Способ маркировки химических веществ

Способ маркировки химических веществ

Реферат

Изобретение относится к химической промышленности, к техническим средствам маркирования химических веществ цифровым кодом для идентификации предприятия-производителя химических веществ и может быть использовано для маркировки любых веществ при защите от подделок, начиная от лекарств, кончая моторными маслами, а также на предприятиях, производящих взрывчатые вещества (ВВ), для предотвращения хищения ВВ с предприятий-производителей и облегчения расследования актов терроризма с использованием ВВ.

Известен способ маркировки ВВ с помощью маркирующих добавок, основанный на добавлении к маркируемому веществу добавок металлоорганики, в котором в пластичные и эластичные ВВ добавляют металлоорганические соединения, которые, затем выявляют в газовой фазе с помощью селективных детекторов, см. RU №2134253, С 06 В 23/00, 1996.

Недостатком данного способа является то, что добавки снижают концентрацию маркируемого вещества, тем самым ухудшая его свойства, а также то, что подбор маркирующих добавок требует исследования влияния их на совместимость с маркируемыми веществами.

Известен способ маркировки ВВ с помощью радиоактивных добавок, в котором к маркируемому веществу добавляют радиоактивные изотопы, см. US №4019053, G 21 H 5/02 1975.

Недостатком данного способа является то, что маркированное вещество становится радиоактивным.

Наиболее близким техническим решением является способ маркировки химических веществ маркирующими добавками в виде молекул с измененным изотопным составом, а именно с изменением количества углерода ¹³С, см. FR №2673291, G 01 N 30/72, при этом, чтобы идентифицировать производителя промаркированного вещества, преобразуют это вещество в СО₂ (т.е. сжигают), изучают хроматографическим способом полученные продукты сгорания и определяют концентрацию ¹³С в полученном СО₂.

Недостатками известного способа являются, во первых, то, что маркирующая добавка изменяет химический состав, т.е. промаркированное вещество будет отличаться от вещества до маркировки. Второй недостаток - это то, что необходимо вносить значительные количества маркирующей добавки, чтобы заметно повысить концентрацию изотопа ¹³С. Кроме этого, если промаркированное вещество образовало смесь или вступило в химические реакции с другими веществами, то идентификация полученного продукта невозможна.

Описанные недостатки являются следствием того, что у маркирующего вещества химические свойства отличаются от свойств маркируемого вещества, что является фактором, ухудшающим потребительские качества маркированного вещества, а также следствие самого способа маркировки и последующей идентификации посредством перевода промаркированного вещества в СО₂.

Техническим результатом предложенного решения является использование в качестве маркирующего вещества того же самого химического вещества с другим изотопным содержанием, при этом химический состав полученной смеси не меняют. Маркированное вещество или остатки после его использования несут на себе код, заложенный при маркировке, что расширяет функциональные возможности способа.

Технический результат достигается тем, что в способе маркировки вещества, заключающемся во введении в него маркирующей добавки в виде вещества с повышенным содержанием редкого стабильного изотопа, присутствующего в маркируемом веществе, предварительно изготавливают химическим путем добавку того же состава, что и маркируемое вещество с повышенным содержанием редкого стабильного изотопа одного или нескольких элементов, входящих в состав маркируемого вещества, концентрация маркирующей добавки в маркируемом веществе составляет от ˜10^-6 до ˜10^-1 по массе; в многокомпонентное маркируемое вещество вводят добавку, представляющую собой один из компонентов многокомпонентного маркируемого вещества, но с повышенным содержанием редкого стабильного изотопа; предварительно вводят изотоп только в одну часть молекулы на стадии изготовления маркирующей добавки; вводят несколько добавок того же вещества, но с различным изотопным составом.

