Snelle test voor detectie chemische wapens

TNO heeft een nieuwe test ontworpen om direct in het veld het gebruik van chemische strijdmiddelen te identificeren. Ook de chemische industrie en forensisch onderzoekers zien toepassingsmogelijkheden. ‘Zo’n simpel ontwerp en het werkt hartstikke goed.’ Lees ook het artikel: Op zoek naar bewijs voor een chemische aanvalDe techniek waar het om draait, nabij-infraroodspectroscopie, wordt al gebruikt voor andere toepassingen zoals het identificeren van verdovende middelen. ‘Met deze techniek kunnen we door een zakje met poeder heen meten, dat is wel zo veilig’, zegt Jelle de Koning, onderzoeker bij de afdeling Chemische, Biologische, Radiologische en Nucleaire Bescherming van TNO en promovendus bij de Universiteit van Amsterdam. ‘Maar een methode om gevaarlijke vloeistoffen, zoals chemische strijdmiddelen, te meten met deze techniek was er nog niet.’De voordelen zijn duidelijk: deze vorm van spectroscopie is razendsnel, reproduceerbaar, relatief goedkoop en kan door materialen als plastic en glas heen meten. Ideaal voor het analyseren van gevaarlijke vloeistoffen.TNO-onderzoeker Jelle Koning aan het testen in het laboratorium. Op het scherm is het nabij-infraroodspectrum van de gemeten vloeistof te zien. Foto: TNO VloeistofmonstersVoor een meting wordt een monsterpotje op een detector geplaatst. Het nabij-infraroodlicht schijnt er doorheen en het licht dat de inhoud weerkaatst, gaat terug de detector in die het signaal registreert. ‘Bij een vaste stof wordt er veel licht teruggekaatst en is meten van een signaal geen probleem, maar bij heldere vloeistoffen, wat chemische strijdmiddelen zijn, is dat niet het geval’, zegt De Koning.In onder meer de voedingsmiddelenindustrie worden vloeistofmonsters wel met deze techniek doorgemeten, maar die systemen zijn duur, complex en bovendien open. ‘De stoffen waarmee wij werken, zijn zeer toxisch en reactief ’, zegt De Koning. ‘Die wil je op geen moment aanraken.’Voor een meting in het veld is straks een kastje met daarin de sensor en een display voor de uitslag voldoende. Het nabij-infraroodlicht schijnt van onderaf door het glazen potje en de vloeistof heen, wordt weerkaatst op het reflecterende materiaal, gaat weer door de vloeistof en dan terug de detector in die het signaal registreert. BEELD: TNO MinimeetsysteemOm al die praktische problemen in één keer op te lossen, is De Koning zelf aan het ontwerpen geslagen. Dat begon bij een eenvoudig in elkaar geknutseld systeem van een glazen potje waarin een van reflecterend materiaal voorzien stokje past, bij elkaar gehouden door tape. Dit ontwerp bleek te werken met testvloeistoffen, zoals transparante organische oplosmiddelen. ‘Het resultaat is het mooist als de vloeistof zonder lucht vastzit tussen het glas en het reflecterende materiaal. Een laagdikte van een halve millimeter blijkt voor een scala aan vloeistoffen het best. Er is dan maar honderd microliter nodig om te kunnen meten. Dat is fijn is omdat het om extreem toxische stoffen gaat.’Uiteindelijk heeft De Koning een aantal verschillende klassen chemische strijdmiddelen getest, zoals blaartrekkers en enkele zenuwgassen. ‘Dit soort metingen is heel gevoelig voor variatie in de dikte van de glazen bodem en het laagje vloeistof. Die bepaalt de sterkte van het meetsignaal’, zegt De Koning. Om reproduceerbaar te kunnen meten, moet elk potje exact hetzelfde zijn.3D-glasprintenDe beste methode om potjes te produceren met zo min mogelijk variatie is volgens De Koning 3D-glasprinten. Hiervoor werkte hij samen met een glasblazer van de Universiteit van Amsterdam die bovendien is gespecialiseerd in glasbewerking. ‘Hij heeft op verschillende manieren potjes voor ons gemaakt. Eerst met de “hand”, daarna met de printer.’Dat gaat als volgt: in een soort hars zit het te printen materiaal. Voor 3D-glasprinten zijn dat silicadeeltjes met nog een aantal hulpstoffen. Door gericht licht op het hars te schijnen, verandert het op die plek in een hard, glasachtig materiaal. Dit moet nog wel in de oven uitharden tot echt glas, een kwartsglassoort dat voor nabij-infraroodspectroscopie een heel goede lichtdoorlaatbaarheid heeft en een mooi signaal geeft. ‘Met een 3D-printer kunnen we alle vormen en maten maken die we willen, ook schroefdraad dat precies in een standaarddopje past.’De oplossing voor reflecterend materiaal dat het vloeistoflaagje in het potje inklemt, was een soort ‘kurk’ van PTFE dat in een standaarddopje voor laboratoriumspullen past. ‘Dat maakt het systeem relatief goedkoop. PTFE is een teflonachtig materiaal dat chemisch zeer inert is zodat het chemische strijdmiddel er niet mee reageert. Anders meet je iets heel anders dan dat je erin hebt gestopt.’Nadat het glazen monsterpotje met de 3D-glasprinter is vervaardigd (links), moet het uitharden in de oven (midden).Daarna is het geschikt voor gebruik (rechts). FOTO'S: TNO Stabiel opgeslotenHet huidige ontwerp is een geheel afgesloten systeem, waaruit niets meer kan ontsnappen. ‘We hebben ook stabiliteitsproeven gedaan om te kijken of de stof in het potje in de loop van de tijd veranderde. Ook daar vonden we geen effect.’ Na een meting in het veld kunnen deze potjes veilig mee naar het lab voor een bevestigend onderzoek, om daarna te worden vernietigd.Het gebruik van nabij-infrarood heeft meer voordelen. De kleine sensor, ter grootte van een gemiddelde vlakgum, past in allerlei behuizingen. Bijvoorbeeld een die is voorzien van een display waarop gelijk is te zien om wat voor soort stof het gaat en welke maatregelen moeten worden getroffen. ‘De sensor kun je ook op een printplaat zetten, waardoor je het systeem kunt koppelen met een database met profielen van bekende gevaarlijke chemische stoffen en maatregelen.’ Hiervoor werkte De Koning samen met de ontwikkelaar van de nabij-infrarooddetector TIPb en de Universiteit van Amsterdam.WeerbaarheidOp de wetenschappelijke publicatie met tekeningen erbij hoe dergelijke potjes zijn te maken, ontving De Koning enthousiaste reacties: ‘Zo’n simpel ontwerp en het werkt hartstikke goed’, was de strekking. Ook was er interesse vanuit de chemische industrie en van forensisch onderzoekers die soms maar weinig monsters ter beschikking hebben of bij een illegaal lab of opslagplaats staan.‘Blijkbaar liepen meer mensen tegen het probleem aan om vloeistoffen snel, veilig en goed te kunnen testen.’ En omdat deze techniek redelijk betaalbaar is, zijn meer mensen met zo’n detector uit te rusten. Dat draagt weer bij aan de weerbaarheid, vindt De Koning. ‘Hoe sneller je op allerlei locaties kunt meten, hoe eerder je maatregelen kunt nemen om verspreiding of slachtoffers te voorkomen.’Openingsfoto: TNO

Snelle test voor detectie chemische wapens

Dit artikel lezen?

Meer artikelen

Groen schild tegen verhitting

Minister wil doctoraat op hbo

Op zoek naar bewijs voor een chemische aanval