HUT64145A - Method and device for detecting components of a material in the environmentg, particularly war gas in the air - Google Patents

Description

A találmány tárgya egyrészt eljárás másrészt berendezés környezetben lévő anyag összetevődnek, különösen levegőben harcigáz jelenlétének érzékelésére. Az eljárás eljárás végrehajtása során környezetet alkotó anyagból, mint reakcióközegből, különösen levegőből és/vagy vízből könnyű ionizált reakciótermékeket, mint O₂'-, H₂O klaszteres H⁺-ionokat képezünk, az ionizált reakciótermékeket első és/vagy második mért anyaggal és a reakcióközeggel alkotott keverékhez adagoljuk, mégpedig úgy, hogy az ionizált reakciótermékeket, mint az O₂·-, H₂O klaszteres H⁺-ionokat mérőkamrában inhomogén térbeli eloszlásban az első és/vagy második mért anyag nehéz molekuláihoz kapcsoljuk és ezzel kvázi-molekulaionokat képezünk, a mérökamrában meghatározott alapfrekvenciájú és amplitúdójú, zérus szintű alapvonalhoz viszonyítva váltakozó erősségű, időben változó elektromos teret gerjesztünk, az elektromos tér hatására beálló, a kvázi-molekulaionokból álló ionáram erősségét mérjük és a mérőjelet értékeljük.

A javasolt eljárást megvalósító és ugyancsak a találmány tárgyát képező berendezésnek mérőkamrája, a mérökamrába környezetet alkotó reakcióközegből, valamint első és/vagy második mért anyagból álló keveréket bevezető első eszköze, a reakcióközegböl, különösen levegőből, vízből könnyű ionizált reakciótermékeket, mint O₂'-, OH·-, H₂O klaszteres H⁺-ionokat képező második eszköze, a mérökamrában az ionizált reakciótermékeket, mint O₂·-, H₂O klaszteres H⁺-ionokat az első és/vagy a második mért anyagból és reakcióközegböl álló keverékben az első és/vagy a második mért anyag nehéz molekuláihoz kapcsoló, ennek révén kvázi-molekulaionokat képező harmadik eszköze, a mérökamrában meghatározott alapfrekvenciájú és amplitúdójú, időben változó, zérus szintű alapvonal mentén váltakozó erősségű elektromos teret gerjesztő negyedik eszköze van, ahol a negyedik eszköz a mérökamrában elrendezett első és második elektródból álló elektródpárt és az elektródpárt alkotó első és második elektróddal összekötött feszültségforrást tartalmaz, továbbá a mérökamrában az elektromos térrel előidézett, a kvázi-molekulaionokból álló ionáramot mérő és a mérőjelet kiértékelő ötödik eszköze van.

A találmány szerinti eljárás és berendezés védelem, különösen környezetvédelmi megfigyelő rendszerek létrehozására alkalmas, például vegyipari üzemek környezetében, de mindenek előtt gáz halmazállapotú harceszközök jelenlétének megállapítására szolgál. A fentiekben ismertetett jellemzőket felmutató eljárás és berendezés például S. Milinkovicnak és társainak az Umeaban (Svédország), 1989. június 11. és 16. között rendezett nemzetközi konferencia anyagát összefoglaló Proceeding of 3rd Int. Symp. Protection against Chemical Warfare Agents című kiadványban megjelentetett Detection of Chemical Warfare Agents by means of an lonization Chamber Operated in AC Mode című előadásából ismerhető meg.

-3A természetes vagy mesterséges környezetben, akár vízben, vagy levegőben, akár zárt terekben az ott szokványosoktól eltérő anyagok megjelenésének érzékelése mind a környezetvédelem, mind pedig a haditechnika területén igen fontos feladat. Vonatkozik ez mindenek előtt az egészségre káros gáz alakú anyagokra. Amikor a különösen veszélyes hatású mért anyagok, például a gáz alakú vegyi harcanyagok jelenlétét érzékelni és jelezni kell, nemcsak az érzékelés nagy érzékenységére és biztonságára van szükség, hanem egyúttal arra is, hogy az érzékelést követően a lehető leggyorsabban lehessen a figyelmeztető jelzést kiadni. Ezt a követelményt kell állítani minden olyan esetben, amikor nem ismeretes, hogy az adott felügyelt területen veszélyes anyagok jelen vannak-e vagy sem, mivel ilyenkor a mért anyagok megjelenésére állandóan számítva figyelő rendszert kell működtetni, amelyet úgy kell felkészíteni, hogy az gyors riasztást adjon ki, amikor a mért veszélyes anyagok megjelenése megállapítható.

A haditechnika szakterületén alapvetően a mérgező gáz alakú harcanyagok megjelenését kell figyelni, amelyek összetételüket és hatásmechanizmusukat tekintve igen sokfélék lehetnek.

Az emberi szervezetre különösen veszélyes gáz alakú harcanyagok több csoportra oszthatók, de alapvetően a hólyaghúzó mérgező harcanyagokat, illetve az idegméreg jellegű harcgázokat különböztetjük meg. A hólyaghúzó mérgező harcanyagok a bőrre és a hámszövetekre hatnak, azokat kimarják, égési sérülésekhez hasonló károsodásokat okoznak. A gáz alakú idegmérgek az emberi idegrendszer működését befolyásolják és légzési nehézségeket, fulladásos és ehhez hasonló jelenségeket, adott esetben pszichés zavarokat idéznek elő.

A hólyaghúzó mérgező harcanyagokat már az I. világháborúban alkalmazták, különösen ismertté vált közülük a

Cl - CH₂ - CH₂ - S - CH₂ - CH₂ - Cl szerkezeti képlettel leírható kénmustár (mustárgáz), vagyis szabatos megnevezéssel a 2,2'-diklór-dietil-szulfid.

Ugyancsak a hólyaghúzó mérgező harcanyagok közé tartozik a nitrogénmustár név alatt ismertté vált trisz-(2-klóretil)-amin, amelynek szerkezeti képlete a következő:

CH₂-CH₂-CI

I N /\ CI-CH₂-CH₂ ch₂-ch₂-ci, vagy

-4ch₃

I

Cl - ch₂ - ch₂ - N - ch₂ - CH₂ - Cl.

Az idegmérek közül a legveszélyesebbek közé tartozik a tabun elnevezés alatt ismertté vált dimetil-foszfor-amid-ciánsav-etilészter, amelynek molekulatömege 162 u és szerkezeti képlete a következő:

O

II (CH₃)₂N-P-CN,

I

O-C₂H₅ valamint a szarin, illetve szomán névvel jelzett elterjedt anyag, amely összetételét tekintve a metil-fluor-foszfonsav O-izopropil-, illetve O-pinakolil-észtere, molekulatömege rendre140 u, illetve 182 u, míg szerkezeti képlete a következő:

CH₃ O

I II

R-C-O-P-F,

I I H CH₃ ahol R = - CH₃, illetve R = - C(CH₃)₃.

Végül ugyancsak az idegméreg jellegű gáz alakú harcanyagok között kell említeni a V-harcigáz, illetve VX-harcigáz jelölésű anyagokat, amelyek közül az első csoportba egyebek között a foszforil-tiokolin (molekulatömege 267 u) tartozik és szerkezeti képlete a következő:

II

RO - P - SCH₂CH₂NR₂.

I

R

A VX-harcigázok között az

O

II

C₂H₅ - 0 - P - SCH₂CH₂N(iC₃H₇)₂

I

CH₃ szerkezeti képlettel meghatározott anyagot adjuk meg, amelyre az előzőnél még nagyobb molekulatömeg jellemző.

A fentiekben felsorolt vegyi harcanyagok és más hasonló, viszonylag nagy molekulatömegű anyagok felismerésére különböző eljárások és berendezések ismertek. Ezek közül vannak olyanok, amelyek a mozgékony ionok jelenlétének érzékelésére támaszkodnak.

. ’ · · · · • · · · ···· ··· ······ · _β , • · · · ·· ··· ···

-5Α bevezetőben már említett előadásban Milinkovic és társai koaxiális ionizációs kamrát mutattak be. A kamrának hengeres háza van, ahhoz radiális irányban beömlő csonk kapcsolódik és a beömlő csonkkal szemben egy további radiális beömlő csonk van elrendezve, amelynek feladata a vizsgálandó gázkeverék bevezetése. A gázkeverék a környezetből származó, onnan elszívott anyag, amelyet a beömlő csonkon át juttatnak az ionizációs kamrába és onnan a mérés befejezése után a környezetbe azt visszavezetik.

A hivatkozott előadásban bemutatott ionizációs mérökamrához hengeres elektródelrendezés tartozik, amelyben axiális helyzetű belső elektród és a kamra hengeres köpenyéhez illeszkedő külső elektród tartozik, míg a vizsgálandó gáz árama a két elektród közötti téren halad át. Az ionizációs mérökamra tengely irányú végénél radiális helyzetű síkban elrendezett sugárforrás van beépítve, amelynek sugárzási zónája szintén a gázáram útját öleli fel.

Az ismert berendezésnél állandó nagyságú térfogatáramlást fenntartva a környezetből elszívott levegőt a mérökamrán átszívják és a radioaktív sugárforrás felhasználásával ionizálják. Ez oly módon történik, hogy a környezeti levegőt alkotó könnyű gázokból (nitrogén, N₂, oxigén, O₂) és a levegőben levő nedvességből (H₂O) ionizált reakciótermékeket képeznek. Az itt lejátszódó folyamatok részletesebben a következőket jelentik:

Amikor a környezeti levegőt (lényegében N₂, O₂ gázt) β-sugárzás hatásának teszik ki, ezzel azt ionizálják és így N₂ ⁺ és O₂ ⁺ ionok, valamint szabad elektronok (ej keletkeznek.

