol. Structure 111, 323-328 (1983) (3), kar privede do nadaljnje razširitve JKR črt in do zmanjšanja razmerja signala napram šumom. V eksplozivu so ponavadi prisotne tudi nečistoče kot sta para- in dinitrotoluen, nastala pri sintezi.
Uporaba klasične JKR za detekcijo eksplozivov in narkotikov izven resonančne tuljave je poznana že vrsto let. Problem daljinske detekcije je rešen z uporabo površinskih tuljav, problem piezo-resonanc pa z uporabo faznega cikliranja. Metodologija JKR je opisana v delu (la) ter v več člankih A. N. Garrowaya in sodelavcev (2), B. H. Suits, A. N. Garroway, J. B. Miller, “Super-Q detection of transient magnetic resonance signals”, J. Magn. Reson. 132, 5464 (1998) (4) in B. H. Suits, A. N. Garroway, J. B. Miller, “Noise-immune coil for unshielded magnetic resonance measurements”, J. Magn. Reson. 131, 154-158 (1998) (5).
Omenjena metoda je popisana tudi v vrsti patentov, katerih avtorje dr. Allan Garroway:
- United States Patent 5,206,592 (M. L. Buess, A. N. Garroway, J. B. Miller: “Detection of explosives by nuclear quadrupole resonance”);
- United States Patent 5,233,300 (M. L. Buess, A. N. Garroway, J. B. Miller: “Detection of explosives and narcotics by low power large sample volume nuclear quadrupole resonance (NQR)”;
- United States Patent 5,365,171 (M. L. Buess, A. N. Garroway, J. P. Yesinowski: “Removing the effects of acoustic ringing and reducing temperature effects in the detection of explosives by NQR”);
United States Patent 5,592,083 (E. E. Magnuson, C. R. Moeller, J. D. Shaw, G. A. Sheldon: “System and method for contraband detection using nuclear quadrupole resonance including a sheet coil and RF shielding via waveguide below cutoff’);
- United States Patent 5,804,967 (J. B. Miller and A. N. Garroway: “Apparatus and method for generating short pulses for NMR and NQR processing”).
Zaradi prenizkih resonančnih frekvenc in zato preslabega razmerja signala napram šumu ni doslej opisana nikakršna direktna JKR metoda, ki bi omogočala daljinsko detekcijo min, vsebujočih TNT, v za praktično uporabo sprejemljivem času. Detekcija je možna, če povečamo polarizacijo sistema jeder 14N s prenosom protonske polarizacije s križanjem nivojev 14N - H v magnetnem polju, vendar je ta metoda tehnično zahtevna in draga, saj predpostavlja, da na mestu antipehotne mine ustvarimo statično magnetno polje 0,1 T ali višje. Iskalec min mora tu nositi s seboj tudi magnet ali magnetno tuljavo, ki ustvarja statično magnetno polje, kar je težko izvedljivo. Detekcija 14N v TNT v laboratoriju je seveda možna s H - 14N dvojno resonanco (R. Blinc, J. Seliger, D. Arčon, P. Cevc, and V. Žagar, physica status solidi (a) 180, 541-545 (2000) “H - 14N Double Resonance of TNT from a Land Mine”(6). Posebej je treba poudariti, da na terenu uporaba jedrske dvojne resonance H - 14N za odkrivanje min ne pride v poštev, ker je v zemlji, ki obdaja TNT vsebujočo mino, preveč protonov, ki niso dipolno sklopljeni z dušikovimi jedri v TNT molekuli in zato povsem zabrišejo dvojnoresonančni protonski signal iz TNT.
Edina metoda, ki deluje, je direktna detekcija 14N v TNT z JKR. Za praktično uporabnost pa je treba JKR signal 14N v TNT-ju ojačiti. Povedali smo že, da omenjena ojačitev s klasičnimi metodami jedrske dvojne resonance ni možna. Prav tako ni možna ojačitev s “solid” efektom med protoni in 14N ((lb), “S. V. Anferova, V. S. Grechishkin, G. V. Mozzhukin, Journal of Structural Chemistry 27, 50-53 (1986), Solid Effect in Double Quadrupole-Resonance of Nitrogen Nuclei in Amino-Groups (6), S. V. Anferova, V. S. Grechishkin, N. Y. Sinyavskii, Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedeni Fizika 28, 110-111 (1985), 2-Frequency Solid-Effect on Nuclei N-14 (7)) , ker je relaksacijski čas protonov TNT v ničelnem magnetnem polju prekratek (Ti protonov TNT v B - 0 je krajši od 0,1 sekunde). Ojačitev z adiabatno demagnetizacijo in križanjem nivojev 14N - H je sicer možna, vendar je draga in za terensko delo ni preveč primerna, kot smo že omenili.
