ДонНТУ    Портал магистров ДонНТУ

Электронная библиотека

Изготовление Бездымных Порохов и их
Судебный Анализ: Краткий Обзор
(Original text)

Роберт M. Херамб
Аспирант

Брюс R. МкКорд
Адъюнкт - профессор Аналитической и Судебной Химии
Отдел Химии
Университет Огайо
Афины, Огайо

Введение

Бездымные пороха - класс движущих сил, которые были созданы в конце 19-ого столетия, чтобы заменить дымный порох. Бездымный, термин относится к минимальному остатку, оставленному в барреле оружия после использования бездымного пороха. В судебном анализе с бездымными порохами часто сталкиваются как органический огнестрельный остаток или как взрывчатое вещество в импровизированных взрывчатых устройствах.

Все бездымные порохи могут быть помещены в один из трех различных классов согласно химическому составу их первичных энергичных компонентов. Одноосновной порох содержит нитроцеллюлозу, тогда как двуосновной порошок содержит нитроцеллюлозу и нитроглицерин. Энергичные компоненты в трехосновных порошках - нитроцеллюлоза, нитроглицерин, и нитрогуанид, но потому что трехосновные пороха, прежде всего, используются в больших калибрах, они являются труднодоступными на открытом рынке.

Состав и Производство

Состав в бездымных метательных зарядах включает в себя: энергетики, стабилизаторы, пластификаторы, супрессивные средства вспышки, флегматизаторы и краски (Клещи 1998; Завод Боеприпасов Радфорд Арми 1987).

·        Енергетики облегчают взрыв. Основной заряд - нитроцеллюлоза, полимер, который дает тело порошку и позволяет формироваться. Дополнение нитроглицерина смягчает движущую силу, увеличивает энергию, и уменьшает гигроскопичность. Добавление нитрогуанида уменьшает температуру пламени и улучшает отношения температуры пламени к энергии.
 

·         Стабилизаторы препятствуют тому, чтобы нитроцеллюлоза и нитроглицерин разложились, нейтрализуя азотные и азотистые кислоты, которые произведены во время разложения. Если кислоты не нейтрализованы, они могут катализировать дальнейшее разложение. Некоторые из более общих стабилизаторов имели используются для сохранения энергетикам, дифениламинам, метилу централитам, и этил централитам.
 

·         Пластификаторы уменьшают потребность в изменчивых растворителях, необходимых для коллоидной нитроцеллюлозы, смягчают движущую силу, и уменьшают гигроскопичность. Примеры пластификаторов: нитроглицерин, дибутил фталат, динитротолуол, этил централит, и триасетин.
 

·         Супрессивные средства вспышки прерывают свободно-радикальную реакцию в газах и работают против вторичной вспышки. Это типично - щелочь или щелочно-земельные соли, которые или содержатся в форме основного заряда или существуют как отдельные гранулы.
 

·         Флегматизаторы покрывают поверхность движущих гранул, чтобы уменьшить начальную скорость горения на поверхности так же как уменьшить начальную температуру пламени и воспламеняемость. Покрытие также расширяет пик давления и увеличивает эффективность. Флегматизаторы могут быть проникающим типом, таким как геркот, дибутилl фталат, динитротолуол, этил централит, метил централит, или диоктил фталат; или тип ингибитора, такой как смола винзол.
 

·         Инертные вещества увеличивают воспроизводимость, прежде всего, в больших зернах и препятствуют высокой температуре проникать через поверхность. Они могут также увеличить скорость горения. Примером может быть - газовая сажа.

·         Краски добавлены главным образом в целях идентификации.
 

·         Другие компоненты могут быть:

o        Глазурь графита имела обыкновение покрывать порох, чтобы улучшить поток и плотность так же как уменьшить статическую проводимость чувствительности и увеличения обьема
 

o        Покрытия эрозии, примененные как глазурь, чтобы уменьшить теплопередачу до барреля, но не применяется в зарядах стрелкового оружия
 

o        Покрытия для помощи воспламенения, которые обычно используются в гранулированном порохе, чтобы улучшить поверхностный кислородный баланс

Иллюстрация 1-Общий бездымный порошок морфология

Химический состав - важные характерные определяющие бездымного пороха; однако, другая важная особенность - своя морфология. Форма и размер имеют сильное воздействие на скорость горения (Мееер 1987). Общие формы частицы бездымных движущих сил включают шары, диски, перфорированные диски, трубы, перфорированны трубы, и совокупности (Бюро Алкоголя, Табака и Огнестрельного оружия 1994; Селавка и др. 1989). Несколько общих типов бездымного пороха представлены в иллюстрации 1 (Клещи 1998).

