DE102008015001B4 - Verfahren für den Transfer und Nachweis von Substanzen von einer Oberfläche in einem Nachweisgerät - Google Patents

Verfahren für den Transfer und Nachweis von Substanzen von einer Oberfläche in einem Nachweisgerät Download PDF

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Abstract

Verfahren für den Transfer und Nachweis von Substanzen von einer Oberfläche in einem Nachweisgerät, wobei die Substanzen als kondensierte Dämpfe auf an der Oberfläche anhaftenden Partikeln vorliegen,
wobei ein Faserbündel aus parallel angeordneten elastischen Fasern in Kontakt über die Oberfläche geführt wird, wobei die Faserdichte größer als 50 Fasern pro Quadratmillimeter ist und die freie, nicht gefasste Faserlänge mehr als einen halben Millimeter beträgt, oder
wobei eine Klettfläche mit elastischen Faserschlaufen in Kontakt über die Oberfläche geführt wird,
wobei die anhaftenden Partikel in die Zwischenräume zwischen den Fasern oder die Faserschlaufen eingelagert werden, wobei danach das Faserbündel oder die Klettfläche in eine Desorptionsvorrichtung des Nachweisgerätes überführt und dort erhitzt wird, und
wobei die Substanzen in dem Nachweisgerät nachgewiesen werden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Transfer und Nachweis von Zielsubstanzen (Drogen, Schad-, Explosiv- und Kampfstoffe) von einer zu untersuchenden Oberfläche in einem Nachweisgerät, wobei die Zielsubstanzen als kondensierte Dämpfe auf der Oberfläche selber oder auf dort anhaftenden Partikeln vorliegen.
  • Der Nachweis von Explosivstoffen und chemischen Kampfstoffen hat neben dem militärischen Bereich aufgrund einer zunehmenden terroristischen Bedrohungslage auch für den Zivilschutz eine große Bedeutung erlangt. Dabei besteht die Aufgabe einerseits darin, eine illegale Einfuhr und Anschläge auf Transportmittel, wie etwa Flugzeuge oder Schiffe, zu verhindern. Andererseits wird der Zivilschutz zunehmend auch auf öffentliche Gebäude und Verkehrsmittel im Inland selber erweitert. Neben den Gefährdungen durch Explosiv- und Kampfstoffe besteht ein weiterhin vorhandenes Problem im Schmuggel von Drogen über Landesgrenzen. Daraus ergibt sich insbesondere ein stark wachsender Bedarf für Nachweisgeräte an Flughäfen, Seehäfen und Grenzkontrollstationen, wobei die illegalen und gefährdenden Zielsubstanzen sowohl in Gepäckstücken als auch in industriellen Containern transportiert werden.
  • Die Zielsubstanzen werden in der Regel über ihre Dämpfe nachgewiesen, wobei der Transfer der Zielsubstanzen von einem zu untersuchenden Gegenstand in ein entsprechendes Nachweisgerät eine nicht zu unterschätzende Aufgabe darstellt. Als Nachweisgeräte werden heutzutage beispielsweise Massenspektrometer (MS), Ionenmobilitätsspektrometer (IMS), Gas- oder Flüssigkeitschromatographen eingesetzt.
  • Insbesondere die Ionenmobilitätsspektrometrie stellt ein hochempfindliches und robustes Verfahren dar, mit dem Substanzen in geringen Konzentrationen nachgewiesen werden können. Die Ionenmobilitätsspektrometer werden für die oben genannten Anwendungen in der Regel bei Umgebungsdruck betrieben und zeichnen sich durch einen einfachen und kompakten Aufbau aus, wodurch sie sich in großen Stückzahlen und als mobile Nachweisgeräte einsetzen lassen. In einem Ionenmobilitätsspektrometer werden die nachzuweisenden Substanzen zuerst ionisiert. Die Ionen bewegen sich danach unter Einwirkung elektrischer Felder in einem Driftgas, werden dort aufgrund ihrer Mobilität oder der Feldstärkeabhängigkeit ihrer Mobilität substanzspezifisch getrennt und in einem Ionendetektor nachgewiesen. Das Driftgas wird dabei typischerweise in einem geschlossenen Gaskreislauf geführt, wobei eine Einlassmembran von au ßen mit einem die Substanzen enthaltenen Probegas bespült wird und ein Teil der Substanzen durch die Einlassmembran in den Gaskreislauf gelangen.
