DE69030686T2

DE69030686T2 - Überwachungssystem zur Nachweisung von Sprengstoffen

Info

Publication number: DE69030686T2
Application number: DE69030686T
Authority: DE
Inventors: Colin D. Nepean Ontario K2E7Y4 Corrigan; Lawrence V. Nepean Ontario K2E5B9 Haley; Douglas P. Nepean Ontario K2E7Y4 Menagh
Original assignee: Research Corp Technologies Inc
Current assignee: Research Corp Technologies Inc
Priority date: 1989-06-09
Filing date: 1990-06-08
Publication date: 1997-09-11
Anticipated expiration: 2010-06-09
Also published as: DK0401861T3; CA2018697C; IE902054L; JPH0387629A; EP0401861A2; JP2610118B2; CA2018697A1; AU5690590A; DE69030686D1; IL107672A; AU633582B2; EP0401861A3; ATE153131T1; EP0401861B1; GR3024358T3; KR940009049B1; KR910001369A; JPH0833338B2; IE902054A1; JPH07209151A

Description

Diese Erfindung betrifft Systeme zur Nachweisung bzw. Detektion von Explosivstoffen und anderen kontrollierten Substanzen, beispielsweise Drogen, Arzneimittel und/oder Narkotika. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein integriertes System, das aus einer Probenentnahmekammer, einem Detektionssystem und einem Datenverarbeitungssystem zur Detektion der dampf- und/oder partikelförmigen Emissionen von Explosivstoffen und kontrollierten Substanzen auf nicht angreifende Weise besteht.
In den letzten Jahren gab es sowohl eine ständige Zunahme beim illegalen Gebrauch von Explosivstoffen als auch eine Zunahme des Transports von unter Ein- und/oder Ausfuhrverbot stehenden Substanzen wie beispielsweise Drogen, Arzneimittel und/oder Narkotika. Es ist unmöglich, die Existenz aller angehenden Fälle einer Auslösung von Bombenexplosionen und/oder von Drogen- und/oder Arzneimittelschmuggel nachzuweisen bzw. zu detektieren oder zu verhindern, jedoch ist es möglich, Explosivstoffe und unter Ein- und/oder Ausfuhrverbot stehende Substanzen in besonderen Bereichen zu detektieren, wo gute Sichtbarkeit und/oder Zugänglichkeit oder Anfälligkeit gegeben sind, beispielsweise auf Flughäfen oder in Flugzeugen. Es gibt zahlreiche Möglichkeiten, bei denen ein Individuum bzw. eine Einzelperson Drogen, Arzneimittel und/oder Explosivstoffe in einem Flugzeug plazieren kann, und sogar noch mehr Orte, an denen eine Einzelperson die einmal im Flugzeug befindlichen Drogen, Arzneimittel und/oder Explosivstoffe verstecken kann. Die illegalen Substanzen können durch eine wissende oder unwissende Einzelperson durch Verstecken der Substanz bei sich oder durch Plazieren der Substanzen in im Frachtgutbereich des Flugzeugs zu plazierendem Gepäck auf das Flugzeug gebracht werden.
Die Verfahren zur Nachweisung bzw. Detektion von Substanzen wie beispielsweise Explosivstoffe und/oder Drogen, Arneimittel und/oder Narkotika sind viele Jahre lang untersucht worden, und es sind verschiedene Techniken entwickelt worden, die von Spürhunden zum Aufspüren von Explosivstoffen und/oder Drogen und/oder Arzneimitteln bis zu sehr verfeinerten Dampfdetektionseinrichtungen reichen. Grundsätzlich wird die Detektion der vorstehend genannten Substanzen auf zwei Wegen ausgeführt, nämlich der Nichtdampfdetektion und der Dampfdetektion. Nichtdampfdetektionsverfahren umfassen Röntgenstrahldetektion, Gammastrahldetektion, Neutronenaktivierungsdetektion und Kernresonanzdetektion. Diese Detektionsverfahren sind, da sie eine Gefährdung für Lebewesen darstellen können, mehr zur Detektion der verschiedenen Substanzen geeignet, wenn die Substanzen versteckt sind und mit nichtlebenden Gegenständen befördert oder assoziiert werden, beispielsweise auf ein Flugzeug zu beförderndem Gepäck. Dampfdetektionsverfahren umfassen Elektroneneinfangdetektion, Gaschromatographiedetektion, Plasmachromatographiedetektion, Biosensordetektion und Laserphotoakustikdetektion. Diese Detektionsverfahren sind mehr zur Detektion von Substanzen geeignet, die bei Lebewesen versteckt oder mit diesen assoziiert sind, beispielsweise die von Einzelpersonen tragbaren einschließlich der Reste, die an der Einzelperson, welche die verschiedenen Substanzen handhabte, verbleiben. Derzeit werden alle obigen genannten Verfahren, einschließlich Spürhunden zum Aufspüren von Explosivstoffen, Arzneimitteln und/oder Drogen verwendet.
Heute gibt es viele private und amtliche Forschungsstudien, die der Entwicklung von Systemen und Verfahren zur Detektion und Explosivstoffen, Arzneimitteln, Drogen und/oder Narkotika gewidmet sind. Mit dem Fortschritt in der Explosivstofftechnologie, beispielsweise dem Erscheinen der Plastiksprengstoffe, die als gewöhnliche Gegenstände verkleidet werden können, wird es zunehmend schwieriger, diese Substanzen nachzuweisen bzw. zu detektieren. Die bei der Detektion dieser sowie anderer Substanzen zu lösenenden Probleme sind ein niedriger Dampfdruck der von den speziellen Substanzen freiwerdenden Partikeldämpfe, die Suchzeit und der Durchsatz der verschiedenen Systeme, die niedrigere Konzentration der dampf- oder partikelförmigen Emissionen aus den einzelnen Substanz, die Isolierung der einzelnen Substanz mit hohem Zuverlässigkeitsgrad und die Aufrechterhaltung der Ganzheit der Umgebung der Systeme.
Es gibt umfangreichen Stand der Technik, der sich mit der Technologie von Explosivstoff-, Arzneimittel- und/oder Drogendetektionseinrichtungen befaßt. Aus dem Artikel "Air Flow Studies For Personnel Explosive Screening Portals" von R.L. Schellenbaum von Scandia National Labs, der 1987 als Teil der Carnahan Confernce on Securities Technology in Atlanta, Georgia (15. Juli 1987) veröffentlicht worden ist, geht eine Studie über verschiedene Arten integrierter Systeme zur Detektion von unter Ein- /oder Ausfuhrverbot stehenden Explosivstoffen hervor. Die Studie umreißt einen dreischrittigen Prozeß, der die Sammlung, Vorkonzentration und Detektion von Dampf zur Gewinnung und Detektion der von explosiven Substanzen entweichenden Dämpfe. Aus dem Artikel gehen verschieden Arten von Sammeleinrichtungen zum Sammeln der Probe hervor. Verschiedene Torkonfigurationen und mechanische Luftstromvorrichtungen innerhalb jedes der Tore wurden zur Feststellung untersucht, welche die beste Probe liefern. Das "Atmos-Tech Air Shower Portal", ein "Modified Atmos-Tech Portal" und ein "Cylindrical Portal" wurden bei der Untersuchung mit verschiedenen Luftstromkonfigurationen verwendet. Die Untersuchung kam zu dem Ergebnis, daß ein abwärtsgerichteter, semilaminarer Strom über dem Querschnittsbereich des Körpers kombiniert mit einem Vakuumstrom-Sammeltrichter von annähernd zwölf Zoll Durchmesser und unter dem Gitter im Boden des Tores plaziert der beste Weg war, die dampf- und/oder partikelförmigen Emissionen der Explosivstoffe von einer durch das Tor gehenden Einzelperson zu sammeln.
Für den Detektionsteil der Studie wurden verschiedene Detektionseinrichtungen verwendet, darunter das mit "Phemto-Chem 100"-Ion Mobility Spectrometer" bezeichnete Ionenmobilttätsspektrometer in Kombination mit einem von Ion Track Instruments Inc. entwickelten Vorkonzentrator. Das Ionenmobilitätsspektrometer ist ein Plasmachromatorgraph, der einen atmosphärischen Ionenmolekülreaktor verwendet, welcher geladene Moleküle erzeugt, die mittels Ionenmobilität analysiert werden können. Der Vorkonzentrator weist eine motorbetriebene Metallschirmplatte auf, die mit einem Metallgußgehäuse gedreht wird. Der Schirm adsorbiert den Dampf und wird dann zur Desorption des Dampfes erwärmt. Dieser Adsorptions-Desorptionsprozeß ist der notwendige Vorkonzentrationsschritt, der zur Erhöhung der Dampf- und/oder Partikelkonzentration in der gesammelten Luftprobe notwendig ist.
Das Hauptproblem, das bei der Verwendung der Tordetektionssysteme in der Studie auftrat, war die Aufrechterhaltung der Integrität bzw. Ganzheit des Probenluftvolumens. Bei der Aufrechterhaltung der der Integrität des Probenluftvolumens ist es notwendig zu verhindern, daß das Probenluftvolumen von der Umgebung kontaminiert wird, und gleichzeitig zu versuchen, einen ständigen Verkehrsstrom durch das Tor aufrecht zu erhalten, was für einen effizienten Betrieb jeder Art Abschirm- bzw. Schutzsystem, bei welchem starker Verkehr alltäglich ist, essentiell ist. Der obengenannte Artikel legt nahe, daß die Integrität des Probenluftvolumens nicht in Toren ohne Türen aufrechterhalten wurde. Wenn Umgebungszug bzw. -luftstrom vorhanden war beispielsweise der von Klimaanlagen oder gerade der Fußgängerverkehrsstrom, wurde einer Reduktion von zehn Prozent bei der Detektion begegnet. Die Hinzufügung von Türen an den Toren bewirkte einen Anstieg der Detektionsrate, jedoch erzeugte sie inakzeptable Fußgängerverkehrsprobleme, welche den Erfordernissen der bei Flughäfen benötigten hohen Durchsätze nicht genügte.
In der Patentliteratur gibt es eine Gruppe Dokumente, aus denen verschiedene Verfahren und Einrichtungen zum Detektieren von unter Ein- und/oder Ausfuhrverbot stehenden Substanzen, darunter sowohl Arzneimittel und Drogen als auch Explosivstoffe, hervorgehen. Diese Dokumente sind alle auf die Detektion von mit Ein- und/oder Ausfuhrverbot belegten Substanzen in einem Behälter oder Gepäck gerichtet und nicht auf die bei einer Person getragenen. Aus den US-Patenten 4 580 440 und 4 718 268, bei beiden Patentinhaber die British Aerospace Public Company Limited, geht ein Verfahren und Gerät zum Detektieren von in frachtartiger Ladung versiegelten Explosivstoffen, die unter Ein- und/oder Ausfuhrverbot stehen. Grundsätzlich besteht das Verfahren im Versiegeln der Ladung in einem Behälter, heftig Bewegen der Ladung zum Abschütteln des von der Ladung in die umgebende Atmosphäre ausgesandten dampf- und/oder partikelförmigen Stoffs, Probenehmen der Atmosphäre, Erwärmen der gesammelten Probe und Analysieren der Probe unter Verwendung der Gaschromatographie. Aus dem US-Patent 4 202 200, Patentinhaber Pye Limited, geht ein Gerät zum Detektieren explosiver Substanzen in geschlossenen Behältern hervor. Grundsätzlich gehen Objekte wie beispielsweise Gepäck durch einen gesteuerten Achsentunnel, in welchem die Objekte durch zirkulierende Luftströme beseitigt werden, und dann wird die Luftprobe gesammelt und analysiert. Es wird auch vorgeschlagen, daß, wenn ein größerer Tunnel konstruiert wird, sowohl Menschen als auch Objekte durch ihn gehen können. Die vorstehend genannten Erfindungen stellen eine Einrichtung und ein Verfahren zum Detektieren versiegelter, unter Ein- und/oder Ausfuhrverbot stehender Substanzen durch Verwendung einer Dampfprobenentnahme bereit, jedoch sieht keine der Erfindungen die Verwendung einer Vorkonzentratoreinrichtung zur Erhöhung der Empfindlichkeit und Selektivität der Detektionseinrichtung vor oder legt diese nahe. Zusätzliche Patentdokumente, aus denen Systeme ähnlicher Art hervorgehen, sind das US-Patent 3 998 101 und US-Patent 4 111 049.
Es gibt zahlreiche Patentdokumente des Prüfung und Uberwachung betreffenden Standes der Technik, aus denen ein Konzentrationsschritt hervorgeht, der die Filtration oder Adsorption der interessierenden Moleküle über der Zeit umfaßt. Nach einer vorbestimmten Aussetzungsperiode wird das Filterungs/Adsorptions-Medium entfemt und mit Wärme desorbiert, während ein neues Filter/Adsorptions-Medium im Luftstrom angeordnet wird. Aus dem US-Patent 3 768 302, Patentinhaber Barringer Research Limited, geht ein auf dem Gebiet der geologischen Untersuchung verwendetes System hervor, wobei das System einen Partikeln enthaltenden Luftstrom empfängt. Die Probe wird einem das Gehen der Luftprobe über zwei Wege mit Adsorptions/Desorptions- Schritten umfassenden Konzentrationsschritt unterzogen und schließlich analysiert. Aus dem US-Patent 4 056 968 mit dem gleichen Patentinhaber wie beim obigen Patent geht auch ein System hervor, welches ebenfalls auf dem Gebiet der geologischen Untersuchung verwendet wird. Bei dieser Erfindung können die konzentrierten Moleküle sowohl von einem sich bewegenden Band als auch von einer sich bewegenden Platte desorbiert werden. Aus dem US-Patent 4 775 484 geht ein sich drehendes Filtermedium hervor, welches zum Absorbieren partikelförmigen Materials während einer Stufe seiner Rotation verwendet und bei einer separaten und zweiten Stufe seiner Rotation geläutert oder gereinigt wird. Aus dem US-Patent 4 127 395 geht auch eine gemeinsame Absorptions/Desorptions-Schaltung hervor, welche ein Paar absorbierender Medien verwendet, wobei eines der beiden absorbiert, während das andere desorbiert. Aus dem US-Patent 3 925 022, US-Patent 3 997 297 und US-Patent 3 410 663 geht jeweils eine Absorptions/Desorptions-Einrichtung hervor. Alle vorstehend genannten Einrichtungen offenbaren Systeme zur Absorption und nachfolgenden Desorption partikelförmigen oder dampfförmigen Stoffs, jedoch geht aus keiner eine torartige Probenentnahmekammer hervor.
Die vorliegende Erfindung ist auf ein System zur Detektion von Explosivstoffen, chemischer Mittel und anderer kontrollierter Substanzen wie beispielsweise Drogen, Arzneimittel und/oder Narkotika durch Detektieren deren dampf- und/oder partikelförmiger Emissionen gerichtet. Das System besteht aus einer Probenentnahmekammer, einem Dampf- und/oder Partikel-Konzentrator und -Analysator und einem Steuerungs- und Datenverarbeitungssystem. Das System ist insbesondere bei Feldumgebungen wie beispielsweise Flughäfen einsetzbar, wo es zum Detektieren der vorstehend genannten Substanzen an einer Einzelperson oder im Gepäck der Einzelperson verwendet werden kann. Das System genügt den Erfordernissen, die vorstehend genannten Substanzen in nicht angreifender Weise auf jedem benötigten Niveau zu detektieren und dies so schnell zu tun, daß der freie Durchgang von Menschen und Gepäck nicht übermäßig unterbrochen wird.
Die Probenentnahmekammer ist ein Tor mit Innenabmessungen von annähernd sechs Fuß Länge (1 Fuß = 0,3048 m), sieben Fuß Höhe und drei Fuß Breite. Die Abmessungen des Tores sind so, daß sowohl eine Einzelperson mittlerer Größe als auch eine an den Rollstuhl gefesselte Einzelperson leicht hindurchgehen kann. Das Tor ist so gestaltet, daß ein interner Luftstrom über eine in normaler Gehgeschwingigkeit durch das Tor gehende Einzelperson streicht und gleichzeitig die von der Einzelperson beseitigte Luftprobe eine bedeutungsvolle Konzentration von zu analysierenden Dämpfen und/oder partikelförmigem Stoff enthält. Um dies auszuführen ist die Probenentnahmekammer oder das Probenentnahmetor in einer einzigartigen Geometrie gestaltet und enthält Luftführungen oder Strahlströme zum Bilden eines Luftstroms, der das innere Luftvolumen von der Umgebung isoliert, während er die durch das Tor gehende Einzelperson effizient überstreicht. Das Luftvolumen oder die Probe innerhalb des Tores wird durch eine Probenentnahmeöffnung gesammelt, die sich im Deckenabschnitt des Tores befindet. Die Luftprobe wird dann zum Probensammler und -vorkonzentrator (PSUV) transportiert.
Die Probenentnahmekammer oder das Probenentnahmetor kann dampf- und/oder partikelförmigen Stoff sammeln und an den PSUV abgeben, wenn er in so niedrigerer Konzentration vorliegt, daß sie mehrere Teile pro Trillion Umgebungsluft beträgt. Der PSUV gibt durch eine Reihe von Schritten abnehmenden Probevolumens und zunehmender Probenkonzentration hindurch eine konzentrierte Probe an einen schnell ansprechenden chemischen Analysator ab, der entweder ein Gaschromatorgraph/Elektroneneinfang-Detektor oder ein Ionenmobilitätsspektrometer oder beides sein kann. Das Arbeitsprinzip des PSUV besteht in der Adsorption der Probe auf ein ausgewähltes Substrat mit nachfolgender selektiver thermischer Desorption. Dieser Prozeß wird durch eine Reihe von Schritten abnehmenden Probenvolumens und zunehmender Probenkonzentration hindurch wiederholt. Bei Vollendung der Vorkonzen trationsschritte wird das gereinigte Probenmaterial durch die vorstehend genannten Einrichtungen analysiert, wobei die Analyse in der Identifizierung der verschiedenen Materialien und der Bestimmung der vorhandenen Materialmenge besteht.
Das ganze System und alle Systemprozesse werden durch ein Steuerungssystem gesteuert, das einen Digitalcomputer und assoziierte Software aufweist. Das System ist so konfiguriert und gesteuert, daß es alle erforderlichen Messungen ausführt und die Ergebnisse in einem brauchbaren und verständlichen Format vorbereitet. Das Steuerungssystem steuert die Sammlung von Dämpfen, die Vorkonzentrations- und Analyseschritte sowie die Datenanalyse und Datenformatierung. Außerdem führt der Computer kontinuierlich Selbstdiagnose- und Selbstkalibrierungsprozeduren auf dem ganzen System aus und weist den Benutzer auf irgendwelche potentiellen Probleme hin.
Das System zur Detektion von Explosivstoffen und anderen kontrollierten Materialien der vorliegenden Erfindung stellt eine effiziente Detektion von Explosivstoffen, chemischen Mitteln und anderen kontrollierten Materialien wie beispielsweise Drogen, Arzneimittel und/oder Narkotika durch Detektion der dampf- und/oder partikelförmigen Emissionen aus diesen Substanzen bereit. Die dampf- oder partikelförmigen Emissionen können von Substanzen kommen, die an der Einzelperson, am Gepäck der Einzelperson versteckt sind, oder von einem an einer Einzelperson, welche die spezielle Substanz handhabte, verbliebenen Rest. Die vorliegende Erfindung stellt ein System mit hohem Empfindlichkeits- und Selektivitätsgrad für einen weiten Bereich von Substanzen bereit. Der hohe Empfindlichkeits- und Selektivitätsgrad wird durch Verwendung eines Systems erhalten, welches die Kombination aus einem Tor einzigartiger Geometrie mit einer Aerodynamik, welche die Querkontamination von Luft innerhalb des Tores mit der aus der Umgebung verhindert, und einem mehrstufigen Vorkonzentrator verwendet, der das Probenvolumen erniedrigt, während er die Probenkonzentration maximiert und dadurch ermöglicht, daß sowohl viel größere Probenvolumen als auch viel kürzere Probensammelzeiten genommen werden können. Das System erzeugt eine hohe Zuverlässigkeitsrate, die durch Verwendung des Computersteuerungssystems für automatische Kalibrierungs- und Selbstdiagnoseprozeduren erreicht wird. Außerdem stellt das System einen hohen Versatilitätsgrad bereit, indem durch Änderung der Programmierung des Computers ein weiter Bereich von Explosivstoffen, kontrollierten chemischen Mitteln, Drogen, Arzneimitteln und Narkotika, welche unterschiedliche physikalische und chemische Eigenschaften aufweisen, detektiert werden können. Softwaregesteuert stellt das ganze System ein vielseitigeres und leicht rekonfigurierbares System dar.
Die vorliegende Erfindung hat eine breite Anwendungsvielfalt wo ein hoher Durchsatz von Menschen benotigt wird. Auf Flughäfen ist die Detektion bzw. Nachweisung von Explosivstoffen und kontrollierten Substanzen aufgrund der Zunahme von Terroristenangriffen und Drogenschmuggel von höchster Wichtigkeit. Die vorliegende Erfindung erlaubt die schnelle und zuverlässige Detektion der vorstehend genannten Substanzen in nichtangreifender Weise bei einer Vielfalt von Feldumgebungen wie beispielsweise auf Flughäfen. Das System gemäß der vorliegenden Erfindung ist einsetzbar, wo die Detektion verborgener Substanzen absolut erforderlich ist.
Zur Erläuterung Erfindung sind in den Zeichnungen die Ausfuhrungsformen dargestellt, die derzeit bevorzugt werden, jedoch sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht notwendigerweise auf die hier gezeigten genauen Anordnungen und Zweckdienlichkeiten begrenzt ist.
Figur 1 ist eine Querschnittsdarstellung der Probenentnahmekammer nach der vorliegenden Erfindung;
Figur 2 ist eine Endansicht der Probenentnahmekammer nach der vorliegenden Erfindung im Querschnitt, der entlang der Schnittlinie 2-2' in Figur 1 genommen ist;
Figur 3 ist eine Draufsicht auf die Probenentnahmekammer nach der vorliegenden Erfindung;
Figur 4 ist eine Endansicht der Probenentnahmekammer nach der vorliegenden Erfindung;
Figur 5 ist eine schematische Darstellung des Luftstroms in der Probenentnahmekammer nach der vorliegenden Erfindung;
Figur 6 ist eine schematische Querschnittsdarstellung der inneren/äußeren Luftgrenze, die am Ende der Probenentnahmekammer nach der vorliegenden Erfindung besteht;
Figur 7 ist ein schematisches Blockschaltbild des Probenkollektors und Vorkonzentrators nach der vorliegenden Erfindung;
Figur 8 ist ein schematisches Blockschaltbild des Probenkollektors und Vorkonzentrators nach der vorliegenden Erfindung mit einer Dreifilterkonfiguration;
Figur 9 ist eine Draufsicht auf die Dreifilterkonfiguration des primären Vorkonzentrators nach der vorliegenden Erfindung;
Figur 10a ist eine schematische Darstellung des bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Mehrtoreventils, wobei das Ventil in der Ladeposition ist;
Figur 10b ist eine schematische Darstellung des bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Mehrtoreventils, wobei das Ventil in der Injektionsposition ist;
Figur 11a ist eine schematische Darstellung des tragbaren Probensammlers nach der vorliegenden Erfindung;
Figur 11b ist eine schematische Darstellung der Gepäckprobenentnahmeeinrichtung nach der vorliegenden Erfindung;
Figur 12a ist eine schematische Darstellung der Partikelsammel- und -detektoreinrichtung nach der vorliegenden Erfindung, die eine Sechstoreventilkonfiguration verwendet;
Figur 12b ist eine schematische Darstellung der Partikelsammel- und -detektoreinrichtung nach der vorliegenden Erfindung, die eine Dreiwegeventilkonfiguration verwendet;
Figur 13 ist ein Blockschaltbild des Steuerungs- und Datenverarbeitungssystems nach der vorliegenden Erfindung;
Figur 14a ist ein Flußdiagramm des bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Computerprogramms, das eine Sechstoreventilkonfiguration für die Partikelsammel- und -detektoreinrichtung verwendet;
Figur 14b ist ein Flußdiagramm des bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Computerprogramms, das eine Dreiwegeventilkonfiguration für die Partikelsammel- und -detektoreinrichtung verwendet; und
Figur 15 ist ein Zeitdiagramm, welches die verschiedenen Zeitdauern der dem Schutzprozeß zugeordneten Prozeße zeigt.
Das Explosivstoffdetektionsschutz- bzw. prüfsystem nach der vorliegenden Erfindung ist so ausgebildet, daß es Explosivstoffe, chemische Mittel und/oder andere kontrollierte Materialen wie beispielsweise Drogen, Arzneimittel und/oder Narkotika durch Detektion ihrer dampf- und/oder partikelförmigen Emissionen detektiert. Von diesen Substanzen wird angenommen, daß sie an Einzelpersonen und/oder in deren Gepäck auf Flughäfen oder in anderen Umgebungen hoher Sichtbarkeit und hoher Zugänglichkeit oder Anfälligkeit verborgen sind. Es ist notwendig, diese Substanzen auf nicht an- oder eingreifbare Weise auf jedem benötigten Niveau zu detektieren und dies so schnell zu tun, daß der freie Durchgang von Leuten und Gepäck nicht übermäßig unterbrochen wird. Das System ist ein integriertes System, welches eine Probenentnahmekammer einen Dampf- und/oder Partikelkonzentrator und -analysator sowie ein Steuerungsdaten- Verarbeitungssystem aufweist.
Die Probenentnahmekammer ist ein Tor, in welchem intern erzeugte Luftströme die dampf- und/oder partikelförmigen Emissionen beseitigen, welche von einer Einzelperson oder einem Objekt ausgehen, die bzw. das durch die Kammer zu einem Sammelbereich geht. Die Probenentnahmekammer ist derart ausgebildet, daß eine so ausreichend hohe Konzentration von Emissionen eingefangen wird, daß das Vorhandensein der vorstehend genannten Substanzen mit hohem Zuverlässigkeits- und Betriebssicherheitsgrad detektiert werden können. Das innere Luftvolumen wird rezirkuliert, wobei eine kleine Menge zum Probenentnahmezeitpunkt entfemt wird. Zum Probenentnahmezeitpunkt zieht eine externe Luftpumpe oder externes Gebläse eine Probe des gesammelten Luftvolumens in einen Probensammler und -vorkonzentrator (PSUV).
Die Probenentnahmekammer kann Dämpfe sammeln und an den PSUV geben, wenn sie in eine so niedrigere Konzentration aufweisen, daß sie mehrere Teile pro Trillion Umgebungsluft beträgt. Der PSUV gibt durch eine Reihe von Schritten abnehmenden Probenvolumens und zunehmender Probenkonzentration hindurch eine konzentrierte Probe an einen schnell ansprechenden chemischen Analysator, der entweder ein Gaschromatograph/Elektroneneinfang-Detektor oder ein Ionenmobilitässpektrometer oder beides sein kann. Bei Verwendung dieses mehrstufigen Konzentrationsprozesses aus Adsorption und Desorption können viel größere Probenvolumen mit hohem Empfindlichkeits- und Selektivitätsgrad verarbeitet werden. Die gesammelten Daten werden dann von einem Digitalcomputer aufgenommen und analysiert, der Teil des Steuerungssystems ist, welches das ganze System betreibt und steuert.
Das Steuerungssystem ist ein Steuerungs- und Datenverarbeitungssystem, dessen primäres Erfordernis das Vorhandensein und, wenn notwendig, das Niveau einer spezifizierten Substanz zu melden ist. Das System muß zwischen Hintergrundniveaus und Alarmniveaus einer Substanz unterscheiden können. Das System steuert auch den Betrieb des ganzen Systems durch automatische Steuerungsverfahren, die durch einen Mikroprozessor oder Digitalcomputer zum Laufen gebracht sind. Das Steuerungssystem ist wegen modularisierter Programmtechniken zum Detektieren verschiedener Substanzen leicht neu zu programmieren.

