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Die
Fähigkeit,
die Anwesenheit oder ein sonstiges Auftreten eines bestimmten Stoffgemisches
auf einem Alltagsgegenstand genau und verlässlich zu bestimmen, ist von
wesentlicher Bedeutung für
Zollbehörden
und Polizeikräfte
auf der ganzen Welt. Die interessierenden Stoffgemische umfassen
unerlaubte Drogen und Explosivstoffe, wobei deren Erfassung sowohl
in kriminaltechnischem Zusammenhang als auch im Hinblick auf die
Entdeckung von Schmugglerware oder Zollhinterziehung für Polizei-
beziehungsweise Zollkräfte
von Interesse ist. Im Allgemeinen sind die interessierenden Stoffgemische
wahrscheinlich nur in sehr geringen Mengen oder Spuren vorhanden.
Demzufolge werden sehr empfindliche chemische Analysetechniken angewandt,
um die Anwesenheit oder sonstiges Auftreten eines bestimmten Stoffgemisches
zu bestimmen (Zielgemischanalyse).
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Ein
solcher aus dem Stand der Technik bekannter Analyseansatz ist die
Verwendung eines Tandem-Massenspektrometers zur chemischen Analyse
einer aufgenommenen Probe. Allerdings können die Techniken zur Analyse
aufgenommener Proben nach dem Stand der Technik, und insbesondere
die Aufbereitung der Proben vor der Analyse mit dem Massenspektrometer,
sowohl kompliziert als auch zeitaufwändig sein. Zum Beispiel werden
Proben aus Banknoten entnommen, indem Bündel von Banknoten genommen
und über
einen Blatt Aluminiumfolie ausgeschüttelt werden. Jegliche auf
der Folie abgelagerte Partikel werden dann abgesaugt, wobei der Sauger
einen entnehmbaren Filter enthält,
und die Probe wird aus dem Filter mittels des Tandem-Massenspektrometers
entnommen. Aus jedem Filter Proben zu entnehmen erfordert in der
Regel eine umfassende Entnahmevorbereitung und manchmal chemische
Behandlung vor der Analyse. Folglich ist der Vorgang der Probenentnahme
sowohl kompliziert als auch zeitaufwändig.
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Während derartige
Probenentnahmetechniken angemessen sein können, wenn ein verdächtiges
Objekt bereits ausgemacht wurde, zum Beispiel auf Grund seines Auffindens
im Besitz eines mutmaßlichen
Verbrechers, sind sie nicht anwendbar zur Entnahme von Proben aus
einer großen
Anzahl von Gegenständen,
um einen verdächtigen
Gegenstand zu identifizieren. Ein typisches Beispiel einer Situation,
in der ein solches Erfordernis besteht, ist die Überprüfung des Gepäcks von
Reisenden auf einem Flughafen, einem Bahnhof, einem Einschiffungsterminal
eines Kreuzfahrtschiffes oder an jeder anderen Transportstation
oder Sicherheitskontrollpunkt, wo große Mengen Passagiere und deren
Taschen schnell und effizient bearbeitet werden müssen. Unter
solchen Umständen
erlauben die Probenentnahmetechniken und -geräte nach dem Stand der Technik
es nicht, Proben von einzelnen Gepäckstücken auf zeiteffiziente Weise
zu entnehmen.
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Es
ist bekannt, Proben von Gepäckstücken durch
die Verwendung eines Luftstromes zur Ablösung von Dampf und/oder Teilchenemissionen
und zu deren Transport zu einem Probenentnahmemedium zu entnehmen
(siehe zum Beispiel
US
5345809 A ). Andere bekannte Probenentnahmevorrichtungen erfordern
eine Bedienperson, die einen Lappen in Wischkontakt mit dem zu untersuchenden
Gegenstand bringt, bevor sie ihn in ein Ablösungsgehäuse einbringt (zum Beispiel
EP 1464943 A ).
