Praktyczne zastosowania technik wzmocnionej spektroskopii Ramana do identyfikacji materiałów niebezpiecznych testowali w ramach ćwiczeń grupy NATO SET-RTG-292 przedstawiciele Zespołu Nanotechnologii Instytutu Optoelektroniki WAT, w tym dwoje doktorantów Szkoły Doktorskiej WAT.
Naukowcy z Zakładu Technologii Optoelektronicznych IOE Wojskowej Akademii Technicznej wzięli udział w spotkaniu zadaniowej grupy badawczej NATO SET-RTG-292 “Enhanced Raman Scattering For Defense Applications” – „Wzmocniona spektroskopia Ramana do zastosowań wojskowych”. Spotkanie odbyło się między 5 a 8 marca 2024 r. w U.S. Army Combat Capabilities Development Command (DEVCOM) Chemical Biological Center (CBC) w Aberdeen Proving Ground, Edgewood, Maryland w Stanach Zjednoczonych.
Członkowie grupy reprezentują instytucje z USA, Kanady, Francji, Szwecji, Turcji, Niemiec i Polski. Podczas ćwiczeń przetestowali oni możliwość praktycznego zastosowania techniki powierzchniowo wzmocnionej spektroskopii Ramana według scenariuszy obejmujących detekcję śladowych ilości materiałów niebezpiecznych w nielegalnych laboratoriach produkujących narkotyki oraz bojowe środki trujące. Scenariusze ćwiczeń inspirowane były realnymi przypadkami, z jakimi służby mogą spotkać się w działalności związanej z walką z obrotem nielegalnymi substancjami oraz substancjami niebezpiecznymi.
Spektroskopia Ramana jest powszechnie stosowana do identyfikacji materiałów niebezpiecznych przez różne służby mundurowe oraz wojsko. Umożliwia identyfikację badanych substancji w czasie rzeczywistym, a próbek środowiskowych w większości przypadków nie trzeba do takich badań przygotowywać. Pewnym ograniczeniem spektroskopii Ramana jest fakt, że można z jej użyciem wykrywać i identyfikować jedynie większe ilości substancji – o masie lub objętości rzędu co najmniej miligramów czy mililitrów. Ograniczenie to można ominąć poprzez zastosowanie techniki powierzchniowo wzmocnionej spektroskopii Ramana (SERS), czyli spektroskopii Ramana z zastosowaniem nanomateriałów. SERS 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.
Uczestnicy spotkania w USA, członkowie grupy NATO SET-RTG-292 zostali powitani przez zastępcę dyrektora ds. badań i technologii DEVCOM CBC, który przedstawił historię i strukturę centrum oraz priorytetowe obszary badań. Przeprowadzono niezbędne instruktaże oraz omówiono warunki bezpieczeństwa ćwiczeń. Uczestnicy zapoznali się z laboratoriami i stosowanymi tam przenośnymi spektrometrami Ramana.
Każda z grup ćwiczeniowych przeprowadziła pomiary ramanowskie i SERS na kilkudziesięciu nieznanych próbkach z zastosowaniem czterech ręcznych spektrometrów ramanowskich oraz kilku podłoży SERS.
Przedstawiciele IOE WAT wzięli udział w pokazach wszystkich scenariuszy jako operatorzy sprzętu podczas wizyty przedstawicieli instytucji rządowych odpowiedzialnych za zakupy sprzętu CBRNE (służącego zapobieganiu i zwalczaniu zagrożeń w obszarze czynników chemicznych, biologicznych, radiacyjnych, nuklearnych i materiałów wybuchowych) dla wojska i służb. Zaprezentowane zostały możliwości zastosowania ręcznych spektrometrów Ramana oraz przenośnego spektrometru mas z możliwością dozowania próbki analitu z podłoża SERS poprzez termodesorpcję.
Po podsumowaniu ćwiczeń omówiono plan działań na ostatni rok działalności grupy NATO SET-RTG-292 i przedyskutowano możliwość kontynuacji jej prac.
Tematyka SERS rozwijana jest w Instytucie Optoelektroniki WAT przez Zespół Nanotechnologii Zakładu Technologii Optoelektronicznych IOE WAT. 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. U.S. Army Combat Capabilities Development Command Chemical Biological Center