  • Insbesondere der Nachweis von modernen Explosivstoffen und Drogen wird dadurch erschwert, dass diese Zielsubstanzen einen äußerst geringen Dampfdruck aufweisen und zudem in Transportbehältern eingeschlossen sind. Dadurch ist in den meisten Fällen ein direkter Nachweis dieser Zielsubstanzen in der Umgebungsluft nur durch Sammlung eines großen Probenvolumens mit anschließender Anreicherung möglich.
  • Allerdings werden bei der Verpackung der Zielsubstanzen die Oberflächen der Gepäckstücke, der Transportbehälter und der Kleidungsstücke der verpackenden Personen sowie deren Haut mit minimalen Spuren der Zielsubstanzen kontaminiert. Die Zielsubstanzen liegen als kondensierte Dämpfe auf der Oberfläche selber oder auf der Oberfläche anhaftender Partikeln vor. Sie entwickeln aber einen zu geringen Dampfdruck, um direkt in der Umgebungsluft nachgewiesen werden zu können. Deshalb werden die zu untersuchenden Oberflächen mit einem Probennehmer abgewischt, wodurch kondensierte Substanzen selber und Substanzen tragende Partikel von der Oberfläche abgelöst werden und am Probennehmer haften bleiben. Der Probennehmer wird mit den aufgenommenen Substanzen und eingelagerten Partikeln in eine Desorptionsvorrichtung eines Nachweisgerätes überführt und dort erhitzt, um einen für den Nachweis ausreichenden Dampfdruck der Substanzen zu erreichen.
  • Derzeit werden beispielsweise Papier, Stoffgewebe oder Filze als Probennehmer verwendet, die auf dem Abwischen von zu untersuchenden Oberfläche beruhen. In der Offenlegungsschrift US 2005/0288616 A1 (Bozenbury et al.) wird ein Schwamm aus einem zellulosehaltigen Gewebe verwendet, das aus Baumwolle, Leinen oder Viskose besteht und eine Porengröße von einigen zehn Mikrometern aufweist. Aus den Patentschriften US 5,571,976 A (Drolet) und US 5,476,794 (O'Brien) sind Probennehmer aus Baumwolle bekannt, die über zwei Finger gestülpt werden bzw. wie ein Handschuh geformt sind. In der Offenlegungsschrift WO 1997/038294 A1 (Danylewych-May et al.) besteht der Probennehmer aus einem Gewebestück, das mittels eines Ringes über eine Halbkugel gespannt ist. Der Ring und die Halbkugel bestehen dabei aus einem chemisch und thermisch beständigen Material. Mit dem über die Halbkugel gespannten Gewebestück werden die zu untersuchenden Oberflächen abgewischt, ohne dass das Gewebestück mit der die Probe nehmenden Person in Kontakt kommt. Aus der Patentschrift US 6,642,513 B1 (Jenkins et al.) sind Probennehmer zu entnehmen, die aus einem mit Teflon beschichteten Glasfasergewebe oder aus einem nichtgewebten Filz aus Polyamid bestehen, wobei ein Teil der Glasfasern im Glasfasergewebe aufgebrochen ist und von der Oberfläche absteht.
  • Bei allen genannten Probennehmern für Wischproben treten folgende Probleme auf. Der Probennehmer ist relativ groß (> 4 × 4 cm), was eine entsprechend große Desorptionsvorrichtung mit hohem Energieaufwand erforderlich macht und dadurch einen mobilen Einsatz oft stark einschränkt. Zudem sind bei Probennehmern aus Papier und Stoffgeweben die Materialien bei Desorptionstemperaturen von mehr als 200 Grad Celsius in der Regel nicht chemisch beständig. Diese Probennehmer geben dann selber Substanzen ab, die durch Reaktionen mit Zielsubstanzen und durch Überlagerungen der Signale falsche Ergebnisse (falsch-negativ und falsch positiv) hervorrufen können.
