SE517834C2

SE517834C2 - Apparatus for detection of an analyte in air

Info

Publication number: SE517834C2
Application number: SE9702407A
Authority: SE
Inventors: Peter Gaardhagen; Magnus Samuelsson; Arne Alm; Aake Jansson; Johan Arnell; Claes Andersson; Erik Johansson
Original assignee: Biosensor Applications Sweden Ab Publ
Priority date: 1997-06-24
Filing date: 1997-06-24
Publication date: 2002-07-23
Also published as: SE9702407L; SE9702407D0

Abstract

Apparatus for the detection of an analyte in air comprising: (a) an air sampling system for collecting an air sample comprising a mouthpiece (10) and a fan connected (13) to the back of the filter; (b) a first enrichment stage (11) for enrichment of the analyte comprising a thermal adsorption/desorption filter creating a non-laminar gas flow for adsorption of the analyte on the filter surfaces encased in a housing having a gas inlet and outlet connected to valves and a heat source for heating the filter to a temperature high enough to evaporate the analyte but low enough to avoid decomposition of the analyte; (c) means for transport of the desorbed analyte from the filter to a second enrichment stage for the further enrichment of the gaseous analyte comprising a cold trap (32) for condensing the analyte; (d) means for extraction of the condensed material with a solvent; (e) means for collecting the solution enriched in analyte from the cold trap; (f) means for transport of the collected liquid sample to an analytical detection system for the detection of the analyte. Also claimed is the adsorption/desorption filter of the first enrichment stage and a method of detecting an analyte.

Description

25 30 . , 1 u .o u 517 834 a I ' n ø n « u c n q u no 2 ett första anrikningssteg för anrikning av analyten, vilket omfattar ett adsorptions/desorptionsﬁlter av ett hydrofobt material, ventiler (revolver), en upphettnings- anordning för upphettning av ﬁltret till en temperatur som är tillräckligt hög för att förånga analyten men tillräcklig låg för att undvika nedbrytning av analyten, och ñlterrekonditionering, ett andra anrikningssteg för vidare anrikning av analyten, vilket omfattar en hydroñl kylfálla, en lösning, en pump eller inj ektionsspruta, och rekonditionering av kylfällan genom tvättning, samt ett analytiskt detektionssystem för detektering av analyten från ett vätskeprov. 25 30. , 5 u. a temperature high enough to vaporize the analyte but low enough to avoid degradation of the analyte, and interconditioning, a second enrichment step for further enrichment of the analyte, comprising a hydraulic cooling trap, a solution, a pump or syringe, and reconditioning of the cooling trap by washing, and an analytical detection system for detecting the analyte from a liquid sample.

En annan aspekt av uppfinningen är inriktad på ett sätt att detektera en analyt i luft, vilket omfattar insamling av luft med ett luﬁinsamlingssystem som omfattar ett munstycke och en ﬂäkt, ledande av luﬁen till ett första anrikningssteg där analyten adsorberas på ett adsorptions/desorptionsﬁlter av ett hydrofobt material, upphettning av ﬁltret till en temperatur som är tillräckligt hög för att förånga analyten men tillräckligt låg för att undvika nedbrytning av analyten, spolning av ﬁltret med en liten mängd av en inert gas, ledande av ångan från det första anrikningssteget till ett andra anrikningssteg för vidare anrikning av analyten genom kondensation i en hydroﬁl kylfalla, spolning av kylfällan med en liten mängd lösning för att upplösa det kondenserade materialet, uppsamling av den lilla mängden lösning som innehåller analyten i en behållare, och analysering av närvaron av analyt i behållaren med hjälp av ett analytiskt detektionssystem för detektering av analyt i vätskeprov.Another aspect of the invention is directed to a method of detecting an analyte in air, which comprises collecting air with a lu collecting system comprising a nozzle and a genuine, conducting the lu to a first enrichment step where the analyte is adsorbed on an adsorption / desorption filter of a hydrophobic material, heating the filter to a temperature high enough to evaporate the analyte but low enough to avoid decomposition of the analyte, purging the filter with a small amount of an inert gas, conducting the steam from the first enrichment step to a second enrichment step for further enriching the analyte by condensation in a hydraulic cooling trap, rinsing the cooling trap with a small amount of solution to dissolve the condensed material, collecting the small amount of solution containing the analyte in a container, and analyzing the presence of analyte in the container by of an analytical detection system for detecting analyte in liquid samples.