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Eine
der Schwierigkeiten bei der Probenentnahme aus Gepäck hinsichtlich
der Anwesenheit von Explosivstoffen, Drogen oder anderen Stoffgemischen
ist die tatsächliche
Entnahme einer Probe von den Objekten (Gepäck) und Darbietung dieser Proben
an einen geeigneten Detektor, wie ein Massenspektrometer oder ein
anderes Gerät.
Es ist schwierig, in die verschiedenen Ecken oder Vertiefungen der
Gepäckstücke zu gelangen
und gleichzeitig die Kreuzkontamination von einem Gepäckstück zu einem
anderen zu vermeiden, und die Proben aus den Probenentnahmevorrichtungen
zu entnehmen und ein annehmbares Niveau der Empfindlichkeit gegenüber verschiedenen
Stoffgemischen zu erzielen.
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Entsprechend
einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung
zur Entnahme von Proben entsprechend einem der Ansprüche 1 bis
12 bereitgestellt.
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Entsprechend
einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren
zur Entnahme von Proben entsprechend einem der Ansprüche 13 bis
17 bereitgestellt.
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Entsprechend
einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System
zur Analyse von Proben entsprechend einem der Ansprüche 18 bis
20 bereitgestellt.
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Nun
werden Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung anhand eines lediglich veranschaulichenden
Beispiels mit Bezug auf die beigefügten Figuren erläutert, wobei:
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1 eine
Vorrichtung zur Entnahme und Analyse von Gepäckproben entsprechend einer Ausbildungsform
der vorliegenden Erfindung in einer Gepäckprobenentnahmebetriebsart
darstellt;
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2 die
Vorrichtung zur Entnahme und Analyse von Gepäckproben aus 1 in
einer Probenanalysebetriebsart darstellt; und
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3 eine
Vorrichtung zur Entnahme und Analyse von Proben entsprechend einer
weiteren Ausbildungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Mehrzahl
von Probensammelstationen in Draufsicht darstellt.
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1 stellt
ein System zur Entnahme und Analyse von Proben entsprechend einer
Ausbildungsform der vorliegenden Erfindung dar. Ein Förderband 2 ist
auf einem Paar Auflager angebracht und wird in herkömmlicher
Weise rotatorisch angetrieben. Gepäckstücke 6, wie Koffer,
Aktentaschen und Ähnliches,
die auf das Förderband 2 gelegt
wurden, werden in herkömmlicher
Weise vom Förderband
fortbewegt. Oberhalb des Förderbands 2 ist
ein Satz Flegeladsorber 8, die an einer Flegelantriebswelle 10 befestigt
sind, angebracht. Die Flegelantriebswelle ist im Wesentlichen senkrecht
zur Bewegungsrichtung des Förderbands 2 angeordnet.
In bevorzugten Ausbildungsformen der vorliegenden Erfindung ist
eine Mehrzahl von Flegeladsorbern an der Flegelantriebswelle 10 angebracht,
wobei die Adsorber 8 sowohl entlang der Längsachse
der Flegelantriebswelle und um deren Umfang herum gleichmäßig beabstandet
sind. Die Flegeladsorber 8 umfassen vorzugsweise Fasern
oder Streifen eines geeigneten Adsorbermaterials. In bevorzugten
Ausbildungsformen ist das Material in der Lage, sowohl stoffliche
Teilchen aufzuwischen als auch Dampfe in das Flegelmaterial aufzunehmen,
wenn auch in anderen Ausbildungsformen das Flegelmaterial nur eine
dieser Funktionen erfüllen
kann. In alternativen Ausbildungsformen können die Flegeladsorber 8 verschiedene
Gruppen von Flegelmaterial umfassen, wobei eine erste Materialgruppe
geeignet ist, stoffliche Teilchen aufzuwischen und ein zweites Flegelmaterial
geeignet ist, Dämpfe
zu adsorbieren. Das Flegelmaterial kann molekulare Siebe enthalten,
die ausgelegt sind, zwischen verschiedenen Probenmaterialien zu
unterscheiden.
