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Raman Spectroscopy of 2,4-DNT and its interation with sand particles
Blanco Ocampo, Alejandro
Blanco Ocampo, Alejandro
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Abstract
Landmines have been a part of war technology for over 100 years. They are explosives charges that can be buried and then detonated by contact. Thousand of mines are currently placed on more than 70 countries all over the world. Up to now, metal detectors and other state-of the-art technologies have been used to detect these explosives devices. However, these techniques are incapable of detecting small quantities of explosives in solution and in small crystals. Raman Spectroscopy is an established tool for vibrational spectroscopy analysis and can be used in Point Detection mode to detect explosive components of landmines. Interactions of explosives with different substrates can be measured by using quantitative vibrational signal shift information of scattered Raman light associated with these interactions. In this research, samples of 2,4-DNT were allowed to interact with sand samples. Characteristic vibrational signals of 2,4-DNT were analyzed in the ranges: 300-1200 cm⁻¹, 1200-1700 cm⁻¹, and 2800-3500 cm⁻¹. These variables were measured for 45 days. Raman Microscopy equipped with 514.5 nm laser excitation line was used. Sand samples doped with the nitroaromatic compound showed significant shifts in their Raman bands suggesting an interaction with the substrate. Samples of sand/2,4-DNT were analyzed acquiring Raman spectra at 9, 33 and 50% w/w of water and in the temperature range of 40-80 ᵒC. Effect of pH on the mixtures was also studied in the range of 1-13. The mixtures were irradiated with ultraviolet light (254 nm) and Raman spectra were taken as a function of time. High pH values and prolonged exposure to UV light of mixtures, alone and when mixtures were dosed with H₂O₂ showed extensive degradation as evidenced from the decrease of the intensities of the Raman signatures of the explosive. Exposure to heat at relatively high temperatures also resulted in partial degradation of DNT of the sand surface.
Los explosivos han sido parte de la tecnología de guerra por más de 100 años. Son cargas de explosivos que se entierran y luego se detonan por contacto. En la actualidad miles de mines están sembradas en mas de 70 países alrededor del mundo. Actualmente detectores de metales y otras tecnologías modernas han sido utilizados para detectar estos explosivos. Sin embargo estas técnicas son incapaces de detectar cantidades pequeñas de explosivos en solución y en cristales. La Espectroscopia Raman es una herramienta utilizada en análisis de espectroscopia vibracional y se puede utilizar en la modalidad de Detección Puntual para detectar componentes explosivos en minas terrestres. La interacción de los explosivos con diferentes substratos puede medirse usando la señal vibracional del desplazamiento Raman asociada con estas interacciones. En esta investigación muestras de 2,4-DNT se les dejó interactuar con muestras de arena. Las señales vibracionales características de 2,4-DNT fueron analizadas en los rangos: 300-1200 cm⁻¹, 1200-1800 cm⁻¹ y 2800-3600 cm⁻¹. Estas variables fueron medidas durante 45 días usando un espectrómetro Raman acoplado a microscopio con un láser 514.5 nm. Muestras de arena dosificadas con el compuesto nitroaromático mostraron desplazamientos significativos en las bandas características que sugieren una interacción con el sustrato. Muestras de arena/2,4-DNT fueron analizadas tomándoles los espectros Raman con 9%, 33% y 50% w/w de agua y en un rango de temperatura de 40-80 ᵒC. El efecto del pH en las mezclas se estudió en el intervalo de 1-13 de pH. Las mezclas fueron irradiadas con luz ultravioleta (254 nm) y los espectros Raman fueron tomados en función del tiempo. A valores de pH altos y exposición prolongada de las muestras a luz UV, solas o cuando se le añadió H₂O₂ a las mezclas, causaron degradación extensa según evidenciado por la disminución de las intensidades de las firmas Raman del explosivo. La exposición a calor a temperaturas relativamente altas también resultó en degradación parcial de DNT en la superficie de arena.
Los explosivos han sido parte de la tecnología de guerra por más de 100 años. Son cargas de explosivos que se entierran y luego se detonan por contacto. En la actualidad miles de mines están sembradas en mas de 70 países alrededor del mundo. Actualmente detectores de metales y otras tecnologías modernas han sido utilizados para detectar estos explosivos. Sin embargo estas técnicas son incapaces de detectar cantidades pequeñas de explosivos en solución y en cristales. La Espectroscopia Raman es una herramienta utilizada en análisis de espectroscopia vibracional y se puede utilizar en la modalidad de Detección Puntual para detectar componentes explosivos en minas terrestres. La interacción de los explosivos con diferentes substratos puede medirse usando la señal vibracional del desplazamiento Raman asociada con estas interacciones. En esta investigación muestras de 2,4-DNT se les dejó interactuar con muestras de arena. Las señales vibracionales características de 2,4-DNT fueron analizadas en los rangos: 300-1200 cm⁻¹, 1200-1800 cm⁻¹ y 2800-3600 cm⁻¹. Estas variables fueron medidas durante 45 días usando un espectrómetro Raman acoplado a microscopio con un láser 514.5 nm. Muestras de arena dosificadas con el compuesto nitroaromático mostraron desplazamientos significativos en las bandas características que sugieren una interacción con el sustrato. Muestras de arena/2,4-DNT fueron analizadas tomándoles los espectros Raman con 9%, 33% y 50% w/w de agua y en un rango de temperatura de 40-80 ᵒC. El efecto del pH en las mezclas se estudió en el intervalo de 1-13 de pH. Las mezclas fueron irradiadas con luz ultravioleta (254 nm) y los espectros Raman fueron tomados en función del tiempo. A valores de pH altos y exposición prolongada de las muestras a luz UV, solas o cuando se le añadió H₂O₂ a las mezclas, causaron degradación extensa según evidenciado por la disminución de las intensidades de las firmas Raman del explosivo. La exposición a calor a temperaturas relativamente altas también resultó en degradación parcial de DNT en la superficie de arena.
Description
Date
2005