PROBENENTNAHMEKAMMER

Die Probenentnahmekammer für Menschen ist ein Tor, das derart ausgebildet ist, daß beim Durchgehen einer Person durch diese Kammer mit normaler Gehgeschwindigkeit ein innerer Luftstrom eine von ihr genommene Probe von Dämpfen und/oder partikelförmigem Stoff zu einer Probenentnahmeöffnung befördert, wo sie zur Analyse gesammelt wird. Es gibt drei Konstruktionshaupterfordernisse, denen die Kammer zu genügen konstruiert wurde. Als erstes muß die Probenentnahmekammer eine bedeutungsvolle Probe aus der Umgebung einer durch die Kammer gehenden Person oder eines die Kammer gehenden Objekts sammeln. Bei Inbetrachtziehung einer Lösung des durch das erste Konstruktionserfordernis aufgeworfenen Problems ist es notwendig, zu beachten, daß die Probenaufnahmekammer genügend groß sein muß, damit eine Einzelperson mittlerer Größe bequem durch die Kammer geht. Deshalb befindet sich ein beträchtliches Luftvolumen in der Kammer, mit der Folge von möglicherweise nur mehreren Teilen dampf- und/oder partikelförmiger Emission pro Trillion Teilen Luft oder möglicherweise sogar weniger. Die Lösung dieses Verdünnungsproblems liegt darin, die Kammer lang genug zu gestalten, sodaß das durch die Kammer gehende Individium oder Objekt die Zeitdauer in der Kammer bleibt, in der eine bedeutungsvolle Probe der Umgebung gesammelt werden kann. Zweitens muß zum Zweck der Empfindlichkeit, Selektivität und Verhinderung einer Querkontamination der zu analysierenden Probe die zu sammelnde Probe so gut wie möglich von der Umgebung isoliert werden. Bei Inbetrachtziehung einer Lösung des durch das zweite Konstruktionserfordernis aufgeworfenen Problems ist es notwendig, einmal mehr das durch eine größere Kammer verursachte Verdünnungsproblem zu betrachten. Da bereits ein Verdünnungsproblem existiert, muß die Kammer mit einer einzigartigen Geometrie und innerer Aerodynamik gestaltet werden, um eine weitere Verdünnung und Kontamination durch die Mischung innerer Luft mit der Umgebungsluft im größtmöglichen Ausmaß zu verhindern. Das dritte Konstruktionserfordernis besteht darin, daß die Probe in so vollständiger Form wie möglich in so kurzer Zeit wie möglich eingesammelt werden muß. Bei Inbetrachtziehung einer Lösung des durch das dritte Konstruktionserfordernis aufgeworfenen Problems ist es notwendig, die oben in Betracht gezogenen Probleme und Lösungen zu beachten und einen Ausgleich zwischen ihnen zu finden. Die Zeit, die ein Individium bzw. eine Einzelperson oder ein Objekt beim Hindurchgehen durch die Kammer verbraucht, muß lange genug zum Sammeln einer bedeutungsvollen Probe sein, jedoch nicht so lange, daß übermäßig lange Fußgängerverkehrverzögerungen verursacht werden. Da es ein Verdünnungsproblem gibt wurde die Kammer zweitens als einzigartiger Weg gestaltet, um eine Querkontamination mit der Umgebung zu verhindern, und diese einzigartige Gestaltung darf nicht den normal fließenden Verkehr verhindern. Deshalb muß die bei der Lösung des zweiten Problems erörterte Aerodynamik derart sein, daß die bedeutungsvolle Probe schnell gesammelt wird.
In den Figuren 1 und 2 ist eine Querschnittsdarstellung und Endansicht der Probenentnahmekammer 100 oder des Probenentnahmetores gezeigt. Die Probenentnahmekammer 100 weist rechtekkige Geometrie mit inneren Abmessungen von annähernd sechs Fuß Länge, sieben Fuß Höhe und drei Fuß Breite auf. Diese Abmessungen ermöglichen es einer mit normaler Gehgeschwindigkeit gehenden Einzelperson mittlerer Größe annähernd zwei oder drei Sekunden in der Kammer 100 zu bleiben, was ausreichend Zeit ist, die obengenannte bedeutungsvolle Probe zu sammeln. Die rechtekkige Kammer 100 weist zwei die Länge der Kammer 100 entlang laufende Wände 102a und 102b, einen Boden 104, eine konvergente oder konusförmige Decke 106, deren Bedeutung nachfolgend erörtert wird, und ein Dach 107 auf. Zur Aufrechterhaltung des ungehemmten Fußgängerverkehrstroms durch die Kammer 100 werden keine Türen, sondern nur zwei Wände 102a und 102b verwendet. Es sind an den Wänden 102a und 102b angebrachte Handläufe 108a und 108b vorgesehen, welche Einzelpersonen beim schnellen und sicheren Hindurchgehen durch die Kammer 100 unterstützen. Der Boden 104 der Kammer 100 ist keine notwendige Komponente und wird bei anderen Konfigurationen nicht verwendet. Die Kammer 100 kann so konstruiert sein, daß verschiedene Materialien benutzt sind, darunter Aluminium und Kunststoffe, jedoch werden klare bzw. durchsichtige Materialien wie beispielsweise Acrylglas oder Faserglas bevorzugt, sodaß durch die Kammer 100 passierende Einzelpersonen beobachtet werden können. Außerdem kann eine Videokamera 109 zum Schießen eines Bildes von der die Kammer 100 passierenden Einzelperson verwendet werden, welches zusammen mit den gesammelten Daten elektronisch gespeichert wird.
Die Probenentnahmekammer 100 arbeitet nach einem Luftrezirkulationsprinzip, und die einzige aus dem inneren Rezirkulationsvolumen entfemte Luft ist eine vergleichsweise kleine Menge, die durch eine Probenentnahmeöffnung 118a austritt. Das innere Luftvolumen wird durch innere Luftstromführungen oder Strahlströme zirkuliert und durch einen Sammelkanal 110 gesammelt, der ein rechteckiger Kanal mit den Abmessungen 16 Zoll mal 20 Zoll mal 6 Zoll ist, mit dem Zentrum der konischen Decke 106 verbunden ist und in den zwischen der Decke 106 und dem Dach 107 erzeugten Raum mündet. Dies resultiert in einem großen Volumen kontrollierten Rezirkulationsluftstroms, das in annähernd einer Sekunde eine dampf- und/oder partikelförmige Probe von irgendwo in der Kammer 100 an die Probenentnahmeöffnung 118a abgeben kann.
Die konische Decke 106 unterstützt die Sammlung des Probenvolumens durch Erzeugung eines umgekehrten Trichters für den Luftprobenstrom, der zum Konzentrieren eines größeren Luftvolumens auf einen kleineren Querschnitt zur Probenentnahme dient. Im Bereich des Sammelkanals 110 wird eine dynamische Niedrigdruckzone erzeugt, wenn die Luft durch den Sammelkanal 110 in den luftgefüllten Deckenraum durch vier Sauggebläse gesaugt wird, von denen zwei in der Figur 2 gezeigt und mit 114 und 114a bezeichnet sind. In jeder Ecke der Kammer 100 befinden sich Endsäulen 112a-d von sechs Zoll Durchmesser. Jede der vier Endsäulen 112a-d ist vertikal in der Kammer 100 befestigt und läuft vom Boden 104 zur Decke 106. Jede Säule 112a-d weist sechs in der eine Draufsicht auf die Kammer 100 darstellenden Figur 3 gezeigte Schlitze 113a-d von einem Fuß Länge und einem halben Zoll Breite und mit (nicht gezeigten) inneren Eineinhalbzoll-Führungsflügeln zum Leiten des Luftstroms in einem Fünfundvierziggradwinkel in der in der Figur 3 durch die Pfeile 115a-d gezeigten Richtung zum Zentrum der Kammer 100 auf. Der Luftstrom durch die Säulen 112a-d wird durch vier unabhängige Gebläse erzeugt, von denen zwei in der Figur 2 als die Gebläse 114 und 114a gezeigt sind. Die vier Gebläse sind in der Kammer 100 über der konischen Decke 106 und unter dem äußeren Dach 107 befestigt. Jedes Gebläse ist mit einer der Endsäulen 112a-d verbunden und liefert 1000 Kubikfuß pro Minute(CFM) Luft an jede Säule 112a-d, resultierend in einer Luftgeschwindigkeit von 17 m/s in den durch die Pfeile 115a-d angezeigten Richtungen aus den Führungsflügeln der Säulen 112a-d, wie es in Figur 3 gezeigt ist. Die Saugseite der Gebläse ist zu einem gemeinsamen luftgefüllten Raum offen, der sich im gleichen Raum befindet, den die Gebläse einnehmen. Zusätzlich zu diesen einwärts gerichteten vertikalen Luftstrahlströmen 113a-d gibt es zwei aufwärts gerichtete Luftführungen 117a und 117b oder Strahlströme, die sich in Luftstromseitenrohren 116a und 116b befinden, welche entlang des Bodens 104 und gegenüber den Wänden 102a und 102b befestigt sind. Die Stromseitenrohre 116a und 116b sind mit den Endsäulen 112a-d verbunden und empfangen von diesen Luft. In jedem Stromseitenrohr 116a und 116b befinden sich Zwölfeinhalbzoll-Luftschlitze 117a und 117b, die sich im Zentrum jedes Rohres befinden und in Richtung zum Zentrum der Kammer in einem Fünfundvierziggradwinkel ausgerichtet sind, wie es in der Figur 4 gezeigt ist. Die Luftgeschwindigkeit der die Stromseitenrohre 116a und 116b verlassenden Luft beträgt 15 m/s in der durch die Pfeile 119a und 119b angezeigten Richtung. Der kombinierte Effekt des durch die Endsäulen 112a-d und die Strömungsseitenrohre 116a und 116b erzeugten Luftstroms ist ein im zentralen Bereich der Kammer 100 erzeugter dynamischer Hochdruckbereich. Die Rezirkulationsgebläse, die Luft durch den Sammelkanal 110 ziehen, erzeugen eine dynamische Niedrigdruckzone in der Kammer 100, der einen Nettoluftstrom zum Sammelkanal 110 hinauf erzeugt. Dieser Luftstrom ist der Strom, welcher durch die Kammer hindurchgehende Einzelpersonen und/oder Objekte überstreicht oder reinigt. Der Effekt des Hochdruckbereichs und des Niedrigdruckbereichs, die durch das Absaugen der Luftprobe durch die konische Decke 106 in den Sammelkanal 110 erzeugt werden, ist eine Balance atmosphärischer Bedingungen oder Zustände, die zur Folge hat, daß sehr wenig externe Luft in die Kammer 100 eintritt oder diese verläßt. Grundsätzlich verhindert der Hochdruckbereich, daß Luft in die Kammer 100 eintritt. Die Majorität der sich bewegenden Luftmasse geht durch den Sammelkanal 110 und zum gemeinsamen gefüllten Raum, wo sie wiederum durch die vier Gebläse zum Rezurkulieren des inneren Volumens der Kammer 100 verwendet wird. Ein Teil der rezurkulierten Luft wird durch eine Probenentnahmeöffnung 118a gesammelt, die das obere Ende eines Rohres 118 aus rostfreiem Stahl ist, das zum Transportieren einer ausgewählten Probe aus der Kammer 100 zur zweiten Betriebsstufe, nämlich der Vorkonzentrationsstufe verwendet wird, die im nachfolgend erörtert wird.
Die vier Endsäulen 112a-d und die zwei Luftseitenrohre 116a und 116b stellen eine Ausführungsform zum Abgeben der durch die vier unabhängigen Gebläse als separate und gerichtete Luftstrahlströme zugeführten Luft dar. Die Gebläse können mit verschiedenen Arten Luftkanäle oder gefüllten Räumen mit Führungsflügeln oder Düsen verbunden sein, um die anregende Luft zu Strahlströmen zu formen. Außerdem können als alternierende Lösung unterteilte hohle Wände verwendet werden, die ebenfalls mit Führungsflügeln oder Düsen versehen sind, um die Luft aus den Gebläsen zu seperaten und gerichteten Luftstrahlströmen zu formen. Die Art und Weise, in welcher der Luftstrom der Führungseinrichtung zugeführt ist, und die Art und Weise, in welcher die Strahlströme gebildet werden, ist nicht kritisch, jedoch sind es die spezifischen Richtungen der Strahlströme. Es ist wichtig, daß der richtige Winkel und die richtige Orientierung der Strahlströme beibehalten wird, um einen Nettoluftstrom bereitzustellen, der ein durch die Probenentnahmekammereinrichtung 100 hindurchgehendes Individium und/oder Objekt reinigen kann, während die Integrität des Luftvolumens in der Probenentnahmekammereinrichtung 100 aufrechterhalten wird.
In Figur 5 zeigt das durch die gestrichelte Linie eingeschlossene Luftvolumen das sich zum Sammelkanal 110 und zur in Figur 2 gezeigten Probenentnahmeöf fnung 118a bewegende totale Luftvolumen. Der aufwärts gerichtete Luftstrom beginnt bei annähernd einem Fuß in Form der äußeren Begrenzung des Kammerbodens 104. Diese Figur zeigt den aufwärtsgerichteten Nettoluftstrom und will nicht ausdrücken, daß die anderen in der Kammer vorhandenen Luftströme ausgeschlossen sind, da andere Ströme vorhanden sind, jedoch ist deren Richtung nicht aufwärts. Wie aus der Figur 5 zu entnehmen ist, haben der Effekt der erzeugten inneren Luftströme und die Form der in Figur 2 gezeigten Decke 106 die Neigung, das aufwärtsströmende große Luftvolumen auf ein kleineres, jedoch konzentrierteres Luftvolumen zu fokussieren oder konzentrieren. Pfeile 122a-c, 124a-c und 126a-c zeigen die Geschwindigkeiten der Luftmasse bei verschiedenen Stufen im Strom. Im niedrigeren bis mittleren Bereich hat der Luftstrom eine Geschwindigkeit von 2-3 m/s, und wenn sich die Luftmasse dem Niedrigdruckbereich nähert, nimmt die Geschwindigkeit auf 4-5 m/s zu.
In der Figur 6 ist eine schematische Seitenansicht der Kammer 100 gezeigt. Der durch die gestrichelten Linien 128 und 130 angedeutete Bereich zeigt den Bereich, in welchem eine Querkontaminiation des inneren Luftvolumens mit der Umgebung auftritt. Wie durch die Pfeile 132a-c angedeutet, tritt Luft aus der Umgebung mit annähernd 0,5 m/s in die Kammer 100 ein. Die Luft aus der äußeren Umgebung wird durch die von dem inneren Luftstrom erzeugte Aerodynamik eingezogen. Dieser Luftstrom in die Kammer 100 resultiert in einer Hälfte der in annäherend 30 Sekunden mit der äußeren Luft auszutauschenden inneren Luft. Da die Sammelzeit annäherend eine Sekunde beansprucht, ist die Querkontamination minimal. Die einzige Möglichkeit, die absolute Integrität des inneren Luftvorlumens aufrecht zu erhalten ist, Drehtüren mit einer Dichtung vorzusehen, jedoch würde dies unerwünschte Zeitverzögerungen zur Folge haben.