Морфология также предоставляет подсказки тому, является ли порошок полиморфным - или на двойной основе (Клещи 1998). Большинство труб и цилиндрических порошков - единственная основа, за исключением Геркулеса. Порошки в виде диска, шара, и совокупности - двойная основа, с исключениями, являющимися СВИНЦОМ и порошками ряда СЭРА, произведенными Порошковой Компанией ИМР Платсбург, Нью-Йорка.

За исключением порошка в виде шара, бездымный порошок произведен одним из двух общих методов, отличающихся по тому, используются ли органические растворители в процессе (Меерr 1987; Завод Боеприпасов Рэдфорд Арми 1987). Одноосновной порошок типично включает использование органических растворителей. Нитроцеллюлоза, и низкого содержания азота объединена с изменчивыми органическими растворителями, желательные добавки смешаны с ними, и получающаяся смесь сформирована вытеснением и сокращением в указанные длины. Гранулы показаны на экране, чтобы гарантировать последовательность, и растворители удалены. Различные покрытия, такие как флегматизаторы и графит, применены на поверхности гранул. Порошок высушен и показан на экране снова, затем смешан, чтобы достигнуть однородности.

Изготовление двуосновных порошков требует дополнения нитроглицерина к нитроцеллюлозе. Могут использоваться два метода. Один метод использует органические растворители, другой воду. Органический растворитель смешивает нитроцеллюлозу и нитроглицерин с растворителями и любыми желательными добавками, чтобы сформировать рыхлую смесь (Меер 1987; Национальный Совет Исследования 1998; Завод Боеприпасов Рэдфорд Арми 1987). Смесь тогда направляется к блокам, в прессу вытеснения, и машины сжатия. Получающиеся гранулы показаны на экране до растворения и использования различных покрытий. Порошок высушен, показан на экране снова, затем смешан, чтобы достигнуть однородности. Водный метод: добавления нитроглицерина к нитроклетчаточной водной приостановке, чтобы сформировать пасту (Меер 1987; Национальный Совет Исследования 1998; Завод Боеприпасов Рэдфорд Арми 1987). Вода удалена испарением на горячих роликах, тогда высушенный порошок сформирован вытеснением и сокращением.

Тройные основные порошки используют процесс основанный на растворителе, подобный двуосновному порошковому процессу (Меер 1987; Национальный Совет Исследования 1998; Завод Боеприпасов Рэдфорд Арми 1987). Нитроцеллюлоза и нитроглицерин заранее перемешаны с добавками до дополнения растворяющей смеси. Нитрогуанид включен в полную массу, не распадаясь в других материалах. Заключительная смесь тогда вытеснена, сокращена, и высушена.

Изготовление шара бездымного пороха требует более специализированной процедуры (Национальный Совет Исследования 1998). Нитроцеллюлоза, стабилизаторы, и растворители смешаны в тесто, затем вытесняли через пластину гранулирования и формировались в сферы. Растворитель удален от гранул, и нитроглицерин пропитан в гранулы. Сферы тогда покрыты средствами флегматизации и сглажены с роликами. Наконец, применено дополнительное покрытие с графитом и супрессивными средствами вспышки, и партия смешана, чтобы гарантировать однородность.

В производственном процессе бездымные пороха переработаны и переделаны (Национальный Совет Исследования 1998). Когда порошок в пределах партии является неудовлетворительным, он удален и возвращен к процессу для использования в другой партии. Изготовители экономят деньги, перерабатывая возвращенные дистрибьюторами или возвращение избыточных или устаревших военных порошков. Следовательно, переделка и рециркуляция материала уверяют контроль за хорошим качеством конечного продукта, уменьшают затраты, снова используя материалы, и уменьшают загрязнение, избегая разрушения и беды.

Распределение

Производство бездымных порохв - крупный капитал в Соединенных Штатах, где приблизительно 10 миллионов фунтов коммерческих бездымных порохов производятся каждый год. Большая часть пороха продана изготовителям оригинального оборудования, чтобы использоваться для производственных боеприпасов. Большое количество продано армии (Национальный Совет Исследования 1998). Остальные проданы в индивидуальных канистрах (в пределах от фунтовых канистр к 12-или 20-фунтовым бочкам)  магазинам оружия или клубам для охотников и целевых стрелков, которые предпочитают их собственные боеприпасы.

Есть несколько способов, которыми бездымные пороха распределяются в пределах Соединенных Штатов (Национальный Совет Исследования 1998). Некоторые изготовители, иностранные или внутренние, производят, упаковывают, и продают свои собственные пороха коммерчески. Они могут также продать оптом торговым посредникам и изготовителям оригинального оборудования, и продать его под их собственными лейблами. Порошковые изготовители и перепоставщики программного блока могут платить большие количества порохов дистрибьюторам, которые позже продают меньшим дистрибьюторам и оптовым торговцам, кто в свою очередь, поставляют канистры дилерам, магазинам оружия, в клубы, и других розничных продавцов. В этом пункте потребители могут купить 1-фунтовую канистру порошка приблизительно за 15 $ к 20 $ от розничного продавца, хотя стоимость в фунт может быть более дешевой если куплено бочонком или приобретенный через клуб оружия (Национальный Совет Исследования 1998).

