DE69210676T2

DE69210676T2 - Nachweisverfahren zum Kontrollieren von Flächen auf spezifischen Verbindungen

Info

Publication number: DE69210676T2
Application number: DE69210676T
Authority: DE
Inventors: David H Fine; Freeman W Fraim; Stephen E O'brien
Original assignee: Thermedics Detection Inc
Current assignee: Thermo Detection Inc
Priority date: 1991-03-20
Filing date: 1992-02-06
Publication date: 1996-12-12
Anticipated expiration: 2012-02-07
Also published as: US5476794A; EP0511729A3; EP0511729B1; DE69210676D1; CA2060729A1; ES2090493T3; EP0511729A2

Description

Diese Erfindung betrifft das Nachweisen von Verbindungen, wie Sprengstoffen, durch ihre Gegenwart auf Oberflächen. Insbesondere betrifft sie das Sammeln von Verbindungen, indem Spurenmengen von Oberflächen mit Handüberdeckungen gewischt werden, worauf eine schnelle Analyse der gesammelten Verbindungen folgt.
Verschiedene Verfahren sind bekannt, um Proben einzusammeln und zu analysieren, um Verbindungen, wie Sprengstoffe, nachzuweisen, die im Gepäck oder anderen Behältern eingeschlossen sind und deren Gegenwart in spurenmengen auf Oberflächen die Berührung mit einer Person anzeigen kann, die mit solchen Verbindungen umgegangen ist. Beispielsweise offenbart US Patent Nr. 4,909,090, das auf den Zessionar der vorliegenden Erfindung übertragen worden ist und dessen Offenbarung hier durch diese Bezugnahme auf dieses Patent eingeschlossen wird, eine von Hand zu betätigende Dampfprobensonde, die in einer Oberflächenprobennahmebetriebsart Luftstrahlen erwärmt und auf Oberflächen richtet, um Dämpfe von Rauschgiften oder Sprengstoffen zu erzeugen/abzulösen. Die Dämpfe werden über Sammeloberflächen in der Sonde gezogen und darauf eingefangen und nachfolgend desorbiert und analysiert.
Eine andere Technik, auf die in dem US Patent Nr. 4,788,039 Bezug genommen wird, schließt die Verwendung von trockenem Filterpapier als eine Probennahmeeinrichtung ein, um Proben zu nehmen, wie durch Anwenden des Filterpapiers auf die Fingerspitzen einer Person, die der Handhabung von Sprengstoffen verdächtigt wird. Zwei chemische Reagenzien werden dann nacheinander auf das Filterpapier angewendet, um es auf spezifische Sprengstoffe zu überprüfen.
Obgleich die oben genannte Nachweisausrüstung und Verfahren zweckmäßig sind, sind zusätzliche Verbesserungen im Hinblick auf die Geschwindigkeit und Flexibilität für gewisse Nachweisanwendungen wünschenswert. Beispielsweise würde die Verwendung eines Stück Filterpapiers oder der Probensonde des US Patents Nr. 4,909,090, um mehrere Gegenstände unterschiedlicher Größe und Form in einem Raum zu überprüfen, beträchtliche Zeit und Mühe verlangen. Ferner könnten einige Oberflächenbereiche gewisser Gegenstände (beispielsweise ein Telefon, Radio oder Türgriff) unvollständig während der normalen Verwendung der Ausrüstung und Vorgehensmaßnahmen abgetastet werden, die in diesen Patenten beschrieben sind. Dieser frühere Stand der Technik mag somit weniger als optimal sein, wo Geschwindigkeit und Vollständigkeit der Probennahme von besonderer Bedeutung sind, wie in großräumigen, strategischen Bereichen, wie Flughafenterminals. Zusätzlich mag eine Probensonde, die Proben erwärmen und die Luft über Sammeloberflächen stoßen und ziehen kann, ziemlich komplex und umständlich für einen einfachen Betrieb sein.
Demgemäß ist es eine Zielsetzung der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum schnellen Überprüfen von Oberflächen auf die Gegenwart von spezifischen Verbindungen zu schaffen.
Es ist eine besondere Zielsetzung der Erfindung, ein Verfahren zum schnellen, selektiven Nachweisen von Spurenmengen von Sprengstoffen auf Oberflächen zu schaffen.
Es ist eine Zielsetzung der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Sammeln von Proben spezifischer Verbindungen, wie von Sprengstoffen und Rauschgiften, von Oberflächen und ohne Verwendung von Wärme von einer Probensonde zu schaffen.
Diese Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zum schnellen Überprüfen von Oberflächen auf die Gegenwart von spezifischen Verbindungen, wie Spurenmengen von Sprengstoffen. Gemäß der Erfindung wird eine wegwerfbare Handüberdeckung, vorzugsweise ein Handschuh aus einem sauberen, flexiblen Material, wie ungebleichter Baumwolle verwendet, um über eine Oberfläche oder zwei oder mehrere Oberflächen nacheinander zu wischen, um Teilchen spezifischer Verbindungen aufzunehmen, die auf den Oberflächen vorhanden sind. Nachdem eine Person, die die Handüberdeckung trägt, über verschiedene Oberflächen wischt, werden Teilchen auf der Handüberdeckung schnell auf die Sammeloberflächen einer von Hand gehaltenen Luftprobensonde gesammelt, vorzugsweise eine Einrichtung in Taschenlampengröße, die ein batteriegespeistes Gebläse und eine spulenförmige Sammeleinrichtung enthält, aber kein Heizelement aufweist. Teilchen werden dann auf Sammeloberflächen übertragen und eingefangen, indem das Einlaßende der Sonde nahe oder gegen Bereiche der Handüberdeckung angeordnet wird, die mit den Oberflächen in Wischberührung waren und die überprüft werden, wobei dann das Gebläse aktiviert wird, um Luft und Teilchen schnell durch die Sammeleinrichtung zu ziehen. Während der Teilchenübertragung wird das Einlaßende der Sonde typischerweise an der Handfläche und mindestens den Spitzen und Vorderbereichen der Finger und des Daumens der behandschuhten Hand gerieben, um das Entfernen von Teilchen von allen Bereichen des Handschuhs zu erleichtern, die sie enthalten mögen.
Nachdem die Teilchen auf Sammeloberflächen der Sonde eingefangen worden sind, werden die Teilchen schnell auf die Gegenwart von Sprengstoffen oder anderen spezifischen, interessierenden Verbindungen analysiert, indem die Sammeloberflächen durch eine externe Energiequelle geheizt werden, um die Teilchen in Dämpfe umzuwandeln, dann die Dämpfe zu analysieren. Eine bevorzugte Dampfanalyse schließt eine schnelle gaschromatographische Trennung der Dämpfe ein, wobei die ausgewählten Dämpfe des Ausströmenden des Gaschromatographen (GG) zerlegt werden, um ein Gas zu bilden, wie Stickoxid, und wobei dann das Gas bestimmt wird. Diese Dampfanalyse kann in ungefähr fünfzehn bis dreißig Sekunden abgeschlossen werden, und das Einsammeln mehrerer Proben (indem der Handschuh über Oberflächen wischt) und eine Probenübertragung von dem Handschuh auf die Sonde kann in einem Zeitintervall ähnlicher Länge vor der Dampfanalyse durchgeführt werden. Daher können Probenverarbeitungsgeschwindigkeiten für das Verfahren der Erfindung bis zu mehreren (beispielsweise 5-10) Proben pro Minute sein. Selbst höhere Probennahmegeschwindigkeiten sind erreichbar, wenn jede Dampfanalyse verwendet wird, um mehrfache Wischvorgänge zu überprüfen, die von zwei oder mehreren Personen erhalten werden, von denen jede einen Handschuh (oder zwei Handschuhe trägt). Dem Nachweisen einer vorbestimmten Verbindung, wie eines spezifischen Sprengstoffes oder Rauschgiftes, als Ergebnis dieser "Schweinerücken"-Nachweisreihe folgt typischerweise vom individuellen Überprüfen der untersuchten Gegenstände gefolgt, um die Quelle der Verbindung zu isolieren, nach der gesucht wird.