Uppfinningen kommer nu att belysas med hjälp av följ ande beskrivning av specifika utföringsformer och medföljande ritningar. Uppfinningen är emellertid inte begränsad till dessa utföringsformer.The invention will now be elucidated by means of the following description of specific embodiments and accompanying drawings. However, the invention is not limited to these embodiments.

Ett system enligt uppfinningen omfattar företrädesvis följande beståndsdelar v l) Luftinsamlingssystem vilket omfattar - munstycke - dammfilter (valfritt) - hygrometer (valfritt) - fläkt (eller extern pump) - injektionsventil (föredragen utföringsform) 10 15 20 25 30 517 834 :nu un v 2) Ett Första Anrikningssteg vilket omfattar - adsorptions/desorptionsﬁlter av hydrofobt material - ventiler (revolver) - upphettningsanordning - ﬁlterrekonditionering 0 3) Ett Andra Anrikningssteg vilket omfattar - kylfalla - lösning - pump (valfritt manuell injektion) - tvättning (rekonditionering av kylfálla) 0 4) Ett eller ﬂera analytiska detektionssystem, såsom a) gaskromatograﬁ eller b) biosensor(er) som var och en omfattar - ﬂödescell - kvartskristall - antikroppsytbeläggning, varvid antikroppen är speciﬁk for och binder till - den specifika analyten som är av intresse i 0 5) Valfri Signalbearbetning omfattande, i fråga om 4) b), - referensoscillator - CPU - seriekommunikationslänk 0 6) Valfri Man-maskin samverkan som omfattar - akustiskt larm - presentation LEDs - manövervälj are 0 7) Valfria Stödsystem för vart och ett av elementen 1 till 6, vilka omfattar - struktur - kraftförsörjning Sättet enligt uppfinningen börjar med insamling av luft, som eventuellt innehåller eller misstänks innehålla en speciﬁk analyt som är av intresse, med Luftinsamlingssystemet.A system according to the invention preferably comprises the following components vl) Air collection system which comprises - nozzle - dust filter (optional) - hygrometer (optional) - fan (or external pump) - injection valve (preferred embodiment) 10 15 20 25 30 517 834: now un v 2 ) A First Enrichment Step which includes - adsorption / desorption alter of hydrophobic material - valves (revolver) - heating device - reklter reconditioning 0 3) A Second Enrichment Step which includes - cooling trap - solution - pump (optional manual injection) - washing (reconditioning of cooling trap) 0 4 ) One or ﬂ your analytical detection systems, such as a) gas chromatograph ﬁ or b) biosensor (s) each comprising - ﬂ fate cell - quartz crystal - antibody surface coating, the antibody being specific for and binding to - the specific analyte of interest in 0 5) Optional Signal processing comprehensive, in terms of 4) b), - reference oscillator - CPU - serial communication link 0 6) Optional Man-m askin interaction comprising - acoustic alarm - presentation LEDs - control selector 0 7) Optional Support systems for each of the elements 1 to 6, which include - structure - power supply The method according to the invention begins with the collection of air, which may contain or is suspected of containing a specific analyte of interest, with the Air Collection System.

Luﬁ insamlas med hjälp av en ﬂäkt (eller ej ektorpump) genom ett munstycke som hålls vid en misstänkt plats, såsom just ovanför marken vid en misstänkt mina, och luften transporteras, om så krävs, genom ett filter for stoftseparation, till det forsta anrikningssteget och genom 10 15 20 25 30 n o v - en 517 834 nu n n n n | u a e n ø nu 4 dess adsorptionsfilter till en utblåsning som är riktad från marken. Luftinsamlingssystemet kan också inbegripa ett kalibrerings- och testsystem, valfritt styrt från signalbearbetningen, för automatiserad injektion av en liten, kalibrerad mängd analyt, t ex TNT (2,4,6-trinitrotoluen) -ånga eller TNT-lösning, in i luftﬂödet före det första anrikningssteget. Lufcinsamlings- systemet bör ha en neutral yta, eller ytbeläggning, med hänsyn till luftströmmens analytinnehåll, åtminstone under loppet av ett prov i insamlingssystemet (förgyllning har används i prototyp).Lu ﬁ is collected by means of a ﬂ genuine (or not ektor pump) through a nozzle held at a suspicious location, such as just above the ground at a suspicious mine, and the air is transported, if necessary, through a dust separation filter, to the first enrichment stage and by 10 15 20 25 30 nov - a 517 834 now nnnn | u a e n ø nu 4 its adsorption filter to an exhaust directed from the ground. The air collection system may also include a calibration and test system, optionally controlled from the signal processing, for automated injection of a small, calibrated amount of analyte, eg TNT (2,4,6-trinitrotoluene) vapor or TNT solution, into the air before first enrichment step. The air collection system should have a neutral surface, or surface coating, with respect to the analyte content of the air stream, at least during the course of a test in the collection system (gilding has been used in the prototype).