Ha most például az N₂ ⁺-ionokat tekintjük, ezek mindenek előtt egy-egy további nitrogénmolekulával (N2) lépnek kapcsolatba, és így belőlük N4⁺-ionok keletkeznek. Az N4⁺-ionok szintén a levegő nedvességtartalmával (H2O) lépnek reakcióba, aminek eredményeként két nitrogénmolekula (2N2) és ionizált vízmolekula (H2O⁺) jön létre. A H2O⁺ ionizált vízmolekula a levegő nedvességtartalmával (H2O) végbemenő reakció révén hidroxóniumionná (H3O⁺) és OH-gyökké alakul át, ami annyit jelent, hogy a levegő nedvességtartalmának felhasználásával a H⁺-ionok és a vízmolekulák (H2O) közötti reakciók miatt pozitív töltésű (H₂O)₈H⁺-ionok keletkeznek. Ez a pozitív töltésű ionizált reakciótermék 145 u molekulatömegü, mozgékonysága 2 cm²A/s.

Hasonló módon a negatív töltésű reakciótermékek esetében bebizonyítható, hogy az 0₂-molekulák és az e- szabad elektronok végeredményben a levegő nedvességtartalmának jelenlétében (H₂O)₆O₂‘-ionokká alakulnak át, ami a negatív töltésű reakcióterméket adja. Ennek molekulatömege mintegy 140 u, mozgékonysága szintén mintegy 2 cm²/Vs.

• · ·

-6A fentiekben bemutatott pozitív, illetve negatív töltésű reakciótermékek a levegőben jelen levő gáz halmazállapotú további anyagokkal, így az esetlegesen észlelendő harci gázokkal reakcióba lépnek. A továbbiakban jelölje M_A az idegmérgek (foszfororganikus vegyületek) molekuláit, míg M_B a hólyaghúzó mérgező harcanyagok, különösen a mustárgáz molekuláit, és ezekkel a jelölésekkel a levegőben lejátszódó reakciók a következők:

(H₂O)₈H⁺.+ Ma -> Ma(H2O)6H⁺ + 2H2O,

M_a(H₂O)₆H⁺ + Ma -> 2MAH⁺ + 6H2O, ahol a foszfororganikus vegyületek nagyobb koncentrációja esetén adott esetben a 3M_aH⁺ összetételű ionos vegyületek is kialakulhatnak.

A hólyaghúzó mérgező harcanyagok esetében az előzőeknek megfelelően a következő reakció játszódik le:

(H₂O)₆O₂- + M_b M_b(H₂O)₄O₂- + 2H₂O.

A fentiekben ismertetett módon kvázi-molekulaionok képződnek, vagyis ionos reakciótermékek alakulnak ki, amelyek mozgékonysága a foszfororganikus vegyületek esetében 0,5 ... 1,5 cm²/Vs, mégpedig a 700 ...250 u tartományba eső csökkenő molekulatömegek mellett növekedőén, míg a hólyaghúzó mérgező harcanyagoknál (a mustárgáznál) az ionok mozgékonysága nagyjából 1,5 cm²/Vs (ez az érték a mintegy 250 u molekulatömegre vonatkozik).

Az előző magyarázatokból kitűnik, hogy az ionizált reakciótermékek mind molekulatömegüket, mind pedig mozgékonyságukat tekintve jelentős mértékben eltérnek a reakciótermékeket jelentő kvázi-molekulaionoktól (azoknál sokkal könnyebbek és gyorsabbak), mivel a kvázi-molekulaionokat a nagy molekulatömeg és az ennek megfelelően kis mozgékonyság jellemzi.

A továbbiakban az egyszerűség kedvéért az ionizált reakciótermékeket általában a H⁺, illetve az O2‘ jelölésekkel határozzuk meg, míg a kvázi-molekulaionok jelölése legyen MA⁺, illetve MB'.

Ha a mérőkamrán átáramló gáz felismerni kívánt mért anyagokat, különösen gáz halmazállapotú mérgező harcanyagokat, illetve hasonló nagy molekulatömegü anyagokat tartalmaz, az előzőekben említett ionizált reakciótermékek a mért anyagok molekuláira rakódnak le, azokkal összekapcsolódnak.

A lerakódás (összekapcsolódás) módja, vagyis az a kérdés, hogy a pozitív töltésű protonok, vagy a negatív töltésű hidrogénionok a mért anyagok molekuláin hogyan rakodnak le, a mért anyagok jellegétül függ.

• ·

-7A már a bevezetőben meghatározott gáz halmazállapotú vegyifegyverek esetében a viszonyok úgy alakulnak, hogy a hólyaghúzó mérgező harcanyagoknál, vagyis a mustárgázoknál a környezetet alkotó anyagból nyert negatív töltésű reakciótermékek kapcsolódnak össze a gáz molekuláival, míg az idegmérgeknél (a tabun, szarin, szomán, V-harcgázok, VX-harcgázok megnevezésű vegyületeknél) a pozitív töltésű reakciótermékekből a proton a mérgező harcanyag molekuláira megy át. Ez utóbbiak esetében olyan reakció is lehetséges, hogy a mért anyag két-két molekulája közösen köt meg egy-egy protont.

Az itt leírt reakciók vonatkozásában mindenek előtt az a lényeges, hogy a gáz alakú mérgező harcanyagok mindkét alaptípusánál, vagyis mind a hólyaghúzó gázoknál (mustárgázoknál), mind pedig az idegméreg jellegű harci gázoknál (mint tabun, szarin, szomán és a VX-harcgázok) ionos jellegű molekulák keletkeznek, mégpedig ellenkező előjelű molekulák, vagyis a hólyaghúzó mérgező harcanyagoknál negatív töltésű kvázi-molekulaionok, az idegmérgek esetében pedig pozitív töltésű kvázi-molekulaionok észlelését kell biztosítani.

Az ismertté vált berendezésnél ugyancsak fontos jellemző az, hogy a radioaktív sugárforrás elrendezése révén a mérőkamra belső terében az ionizált reakciótermékek és velük együtt az ionos jellegű kvázi-molekulaionok inhomogén térbeli eloszlását biztosítják. A térbeli eloszlás inhomogenitása annyit jelent, hogy a kvázi molekulaionok távolsága az egyik elektródtól átlagosan nagyobb, mint a másik elektródhoz viszonyított távolságuk.

Az bevezetőben említett előadásban bemutatott berendezésnél a működtetés során az elektródokat váltakozó feszültségű árammal táplálják. Ennek megfelelően váltakozó, vagyis zérus szintű alapvonal mentén, ahhoz viszonyítva szabályosan változó intenzitással jellemzett elektromos tér alakul ki, amely egyik félhullámában a kvázi-molekulaionokat az egyik elektród irányába történő elmozdulásra készteti, míg a másik félhullámban a kvázi-molekulaionok a másik elektród irányába mozdulnak el. Mivel azonban, mint említettük, a kvázi-molekulaionok átlagos szabad úthossza a két elektród irányában eltérő hosszúságú, az elektromos teret jellemző egyik félhullám alatt a másikhoz képest eltérő intenzitású ionáram keletkezik, mivel az elektromos tér frekvenciáját elegendően magasra beállítva olyan feltételek alakulnak ki, hogy a viszonylag nehéz kvázi-molekulaionok az elektromos tér változásának félperiódusai alatt nem képesek a töltésüknek megfelelő célelektródhoz eljutni.

Mindezek alapján belátható, hogy az ismert berendezésben a kvázi-molekulaionok áramának egy része állóhullámhoz hasonlóan viselkedik. Ez a mérőjelben olyan egyenáramú részként jelenik meg, amelynek előjele attól függ, hogy a környezeti levegőben a mért anyag milyen összetevőt képez. Ha tehát negatív töltésű kvázi-mole-8kulaionokat tekintünk, vagyis az idegmérgek kvázi-molekuláit, az egyenáramú rész pozitív előjelű, míg hólyaghúzó mérgező harcanyagok esetében ugyanennek az előjele negatív.

Az ismert berendezésnél tehát az érzékelt gáz alakú harci anyag anyagi minőségétől függően pozitív vagy negatív kimenő jel nyerhető, és ismert az az intézkedés is, hogy ennek a kimenő jelnek a szintjét amplitúdó szerint az elektromos tér frekvenciájának megfelelő beállításával optimális módon szabályozzák.

Az ismert berendezés alapvető hiányossága azonban az, hogy amennyiben a környezetben nemcsak egy adott típusú mért anyag van jelen, hanem például különböző jellegű mért anyagok keverékével kell dolgozni, vagyis egyidejűleg idegmérgek és hólyaghúzó mérgező harcanyagok észlelése a feladat, mérési hibák jelentkeznek, sőt, adott esetben a berendezés működésképtelenné válik.

A fentieknek megfelelően fennáll továbbra is az igény környezetben megjelenő veszélyes anyagok, különösen pedig a mérgező gáz alakú harcanyagok észlelési megbízhatóságának javítására, mégpedig olyan eljárás és berendezés kialakítására, amely akkor is gyors és megbízható észlelést tesz lehetővé, ha egyidejűleg több különböző anyag jelenik meg, például az említett mérgező harcanyagok mindkét típusa jelen van. Igény van arra is, hogy a különböző típusú veszélyes anyagokat, tehát például az idegmérgeket és a hólyaghúzó mérgező harcanyagokat mind egyidejűleg, mind pedig külön-külön lehessen érzékelni, amikoris nem áll fenn annak a veszélye, hogy az egyik típusú anyag alapján jelenléte miatt előállított jelet egy másik típusú veszélyes anyag jelenléte miatt kapott jel kompenzálja.

Egy további problémát az ismert eljárásnál és berendezésnél az jelent, hogy a mért anyagokat és összetevőket differenciált módon kell észlelni, amire ezek a megoldások nem alkalmasak, mivel különböző zavaró anyagok és zavaró tényezők a mérési folyamatot alapvetően befolyásolni tudják - a vizsgálatok tárgyától és szakterületétől függetlenül ilyen zavaró anyagokkal és tényezőkkel terepi viszonyok között szinte mindig számolni kell.