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Die
Flegelantriebswelle 10 ist mit einem Flegelantriebsmotor
so verbunden, dass die Flegelantriebswelle 10 und die Flegeladsorber 8 rotatorisch angetrieben
werden können.
Falls erforderlich, können
abhängig
von der Länge
der Flegelantriebswelle 10 und der Anordnung anderer Bauelemente
ein oder mehrere Antriebswellenlagerblöcke 14 zur Abstützung der Flegelantriebswelle 10 vorgesehen
werden.
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Die
Flegelantriebswelle 10 durchtritt eine langgestreckte Sammlereinheit 16,
in der ein innerer Hohlraum eingeformt ist. Der innere Hohlraum
der Sammlereinheit 16 steht über eine Zufuhrleitung 22 in
Verbindung mit der Eingabevorrichtung 18 eines Tandem-Massenspektrometers 20.
Das Tandem-Massenspektrometer 20 ist seiner Art nach aus dem
Stand der Technik bekannt und umfasst als solches eine Sammelkammer,
in die eine abgelöste
Probe von der Eingabevorrichtung 18 eingebracht wird. Ein
Ionisiernadelaufbau umfassend eine Hochspannungselektrode, z.B.
bei 8 kV, ist innerhalb der Sammelkammer angebracht. Die Koronaentladung
der Hochspannungselektrode verursacht in bekannter Weise eine unverzügliche Ionisation
eines Anteils jeder Substanz, die zur Analyse in die Hauptkammer eintritt.
Es versteht sich von selbst, dass auch andere Ionisationstechniken
verwendet werden können.
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Im
Gebrauch werden die Flegelantriebswelle und die Flegeladsorber vorzugsweise
durch den Flegelantriebsmotor rotatorisch so angetrieben, dass die einzelnen
Flegeladsorber 8 wiederholt über das und in Kontakt mit
dem Gepäckstück 6 streichen,
während
dieses auf dem Förderband 2 unter
den rotierenden Flegeladsorbern 8 hindurchtritt. In alternativen
Ausbildungsformen können
die Flegeladsorber und die Flegelantriebswelle 10 auf einer
Stelleinheit angebracht sein, mit der die Höhe der Flegelantriebswelle 10 und
der Adsorber 8 relativ zum Förderband 2 verändert werden
kann. Es können
ein oder mehrere Sensoren vorgesehen werden, um die Größe des Gepäckstücks 6 auf
dem Förderband 2 zu
erfassen und die Höhe
der Flegeladsorber und Antriebswelle 10 mittels der Stelleinheit
anzupassen, um einen optimalen Abstand zwischen dem Flegeladsorber 8 und der
oberen Oberfläche
des Gepäckstücks 6 beizubehalten.
In bevorzugten Ausbildungsformen sind die Flegeladsorber 8 zerbrechlich,
das heisst, sie können von
der Flegelantriebswelle 10 abgerissen werden, falls der
Adsorber 8 am Gepäckstück 6 hängen bleibt. Die
Flegeladsorber 8 können
alternativ mit einer oder mehreren perforierten Linien, die über die
Breite der Flegeladsorber verlaufen und in Intervallen entlang deren
Längsrichtung
beabstandet sind, ausgestattet sein, so dass der Adsorber 8 voraussichtlich
entlang einer der perforierten Linien abreisst, wenn der Flegeladsorber 8 am
Gepäckstück 6 hängen bleibt.
Weiterhin ist ein Aufbau vorstellbar, bei dem die Flegeladsorber 8 an
der Antriebswelle 10 auf so eine Weise befestigt sind,
dass die Befestigung versagt, wenn auf sie eine zu hohe Kraft einwirkt,
wie es der Fall wäre,
wenn der Flegeladsorber 8 am Gepäckstück 6 hängen bleibt.