F öreträdesvis bör luftinflödets fukthalt vara känd, och i vissa fall justeras, för att underlätta efterföljande processkontroll. En hygrometer kan placeras inom luftinloppet eller i samband med luftinsamlingssystemet, exempelvis på utsidan av munstycket.Preferably, the moisture content of the air inflow should be known, and in some cases adjusted, to facilitate subsequent process control. A hygrometer can be placed inside the air inlet or in connection with the air collection system, for example on the outside of the nozzle.

Det första anrikningssteget arbetar med ett hydrofobt adsorptions/desorptionsﬁlter som bör vara av ett material (etsad polytetraﬂuoreten användes prototyp) som, med hög effektivitet, adsorberar analyten, såsom TNT, från luft vid den normala insamlingstemperaturen, och desorberar den igen när det upphettas till en högre temperatur, vilken emellertid bör vara lägre än nedbrytningstemperaturen för analyten (t ex TNT).The first enrichment step works with a hydrophobic adsorption / desorption filter which should be of a material (etched polytetra [urethane prototype used) which, with high efficiency, adsorbs the analyte, such as TNT, from air at the normal collection temperature, and desorbs it again when heated to a higher temperature, which, however, should be lower than the decomposition temperature of the analyte (eg TNT).

I en utföringsform är ﬁlterkonstruktionen i det första anrikningssteget, gjord av ett etsat hydrofobt och elektriskt isolerande material som är avsatt på metalltråd. Detta har många fördelar: det etsade materialet ger en mycket hög effektiv yta för adsorption och metalltråds- kärnan tillåter mycket snabb elektrisk upphettning för desorption. Därtill tillåter användningen av ett hydrofobt material att de ﬂesta oönskade kemikalier och vattenånga kan passera genom det första steget, och enbart hydrofoba ångor infångas av ﬁltret.In one embodiment, the konlter structure in the first enrichment step is made of an etched hydrophobic and electrically insulating material deposited on metal wire. This has many advantages: the etched material provides a very high effective surface for adsorption and the metal wire core allows very fast electric heating for desorption. In addition, the use of a hydrophobic material allows most of the unwanted chemicals and water vapor to pass through the first stage, and only hydrophobic vapors are trapped by the filter.

Under adsorptionssteget drivs luftﬂödet genom ﬁltret av ﬂäkten (pumpen) i luﬁinsamlingssystemet. Under desorptionssteget drivs transporten och förångningen av analyten, såsom TNT, i ﬁltret av en liten mängd av en inert gas tillsammans med värme- expansionen av den infångade luften, varigenom anrikning av analyt (t ex TNT) -ånga fås i processgasen (torr kvävgas användes i prototyp).During the adsorption step, the air flow is driven through the filter by the filter (pump) in the air collection system. During the desorption step, the transport and evaporation of the analyte, such as TNT, is driven in the filter by a small amount of an inert gas together with the thermal expansion of the trapped air, whereby enrichment of analyte (eg TNT) vapor is obtained in the process gas (dry nitrogen gas is used and prototype).

Adsorptions/desorptionsfiltret i det första anrikningssteget kommer att fungera under ett begränsat antal temperaturcykler och måste därför ersättas vid regelbundna service- intervaller.The adsorption / desorption filter in the first enrichment step will operate for a limited number of temperature cycles and must therefore be replaced at regular service intervals.

Det andra anrikningssteget innehåller en hydroñl kylfälla (kvarts vid omgivningstemperatur) för kondensation av analytångan (t ex TNT) från det första anrikningssteget, och ett pumpsystem för transport av en droppe av ett lösningsmedel, såsom vatten, genom kylfällan in i en behållare för analys. Typen av behållare beror på typen av 10 15 20 25 30 av: n I IQ o 51 7 334 -..§:ïï:. 5 metod och utrustning som valts för analysen. Om piezoelektrisk bestämning välj es, kan behållaren vara en eller ﬂera biosensorcell(er).The second enrichment stage contains a hydraulic cooling trap (quartz at ambient temperature) for condensation of the analyte vapor (eg TNT) from the first enrichment stage, and a pump system for transporting a drop of a solvent, such as water, through the cooling trap into a container for analysis. The type of container depends on the type of 10 15 20 25 30 of: n I IQ o 51 7 334 - .. §: ïï :. 5 method and equipment selected for the analysis. If piezoelectric determination is selected, the container may be one or two biosensor cell (s).