A haditechnika területét tekintve sok esetben igen fontos, hogy védelmi helyzetben a gáz alakú mérgező harcanyagok jelenlétét szelektív módon érzékelhessük, különösen akkor, ha a környezeti levegőben szénhidrogén-származékok gőzei, például benzingőz, dízelolaj gőze, esetleg szerves összetevőket tartalmazó füstgázok jelen vannak. Az észlelésnek akkor is megbízhatóan be kell következnie, ha a mérési idő alatt a környező levegő nyomása, a hőmérséklet, esetleg a levegő nedvességtartalma széles határok között változik. Ilyen zavaró tényezőkkel kell számolni akkor, ha a találmány szerinti eljárást jármű fedélzetén kell végrehajtani, illetve a javasolt berendezést jármű fedélzetén építik be. Ha például ez a jármű helikopter, a mérési folya···· · • · · • · · · · · · • · · • · · · · ·

-9matra igen sok zavaró tényező hat, amelyeket akkor is figyelmen kívül kell tudni hagyni, ha a mért anyagok csak igen kis mennyiségben jelennek meg, tehát a mérésnél nagyon magas zajszintre kell számítani.

A zavaró anyagok mérést torzító hatásának kiküszöbölésére ismert a tandemkamrás (kettős kamrával kialakított) mérési elrendezések felhasználása, amikoris az előzőekben meghatározotthoz hasonló vagy attól eltérő felépítésű első mérökamrához egy második, referenciakamrát csatlakoztatnak, amelynek gázbevezető beömlésében a mérendő anyagokat kiválasztó szúröelrendezés van beépítve. Ez a szűrőelrendezés a gáz alakú mérgező harcanyagok esetében akár a szokványos gázmaszkok szűrőbetétje is lehet.

Az ilyen kettős mérökamrával ellátott elrendezéseknél a mérés szempontjából a zavaró hatást jelentő anyagokat a szűrő nem tartja vissza, vagyis például a terepi feltételek között megjelenő benzingőzöket az elrendezés szabadon átengedi, azok mind a mérőkamrába, mind pedig a referenciakamrába eljutnak. Ennek következtében mindkét kamrában egyidejűleg azonos jellegű változásokat okoznak, vagyis hozzájuk azonos jellegű mérőjelek tartoznak, amelyeket, mint zavaró jeleket könnyen ki lehet küszöbölni. Ha viszont a környezetben megjelennek a felismerni kívánt mért anyagok, akkor azok a kettős kamraelrendezésben csak a mérökamrába jutnak be, míg a referenciakamrában jelenlétük nem észlelhető, mivel a szűrőelrendezés ezeket visszatartja. Ezért a mért anyagnak megfelelő mérőjel kizárólag a mérőkamrában keletkezik.

Az ismertetett tandemkamrás elrendezésnek egy alternatív megoldása az, hogy a szűrőt a mérökamra előtt először beiktatják, majd mérés elvégzése után eltávolítják, vagyis maga a mérőkamra időbeni egymásutániságban a referenciakamra szerepét ugyancsak eljátsza.

A fentiekben bemutatott ismert elrendezéseknél hátrányként jelentkezik azonban, hogy a mérésre viszonylag nagy időállandó jellemző. További nehézséget okoz az a tény, hogy a valóságban nincs olyan szűrő, amely ideálisan képes lenne a mért anyagot teljes egészében visszatartani, míg minden egyéb anyagot lényegében akadálytalanul továbbengedni. A terepi feltételek között a viszonyok sokkal inkább alakulnak oly módon, hogy a szüröelrendezés a zavarónak tekintett anyagokkal, például a benzingőzökkel szemben ugyancsak legalábbis áramlási ellenállásként viselkedik, ezért a referenciakamrát a zavaró anyag lassan tölti fel, míg a mérökamrába tulajdonképpen akadály nélkül beáramlik. Éppen ezért a mérési hibák elkerülése céljából bizonyos időállandót kell meghatározni, vagyis az időállandóval meghatározott időtartamig várakozni kell, hogy a mérőkamrát és a referenciakamrát kitöltő anyagkeverékek között nagyjából egyensúlyi állapot alakuljon ki. A gyakorlat azt mutatja, hogy • · • · · • ··· ·

ezek az időállandók általában legalább néhány percet tesznek ki, ami a különösen veszélyes mérgező harcanyagok esetében a korai riasztást kizárja, ezért elfogadhatatlan. A katonai és hasonlóan igényes jelzőberendezéseknél a követelmények a mintegy 10 másodperces válaszidőt határozzák meg, vagyis vészhelyzet kialakulásakor lényegében 1 percnél jóval rövidebb idő alatt kell a riasztó jelzést kiadni, hogy a hirtelen megjelenő gáz alakú mérgező harcanyagok és egyéb veszélyes anyagok pusztító hatását meg lehessen előzni.

Az Isotopenpraxis című folyóirat 26. kötetének (4. füzet, 1990) 176. - 180. oldalain olyan matematikai módszert mutatnak be, amely Fortran-programnyelvre támaszkodva iteratív megoldást ajánl egy differenciálegyenlet-rendszer megoldására és ez a megoldás különböző fizikai folyamatok kinetikájára ráolvasható. A megoldás felhasználható például az ionizációs gázdetektoroknál is, ahol a mérőkamrában lüktető elektromos térrel befolyásolják az ott jelen levő ionok viselkedését.

lonmozgékonyságra alapozott spektrométer (rövidítésben INS) ismerhető meg C. Blanchard cikkéből, amely a Proceedings of the 1987. U.S. Army Scientific Conference on Chemical Defense Research című kiadványban (Aberdeen Proving Ground, MD, CRDBC-Sp-88013, 1971) 1988. áprilisában jelent meg. Az ebben a közleményben bemutatott spektrométernél a mozgékony ionokra nemlineáris elektromos terekkel fejtenek ki hatást. Az elektromos terek nemlineáris jellege részben térbeni, részben időbeni jellegű és a nemlinearitások beállításával a spektrométer érzékenységét, az észlelés hatékonyságát kívánják növelni.

Az EP-A 0,253,155 sz. európai közzétételi iratból ugyancsak ionok mozgékonyságára alapozott spektrométer ismerhető meg, amelynél az ionokat mozgásba hozó elektromos terek szabályozását úgy oldják meg, hogy a generált elektromos tér erőssége időben nemlineáris módon változik. Ennél a megoldásnál azonban az alapvető problémát ugyanúgy, mint a C. Blanchard cikkében bemutatott elrendezésnél, a különböző térerősségekkel jellemzett tartományok térbeli elválasztása jelenti. Különböző töltésű kvázi-molekulaionoknak megfelelő különböző mért anyagok egymástól független észlelése ezeknél az elrendezéseknél lényegében lehetetlen, ilyen célt az elrendezések létrehozói nem is tűztek ki.

A találmány feladata a fentiek alapján olyan, a már vázolt cél elérésére szolgáló eljárás és berendezés kidolgozása, amely az előzőekben elemzett eljárásokat és berendezéseket továbbfejlesztve lehetővé teszi különböző mért anyagokat keverékben tartalmazó közegek értékelését, vagyis egyidejűleg eltérő jellegű összetevőket, például hólyaghúzó mérgező harcanyagokat és idegmérgeket tartalmazó keverékeknél a veszélyes anyagok gyors észlelését és szükség szerint a riasztó jel lényegében azonnali kiadását biztosítja.

- 11 A kitűzött feladat megoldásaként egyrészt eljárást, másrészt berendezést alkottunk meg.

A találmány értelmében a környezetet alkotó anyag összetevőjének, különösen levegőben harcigáz jelenlétének érzékelésére szolgáló eljárás végrehajtása során, amikoris környezetet alkotó anyagból, mint reakcióközegböl, különösen levegőből és/vagy vízből könnyű ionizált reakciótermékeket, mint O₂*-, H₂O klaszteres H⁺-ionokat képezünk, az ionizált reakciótermékeket első és/vagy második mért anyaggal és a reakcióközeggel alkotott keverékhez adagoljuk, mégpedig úgy, hogy az ionizált reakciótermékeket, mint az O₂’-, H₂O klaszteres H⁺-ionokat mérőkamrában inhomogén térbeli eloszlásban az első és/vagy második mért anyag nehéz molekuláihoz kapcsoljuk és ezzel kvázi-molekulaionokat képezünk, a mérőkamrában meghatározott alapfrekvenciájú és amplitúdójú, zérus szintű alapvonalhoz viszonyítva váltakozó erősségű, időben változó elektromos teret gerjesztünk, az elektromos tér hatására beálló, a kvázi-molekulaionokból álló ionáram erősségét mérjük és a mérőjelet értékeljük, újszerű és találmányi szintű az, hogy a reakcióközegben jelen levő első mért anyagnak a vele egyidejűleg jelen levő második mért anyagtól való megkülönböztetése céljából

- a kijelölt mérőkamrában folyó kvázi-molekulaionáramnak az alapfrekvenciától, az elektromos tér erősségének a zérus szintű alapvonalhoz viszonyított lefutásában jelentkező aszimmetriától és az amplitúdótól függő változását külön-külön az első és a második mért anyagra meghatározzuk, ezt követően

- első aszimmetriánál a keveréken első mérést végzünk, és

- második aszimmetriánál a keveréken második mérést végzünk, majd

- az első és második méréssel kapott jeleket logikai úton egymással összehasonlítjuk és csatoljuk.

Az ugyancsak a találmány elé kitűzött feladat megoldásaként létrehozott és környezetet alkotó anyag összetevőjének, különösen levegőben harcigáz jelenlétének érzékelésére szolgáló berendezésnél, amelynek mérőkamrája, a mérőkamrába környezetet alkotó reakcióközegből, valamint első és/vagy második mért anyagból álló keveréket bevezető első eszköze, a reakcióközegböl, különösen levegőből, vízből könnyű ionizált reakciótermékeket, mint O₂--, OH’-, H₂O klaszteres H⁺-ionokat képező második eszköze, a mérökamrában az ionizált reakciótermékeket, mint O₂'-, H₂O klaszteres H⁺-ionokat az első és/vagy a második mért anyagból és reakcióközegböl álló keverékben az első és/vagy a második mért anyag nehéz molekuláihoz kapcsoló, ennek révén kvázi-molekulaionokat képező harmadik eszköze, a mérökamrában meghatározott alapfrekvenciájú és amplitúdójú, időben változó, zérus szintű alapvonal mentén váltakozó erősségű elektromos teret gerjesztő negyedik eszköze van, ahol a negyedik eszköz a mérökamrában elrendezett első és második elektródból álló elektI ♦ ····«* • · ·· * · · ·· · · ···· · ·· • · ·· · ·

ródpár tápellátását biztosító, az elektródpárt alkotó első és második elektróddal összekötött feszültségfomást tartalmaz, továbbá a mérökamrában az elektromos térrel előidézett, a kvázi-molekulaionokból álló ionáramot mérő és a mérőjelet kiértékelő ötödik eszköze van, a találmány szerint az a különösen lényeges, hogy a feszültségforrás az elektródpárra egymást követően zérus szintű alapvonalhoz képest eltérően alternatív módon aszimmetrikus feszültséglefutású jeleket továbbító átkapcsolóval van ellátva, továbbá az ötödik eszközben a mért kvázi-molekulaionáramok összehasonlítására szolgáló logikai kapcsolóelem van elrendezve.