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Bei
Vollendung des Probenaufnahmeprozesses, d.h. wenn das einzelne Gepäckstück 6 an
den rotierenden Flegeladsorbern 8 vorbei befördert worden
ist, wird ein teleskopisches Ansatzstück 24 der Sammlereinheit 16,
in 1 in der eingefahrenen Position gezeigt, mittels
eines von einer hydraulischen oder pneumatischen Antriebseinheit 28 angetriebenen
pneumatischen oder hydraulischen Kolbens 26 ausgefahren.
In alternativen Ausbildungsformen kann der hydraulische oder pneumatische
Kolben 26 durch jede andere Art linearer Stellglieder ersetzt
werden, zum Beispiel etwas wie ein elektrisch angetriebener Schneckentrieb.
Wie in 2 gezeigt, sind die flexiblen Flegeladsorber 8 somit
vom Ansatzrohr 24 der Sammlereinheit, wobei das Ansatzrohr vorzugsweise
mittels einer Endkappe 30, die manuell oder automatisch
geschlossen werden kann, abgeschlossen wird.
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Die
Probenteilchen und adsorbiertes Material werden dann durch Desorption
in das Innere des Sammlers 16 abgezogen und danach mittels
der Zufuhrleitung 22 zur Analyse an das Massenspektrometer
weitergereicht. Um eine ausreichende Desorption zu erzielen, werden
die Flegeladsorber 8 vorzugsweise geheizt. Dieses Heizen
kann durch Heizung des inneren Hohlraums der Sammlereinheit 16 und des
teleskopischen Ansatzstückes 24,
zum Beispiel durch (nicht gezeigte) Heizelemente, die in dem Ansatzrohr
und/oder der Sammlereinheit 16 platziert sind, geschehen.
Allerdings werden in bevorzugten Ausbildungsformen die Flegeladsorber 8 mittels
eines Heissluftgebläses 32 während das
Ansatzrohr 24 der Sammlereinheit 16 in der eingefahrenen
Position (wie in 1 gezeigt) ist, so geheizt,
dass die Flegeladsorber 8 auf eine genügend hohe Temperatur aufgeheizt
werden, dass in dem ausgefahrenene Ansatzrohr 24 der Sammlereinheit 16 eine
Desorption ohne weiteres Heizen stattfindet. Es ist ebenso bevorzugt,
dass das Heissluftgebläse 32 eingerichtet ist,
zusätzlich
zu den Flegeladsorbern 8 auch das Gepäckstück 6 zu erwärmen, wenn
es unter den rotierenden Flegeladsorbern hindurchtritt. Erwärmen des
Gepäckstücks 6 auf
diese Weise wird es begünstigen,
jegliche Explosivstoffe oder andere interessierende Stoffgemische
freizusetzen, so dass die freigesetzten Dämpfe leicht von der Flegeladsorbern 8 adsorbiert
werden können.
In dieser Betriebsart arbeitet die Probenentnahmevorrichtung sowohl
als Dampf- als auch als Teichendetektor.
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Eine
weitere Ausbildungsform des Systems zu Entnahme und Analyse von
Proben gemäß der vorliegenden
Erfindung ist in Draufsicht in 3 gezeigt.
In dieser Ausbildungsform sind drei getrennte Sätze Flegeladsorber 8a, 8b, 8c in
gewissem Abstand entlang eines Abschnitts des Förderbands 2 vorgesehen.
Jeder Flegeladsorber 8 hat eine entsprechende Sammlereinheit 16a, 16b, 16c und
ein zugehöriges
Ansatzrohr 24a, 24b, 24c in gleicher Weise
wie das vorher in Bezug auf 1 und 2 beschriebene.