Om analyten är TNT, accepterar vattenlösningen normalt inte en sådan hydrofob kemikalie, men TNT är tillräckligt polärt för att ha en acceptabel löslighet vid de faktiska låga koncentrationema. Användningen av ett hydrofilt andra anrikningssteg eliminerar sålunda de ﬂesta av de störande hydrofoba kemikaliema som passerat det första anrikningssteget.If the analyte is TNT, the aqueous solution does not normally accept such a hydrophobic chemical, but TNT is polar enough to have an acceptable solubility at the actual low concentrations. The use of a hydrophilic second enrichment step thus eliminates most of the interfering hydrophobic chemicals that have passed the first enrichment step.

I prototypen tvättas kylfällan manuellt med buffertlösning, som sedan injiceras in i behållaren, t ex en biocell.In the prototype, the cooling trap is washed manually with buffer solution, which is then injected into the container, eg a biocell.

Biosensorn som används vid piezoelektrisk bestämning av analyten, omfattar en ﬂödescell, i vilken lösningsmedlet/vattenlösningen från det andra anrikningssteget, passerar över ytan av en oscillerande kvartskristall, vilken är belagd med en skiktad struktur som exponerar för lösningen ett antikroppskomplex, vilket är aktivt mot analyten, t ex TNT.The biosensor used in piezoelectric determination of the analyte comprises a fate cell in which the solvent / aqueous solution from the second enrichment step passes over the surface of an oscillating quartz crystal, which is coated with a layered structure which exposes to the solution an antibody complex which is active against the analyte. , eg TNT.

Antikroppen binder till analyten, t ex TNT, i lösningen, och viktskillnaden, vid kristallens yta, ger en ringa förändring av resonansfrekvensen i den elektroniska kretsen som införlivar kristallen. När antalet antikroppar som är tillgängliga för bindning till analyten minskar på grund av komplexbildningen med analyten i testlösningen, kommer känsligheten att sjunka och cellen slutar att fungera. Sedan ersätts kvartskristallen med en annan som har en färsk beläggning. I en automatiserad utföringsform detekteras denna situation av en signalbearbet- ningsenhet, och ett automatiskt eller manuellt byte till en ny ﬂödescell äger rum.The antibody binds to the analyte, eg TNT, in the solution, and the weight difference, at the surface of the crystal, gives a slight change in the resonant frequency of the electronic circuit incorporating the crystal. As the number of antibodies available for binding to the analyte decreases due to complex formation with the analyte in the test solution, the sensitivity will decrease and the cell will stop functioning. Then the quartz crystal is replaced with another that has a fresh coating. In an automated embodiment, this situation is detected by a signal processing unit, and an automatic or manual change to a new fate cell takes place.

Ett avloppsrör från en biosensor-ﬂödescell kan direkt anslutas till inloppet hos ett annat, varigenom känslighet för en annan analyt tillförs, såsom ett sprängämne eller en narkotika, eller kan ett multisensorsystem med parallella biosensorer arrangeras genom att dela inloppet i en uppsättning av ﬂödesceller. * Kristallen i ﬂödescellen kan drivas på ett sådant sätt att en pumpfunktion hos lösningen uppstår, varigenom behovet av en separat pump i det andra anrikningssteget elimineras.A drain pipe from one biosensor fate cell can be directly connected to the inlet of another, thereby providing sensitivity to another analyte, such as an explosive or a drug, or a multisensor system with parallel biosensors can be arranged by dividing the inlet into a set of fate cells. * The crystal in the ﬂ cell can be driven in such a way that a pump function of the solution occurs, thereby eliminating the need for a separate pump in the second enrichment step.

Signalbearbetningselektroniken innehåller elektronik för drivande av kristallen, mätning av olika parametrar, kontroll av hela anrikningsíörfarandet och mätning av process- och beslutsalgoritmer för utvärdering av resultaten. Mera preciserat mätes förändringama i resonansfrekvens hos kristallen(ema) i biosensom(ema) kontinuerligt och de nödvändiga beräkningama för att utvärdera om analytångan, t ex TNT, är närvarande i det testade luﬁ- provet genomförs, och resultatet presenteras för operatören eller operativsystemet. För att mäta de små frekvensförändringama i biosensorn måste en hög kort till medium 10 15 20 25 30 517 834 s n | o a ø an 6 tidsprecisionstids/frekvensreferens, i form av en OCXO (Oven Controlled Crystal Oscillator) eller bättre användas. (Standard laboratorieprecisionsinstrument användes i prototyp).The signal processing electronics contain electronics for driving the crystal, measuring various parameters, controlling the entire enrichment process and measuring process and decision algorithms for evaluating the results. More precisely, the changes in the resonant frequency of the crystal (ema) in the biosensor (ema) are measured continuously and the necessary calculations to evaluate whether the analyte vapor, eg TNT, is present in the tested lu ﬁ test are performed, and the result is presented to the operator or operating system. To measure the small frequency changes in the biosensor, a high card to medium 10 15 20 25 30 517 834 s n | o a ø an 6 time precision time / frequency reference, in the form of an OCXO (Oven Controlled Crystal Oscillator) or better used. (Standard laboratory precision instruments were used in prototype).