A találmány elé kitűzött feladat a javasolt eljárással és berendezéssel teljes mértékben megoldható.

Mivel két mérést egymást követően egymástól eltérő mérési paraméterek beállításával végzünk, lehetővé válik a két mérés során az első és második mért anyag különböző módon való befolyásolása, vagyis a mérőkamra alkalmas módon történő beállítása esetén két olyan mérőjelet kapunk, amelyekből az első és második mért anyag közül bármelyik, illetve mindkettő megjelenése esetén a megjelenésre vonatkozó megbízható következtetés vonható le.

A találmány szerinti eljárásnál és berendezésnél tehát nem áll fenn annak a veszélye, hogy a különböző polaritású kvázi-molekulaionok kialakulása miatt a mérési eredményeket hordozó mérőjelek egymást kompenzálják, kioltják.

A mérési viszonyok alkalmas módon történő meghatározásával, vagyis az alapfrekvencia, az aszimmetria amplitúdójának céltudatos beállításával a találmány szerinti eljárás és berendezés szelektivitása az ismert megoldásokhoz képest rendkívül nagy mértékben javítható, egyidejűleg a zavaró jelek igen magas zavarási szintig figyelmen kívül maradnak, tehát a környezetből a mérés helyére eljutó és felismerni nem kívánt anyagok magas koncentráció mellett sem képesek a mérési folyamat szembetűnő megzavarására.

A találmány szerinti eljárás egy előnyös megvalósítási módjában reakcióközegként vizet alkalmazunk, amelynél célszerűen az ionizált reakciótermékeket, mint O₂'-, H₂O klaszteres H⁺-ionokat radioaktív, különösen béta-sugárzás hatásával állítjuk elő. Ebből a célból javasolható, hogy egyúttal az ionizált reakciótermékek inhomogén eloszlásának biztosítására is a mérökamrában béta-sugárzót rendezzünk el, amelynek belső méreteit a béta-sugárzó felezési hatósugarát jelentős mértékben meghaladó értékekre állítjuk be.

Ugyancsak különösen előnyös a találmány szerinti eljárásnak az a megvalósítási módja, amelynél a mérökamrában az elektromos teret változó, célszerűen periodikus változású feszültséggel gerjesztjük. Ezt célszerűen úgy valósítjuk meg, hogy a változó, adott esetben periodikus változású feszültséget egymással váltakozóan a zé• · ·»<·· ···· • ·· • ···· ·· • · · ·· ···« ·· rus szintű alapvonal felett, illetve alatt elhelyezkedő első és második impulzusokból álló lefutással állítjuk elő.

Az impulzussorozatokból álló változó feszültség hatékonyságát javítja, ha a találmány szerinti eljárást előnyösen úgy valósítjuk meg, hogy az első impulzusokat a második impulzusokhoz időben folyamatos átmenettel csatlakozóan generáljuk.

Igen jó felismerési biztonság érhető el, ha az első és második impulzusokat azonos impulzusterülettel generáljuk.

A találmány szerinti eljárás egy további igen előnyös megvalósítási módjában az első és második impulzusokat négyszögjelként generáljuk, ahol az első impulzusokat a második impulzusoknál nagyobb magassággal és kisebb szélességgel állítjuk elő.

A találmány szerinti eljárásnak négyszögjelekkel megvalósított, fentiekben vázolt előnyös megvalósítási módjának hatékonyságát javítja, ha az első impulzusokat a második impulzusoknál legalább kétszer és legfeljebb ötször nagyobb magassággal generáljuk, miközben célszerűen az első és második impulzusokat egy adott polaritással és/vagy egymásutánisággal gerjesztjük, míg a második méréshez az első és második impulzusokat az első méréshez képest ellenkező polaritással és/vagy egymásutánisággal gerjesztjük. Ezt egyszerűen úgy érhetjük el, hogy a feszültség előjelét szükség szerint váltjuk.

A találmány szerinti eljárásnak gáz alakú mérgező harcanyagok jelenlétének felismerésére szolgáló egy különösen előnyös megvalósítási módjánál a hatékonyságot javítja, ha 100 ...500 Hz közötti alapfrekvenciát választunk, célszerűen a mérőkamrát 0,5 ... 5 cm³ térfogatú térként hozzuk létre, és különösen javasolható, hogy a méréseket 50 ... 200 V effektív értékű feszültséggel végezzük el.

Egy további előnyös megvalósítási módot és erre alapozott számos lehetőséget ajánl a találmány szerinti eljárásnak az a megvalósítása, amelynél egy további, harmadik lépést hajtunk végre, és ebben a harmadik lépésben a mérökamrában a váltakozó erősségű elektromos tér effektív értékénél legalább kétszer, legfeljebb hússzor nagyobb intenzitású állandó erősségű, célszerűen mintegy 100 V/cm térerösségű elektromos teret gerjesztünk, a kvázi-molekulaionok létrejövő áramát mérjük és az így kapott mérőjelet az első és második mérésben nyert mérőjelekkel összehasonlítjuk.

A harmadik lépés beiktatásának az az előnye, hogy egy további összehasonlító mérésre ad lehetőséget, amikoris a mérökamrából a rendkívül nagy elektromos térerősség következtében gyakorlatilag minden töltéshordozót eltávolítunk és így olyan jel állítható elő, amely a mérökamrában jelen levő szabad töltéshordozók teljes számáról hordoz információt. Mivel a teljes szám mind az első, mind a második mérésnél a mérőjel részévé válik, amikoris azonban mind a mért anyag koncentrációja, mind pedig az esetleg jelen levő zavaró összetevők koncentrációja ismeretlen marad, a harmadik lépésben elvégzett mérés segítségével az előzőleg ismeretlen koncentrációk meghatározhatókká válnak.

A harmadik lépés beiktatásával az a további előny is együtt jár, hogy a nyomás, a hőmérséklet és esetleges más környezeti tényezők zavaró ingadozásainak a mérést torzító hatásai kiküszöbölhetők, mivel az összesen három mérés közvetlen időbeni egymásutánisága miatt ezek a zavaró tényezők lényegében mindhárom mérésben azonos módon jelentkeznek, vagyis egy adott jellemző számítása során, például a mért anyag koncentrációjának meghatározásakor a számításból kimaradnak.

A találmány szerinti berendezés viszonylag egyszerűen építhető fel, ha a mérőkamra hengeres felülettel van kiképezve.

Ennek a kiviteli alaknak az az alapvető előnye, hogy a berendezés felépítése egyszerűsödik, a számításokban a hengerszimmetrikus alak könnyen kezelhető, a mérési viszonyok nehézség nélkül reprodukálhatóak. Ez azért különösen fontos, mert a találmány szerinti, a fentiekben meghatározott eljárás végrehajtása során a mérőkamrában általában előzetes hitelesítést kell végezni, amelynél célszerűen matematikai modellre támaszkodunk és a matematikai modell bonyolultsága sok esetben a geometriai elrendezéstől nagy mértékben függ.

A mérés végrehajtását könnyíti meg a találmány szerinti berendezésnek az a különösen előnyös kiviteli alakja, amelynél a mérökamra belső felületén radioaktív tulajdonságú anyagból álló bélés van kiképezve. Ennek az intézkedésnek, amely önmagában véve ismert, az a lényeges előnye, hogy a radioaktív anyag céltudatos megválasztásánál a mérőkamra belsejében az ionizált reakciótermékek és ezekkel együtt a kvázi-molekulaionok eloszlásának jelentős mértékű inhomogenitása érhető el. így például mintegy 10 mCi aktivitású Ni⁶³ izotópot használva mintegy 10 mm átmérőjű és 10...30 mm hosszúságú hengeres mérőkamrában az eloszlás inhomogenitása a mérések szempontjából rendkívül kedvező.

A találmány szerinti berendezés egy előnyös kiviteli alakjában a gyártást könnyíti meg, ha a mérőkamra műanyagból álló oldalfallal , felső zárólappal és alsó zárólappal van kiképezve.

Ugyancsak igen előnyös a találmány szerinti berendezésnek az a kiviteli alakja, amelynél az elektródpár axiális irányban elrendezett rúd alakú első elektróddal, továbbá a mérökamra hengeres alakú oldalfalán kiképzett elektromosan vezető anyagú bélést alkotó második elektróddal van kialakítva.

Ezzel az intézkedéssel azt az előnyös jellemzőt biztosítjuk, hogy az elektródok elrendezését a mérésekkel kapott jelek kiértékelése során számítástechnikailag

Σ * · ··· ··· ·····♦ · · · ··· · ·· ··· ·«· könnyen lehet figyelembe venni. További előnyként jelentkezik az, hogy az elektromosan vezető anyagú bélés radioaktív tulajdonságú kompozícióból készíthető el, így a radioaktív sugárforrás és a külső elektród azonos elemet képez.

Szintén célszerű a találmány szerinti berendezésnek az a kiviteli alakja, >

amelynél a rúd alakú első elektród nemesacélból készült felülettel van kiképezve. Ennek az intézkedésnek az előnye az, hogy a rúdelektródot elektromosan vezető, kémiai szempontból azonban csak igen kis aktivitással jellemzett test alkotja.

A találmány szerinti berendezés és eljárás alapvető előnyét abban kell látnunk, hogy az első és második mért anyag jelenlétének érzékelése igen gyorsan végezhető el. Az előzőekben felsorolt hólyaghúzó és idegméreg jellegű mérgező harcanyagoknál mintegy 10 másodperces érzékelési időtartam elegendő akkor is, ha a felismerni kívánt anyagok a környezetben a vészjelzés kiadását igénylő alsó koncentrációértékekkel, vagyis mintegy 10 ... 100 ppb koncentrációval jellemezhetőek.