PROBENSAMMLER UND VORKONZENTRATOR

Der Probensammler und Vorkonzentrator (PSUV) wird als Teil des ganzen Systems zur Verbesserung der Empfindlichkeit und Selektivität des ganzen Systems verwendet. Generell ausgedrückt muß der PSUV einfach in einem Mehrschritteprozeß nicht benötigte Luftmoleküle beseitigen, während er die interessierenden Moleküle, auf die abgezielt wird, nicht verliert. Beim Probensammel- und Vorkonzentratorschritt werden die Materialien, auf die abgezielt wird, auf ein ausgewähltes Substrat absorbiert und dann selektiv desorbiert. Dieser Prozeß wird in einer Reihe von Schritten, welche das Probenvolumen verringern und die Probenkonzentration und die Probenkonzentration erhöhen, wiederholt,.
Wie in der Figur 7 dargestellt, wird dem PSUV 200 Probenluft durch ein Rohr 118 zugeführt, welches sich zur Probenentnahmekammer 100 erstreckt. Während Probenentnahmeperioden zieht ein starkes Sauggebläse 202 das Probenvolumen durch die Probenentnahmeöffnung 118a. Das Gebläse 202 ist mit dem Rohr 118 auf der Saugseite verbunden, wobei die Abgabeseite mit einem Abzugoder Abgabesystem zur Umgebung verbunden ist.
Die erste Stufe des Konzentrationsprozeßes umfaßt den primären Vorkonzentrator 201, der im wesentlichen aus einer rotierenden Filterungseinrichtung 204 besteht. Die aus der Probenentnahmekammer 100 gezogene Luftprobe wird durch die Filterungseinrichtung 204 gezogen. Die Filterungseinrichtung 204 besteht aus zwei miteinander verbundenen Filterungselementen 206 und 208. Die Filterungselemente 206 und 208 sind Drahtschirme, die ein adsorbierendes Material halten. Jedes Filterungselement 206 und 208 kann durch jede von zwei Positionen gedreht werden. Position 1 ist zum Rohr 118 ausgerichtet, und Position 2 ist zu einem sekundären Vorkonzentrator 203 ausgerichtet. Die Positionen der Filterungselemente 206 und 208 werden durch ein Steuerungssystem geändert, welches bei dieser Ausfuhrungsform ein hydraulisches Betätigungssystem 210 ist, das mit der Filte rungseinrichtung 204 durch eine Welle 212 verbunden ist, die eine bewegliche Plattform 211 hebt, um jedes der Filterelemente in der Position 1 und der Position 2 in eine abgedichtete Verbindung zu bewegen. Eine Vorkonzentrator-Steuerungseinheit 214 ist ebenfalls durch eine Welle 216 mit der Filterungseinrich tung 204 verbunden. Das hydraulische Betätigungssystem 210 besteht aus einer hydraulischen Steuerungseinheit 210a und einer hydraulischen Pumpe 210b und ist so betreibbar, daß es Halteelemente 205 und 207 in die unverriegelte bzw. verriegelte Position senkt und hebt. Wenn es Zeit ist, die Filter 206 und 208 zu drehen, senkt das hydraulische Betätigungssystem 210 die Halteelemente 207 und 205, welche in die Filterungselemente 206 bzw. 208 eingreifen. Beim Eingriff der Filterelemente 206 und 208 ist die Vorkonzentrator-Steuerungseinheit 214, die ein computergesteuerter Schrittmotor ist, so betreibbar, daß sie die Filterungselemente 206 und 208 über die Welle 216 zwischen den Positionen 1 und 2 dreht. Die Steuerung des hydraulischen Betätigungssystems 210 und der Vorkonzentrator-Steuerungseinheit 214 wird über das Steuerungssystem ausgeführt, das in nachfolgenden Abschnitten vollständig erklärt wird. Bei einer zweiten Ausfuhrungsform besteht die Filterungseinrichtung 204 aus drei miteinander verbundenen Filterungselementen 206, 208 und 209, wie es in der Figur 8 gezeigt ist. Das Filterungselement 209 ist wie die Filterungselemente 206 und 208 ein Drahtschirm, der das adsorbierendes Material hält. Jedes Filterungselement 206, 208 und 209 kann durch jede von drei Positionen gedreht werden. Position 1 ist zum Rohr 118 ausgerichtet, Position 2 ist zu einem sekundären Vorkonzentrator 203 ausgerichtet und Position 3 befindet sich exakt zwischen Position 1 und Position 2. Die Figur 9 zeigt eine Draufsicht auf die drei Filterelemente 206, 208 und 209, die auf einer beweglichen Plattform 211 in Abstand von 120 Grad angeordnet sind. Die Positionen der Filterungselemente 206, 208 und 209 werden durch ein Steuerungssystem geändert, welches bei dieser Ausfuhrungsform ein hydraulisches Betätigungssystem 210 ist, das mit der Filterungseinrichtung 204 mit einer Welle 212 verbunden ist, welche die bewegliche Plattform 211 hebt, um jedes der Filterelemente in eine abgedichtete Verbindung bei Position 1, in eine abgedichtete Verbindung bei Position 2 und bei Position 3 zu bewegen. Das hydraulische Betätigungssystem 210 besteht aus einer hydraulischen Steuerungseinheit 210a und einer hydraulischen Pumpe 210b und ist so betreibbar, daß es Halteelemente.205, 207 und 215 in die entriegelte bzw. verriegelte Position senkt und hebt. Wenn es Zeit ist, die Filter 206, 208 und 209 zu drehen, senkt das hydraulische Betätigungssystem 210 die Halteelemente 207, 205 und 215, welche in die Filterelernente 206, 208 bzw. 209 eingreifen. Beim Eingriff der Filterelemente 206, 208 und 209 ist die Vorkonzentrator-Steuerungseinheit 214, die ein computergesteuerter Schrittmotor ist, so betreibbar, daß sie die Filterungselemente 206, 208 und 209 über die Welle 216 zwischen den Positionen 1, 2 und 3 dreht.
Der Zweifilterprozeß wird nun unter Bezugnahme auf die Figur 7 beschrieben. Während einer Probenentnahmeperiode, die durch das Steuerungssystem gesteuert wird, zieht das Gebläse 202 die Probe aus der Kammer 100 und durch das Filterelement 206, das sich in der Position 1 befindet. Das Filterelement 206 sammelt den in der Luftprobe enthaltenen dampf- und/oder partikelförmigen Stoff auf ein Adsorptionssubstrat. Das Filterelement 206 weist einen Adsorber auf, der so ausgewählt ist, daß er eine vergrößerte Adsorption für die Zielmaterialien und eine geringere Adsorption für beliebige Verunreinigungsstoffe hat. Wenn die Luftprobe durch das den Adsorber enthaltene Filterelement 206 geht, selektiert der Adsorber vorzugsweise eine Probe der Zielmaterialien, und andere Verunreinigungsstoffe werden weitergeleitet, um vom Gebläse 202 abgezogen und abgegeben zu werden. Bei Vollendung der Probenentnahmeperiode und Adsorption der Zielmaterialien auf dem Filterelement 206 wird das Filterelement 206 durch die Vorkonzentrator-Steuerungseinheit 214 in die Position 2 geschaltet und durch das hydraulische Betätigungssystem 210 in eine verriegelte Position gehoben, so daß die Desorption der Zielmaterialien stattfinden kann.
Beim Desorptionsprozeß wird ein Strom aus reinem Gas über den die Zielmaterialien und alle verbleibenden Verunreinigungsstoffe enthaltenen Adsorber geleitet. Das reine Gas, das üblicherweise ein Inertgas ist, wird von einer Gasversorgung 218 zugeführt und durch eine Gasleitung 220 zur Position 2 der Filtereinrichtung 204 transportiert. Dieser reine Gasstrom ist viel kleiner als das in der Probenentnahmekammer 100 verwendete Luftvolumen. Die Temperatur des Adsorbers wird durch das in Figur 13 dargestellte Steuerungssystem in kontrollierter Weise erhöht. Die Temperatur des desorbierten Filters wird entweder durch einen Wärmetauscher 213 oder die Temperatur des reinen Gases aus der Versorgung 218 erhöht. Wenn die Temperatur des desorbierten Filters unter Verwendung des reinen Gases erhöht wird, wird der Gasstrom zu einem Heizelement (nicht gezeigt) gelenkt, wo er auf die richtige Temperatur erhöht wird. Wenn die Desorptionstemperatur für das Zielmaterial erreicht ist, wird die Temperatur konstant gehalten und der reine Gasstrom wird schnell auf die Desorptionsstufe im Konzentrationsprozeß geschaltet. Das erwärmte Gas absorbiert dann die Zielmaterialien und trägt sie zur nächsten Stufe weiter. Der die Zielmaterialien enthaltene Gasstrom wird zum sekundären Vorkonzentrator 203 oder über eine Gasleitung 222 zu einer Schnittstelleneinheit gelenkt. Wenn der Desorptionsprozeß schnell ist, wird nur ein kleines Gasvolumen übertragen, welches in der die Zielmaterialien empfangenden nächsten Stufe in einer konzentrierten Form resultiert.
Die primäre Konzentration der Zielmaterialien ist ein kontinuierlicher Zweischritteprozeß, da beide Filterelemente 206 und 208 adsorbierende Substrate enthalten. Wenn das Filterelement 206 die Zielmaterialien adsorbiert, ist das Filterelement 208 im Desorptionsprozeß. Bei Vollendung der Desorption der Zielmaterialien aus dem Element 208 wird das adsorbierende Material des Elements 208 von Materialien und Verunreinigungsstoffen gereinigt und ist auf diese Weise bereit, als der Adsorber in der Position 1 verwendet zu werden. Obgleich in der Figur 7 ein Paar rotierende Filterelemente dargestellt sind, ist es auch möglich einzelne Gebrauchsstreifenmedien zu verwenden, die sich von der Absorptionsstation quer zur Desorptionsstation erstrecken, oder die Position der Filter fixiert zu halten und den Proben- und Reinigunsluftstrom zum Absorbieren und Desorbieren der Zielmaterialien zu wechseln.
Der Dreifilterprozeß wird nun unter Bezugnahme auf die Figur 8 beschrieben. Bei einer zweiten Ausführungsform des primären Vorkonzentrators 201 ist ein drittes Filterelement 209 hinzugefügt und so die primäre Konzentration der Zielmaterialien zu einem kontinuierlichen Dreischrittprozeß gemacht, da alle drei Filterelemente 206, 208 und 209 adsorbierende Substrate aufweisen. Wenn das Filterelement 206 die Zielmaterialien adsorbiert, befindet sich das Filterelement 208 im Desorptionsprozeß, und das Filterelement 209 ist hinzugefügt, um eine thermische Reinigung irgendwelcher Dämpfe oder Partikeln zu erzeugen, die nach dem Desorptionsprozeß übrigbleiben können. Wenn sich ein spezielles Filterelement in der Position 3 befindet, wird das von der Gasversorgungseinrichtung 218 zugeführte reine Gas durch eine Gasleitung 220 zur Position 3 der Filtereinrichtung 204 geleitet. Der Gasstrom reinigt das spezielle Filterelement bei einem Versuch zur weiteren Reinigung des adsorbierenden Materials von Verunreinigungsstoffen. Das vorhandene Gas mit Verunreinigungsstoffen wird in die Umgebung abgegeben. Ein Ventil 217 ist zur Gasleitung 220 ausgerichtet angeordnet und so betreibbar, daß es den Gasstrom von der Position 2 zur Position 3 und umgekehrt schaltet.
Die Behandlung partikel- und gasförmiger Materialien ist beim ersten Schritt des Konzentrationsprozesses geringfügig anders. Die Partikeln können kleine Partikeln oder Tröpfchen des Zielmaterials selbst oder kleine an Staubpartikeln oder anderen Dampftröpfchen anhaftende Partikeln oder Tröpfchen sein. Für Partikeln ist die erste Stufe ein Filter oder Schirm mit selektiven Adsorptionscharakteristiken auf dem Weg des Probenluftstroms aus der Probenentnahmekammer 100. Die Partikeln werden an diesem Filter physikalisch aufgefangen oder adsorbiert, und dann wird das Filter oder einen Teil von ihm physikalisch zu einer erwärmten Kammer übertragen und schnell auf eine Temperatur erwärmt, die zum Verdampfen ohne Zersetzung der Zielpartikeln ausreicht. Eine kleine Menge des erwärmten reinen Trägergases ist der Kammer zugeführt, um das nun verdampfte Material zur nächsten Stufe des Prozesses zu tragen. Wie vorstehend dargelegt kann das erwärmte Gas zum Zuführen der Wärme für die Verdampfung verwendet werden.
Es ist gewöhnlich der Fall, daß das im Probenentnahmeluftstrom für Partikelmaterialien verwendete Filter auch der Adsorber für gasförmige Materialien ist, und deshalb kann, wie in Figur 7 gezeigt, ein einziger primärer Vorkonzentrator 207 zum Einfangen sowohl von Partikelmaterialien als auch gasförmiger Materialien verwendet werden. Es ist notwendig, Zielmaterialien als Partikeln probezunehmen, da gewisse Zielmaterialien einen zu niedrigen Dampfdruck bei Raumtemperatur haben können, um als Gas oder Dampf probegenommen zu werden. Außerdem ist es möglich, daß das Zielmaterial selbst die Tendenz hat, im Probenvolumen unabhängig von Dampfdruckerwägungen als ein Adsorbat auf partikelförmigem Material vorhanden zu sein.
In den nachfolgenden Konzentrationsstufen werden die auswählbaren Adsorber fixiert und in metallischen Rohren eingeschlossen. Die Proben- und Reinigungsträgergasströme werden durch Schalten von unter Computersteuerung stehenden Ventilen manipuliert. Nach Figur 7 wiederum ist der primäre Vorkonzentrator 201 durch die Gasstromleitung 222 mit der Schnittstelle 203 verbunden. Die Schnittstelle 203 weist einen sekundären Vorkonzentrator 224 und ein Mehrtoreventilsystem 226 auf. Der Zweck des Mehrtoreventilsystems 226 liegt im Schalten zwischen der von der Gaszufuhr 228 versorgten Gaszufuhrleitung 230, den Adsorptionsrohren des Vorkonzentrators 224, der Gaststromleitung 222 vom primären Vorkonzentrator 201 und der Gasstromleitung 232 zu den chemischen Analysatoren 234 und 236. Grundsätzlich ist das Mehrtoreventilsystem 226 ein Schaltnetzwerk. Der sekundäre Vorkonzentrator 224 besteht in einer Reihe Adsorptionsrohre. Das Mehrtoreventilsystem 226 wird von einer Schnittstellensteuerungseinheit 228 betrieben, die einfach aus einem Schrittmotor zum Drehen der Ventile im Mehrtoreventilsystem 226, wenn der Computer befiehlt, dies zu tun, besteht. Die Schnittstelle 203 stellt einen generischen Block sekundärer Vorkonzentratoren dar und folglich kann man eine Reihe von Mehrtoreventilsystemen und Adsorptionsrohren beim Versuch, die zu analysierende Probe weiter zu reinigen, kaskadieren.
Die Adsorberrohre werden durch Erwärmen des umgebenden Metallrohrs sehr schnell auf die ausgewählte vorbestimmte Temperatur erwärmt und auf dieser Temperatur gehalten. Dies wird üblicherweise dadurch ausgeführt, daß durch das Rohr ein gesteuerter elektrischer Strom geschickt und das Rohr selbst als das Heizelement verwendet wird. Im Fall von größeren Adsoptionsmittel enthaltenden Rohren kann für die Heizzeiten von zehn bis sehr wenigen hundert Millisekunden dieser Strom mehrere Hundert Ampere betragen. Die Temperatur kann durch Hartlöten eines winzigen Thermoelements oder Thermistors sehr niedriger Masse an das Rohr gemessen werden. Das Thermoelement muß so klein sein, daß es das Rohr nicht in irgendeiner Weise beeinflußt, und es muß schnell ansprechen können. Das Thermoelement gibt die gemessene Temperatur an den Computer des Steuerungssystems, wobei der Computer die durch die Rohre fließende Strommenge steuert. Grundsätzlich bildet der Computer den digitalen Abschluß einer analogen Steuerschleife. Der Computer wird zum Überwachen und Steuern der Temperatur verwendet, da das richtige thermische Programm für das oder die gewünschten Zielmaterialien kritisch ist. Die Größe der Rohre nimmt in Stufen ab, um die Abnahme des die Proben enthaltenden Gasvolumens zu reflektieren, und kann eventuell die innere Größe einer Kapillargaschromatographensäule erreichen.