Предложенный способ маркировки химических веществ осуществляют следующим образом. Разделяют изотопы элементов, входящих в маркируемое вещество, природный состав которых включает редкие стабильные изотопы. Например, разделяют изотопы углерода, кислорода, азота и др., для получения редких изотопов в чистом виде, из которых затем химическим путем готовят изотопно-обогащенное маркируемое вещество. Это является маркирующей добавкой. Маркировку производят путем добавления к природному маркируемому веществу изотопно-обогащенного вещества того же химического состава, что и маркируемое вещество (маркирующую добавку). Для изотопного изменения используют стабильные изотопы широко распространенных элементов, таких как углерод, кислород, азот, водород и других, которые обычно присутствуют почти во всех веществах, нуждающихся в маркировке. Природное содержание этих элементов состоит из широко распространенных изотопов ¹²С (98,892%), ¹⁶О (99,759%), ¹⁴N (99,635%), ¹Н (99, 98), и редких изотопов тех же элементов ¹³С (1,108%), ¹⁷О (0,037%), ¹⁸О (0,204%), ¹⁵N (0,365%), ²Н (0,02%). Концентрация или отношение концентраций является кодом, характеризующим производителя данного вещества.

При необходимости идентификации маркированного вещества производят, например, масс-спектроскопический анализ молекул и/или атомов маркированного вещества и определяют процентное содержание молекул и/или атомов с различными атомными весами. Отличие содержания атомных и молекулярных весов от природной концентрации делают различным для каждого предприятия-производителя маркируемого вещества.

Диапазон концентраций маркирующих добавок выбирают в зависимости от точности анализа. Для масс-спектроскопического метода анализа нижняя граница составляет 10^-6-10^-7. Верхнюю границу диапазона определяют в зависимости от экономической целесообразности внесения больших концентраций добавок, например 10^-1. Существует альтернатива масс-спектроскопическому способу анализа для детектирования изотопного состава больших молекул. Это - способ хроматографии, который позволяет разделять и детектировать большие молекулы органических соединений (с молекулярным весом больше 100). Нижняя граница чувствительности измерения концентрации составляет 10^-5-10^-6 изотопного вещества от массы всего маркированного вещества.

Рассмотрим применение способа на примере тринитротолуола (ВВ). Его химическая формула: СН₃(С₆Н₂)(NO₃)₃. Его молекулярный вес в наиболее вероятной конфигурации составляет 275. Вероятность в природной смеси найти молекулу, где хотя бы 6 атомов углерода являются атомами ¹³С составляет ˜10^-11, а молекулу с атомным весом 275+6 составляет менее 10^-9. В процессе изготовления данного вещества повышают концентрацию таких молекул, например до 10^-6 (добавлением одного грамма изотопного вещества на тонну), тем самым маркируют данное вещество. Каждому предприятию-производителю соответствует своя концентрация или отношение концентраций редких стабильных изотопов широко распространенных элементов, например первое предприятие-производитель добавляет 0,5·10^-6 изотопного вещества от массы всего маркируемого вещества, второе - 1·10^-6, а третье - 2·10^-6.

Другой пример применения способа маркировки того же самого тринитротолуола состоит в следующем. В качестве маркирующей добавки готовят изотопное маркируемое вещество, в котором атомы углерода - ¹³С, его молекулярный вес - 275+7, а также готовят изотопное маркирующее вещество, в котором атомы углерода - ¹³С, а атомы кислорода - ¹⁸О. Молекулярный вес таких молекул - 275+7+18. Природная концентрация таких молекул меньше 10^-20, и добавка таких молекул определяется только чувствительностью масс-спектрометра. Маркирующая добавка - это смесь изотопного вещества, содержащего ¹³С и изотопного вещества, содержащего ¹³С и ¹⁸О в определенной пропорции. Каждому предприятию-производителю соответствует свое отношение концентраций молекул с ¹³С и молекул с ¹³С и ¹⁸О. Например, для первого предприятия-производителя это отношение равно 0,65, для второго 0,7, для третьего - 0,75. В данном примере метод маркировки имеет преимущество по сравнению с предыдущим примером. При этом повышается надежность распознавания предприятия-производителя маркируемого вещества.