A javasolt felépítés mellett a mérökamra hitelesítése matematikai modellek segítségével ugyancsak elvégezhető. Ennek az az előnye, hogy adott mért anyagok mellett az optimális beállítás gyakorlatilag próbálkozások nélkül érhető el, ennek következtében a költséges és adott esetben veszélyes laboratóriumi kísérletek kiküszöbölhetők, a különböző módokon felépített mérökamrák előzetes vizsgálatára nincs szükség. ^!

A fentiekből következik, hogy a találmány szerinti eljárás és berendezés a környezetvédelem és a haditechnika számos területén jól hasznosítható. A továbbiakban a javasolt eljárást és berendezést alapvetően gáz halmazállapotú mérgező harcanyagok jelenlétének érzékelésével kapcsolatban írjuk le, de nyilvánvaló, hogy a találmány nem korlátozható a haditechnika területére, az a veszélyes anyagok és adott esetben más viszonylag nehéz töltéshordozóként viselkedő molekulák megjelenésének érzékelésére lényegében mindenhol felhasználható.

Fontos azt is megjegyeznünk, hogy az előzőekben felsorolt és a következőkben még részletesen ismertetendő találmányi ismérvek nem csak az itt bemutatott kombinációikban, hanem egyéb kombinációkban, adott esetben önmagukban is helytállnak, a találmány oltalmi körét meghatározó igénypontok hatálya alá esnek.

A találmány tárgyát a továbbiakban példaként! megvalósítási lehetőségek és kiviteli alakok kapcsán, a csatolt rajzra hivatkozással ismertetjük részletesen. A rajzon az

1. ábra: a találmány szerinti berendezés perspektivikus nézete mérőkamra részbeni ¹ kitörésével, a találmány szerinti eljárás megvalósításához, a

2. ábra: a találmány szerinti berendezés egy előnyös kiviteli alakjának rendkívüli módon leegyszerűsített blokkvázlata, míg a ·· » • · a '· • ·»·» · *·. . >

3. ábra: a találmány szerinti eljárás egy példaként! megvalósítási módjánál szükséges hitelesítési diagram.

A találmány szerinti berendezés, mint az az 1. ábrán látható, előnyösen hengeres alakú 10 mérökamrával van kialakítva, amelyet célszerűen műanyagból készült hengerpalástot képező 11 oldalfal, 12 felső és 13 alsó zárólap határol. A 10 mérőkamra műanyag alkatrészeit előnyösen polietilénből vagy polipropilénből készítjük, előállítását például extrudálással végezzük. *

A 10 mérökamra 12 felső zárólapjában 14 beömlés van kiképezve, amelynek csonkján 15 nyíllal jelölt irányban közeg szívható át, például környezeti levegő.

A 13 alsó zárólapban 16 kiömlés van kiképezve, amelynek csonkjához 17 vezeték kapcsolódik. A 17 vezeték 18 elszívó szivattyúval van összekapcsolva. A 12 felső és a 13 alsó zárólapot, mint említettük, célszerűen műanyagból, polietilénből vagy polipropilénből, illetve más szigetelő jellegű anyagból készítjük el.

A 10 mérökamra alakja 20 longitudinális tengelyre szimmetrikus, a 20 longitudinális tengely mentén 21 első elektród van elrendezve, amely az adott esetben rúdelektródot képez. A 21 első elektród a 12 felső zárólapon átnyúlóan van elrendezve, célszerűen azonban a 13 alsó zárólapon is áthalad, attól meghatározott távolságon végződik. A rúd alakú 21 első elektród anyaga legalábbis felületén kémiailag inaktív összetételű, azt például nemesacélból alakítjuk ki. A rúd alakú 21 első elektród 22 első vezetékkel kapcsolódik, amelynek funkciójára a továbbiakban még visszatérünk.

A hengeres alakú 11 oldalfal belső felét 23 második elektródot alkotó bélés ’ borítja, amely célszerűen radioaktív anyagot tartalmaz. A 23 második elektródot képező bélés egyik előnyös megvalósítási lehetősége az, hogy anyagába radioaktív nikkelizotópot, mégpedig a Ni⁶³ izotópot keverjük be. A bélés maga a 23 második elektródtól függetlenül szintén kialakítható, de különösen előnyös, ha elektromos vezetőképessége révén a rúd alakú 21 első elektródot körbevevő külső elektródként működik és így az előbbivel elektródpárt alkot. A 23 második elektródot képező béléshez 24 második vezeték kapcsolódik, amelyet a hengeres alakú 11 oldalfalon áthaladóan rendezünk el és amelynek feladataira a továbbiakban még részletesen is visszatérünk.

A találmány szerinti berendezés néhány gyakorlatilag megvalósult kiviteli alakjánál a 10 mérökamrát mintegy 10 mm belső átmérővel, longitudinális irányban 10 ... 30 mm hosszúsággal hoztuk létre. A 10 mérőkamra említett méretei mellett a 18 elszívó szivattyú a gáz alakú mért közeget mintegy 10 ... 30 l/h térfogatáramban szállította. A gáz alakú anyag a 14 beömlésen át áramlik a 10 mérökamrába, amit 26 nyilak jelölnek, míg a 10 mérökamrából 27 nyilak irányában a 16 kiömlésen keresztül szívható el.

Az előbbiekben meghatározott kiviteli alaknál a találmány szerinti berendezés 10 mérökamrájában a 23 második elektródot képező vezető anyagú bélés aktivitása mintegy 10 mCi volt.

A 21 első és 23 második elektródot a 22 első és 24 második vezetéken át tápláljuk feszültséggel. Ennek következtében radiális irányú, az 1. ábrán E nyilakkal jelölt elektromos tér alakul ki.

A 2. ábrán maga a 10 mérökamra csak vázlatosan van feltüntetve, ezzel szemben az ezzel kapcsolódó kapcsolási elrendezés részletei jól láthatók.

A 2. ábra szerint a 23 második elektród részelemeit képező radioaktív anyag, tehát a 11 oldalfal belső bélése 30 β-sugárzást bocsát ki. A 30 β-sugárzás intenzitása radiális irányban 31 szaggatott vonal szerint változik, vagyis a 30 β-sugárzás erőssége néhány mm-es út megtétele után, vagyis a 10 mérőkamra sugaránál jóval kisebb vastagságú anyagrétegen való áthaladás után lényegében zérus szintre, vagy legalábbis jelentős mértékben lecsökken.

Jól látható tehát, hogy a 10 mérőkamra radiális síkjában a β-sugárzás intenzitása inhomogén eloszlást mutat, hiszen az a 10 mérökamra belső bélésétől kiindulva a 20 longitudinális tengely irányában rendkívül gyorsan szinte zérus értékre süllyed le.

A 10 mérökamrába a 2. ábra szerint a 14 beömlésen keresztül 32 gázkeverék áramlik. A 32 gázkeverék az, amit a találmány szerinti berendezés vizsgál és a vizsgálat során a következő folyamat zajlik le:

Ha feltételezzük, hogy a 32 gázkeverék alapvetően környezeti levegőből áll, amelyben A első és B második mért anyag egy adott mennyisége jelen van, akkor a berendezésnek működésbe kell lépnie. Az A első és a B második mért anyag például gáz alakú mérgező harcanyag lehet, az előzőek értelmében az A első mért anyag legyen a hólyaghúzó mérgező harcanyagok egyik változata, míg a B második mért anyag az idegmérgek közé tartozó mérgező harcanyagok valamelyik változata.

A környezeti levegőben jelen levő nedvesség (vagy víz) a 10 mérőkamrában a 30 β-sugárzás hatása alá kerül. A 30 β-sugárzás ionizáló hatást fejt ki, vagyis a reakció közegét jelentő levegőben a nedvességtartalom ionizált reakciótermékekké alakul át, ennek során negatív töltésű ionizált oxigénmolekulák (O₂j és protonok (H⁺) keletkeznek. Ezt a folyamatot a 2. ábrán vázlatosan érzékeltetjük.

Tételezzük fel, hogy az A első mért anyag M_A molekulái, vagyis a hólyaghúzó mérgező harcanyag molekulái a negatív töltésű O₂' ionokkal szemben mutatnak affinitást, míg a B második mért anyag M_B molekulái, vagyis az idegmérget jelentő harcgáz molekulái a pozitív töltésű ionizált reakciótermékekkel (H⁺) hajlamosak reakcióba lépni. Ennek megfelelően az ionizált reakciótermékek a megfelelő molekulákkal kapcsolódnak, vagyis M_A* és M_B ⁺ jelöléssel meghatározható kvázi-molekulaionok keletkeznek.

Az előbbieket elemezve meg kell állapítani, és ezt mindenkor figyelembe is kell venni, hogy az ionizáció révén létrejövő ionizált reakciótermékek száma sokka! nagyobb, mint a környezetből beszívott anyagban jelen levő mért anyagok ionjainak száma, vagyis az ionizált reakciótermékek és a mért anyagok molekuláinak összekapcsolódása után az ionizált reakciótermékek feleslege marad vissza.

Azt is figyelembe kell venni, hogy az ionizációs reakciótermékek tömege sokkal kisebb, mint az A első, illetve a B második mért anyag molekulatömege. Az arány adott esetben akár 1 : 5 is lehet.

Az összetevők ionizációját és részbeni összekapcsolódását követően a 10 mérökamrában viszonylag nagy számban vannak jelen az ionizált reakciótermékek, vagyis az O₂' és a H⁺ ionok, továbbá az M_A és M_B ⁺ kvázi-molekulaionok. A különböző töltéshordozóknak az ionizációs folyamat révén beálló koncentrációja azonban ismeretlen marad.