Das Mehrtoreventilsystem 226 ist, worauf der Name hinweist, ein Schaltnetzwerk mit Mehrfachtoren. Bei einer Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung ist das Mehrtoreventilsystem 226 ein Sechstoreventil. Die Figuren 10A und 10B stellen die zwei Positionen dar, die das Sechstoreventil 226 einnehmen kann. Die Schnittstellensteuerungseinheit 238 ist ein Schrittmotor und so betreibbar, daß sie das Sechstoreventil 226 zwischen den zwei Positionen schaltet. In jeder Position sind nur Paare von Toren geschaltet. In der in Figur 10B dargestellten Position 1 sind die Tore 1 und 2, 3 und 4 sowie 5 und 6 geschaltet und in der in Figur 10A dargestellten Position 2 sind die Tore 2 und 3, 4 und 5 sowie 6 und 1 geschaltet. Die Position 2 setzt das Adsorptions-Desorptions-Rohr 248 in die Ladeposition. Die in der Figur 7 gezeigte Gasstromleitung 222 trägt das Gas, welches das Zielmaterial und einige Verunreinigungsstoffe enthält, zu dem in der Figur 10A bei 242 angedeutete Tor 1 des Ventils 226, wobei das Gas automatisch durch einen inneren Durchgang 244 zu dem in der Figur 10A bei 246 angedeuteten Tor 6 strömt. Zwischen das Tor 6 und das Tor 3 ist ein externes Adsorptions/Desorptions-Rohr 248 geschaltet, durch welches das Gas, welches das Zielmaterial und einige unbedeutende Verunreinigungsstoffe enthält, hindurchgeht. Das adsorbierende Material innerhalb des Rohres 248 ist speziell für das Zielmaterial ausgesucht. Deshalb strömen das Trägergas und die Verunreinigungsstoffe durch das Rohr 248 zu dem bei 250 angedeuteten Tor 3, während das Zielmaterial im Rohr adsorbiert wird. Das Trägergas und die Verunreinigungsstoffe strömen von dem in Figur 10A bei 250 angedeuteten Tor 3 durch einen inneren Durchgang 254 zu dem in Figur 10A bei 252 angedeuteten Tor 2 und wird durch eine Abgasleitung 256 an die äußere Atmosphäre abgegeben. Von der in Figur 7 gezeigten Gasversorgung 228 zugeführtes reines Trägergas wird über eine Leitung 230 in das bei 258 angedeutete Tor 4 transportiert. Das reine Trägergas strömt automatisch von dem bei 258 angedeuteten Tor 4 über einen inneren Durchgang 262 zu dem bei 260 angedeuteten Tor 5. Das Trägergas strömt dann von dem bei 260 angedeuteten Tor 5 über eine Leitung 264 zu jedem der chemischen Analysatoren 234 und 236. Die Analysatoren 234, 236 benötigen einen kontinuierlichen Gasstrom um funktionsfähig zu bleiben. Die Verwendung von Mehrtoreventilsystemen ermöglichtt, daß den Analysatoren 234, 236 kontinuierlich reines Trägergas auch dann zugeführt wird, wenn das Adsorptions/Desorptions-Rohr 248 im Adsorptionszyklus ist.
Am Ende des Adsorptionszyklus schaltet der Computer des Steuerungssystems das Sechstoreventil 226 auf die Position 1, welche, wie in Figur 10B gezeigt, der Desorptionsmodus ist. Das in Figur 10B bei 242 angedeutete Tor 1 empfängt noch Gas vom primären Konzentrator 201 über die Leitung 230, jedoch strömt das Gas von dem bei 242 angedeuteten Tor 1 über einen internen Durchgang 268 zu dem bei 252 angedeuteten Tor 2 und wird über eine Abgasleitung 256 an die Atmosphäre abgegeben. In das bei 258 angedeutete Tor 4 wird von der Versorgung 228 über die Leitung 230 reines Trägergas injiziert, welches über einen inneren Durchgang 270 zu dem bei 250 angedeuteten Tor 3 strömt. Wie vorstehend dargelegt sind das bei 250 angedeutete Tor 3 und das bei 246 angedeutete Tor 6 über ein externes Adsorptions/Desorptions-Rohr 248 verbunden, jedoch strömt in dieser Position das Trägergas durch das Rohr 248 in der entgegengesetzten Richtung. Deshalb reinigt beim Erwärmen des Rohres 248 auf die Desorptionstemperatur das Gas das desorbierte Zielmaterial und befördert es frei von atmosphärischen Verunreinigungsstoffen zu dem bei 246 angedeuteten Tor 6. Von dem bei 246 angedeuteten Tor 6 strömt das Zielmaterial über einen inneren Durchgang 272 zu dem bei 260 angedeuteten Tor 5 und über eine Leitung 264 zu den chemischen Analysatoren 234 und 236.
Das externe Adsorptions/Desorptions-Rohr 248 ist vom Ventilkörper elektrisch isoliert und enthält eine ausgewählte Menge des adsorbierenden Materials, welches die besten Charaktenstiken zum Adsorbieren des Zielmatenais aufweist. An den Enden dieses Rohres 248 sind Hochstromanschlüsse ausgebildet und in den Figuren 10A und 10B als elektrische Leitungen 280 und 282 dargestellt. Die Leitungen 280 und 282 sind am anderen Ende mit einer gesteuerten Stromquelle 281 verbunden. In den Figuren 10A und 10B ist ein Thermoelement 283 an das Rohr 248 angebracht gezeigt. Dieses Thermoelement 283 wird, wie vorstehend dargelegt, zum Erhöhen der Temperatur des Rohres 248 derart verwendet, daß die richtigen Temperaturen zur Desorption erreicht werden. Die Gasprobe, welche das Zielmaterial, Verunreinigungen und überschüssiges Gas enthält, geht durch das Rohr 248, und da es kalt ist und das Adsorbermaterial so ausgewählt worden ist, daß es ein starker Adsorber für das Zielmaterial ist, wird am Ende des Rohres 248 in der Nähe des Tores 6 der größte Teil der Probe adsorbiert. Die Verunreinigungsstoffe werden weniger stark adsorbiert und folglich erfolgt jegliche Adsorption dieser Stoffe auf der ganzen Länge des Rohres 248. Da die Verunreinigungsstoffe nicht stark adsorbiert werden, geht auch ein größerer Teil dieser Stoffe durch das Rohr zur Abgasöffnung 256 und wird abgegeben.
Eine günstige Eigenschaft der thermischen Desorption von Gasen oder Dämpfen auffesten oder flüssigen Substraten besteht darin, daß der Prozeß stark thermisch empfindlich und thermisch abhängig ist. Bei einer spezifizierten Temperatur bezieht sich die Menge jeglichen desorbierten Materials auf ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften und die physikalischen und chemischen Eigenschaften des adsorbierenden Materials. Es ist möglich, adsorbierende Materialien so zu wählen, daß die verunreinigenden Materialien bei einer niedrigeren Betriebstemperatur desorbiert werden als die Zielmaterialien.
Eine sorgfältige thermische Programmierung erlaubt es, diese Eigenschaften zu benutzen. Ein Beispiel ist, das Desorberrohr 248 mit dem Ventil 226 in Position 2 auf kontrollierte Weise zu erwärmen. Die Verunreinigungsstoffe wie beispielsweise Wasserdampf usw. werden nicht stark adsorbiert und eine niedrige Temperatur bewirkt, daß ein Hauptteil dieser Stoffe den Adsorber verläßt und durch die Abzugsöffnung aus dem System geht. Gleichzeitig werden die Zielmaterialien nicht desorbiert und verbleiben am Ende des Adsorberrohres 248 in der Nähe des Tores 6. Wenn die Position des Rotors im Sechstoreventil jetzt in die Position 1 geändert wird, werden zwei wichtige Änderungen gemacht. Das Adsorberrohr ist jetzt mit der nächsten Stufe in der Folge verbunden und das reine Trägergas strömt durch das Adsorberrohr in der zur vorherigen Gasstromrichtung entgegengesetzten Richtung. Eine schnell gesteuerte Zunahme der Temperatur bewirkt nun, daß die Probe in kurzer Zeitperiode desorbiert wird. Dies resultiert in einer durch den vorstehend beschriebenen Adsorptions- und Desorptionsprozeß gereinigten Probe, die zu der im Minimum des reinen Trägergases enthaltenen nächsten Stufe im Prozeß geht. Infolgedessen ist die Probe zweimal von Verunreinigungsstoffen gereinigt und in einem viel reduzierteren Volumen aus reinem Inertträgergas konzentriert worden.
Der nächste Schritt im Reinigungs- und Konzentrationsprozeß kann ein anderes Sechstoreventil mit einem Desorptionsrohr kleineren Durchmessers sein. Das letzte Desorptionsrohr sollte im Durchmesser an die Säule eines der Analysatoren, beispielsweise den Analysator 234 angepaßt sein, der ein Gaschromatograph sind. Wenn dies getan wird, ist die Folge eine idiale Probeninjektion in den Gaschromatographen. Tatsächlich ermöglicht eine sorgfältige Gestaltung und Konstruktion, daß das Desorptionsrohr den gleichen Innendurchmesser wie eine Kapillargaschromatographensäule aufweist. Das die zwei Sechstoreventile verbindende Rohr kann als ein Desorberrohr für Reinigungs- und Konzentrationszwecke verwendet werden. Es kann mit Absorptionsmitteln bepackt und mit einer Heiz- und Temperaturmeßeinrichtung, beispielsweise elektrische Anschlüsse und Thermoelemente, ausgerüstet sein.
Das in den verschiedenen Konzentrationsstufen der Zielmaterialien verwendete adsorbierende Material kann aus einer Gruppe Materialien ausgewählt sein, die zur Dampfprobenentnahme geeignet sind, darunter Tenax und Carbotrap. Es gibt andere adsorbierende Materialien, die bei der vorliegenden Erfindung in Abhängigkeit von den zu detektierenden und isolierenden partikelförmigen Materialien verwendet werden können.
Der PSUV 200 weist auch eine Anbringung für eine tragbare Probenentnahmeeinrichtung 292 auf, die in Figur 11A gezeigt ist. Die Verbindung ist ein Rohr 223, die mit dem in Figur 7 oder 8 gezeigten Rohr 118 durch das Ventil 221 verbunden ist. Das Rohr 118 kann aus rostfreiem Stahl, Aluminium oder sogar ABS-Kunststoff bestehen. Normalerweise zieht das Gebläse 202 eine Luftprobe aus der Kammer 100, wenn jedoch das Ventil 299 die Kammer 100 abschließt und das Ventil 221 geöffnet wird, zieht das Gebläse 202 eine Luftprobe aus der Wand 292. Die Wand 292 kann dampfförmige und/oder partikelförmige Emissionen aus einem spezifischen Bereich an einer Einzelperson oder einem Objekt ziehen. Die Wand 292 wird zum intensiven Probenehmen an einer Einzelperson verwendet, wenn die Ergebnisse aus dem Durchgang durch die Kammer 100 ergebnislos sind.
Eine zweite Verwendung der handgehaltenen Wand 292 besteht darin, dampfförmige und/oder partikelförmige Emissionen von Gepäck zu ziehen, das gerade im Laderaum des Flugzeugs gespeichert wird. Das System mit der handgehaltenen Wand 292 hat sich als Einrichtung zum Detektieren von Explosivstoffdämpfen in Packungen und Gepäck sehr effektiv erwiesen. Bei Tests, bei denen die handgehaltene Wand 292 gegen Pappschachtelpackungen und verschiedene Arten Gepäck gehalten worden ist, wurden positive Identifikationen niedriger Explosivstoffdampfniveaus bzw. - pegel gemacht, die annähernd einem Drittel eines Dynamitstabes äquivalent sind. Außerdem kann, wie in Figur 11B gezeigt, die handgehaltene Wand 292 an einer Probenentnahmebox 294 angebracht werden, die zur Verstärkung der Effizienz der Detektion über Gepäck angeordnet ist und eine Einrichtung zum automatischen Gepäckschutz durch Einschluß eines Förderbandes 298 bildet. Die Wand 292 ist an der Probenentnahmebox 294 durch eine Verbindungseinrichtung 296 angebracht.
Bei einer zweiten Ausfuhrungsform der tragbaren Probenentnahmeeinrichtung 292 ist ein Partikelsammler und -detektor (PSUD) 400 vorgesehen. Wie in Figur 12a gezeigt ist der PSUD 400 zum Rohr 223 aus rostfreiem Stahl ausgerichtet zwischen dem Ventil 221 und einem flexiblen Schlauch 290 angeordnet. Der PSUD 400 besteht aus einer rotierenden Kreisebene 402, einer Sammelkammer 404, einer Desorptionskammer 406, einer Spülkammer 408, einem Schrittmotor 410, einem Sechstoreventil 412, einem Paar Gasversorgungen 414a und 414b und einem chemischen Analysator 416. Die rotierende Kreisebene 402 weist drei kreisförmige Löcher 418, 420 und 422 auf, die im gleichem Abstand von 120 Grad voneinander angeordnet sind und mit Maschenschirmen 424, 426 und 428 aus rostfreiem Stahl abgedeckt sind. Die durch den Schrittmotor 410 betätigte rotierende Kreisebene 402 wird bei jeder Probenentnahmeperiode um 120 Grad gedreht, sodaß jedes einzelne der Löcher 418, 420 und 422 entweder die Sammelkammer 404, die Desorptionskammer 406 oder die Spülkammer 408 einnimmt. Zur Erläuterung des Betriebs des PSUD 400 wird eine vollständige Drehung der Kreisebene 402 um 360 Grad beschrieben.
Zu dieser Erläuterung sei angenommen, daß das Loch 418 mit dem Schirm 424 zum Startzeitpunkt in der Sammelkammer 404 ist. In dieser Position sind das Loch 418 und der Schirm 424 direkt zum Rohr 223 aus rostfreiem Stahl ausgerichtet, und infolgedessen kann der das Loch 418 abdeckende Schirm 424 partikelförmigen Stoff sammeln, der während einer Probenentnahmeperiode von der handgehaltenen Wand 292 gezogen werden kann. Der partikelförmige Stoff kann aus kleinen Partikeln oder Tröpfchen des Zielmaterials selbst oder kleinen Partikeln oder Tröpfchen bestehen, die an Staubpartikeln oder anderen Dampftröpfchen anhaften. Der durch die Wand 292 eingezogene partikelförmige Stoff wird auf dem Schirm 424 physikalisch eingefangen oder adsorbiert. Jeder nicht vom Schirm 424 eingefangene partikelförmige Stoff geht direkt durch den PSUV 200 zur Standardvorkonzentration. Der Schirm aus rostfreiem Stahl kann in der Maschenweite so variiert werden, daß er Partikeln spezifischer Größe sammeln kann. Bei Vollendung der Probenentnahmeperiode wird der Schrittmotor 410 durch das (nachfolgend beschriebene) Steuerungssystem in Eingriff gebracht und dreht die Kreisebene um 120 Grad, wobei das Loch 418 und der Schirm 424 in der Desorptionskammer 406 angeordnet werden.
Die Desorptionskammer 406 ist eine abgedichtete Kammer, die ein Paar elektrischer Anschlüße 430 aufweist, welche an den Schirm 424 aus rostfreiem Stahl angeschlossen sind, wenn dieser Partikelschirm die Desorptionskammer 406 einnimmt. Das Paar Anschlüsse 430 liefert einen computergesteuerten Strom an den Schirm 424 aus rostfreiem Stahl, um eine spezifische Menge Wärmeenergie zum effektiven Desorbieren des gesammelten partikelförmigen Stoffs zu erzeugen. Nachdem die gewünschte Temperatur für die Desorption erreicht ist, beseitigt eine kleine Menge Trägergas aus der Gasversorgungseinrichtung 414a das desorbierte Material aus der Desorptionskammer 406 über eine Leitung 401 in das Sechstoreventil 412. Der Betrieb des Sechstoreventils 412 ist exakt der gleiche wie der früher mit einer Injektionsposition und einer Ladeposition beschriebene. Während des Injektionszyklus wird die weiter konzentrierte Probe in den chemischen Analysator 416 injiziert. Bei dieser Ausführungsform ist der Analysator 416 ein Gaschromatograph. Es sei darauf hingewiesen, daß während des Desorptionsprozesses, bei welchem das Loch 418 und der Schirm 424 in der Desorptionskammer 406 sind, sich das Loch 420 und der Schirm 426 in der Sammelkammer 404 befinden und die nächste Probe aus partikelförmigem Stoff sammeln. Bei Vollendung der Desorption des partikelförmigen Stoffs wird der Schrittmotor 410 in Eingriff gebracht und die Kreisebene 402 wird um 120 Grad gedreht, wobei das Loch 418 und der Schirm 424 in der Spülkammer 408, das Loch 420 und der Schirm 426 in der Desorptionskammer 406 und das Loch 422 und der Schirm 428 in der Sammelkammer 404 angeordnet werden.
Die Spülkammer 408 ist eine abgedichtete Kammer ähnlich der Desorptionskammer 406. In dieser Position ist ein zweites Paar elektrischer Anschlüsse 432 mit dem Schirm 424 verbunden. Das zweite Paar elektrischer Anschlüsse 432 liefert einen computergesteuerten Strom zur Erzeugung einer spezifischen Menge Wärmeenergie zum Desorbieren jeden verbleibenden partikelförmigen Stoffs, der auf dem Schirm 424 zurückbleibt. Ein Gasstrom aus der Gasversorgung 414a wird zum Beseitigen des desorbierten Materials durch ein Loch in der Kammer 408 in die Umgebung verwendet. Es sei darauf hingewiesen, daß während des Spülprozeßes das Loch 420 und der Schirm 426 in der Desorptionskammer 406 sind und sich das Loch 422 und der Schirm 428 in der Sammelkammer 404 befinden und die nächste Probe partikelförmigen Stoffs sammeln.
Bei einer alternativen Ausführungsform des PSUD 400 ist der Analysator 416 ein Ionenmobilitätsspektrometer. Die alternative Ausfuhrungsform ist in der Figur 12b gezeigt. Wie in dieser Figur dargestellt besteht die einzige signifikante Änderung in der Substitution eines Dreiwegeventils 434 anstelle des Sechstoreventil 412. Bei dieser Ausführungsform ist der Desorptionsprozeß identisch mit dem früher beschriebenen, jedoch beseitigt das Trägergas das desorbierte Material in ein Dreiwegeventil 434 anstelle des Sechstoreventils 412. Das Dreiwegeventil 434 ist eine einfache Einrichtung, die entweder den aus der Gasversorgung 414a hereinkommenden Gasstrom in die Umgebung oder in den Analysator 416 ausläßt.
Der PSUD 400 ist so gestaltet, daß die Bewegung der Kreisebene 402 die Löcher 418, 420 und 422 an jeder Stelle in fest abgedichteten Positionen anordnet, so daß es keine Kontamination mit der Umgebungsluft gibt. Die genaue Bewegung der Kreisebene 402 wird automatisch durch das (nachfolgend zu beschreibende) Steuerungssystem gesteuert und vom Schrittmotor 410 betätigt.

