O identyfikacji materiałów niebezpiecznych z zastosowaniem technik spektroskopii Ramana rozwijanych w Instytucie Optoelektroniki Wojskowej Akademii Technicznej dyskutowali przedstawiciele grupy NATO SET-RTG-292 “Enhanced Raman Scattering For Defense Applications” – „Wzmocniona spektroskopia Ramana do zastosowań wojskowych”.
W spotkaniu, które odbyło się w Instytucie Optoelektroniki WAT w dniach 14 i 15 listopada 2022 r. wzięli udział członkowie grupy reprezentujący instytucje z USA, Kanady, Francji, Szwecji, Turcji, Niemiec, Danii i Polski. Oprócz Wojskowej Akademii Technicznej Polskę reprezentował również Instytut Wysokich Ciśnień PAN.
Praktyczne zastosowania techniki wzmocnionej spektroskopii Ramana zostały zaprezentowane podczas pokazu przygotowanego przez Zespół Pobierania Prób Centralnego Ośrodka Analiz Skażeń (COAS) wspólnie z Zespołem Nanotechnologii Instytutu Optoelektroniki WAT.
Zadaniowy zespół badawczy (Research Task Group) NATO SET-RTG-292 zajmujący się techniką wzmocnionej powierzchniowo spektroskopii Ramana (z ang. Surface-enhanced Raman Scattering, SERS) powstał z inicjatywy przedstawicieli U.S. Army Combat Capabilities Development Command Chemical Biological Center (Aberdeen Proving Ground, Maryland, USA). Spektroskopia Ramana znajduje powszechne zastosowanie w identyfikacji materiałów niebezpiecznych przez różne służby oraz wojsko. Posiada wiele zalet, w tym możliwość identyfikacji badanych substancji w czasie rzeczywistym, możliwość badania próbek środowiskowych oraz w większości przypadków brak potrzeby przygotowania próbek do badań. Pewnym ograniczeniem spektroskopii Ramana jest możliwość detekcji i identyfikacji jedynie próbek substancji o masie/objętości rzędu co najmniej miligramów czy mililitrów. Zastosowanie techniki wzmocnionej powierzchniowo spektroskopii Ramana (SERS), czyli spektroskopii Ramana z zastosowaniem nanomateriałów, pozwala ominąć to ograniczenie i zapewnia zdolność szybkiego oraz niezawodnego wykrywania śladowych ilości (niewidocznych dla oka) materiałów niebezpiecznych. Jest to bardzo pożądana cecha wielu detektorów stosowanych zarówno w wojsku, jak i w innych służbach mundurowych. Zalety techniki SERS sprawiają, że może być stosowana między innymi w wykrywaniu zagrożeń związanych z działaniami militarnymi obejmującymi sprawdzenie skuteczności odkażania, wykrywanie par niskolotnych substancji oraz wykrywanie śladowych ilości materiałów niebezpiecznych w środowisku.
Podczas pierwszego dnia spotkania przedstawiciele zespołu NATO SET-RTG-292 omówili zagadnienia dotyczące prac badawczych w obszarze SERS, które realizowane są przez poszczególne grupy badawcze zaangażowane w prace zespołu. Omówiono również wyniki międzylaboratoryjnych testów (Round-robin tests) przeprowadzonych w ramach prac zespołu, które przeznaczone były do pomiarów SERS wybranych związków chemicznych z zastosowaniem posiadanych przez członków zespołu przenośnych i laboratoryjnych spektrometrów ramanowskich oraz z zastosowaniem komercyjnych i niekomercyjnych podłoży SERS. Podłoża SERS do badań dostarczył m.in. Instytut Wysokich Ciśnień PAN.
Drugi dzień spotkania poświęcony był omówieniu i przećwiczeniu możliwości praktycznego zastosowania techniki SERS w działaniach Zespołu Pobierania Prób Centralnego Ośrodka Analiz Skażeń. Po zaprezentowaniu podstawowych informacji dotyczących struktury i zadań COAS oraz omówieniu scenariusza, uczestnicy spotkania uczestniczyli w części praktycznej ćwiczenia. Członkowie Zespołu Pobierania Prób COAS zaprezentowali w praktyce możliwe podejście do pobierania prób śladowych ilości materiału niebezpiecznego, jego nanoszenia na podłoże SERS oraz analizy z zastosowaniem posiadanego spektrometru ramanowskiego z przystawką SERS zaprojektowaną przez Zespół Nanotechnologii IOE WAT. Uczestnicy spotkania mieli również możliwość zapoznania się z wyposażeniem Zespołu Pobierania Prób COAS, który został zaprezentowany przez jego dowódcę.
Udział COAS w spotkaniu ze względu na posiadane wiedzę i praktyczne doświadczenie zdobywane podczas ćwiczeń oraz realizacji działań okazał się niezwykle cenny dla realizacji celów zespołu NATO SET-RTG-292. Uwagi wnoszone przez jego przedstawicieli będą przydatne w przygotowaniu wytycznych i rekomendacji dla dalszego rozwoju techniki SERS pod kątem zastosowań wojskowych.
Tematyka SERS rozwijana jest w Instytucie Optoelektroniki WAT przez Zespół Nanotechnologii. Badania te prowadzone są w ramach projektów krajowych (Grant Badawczy Ministerstwa Obrony Narodowej) oraz międzynarodowych (Europejska Agencja Obrony), między innymi we współpracy z Instytutem Wysokich Ciśnień PAN. Udział w zadaniowym zespole badawczym NATO SET-RTG-292 jest wspierany finansowo przez Departament Innowacji MON.
ppłk Bartłomiej Jankiewicz
fot. IOE WAT, COAS