In den beigefügten Zeichnungen:
Fig. 1 ist eine Ansicht einer Handüberdeckung, die zur Verwendung beim Wischen über Oberflächen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung geeignet ist.
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht einer Probensonde, die zur Verwendung bei dem Verfahren zur Oberflächenprüfung der Erfindung geeignet ist.
Fig. 3 ist eine Vorderansicht der Probensonde der Fig. 2.
Fig. 4 ist ein Blockdiagramm einer Dampfbestimmungseinrichtung, die zur Verwendung bei dem Verfahren zur Oberflächenüberprüfung der Erfindung geeignet ist.
Fig. 5-7 sind Chromatographien von Signalen, die bei Prüfungen mit einem Sprengstoff erhalten worden sind, der von Oberflächen durch Handüberdeckungen aus unterschiedlichen Materialien abgewischt worden ist.
Fig. 8 ist eine Auftragung, die die relative Spitzenhöhe von Signalen darstellt, die bei Prüfungen von Proben von Sprengstoffen erhalten worden sind, die von Handschuhen unterschiedlicher Materialien erhalten worden sind.
Fig. 9 und 10 sind Chromatogramme von Signalen, die bei Versuchen von Sprengstoffen erhalten worden sind, die von Oberflächen durch Abwischen mit anderen Materialien als Handüberdeckungen erhalten worden sind.
Das Verfahren zur Oberflächenüberprüfung auf spezifische Verbindungen wird unten unter besonderer Bezugnahme auf Sprengstoffe beschrieben. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung haben eine beträchtliche Nützlichkeit beim Nachweis von Spurenmengen von Sprengstoffen, wie Nitramin, RDX in seiner Handelsform C-4, auf Oberflächen gezeigt. Jedoch soll die Hervorhebung von Sprengstoffen in der folgenden Beschreibung nicht die Verwendung der Bestimmungstechnik bei anderen Verbindungen auf Oberflächen ausschließen; beispielsweise kann das Verfahren auch bei der Überprüfung von Oberflächen auf Rauschgiftspuren, wie Kokain und Heroin, von Nutzen sein.
Die Hauptschritte bei einer bevorzugten Oberflächenüberprüfungstechnik der vorliegenden Erfindung beinhalten das Wischen über Oberflächen mit einer geeigneten Handüberdeckung, um kleine Mengen von Sprengstoffen aufzunehmen; das Übertragen der Sprengstoffe von der Handüberdeckung auf Sammeloberflächen einer Probensonde, und das Analysieren der Sprengstoffe, die auf den Sammeloberflächen der Sonde eingefangen worden sind. Jeder dieser Schritte und die bei ihrer Durchführung bevorzugten Materialien und Geräte werden in der folgenden Beschreibung angegeben.
Ein wesentlicher Gesichtspunkt des Oberflächenüberprüfungsverfahrens ist die Handüberdeckung, die verwendet wird, über Oberflächen zu wischen. Die Handüberdeckung sollte mehrere Kriterien erfüllen. Damit sie wirksam ist, muß sie Sprengstoffe aufnehmen, wenn über Oberflächen gewischt wird, die kleine Mengen solcher Verbindungen in der Form von Teilchen enthalten. Solche Teilchen können beispielsweise in den Fingerabdrücken oder Filmen auf Oberflächen sein oder können an Staub anhaften, der auf Oberflächen ruht. Die Handüberdeckung muß auch mindestens einige der Teilchen in einen Luftstrom freigeben können, wenn ohne Erwärmung mit einer Probensonde abgesaugt wird. Die Handüberdeckung darf keine ablösbaren Materialien umfassen, die den Nachweis der Sprengstoffe stören. Es ist auch wichtig, daß die Handüberdeckungen, wenn sie abgesaugt werden, keine großen Mengen an roher Baumwollfaser oder Fasern freigeben, die die Luftkanäle verstopfen könnten und/oder übermäßig die Oberflächen der Sammeleinrichtung innerhalb einer Probensonde überdekken. Von dem Gesichtspunkt des Benutzers her, insbesondere von einem, der eine großvolumige Probennahme ausführt, sollten die Handüberdeckungen bequem und leicht handzuhaben sein. Vorzugsweise sind die Handüberdeckungen auch preiswert, da eine frische, unverschmutzte Handüberdeckung benötigt wird, sobald eine Handüberdeckung nach wiederholtem Wischen schmutzig wird oder nachdem irgendein Wischen zu einem Nachweis von Sprengstoffen führt.
Eine bevorzugte Handüberdeckung zur Verwendung bei dem Oberflächenüberprüfungsverfahren der Erfindung ist ein Baumwollhandschuh mit fünf Fingern, wie der in Fig. 1 dargestellte Handschuh 30. Der Handschuh, der am meisten gegenwärtig bevorzugt wird, ist ein Untersuchungshandschuh, der aus 100 prozentiger, ungebleichter Baumwollflorware gebildet und unter der Bestellnummer ADH 633 von Arnold David Cohen Company of Bedford, Massachusetts erhältlich ist. Dieser Baumwollhandschuh, der relativ geringwichtig und weich ist und ausreichend eng über die Finger, die Handfläche und die Rückseite der Hand des Benutzers paßt, hat gezeigt, daß er höhere Signalspitzen und/oder weniger Störungen beim Nachweis von sprengstoffen als andere untersuchte Handüberdekkungen liefert, wie beispielsweise Nylonhandschuhe und Fäustlinge aus schwererem Baumwollmaterial. Auch werfen diese Baumwollhandschuhe keine übermäßigen Mengen an Baumwollfasern ab und verstopfen daher selbst nach mehreren Probenübertragungen die Sammeleinrichtungsluftdurchgänge nicht. Die Gegenwart von Nähten 34, die entlang den Seiten und insbesondere über die Fingerspitzen des Baumwolluntersuchungshandschuhs 30 laufen, wird auch als wünschenswert betrachtet. Diese Nähte 34 erleichtern das Anwenden von Druck auf Oberflächen, insbesondere Bereiche geringerer Zugänglichkeit, wie jene nahe Zwischenräumen, die von benachbarten Oberflächen gebildet werden. Die Nähte 34 können auch ein verstärktes Einsammelvermögen von Sprengstoffen aufgrund der örtlichen Rauhigkeit oder des vergrößerten Oberflächenbereiches schaffen, die sie für den Handschuh 30 liefern.
Ein einziger, von einer Untersuchungsperson getragener Handschuh, die die Oberflächen überprüft - beispielsweise die äußeren Oberflächen von Gepäckstücken oder von Gegenständen, die von Gepäck an einem Flughafenterminal entfernt worden sind - kann verwendet werden, um über mehrere, unterschiedliche Gegenstände nacheinander zu wischen, bevor die von dem Handschuh aufgenommenen Materialien weiter zum Nachweis von Sprengstoffen verarbeitet werden. Ferner können mehrere Untersuchungspersonen oder eine Untersuchungsperson, die einen Handschuh an jeder Hand trägt, über eine oder mehrere Oberflächen mit getrennten Handschuhen wischen, wobei diese Wischvorgänge gleichzeitig als eine einzige Probe analysiert werden können. Ein solche "Schweinchenrükken"- Probennahme ermöglicht die Untersuchung einer großen Anzahl von Gegenständen oder Oberflächen innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls; es verlangt natürlich, daß die überprüften Gegenstände abgetrennt werden, oder daß sie zur nachfolgenden erneuten Überprüfung verfolgt werden, wenn Sprengstoffe während der Probenanalyse nachgewiesen worden sind.