A 10 mérőkamrán belül 40 feszültségforrás segítségével hozzuk létre az E nyilakkal jelölt elektromos teret. A 40 feszültségforrás háromcsatornás kivitelű elektromos berendezés. Egyik kimenetén sorosan, 42 harmadik vezetéken át 41 mérőellenállás van beiktatva, amely a 24 második vezetékre kapcsolódik. így a 22 első és a 24 második vezetékkel a 40 feszültségforrás a 21 első és 23 második elektródot tápláló áramkört alkot. Ha a 40 feszültségforrással a 21 első és a 23 második elektródot tápláljuk, a 10 mérökamrában levő töltéshordozók mozgásba jönnek, ionáram alakul ki, aminek jelenléte a 41 méröellenálláson feszültségesésként érzékelhető.

A mérési folyamat befolyásolására 50 vezérlő egységet alkalmazunk, amely 51 mérövezetéken át kapcsolódik a 41 mérőellenállásra és 52, 53, 54 vezérlő vezetéken át a 40 feszültségforrás három csatornájára van csatlakoztatva. A 40 feszültségforrás 60 első, 61 második és 62 harmadik csatornával van kialakítva, ahol a 60 első csatorna első impulzusgenerátort, a 61 második csatorna második impulzusgenerátort, míg a 62 harmadik csatorna egyenfeszültségű generátort alkot.

Az 50 vezérlő egységben 63 átkapcsoló van elrendezve, amelynek révén az 50 vezérlő egység a 60 első, a 61 második és a 62 harmadik csatorna közül az éppen szükségeset képes az áramkörbe bejuttatni.

A fentiekből már jól látszik, hogy az itt bemutatott kapcsolási elemek - ez vonatkozik egyébként a továbbiakban bemutatandó elemekre is - különálló elektromos elrendezésként ugyanúgy létrehozhatók, mint vezérlő program elemeiként, tehát a vezérlés mind hardver, mind szoftver eszközökkel megvalósíthatók.

-19Αζ 50 vezérlő egység 64 karakterisztikatárolóval van összekapcsolva, amelynek feladatára a továbbiakban még visszatérünk.

A 40 feszültségforrás 60 első, illetve 61 második csatornáját alkotó első és második impulzusgenerátorokkal időben változó feszültségjeleket generálunk, amelyek célszerűen periodikus lefutású impulzussorozatokat alkotnak. Mint a 2. ábrán erre utalunk, az egyik impulzussorozat 70 zérus szintű alapvonalhoz képest váltakozó lefutású lehet, amikoris 71 első impulzusokat pozitív előjelű, viszonylag keskeny és magas négyszögjelekként állítjuk elő, míg 72 második impulzusokat negatív előjellel, viszonylag széles és lapos négyszögjelekként generálunk. A 71 első és a 72 második impulzusok célszerűen azonos területúek.

A 60 első csatornához hasonlóan a 61 második csatornában 71' első és 72' második impulzusokat generálunk, amelyek az előzőekhez hasonlóan a 70 zérus szintű alapvonalhoz képest váltakozóan helyezkednek el, a különbség az, hogy alakjuk és polaritásuk a 71 első és a 72 második impulzusokhoz képest fel van cserélve.

A 71, 71' első és a 72, 72' második impulzusoknál célszerűen a magasság és a szélesség arányát 2 ... 5 tartományban tartjuk, vagyis a magasság legalább kétszerese, de legfeljebb ötszöröse a szélességnek.

A 62 harmadik csatornában 73 egyenfeszültséget generálunk, amelynek állandó értéke többszöröse a 71, 71' első, illetve a 72, 72' második impulzusok effektív feszültségének. A 73 egyenfeszültség amplitúdója célszerűen legalább kétszer, de legfeljebb hússzor nagyobb mint az impulzussorozatokra jellemző effektív érték, vagyis a 73 egyenfeszültséget a 10 mérökamrában a 21 első és 23 második elektródra vezetve mintegy 1000 V/cm elektromos térerősség generálható.

Az 50 vezérlő egység 80 első mérő kimenettel van ellátva, amellyel a 60 első csatornával végzett mérések eredményeit fogadja. Hasonló módon 81 második mérő kimenet a 61 második csatorna által kapott mérőjeleket fogadja. A 80 első és 81 második mérő kimenet két-két csatlakozási pontra van vezetve, így összesen négy, 82, 83, 84 és 85 csatlakozási pontok hasznosíthatók. A 82 és 84 csatlakozási pontokon kapót jeleket 86 és 87 invertáló elemek fogadják. Az így előállított négy kimeneti jel a

2. ábrán bemutatott módon 90, 91, 92 és 93 ÉS-kapukra kapcsolódik, ez utóbbiak kimenetein 94, 95, 96 és 97 jelző egységek vannak elrendezve.

A 94 jelző egység ennél az elrendezésnél a pozitív töltéssel kapcsolódó idegmérgek és a negatív töltéssel kapcsolódó hólyaghúzó mérgező harcanyagok egyidejű jelenlétét képes jelezni, a 95 jelző egység a negatív töltéssel kapcsolódó hólyaghúzó mérgező harcanyagok jelenléténél működik, a 96 jelző egység akkor lép működésbe, ha csak a pozitív töltéssel kapcsolódó idegmérgek vannak jelen, míg a 97 jelző egység a veszélyes anyagok hiányára utaló jelzést ad.

* · · · ··*

-20Α 2. ábrán bemutatott elrendezés működését a 3. ábra szerinti karakterisztikák figyelembevételével ismertetjük:

A 3. ábra olyan hitelesítési görbéket tartalmaz, amelyeket a 10 mérökamra egy , adott geometriája mellett ismert peremfeltételek figyelembevételével matematikai modellekből lehet meghatározni. A 3. ábra szerinti karakterisztikák, mint hitelesítési görbék esetében az oordinátatengelyen a kvázi-molekulaionok áramának ΔΙ erőssége van feltüntetve, míg az abszcisszatengelyen a 21 első és 23 második elektródra adott U feszültség effektív értéke.

A 3. ábrán B jelöléssel olyan első hitelesítési görbét mutatunk be, amely a B második mért anyag (idegméreg) egy előre meghatározott koncentrációjának felel meg. A B hitelesítési görbe a M_B ⁺ kvázi-molekulaionok áramának értékét arra a helyzetre vonatkozóan tünteti fel, amikor a 40 feszültségforrás 60 első csatornája a 10 mérökamrára van csatlakoztatva, vagyis a 71 első és 72 második impulzusokból álló impulzussorozattal meghatározott feszültséglefutás érvényes. Kitűnik, hogy a B második mért anyag M_B ⁺ kvázi-molekulaionjainak mozgása következtében az U feszültség kis effektív értéke mellett csak kis intenzitású áram alakul ki, amely azonban az effektív érték növekedésével maximumot ér el, de a további növekedés esetén nullára csökken le és később negatív határértékig csökken. >

A 3. ábrán megfelelő módon B' hitelesítési görbe ugyanilyen feltételek mellett vonatkozik a kvázi-molekulaionokból kialakuló áram erősségére, de azzal a különbséggel, hogy ez a 61 második csatorna működése során megfigyelhető feltételeknek felel meg. Ilyen körülmények között a kvázi-molekulaionok áramlására jellemző ΔΙ áramerősség az előzőtől eltérő módon változik, az U feszültség effektív értékétől függően viszonylag lapos görbe szerint változik, maximuma gyenge.

A 3. ábrán A' hitelesítési görbe az M_A- kvázi-molekulaionok, vagyis az A első mért anyag (hólyaghúzó mérgező harcanyag) ionjainak áramára vonatkozó ΔΙ áramerősséget mutatja, ez esetben is az U feszültség effektív értékének függvényében. Az A' hitelesítési görbe a B hitelesítési görbéhez hasonló lefutást mutat, de ahhoz képest ellenkező előjellel. A B és az A' hitelesítési görbék érdekes módon lényegében 100 zéruspontban metszik egymást.

A B, B' és az A' hitelesítési görbéket elméleti vagy gyakorlati módszerekkel végzett előzetes vizsgálatokkal lehet megállapítani, menetüket a 64 karakterisztikatárolóban (2. ábra) rögzítjük és ezek az 50 vezérlő egység működési módját alapvetően * befolyásolják.

Újból utalunk arra a tényre, hogy a 3. ábra olyan hitelesítési görbéket (karakterisztikákat) mutat, amelyek csak a 10 mérökamra egy adott geometriai konfigurációjánál érvényesek. Ugyancsak feltétel, hogy a hitelesítési görbék előre mégha• · · • ····· · · ··· · · · ··· ···

-21 tározott mérési paraméterekre, így például a 71, 71' első, illetve a 72, 72’ második impulzusok egy előre meghatározott frekvenciájára vonatkoznak. Ennek megfelelően nyilvánvaló tehát, hogy a 3. ábrához hasonló több hitelesítési görbét kell megállapítani, ha egymástól eltérő geometriai felépítésű 10 mérökamrákat használunk, illetve ugyanolyan geometria mellett is változó mérési feltételeket állítunk be. A 64 karakterisztikatároló különböző gyakorlati méréseknek megfelelő hitelesítési görbéket tárolhat, ez felépítésétől függően nyújt lehetőséget a változó feltételek figyelembevételére.

A továbbiakban azt az esetet tekintjük, amikor a 2. ábra szerinti berendezést a kívánt módon beállítottuk, vagyis a 3. ábrán bemutatott hitelesítési görbék felhasználhatók, érvényesek.

A 3. ábrán látható impulzusszélességek tartományain belül a 71, 71' első és 72, 72' második impulzusok effektív feszültsége szabadon választható. Célszerűen a mérést a 100 zéruspontra vonatkozóan végezzük el, vagyis a 3. ábra szerinti megoldás példáját tekintve a 71, 71' első és 72, 72' második impulzusok effektív értékét nagyjából 110 V körülire választjuk.

A 63 átkapcsoló működtetésével a 40 feszültségforrás 60 első csatornáját a mérökamra áramkörébe csatlakoztatjuk, vagyis a kvázi-molekulaionok a ΔΙ áram létrejöttével a 41 méröellenálláson olyan feszültségesést idéznek elő, amelynek mérőjele az 51 mérövezetéken át az 50 vezérlő egységbejuttatható.

