Een team van onderzoekers van het Institute of Physical and Mathematical Sciences and Information Technologies van Immanuel Kant Baltic Federal University (BFU), samen met hun collega's van de Technische Universiteit Gebze, gebruikte nucleaire magnetische resonantie om giftige en ontvlambare stikstofhoudende vloeistoffen te detecteren. De studie is gepubliceerd in Chemische Fysica .

Kernmagnetische resonantie (NMR) is het effect van energieabsorptie of -emissie door een stof die kernen bevat met niet-nul spin in zijn externe magnetische veld. De set resonantielijnen is voor elke stof afzonderlijk en wordt gebruikt voor identificatie. Hoe sterker het magnetische veld, hoe meer informatie onderzoekers kunnen bepalen over de stofstructuur. De meest intensieve NMR-signalen worden waargenomen in waterstofkernen.

De natuurkundigen suggereerden een nieuwe methode voor het detecteren van explosieven en giftige stikstofhoudende vloeistoffen op basis van de NMR-relaxatiemethode in een laag magnetisch veld op stikstofkernen ¹⁴ N. Ze ontwikkelden ook een meetprotocol dat kan worden gebruikt bij veiligheidsonderzoeken. Volgens de wetenschappers traditioneel ¹ H NMR-methode kan niet worden gebruikt bij een controlepunt omdat de apparatuur te groot en te duur is, en de analyse duurt te lang. De methode gebaseerd op studeren ¹⁴ N NMR-relaxatiesignalen (NMR-relaxometrie) zorgen voor een andere technische benadering, waardoor installatie- en bedrijfskosten worden verlaagd en analytische processen worden versneld. Een ander voordeel van de voorgestelde aanpak is de analyse van: ¹⁴ N NMR-relaxatiesignalen die niet afhankelijk zijn van de intermoleculaire interactie en slechts in geringe mate afhankelijk zijn van de concentratie van de stof.

In hun werk, de wetenschappers maten de ¹⁴ N NMR-relaxatietijden in vloeistoffen. Ze analyseerden drie groepen stikstofhoudende stoffen:explosieve en brandbare vloeistoffen, verbindingen met een nitraatgroep (stikstof gebonden met drie zuurstofatomen); en giftige stoffen met een niet aan zuurstof gebonden stikstofatoom. Als resultaat, de wetenschappers ontdekten een reeks relaxatietijdwaarden die typisch zijn voor explosieven en giftige stoffen. Dit bereik kan worden gebruikt voor hun identificatie.

"In dit werk hebben we laten zien dat ¹⁴ N NMR is een efficiënte methode om grote hoeveelheden gevaarlijke stikstofhoudende stoffen op te sporen. We hebben een aantal technische problemen opgelost die verband hielden met lage resonantiefrequentie en brede NMR-spectrumbanden. We zijn er ook in geslaagd om ¹⁴ N NMR-signalen van verschillende op stikstof gebaseerde stoffen en het verkrijgen van signaalrelaxatieparameters. De meeste giftige en ontvlambare vloeistoffen die in ons werk worden gemeten, worden gekenmerkt door korte ontspanningstijden. Zo kunnen ze worden gescheiden van andere relatief veilige materialen. Een belangrijk voordeel van de voorgestelde NMR-relaxometriemethode is de korte tijd die nodig is om gevaarlijke stoffen te detecteren, " zegt professor Galina Kupriyanova, de auteur van de studie, en doctor in de natuurkunde en wiskunde.

Volgens de onderzoekers is draagbare moderne NMR-relaxometrie-apparaten zijn nauwkeurig genoeg om gevaarlijke stoffen bij controleposten te detecteren.