Nachdem über Oberflächen mit einer geeigneten Handüberdeckung, wie dem Handschuh 30, gewischt worden ist, werden Teilchen von Sprengstoffen, die an dem Handschuh gehalten sind, schnell auf die Sammeloberflächen einer von Hand gehaltenen Probensonde übertragen. Eine bevorzugte Probensonde 40, die im Querschnitt in Fig. 2 dargestellt ist, ist eine von Hand gehaltene Einrichtung in der Größe und Form einer üblichen, batteriebetriebenen Taschenlampe. Die Sonde 40 schließt ein allgemein zylindrisches Gehäuse 44 mit einem vergrößerten Einlaßende 48 ein, in dem eine sammeleinrichtung 50 angebracht ist. Die sammeleinrichtung 50 schließt eine Spule 54 ein, die in ihrem Aussehen derjenigen eines zigarettenanzünders eines Kraftfahrzeugs ähnelt und bandförmige, im wesentlichen konzentrische Windungen aus Metall, wie Molybdän, aufweist, die in einem Ring angebracht sind - beispielsweise ein Ring, der zu einem zylindrischen Gehäuse 84 geformt ist und einen Außendurchmesser von ungefähr 1,6 cm (0,62 Zoll) und einen Innendurchmesser von ungefähr 0,97 cm (0,38 Zoll) hat. Die Windungen sind auf einer oder (vorzugsweise) beiden Seiten, wie mit einer Grundschicht, wie Silizium, beschichtet, auf die ein organisches Polymermaterial aufgebracht ist, wie das gaschromatographische Material DB5 (von J&W Scientific of Folsom, Kalifornien erhältlich). Dies ergibt Oberflächen, die wirksam sind, Teilchen und Dämpfe von Sprengstoffen aus Luftproben zu absorbieren oder sonst wie einzufangen, die ohne Erwärmung durch die Sammeleinrichtung 50 gezogen worden sind, und die Dämpfe beim Erwärmen der Beschichtungen freizugeben. Die Verwendung eines Metallträgers für die Windungen der Sammeleinrichtung erleichtert eine elektrische Widerstandsheizung der Windungen, um Sprengstoffe von der Sonde 40 zur Analyse freizugeben.
Rückwärtig von der sammeleinrichtung beabstandet ist ein Ventilator oder Gebläse 60, um Luft (und Teilchen von Sprengstoffen) mit einer relativ großen Strömungsgeschwindigkeit (beispielsweise 3,2 Liter/Sek.) durch die sammeleinrichtung 50 zum Einfangen von Sprengstoffen auf den Sammeloberflächen einzuziehen. Das Gebläse 60 wird von einem Motor 66 angetrieben, der von einem Batterieblock 70 versorgt wird, der eine oder mehrere (beispielsweise drei) aufladbare Batterien enthält, die durch eine Rückkappe 72 der Sonde 40 zugängig sind. Durch die Spule 54 hindurchgezogene Luft tritt aus der Sonde 40 durch Luftöffnungen 76 aus, die über den Umfang des Sondengehäuses 44 in einer axialen Position bei dem Gebläse 60 oder etwas dahinter beabstandet sind.
Auf eine der Dampfprobensonde ähnlichen Weise, die in dem US Patent Nr. 4,909,090 gezeigt und beschrieben ist, ist die Spule 54 zwischen zwei Positionen bewegbar: 1) Probenaufnahme und 2) Probendesorption. In der Probenaufnahmeposition (Fig. 2) ist die Spule 54 nach vorne von einer Rückabdichtung 80 so beabstandet, daß Luft, die in die Sonde 40 und durch die Spule 54 hindurch eingezogen wird, ohne weiteres um die äußeren Ränder der Abdichtung 80 fließen kann und von der Sonde 40 durch die Luftöffnungen 76 austritt, wie es durch die Pfeile 82 angegeben ist. Danach werden während der Desorption der Sprengstoffe, wie es mehr im einzelnen unten beschrieben ist, die Spule 54 und ein Gehäuse 84, das die Spule 54 umgibt, nach hinten verschoben, um die Dichtung 80 zu berühren, so daß eine Strömung nur in der Vorwärtsrichtung durch die Spule 54 hindurch erlaubt ist.
Ein bevorzugtes Verfahren zum "Staubsaugen" von Teilchen von dem Handschuh 30 in die Sonde 40 zum Einfangen von Sprengstoffen auf den Oberflächen der Spule 54 ist, ihr Gebläse 60 mittels eines Schalters 86 an der Außenseite des Gehäuse 44 zu betätigen und das Einlaßende der Sonde 40 an Bereichen des Handschuhs zu reiben oder zu scheuern, die in Wischberührung mit den Oberflächen gewesen sind, die auf Sprengstoffe überprüft worden sind. Somit kann die Sonde auf einem durchgehenden Weg an einanderfolgenden Fingern aufwärts und abwärts, über den Handflächenbereich des Handschuhs und an den gesäumten Fingerspitzen reiben.
Da sich herausgestellt hat, daß die Sonde 40 ohne weiteres Teilchen von Handschuhen ohne irgendeine Notwendigkeit sammeln kann, die Handschuhe zu erwärmen, besteht keine Notwendigkeit, einen Heiz- oder Temperatursteuerungsmechanismus in der Sonde vorzusehen. Daher kann sie eine recht kompakte Einrichtung sein - beispielsweise ungefähr 28 cm (11 Zoll) in der Länge und mit ungefähr 9 cm (3,5 Zoll) maximalem Durchmesser. Auch besteht keine Notwendigkeit, den Handschuh von der Hand des Benutzers vor dem Staubsaugen des Handschuhs zu entfernen. Somit kann eine Probe von dem Handschuh 30 auf die Spule 54 der Sonde 40 in ein nur ein paar (beispielsweise 5-10) Sekunden übertragen werden.
Für den Fall, daß sich das Erwärmen des Handschuhs 30 als wünschenswert bei gewissen Anwendungen herausgestellt hat, - entweder, weil sich die Teilchenübertragung als unangemessen für die Bestimmung von bestimmten Verbindungen beim Fehlen von Wärme herausgestellt hat oder weil solche großen Mengen an Teilchen durch Berührung mit dem Handschuh 30 übertragen werden, daß die Spule 54 oder andere Teile der Dampferfassungseinrichtung (unten beschrieben) verstopft oder unwirksam wird, - dann kann ein Handschuh 30, der mit einer Oberfläche in Wischberührung gewesen ist, abgezogen und auf oder in einer geeigneten Heizeinrichtung angeordnet werden. Die Sonde 40 kann dann nahe oder in schwacher Berührung mit dem erwärmten Handschuh 30 angeordnet werden, um Dämpfe der bestimmten Verbindungen durch die Sammelspule 54 einzuziehen.
Gemäß dem Verfahren der Erfindung umfaßt das Bestimmen von Sprengstoffen, die auf den Oberflächen der Sammelspule 54 eingefangen worden sind, vorzugsweise das Erwärmen der Sprengstoffteilchen, um Dämpfe zu bilden, die danach analysiert werden. Obgleich verschiedene Erfassungseinrichtungen zu diesem Zweck verwendet werden können, ist eine bevorzugte Erfassungseinrichtung hoher Geschwindigkeit mit hohem Selektionsvermögen und hoher Empfindlichkeit eine Sprengstoff- Erfassungseinrichtung EGIS , die von Thermedics Inc. oder ihrer Tochtergesellschaft Thermedic Inc., beide in Woburn, Massachusetts, bezogen werden kann. Unter den Sprengstoffen, deren Dämpfe die EGIS Einheit bei Konzentrationen von einem Teil Sprengstoff auf 10¹¹ Teile Luft oder geringer erfassen kann, sind die Plastiksprengstoff Pentaerythritoltetranitrat (PETN) und Nitramin, das allgemein als RDX bekannt ist. Der Aufbau und die Arbeitsweise einer EGIS Erfassungseinrichtung werden unten zusammengefaßt.