ANALYSE

Die Analyse des gereinigten Zielmaterials besteht in der Identifizierung der Materialien und Bestimmung der vorhandenen Mengen. Da die ursprünglichen Konzentrationen in Bezug auf viele andere herkömmliche Umgebungsmaterialien so niedrig sind, ist es möglich, daß es dort selbst bei den besten Reinigungs- und Konzentrationssystemen einige verbleibende Verunreinigungen von Materialien mit zu den Zielmaterialien ähnlichen Charakteristiken gibt. Infolgedessen muß das Analysesystem die Reaktion auf das Zielmaterial von der Reaktion aufgrund der störenden Materialien separieren können.
Es werden zwei Formen von Analysesystemen entweder separat oder in Kombination verwendet. Diese Systeme sind ein auf einem Ionenmobilitätsspektrometer (IMS) 236 basierendes Analysesystem und ein auf einem Gaschromatographen (GC) 234 basierendes System. Der Enddetektor für den GC 234 ist üblicherweise ein Elektroneneinfangdetektor (EED), jedoch kann der IMS 236 ebenfalls als der Detektor verwendet werden, wenn es erwünscht ist. In Abhängigkeit von der Anwendung können auch ein Photoionisationsdetektor oder ein Stickstoff-Phospor-Detektor oder ein anderer Detektor verwendet werden. Der GC 234 kann von der Art der "gepackten Säule" oder der Art der Kapillarsäule sein. Die beiden Analysatoren 234 und 236 können seperat oder in Kombination verwendet werden. Ein Ventil 235 wird zum Lenken der gesammelten und gereinigten Probe zu einem oder beiden Analysatoren verwendet. Der im PSUD 400 verwendete Analysator 416 ist entweder ein Gaschromatograph oder ein Ionenmobilitätsspektrometer und er ist als eine von den Analysatoren des PSUV 200 seperate Ganzheit vorhanden, jedoch ist sein Betrieb zu dem der oben beschriebenen Analysatoren identisch.
Welches Analysesystem auch immer benutzt wird, die Analyse muß in einer Zeit vollendet sein, die so kurz ist, daß der freie Strom aus Menschen und Gepäck nicht übermäßig gehemmt wird. Dies impliziert auch, daß die Zeit für den Konzentrations- und Reinigungsprozeß ebenso kurz ist.
Wenn alle Ventile des Systems motorgetriebene oder magnetbetriebene Ventile sind, können die Zeitsteuerungen und die Größe die Stromrichtungen gesteuert und variiert werden. Die Zeit- und Temperaturparameter sind gesteuert und variabel. Infolgedessen können die physikalischen Charakteristiken des kompletten Systems eingestellt werden, um einen weiten Bereich von Zielmaterialien zu detektieren, und die Empfindlichkeiten können eingestellt werden, um einem weiten Gefährdungsbereich zu genügen, wie er von den das System verwendenden Autoritäten erwartet wird.
Alle bei der Sammlung und Konzentration als auch der Endanalyse des gesammelten Materials involvierten Prozesse werden durch den Computer des Steuerungs- und Datenverarbeitungssystems gesteuert und im folgenden Abschnitt vollständig erläutert.