Ebenso wird die Antriebswelle 10a, 10b, 10c jedes
Flegeladsorbers durch einen zugehörigen Motor 12a, 12b, 12c angetrieben,
obwohl in weiteren Ausbildungsformen auch ein einzelner Motor vorgesehen
sein kann, der alle drei Antriebswellen über eine geeignete Anordnung
von Getrieben und/oder Treibriemen antreibt. Die Sammlereinheit jedes
Flegeladsorbers ist über
jeweilige Zufuhrleitungen 22a, 22b, 22c mit
einem einzelnen Tandem-Massenspektrometer 20 verbunden.
Auch wenn in 3 getrennte Zufuhrleitungen
gezeigt sind, können
andere Ausbildungsformen einen Verteileraufbau und geeignete Ventileinrichtungen
umfassen, so dass nur eine einzige Verbindung zum Massenspektrometer 20 erforderlich
ist.
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Im
Gebrauch wird die zeitliche Abfolge des Ausfahrens/Einziehens der
einzelnen Ansatzrohre 24a, 24b, 24c gesteuert
von einer (nicht gezeigten) geeigneten Steuereinheit, so dass einer
oder mehrere der Flegeladsorber in einem entsprechenden Ansatzrohr
eingeschlossen ist und der Desorption unterzogen wird, während einer
oder mehrere der übrigen
Flegeladsorber im Eingriff ist, um Proben von Gepäckstücken aufzunehmen,
die unterhalb der Flegeladsorber auf dem Förderband 2 hindurchtreten.
In der in 3 gezeigten Anordnung wird der
am weitesten rechte Flegeladsorber innerhalb des ausgefahrenen Ansatzrohrs 24c desorbiert,
während
die übrigen
zwei Adsorber 8a, 8b beim Aufnehmen von Proben
von Gepäckstücken auf
dem Förderband 2 dargestellt
sind. Gleichwohl versteht es sich, dass die zeitliche Abfolge der
verschiedenen Flegeladsorbereinheiten nach Wunsch in Abstimmung
mit Parameter wie Geschwindigkeit des Förderbands 2, Anzahl und
Abstand der Gepäckstücke auf
dem Förderband und
der zum Desorbieren eines Satzes Flegeladsorber benötigten Zeit
verändert
werden kann. Die zeitliche Abfolge der Adsorber kann auch von der
vorgesehenen Anzahl der Adsorber, die größer oder kleiner als die in 3 gezeigte
Anzahl sein kann, abhängen.
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In
weiteren Ausbildungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Antriebswelle 10 des
Adsorberaufbaus selbst teleskopisch sein und dazu eingerichtet,
zur Ausführung
des Desorptionsprozesses in die Sammlereinheit 16 eingezogen
zu werden. In einer solchen Ausbildungsform wäre die Sammlereinheit 16 von
fester Länge,
d.h. das Ansatzrohr 24 und die dazugehörige Stelleinheit wären nicht
erforderlich. In anderen Ausbildungsformen kann der rotierende Flegelaufbau 8 durch
einen nicht rotierenden Aufbau ersetzt werden, von dem ein oder
mehrere Abschnitte adsorbierenden Materials so herabhängen, dass
Gepäckstücke 6,
die durch die Bewegung des Förderbandes 2 an
dem hängenden
adsorbierenden Material vorbei transportiert werden, in Kontakt
mit dem adsorbierenden Material gebracht werden. Der Ausleger, von
dem solch ein adsorbierendes Material herabhängt, kann dazu eingerichtet sein,
in einer im Wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Förderbandes
hin und her bewegt zu werden, um das adsorbierende Material effizient über jedes
Gepäckstück 6 auf
dem Förderband 2 zu wischen.
Bin derartiger Aufbau kann bevorzugt werden für die Untersuchung von anderen
Gegenständen
als Gepäckstücken, wenn
die zu untersuchenden Gegenstände
zerbrechlich sind und durch den Eingriff des oben beschriebenen
rotierenden Flegelapparates beschädigt werden könnten.