Um die Sprengstoffteilchen, die auf den Oberflächen der Sammelspule 54 gehalten werden, zu verdampfen, werden die Windungen der Spule elektrisch geheizt, während die Sonde von einer Schnittstelle (als Teil 88 der Dampferfassungseinrichtung 190 angegeben, die in Blockdiagrammform in Fig. 4 gezeigt ist) gehalten, die über eine Strömungsleitung 92 mit einer Dampfkonzentrationseinheit 94 in Verbindung steht. Die Vorderseite der Sonde 40 (Fig. 3) weist ein Paar Ausrichtungslöcher 102 und 104 auf, die ein Paar Stifte 108 an der Schnittstelle 88 aufnehmen (Fig. 4). Wenn die Sonde 40 mit den Stiften 108 in Eingriff steht, verschiebt eine Drückbewegung auf das Gehäuse 86, das die Spule 54 umgibt, die Spule 54 und das Gehäuse 84 nach rückwärts entgegen der Wirkung einer Feder 112 in eine Stellung in Abdichtungsberührung mit einem O-Ring 118 der Abdichtung 80. Wenn die Spule 54 in dieser rückwärtigen Position ist, wird Druckluft oder ein anderes Gas von der Dampferfassungseinrichtung 90 durch einen Desorptions-Gasdurchgang 124 in dem Gehäuse 86 zu einem Raum 128 zwischen der Abdichtung 80 und der Rückseite der Spule 54 und dann durch die Spule 54 hindurch nach außen gerichtet. Während die Luft die Spule 54 rückspült, werden die Metallwindungen der Spule 54 schnell auf eine gesteuerte Temperatur durch eine elektrische Stromversorgung 130 (Fig. 4) der Dampferfassungseinrichtung 90 geheizt, die elektrisch mit der Schnittstelle 88 und der Spule 54 über Kontakte 132 (Fig. 3) und Drähte 134 verbunden ist und unter Steuerung eines Computers 136 betrieben wird. Das Heizen verdampft und desorbiert die Sprengstoffteilchen, die auf den beschichteten Oberflächen der Spule 54 gehalten sind, und die desorbierten Dämpfe werden zu der Dampfkonzentrationseinheit 94 gebracht.
Nun wird unter Bezugnahme auf Fig. 4 eine Zusammenfassung der Bauweise und Arbeitsweise der bevorzugten Dampferfassungseinrichtung 90 zum Analysieren von Sprengstoffen dargelegt, die von Oberflächen gewischt worden sind. Man beachte, daß die Dampferfassungseinrichtung 90, die verschiedene Bauteile umfaßt, die in Blockdiagrammform in Fig. 4 dargestellt sind, typischerweise innerhalb eines tragbaren Geräts untergebracht ist, das als seinen einzigen äußeren Eingang elektrischen Strom verlangt (interne Batterien ermöglichen eine begrenzte Verwendung ohne äußere Energie).
Die Dampfkonzentrationseinheit 94, die die Sprengstoffdämpfe von der Spule 54 der Probensonde 40 erhält, dient dazu, die Dämpfe zu konzentrieren und zu sammeln und die Dämpfe schnell in einen Hochgeschwindigkeits-Gaschromatographen stromabwärts der Einheit 94 einzubringen.
Die bevorzugte Dampfkonzentrationseinheit 94 umfaßt zwei Dampfkonzentrationseinrichtungen VC1 144 und VC2 148, die durch eine Strömungsleitung 152 verbunden sind, in der ein Ventil 156 vorgesehen ist. Jede der Dampfkonzentrationseinrichtungen VC1 144 und VC2 148 ist mit einer Trägergasversorgung 160 verbunden, die den Konzentrationseinrichtungen Wasserstoffgas zuführt. Die Dampfkonzentrationseinheit 94 wird typischerweise betrieben, indem sie zuerst eine Luftprobe mit Sprengstoffdämpfen übeü die Einlaßströmungsleitung 92 in die VC1 144 erhält, wobei das Ausströmende der VC1 144 (Luft und nichteingefangene Bestandteile) entlang einer Auslaßleitung 162 zu einer Vakuumpumpe 164 hindurchgelassen werden. Auf diese Weise werden Dämpfe, die Bestandteile der Luftprobe sind&sub1; in der VC1 144 eingefangen. Das Ventil 156 wird dann umgeschaltet, um eine Strömungsverbindung zwischen der VC1 144 und der VC2 148 (von kleinerem Innenvolumen) zu ermöglichen. Dämpfe werden dann von der VC1 144 durch plötzliches Erwärmen der VC1 144 ausgestoßen und werden durch ein Trägergas von der Versorgung 160 in die VC 148 gebracht, wo sie eingefangen und somit weiter konzentriert werden.
Bevorzugte Dampfkonzentrationseinrichtungen der Dampferfassungseinrichtung 90 schließen jeweils ein Rohr mit kleinem Durchmesser ein, wie in dem Fall der VC2 148, eine Quarzkapillarröhre GC mit einem Innendurchmesser von 0,32 mm und ungefähr 13-25 cm (5-10 Zoll) lang und deren innere Oberfläche eine dünne Beschichtung (beispielsweise 1-3 Mikron) aus einem Gaschromatographiematerial aufweist, wie polymerisiertes Silikon (beispielsweise DB5 von J&W Scientific of Folsom, Kalifornien erhältlich). Tatsächlich ist jede Konzentrationseinrichtung eine kurze Gaschromatographieröhre. Die Kapillarröhre wird durch eine Nadel-Metallröhre gezogen oder von ihr eng umschlossen, deren äußere Oberfläche in Wärmeberührung mit einer gekühlten Masse steht. Diese Masse - beispielsweise ein Metallblock in Wärmeberührung mit einer thermoelektrischen Kühleinrichtung und mit der Metallröhre, aber elektrisch isoliert von der Metallröhre durch eine oder mehrere Isolationsschichten, wie Silikongummi, mit dem die Metallröhre umwickelt ist - hält normalerweise die Metallröhre und daher die innere Kapillarröhre der Dampfkonzentrationseinrichtung 144 oder 148 auf oder unter Raumtemperatur (beispielsweise auf einer Temperatur von ungefähr 10ºC), so daß die Gaschromatographbeschichtung Dämpfe von den Gasproben einfängt, die durch die Kapillarröhre gerichtet werden. Das äußere Metallrohr ist auch mit der elektrischen Stromversorgung 130 für eine gesteuerte, sehr schnelle Widerstandserwärmung der Metallröhre verbunden - beispielsweise von ungefähr 10ºC auf 250ºC in ungefähr einer Sekunde. Dieses schnelle Erwärmen, das vorzugsweise automatisch unter der programmierten Steuerung des Computers 136 ausgeführt wird, in dem der Widerstand der Röhre fortlaufend überwacht (aus Strom- und Spannungsmessungen) und als ein Rückkopplungsparameter beim Steuern der an die Röhre angelegten Leistung verwendet wird, um bekannte Widerstände entsprechend den erwünschten Temperaturen zu erreichen, erwärmt ihrerseits die Gaschromatographiebeschichtung innerhalb der Kapillarröhre, um Dämpfe in eine Trägergasströmung freizugeben oder auszustoßen, die es durch die Kapillarröhre gerichtet wird. Ein solches Trägergas kann bei einer gewissen Anwendung Luft sein, wobei ein Hauptvorteil davon ist, daß sie ohne weiteres zur Verfügung steht. Jedoch hat sich Luft als weniger geeignet als andere Gase für Analysen von Stickstoff enthaltenden Verbindungen herausgestellt, die eine hohe Empfindlichkeit, Selektionsvermögen und Geschwindigkeit wegen ihrer Verunreinigungen und relativ hohen Molekulargewichts verlangen, und weil ihr Sauerstoffgehalt unerwünschte Reaktionen begünstigen kann. Bevorzugte Trägergase sind jene, die rein, geringgewichtig und mit den zu erfassenden Verbindungen oder mit ihren thermischen Zersetzungsprodukten oder mit anderen Verbindungen nicht reaktiv sind, die möglicherweise in den Gasproben vorhanden sind. Wasserstoff, der unter Druck der Dampfkonzentrationseinrichtung 144 oder 148 von der Trägergasversorgung 160 geliefert wird, ist ein bevorzugtes Trägergas zur Verwendung bei der Analyse von Stickstoff enthaltenden Verbindungen, wie Sprengstoffen. Es hat sich als sicher herausgestellt, selbst wenn es (bei niedrigem Druck) durch eine NO-Nachweiseinrichtung auf der Grundlage von Chemolumineszenz fließt, der Ozon als ein Reagenz zugeführt wird. Hehum ist auch als ein Trägergas geeignet.