STEUERUNG UND DATENVERARBEITUNG

Das primäre Erfordernis für das Steuerungs- und Datenverarbeitungssystem des Schutzsystems liegt darin, daß es das Vorhandensein, und wenn erforderlich, das Niveau spezifizierter Substanzen meldet. Dies bedeutet, daß die Einrichtung so konfiguriert und gesteuert werden muß, daß es die notwendige Messung ausführt, und es bedeutet auch, daß das Ergebnis dem Anwender in brauchbarer Form präsentiert werden muß. Der Gegenstandsoder Zielmaterialien können in der Umgebung des Systems in variierenden Mengen vorhanden sein, und deshalb muß das System zwischen diesem Hintergrundniveau und einem Alarmniveau unterscheiden können. Es kann auch ein Erforderniss sein, dieses Hintergrundniveau zu melden.
Ein sekundäres Erfordernis für das Steuerungs- und Datenverarbeitungssystem des integrierten Systems ist Selbstdiagnose, da beträchtliche Zeit zwischen Alarmen liegen kann. Das Steuerungs- und Datenverarbeitungssystem muß statistisch sichere Prüfungen ausführen, welche die Befehle gebende Bedienungsperson zufriedenstellt. Es müssen auch am ganzen System Routineselbstprüfungen und Kalibrierungsprozeduren durch das Steuerungs- und Datenverarbeitungssystem ausgeführt werden. Grundsätzlich stellt dies sicher, daß die Prüfergebnisse, ob positiv oder negativ, glaubhaft sind.
Ein drittes Erfordernis des Steuerungs- und Datenverarbeitungssystems ist die leichte Rekonfviguration und Anpassungsfähigkeit. Der Bereich der Zielmaterialien kann von Zeit zu Zeit geändert werden und das System muß ihre internen Betriebsparameter und der Programmsteuerung variieren können, um diese Materialien zu detektieren. Es ist günstig, wenn die Rigorosität oder Exaktheit der Messung, ausgedrückt in Zeitbeschränkungen und Zahl und Arten detektierter Substanzen, zu jedem Zeitpunkt auf schnelle Weise veränderbar ist. Die Erfordernisse des Anwenders, ausgedrückt in Gefährdungsniveau und Arten von Materialien, können sich schnell ändern und die Einrichtung muß auf diese Änderungserfordernisse ansprechen.
Das Enderfordernis für das Steuerungs- und Datenverarbeitungssystem ist, daß die Parameter und Operationen der Probenentnahmekammer und des PSUV überwacht und gesteuert werden müssen. Dies bedeutet, daß alle internen Zeitsteuerungen, Temperaturen und mechanischen Komponenten durch das Steuerungs- und Datenverarbeitungssystem kontrollierbar sein müssen.
Das primäre Verfahren zur Erzielung dieser Erfordernisse ist, das ganze System unter die Steuerung eines Digitalcomputers mit gespeichertem Programm zu stellen. Dieser Computer führt durch eine Reihe modularisierter Softwareroutinen die Datenanalyse aus und präsentiert die Ergebnisse dem Anwender in der benötigten Form. Der Computer führt durch eine andere Reihe modularisierter Softwareroutinen kontinuierlich die Selbstdiagnose- und Selbstkalibrierungsprozedur am ganzen System aus und wamt den Anwender bei irgendwelchen potentiellen Problemen. Der Computer steuert durch einen noch anderen Satz modulansierter Softwareroutinen alle Prozesse des ganzen Systems, was in nachfolgenden Abschnitten deutlicher dargestellt wird.
Ein primärer Vorteil dieses Steuerungssystems ist Zuverlässigkeit. Die Komponenten selbst sind robust und zuverlässig und nicht fehleranfällig. Jedoch ist jedes aus vielen Gegenständen aufgebaute System aufgrund von Umgebungsänderungen und der Zeit Driften unterworfen. Indem alle Komponenten unter Programmsteuerung sind und das System für eine bekannte Eingabe wie beispielsweise eine gesteuerte Injektion von Zielmaterial oder eines Zielsimulanten ausgelegt ist, kann es ein Kalibrierungs- und Selbstdiagnoseprogramm geben. Die Funktion dieses Programms ist, das ganze System zu kalibrieren und die benötigte Zeit und Temperaturparameter usw. zu bestimmen und speichern. Wenn diese Parameter aus irgendeinem Grund nicht in den spezifizierten Grenzen liegen, kann das Programm den Anwender warnen. Geführt durch ein Serviceprogramm kann die Anwenderreaktion von einem unmittelbaren Abschalten bis zu einem planmäßigen Service zu einem späteren Zeitpunkt reichen, um einfach die Umstände zu kennzeichnen. Durch Verwendung eines Modems kann diese Information leicht irgendwohin in der Welt übertragen werden. Der andere Zuverlässigkeitsaspekt in einem System dieser Art ist, daß der Anwender wissen muß, daß das System zuverlässig ist. Es gibt, was zu Hoffen ist, sehr lange Zeitperioden zwischen tatsächlichen Alarmereignissen. Wenn es jedoch ein Kalibrierungs- und Selbstdiagnoseprogramm und zugeordnete Hardware für realistische Probeninjektion gibt, kann der Anwender jederzeit ein tatsächliches/simuliertes Alarmereignis als eine Vertrauensprüfung erzeugen.
Der zweite primäre Vorteil dieses Steuerungssystems ist Anpassungsfähigkeit bzw. Versatilität. Es ist für das System von Vorteil, daß es einen weiten Bereich von Explosivstoffen einen weiten Bereich von kontrollierten chemischen Mitteln, Arzneimitteln, Drogen und Narkotika usw. detektieren kann. Alle diese Materialien haben unterschiedliche physikalische und chemische Eigenschaften. Diese Eigenschaften geben Anlaß zu einem Satz interner Parameter zur optimalen Detektion. Diese Parameter sind jedoch für einige andere Materialien weniger optimal. Wenn jedoch alle diese Parameter steuerbar sind und leicht geändert werden können, beispielsweise durch einfaches Einlesen oder Aktivieren eines anderen Programms im Computerspeicher, kann der Anwender ohne irgendwelche Hardwareänderungen auszuführen das System effektiv ändern, um dem zu begegnen, was zu diesem Zeitpunkt als Gefahr betrachtet wird.
In der Figur 13 ist ein Blockschaltbild des Steuerungsund Datenverarbeitungssystems 300 und der ihm zugeordneten periphären Elemente dargestellt. Der Prozessor oder Digitalcomputer 302 ist ein bei 10 MHz laufender Personalcomputer von AT mit einem Standard-Videoanzeigeanschluß 304. Der Computer 302 spricht auf Prozeßsteuerung, Datenerfassung, Datenanalyse und Anzeige von Ergebnissen an. Außerdem enthält der Computer 302, wie vorstehend erwähnt, Softwareroutinen für Selbstdiagnoseund Selbstkalibrierungsprozeduren. Der Computer 302 empfängt wie die Probenentnahmekammer 100, die Hydraulikpumpe 210b, welche der hydraulischen Steuerungseinheit 210a Hydraulikdruck zuführt, und die Prozeßsteuerungseinheit 308 Energie von der Energieverteilungseinheit 306. Die Prozeß- und Steuerungseinheit 308 ist unter der Steuerung des Computers 302 stehende Schnittstelle und erzeugt die notwendigen Signale zum Betrieb der hydraulischen Steuerungseinheit 210a, der Vorkonzentratorsteuerungseinheit 214 und der Schnittstellensteuerungseinheit 238.
Die Prozeßsteuerungseinheit 308 ist eine Standard-Schnittstelleneinheit zwischen dem Computer 302 und verschiedenen Betätigern. Die hydraulische Betätigungseinheit 210a bestimmt die Antriebsrichtung des Hydraulikkolbens, der, wie in Figur 7 gezeigt, zum Ent- und Verriegeln der Filterelemente 206 und 208 des primären Vorkonzentrators 201 auf- und abgeht, sodaß sie, wie in einem früheren Abschnitt beschrieben, von der Position 1 zur Position 2 gedreht werden können. Unter der Softwaresteuerung gibt die Prozeßsteuerungseinheit 308 Befehle an die hydraulische Betätigungseinheit 210a aus, die ein nicht gezeigtes Zweiwegesolenonid ist, und rückt den Hydraulikkolben ein oder aus. Die Vorkonzentratorbetätigungseinheit 214 ist ein Schrittmotor, der die Filterelemente 206 und 208 dreht, nachdem sie durch die hydraulische Betatigungseinheit 210a nicht länger an Ort und Stelle verriegelt sind. Der Schrittmotor wird unter Softwaresteuerung betrieben. Die Schnittstellenbetätigungseinheit 238 ist ebenfalls ein Schrittmotor, der zum Drehen des beim sekundären Vorkonzentrator 203 verwendeten Mehrtoreventils 226 von der Position 1 zur Position 2 und umgekehrt verwendet ist. Die PSUD-Betätigereinheit weist zwei Schrittmotoren auf, einen zum Drehen der Kreisebene 402 und einen zur Betätigung des Sechstoreventils 412 oder des Dreiwegeventils 434. Daten aus den Analysatoren 234 und 236 werden direkt zur Verarbeitung in den Computer 302 gebracht. Daten aus dem Gaschromatographen/EED-System 234 werden als eine variierende Frequenz in den Computer 302 gegeben, und Daten aus den IMS-System 236 werden als variierende Analogspannung in den Computer 302 gegeben. Die Dateneingabe in den Computer 302 ist durch den Prozessor 302 mit dem Prozeßsteuerungsmodul 308 korreliert, welches die notwendigen Unterbrechungen für den Prozessor 302 erzeugt, sodaß die Daten in den richtigen Zeitintervallen eingegeben werden können.
Der Computer 302 weist einen internen Taktgeber auf, der den Referenztakt für alle Zeitsteuerungsfolgen erzeugt. Da alle Ventile und mechanischen Bewegungen durch den Computer betatigt werden, sind alle Gas- und Probenströme in der Einrichtung in bezug auf den Zeitpunkt der Betätigung steuerbar. Die relative Sequenzierung und Zeitsteuerung von Betatigungen sind einfache Schritte in einem im Speicher des Computers gespeicherten Programm. Außerdem werden alle Temperaturen in der Einrichtung in den Computer gelesen und alle Erwärmungsfunktionen werden durch den Computer betätigt. Deshalb stehen alle Temperaturen und deren Größe zu jedem Zeitpunkt und jeder Änderungsrate in bezug auf die Zeit unter Programmsteuerung. Das Datenausgangssignal aus dem EED 234 und dem IMS 236 werden als notwendig verarbeitet, und die benötigte Information wird durch den gleichen Computer extrahiert und angezeigt.
Die Figur 14a ist ein Flußdiagramm 500, welches die ganze Prozeßsteuerung als durch die Steuerungs- und Datenverarbeitungssysteme ausgeführt und vom Computer 302 betrieben zeigt. Der Block 502 des Flußdiagramms 500 ist einfach der Startpunkt oder Eingang in das ganze Softwarepaket. Der Ablaufdiagnoseblock 504 stellt den Block der Software dar, der auf die Selbstdiagnose und Selbstkalibrierung anspricht. Der Luftprobenblock 506 stellt den Block des Codes dar, der bewirkt, daß die von der Probenentnahmeöf fnung der Probenentnahmekammer gezogene Luftprobe in den PSUV gezogen wird. Nach dem Luftprobenblock 506 teilt sich das Flußdiagramm 500 in zwei Wege, die gleichzeitig durchlaufen werden können. Ein Weg stellt den normalen Betrieb des PSUV 200 dar, während der zweite Weg den Betrieb des PSUD 400 darstellt. Der erste Weg ist folgender: Die Freigabefilterblöcke 508 stellen den Softwareblock dar, der auf die Steuerung der hydraulischen Steuerungseinheit anspricht. Der Filterdrehblock 510 stellt den Softwareblock dar, der auf die Steuerung der Vorkonzentratorsteuerungseinheit anspricht. Der Filterverriegelungsblock 512 stellt den Softwareblock dar, der auf die Steuerung der hydraulischen Steuerungseinheit derart anspricht, daß er der Einheit befiehlt, die Filterelemente in der Halteeinrichtung zu verriegeln. Der Dampfdesorptionsblock 514 stellt den Softwareblock dar, der auf die Steuerung der Heizeinrichtung und den Strom reinen Gases im Desorptionsprozeß anspricht. Der Mehrtoreventildrehblock 516 stellt den Softwareblock dar, der auf die Steuerung des Mehrtoreventils des sekundären Vorkonzentrators anspricht, sodaß die konzentrierte Probe richtig zu den Analysatoren geleitet wird. Der Datenerfassungsblock 518 stellt den Softwareblock dar, der auf die Datenerfassung aus den Analysatoren und die nachfolgende Analyse und Anzeige der resultierenden Daten anspricht. Die Software ist ein zyklischer Prozeß und nach dem Schritt 518 kehrt er zur Probenentnahmeschritt 506 zurück und läuft weiter bis er gestoppt wird. Der zweite Weg ist folgender: Der PSUD- Filterdrehblock 520 stellt den Softwareblock dar, der auf die Steuerung der Drehung der Kreisebene anspricht. Der PSUD- Partikelsammelstoffheizblock 522 stellt den Softwareblock dar, der auf die elektrische Erwärmung der Schirme aus rostfreiem Stahl während des Desorptionsprozesses anspricht. Der PSUD- Sechstoreventildrehblock 524 stellt den Softwareblock dar, der auf die Steuerung des Sechstoreventils anspricht, sodaß die konzentrierte Probe richtig zum Analysator geleitet wird. Der PSUD-Datenerfassungsblock 526 stellt den Softwareblock dar, der auf die Datenerfassung aus den Analysatoren und die nachfolgende Analyse und Anzeige der resultierenden Daten anspricht. Die Software ist ein zyklischer Prozeß und nach dem Schritt des Blocks 526 kehrt er zum Probenentnahmeschritt 506 zurück und läuft weiter bis er gestoppt wird. Wie früher dargelegt ist die Softwareroutine modularisiert und kann deshalb leicht geändert, erneuert, entfemt oder hinzugefügt werden.
Die Figur 14b ist ein Flußdiagramm 500' das mit einer Ausnahme einen zum Flußdiagramm 500 in Figur 14a identischen Prozeß ausführt. Im Flußdiagramm 500' ist der PSUD-Sechstoreventildrehblock 524 nach Figur 14a durch einen PSUD-Dreiwegeventilbetätigungsblock 528 ersetzt. Der PSUD-Dreiwegeventilbetätigungsblock 528 stellt den Softwareblock dar, der auf die Steuerung des Dreiwegeventils in der Ionenmobilitätsausfuhrüng anspricht, so daß die konzentrierte Probe richtig zum Analysator geleitet wird.
Für den Schutz- bzw. Prüfprozeß existieren zwei Schemata. Das sequentielle Schema benötigt annähernd 14,0 Sekunden zur Vollendung eines Schutzzyklus und das gleichzeitig laufende Schema benötigt annähernd 3,6 Sekunden zur Vollendung eines Schutzzyklus. Beide Schemata sind unter Verwendung der in den Figuren 14a und 14b dargestellten Flußdiagramme 500' implementiert, jedoch umfaßt das gleichzeitig laufende Schema, wie der Name impliziert, die Ausfuhrung gewisser in den Schutzprozeß involvierter Operationen in überlappender oder mehrfach prüfender Umgebung. Grundsätzlich laufen im gleichzeitig laufenden Schema die Softwareroutinen in einem Vordergrund/Hintergrund- Szenario in einem Realunterbrechungsmodus. Bei dieser Art Szenario können die mechanischen Operationen im Hintergrund ablaufen, während die Analyse und Datenverarbeitung im Vordergrund ablaufen können. Die Figuren 14a und 14b sind generelle Darstellungen der Software und sollten nicht als ein Zeitsteuerungsdiagramm aufgefaßt werden. Die unten angegebene Tabelle 1 stellt die benötigten Schritte und zugeordneten Zeiten dar, die bei der das sequentielle Schema verwendenden Schutzprozedur involviert sind. Tabelle 1
In der Figur 15 ist ein Zeitsteuer- oder Folgediagramm 600 zum Darstellen der im gleichzeitig laufenden Probenentnahmeschema jeweils gegebenen verschiedenen Zeitparameter angegeben. Jeder Zeitbalken besteht aus fünf Kästchen, welche die verschiedenen Schritte im Prozeß anzeigen. Kästchen 602 stellt die Luftprobenentnahmeschrittzeit dar, Kästchen 604 stellt die Zeit für die in die Sammlung der Probe involvierten mechanischen Schritte dar, Kästchen 606 stellt die dem Injizieren der konzentrierten Probe in die chemischen Analysatoren zugeordnete Zeit dar und Kästchen 610 stellt die Analysezeit dar. Da sie annähernd 2,5 Sekunden zum Durchgang durch das Tor benötigen, können zwei Menschen in 5 Sekunden hindurchgehen und infolgedessen ist das Zeitsteuerdiagramm 600 für zwei Menschen dargestellt. Zum Berechnen der Gesamtzeit für eine einzelne Person, die annähernd 3,6 Sekunden beträgt, ist von der Gesamtzeit für die ersten zwei zu prüfenden Menschen, die 14,4 Sekunden beträgt, die Zeit zur Probenentnahme und Sammlung der Probe von den nächsten zwei Menschen subtrahiert, die annähernd 7,2 Sekunden beträgt, was eine Zeit von annähernd 7,2 Sekunden für zwei Menschen und 3,6 Sekunden für eine einzelne Person zur Folge hat. Wie im Diagramm 600 angedeutet, überlappt das gleichzeitig laufende Schema in der Probenentnahme- und Sammelperiode. Die drei verbleibenden Zeitlinien sind mit identische Bezugszeichen bezeichnet, denen ein Beistrich, doppelter Beistrich und dreifacher Beistrich hinzugefügt ist.
Obgleich die als am praktikabelsten und bevorzugtesten angesehenen Ausführungsformen gezeigt und dargestellt worden sind, ist einzusehen, daß Abweichungen von den beschriebenen und gezeigten speziellen Verfahren und Ausgestaltungen den Fachleuten von sich aus nahegelegt sind und ohne Abweichung vom Gedanken und Rahmen der Erfindung verwendet werden können. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die speziell beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern soll so ausgeführt sein, daß sie alle Modifikationen, die in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen, umfaßt.