  • In den Veröffentlichungen von Mina et al. (IJIMS 4 (2001) 1, 37–40: ”Evaluation of Sample Collectors for Ion Mobility Spectrometry”) und Jadamec et al. (3. International Workshop an IMS, 1994, Galveston (USA): „The Effect of Sample Holder Material an Ion Mobility Spectrometry Reproducibility”) sind die notwendigen und gewünschten Eigenschaften von einen Probennehmer für Wischproben zusammengefasst:
    • – Der Probennehmer muss flexibel sein, um sich den Konturen und Rauhigkeiten der zu untersuchenden Oberflächen anzupassen.
    • – Der Probennehmer muss mechanisch fest sein, damit er beim Abwischen nicht zerreißt oder Bestandteile (z. B. Fasern) abgibt.
    • – Der Probennehmer muss eine hinreichende Rauhigkeit aufweisen, um die auf den Oberflächen haftenden Substanzen und Partikel aufzunehmen.
    • – Der Probennehmer muss bei Desorptionstemperaturen von mehr als 200 Grad Celsius chemisch beständig sein.
  • Diese Eigenschaften werden in Summe von den derzeit gängigen Probennehmern für Wischproben und den dafür verwendeten Materialien (Stoffgewebe, Filze, Papier, poröse Teflonfolie) nicht erfüllt.
  • In der US 5,099,743 A werden die Oberflächen von zu untersuchenden Gegenständen erhitzt und die dabei desorbierten Dämpfe in einem Filter aus Quarzfasern gesammelt (angereichert). In der US 5,083,019 A wird eine elastische Faserschleife, deren Oberfläche aus adsorbierendem Material besteht, über eine Oberfläche geführt. Daran anschließend wird die Faserschleife in einem Ionenmobilitätsspektrometer erhitzt, um Substanzen von der Oberfläche der Faserschleife zu desorbieren.
  • Aus dem Stand der Technik sind weiterhin Verfahren zur Probennahme von an Oberflächen haftenden Partikeln bekannt, bei denen die Partikel durch Bürsten von den zu untersuchenden Oberflächen entfernt werden. Die abgelösten Partikel werden entweder mit den Bürsten zusammengekehrt ( WO 1997/038294 A1 ) oder sie werden in einem Luftstrom zu einem Filter geleitet und dort gesammelt ( US 5,345,809 A und US 6,946,300 B2 ). Aus der US 2005/0274205 A1 ist ein Probennehmer bekannt, in dem Fäden oder Streifen eines Adsorbermaterials auf einer rotierenden Achse angeordnet sind. Die zu untersuchenden Gegenstände werden unter der rotierenden Achse entlang geführt, so dass die Streifen bzw. Fäden Partikel von den Oberflächen der Gegenstände wischen und Dämpfe aufnehmen können. Die Achse wird anschließend mit den Streifen bzw. Fäden in ein Nachweisgerät gezogen und die Streifen bzw. Fäden dort erhitzt.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren für den Transfer und Nachweis von auf Oberflächen sesshaften Zielsubstanzen in ein Nachweisgerät bereitzustellen, wobei es sich bei den Zielsubstanzen insbesondere um Drogen, Schad-, Explosiv- oder Kampfstoffe handelt und diese als kondensierte Dämpfe auf der Oberfläche selber oder auf dort anhaftenden Partikeln vorliegen.
  • Die Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 und gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen ausgeführt.
  • Bei diesem Verfahren wird ein Faserbündel in Kontakt über eine zu untersuchende Oberfläche geführt, wodurch Substanzen von der Oberfläche auf die Fasern übertragen werden oder Partikel in die Zwischenräume zwischen den Fasern eingelagert werden, und dass danach das Faserbündel in eine Desorptionsvorrichtung eines Nachweisgerätes überführt und erhitzt wird. Anstelle des Faserbündels kann in gleicher Weise auch eine Klettfläche aus Faserschlaufen verwendet werden. Die Zielsubstanzen (Drogen, Schad-, Explosiv- oder Kampfstoffe) werden bevorzugt mit Ionenmobilitätsspektrometern nachgewiesen, die sehr robust sind und abhängig von der jeweiligen Zielsubstanz eine sehr niedrige Nachweisgrenze aufweisen können.