Nachdem Dämpfe zu der VC2 148 überführt und in ihr eingefangen worden sind, wird diese Dampfkonzentrationseinrichtung blitzgeheizt, während das Trägergas durch die VC2 148 fließt. Die Dämpfe werden aus der VC2 148 ohne Zersetzung von interessierenden Verbindungen herausgespült und schnell in einen ersten Gaschromatographen 180 (GC1 180) eingebracht oder "eingespritzt". Der GC1 hält selektiv Dämpfe bestimmter Verbindungen von anderen Verbindungen, die erfaßt werden sollen und von nicht interessierenden Verbindungen zurück und trennt sie.
Der GC1 180 und ein zweiter Gaschromatograph 184 (GC2 184), der das Ausströmende des GC1 180 nach seinem Durchgang durch eine Pyrolyseeinrichtung 190 im mittleren Temperaturbereich erhält, können eine der Dampfkonzentrationseinrichtung 144 ähnliche Konstruktion mit der Ausnahme aufweisen, daß sie typischerweise gewickelt und wesentlich länger sind. Typische Längen des GC1 180 und GC2 184 sind 0,6 bis 3 m (2 bis 10 Fuß) 4 Auch werden GC1 180 und GC2 184 vorzugsweise bei Temperaturen etwas höher (beispielsweise bei 80º0 bis 120ºC) als die Dampfkonzentrationseinrichtung 144 durch Öfen (nicht gezeigt) mit Ausnahme kurzer Intervalle gehalten, wenn ihre Temperaturen schnell durch Anwenden elektrischer Energie von der Stromversorgung 130 an den Metallröhren erhöht wird, die die Kapillarsäulen des Gaschromatographen umschließen Wenn die Temperatur des GC1 180 "hochgebracht" worden ist - beispielsweise von ungefähr 95ºC auf 300º0 in einem Intervall von 3-4 Sekunden, treten Dämpfe, die zurückgehalten worden sind und einer zeitlichen Trennung unterzogen werden, nachdem sie von der Dampfkonzentrationseinrichtung 148 erhalten worden sind, schnell in getrennter Form aus dem GC1 180 aus und gelangen zu der Pyrolyseeinrichtung 190 im mittleren Temperaturbereich. Die gleiche Wirkung wird später durch gesteuertes Erwärmen des GC2 184 bei trennbaren Dämpfen erzeugt, die zur selektiven Zurückhaltung und Trennung in nicht zersetzter Form von der Pyrolyseeinrichtung 190 im mittleren Temperaturbereich erhalten worden sind.
Die Pyrolyseeinrichtung 190 im mittleren Temperaturbereich kann einen kurzen (beispielsweise 15 cm oder sechs Zoll) Abschnitt der (Kapillarröhre) Strömungsleitung zwischen GC1 180 und GC2 184 umfassen. Die Pyrolyseeinrichtung 190 wird jedoch vorzugsweise fortlaufend auf eine Temperatur erwärmt, die ausreichend ist, eine erste Gruppe von bestimmten Verbindungen zu zersetzen, wenn sie in den Dämpfen vorhanden sind, die in einer Gasprobe enthalten sind, ohne Dämpfe einer zweiten Gruppe (thermisch stabilere) von Verbindungen zu zerlegen. Beispielsweise kann beim Bestimmen gewisser stickstoffhaltiger Sprengstoffe die Pyrolyseeinrichtung 190 im mittleren Temperaturbereich, wie durch elektrisches Heizen, bei einer Temperatur von ungefähr 400ºC gehalten werden. Bei dieser Temperatur zersetzen sich Sprengstoffdämpfe, die Nitramine und Nitritester sind (Verbindungen, die mit ihren Strukturformeln N-NO&sub2; oder O-NOx (x = 1,2) sind - beispielsweise Nitroglyzerin (NG), Ethylenglykoldinitrat (EGDN), Pentaerythritoltetranitrat (PETN), und die Nitramine HMX und RDX, ohne weiteres, um Stickoxidgas (NO) und Stickdioxidgas (NO&sub2;) zu erzeugen, wenn sie durch die Pyrolyseeinrichtung 190 mit Strömungsgeschwindigkeiten von ungefähr 1 ccm pro Sekunde geschickt werden. Jedoch zersetzen sich die Sprengstoffe einer zweiten Gruppe von Verbindungen nicht, die als C-Nitro-Verbindungen (Verbindungen, die C-NOx(x=1,2) in ihren Strukturformeln haben, - beispielsweise die Ditrotoluen (DNT) und Trinitrololuen (TNT)) und andere organische stickstoffhaltige Verbindungen, wie Parfums, Farbreste usw., die mögliche Störer sind, wenn sie durch das Rohr der Pyrolyseeinrichtung 190 als Dämpfe in einem Trägergas, wie Wasserstoff, hindurchgehen.
Eine Hochtemperatur-Pyrolyseeinrichtung 200, die angeordnet ist, das Ausströmende des GC2 184 zu erhalten, kann eine der Pyrolyseeinrichtung 190 im mittleren Temperaturbereich ähnliche Konstruktion haben, oder kann eine Quarz- oder Keramikröhre sein, typischerweise ungefähr 13 bis 30 cm (5 bis 12 Zoll) in der Länge und mit einem Durchmesser von ungefähr 0,3 cm (ein Achtel Zoll). Die Hochtemperatur-Pyrolyseeinrichtung 200 wird bei einer Temperatur in dem Bereich von ungefähr 800ºC bis 1000ºC, typischerweise ungefähr 850ºC, durch eine Heizeinrichtung gehalten. Bei dieser Temperatur zersetzten sich Dämpfe der zweiten Gruppe von Verbindungen, die bestimmt werden sollen (beispielsweise DNT und TNT), sowie das NO&sub2; Gas, das durch Zersetzung von Dämpfen in der Pyrolyseeinrichtung 190 für den mittleren Temperaturbereich erzeugt worden ist, um NO zu erzeugen, wenn es in Gasproben enthalten ist, die durch die Hochtemperatur-Pyrolyseeinrichtung 200 hindurchlaufen.
Stickoxidgas, das in einer der beiden Pyrolyseeinrichtungen 190 oder 200 erzeugt wird, wird in einer Stickoxid-Bestimmungseinrichtung 204 überwacht, deren Einlaß mit dem Auslaß der Hochtemperatur-Pyrolyseeinrichtung 200 über ein Ventil 208 in Verbindung steht. Die Stickoxid-Bestimmungseinrichtung 204 kann irgendein geeigneter sehr empfindlicher, sehr schneller NO-Analysator sein, wie eine Bestimmungseinrichtung, die die Prinzipien des Elektroneneinfangs-, der Fotoionisation oder der Chemolumineszenz verwenden. Eine bevorzugte NO Bestimmungseinrichtung 204 ist eine Chemolumineszenz-Bestimmungseinrichtung auf der Grundlage von Ozon ähnlich derjenigen, die in den Thermal Energy Analyzers (TEA's) verwendet wird, die von Thermedics Inc. in Wildwoud Street, Woburn, Massachusetts, U.S.A. erhältlich sind, in denen Ozon, das einer Reaktionskammer (bei einem Vakuum von 1 bis 10 Torr durch die Vakuumpumpe 164 gehalten wird) zugeführt wird, mit NO in einer Gasprobe reagiert, um "angeregtes" NO&sub2; zu erzeugen. Der schnelle Zerfall des "angeregten" NO&sub2; zu NO&sub2; gibt eine durch eine Fotoerfassungseinrichtung erfaßbare Strahlung. Die sich ergebenden Signale und ihre Auftrittzeiten erlauben die Identifizierung bestimmter Verbindungen (beispielsweise Sprengstoffen), die erfaßt werden sollen. Zeitdiagramme oder Chromatogramme dieser Signale können automatisch erzeugt werden, ebenso wie Warnungen, die in einem Anzeige/Alarmmodul 206 ausgelöst werden, der zwischen der NO Bestimmungseinrichtung 204 und dem Computer 136 verbunden ist.
Die in Reihe verbundenen, doppelten Kombinationen von Gaschromatograph-Pyrolyseeinrichtung der Dampferfassungseinrichtung 90 erlauben eine Zeitverschiebung von Signalen, indem die Erzeugung (und daher Erfassung) von NO Gas von einer zweiten Gruppe trennbarer Verbindungen verzögert wird, die sich nicht zersetzen, wenn sie durch die Pyrolyseeinrichtung 190 mittlerer Temperatur hindurchgehen, aber sich zersetzen, wenn sie (später) durch die Hochtemperatur-Pyrolyseeinrichtung 200 hindurchgehen. Dies ermöglicht, daß NO Signale von den Nitraminen und Nitritestern in einem ersten Zeitintervall vor der Zersetzung der anderen Bindungen erzeugt werden und erscheinen, die in dem GC2 184 zurückgehalten werden oder langsam durch ihn hindurchwandern.