Znane metode torej ne omogočajo cenenega, zanesljivega in v sprejemljivem času praktično izvedljivega odkrivanja eksplozivnih sredstev, ki vsebujejo TNT. Prav tako ne omogočajo dovolj hitrega odkrivanja nekaterih narkotikov.
Predmet izuma je metoda, ki omogoča zvečanje razmerja signal/šum jedrske kvadrupolne resonance 14N in s tem odkrivanje eksplozivnih sredstev, ki vsebujejo TNT, ali drugih sredstev, pa tudi narkotikov v za praktično uporabo sprejemljivem času ob sprejemljivi ceni.
Po izumu je naloga rešena s polarizacijsko ojačano jedrsko kvadrupolno resonančno detekcijo 14N v TNT in z detekcijo drugih eksplozivnih snovi v minah in drugih snoveh, tudi narkotikih s kvadrupol-kvadrupol »solid« efektom po neodvisnih patentnih zahtevkih.
Polarizacijsko ojačana jedrska kvadrupolna resonančna detekcija 14N v TNT in detekcija drugih eksplozivnih snovi v minah s kvadrupol-kvadrupol »solid« efektom po izumu izboljša razmerje signala napram šumu za nekajkrat in skrajša potrebni čas meritve za red velikosti. Metoda je uporabna tako v laboratoriju kot tudi na terenu, ker so mine zakopane 5 - 15 cm pod zemljo. Metoda temelji na zvečanju polarizacije jeder I4N z 17O - l4N kvadrupol-55 kvadrupol “solid” efektom v ničelnem zunanjem polju in na klasični daljinski JKR detekciji signala 14N. Možna je tudi razširitev te metode na druga kvadrupolna jedra kot vir povečane polarizacije, npr. 35C1, tako da metoda ni omejena le na sisteme, vsebujoče 17O.
Izum bo opisan na osnovi izvedbenega primera in slik, ki prikazujejo:
Slika 1
Hkratni prehodi med energijskimi nivoji l7O in 14N v skupinah l4N - 17O in prenos polarizacije na ostala jedra 14N.
Slika 2
Časovni potek meritve. Polarizacija dušikovih jeder (zgoraj) in vzbujevalni pulz ter NQR signal 14N (spodaj).
Slika 3
Shema merilnika za detekcijo eksplozivov s polarizacijsko ojačano NQR.
TNT vsebuje dve vrsti kvadrupolamih jeder, I4N in 17O. Jedra se nahajajo v skupinah -NO2 in so dipolamo sklopljena. Jedra 17O (naravna koncentracija je 0,037 %) imajo spin 5/2 in zato troje dvakrat degeneriranih kvadrupolamih energijskih nivojev v ničelnem zunanjem polju. Omenjene energijske nivoje dobimo s pomočjo rešitev sekularne enačbe x3-7(3 + 72 )x-20(l-72)=0.
Tu je energijski nivo E podan z E = x.A, pri čemer je A = e2Qq/40, e2Qq kvadrupolna sklopitvena konstanta 17O, η pa asimetrijski parameter. Za dano jedro 17O dobimo tri jedrske kvadrupolne resonančne frekvence V5/2,l/2 >V5/2,3/2 > V3/2,l/2 ·
Vsi trije prehodi so dovoljeni, če je asimetrijski parameter različen od 0.
Pri skupini NO2 je prehod 5/2 v 3/2, ki je razmeroma močan, okoli 3,2 MHz.
Z močnim radiofrekvenčnim poljem s frekvenco, ki ustreza razliki prehodov med kvadrupolamimi nivoji jedra 17O in jedra 14N (slika 1) povzročamo hkratne prehode v obeh spinskih sistemih in tako prenašamo polarizacijo s sistema 17O na sistem 14N. Zaradi dipolame sklopitve med jedri 14N se omenjena povečana . polarizacija prenese tudi na ostala jedra14N, to je na tista jedra, ki v skupini NO2 nimajo jedra 17O, pač pa jedro 16O.