Claims

1. Durchgangs-Explosivstoffdetektions-Schutzsystem zur Detektion verborgener Explosivstoffe, chemischer Mittel und anderer kontrollierter Substanzen wie beispielsweise Drogen, Arzneimittel und/oder Narkotika durch Detektieren deren dampfund/oder partikelförmiger Emissionen, bestehend aus

a) einer Durchgangs-Probenentnahmekammereinrichtung (100) zum Sammeln einer Probe aus der Umgebung einer die Probenentnahmekammereinrichtung (100) passierenden Person und/oder eines diese Kammereinrichtung (100) passierenden Objekts durch Beseitigen der dampf- und/oder partikelförmigen Emissionen von der Person oder dem Objekt, wobei die Probenentnahmekammereinrichtung (100) ein Eingangs- und Ausgangstor, die an wenigstens zwei Wänden (102a, 102b) definiert sind, und eine konvergente Decke (106) aufweist, die sich in einen luftgefüllten Raum öffnet,

b) einem Paar einwärts gerichteter und vertikal orientierter Luftstromführungseinrichtungen (112a, 112b, 112c, 112d) auf jeder Seite sowohl des Eingangs- als auch Ausgangstores, wobei die Luftstromführungseinrichtungen Luft mit vorbestimmter Geschwindigkeit zu einem Zentralbereich der Probenentnahmekammereinrichtung leiten und die Kombination der Luftströme aus dem Paar einwärts gerichteter und vertikal orientierter Luftstromführungseinrichtungen eine dynamische Hochdruckzone in der Probenentnahmekammereinrichtung (100) erzeugen,

c) einer Einrichtung (114) zum Rezirkulieren von Luft zwischen dem Paar einwärts gerichteter und vertikal orientierter Luftstromführungseinrichtungen (112a, 112b, 112c, 112d) und dem lufigefüllten Raum, wobei die Rezirkulationsluft eine dynamische Niedrigdruckzone im Bereich der konvergenten Decke (106) erzeugt und die dynamische Hoch- und Niedrigdruckzone in der Probenentnahmekammereinrichtung (100) einen Bereich erzeugen, der keine beträchtliche Menge Luft in oder aus dem Eintritts- und Austrittstor läßt,

d) einer Probensammeleinrichtung (200) zum Sammeln eines Probenluftvolumens, das von dem die Probenentnahmekammereinrichtung (100) passierenden Individuum oder Objekt fortgenommen wird, wobei die Probensammeleinrichtung eine Einrichtung zum Sammeln eines Luftvolumens aus einer im ausgefüllten Raum befindlichen und in der konvergenten Decke zentrierten Probenentnahmeöffnung aufweist,

e) einer Einrichtung (201) zum Konzentrieren des von der Probensammeleinrichtung gesammelten dampf- und/oder partikelförmigen Emissionen, wobei die Einrichtung (201) zum Konzentrieren eine erste Einrichtung (206, 207) zur Adsorption und eine zweite Einrichtung (205, 208) zur Desorption des konzentrierten Dampfes und/oder Partikelmaterials aufweist, und

f) einer Detektoreinrichtung (234 - 236), welche auf die von der zweiten Einrichtung (205, 208) zum Desorbieren desorbierten dampf- und/oder partikelförmigen Emissionen anspricht, um ein erstes Signal und einen Alarm zu erzeugen.

2. Durchgangs-Explosivstoffdetektions-Schutzsystem nach Anspruch 1, wobei die Durchgangs-Probenentnahmekammer-einrichtung (100) rechteckige Geometrie von annähernd sechs Fuß (1 Fuß = 30,48 cm) Länge, drei Fuß Breite und sieben Fuß Höhe und eine konisch geformte Decke (106) aufweist.

3. Durchgangs-Explosivstoffdetektions-Schutzsystem nach Anspruch 2, wobei das Paar einwärts gerichteter und vertikal orientierter Luftstromführungseinrichtungen aus sechs Schlitzen (113a ..d) von einem Fuß Länge und einem halben Zoll (1 Zoll = 2,5399 cm) Breite in einem Paar Endsäulen (112a ...d) von sechs Zoll Durchmesser auf jeder Seite sowohl des Eingangs- als auch Ausgangstores besteht, wobei die Endsäulen inhere Eineinhalbzoll-Leitflügel aufweisen, um Anregungsluft zu einem ersten Strahistrom (115a ..d) einer Geschwindigkeit von annähernd 17 m/s zu formen, wobei die sechs Schlitze (113a ..d) in einem zum Zentrum der Durchgangs-Probenentnahmekammereinrichtung (100) weisenden Winkel von 45 Grad angeordnet sind.

4. Durchgangs-Explosivstoffdetektions-Schutzsystem nach Anspruch 3, wobei die Durchgangs-Probenentnahmekammereinrichtung (100) ein Paar Seitenluftstromkanälse (116a, 116b) aufweist, die längs des Bodens (104) verlaufen und mit jedem Paar Endsäulen (112a ..d) von sechs Zoll Durchmesser verbunden sind, wobei das Paar Seitenluftstromkanäle jeweils einen zwölf Zoll langen und einen halben Zoll breiten Luftschlitz (117a, 117b,) im Zentrum jedes Paares Seitenluftstromkanäle aufweist, wobei die Schlitze Anregungsluft zu einem zweiten Strahlstrom (119a, 119b) einer Geschwindigkeit von annähernd 15 m/s formen und in einem aufwärts zum Zentrum der Durchgangs- Probenentnahmekammereinrichtung (100) weisenden Winkel von 45 Grad angeordnet sind.

5. Durchgangs-Explosivstoffdetektions-Schutzsystem nach Anspruch 4, wobei die Einrichtung zum Rezirkulieren von Luft mehrere Gebläse (114, 114a) aufweist, die an einem Saugende mit dem ausgefüllten Raum und an einem Ausströmende mit dem Paar Endsäulen (112a ..d) von sechs Zoll Durchmesser verbunden sind, wobei die mehreren Gebläse (114, 114a) jeweils 1000 Kubikfuß Luft pro Minute abgeben können.

6. Durchgangs-Explosivstoffdetektions-Schutzsystem nach Anspruch 1, wobei die Probenentnahmeöffnung (118a) in einem Sammelkanal (110) mit rechteckiger Geometrie von 16 Zoll mal 20 Zoll mal 6 Zoll Abmessung zentriert ist.

7. Durchgangs-Explosivstoffdetektions-Schutzsystem nach Anspruch 5, wobei die Probensammeleinrichtung (200) aufweist

eine Transporteinrichtung zum Sammeln des Luftvolumens aus der Probenentnahmeöffnung (18) und Transportieren des Luftvolumens zur Konzentriereinrichtung (201),

eine tragbare Probenentnahmevorrichtung (292) zum Sammeln eines Probenluftvolumens aus einem speziellen Bereich,

eine Partikel-Sammel- und -Detektoreinrichtung (400) zum Sammeln und Konzentrieren partikelförmiger Emissionen, die von der tragbaren Probenentnahmevorrichtung (292) gesammelt sind, und

ein Probenentnahmegehäuse (294) zum Sammeln eines Probenluftvolumens, welches von Gepäck abgezogen ist, das in dem Probenentnahmegehäuse (294) plaziert wird, wobei die tragbare Probenentnahmevorrichtung (292) zum Abziehen des Probenluftvolumens mit dem Probenentnahmegehäuse (294) verbunden ist.

-.

8. Durchgangs-Explosivstoffdetektions-Schutzsystem nach Anspruch 7, wobei die Transporteinrichtung aus einem Rohr (118, 223) mit einem ersten Ende, das als Probenentnahmeöffnung offen ist, und einem zweiten Ende, das mit einem Sauggebläse (202) zum Ziehen des Luftvolumens aus der Probenentnahmeöffnung in vorbestimmter Zeit verbunden ist, besteht, wobei das Rohr aus rostfreiem Stahl, Aluminium und/oder ABS- Kunststoff bestehen kann.

9. Durchgangs-Explosivstoffdetektions-Schutzsystem nach Anspruch 8, wobei die Konzentriereinrichtung einen primären Vorkonzentrator (201) aufweist.

10. Durchgangs-Explosivstoffdetektions-Schutzsystem nach Anspruch 9, wobei die erste Einrichtung zur Adsorption und die zweite Einrichtung zur Desorption eine auf einer beweglichen Plattform (211) befestigte erste und zweite Filtereinrichtung (206, 208) sind, die zwischen einer Adsorptionsposition und einer Desorptionsposition bewegbar sind, wobei jede der Filtereinrichtungen (206, 208) in Übereinstimmung mit dem Sauggebläse (202) ist und zum Adsorbieren von dampf- und/oder partikelförmiger Emissionen, die in dem Luftvolumen in der Adsorptionsposition enthalten sind, betreibbar ist, und jede der Filtereinrichtungen (206, 208) in Übereinstimmung mit einer Schnittstelleneinrichtung (203) ist, wenn die adsorbierten dampf- und/oder partikelförmigen Emissionen desorbiert werden.

11. Durchgangs-Explosivstoffdetektions-Schützsystem nach Anspruch 10, wobei der primäre Vorkonzentrator (201) eine dritte Filtereinrichtung (209) aufweist, die auf der beweglichen Plattform (211) zwischen der ersten und zweiten Filtereinrichtung (206, 208) angeordnet ist.

12. Durchgangs-Explosivstoffdetektions-Schutzsystem nach Anspruch 11, wobei die erste, zweite und dritte Filtereinrichtung (206, 208, 209) zwischen der Adsorptionsposition, der Desorptionsposition und einer thermischen Reinigung sposition bewegbar sind, wobei jede der Filtereinrichtungen (206, 208, 209) in Übereinstimmung mit dem Sauggebläse (202) ist und zum Adsorbieren von dampf- und/oder partikelförmigen Emissionen, die in dem Luftvolumen in der Adsorptionsposition enthalten sind, betreibbar ist, jede der Filtereinrichtungen (206, 208, 209) in Übereinstimmung mit einer Schnittstelleneinrichtung (203) ist, wenn die adsorbierten dampf- und/oder partikelförmigen Emissionen desorbiert werden, und jede der Filtereinrichtungen (206, 208, 209) in Übereinstimmung mit einer thermischen Reinigungseinrichtung (213) ist, wenn eine andere Filtereinrichtung adsorbiert und/oder desorbiert wird.

13. Durchgangs-Explosivstoffdetektions-Schutzsystem nach Anspruch 12, wobei der primäre Vorkonzentrator (201) aufweist eine Gaszufuhreinrichtung (218, 220) zum Zuführen eines reinen Gasstromes zur ersten, zweiten und dritten Filtereinrichtung (206, 208, 209), wenn sich die jeweilige Filtereinrichtung in der Desorptionsposition befindet, wobei der reine Gasstrom in der thermischen Reinigungsposition zum Desorbieren und Beseitigen des konzentrierten Dampfes und/oder des vom partikelförmigen Stoff in die Schnittstelle (203) ausströmenden Dampfes, wenn sich die Filtereinrichtung in der Desorptionsposition befindet, verwendet wird, wobei der reine Gasstrom zum thermischen Reinigen und Beseitigen eines Restes in die Umgebung, die Desorptionsposition und die thermische Reinigungsposition verwendet wird, wobei die zweite Filtereinrichtung die Desorptionsposition einnimmt, wenn die erste Filtereinrichtung die Adsorptionsposition und die dritte Filtereinrichtung die thermische Reinigungsposition einnimmt, und wobei die dritte Filtereinrichtung die Adsorptionsposition einnimmt, wenn die erste Filtereinrichtung die Desorptionsposition und zweite Filtereinrichtung die thermische Reinigungsposition einnimmt.

14. Durchgangs-Explosivstoffdetektions-Schutzsystem nach Anspruch 13, wobei das reine Gas ein Inertgas ist.

15. Durchgangs-Explosivstoffdetektions-Schutzsystem nach Anspruch 14, wobei die erste, zweite und dritte Filtereinrichtung (206, 208, 209) Drahtschirme aufweisen, welche ein ausgewähltes adsorbierendes Material halten, mit denen sie bedeckt sind.

16. Durchgangs-Explosivstoffdetektions-Schutzsystem nach Anspruch 15, wobei das ausgewählte adsorbierende Material zum Sammeln explosiver Dampf- und/oder Partikelverbindungen und/oder narkotischer Dampf- oder Partikelverbindungen vorgesehen ist.

17. Durchgangs-Explosivstoffdetektions-Schutzsystem nach Anspruch 15, wobei der primäre Vorkonzentrator (201) einen Wärmetauscher (213) zum Zuführen von Wärme zu jeder Filtereinrichtung, wenn diese sich zur Unterstützung der Desorption der dampf- und/oder partikelförmigen Emissionen in der Desorptions- und thermischen Reinigungsposition befinden, aufweist.