Ha ennél a kísérletnél nem jelentkezik mérőjel, ez annyit jelent, hogy az M_A’ kvázi-molekulaionok árama nem alakult ki (ezek ugyanis ennél a munkapontnál a molekulaionokkal előidézett áramot jelentenék), de az eredmény egyáltalában nem jelenti azt, hogy az M_B ⁺ kvázi-molekulaionok szintén nincsenek jelen. A B hitelesítési görbének ugyanis a 100 zéruspontra vonatkozó értelmezése azt jelenti, hogy az M_B ⁺ kvázi-molekulaionok jelenléte esetében sem lenne az általuk előidézett áram ΔΙ erőssége észlelhető.

Az előzőekben vázolt részeredmény tudatában a következő lépés a 61 második csatornára való csatlakozás. Ennek révén a 71' első és 72' második impulzusok segítségével újabb mérést végzünk, amikoris a 100 zéruspont jelöli ki a mérési pontot.

Ha ennél a második mérésnél is az adódik, hogy mérőjel nem keletkezik, akkor ez önmagában véve annyit jelent, hogy az M_B ⁺ kvázi-molekulaionok nincsenek jelen, hiszen a 3. ábra szerinti B' hitelesítési görbe tanúsága szerint 110 V effektív feszültség esetén a kvázi-molekulaionok megjelenésének észlelhető erősségű áramot kellene eredményeznie.

Az említett feltételek között a mérőjel hiánya azonban önmagában véve azt sem jelenti, hogy az M_A~ kvázi-molekulaionok nincsenek jelen, hiszen az elrendezés-22 ből következően a 100 zéruspontban végzett mérés esetén ez utóbbiak jelenléte zérus erősségű áramot eredményezne, vagyis mérőjelet nem kapnánk.

Ha viszont a második mérés során zérustól eltérő nagyságú mérőjelet kapunk, ez önmagában véve az M_B ⁺ kvázi-molekulaionok áramának kialakulására utal, de természetesen az M_A‘ kvázi-molekulaionok jelenlétére vonatkozóan kijelentés alapját nem képezi.

Az 50 vezérlő egység 82, 83, 84 és 85 csatlakozási pontjain, vagyis kimenetein a négy fenti lehetőségnek megfelelő jeleket nyerünk. A 82 csatlakozási ponton az előzőekben bemutatott első mérésnél, tehát a 60 első csatorna felhasználásakor zérus szintű jel jelentkezik (nincs mérőjel), míg a 83 csatlakozási ponton pozitív előjelű mérőjelet kapunk (a mérés pozitív eredménnyel zárult). Hasonló módon a 61 második csatorna működtetésével a 84 és 85 csatlakozási pontokon kapunk megfelelő jeleket.

A 86, 87 invertáló elemek, továbbá a 90, 91, 92 és 93 ÉS-kapuk a fentiekben vázolt négy különböző kimeneti jellehetőség szerint működnek, így az előzőekben bemutatott négy lehetséges mérési eredményt jelzik ki.

Ha például sem az M_A', sem az M_B ⁺ kvázi-molekulaionok nincsenek jelen, mindkét mérés esetében sem a 60 első, sem a 61 második csatorna segítségével zérustól eltérő szintű mérőjel nem nyerhető. A zérus szintű jel a 2. ábra szerinti elrendezésben a 82 és 84 csatlakozási pontokon jelenik meg, a 86 és 87 invertáló elemekkel pozitív jelekké alakítható át és a két jel így továbbítódik a 93 ÉS-kapu két bemenetére, vagyis a 97 jelző egység felvillan és ezzel azt mutatja, hogy a 32 gázkeverék sem az A első, sem a B második mért anyagot nem tartalmazza.

Ha viszont a 32 gázkeverék az A első és a B második mért anyagot tartalmazza, mindkét mérés pozitív eredményt hoz, zérustól eltérő szintű mérőjelet kapunk, vagyis pozitív szintű logikai jeleket lehet a 83 és 85 csatlakozási pontokra továbbítani. Ez a 90 ÉS-kapu átkapcsolását okozza és így a 94 jelző egység fényjelzést ad. A 95 jelző egység akkor lép működésbe, ha a 32 gázkeverékben csak az A első mért anyag van jelen (a B második mért anyag hiányzik), míg a 96 jelző egység a fordított helyzetet, vagyis csak a B második mért anyag jelenlétét mutatja.

A fentiekből következik, hogy a 2. ábrán bemutatott elrendezésben a logikai egységek viszonylag egyszerűen vannak feltüntetve. Egy konkrét felhasználási módnál az igényektől függően további logikai elemek és csatlakozások ugyancsak beiktathatok.

A mérések elvégzésénél a 100 zéruspontban való mérésre utaltunk. Ez azonban nem követelmény. Természetesen eltérő mérési pontok ugyancsak választhatók, ameddig azoknál a hitelesítési görbékből következően egyenlő értékek vagy eltérő előjelek esetében problémák nem keletkeznek. A 3. ábra szerinti hitelesítési görbék

4 ·· 44444444

4 4 4 4 44 < 44 4 4444 444

44444 4 44

444 4 44 444 444<

-23esetében egy, a mérésre messzemenően nem ajánlott 101 tiltott munkapontot is feltüntetünk, hogy a fentieket érthetőbbé tegyük.

A 40 feszültségforrás 62 harmadik csatornáját az előzőekben leírt lépések végrehajtása után vagy az első lépés végrehajtása előtt működtetjük. A 40 feszültségforrás ezen az úton a 21 első és 23 második elektródra viszonylag nagy értékű 73 egyenfeszültséget ad.

A 73 egyenfeszültség megfelelően nagy értéke miatt igen nagy intenzitású statikus elektromos tér generálható, amelynek erőssége akár az 1000 V/cm értéket is elérheti. Ennek az a következménye, hogy a 10 mérökamra belsejében levő összes töltéshordozó, tehát a nagy mozgékonyságú ionizált reakciótermékek (O₂’ és H⁺), továbbá a viszonylag nehéz és ezért kis mozgékonyságú MA^_ és MB⁺ kvázi-molekulaio- >

nők a töltésük előjelének megfelelő elektród irányában vándorolnak és így adott nagyságú ionáram keletkezik, amelynek erőssége a 10 mérökamrában jelen levő összes töltéshordozó teljes számának felel meg.

A kiegészítő, a statikus elektromos térben mért áramerősség ismeretében a 60 első és a 61 második csatorna működtetésével kapott mérési eredmények alapján kvantitatív mérések ugyancsak elvégezhetők, amelyek eredményeként az A első és a B második mért anyag koncentrációja kiszámítható. Egyúttal különböző zavaró anyagok koncentrációja szintén meghatározható, a szükséges számítások elvégezhetők és egyúttal az is elemezhető, hogy a mérési eredményekre a nyomás, a hőmérséklet, valamint a nedvességtartalom változásai, ingadozásai milyen befolyást gyakorolnak.

A kvantitatív jellegű mérés lehetőségét az adja, hogy a 60 első, a 61 második és a 62 harmadik csatornával egymást követően, időbeni egymásutániságban, például 100 ms ütemben lehet méréseket végezni, tehát lényegében a mérések ugyanazokra az adott esetben zavaró tényezőkkel terhelt feltételekre vonatkoznak, elfogadható az a megközelítés, hogy ezek a mérések egyidejüek. ’

Az A első és a B második mért anyag, illetve a zavaró összetevők koncentrációjának meghatározásánál azt kell figyelembe venni, hogy az első méréseknél, tehát a 60 első és a 61 második csatorna működtetésénél a kapott mérési eredmények a kapcsolódás ismert valószínűségtől, az A első és a B második mért anyag ismeretlen koncentrációitól, az esetleges zavaró összetevők szintén ismeretlen koncentrációjától, továbbá az ionizált reakciótermék ugyancsak ismeretlen koncentrációjától függnek.

Ha tehát egy kiegészítő harmadik (vagy megelőző) mérésben a töltéshordozók teljes számát meg tudjuk állapítani, másrészt viszont az első és második mérésből az A első és a B második mért anyag molekuláira jellemző koncentrációk aránya megállapítható, a további előzőleg ismeretlen mennyiségek kiszámíthatók, esetleg számítógép közbeiktatásával meghatározhatók.

* • V • · · ·

I

A meghatározás során a számítás menete például a következő lehet:

Mindenek előtt a reakciók során keletkező ionok mennyiségére az alábbi egyenleteket írhatjuk fel:

X (H₂O)_nH⁺ + (A) (A)H⁺ +nH₂O,

Y (H₂O)_mO₂- + (B) -> (B)O₂- + mH₂0.

A fenti egyenletekben a H₂O kifejezés a vízből álló tasztereknek az ionizált reakciótermékekben jelen levő részarányát jelenti, mégpedig a környezeti levegőből származó H⁺ pozitív és O₂' negatív ionizált reakciótermékek és a nedvesség közötti reakció eredményeit. Az egyenletek az A első és a B második mért anyagokra vonatkoznak, amelyek rendre a fenti ionizált reakciótermékekkel kapcsolódnak. így tehát továbbra is az A első mért anyag az idegmérgek közé, a B második mért anyag a hólyaghúzó mérgező harcanyagok közé tartozó anyagot jelöl.

A nyilak feletti X és Y a képződési valószínűséget jelöli, vagyis azt, hogy az A első és a B második mért anyag besugárzásakor az ionizációs folyamat milyen valószínűséggel zajlik le. Az X és Y képződési valószínűségeket ionmozgékonyság spektroszkópiai vizsgálatával (IMS) lehet meghatározni, ha a feltételek erre alkalmasak. A meghatározáshoz azonban általában költséges és bonyolult felépítésű rendszerre van szükség. Ez a probléma a következő módon kerülhető meg:

Ha az előzőekben bemutatott három különböző mérést tekintjük, vagyis a nagy egyenfeszültség mellett elvégzett nullponti mérést, továbbá a két impulzussorozatos mérést, a három mérés mindegyikénél az X és Y képződési valószínűségek különböző módon jelentős mértékben korlátozódnak. Az egyes méréseknél X_v X₂, illetve X₃, valamint Y₁, Y₂, illetve Y₃ képződési valószínűségek vehetők figyelembe. Az ionmozgékonyság spektroszkópiai vizsgálatával az X₄/X, X^ illetve X₃/X, valamint az Υ,/Υ, illetve Y₃/Y redukciós tényezők könnyen meghatározhatók, mivel az ionok forrása ez esetben a találmány szerinti berendezés 10 mérökamrája.