V ravnovesju je polarizacija dušika S, ki je sorazmerna JKR signalu dušika pri frekvenci vN, povečana napram polarizaciji So brez kvadrupol-kvadrupol “solid” efekta za faktor
S/So =1 +
N N
J eWsW0
Tuje:
So... ravnovesni JKR signal 14N brez dodatnega obsevanja
S ... ravnovesni JKR signal I4N z dodatnim obsevanjem
W$... verjetnost za hkratni prehod na enoto časa pri kvadrupol-kvadrupol “solid” efektu Wo... hitrost spin-mrežne relaksacije kisika 17O (približno 1000 s'1)
WN... hitrost spin-mrežne relaksacije dušika 14N (približno 0,3 s'1) ε ... razmerje med številom jeder 17O in 16O jeder.
Pri veliki vrednosti Ws (Ws > Wo) je ojačanje S/So približno enako (S/S>1 +-3—^.
+ 2500^ ^0
Pri tipičnih vrednostih Wo/Wn = 3 χ 103 tako dobimo S/So je približno 2,5, kar ustreza skrajšanju potrebnega merilnega časa za faktor 7. Čas, v katerem se vzpostavi ravnovesna dušikova magnetizacija, je približno
W=3i.
Ker je Ws = —ωχ —, pri čemer je ωο dipolama širina črte (približno 3 kHz.2^·),
VtUjv ) ωο ωΝ = 2π ·νΝ,ωλ=γ · B,, potrebujemo kar visoke amplitude radiofrekvenčnega polja Bi (večje ali enake od 100 Gaussov), daje gornji pogoj izpolnjen. Treba pa je seveda poudariti, da sama amplituda Bj ni kritična, saj manjše Bi dajo manjše ojačanje, sam efekt pa ne izgine, ker ne gre za resonančni pogoj.
Izvedbeni primer
Shematska predstavitev predlagane metode je podana na slikah 1, 2 in 3. Slika 1 prikazuje fizikalno osnovo ojačanja polarizacije 14N s hkratnimi prehodi med energijskimi nivoji 17O in 14N. Slika 2 prikazuje časovni potek meritve: ojačanje polarizacije 14N s hkratnimi prehodi med energijskimi nivoji 17O in l4N (zgoraj) in detekcijo polarizacijsko ojačanega NQR signala 14N (spodaj). Slika 3 prikazuje shemo merilnika za detekcijo eksplozivov s polarizacijsko ojačano NQR.
Za učinkovito uporabo te metode mora biti spin-mrežni relaksacijski čas (Ti) dušika dovolj dolg (v TNT je temu pogoju zadoščeno, saj je Ti v ničelnem polju približno 3 s), spin-mrežni relaksacijski čas drugega kvadrupolnega jedra (to je 17O) pa dovolj kratek (v TNT je tudi temu pogoju zadoščeno, saj je Ti 17O približno 1 ms), da lahko učinkovito prenesemo polarizacijo s kvadrupolnega sistema 17O (ki ima razmeroma visoke JKR frekvence) na kvadrupolni sistem 14N (ki ima v primeru TNT razmeroma nizke kvadrupolne resonančne frekvence) s kvadrupol-kvadrupol “solid” efektom. Prav tako mora biti spinska difuzija polarizacije jeder 14N dovolj učinkovita, da se polarizira celotni sistem jeder 14N in ne le tista jedra l4N, ki so neposredno vezana na skupine NO2, vsebujoče 17O. Rezultati naših meritev kažejo, da so ti pogoji pri TNT v ničelnem zunanjem magnetnem polju pri sobni temperaturi izpolnjeni.
Metoda deluje predvsem pri vseh vrstah zemlje do globine ~15 cm, t.j. do globine, kjer je zakopanih večina antipehotnih min, in je tudi prisotnost vode v zemlji ne moti. Velikost radiofrekvenčnega polja, katerega frekvenca je enaka razliki kvadrupolamih resonančnih frekvenc 17O in 14N, kijih sklapljamo, ni kritična, če je le amplituda tako velika, daje pogoj Ws > Wo izpolnjen. Za obsevanje z zgoraj omenjeno frekvenco, ki ustreza kvadrupolkvadrupol »solid« efektu, lahko uporabimo isto tuljavo kot za detekcijo JKR signala 14N. Oddajnik pa mora ustrezati večji moči. Metoda tako pomeni naravno razširitev daljinske JKR detekcije min z minimalnimi spremembami, omogoča pa bistveno povečanje razmerja signala napram šumu in detekcijo TNT vsebujočih antiosebnih min z vsebnostjo nad 35 mg TNT 15 cm pod zemljo v času, kije za red velikosti krajši od časa, potrebnega za detekcijo s klasično JKR metodo.