  • Es werden Vorrichtungen für den Probentransfer verwendet (im Folgenden einfach auch als Probennehmer bezeichnet), die aus einer Vielzahl von parallel angeordneten elastischen Fasern bestehen, wobei die Faserdichte größer als 50 Fasern pro Quadratmillimeter ist und die Faserlänge mehr als einen halben Millimeter beträgt. Die Fasern können an einem Ende des Faserbündels, an beiden Enden des Faserbündels oder zwischen den beiden Enden des Faserbündels mechanisch gefasst sein. Im ersten Fall ähnelt das Faserbündel einem Pinsel oder einer Bürste. Das freie nicht gefasste Ende eines solchen Faserbündels passt sich gut den Konturen der zu untersuchenden Oberfläche an. Die freie Stirnfläche eines Faserbündels kann eben oder konvex (ballig) sein, wobei eine ebene Stirnfläche senkrecht oder schräg zur Achse des Faserbündels verlaufen kann. Die Fasern im Faserbündel weisen bevorzugt eine Dicke zwischen 5 und 100 Mikrometer und eine freie Länge von einem halben bis 20 Millimeter auf.
  • Die Wahrscheinlichkeit für das Abbrechen einzelner Fasern ist sehr niedrig, wenn 103 bis 105 Fasern, insbesondere etwa 104 Fasern, zu einem Faserbündel zusammengefasst werden und die Länge der Fasern dem ein- bis fünffachen, insbesondere dem dreifachen, des Durchmessers des Faserbündels entspricht. Die Fasern stützen sich gegenseitig, ohne dass die für die Probennahme notwendige Flexibilität eingeschränkt wird. Bei großen Faserlängen besteht die Gefahr, dass die Fasern bei Kontakt mit einer zu untersuchenden Oberfläche abbrechen. Um die Wahrscheinlichkeit für den Bruch von Fasern zu verringern, kann das Faserbündel, wie bereits oben dargestellt, an beiden Enden mechanisch gefasst werden. Die freie Länge der Fasern im Faserbündel beträgt in allen Fällen bevorzugt um fünf Millimeter.
  • Eine weitere für den Probentransfer verwendete Vorrichtung besteht aus einer Klettfläche. Wie bei einem der beiden Teile des bekannten textilen Verschlussmittels besteht die Klettfläche aus elastischen Faserschlaufen. Jede der Faserschlaufe ist an zwei Enden mechanisch gefasst. Im Unterschied zu dem an zwei Enden gefassten Faserbündel sind die Faserschlaufen nicht alle parallel zueinander ausgerichtet. Eine unregelmäßige Anordnung der Faserschlaufen auf der Klettfläche ist bevorzugt, es sind aber auch regelmäßige Anordnungen möglich. Die Flächendichte der Faserschlaufen auf der Klettfläche beträgt bevorzugt mehr als 50 Faserschlaufen pro Quadratmillimeter. Die Faserschlaufen einer Klettfläche sind bevorzugt länger als einen halben Millimeter und weisen meist unterschiedliche Längen auf.
  • Die Temperatur, die für die Desorption der Zielsubstanzen von den Fasern, den Faserschlaufen und dort eingelagerten Partikeln notwendig ist, beträgt typischerweise zwischen 100 und 400 Grad Celsius, insbesondere zwischen 150 und 200 Grad Celsius. Es kann auch ein mit der Zeit ansteigender Temperaturverlauf gefahren werden, so dass Substanzen mit unterschiedlichen Desorptionstemperaturen zu verschiedenen Zeiten desorbiert werden. Durch die zusätzliche Information wird insbesondere bei Ionenmobilitätsspektrometern die Anzahl der nachweisbaren Zielsubstanzen vergrößert.