Das zweite Zeitintervall der Erfassung wird durch Verschieben des Ventils 208 und das Hochlaufen der Temperaturen des GC2 184 initiiert. Eine Zersetzung dieser Verbindungen (beispielsweise C-Nitroverbindungen, wie TNT) in der Hochtemperatur-Pyrolyseeinrichtung 200 ergibt die Erzeugung von zusätzlichen NO Signalen in der NO Bestimmungseinrichtung 204 in einem zweiten Zeitintervall.
Die Zeitverschiebung von Signalen, die durch die Dampferfassungseinrichtung 90 geschaffen werden, ist von beträchtlicher Zweckmäßigkeit bei einer selektiven Hochgeschwindigkeitserfassung von Verbindungen, wie Sprengstoffen, da sie für jedes Zeitintervall die Anzahl von Signalen verringert, aus denen bestimmte Verbindungen identifiziert oder unterschieden werden müssen. Sie erhöht auch die Trennung zwischen bestimmten interessierenden Signalen. Beispielsweise werden bestimmte Verbindungen (Nitramine, Nitritester), deren Signale in dem ersten Zeitintervall erscheinen, nicht durch Signale anderer Verbindungen maskiert, die in das zweite Zeitintervall zeitverschoben sind.
Die Dampferfassungseinrichtung 90 enthält auch vorzugsweise einen Umleitungszweig 220, der Hintergrundrauschen und mögliche Störungen vermeidet, die in dem Ausgang während des ersten Zeitintervalls der Bestimmung als ein Ergebnis von Reaktionen in der Hochtemperatur-Pyrolyseeinrichtung 200 erscheinen könnten. Der Umleitungszweig 200 lenkt einen Teil des Ausströmenden der Pyrolyseeinrichtung 190 im mittleren Temperaturbereich um, so daß es den zweiten Gaschromatographen GC2 184 und die Hochtemperatur-Pyrolyseeinrichtung 200 umgeht. Gase und Dämpfe, die durch den Umleitungszweig 200 gelenkt werden und dann zu der Stickoxidgas-Bestimmungseinrichtung 204 entlang einer Strömungsleitung 224, gelangen enthalten, da sie die hohen Temperaturen der Pyrolyseeinrichtung 200 vermeiden, Zersetzungsprodukte nur von der Pyrolyseeinrichtung 190 im mittleren Temperaturbereich (die man weiter in der Niedertemperatur-Pyrolyseeinrichtung 230 des Umleitungszweiges 220 reagieren läßt). Störungen, die mit Reaktionsprodukten der Hochtemperatur-Pyrolyseeinrichtung 200 verbunden sind, fehlen, und die Dampferfassungseinrichtung 90 erreicht auch Erfassungszeiten, die mit jenen eines Systems ohne den Umleitungszweig 220 vergleichbar sind.
Die Abzweigung eines Teils des Ausströmenden der Pyrolyseeinrichtung 190 im mittleren Temperaturbereich, der Dämpfe einschließt, die in einem Trägergas enthalten sind, zu dem Umleitungszweig 220, kann durch eine einfache T-Verbindung 234 in der Strömungsleitung 238 zwischen GC2 180 und der Pyrolyseeinrichtung 190 im mittleren Temperaturbereich und dem Betrieb einer Strömungssteuerungseinrichtung 240 ausgeführt werden, die über eine Strömungsleitung 244 mit dem T 234 in Verbindung steht. Die Strömungssteuerungseinrichtung 240 hilft, den Anteil (beispielsweise 0,7) des Ausströmenden der Pyrolyseeinrichtung 190 zu regeln, der durch den Umleitungszweig 220 hindurchgeht, und kann nur eine gewickelte Kapillarröhre sein, die eine feste Größe an Strömungswiderstand liefert. Alternativ umfaßt die Steuerungseinrichtung 240 ein Ventil, dessen Einstellung so verändert werden kann, daß unterschiedliche Gasmengen durch den Umleitungszweig 220 fließen können.
Die Niedrigtemperatur-Pyrolyseeinrichtung 230, die als Teil des Umleitungszweiges 220 vorgesehen ist, arbeitet hauptsächlich, irgendwelches NO&sub2; Gas in dem Ausströmenden, das von der Pyrolyseeinrichtung 190 im mittleren Temperaturbereich erhalten wird, zu Stickoxid (NO) zu reduzieren. (Diese Aufgabe wird auch durch die Hochtemperatur-Pyrolyseeinrichtung 200 in bezug auf NO&sub2; Gas in einer Probe ausgeführt, die durch die Pyrolyseeinrichtung 200 hindurchgeht.) Eine geeignete Niedrigtemperatur-Pyrolyseeinrichtung 230 ist eine Röhre, die aus Silber gebildet ist oder es enthält und bei einer Temperatur im Bereich von ungefähr 140ºC bis 200ºC betreibbar ist, - beispielsweise bei 180ºC. Eine bevorzugte Niedrigtemperatur-Pyrolyseeinrichtung 200 umfaßt eine Silberröhre von ungefähr 30 cm (12 Zoll) in der Länge und mit einem Innendurchmesser von ungefähr 0,075 Zoll und einem Außendurchmesser von ungefähr 0,3 cm (ein Achtel Zoll).
Die Dampferfassungseinrichtung 90 der Fig. 4 wird betrieben, 1) ein erstes Bestimmungs-Zeitintervall zu schaffen, in dem NO, das in der Pyrolyseeinrichtung 190 im mittleren Temperaturbereich (und auch durch die Reduktion von NO&sub2; erzeugt wird), als NO in der Stickoxid-Bestimmungseinrichtung 204 erfaßt wird, und 2) ein zweites Bestimmungs-Zeitintervall, in dem NO, das in der Hochtemperatur-Pyrolyseeinrichtung 200 erzeugt wird, in der Stickoxid-Bestimmungseinrichtung 204 erfaßt wird. Um den Strömungsfluß des Probengases zu der NO Bestimmungseinrichtung 204 zu steuern, wird das Ventil 208 stromabwärts der Hochtemperatur-Pyrolyseeinrichtung 200 so eingestellt, daß während des ersten Zeitintervalls die Strömung des Ausströmenden von der Hochtemperatur-Pyrolyseeinrichtung 200 nur zu der Vakuumpumpe 164 entlang einer Strömungsleitung 248 fließt. Daher stellen NO Signale von der Stickoxid-Bestimmungseinrichtung 204 NO dar, das nur durch Zersetzung von Nitraminen und Nitritestern in der Pyrolyseeinrichtung 190 im mittleren Temperaturbereich erzeugt worden ist (und NO aus der Reduktion von NO&sub2; durch die Niedrigtemperatur-Pyrolyseeinrichtung 230). Am Ende des ersten Zeitintervalls wird das Ventil 208 schnell umgeschaltet. Das Ausströmende von der Hochtemperatur-Pyrolyseeinrichtung 200 wird dann entlang einer Strömungsleitung 252 zugeführt, um es mit dem Ausströmenden der Niedrigtemperatur-Pyrolyseeinrichtung 230 zu kombinieren, damit es zu der Stickoxid-Bestimmungseinrichtung 204 gelangt, die NO während des zweiten Zeitintervalls erfaßt.
Das Ergebnis der oben beschriebenen Arbeitsweisen durch die Dampferfassungseinrichtung 90 ist eine schnelle, äußerst selektive Erfassung in einen Zeitintervall von ungefähr dreißig Sekunden oder weniger von einem oder mehreren Sprengstoffen, die durch Wischen einer Oberfläche erhalten worden sind, die sehr kleine Mengen an Sprengstoff enthalten mag. Beispielsweise werden die Sprengstoffe Nitroglyzerin, EGDN, PENT und RDX, wenn sie vorhanden sind, während des ersten Zeitintervalls erfaßt, während DNT und TNT, wenn sie vorhanden sind, in dem zweiten Zeitintervall erfaßt werden.
