니트로아로마틱 계열 폭발물 감지에 관한 연구

Abstract

본 논문은 고유의 기계적 진동 주파수를 갖는 수정판(Quartz Crystal) 표면의 물리적 흡착에 따른 진동 주파수 편화로 질량을 측정하는 수정진동자저울(Quartz Crystal Microbalance)의 원리와 화학적 수소결합을 기반으로 니트로아로마틱(Nitroaromatic)계열의 폭발물을 감지하고 반응 메커니즘을 분석하고자 하였다. 이를 위하여 폭발물을 감지하는 주요 표적물질인 2,4–Dinitrotoluen(DNT)과 선택적이고 민감하게 반응하는 물질로 Sufonated tetrafluoroethylene을 선정하였고 두 물질의 화학적인 반응을 통해 수정판 표면의 흡착이 가능하도록 하였다. 실제 폭발물인 2,4,6-Trinitrotoluene (TNT)의 감지 실험 결과 높은 수준의 결과를 얻을 수 있었다. 특히, 기존에 니트로아로마틱 계열 폭발물 감지에 사용되었던 친핵성 방향족 치환반응(nucleophilic aromatic substitution reaction)과 유사한 반응인 Meisenheimer complex 메커니즘의 경우 감지는 가능하지만 일회성인 반면에, 본 연구에서는 수소결합에 의한 반응을 이용함으로써 일회성이 아닌 반복적으로 감지가 가능하다는 장점을 갖게 되었다. 그리고 감지시에는 수 ppb 수준 감지한도를 갖는 반복적인 주파수의 변화가 식별되었고 감지범위를 벗어날 경우 주파수가 회복되어 재감지가 가능하였다. 이후 실험실 환경이 아닌 실제 외부 환경에서도 사용 가능여부를 확인하는 실험도 진행되었으며 보완해야 할 여지는 남아있으나 상용화 되어 있는 유사한 감지장비들과 비교했을 때 상당히 높은 수준의 결과를 얻을 수 있었다.