  • Die in den Probennehmern verwendeten Materialien müssen bei der Erwärmung auf die entsprechende Desorptionstemperatur chemisch beständig sein und sollten selber keine oder nur sehr geringfügige Mengen zusätzlicher Substanzen ausgasen, um den Nachweis der Zielsubstanzen nicht zu stören. Die Fasern und Faserschlaufen bestehen bevorzugt aus Glas, aber auch Kunststoff (z. B. Polyimid), Metalle oder Kohlenstoff sind geeignete Materialien. Auch Mischungen von Fasern aus unterschiedlichen Materialien sind möglich.
  • Die Erwärmung des Probennehmers kann auf verschiedene Arten erfolgen, beispielsweise durch:
    • – den thermischer Kontakt des Faserbündels oder der Klettfläche mit einem Heizelement,
    • – den Durchfluss eines heißen Gasstroms durch das Faserbündel bzw. die Klettfläche, wobei die Flussrichtung quer oder längs zum Bündel bzw. zur Fläche liegen kann,
    • – durch Wärmestrahlung,
    • – die kapazitive Erwärmung von nichtmetallischen Fasern/Faserschlaufen,
    • – die induktive Erwärmung von metallischen Fasern/Faserschlaufen, oder
    • – einen elektrischen Stromfluss durch die Fasern/Faserschlaufen, wenn die beiden gefassten Enden der Fasern bzw. der Faserschlaufen elektrisch voneinander isoliert sind und eine entsprechende elektrische Leitfähigkeit aufweisen.
  • Die Fasern und Faserschlaufen sind zudem bevorzugt rau (mikrostrukturiert) oder chemisch beschichtet oder beides. Die Rauigkeit bewirkt, dass einerseits Substanzen, die als Schicht auf der zu untersuchenden Oberfläche vorliegen, mechanisch abgelöst werden und dass anderseits so erzeugte oder bereits vorhandene Partikel zwischen den Fasern bzw. Faserschlaufen festgehalten werden. Die Beschichtung kann wie ein „Klebstoff” eine unspezifische Haftung von Substanzen und Partikeln an den Fasern und Faserschlaufen erhöhen. Es sind aber auch Beschichtungen bekannt, mit denen bestimmte Zielsubstanzen chemisch so verändert werden, dass sie leichter desorbiert werden. Durch andere Beschichtungen werden nur Störsubstanzen an den Fasern und Faserschlaufen gebunden oder zur Reaktion gebraucht, so dass die Störsubstanzen bei den Desorptionstemperaturen nicht oder kaum in die Dampfphase übergehen. Diese Art der spezifischen Beschichtung reduziert die positiven Fehlalarme.
  • In den aus dem Stand der Technik bekannten Probennehmern für Wischproben sorgen Maschen oder Poren dafür, dass Substanzen oder Partikel von der zu untersuchenden Oberfläche auf die Probennehmer übertragen werden. Die Rolle der Maschen und Poren übernehmen in den erfindungsgemäßen Vorrichtungen die Hohlräume zwischen den Fasern bzw. Faserschlaufen. Je nach Verbiegung der Fasern bzw. Faserschlaufen sind die Hohlräume unterschiedlich groß, wodurch eine gute Anpassung daran erreicht wird, wie die Zielsubstanzen auf der Oberfläche vorliegen. Die Zielsubstanzen können dort beispielsweise als feste Schicht vorliegen, die bei der Probennahme von der Oberfläche abgekratzt wird, oder sich auf unterschiedlich großen Partikeln befinden, die zwischen den Fasern bzw. Faserschlaufen in variable Hohlräumen eingelagert werden.
  • Die Hohlräume der Faserbündel und Klettflächen weisen eine große innere Oberfläche auf, während die aus dem Stand der Technik bekannten Probennehmer für Wischproben eher flächige Werkzeuge mit einer kleineren inneren Oberfläche darstellen. Bei Papier und Folien ist die Tiefe der Poren durch die Dicke des Materials begrenzt sind, also in der Regel auf weniger als 0.1 Millimeter. Bei Geweben ist die Dicke des Materials etwa fünf- bis zehnmal größer. Erst bei einem Faserbündel bzw. einer Klettfläche mit entsprechend vielen und langen Fasern und Faserschlaufen überwiegt die Oberfläche der Hohlräume gegenüber der Fläche des Probennehmers, wodurch größere Mengen der Zielsubstanzen von der zu untersuchenden Oberfläche aufgenommen und zum Nachweisgerät übertragen werden können.
  • Wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, werden bürstenartige Vorrichtungen bei der Probennahme von Partikeln („dust”) von Oberflächen zum Nachweis von Zielsubstanzen, wie Drogen, Schad-, Explosiv- und Kampfstoffe, bereits eingesetzt. Die Bürsten werden hier allerdings nur dazu verwendet, um die Partikel von den zu untersuchenden Oberflächen mechanisch abzulösen. Eine Sammlung der Partikel und deren Transfer zum Nachweisgerät durch Bürsten ist dem Stand der Technik ebenso wenig zu entnehmen wie eine Erhitzung der dort verwendeten Bürsten in einer Desorptionsvorrichtung. Stattdessen werden die Partikel zusammengekehrt („dust pan-brush arrangements”) oder durch einen Luftstrom zu einem Sammelfilter geleitet. In beiden Fällen muss also sogar vermieden werden, dass Partikel an den Bürsten haften bleiben. Im Gegensatz zum Stand der Technik sind die erfindungsgemäßen Probennehmer derart ausgelegt, dass sie Partikel effektiv aufnehmen und bei den notwendigen Desorptionstemperaturen chemisch bestandig sind. Insbesondere die hohe Faserdichte und die Länge der Fasern in den Faserbündeln gewährleistet eine große Wirksamkeit beim Ablösen und Aufnehmen von an Oberflächen haftenden Partikeln.
  • Beschreibung der Abbildungen
  • Die 1 zeigt ein Verfahren für den Transfer von Substanzen 1 von einer zu untersuchenden Oberfläche 3 in eine Desorptionsvorrichtung 4 eines schematisch dargestellten Ionenmobilitätsspektrometers 7, wobei sich die Substanzen 1 auf der zu untersuchenden Oberfläche 3 selber oder auf dort anhaftenden Partikeln 2 befinden. Im Verfahrensschritt gemäß 1A wird ein Probennehmer 10, der aus einem konisch geformten Rohr 11, einem Faserbündel 12 aus parallelen elastischen Glasfasern und einem Griff 13 besteht, über die zu untersuchende Oberfläche 3 geführt. Ein Teil der Substanzen 1 und der Partikel 2 werden dabei auf das Faserbündel 12 übertragen bzw. in die Zwischenräume des Faserbündels 12 eingelagert. Im Verfahrensschritt gemäß 1B wird der Probennehmer 10 in die Desorptionsvorrichtung 4 überführt und dort erhitzt.
  • Die 2 zeigt einen zweiten Probennehmer 20, der aus einem Träger 21, einem Faserbündel 22 aus parallelen elastischen Glasfasern und einem Griff 23 besteht, wobei das Faserbündel 22 an beiden Enden 22a, 22b auf dem Träger 21 mechanisch gefasst ist.
  • Die 3 zeigt einen dritten Probennehmer 30, der aus einem Träger 31, einer Klettfläche aus Faserschlaufen 32 und einem Griff 33 besteht. Die Faserschlaufen 32 aus Polyimid sind unregelmäßig auf dem Träger 31 angeordnet.
  • 1 zeigt einen ersten Probennehmer 10, der aus einem konisch geformten Rohr 11, einem Faserbündel 12 aus elastischen parallelen angeordneten Glasfasern und einem Griff 13 besteht.
  • Das Faserbündel 12 enthält etwa 104 Glasfasern mit einem Durchmesser von 30 Mikrometer und einer Länge von 15 Millimeter. In dem etwa 10 Millimeter kürzeren Rohr 11 wird das Faserbündel 12 mechanisch einseitig gefasst, so dass die Glasfasern auf der nichtgefassten Stirnseite etwa 5 Millimeter aus dem Rohr 11 herausragen und bündig abschließen. Das Rohr 11 ist innen kreisrund und hat einen Innendurchmesser etwa 3 Millimeter.