Bei der Ausführung der Erfindung werden eine oder mehrere Oberflächen, die auf Sprengstoffe überprüft werden sollen, mit dem Handschuh 30 gewischt, wobei aufgepaßt werden muß, alle Bereiche zu berühren, die als wahrscheinlich angesehen werden, daß sie Spuren von Sprengstoffen enthalten. Der Handschuh 30 wird dann in Berührung mit der Probensonde 40 während einer kurzen Zeit (beispielsweise 5-10 Sekunden) gehalten oder an ihr gerieben, während die Sonde nicht erwärmte Luft mit einer hohen Strömungsgeschwindigkeit durch ihre Sammelspule 54 einzieht. (Wenn es erwünscht ist, können die Fingerspitzen des Handschuhs 30 auch oberhalb des Einlasses der Sonde gehalten und aneinander gerieben werden, um zusätzliche Teilchen zum Durchgang in die Sonde 40 freizusetzen. Sprengstoffteilchen werden somit schnell von dem Handschuh 30 auf die Spulenwindungen übertragen, deren Oberflächenbeschichtungen die Sprengstoffe einfangen und halten. Nachdem einer oder mehrere Handschuhe staubgesaugt worden sind, wird die Sonde 40 an der Schnittstelle der Dampferfassungseinrichtung 90 befestigt, und die Sprengstoffe werden von der Sonde entfernt und analysiert. In der bevorzugten Dampferfassungseinrichtung 90 setzt ein schnelles Widerstandsheizen der Spulenwindungen zusammen mit der Rückspülung der Spule mit Luft Sprengstoffe, hauptsächlich als Dämpfe, frei und überführt sie zu der Dampfkonzentrationseinheit 94. Dann werden die Dämpfe während eines Zeitintervalls von weniger als dreißig Sekunden durch Gaschromatographie getrennt, pyrolysiert und auf das Vorhandensein von bestimmten Sprengstoffen analysiert.
Die Fig. 5-10 sind Chromatogramme von Versuchen, die mit dem Sprengstoff RDX durchgeführt wurden, wobei verschiedene Wischmaterialien verwendet wurden, um RDX von den äußeren Oberflächen eines metallenen Aktenkoffers aufzunehmen. Der RDX wurde aufgebracht, indem ein Stück RDX Material über die Oberflächen gezogen wurde und/oder indem die Oberflächen von einer Person gehandhabt worden sind, die vorhergehend das RDX Material gehandhabt hatte. Andere Versuche mit RDX wurden durchgeführt, wobei Oberflächen elektronischer Einrichtungen, wie Kameras und Bandrecorder abgewischt wurden. RDX ist einer der am schwierigsten durch Dampfanalyse wegen seines geringen Dampfdrucks zu erfassenden Sprengstoffe.
Die Fig. 5 bis 7 sind Chromatogrammen von Signalen, die bei Versuchen mit Sprengstoff RDX erhalten worden sind, der von einer Oberfläche mit Handüberdeckungen aus unterschiedlichem Material abgewischt und gemäß dem Verfahren der Erfindung verarbeitet worden ist. Die Auftragungen zeigen Signalamplituden als Funktion der Zeit während eines Bestimmungsintervalls von ungefähr zehn Sekunden, wobei die numerierten vertikalen Linien den vorbestimmten Zeiten entsprechen, zu denen verschiedene Sprengstoffe erscheinen sollten, wenn sie in einer Probe vorhanden sind. Das heißt, ein Spitzensignal von mindestens einer minimalen Größe zu der gleichen Zeit wie die einer vertikalen Linie, oder innerhalb eines Zeitintervalls oder "Fensters", das durch den kurzen horizontalen Abschnitt (nahe der Zeitachse) dargestellt ist, auf dem die vertikale Linie zentriert ist, gibt ein "Ereignis" oder das Erfassen des bestimmten Sprengstoffs an. Bei den dargestellten Auftragungen entspricht der Linie 6 RDX, der Sprengstoff, von dem bekannt ist, daß er in den durchgeführten Bestimmungsversuchen vorhanden war. Die Linien 1, 2, 3, 4, 5 entsprechen jeweils Zeiten, zu denen EGDN, NG, DNT, TNT und PETN erfaßt würden, wenn sie vorhanden sind.
Fig. 5 zeigt die Ergebnisse von Versuchen, die unter Verwendung eines Fausthandschuhs aus schwerer Baumwolle durchgeführt worden sind. Das Chromatogramm hat eine kleine Spitze bei der Linie mit der Nummer 6, was anzeigt, daß der Fausthandschuh nur äußerst gering wirksam beim Erfassen von RDX ist. Ferner erzeugte dieser Fausthandschuh eine große Spitze ("P") zwischen den Linien 3 (DNT) und 4 (TNT), ein charakteristisches Signal des Fausthandschuhs, der bei anderen Versuchen einen Fehlalarm für DNT oder TNT ergab. Auch gab dieser Fausthandschuh eine große Menge an roher Baumwollfaser während der Versuche ab, die möglicherweise den Luftfluß durch die Sammelspule der Probensonde während des Staubsaugens des Fausthandschuhs versperren würde.
Fig. 6 ist ein Chromatogramm von einer Probe von RDX, die von einem Nylonhandschuh erhalten wurde. Sie stellt ein klares Ereignis für RDX dar, der vorhandene Sprengstoff (man beachte "H" an der Linie, die normalerweise als die Linie 6 bezeichnet ist). Jedoch zeigt das Chromatogramm auch einen Fehlalarm für DNT (Linie 3), einen Sprengstoff, der nicht für den Versuch vorgesehen war, sowie zahlreiche andere Spitzen (beispielsweise siehe die Spitze zwischen den Linien 2 und 5), die Störungen erzeugen könnten, wenn geringe Verschiebungen aufträten.
Fig. 7 ist ein Chromatogramm für eine Probe aus RDX, das von einem Untersuchungshandschuh aus 100% ungebleichter roher Baumwollfaser erhalten wurde. Das klare "Ereignis" bei der Linie 6 zeigt die Bestimmung von RDX an, und das Fehlen anderer Spitzen merklicher Größe zeigt eine geringe Wahrscheinlichkeit einer Störung bei der Erfassung von irgendeinem der fünf Sprengstoffe an, die den Linien 2-6 entsprechen.
Fig. 8 ist eine Auftragung der relativen Spitzenhöhe der Erfassungssignale von RDX, die vom Abwischen von Oberflächen mit Baumwollhandschuhen und Nylonhandschuhen bei mehreren Versuchsreihen unter ähnlichen Versuchsbedingungen erhalten wurden. Die Ergebnisse zeigen, daß bei sechs von acht Versuchsreihen die Spitzenhöhen von Baumwollhandschuhen jene von Nylonhandschuhen überschritten, was einen klaren Vorteil von Baumwollhandschuhen gegenüber Nylonhandschuhen beim Erfassen von niedrigen Werten von RDX nahelegt.
Die Ergebnisse von Versuchen mit Handüberdeckungen verschiedener Wischmaterialien sind in den Fig. 9 und 10 gezeigt. Bei diesen Versuchen wurde der Sprengstoff RDX von einer Oberfläche mit einem Papierhandtuch (Ergebnisse der Fig. 10) oder einem speziellen Wischmaterial mit wenig roher Baumwollfaser, das üblicherweise bei Reinraumanwendungen (Ergebnisse der Fig. 9) verwendet wird, abgewischt und dann wurde das Handtuch oder das spezielle Wischmaterial zu einer Henkelstruktur zum Absaugen mit einer Sonde übergeführt und gehalten (bei den Papierhandtuchversuchen wurde die in US Patent 4,909,090 beschriebene Sonde, jedoch ohne Hinzufügen von Wärme, verwendet). Die Fig. 9 zeigt, daß das spezielle Wischmaterial RDX aufnahm und übertrug (man beachte ein Ereignis bei der Linie 6), aber auch einen Fehlalarm für Nitroglyzerin (Linie 2) erzeugte. Fig. 10 zeigt, daß das Papierhandtuch wirksam und relativ störungsfrei zum Bestimmen von RDX war (es wird angenommen, daß das PETN Ereignis auf Linie 5 von einer Verunreinigung des RDX Materials herkommt, die sich aus der Aufbewahrung des RDX mit anderen Sprengstoffen in einem Verschlußraum ergibt, bevor der RDX auf die Oberfläche aufgebracht worden ist, die gewischt werden soll). Ein Hauptnachteil bei Papierhandtüchern gegenüber einer wirksamen Handüberdeckung, wie einem Baumwollhandschuh, ist jedoch die Unbequemlichkeit ersterer, insbesondere in Situationen mit einem großen Durchsatz, zu verwenden.
Die oben beschriebene Anwendung des Verfahrens der Erfindung in bezug auf Sprengstoffe soll beschreibend und nicht einschränkend sein. Die Erfindung wird durch die Ansprüche festgelegt, die folgen, und schließt alle Ausführungsformen und ihre Äquivalente innerhalb des Bereiches der Ansprüche ein.