Изготовители, которые производят бездымные порошки для американских войск, могут распределить их или продавая порошок непосредственно вооруженным силам или продавая им предварительно загруженные боеприпасы. Порошки могут также быть отправлены Американским военным субподрядчикам, иностранным правительствам, или иностранным компаниям погрузки для того, чтобы загрузить в военные боеприпасы (Национальный Совет Исследования 1998).

Импровизированные Взрывчатые Устройства

Взрыв - результат выпускающих энергию реакций, вообще сопровождаемый созданием высокой температуры и газов (известное исключение - термит). Различающая особенность взрыва - норма, по которой продолжается реакция. Есть и старшие взрывчатые вещества младшего разряда, основанные на скорости, на которой разлагаются взрывчатые вещества. Во взрывчатых веществах младшего разряда, процессе разложения, характеризует скорость горения, высокую температуру, свет, и подзвуковую волну давления. (Скорость реакции материала сжигания - меньше чем скорость звука). В старших взрывчатых веществах разложение происходит на скорости взрыва, создавая сверхзвуковую ударную волну, которая вызывает фактически мгновенное наращивание высокой температуры и газов. Таблица 1 показывает немного различий в и старших взрывчатых веществах младшего разряда (Бюро Алкоголя, Табака и Огнестрельного оружия 1994; Национальный Совет Исследования 1998; Саферстен 1998).

Таблица 1. Энергичные Реакции

Для взрывчатых веществ младшего разряда быстрое горение вызывает производство больших объемов расширяющихся газов в происхождении взрыва. Энергия высокой температуры от взрыва также заставляет газы расширяться. Когда взрывчатоевещество ограничено в закрытом контейнере, внезапное наращивание расширяющегося давления проявляет высокое давление на контейнерных стенах, заставляющих контейнер простираться, подниматься на воздушном шаре, затем разрываться, выпуская фрагменты к соседней среде. Это сформировало осколки, которые приводят к фатальному результату после горения импровизированного взрывчатого устройства (Саферстен 1998).

Самое безопасное и самое сильное взрывчатое вещество младшего разряда - бездымный порох. Эти порошки анализируют по нормам до 1 000 метров в секунду и производят действие продвижения, которое делает их подходящими для использования в боеприпасах. Однако, более медленная скорость горения бездымного пороха не должна быть недооценена. Взрывчатая сила бездымного пороха чрезвычайно опасна когда ограничено маленьким контейнером. Кроме того, определенные бездымные пороха с высокой концентрацией  нитроглицерина могут быть самопроизвольно взорваться. С другой стороны, старшие взрывчатые вещества не нуждаются в сдерживании, чтобы продемонстрировать их взрывчатые эффекты (Саферстен 1998). Эти материалы взрываются по нормам от 1 000 до 8 500 метров в секунду, производя ударную волну с порывом направленным наружу газов на сверхзвуковых скоростях. Этот эффект является более разрушительным чем фрагментированные осколки.

Типичный бездымный порох импровизировал взрывчатое устройство, самодельную бомбу, примерно 10 дюймов длиной и 1 дюйм шириной и содержит приблизительно фунт порошка. Материалы, используемые для этих устройств, дешевы и с готовностью доступны при коммерческих учреждениях. Бездымный порох привлекателен для использования в импровизированных взрывчатых устройствах, потому что это доступно и имеет потенциал для сильного взрыва, когда порошок помещен в закрытый контейнер (Национальный Совет Исследования 1998). Большие взрывчатые устройства обычно используют оптовые материалы, такие как нитрат аммония и горючее, типично купленное в большем количестве по еще более дешевой цене.

Много типов контейнеров используются в строительстве бездымных порошковых бомб (Национальный Совет Исследования 1998). Принимая во внимание, что использовались металлические трубы, пластмассовые трубы, канистры, патроны CO₂, и стеклянные или пластмассовые бутылки. Эти контейнеры часто помещаются в пределах больших пакетов для простоты транспорта и укрывательства.

Иллюстрация 2-Самодельная бомба

Другая важная часть порошковой бомбы - система инициирования, которая обеспечивает импульс, чтобы зажечь порох в пределах его контейнера (Национальный Совет Исследования 1998). Несколько примеров: сигареты, спички, и плавкие предохранители безопасности (Скотт 1994; Саферстен 1972). Импровизированные взрывчатые устройства, использующие бездымные пороха в пределах  контейнера часто, включают систему инициирования, как показано в иллюстрации 2 (Скотт 1994).