  • Zur Befestigung des Faserbündels 12 im Rohr 11 sind dort die Hohlräume zwischen den Glasfasern und zwischen den Glasfasern und der Innenfläche des Rohrs 11 mit einem Material ausgefüllt, das (a) bei einer Temperatur von bis zu 400 Grad Celsius chemisch beständig und fest ist, (b) gegenüber den Zielsubstanzen resistent ist und (c) gut auf den Glasfasern und auf der Innenfläche des Rohres 11 haftet. Ein Material mit den genannten Eigenschaften ist beispielsweise Keramikkleber. Eine andere Art der mechanischen Fassung besteht darin, dass das Rohr 11 an einer oder an mehr als einer Stelle von außen zusammengepresst wird.
  • Die Desorptionsvorrichtung 4 weist zwei Heizelemente 5a und 5b auf. Der am Einlass 6a eingeführte Gasstrom wird mit dem Heizelement 5a erhitzt. Das zweite Heizelement 5b ist nahe einer Öffnung der Desorptionsvorrichtung 4 eingelassen, in die der Probennehmer 10 für den Desorptionsvorgang eingeführt wird. Das Rohr 11 besteht aus Metall und ist an dem Ende, an dem das Faserbündel 12 herausragt, konisch geformt, so dass der Probennehmer 10 die Desorptionsvorrichtung 4 gegenüber der Umgebung abdichten kann und ein Wärmeübergang zwischen der geheizten Wand der Desorptionsvorrichtung 4 und dem Probennehmer 10 gewährleistet ist. Der Griff 13 umhüllt das Rohr 11 und besteht aus einem Material mit geringer thermischer Leitfähigkeit, so dass eine manuelle Handhabung insbesondere während und nach dem Desorptionsvorgang möglich ist. Der am Einlass 6a eingeführte Gasstrom tritt durch den Auslass 6b in ein nur schematisch dargestelltes Ionenmobilitätsspektrometer 7 ein.
  • Im Verfahrensschritt gemäß 1A wird der Probennehmer 10 in Kontakt über die zu untersuchende Oberfläche 3 geführt. Dabei kann die Achse des nichtgefassten Teils des Faserbündels 12 senkrecht zur Oberfläche 3 ausgerichtet sein oder aber unter leichten Druck bis zu 60° zur Oberfläche 3 geneigt sein. Die Vielzahl der dünnen Fasern und deren Elastizität ermöglichen eine gute Anpassung des Faserbündels 12 an die Konturen und Rauigkeiten der zu untersu chende Oberfläche 3 und die Aufnahme von Substanzen 1 und Partikeln 2 von der Oberfläche 3.
  • Im Verfahrensschritt gemäß 1B wird der mit Substanzen 1 und Partikeln 2 beladene Probennehmer 10 in die dafür vorgesehene Öffnung der Desorptionsvorrichtung 4 eingeführt. Das Faserbündel 12 wird durch Wärmeleitung über das Rohr 11, durch Wärmestrahlung von der Innenfläche der Desorptionsvorrichtung 4 und durch den geheizten Gasstrom auf 150 bis 200 Grad Celsius aufgeheizt. Die Substanzen, die auf den Glasfasern selber oder auf den im Faserbündel eingelagerten Partikeln 2 adsorbiert sind, werden durch die Erwärmung desorbiert und am Auslass 6b mit dem Gasstrom aus der Desorptionsvorrichtung 4 hinausgeführt. Der Nachweis der Zielsubstanzen erfolgt in dem schematisch dargestellten Ionenmobilitätsspektrometer 7 in bekannter Weise.