A továbbiakban K a maradék ionok, tehát az összekapcsolódási folyamatból kimaradt ionok számát jelöli. Ez a szám a nyomástól, a hőmérséklettől, a drift-folyamatok sebességétől, a felezési időtől és egyéb tényezőktől, továbbá a mérés általános feltételeitől függő nagyságú.

Ha először a nagy egyenfeszültséggel a zéruspontban végzett első mérést tekintjük, akkor az ilyen feltételek között beálló ionáram erőssége az

I, = K + X,A +Y,B

-25kifejezéssel határozható meg. A körülmények elemzéséből adódik, hogy ebben a , kifejezésben mind az X_r mind az Y₁ tényező értéke közelítőleg zérus, mivel a kvázimolekulaionokhoz képest az ionizált reakciótermékek igen nagy mozgékonyságúak, vagyis az l₅ ionáramra közelítőleg az összefüggés érvényes. Tekintsük most a második esetet, amikor az A első mért anyagot ionizáljuk és ezzel az

1₂ = K + + Y₂B ionáramot kapjuk, amelynél azt kell figyelembe venni, hogy X₂ sokkal nagyobb, mint az Y₂ tényező.

A harmadik mérés esetében a B második mért anyagot ionizáljuk, és ez esetben l₃ erősségű ionáram alakul ki, amelyre az

1₃ = K + X₃A + Y₃B egyenlet érvényes, és itt az X₃ tényező értéke sokkal kisebb, mint az Y₃ tényezőé. s

A három előzőleg vázolt mérési eredmény alapján az A első és a B második mért anyag koncentrációja meghatározható, és így az A első mért anyag koncentrációjára az

A = (I₂-I₁-Y₂A)/X₂ = (I₃-I₁-Y₃B)/X₃ összefüggés, míg a B második mért anyagéra a

B = [X₂(l₃ - I0/X3 - (l₂ -1,)]/(X₂Y₃ /X₃ - Y₂) összefüggés adódik.

Claims (22)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Eljárás környezetet alkotó anyag összetevőjének, különösen levegőben harcigáz jelenlétének érzékelésére, amikoris környezetet alkotó anyagból, mint reakcióközegböl, különösen levegőből és/vagy vízből könnyű ionizált reakciótermékeket, mint O₂’-, H₂O klaszteres H⁺-ionokat képezünk, az ionizált reakciótermékeket első és/vagy második mért anyaggal (A, B) és a reakcióközeggel alkotott keverékhez (32) adagoljuk, mégpedig úgy, hogy az ionizált reakciótermékeket, mint az O2'-, H2O klaszteres H⁺-ionokat mérökamrában (10) inhomogén térbeli eloszlásban az első és/vagy második mért anyag (A, B) nehéz molekuláihoz (MA, M_B) kapcsoljuk és ezzel kvázi-molekulaionokat (M_A-, M_B ⁺) képezünk, a mérőkamrában (10) meghatározott alapfrekvenciájú és amplitúdójú, zérus szintű alapvonalhoz (70) viszonyítva váltakozó erősségű, időben változó elektromos teret (E) gerjesztünk, az elektromos tér (E) hatására beálló, a kvázi-molekulaionokból (M_A-, M_B ⁺) álló ionáram (ΔΙ) erősségét mérjük és a mérőjelet értékeljük, azzal jellemezve, hogy a reakcióközegben jelen levő első mért anyagnak (A) a vele egyidejűleg jelen levő második mért anyagtól (B) való megkülönböztetése céljából

   - a kijelölt mérökamrában (10) folyó kvázi-molekulaionáramnak (ΔΙ) az alapfrekvenciától, az elektromos tér (E) erősségének a zérus szintű alapvonalhoz (70) viszonyított lefutásában jelentkező aszimmetriától és az amplitúdótól függő változását külön-külön az első és a második mért anyagra (A, B) meghatározzuk, ezt követően

   - első aszimmetriánál a keveréken (32) első mérést végzünk, és

   - második aszimmetriánál a keveréken (32) második mérést végzünk, majd

   - az első és második méréssel kapott jeleket logikai úton egymással összehasonlítjuk és csatoljuk.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy reakcióközegként vizet (H₂O) alkalmazunk.
3. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az ionizált reakciótermékeket, mint O₂'-, H₂O klaszteres H⁺-ionokat béta-sugárzás (β) hatásával állítjuk elő.
4. 4. A 3. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az ionizált reakciótermékek inhomogén eloszlásának biztosítására a mérökamrában (10) béta-sugárzót rendezünk el, amelynek belső méreteit a béta-sugárzó felezési hatósugarát jelentős mértékben meghaladó értékre állítjuk be.
5. 5. Az 1. - 4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az elektromos teret (E) változó, előnyösen periodikus változású feszültséggel gerjesztjük.

   • « · · ·
6. 6. Az 5. igénypont szerinti eljárás, azzal Jellemezve, hogy a változó, célszerűen periodikus változású feszültséget egymással váltakozóan a zérus szintű alapvonal (70) felett, illetve alatt elhelyezkedő első és második impulzusokból (71, 72) álló lefutással állítjuk elő.
7. 7. A 6. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az első és második impulzusokat (71, 72) időben folyamatos átmenettel egymáshoz csatlakozóan generáljuk.
8. 8. Az 5. vagy 6. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az első és második impulzusokat (71, 72) azonos impulzusterülettel generáljuk.
9. 9. A 6. - 8. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az első és második impulzusokat (71, 72) négyszögjelként generáljuk, ahol az első impulzusokat (71) a második impulzusoknál nagyobb magassággal és kisebb szélességgel állítjuk elő.
10. 10. A 8. vagy 9. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az első impulzusokat (71) a második impulzusoknál (72) legalább kétszer és legfeljebb ötször nagyobb magassággal generáljuk.
11. 11. A 6. - 10. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az első méréshez az első és második impulzusokat (71, 72) egy adott polaritással és/vagy egymásutánisággal gerjesztjük, míg a második méréshez az első és második impulzusokat (71', 72') az első méréshez képest ellenkező polaritással és/vagy egymásutánisággal gerjesztjük.
12. 12. Az 1. - 11. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy 100 ... 500 Hz közötti alapfrekvenciát választunk.
13. 13. Az 1. - 12. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a mérőkamrát (10) 0,5 ... 5 cm³ térfogatú térként hozzuk létre.
14. 14. Az 5.-13. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a méréseket 50 ... 200 V effektív értékű feszültséggel végezzük el.
15. 15. Az 1. - 13. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy további lépésként a mérökamrában (10) a váltakozó erősségű elektromos tér (E) effektív értékénél legalább kétszer, legfeljebb hússzor nagyobb intenzitású állandó erősségű elektromos teret gerjesztünk, a kvázi-molekulaionok létrejövő áramát (ΔΙ) mérjük és az így kapott mérőjelet az első és második mérésben nyert mérőjelekkel összehasonlítjuk.

    • 4 • · · · · · · • · ·· ··· ···
16. 16. A 15. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az állandó erősségű elektromos teret mintegy 100 V/cm térerősséggel gerjesztjük.
17. 17. Berendezés környezetet alkotó anyag összetevőjének, különösen levegőben harcigáz jelenlétének érzékelésére, amelynek mérökamrája (10), a mérőkamrába (10) környezetet alkotó reakcióközegből, valamint első és/vagy második mért anyagból (A, B) álló keveréket (32) bevezető első eszköze, a reakcióközegböl, különösen levegőből, vízből könnyű ionizált reakciótermékeket, mint O₂-. OH’-, H₂O klaszteres H⁺-ionokat képező második eszköze, a mérőkamrában (10) az ionizált reakciótermékeket, mint O2’-, H2O klaszteres H⁺-ionokat az első és/vagy a második mért anyagból (A, B) és reakcióközegből álló keverékben (32) az első és/vagy a második mért anyag (A, B) nehéz molekuláihoz (MA, M_B) kapcsoló, ennek révén kvázi-molekulaionokat (M_a-, M_b ⁺) képező harmadik eszköze, a mérőkamrában (10) meghatározott alapfrekvenciájú és amplitúdójú, időben változó, zérus szintű alapvonal (70) mentén váltakozó erősségű elektromos teret (E) gerjesztő negyedik eszköze (21, 23, 40, 50) van, ahol a negyedik eszköz (21, 23, 40, 50) a mérőkamrában (10) elrendezett első és második elektródból (21, 23) álló elektródpár tápellátását biztosító, és az elektródpárt alkotó első és második elektróddal (21, 23) összekötött feszültségforrást (40) tartalmaz, továbbá a mérőkamrában (10) az elektromos térrel (E) előidézett, a kvázi-molekulaionokból (M_a·, M_b ⁺) álló ionáramot (ΔΙ) mérő és a mérőjelet kiértékelő ötödik eszköze van, azzal jellemezve, hogy a feszültségforrás (40) az elektród párra egymást követően zérus szintű alapvonalhoz (70) képest eltérően alternatív módon aszimmetrikus feszültséglefutású jeleket továbbító átkapcsolóval (63) van ellátva, továbbá az ötödik eszközben (41, 50) a mért kvázi-molekulaionáramok (ΔΙ) összehasonlítására szolgáló logikai kapcsolóelem van elrendezve.
18. 18. A 17. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a mérőkamra (10) hengeres felülettel van kiképezve.
19. 19. A 17. vagy 18. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a mérökamra (10) belső felületén radioaktív tulajdonságú anyagból álló bélés van kiképezve.
20. 20. A 17. - 19. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a mérökamra (10) műanyagból álló oldalfallal (11), felső zárólappal (12) és alsó zárólappal (13) van kiképezve.
21. 21. A 17. - 20. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy az elektródpár axiális irányban elrendezett rúd alakú első elektróddal (21), to- • « ···· «I

    -29vábbá a mérőkamra (10) hengeres alakú oldalfalán (11) kiképzett elektromosan vezető anyagú bélést alkotó második elektróddal (23) van kialakítva.
22. 22. A 21. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a rúd alakú első elektród (21) nemesacélból készült felülettel van kiképezve.