Еще один пример маркировки того же самого тринитротолуола состоит в том, что маркируется бензольное кольцо, которое имеется в каждой молекуле тринитротолуола. Для этого готовят полуфабрикат, например бензол, для изготовления маркируемого вещества с наличием редкого стабильного изотопа углерода ¹³С. После этого делают тринитротолуол с использованием полученного бензола. Это и будет маркирующая добавка, которую вводят в концентрации от 10^-6 до 10^-1 в маркируемое вещество. В этом случае вместо ¹³С в бензольном кольце можно вводить ¹⁸О в (NO₃), для этого изготавливают HNO₃ с тяжелым кислородом ¹⁸О и получают в качестве маркирующей добавки тринитротолуол с тяжелым кислородом ¹⁸О, которую вводят в концентрации от 10^-6 до 10^-1 в маркируемое вещество. Для повышения надежности идентификации предприятия-производителя маркируемого вещества готовят смесь, состоящую из маркируемого вещества с разным изотопным составом, например смесь молекул тринитротолуола, у которого в бензольном кольце ¹³С и молекул, у которых нитрогруппа NO₃ содержит ¹⁸О. Каждому предприятию-производителю соответствует своя концентрация маркирующих добавок в диапазоне от 10^-6 до 10^-1 от массы маркируемого вещества, а также отношение концентраций этих добавок.

Рассмотренные примеры относятся к изотопным веществам с высокой концентрацией редких стабильных изотопов, входящих в состав маркируемых веществ элементов. Разделение изотопов для получения высококонцентрированного изотопного вещества дорого, с другой стороны, рассмотренные примеры позволяют использовать изотопное вещество в мизерных количествах, например не более одного грамма на тонну, т.е. 10^-6 по массе. Разделение изотопов представляет собой многоступенчатый процесс, и, если его прервать на начальных стадиях, можно получить достаточно много слабо обогащенного элемента. Этот материал используемого для изготовления маркируемых веществ, обогащенных редким изотопом элемента, входящего в состав маркируемого вещества. Например, для изготовления маркируемых веществ используют углерод с повышенной концентрацией ¹³С, первое предприятие-производитель использует концентрацию атомов углерода ¹³С - 0,05, второе - 0,1, третье - 0,15. Нижняя граница - 0,01 - содержание изотопа ¹³С в природной среде. При этом возрастает расход изотопного вещества, но, с другой стороны, получение низкоконцентрированного изотопного вещества обходится гораздо дешевле, чем высококонцентрированного.

В случае, если необходимо промаркировать смесь веществ, вводят редкие стабильные изотопы широко распространенных элементов только в один из компонентов смеси. Тем самым концентрацию изотопных молекул из расчета на весь объем промаркированной смеси уменьшают.

Для более надежной последующей идентификации предприятия-производителя маркируют два и более компонентов смеси. При этом кодом, характеризующим предприятие-производителя, является отношение концентраций маркирующих добавок в каждом из компонентов смеси.

Маркировку производят без изменения химических свойств маркируемого вещества, что позволяет использовать промаркированное вещество без дополнительных ограничений, связанных с маркировкой.

Изобретение направлено на подбор универсального, безопасного в обращении маркера, используемого для надежной идентификации любых веществ, который не влияет на их потребительские качества, не изменяется с течением времени и позволяет идентифицировать предприятие-производителя данных веществ, даже если вещество претерпело какие-либо превращения или образовало смесь.

Маркированное вещество или остатки после его использования несут на себе код, заложенный при маркировке, что расширяет функциональные возможности способа.

1. Способ маркировки вещества, заключающийся во введении в него маркирующей добавки в виде вещества с повышенным содержанием редкого стабильного изотопа, присутствующего в маркируемом веществе, отличающийся тем, что предварительно изготавливают химическим путем добавку того же состава, что и маркируемое вещество с повышенным содержанием редкого стабильного изотопа нескольких элементов, входящих в состав маркируемого вещества, концентрация маркирующей добавки в маркируемом веществе составляет от ˜10^-6 до ˜10^-1 по массе.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что предварительно вводят изотоп в часть молекулы на стадии изготовления маркирующей добавки.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что вводят нескольких добавок того же вещества с различным изотопным составом.