  • 2 zeigt einen zweiten Probennehmer 20, der aus einem Träger 21, einem Faserbündel 22 aus parallelen elastischen Glasfasern und einem Griff 23 besteht. Im Unterschied zum Probennehmer 10 ist das Faserbündel 22 hier an beiden Enden 22a, 22b auf dem Träger 21 mechanisch gefasst ist. Das Faserbündel 22 erstreckt sich über eine rechteckige Fläche von etwa 200 Quadratmillimeter. Die mittlere Länge der Glasfasern zwischen den gefassten Enden 22a, 22b beträgt etwa zehn Millimeter. Die Dicke des Faserbündels 22 beträgt etwa 2 Millimeter. Durch die beidseitige mechanische Fassung ist die Wahrscheinlichkeit für den Bruch der 20 Mikrometer dicken Glasfasern erheblich verringert. Der Träger 21 konisch abgeschrägt. Der Griff 23 besteht aus einem Material mit geringer thermischer Leitfähigkeit. Erfindungsgemäß sind auch Probennehmer möglich, bei denen mehrere Faserbündel aus parallelen elastischen Fasern nebeneinander angeordnet sind und damit eine größere „Wischfläche” aufweisen.
  • 3 zeigt einen dritten Probennehmer 30, der aus einem Träger 31, einer Vielzahl von Faserschlaufen 32 und einem Griff 33 besteht. Die Faserschlaufen 32 bestehen aus Polyimid und sind unregelmäßig auf dem Träger 31 angeordnet ist. In ihrer Gesamtheit formen sie eine Klettfläche. Die Faserschlaufen 32 sind hier zwischen einem halben und vier Millimeter lang und etwa 30 Mikrometer dick. Die Flächendichte beträgt etwa 300 Faserschlaufen pro Quadratmillimeter. Wie in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel ist auch hier der Träger 31 an den Seiten abgeschrägt und der Griff 33 weist eine geringe thermische Leitfähigkeit auf, so dass er sich während des Desorptionsvorgangs nicht übermäßig erwärmt. Die Trägerfläche 31 ist etwa 100 Quadratmillimetern groß und leicht gewölbt.
  • Mit der Kenntnis der Erfindung ist es dem Fachmann möglich, andere erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele für Probennehmer zu entwerfen. Insbesondere das Nachweisgerät ist nicht auf Ionenmobilitätsspektrometer beschränkt.

Claims (15)

  1. Verfahren für den Transfer und Nachweis von Substanzen von einer Oberfläche in einem Nachweisgerät, wobei die Substanzen als kondensierte Dämpfe auf an der Oberfläche anhaftenden Partikeln vorliegen, wobei ein Faserbündel aus parallel angeordneten elastischen Fasern in Kontakt über die Oberfläche geführt wird, wobei die Faserdichte größer als 50 Fasern pro Quadratmillimeter ist und die freie, nicht gefasste Faserlänge mehr als einen halben Millimeter beträgt, oder wobei eine Klettfläche mit elastischen Faserschlaufen in Kontakt über die Oberfläche geführt wird, wobei die anhaftenden Partikel in die Zwischenräume zwischen den Fasern oder die Faserschlaufen eingelagert werden, wobei danach das Faserbündel oder die Klettfläche in eine Desorptionsvorrichtung des Nachweisgerätes überführt und dort erhitzt wird, und wobei die Substanzen in dem Nachweisgerät nachgewiesen werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Faserbündel oder die Klettfläche auf eine Temperatur von mehr als 100°C erhitzt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Faserbündel oder die Klettfläche durch einen heißen Gasstrom erhitzt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Gasstrom eine Temperatur von mehr als 100°C aufweist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Fasern an einem Ende mechanisch gefasst sind.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Fasern an beiden Enden mechanisch gefasst sind.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Dicke der Fasern größer als 5 Mikrometer ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Faserbündel zwischen 103 und 105 Fasern enthält.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die freie Länge der Fasern dem ein- bis fünffachen des Durchmessers des Faserbündels entspricht.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Faserbündel aus Glasfasern, Kunststofffasern, Metallfasern, Kohlenstofffasern oder einer Mischung besteht.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schlaufendichte der Klettfläche größer als 50 Faserschlaufen pro Quadratmillimeter ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Faserschlaufen unregelmäßig auf der Klettfläche angeordnet sind.
  13. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Faserschlaufen länger als einen halben Millimeter sind.
  14. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Faserschlaufen aus Glasfasern, Kunststofffasern, Metallfasern oder Kohlenstofffasern oder einer Mischung bestehen.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei als Nachweisgerät ein Ionenmobilitätsspektrometer verwendet wird.
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