Pomembno je poudariti, da pomeni sekvenca JKR prehodov TNT nekakšen »prstni odtis« te molekule, ki je za molekulo TNT specifičen, in da prisotnost drugih dušikovih spojin v preiskovanem vzorcu ne moti. V vzorcu eksploziva TNT, ki smo ga vzeli iz opuščene antipehotne mine jugoslovanskega izvora v Bosni, smo s pomočjo jedrske dvojne resonance *H-14N in s pomočjo polarizacij sko ojačene JKR spektroskopije 14N določili dvanajst 14N JKR v+ in v. linij, ki ustrezajo šestim kemijsko neekvivalentnim dušikom v vzorcu. Dodatna trinajsta linija, ki ima za razliko od ostalih 12 linij asimetrijski parameter η enak 0, pa verjetno pripada nečistočam v vzorcu. Frekvence omenjenih linij so zbrane v tabeli 1 in omogočajo enolično JKR karakterizacijo »vojaškega« TNT.
| v+[kHz] | v. [kHz] | e2 y (9/7; [kHz] | η | |
| 1 | 872 | 712 | 1056 | 0.303 |
| 2 | 861,5 | 769 | 1087 | 0,170 |
| 3 | 853 | 740,3 | 1064 | 0,208 |
| 4 | 850 | 718 | 1045 | 0,253 |
| 5 | 847 | 755 | 1068 | 0,172 |
| 6 | 836 | 742 | 1052 | 0,179 |
| -807 | -807 | 1076 | -0 |
Tabela 1: JKR frekvence 14N v+ in v., kvadrupolne sklopitvene konstante e2qQ/h in asimetrij skega parametra η »vojaškega« TNT pri T = 25 °C
Polarizacijsko ojačana jedrska kvadrupolna resonančna detekcija 14N v TNT v minah in drugih eksplozivnih snoveh ter detekcija narkotikov po izumu je torej označena s tem, da polariziramo dušikova jedra na mestu TNT v NO2 skupinah s pomočjo prenosa polarizacije s kvadrupolamega sistema 17O na kvadrupolami sistem 14N s kvadrupol-kvadrupol »solid« efektom, ki predpostavlja dodatno obsevanje vzorca v ničelnem magnetnem polju z dovolj močnim radiofrekvenčnim poljem, katerega frekvenca ustreza razliki frekvenc dveh izbranih kvadrupolamih prehodov jeder 17O in jeder 14N in da tako povečano polarizacijo jeder l4N, ki se s pomočjo spinske difuzije razširi na vsa jedra l4N v vzorcu, detektiramo s klasično daljinsko pulzno JKR spektroskopijo 14N, potem ko smo dodatno obsevalno radiofrekvenčno polje izklopili ter da gornji cikel polarizacije in detekcije lahko ponavljamo.
Pri polarizacijsko ojačani jedrski kvadrupolni resonanci l4N je mogoče kot vir povečane polarizacije uporabljati tudi kvadrupolama jedra z razmeroma visokimi kvadrupolamimi frekvencami, npr. 35C1.
Claims (2)
- Patentni zahtevki1. Polarizacijsko ojačana jedrska kvadrupolna resonančna detekcija 14N v TNT v minah in drugih eksplozivnih snoveh ter detekcija narkotikov, označena s tem, da polariziramo dušikova jedra na mestu TNT v NO2 skupinah s pomočjo prenosa polarizacije s kvadrupolamega sistema 17O na kvadrupolami sistem 14N s kvadrupol-kvadrupol »solid« efektom, kar predpostavlja dodatno obsevanje vzorca v ničelnem magnetnem polju z dovolj močnim radiofrekvenčnim poljem, katerega frekvenca ustreza razliki frekvenc dveh izbranih kvadrupolamih prehodov jeder 17O in jeder 14N in da tako povečano polarizacijo jeder 14N, ki se s pomočjo spinske difuzije razširi na vsa jedra 14N v vzorcu, detektiramo s klasično daljinsko pulzno JKR spektroskopijo 14N, potem ko smo dodatno obsevalno radiofrekvenčno polje izklopili ter da gornji cikel polarizacije in detekcije lahko ponavljamo.