Используя данные  Национального Совета Исследования по фактическим и предпринятым бомбежкам, о которых сообщают, используя движущие силы во время пятилетнего периода от 1992-1996, Таблица 2 иллюстрирует среднее число 653 инцидентов, ежегодно вовлекающих использование черных и бездымных порохов. Бомбы, содержащие черные или бездымные пороха, были ответственны за средний ежегодный счет приблизительно 10 смертельных случаев, 83 ран, и почти 1 миллион $ в материальном ущербе в течение каждого из этих пяти лет. Используя Национальные данные Совета Исследования, устройства, заполненные черными и бездымными порохами, таблица 3 иллюстрирует число фактических бомбежек, которые вызвали по крайней мере одну смерть, одну рану, или минимум 1 000 $ в материальном ущербе, так же как делали попытку бомбежек, нацеленных на существенные цели (Национальный Совет Исследования 1998).

Таблица 2. Все Фактические и Предпринятые Бомбежки, о Которых сообщают, Используя Движущие силы Между 1992 и 1996

ОТМЕТЬТЕ: Фактические и предпринятые бомбежки включают инциденты, в которых устройство, или взорванное или не взрывалось. Это не включает невзорвавшиеся устройства, которые были восстановлены законным персоналом осуществления, но не связаны с целью.

Таблица 3. Существенные Фактические и Предпринятые Бомбежки,  Используя Бездымный Порох, Дымный порох, или Замены Дымного пороха

ОТМЕТЬТЕ: Существенные бомбежки представляют фактические бомбежки, которые вызвали по крайней мере одну смерть, одну рану, минимум 1 000 $ в материальном ущербе, или делали попытку бомбежек, нацеленных на указанные цели.

Анализ

иллюстрации 3 Градиент -анализ HPLC IMR 700X бездымный порошок. Условия Рестек C-8 Колонка, градиент метанола/воды на 36-80 %, 1 мл/минута, УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЕ обнаружение в 230 нм. иллюстрация Чада Висенгера, Университет Огайо

Иллюстрация 4-Анализ  бездымного пороха H414 Hodgdon. Условия Анион Нуклеосил

За эти годы появилось много методов для анализа бездымных порохов. Эти процедуры были экстенсивно рассмотрены во многих недавних текстах (Беверидж 1998; Национальный Совет Исследования 1998; Юнон и 1993 Цитрин). Начальная характеристика порошков оценена, используя порошковую морфологию и тесты пятна. Различные инструментальные аналитические методы позволяют органическим добавкам, таким как нитроглицерин, дифениламин, этил централит, динитротолуол, и различные фталаты быть обнаруженными и обезвреженными. Эти материалы обычно анализируются, используя газовую хроматографическую масс-спектрометрию (Мартц и 1983 Ласвелл) и жидкостная хроматография (Клещи 1983; МкКорд и Клещи 1998). Иллюстрация 3 иллюстрирует анализ IMR 700X порошок, используя жидкостную хроматографию высокой эффективности градиента (Виссенджер и МкКорд 2002). Позже, методы, вовлекающие капилляр  также показывали эффективность (Нортсроп и др. 1991; Смит и др. 1999). Фурьер преобразовывает инфракрасную микроскопию, может использоваться для идентификации нитроцеллюлозы (Цитрин 1998).

Процесс производства бездымных порохов является источником неорганических ионов, которые присутствуют в остатке взрыва. Они могут быть проанализированы хроматографией иона. Хотя не уникальный для движущих сил, присутствие этих ионов может использоваться в судебном анализе, чтобы помочь в идентификации неизвестного порошка. Сульфат калия, сульфат натрия, нитрат калия, нитрат бария, и другие соли могут быть добавлены во время обработки порошка. Нитрат, сульфат, водородный сульфид, хлорид, и нитрит могут появиться в результате реакций для того, чтобы рассматривать целлюлозу, чтобы получить нитроцеллюлозу (Завод Боеприпасов Рэдфорд Арми 1987). Иллюстрация 4 иллюстрирует анализ бездымного порошка H414, используя хроматографию иона. Также было зарегистрированно присутствие различных катионов, найденных в остатке бездымных порошков после горения (Зал и МкКорд 1993; Мьяучи и др. 1998).

Заключения

Широкое разнообразие химических компонентов и различных строений бездымных порохов представляют вызов судебному исследователю. Физические особенности частично сожженного и несожженного порошка так же как органических и неорганических материалов, которые остаются, нужно рассмотреть в анализе остатка взрыва. Хотя есть много методов, доступных для определения компонентов в бездымном порошковом остатке, различные формулировки порошков заставляют продолжать продвижение существующих исследований и развивать новые методы для того, чтобы проверить полный диапазон доступных бездымных порошков.

© ДонНТУ, Червоненко А.В. 2008