Claims

1. Ein Verfahren zum schnellen Überprüfen von Oberflächen auf das Vorhandensein eines oder mehrerer Stoffe, umfassend:

Bereitstellen einer Handbedeckung (30) aus einem reinen, flexiblen Material;

Wischen über eine Oberfläche, die die genannten Stoffe enthält, während des Tragens der genannten Handbedekkung, um Teilchen der genannten Stoffe von der Oberfläche auf die Handbedeckung zu übertragen;

Anordnen einer Abtastsonde (40) nahe einem Abschnitt der genannten Handbedeckung, die mit der genannten Oberfläche in Wischberührung war;

während die genannte Abtastsonde (40) in Berührung mit oder nahe einem Abschnitt der genannten Handbedeckung beibehalten wird und ohne Wärme von der genannten Sonde hinzuzuführen, schnell Luft über die Sammeloberflächen innerhalb der genannten Sonde auf eine Weise einzuziehen, daß Teilchen der genannten Stoffe von der Handbedeckung (20) auf die genannten Sammeloberflächen übertragen werden; und

Analysieren der genannten Teilchen, die auf den genannten Sammeloberflächen eingefangen wurden, wobei die genannte Analyse das Erwärmen der genannten Teilchen einschließt, um Dämpfe der genannten Stoffe zu bilden und dann die genannten Stoffe in den Dämpfen zu bestimmen.

2. Ein Verfahren wie in Anspruch 1, in dem der genannte Wischschritt einschließt, über eine Mehrzahl von Oberflächen nacheinander zu wischen, wobei mindestens eine der genannten Oberflächen die genannten bestimmten Stoffe enthält.

3. Ein Verfahren wie in Anspruch 1, in dem die genannten Stoffe Sprengstoffe, wie TNT, DNT und RDX sind, und der Bestimmungsschritt schnelles Trennen der genannten Dämpfe in einem Gaschromatographen (180, 184) einschließt.

4. Ein Verfahren wie in Anspruch 3, in dem in dem der genannte Analyseschritt vor der Gaschromatographie- Trennung das Transportieren von Dämpfen der genannten Sprengstoffe von der Sonde (40) zu einer Konzentrierungseinrichtung (94) durch Erwärmen der genannten Sammeloberflächen, die Teilchen der genannten Stoffe enthalten, einschließt, während Gas über die genannten Sammeloberflächen und durch eine mit der Sonde verbundene Konzentrationsröhre fließt.

5. Ein Verfahren wie in Anspruch 1, in dem die Handbedekkung ein Handschuh ist, der aus einem flexiblen Material besteht, das geformt ist, ziemlich eng über die Hand zu passen, und der genannte Wischschritt einschließt, die Handfläche und die Vorderabschnitte der Finger des genannten Handschuhs über eine Oberfläche zu wischen, die die genannten Stoffe enthält.

6. Ein Verfahren wie in Anspruch 5, in dem der genannte Handschuh aus einem Material gebildet ist, das im wesentlichen aus Baumwolle besteht.

7. Ein Verfahren wie in Anspruch 1, in dem die Sonde eine von Hand gehaltene Einrichtung ist, die eine Sammeleinrichtung (54) einschließt, die in und nahe einem Einlaßende ihres Gehäuses angebracht ist, und der genannte Teilchenüberführungsschritt einschl ießt, das genannte Einlaßende an Abschnitten der Handbedeckung zu reiben, die mit der genannten Oberfläche in wischberührung gewesen sind, während schnell Luft in das genannte Einlaßende gezogen wird.

8. Ein Verfahren wie in Anspruch 1, in dem die Stoffe Rauschgifte, wie Kokain und Heroin, sind, und der genannte Bestimmungschritt einschließt, schnell die Genannten Dämpfe in einem Gaschromatographen (180, 184) zu trennen.

9. Ein Verfahren wie in Anspruch 8, in dem in dem der genannte Analyseschritt vor der genannten Gaschromatographie-Trennung das Transportieren der Dämpfe der genannten Rauschgifte von der Sonde zu einer Konzentrierungseinrichtung (94) durch Erwärmen der genannten Sammeloberflächen einschließt, die Teilchen der genannten Stoffe enthalten, während Gas über die genannten Sammeloberflächen und durch eine mit der Sonde verbundene Konzentrationsröhre fließt.

10. Ein Verfahren zu schnellen überprüfen von Oberflächen auf das Vorhandensein von Spurenmengen von einem oder mehreren bestimmten gaschromatographisch trennbaren Stoffen, die Schritte umfassend:

(a) Wischen über eine Oberfläche, die die genannten Stoffe enthält, während des Tragens eines Handschuhs, um Teilchen der genannten Stoffe, wenn vorhanden, von der Oberfläche auf den Handschuh zu übertragen;

(b) Anordnen einer von Hand gehaltenen Abtastsonde (40) nahe der behandschuhten Hand auf eine Weise, daß ein Lufteinlaß der genannten Sonde in großer Nähe zu einem Abschnitt des genannten Handschuhs ist, der mit der genannten Oberfläche in Wischberührung gewesen war;

(c) schnelles Einziehen von Luft in die genannte Sonde über Sammeloberflächen innerhalb der Sonde, um Teilchen der genannten Stoffe von dem Handschuh (30) auf die genannten Sammeloberflächen zu übertragen; und

(d) Analysieren der genannten Teilchen, die auf den genannten Sammeloberflächen eingefangen wurden, wobei die genannte Analyse einschließt, (i) Erwärmen der genannten Teilchen, während ein Gas über die genannten Sammeloberflächen fließt, um Dämpfe zu bilden, (ii) Trennen der genannten Dämpfe in einem Gaschromatographen (180, 184), und (iii) Bestimmen der bestimmten Stoffe, die in dem Ausströmenden des Gaschromatographen enthalten sind.

11. Ein Verfahren wie in Anspruch 10, in dem der genannte Wischschritt einschließt, die Handfläche und die Vorderabschnitte der Finger des genannten Handschuhs über die genannte Oberfläche zu wischen, und einschließt, während Luft in die genannte Sonde (40) eingezogen wird, das Einlaßende der genannten Sonde an Vorderabschnitten der Finger und der Handfläche des Handschuhs (30) zu reiben.

12. Ein Verfahren wie in Anspruch 10, in dem die genannte Überführung der Teilchen von dem genannten Handschuh (30) auf die genannten Sammeloberflächen bei im wesentlichen Raumtemperatur durchgeführt wird.