- 2. Polarizacijsko ojačana jedrska kvadrupolna resonančna detekcija jeder ,4N po zahtevku 1, označena s tem, da se kot vir povečane polarizacije uporablja kvadrupolama jedra z razmeroma visokimi kvadrupolamimi frekvencami, npr. 35C1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SI200100178A SI20995A (sl) | 2001-07-03 | 2001-07-03 | Polarizacijsko ojačana 14n jedrska kvadrupolna resonančna detekcija tnt in drugih eksplozivnih snovi v minah s kvadrupol-kvadrupol "solid" efektom |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SI200100178A SI20995A (sl) | 2001-07-03 | 2001-07-03 | Polarizacijsko ojačana 14n jedrska kvadrupolna resonančna detekcija tnt in drugih eksplozivnih snovi v minah s kvadrupol-kvadrupol "solid" efektom |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SI20995A true SI20995A (sl) | 2003-02-28 |
Family
ID=20432933
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SI200100178A SI20995A (sl) | 2001-07-03 | 2001-07-03 | Polarizacijsko ojačana 14n jedrska kvadrupolna resonančna detekcija tnt in drugih eksplozivnih snovi v minah s kvadrupol-kvadrupol "solid" efektom |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| SI (1) | SI20995A (sl) |
-
2001
- 2001-07-03 SI SI200100178A patent/SI20995A/sl not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4887034A (en) | Methods and apparatus for detecting certain compounds | |
| Grechishkin et al. | New technologies: nuclear quadrupole resonance as an explosive and narcotic detection technique | |
| US20040119471A1 (en) | Downhole high resolution NMR spectroscopy with polarization enhancement | |
| Johns et al. | Mobile NMR and MRI: developments and applications | |
| Yarava et al. | Solvent suppression in DNP enhanced solid state NMR | |
| Appelt et al. | Mobile High Resolution Xenon Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy<? format?> in the Earth’s Magnetic Field | |
| Bax et al. | [7] Detection of insensitive nuclei | |
| Sonnefeld et al. | Polychromatic excitation of delocalized long-lived proton spin states in aliphatic chains | |
| Jardón-Álvarez et al. | Natural abundance O 17 and S 33 nuclear magnetic resonance spectroscopy in solids achieved through extended coherence lifetimes | |
| Rakhmatullin et al. | Coherent spin manipulations in Yb 3+: CaWO 4 at X-and W-band EPR frequencies | |
| Cardona et al. | Remote detection of ammonium nitrate by nuclear quadrupole resonance using a portable system | |
| Blinc et al. | Nuclear quadrupole double resonance techniques for the detection of explosives and drugs | |
| Weber et al. | Nuclear magnetic resonance study of the phase transition in strontium titanate | |
| Léonce et al. | syn-Cryptophanes: macrocyclic compounds with optimized characteristics for the design of 129 Xe NMR-based biosensors | |
| Suits et al. | 14N magnetic resonance for materials detection in the field | |
| TonThat et al. | SQUID detected NMR of laser-polarized xenon at 4.2 K and at frequencies down to 200 Hz | |
| Yakubowskii et al. | Ba nuclear resonance in YBa2Cu2Oy | |
| SI20995A (sl) | Polarizacijsko ojačana 14n jedrska kvadrupolna resonančna detekcija tnt in drugih eksplozivnih snovi v minah s kvadrupol-kvadrupol "solid" efektom | |
| Bogaychuk et al. | Special features of the transverse relaxation time distributions of NMR-protons for different measurement methods | |
| Ionita et al. | NQR detector: HW solutions and constructive issues | |
| Pines et al. | Enhanced inhomogeneous nuclear spin echoes for dilute spins in solids | |
| Monea et al. | The use of nuclear quadrupole resonance spectroscopy for detection of prohibited substances: Techniques and equipment | |
| Mozzhukhin et al. | Remote sensing for the detection of explosives and energetic materials by 14 N NQR and 14 N NMR | |
| Privalov et al. | Prospectives and Limitations of NQR Signal Enhancement by Polarisation Transfer | |
| SI20551A (sl) | Polarizacijsko ojačana 14n jedrsko kvadrupolno resonančna detekcija tnt in drugih eksplozivnih snovi v minah |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| IF | Valid on the event date | ||
| OU01 | Decison according to article 73(1) ipa 1992, publication of decision on fulfilment of conditions on patentability |
Effective date: 20101021 |
|
| KO00 | Lapse of patent |
Effective date: 20130219 |