18. Durchgangs-Explosivstoffdetektions-Schutzsystem nach Anspruch 13, wobei die erste, zweite und dritte Filtereinrichtung durch ein Steuerungssystem (210, 212, 214, 216) bewegt werden.

19. Durchgangs-Explosivstoffdetektions-Schutzsystem nach Anspruch 18, wobei das Steuerungssystem aufweist.

eine hydraulische Steuerungseinheit (210a) und Pumpe (210b), die mit der Plattform verbunden sind, wobei durch die hydraulische Steuerungseinheit (210a) die Plattform (211) von einer verriegelten Position in eine entriegelte Position bewegbar ist, und

eine Vorkonzentrator-Steuerungseinheit (214), mit der die Plattform (211) drehbar ist, wenn sich die Plattform (211) in der entriegelten Position befindet, wobei die Vorkonzentrator-Steuerungseinheit (214) ein Schrittmotor ist.

20. Durchgangs-Explosivstoffdetektions-Schutzsystem nach Anspruch 7, wobei die tragbare Probenentnahmevorrichtung eine handgehaltene Wand (292) ist, die durch ein flexibles Rohr (290) mit der Transporteinrichtung ventilverbunden ist.

21. Durchgangs-Explosivstoffdetektions-Schutzsystem nach Anspruch 7, wobei die Partikel-Sammel- und -Detektoreinrichtung (400) aufweist

eine rotierende Platte, die eine Drehachse definiert und wenigstens zwei Öffnungen aufweist, die umfangsmäßig in einem Abstand voneinander um die Drehachse angeordnet sind und Maschenschirme aus rostfreiem Stahl zum Sammeln partikelförmiger Emissionen aus der tragbaren Probenentnahmevorrichtung (292) halten,

eine Sammelkammer in Ausrichtung mit der Transporteinrichtung (223) zur Aufnahme der rotierenden Platte, wobei die Maschenschirme aus rostfreiem Stahl Emissionen, die von der tragbaren Probenentnahmevorrichtung (292) gesammelt sind, ausgesetzt sind und diese adsorbieren, und

eine Desorptionskammer zur Aufnahme der rotierenden Platte, wobei die Maschenschirme aus rostfreiem Stahl zum Desorbieren der gesammelten Emissionen erwärmt werden, wobei die desorbierten Emissionen in eine Ventileinrichtung beseitigt werden.

22. Durchgangs-Explosivstoffdetektions-Schutzsystem nach Anspruch 7, wobei die Partikel-Sammel- und -Detektoreinrichtung (400) aufweist

eine rotierende Platte, die eine Drehachse definiert und drei Öffnungen aufweist, die umfangsmäßig in einem Abstand voneinander um die Drehachse angeordnete sind und Maschenschirme aus rostfreiem Stahl zum Sammeln partikelförmiger Emissionen aus der tragbaren Probenentnahmevorrichtung (292) halten,

eine Sammelkammer in Ausrichtung mit der Transporteinrichtung (223) zur Aufnahme der rotierenden Platte, wobei die Maschenschirme aus rostfreiem Stahl Emissionen, die von der tragbaren Probenentnahmevorrichtung (292) gesammelt sind, ausgesetzt sind und diese adsorbieren,

eine Desorptionskammer zur Aufnahme der rotierenden Platte, wobei die Maschenschirme aus rostfreiem Stahl zum Desorbieren der gesammelten Emissionen erwärmt werden, wobei die desorbierten Emissionen in eine Ventileinrichtung beseitigt werden, und

eine Spülkammer zur Aufnahme der rotierenden Platte, wobei die Maschenschirme aus rostfreiem Stahl erwärmt werden, um beliebige verbleibende gesammelte Emissionen zu desorbieren, wobei die desorbierten Emissionen in die Umgebung geblasen werden.

23. Durchgangs-Explosivstoffdetektions-Schutzsystem nach Anspruch 21 oder 22, wobei die Partikel-Sammel- und - Detektoreinrichtung (400) eine PCAD-Betätigungseinheit zur Drehung der rotierenden Platte um einen vorbestimmten Abstand bei jeder Probenentnahmeperiode und gleichzeitiger Steuerung der Ventileinrichtung aufweist.

24. Durchgangs-Explosivstoffdetektions-Schutzsystem nach Anspruch 21 oder 22, wobei die Desorptionskammer ein erstes Paar Elektroden (430) aufweist, welches an die Maschenschirme aus rostfreiem Stahl (422) angeschlossen ist und an die Schirme einen Strom zum schnellen Erwärmen der Schirme und Desorbieren der gesammelten Emissionen anlegt.

25. Durchgangs-Explosivstoffdetektions-Schutzsystem nach Anspruch 23, wobei die Partikel-Sammel- und -Detektoreinrichtung eine chemische Analysatoreinrichtung (234, 236, 416) aufweist, die ein Gaschromatograph oder ein Ionenmobilitätsspektrometer ist.

26. Durchgangs-Explosivstoffdetektions-Schutzsystem nach Anspruch 25, wobei die Ventileinrichtung (226) ein sechstoriges Ventil ist, das eine Schnittstelle zwischen der Desorptionskammer und der chemischen Analysatoreinrichtung ist, oder ein Dreiwegeventil (434), das eine Schnittstelle zwischen der Desorptionskammer und dem chemischen Analysator (234, 236, 416) ist.

(. 27. Durchgangs-Explosivstoffdetektions-Schutzsystem nach Anspruch 23, wobei die PCAD-Betätigungseinheit einen ersten und zweiten Schrittmotor (238, 410) aufweist.

28. Durchgangs-Explosivstoffdetektions-Schutzsystem nach Anspruch 21, wobei die Spülkammer ein zweites Paar Elektroden (432) aufweist, welches an die Maschenschirme aus rostfreiem Stahl (426) angeschlossen ist und den Schirmen (426) einen Strom zum schnellen Erwärmen der Schirme (426) und weiteren Desorbieren der gesammelten Emissionen zuführt.

29. Durchgangs-Explosivstoffdetektions-Schutzsystem nach Anspruch 13, wobei die Schnittstelleneinrichtung ein Verbindungsrohr (222, 223) ist, welches den primären Vorkonzentrator (201) mit der Detektoreinrichtung verbindet und den konzentrierten Dampf und/oder vom partikelförmigen Stoff ausgehende Dämpfe vom primären Vorkonzentrator (201) zur Detektoreinrichtung trägt.

30. Durchgangs-Explosivstoffdetektions-Schutzsystem nach Anspruch 13, wobei die Schnittstelleneinrichtung ein sekundärer Vorkonzentrator (224) ist, der ein mehrtoriges Ventilsystem (226) aufweist.

31. Durchgangs-Explosivstoffdetektions-Schutzsystem nach Anspruch 13, wobei das mehrtorige Ventilsystem ein sechstoriges Ventil (226) aufweist, welches ein quer über der zwei der sechs Tore geschaltetes Adsorptions/Desorptions-Rohr (248) und vier Gasleitungen (222, 226, 230, 264) aufweist, wobei das sechstorige Ventil zwischen einer Adsorptionsposition und Desorptionsposition drehbar ist.

32. Durchgangs-Explosivstoffdetektions-Schutzsystem nach Anspruch 31, wobei das sechstorige Ventil (226) durch eine elektronische Schnittstellen-Steuerungseinheit gedreht wird.

33. Durchgangs-Explosivstoffdetektions-Schutzsystem nach Anspruch 32, wobei die Schnittstellen-Steuerungseinheit einen Schrittmotor (238) aufweist.

34. Durchgangs-Explosivstoffdetektions-Schutzsystem nach Anspruch 31, wobei sich das sechstorige Ventil in der Adsorbtionsposition befindet, wenn der konzentrierte Dampf und/oder der von dem partikelförmigen Stoff ausgehende Dampf durch das Adsorptionsrohr (248) zur weiteren Konzentration geht.

35. Durchgangs-Explosivstoffdetektions-Schutzsystem nach Anspruch 31, wobei sich das sechstorige Ventil (226) in der Desorptionsposition befindet, wenn der weiter konzentrierte Dampf und/oder der von dem partikelförmigen Stoff ausgehende Dampf desorbiert und in die Detektoreinrichtung (234, 236) beseitigt wird.

36. Durchgangs-Explosivstoffdetektions-Schutzsystem nach Anspruch 31, wobei Adsorptions/Desorptions-Rohr (248) ein Thermoelement (283) oder einen Thermistor zum Überwachen der Desorptionstemperatur des Rohres (248) aufweist, wobei das Adsorptions/Desorptions-Rohr (248) elektrisch mit einer gesteuerten Stromquelle (281) verbunden ist, die zum Erwärmen des Rohres (248) auf eine vorbestimmte Temperatur als Teil des Desorptionsprozesses verwendet ist.

37. Durchgangs-Explosivstoffdetektions-Schutzsystem nach Anspruch 35, wobei die Schnittstelleneinrichtung eine Gaszufuhreinrichtung (228, 230) zum Entfernen des weiter konzentrierten Dampfes oder der von dem partikel förmigen Stoff in die Detektoreinrichtung ausströmenden Dämpfe aufweist.

38. Durchgangs-Explosivstoffdetektions-Schutzsystem nach Anspruch 37, wobei die Detektoreinrichtung (234, 236, 416) ein Ionenmobilitätsspektrometer (IMS) oder einen Gaschromatographlelektroneneinfang-Detektor oder einen Photoionisationsdetektor oder einen Stickstoff-Phosphor-Detektor oder ein Ionenmobilitätsspektrometer und einen Gaschromatograph/Elektroneneinfang-Detektor zum Analysieren des weiter konzentrierten Dampfes und/oder der von dem partikelförmigen Stoff ausgehenden Dämpfe und Erzeugen des ersten Signais, wenn ein Zielmaterial detektiert wird, aufweist.

39. Durchgangs-Explosivstoffdetektions-Schutzsystem nach Anspruch 38, wobei das System eine Steuerungs- und Datenverarbeitungseinrichtung (300) umfaßt, die aufweist

einen Digitalrechner (302) mit einem gespeicherten Digitalprogramm, das auf die Steuerung des Systems anspricht, und

ein Prozeßsteuerungsmodul (308), das eine Schnittstelle zwischen dem Digitalrechner (302) und der Schnittstellensteuerungseinheit (238), der Vorkonzentrator- Steuerungseinheit (214) und der Steuerungseinheit ist.

40. Durchgangs-Explosivstoffdetektions-Schutzsystem nach Anspruch 39, wobei das gespeicherte Digitalprogramm mehrere Prozesse einschließlich des Selbstdiagnoseund Selbstkalibrierungsprozesses der Steuerung der Probensammlung und der Verarbeitung gesammelter Daten aus der Detektoreinrichtung steuert.

41. Verfahren zum Detektieren verborgener Explosivstoffe, chemischer Mittel und anderer kontroffierter Substanzen wie beispielsweise Drogen, Arzneimittel und/oder Narkotika durch Detektieren ihrer dampf- und/oder partikelförmigen Emissionen, bestehend aus den Schritten:

a) Sammeln einer Probe aus der Umgebung einer eine Probenentnahmekammereinrichtung (100) passierenden Person und/oder eines diese Kammereinrichtung (100) passierenden Objekts durch Beseitigen der dampf- und/oder partikelförmigen Emissionen von der Person oder dem Objekt,

b) Leiten von Luft zu einem Zentralbereich der Probenentnahmekammereinrichtung (100) mit vorbestimmter Geschwindigkeit aus einem Paar einwärts gerichteter und vertikal orientierter Luftstromführungseinrichtungen (112a ..d), um eine dynamische Hochdruckzone in der Probenentnahmekammereinrichtung (100) zu erzeugen, wobei die dynamische Hochdruckzone in der Probenentnahmekammer (100) einen Bereich erzeugt, der keine beträchtiiche Menge Luft in oder aus einem Eintrittsund Austrittstor der Probenentnahmekammereinrichtung (100) läßt,

c) Rezirkulleren von Luft zwischen dem Paar einwärts gerichteter und vertikal orientierter Luftstromführungseinrichtungen (112a, ..d) und einem luftgefüllten Raum, wobei die Rezirkulationsluft eine dynamische Niedrigdruckzone im Bereich einer konvergenten Decke (106) in der Probenentnahmekammereinrichtung (100) erzeugt,

d) Sammeln eines Probenluftvolumens, das von dem die Probenentnahmekammereinrichtung (100) passierenden Individuum oder Objekt fortgenommen wird, wobei die Probensammeleinrichtung eine Einrichtung (110) zum Sammeln eines Luftvolumens aus einer im ausgeflillten Raum befindlichen und zentral in der konvergenten Decke (106) angeordneten Probenentnahmeöffnung (118a) aufweist,

e) Konzentrieren der von der Probensammeleinrichtung gesammelten dampfund/oder partikelförmigen Emissionen, wobei die Einrichtung zum Konzentrieren eine erste Einrichtung (206, 207) zur Adsorption und eine zweite Einrichtung (205, 208) zur Desorption des konzentrierten Dampfes und/oder der von den partikelformigen Emissionen ausgehenden Dämpfe aufweist, und

f) Detektieren (234, 236) der von der zweiten Einrichtung (205, 208) zur Desorption desorbierten dampf- und/oder partikelförmigen Emissionen.

42. Verfahren zum Detektieren verborgener Explosivstoffe nach Anspruch 41, wobei das Leiten der Luft das Formen von Anregungsluft zu einem ersten Strahlstrom (115a ..d) unter einem zum Zentrum der Probenentnahmekammereinrichtung (100) weisenden Winkel von 45 Grad mit einer Geschwindigkeit von annähernd 17 Metern pro Sekunde, aufweist.

43. Verfahren zum Detektieren verborgener Explosivstoffe nach Anspruch 42, wobei der Schritt des Leitens der Luft das Formen von Anregungsluft aus einem Paar Seitenluftstromkanäle (116a, 116b) zu einem zweiten Strahlstrom (119a, 119b) unter einem aufwärts zum Zentrum der Probenentnahmekammereinrichtung (100) weisenden Winkel von 45 Grad mit einer Geschwindigkeit von annähernd 15 Metern pro Sekunde, aufweist.

44. Verfahren zum Detektieren verborgener Explosivstoffe nach Anspruch 43, wobei der Schritt des Sammelns ein Transportieren des Luftvolumens zur Konzentriereinrichtung (205, 209) aufweist.

45. Verfahren zum Detektieren verborgener Explosivstoffe nach Anspruch 44, wobei der Schritt des Sammelns ein Adsorbieren von Zielmaterialien in einer ersten Position und Desorbieren von Zielmaterialien in einer zweiten Position umfaßt, wobei das Desorbieren von Zielmaterialien in der zweiten Position die Schritte aufweist:

Erwärmen (213) der Zielmaterialien auf eine vorbestimmte Desorptionstemperatur, und

Beseitigen (218, 220) der Zielmaterialien mit einem Inertgas.

46. Verfahren zum Detektieren verborgener Explosivstoffe nach Anspruch 45, wobei der Schritt des Detektierens ein Beseitigen der Zielmaterialien und des Inertgases in eine Detektoreinrichtung und ein chemisches Analysieren (234, 236, 416) der Zielmaterialien umfaßt.

47. Verfahren zum Detektieren verborgener Explosivstoffe nach Anspruch 46 mit dem Schritt einer Steuerung der Sammlung und Verarbeitung von Daten mit einem ein gespeichertes Programm verwendenden Digitalrechner (300).

48. Verfahren zum Detektieren verborgener Explosivstoffe nach Anspruch 44, wobei der Schritt des Konzentrierens eine thermische Reinigung (213, 216, 220) des Restes aus einer dritten Einrichtung (209) zur Adsorption und Desorption, wenn sich die dritte Einrichtung (209) in einer thermischen Reinigungsposition befindet, umfaßt.

49. Verfahren zum Detektieren verborgener Explosivstoffe nach Anspruch 44, wobei die thermische Reinigung die Schritte aufweist:

Erwärmen (213) des Restes auf der dritten Einrichtung (209) auf eine vorbestimmte Temperatur, und

Beseitigen (218, 220) des erwärmten Restes in die Umgebung.