Den centrala bearbetningsenheten (Central Processing Unit = CPU) i signal- bearbetningselektroniken övervakar också krafttörsörjningen, biosensorns funktion, gör automatiska tester och kalibreringar, vid igångsättning och vid biosensorbyten, och utvärderar samt signalerar när biosensorns användbara livslängd har konsumerats.The Central Processing Unit (CPU) in signal processing electronics also monitors the power supply, the biosensor's function, performs automatic tests and calibrations, during commissioning and biosensor changes, and evaluates and signals when the biosensor's useful life has been consumed.

Signalbearbetningselektroniken inbegriper en seriekommunikationslänk, för kommunikation med en extem dator i ett multisensorsystem, för detektering och lokalisering av analyt, eller för testning, kontroll och service.The signal processing electronics include a serial communication link, for communication with an external computer in a multisensor system, for detecting and locating analyte, or for testing, checking and servicing.

Man-maskin samverkan (Man Machine Interface = MMI) är operatörens normala sätt att kommunicera med signalbearbetningselektroniken när biosensorsystemet används som en fristående utrustning, och inga kontrollkommandon utförs genom seriekornmunikations- länken. Presentation av utrustningsstatus och resultaten från analys (en typ av sensoreri användning) presenteras med 3 signallampor eller LEDs som har olika färg och en akustisk vamingssignal ﬁ-ån en beeper eller via en höglur. En röd lampa kan användas för att indikera detektering av analytånga och en grön för säker, dvs att ingenting detekteras av biosensom.Man Machine Interface (MMI) is the operator's normal way of communicating with the signal processing electronics when the biosensor system is used as a stand-alone equipment, and no control commands are executed through the serial grain communication link. Presentation of equipment status and results from analysis (a type of sensor use) are presented with 3 signal lamps or LEDs that have different colors and an acoustic warning signal ﬁ- from a beeper or via a headphone. A red light can be used to indicate detection of analyte vapor and a green one for safe, ie that nothing is detected by the biosensor.

Däremellan kan det också finnas en gul lampa som indikerar ett neutralt status, dvs att mera information/insamling krävs för en tillförlitlig indikation åt någondera hållet. Akustisk vamingssignal skall åtfölj as av en ökning av risken - färgförändring ﬁ-ån grönt till gult (rött) eller gult till rött.In between, there may also be a yellow light that indicates a neutral status, ie that more information / collection is required for a reliable indication in either direction. Acoustic warning signal shall be accompanied by an increase in the risk - color change ﬁ- from green to yellow (red) or yellow to red.

Operatörens reglering på MMI är till-från, kontinuerlig-intermittent mätning och en mätning-O-test-avtryckare.The operator's control on the MMI is on-off, continuous-intermittent measurement and a measurement-O-test trigger.

I prototypen användes en PC (personal computer) dator för signalbearbetning och MMI simulerat på dess skärm.The prototype used a PC (personal computer) computer for signal processing and MMI simulated on its screen.

Stödsystemen är den mekaniska och elektriska strukturen hos enheten och kraftförsöij ningen med batterier samt spänningsomvandlare/regulatorer.The support systems are the mechanical and electrical structure of the unit and the power supply with batteries as well as voltage converters / regulators.

Den mekaniska strukturen kan vara en lätt, två-delsdesign för en man, en ryggsäck och en handburen sniffande del. Ryggsäcken, med batterier och det mesta av systemets elektronik, är ansluten via en kabel till sniffningsdelen, som är handburen men med en bärande kroppssele. Sålunda är den kompletta enheten en liten lättviktsenhet som kan bäras under en hel arbetsdag med ringa spärming från bärandet.The mechanical structure can be a light, two-part design for a man, a backpack and a hand-carried sniffing part. The backpack, with batteries and most of the system's electronics, is connected via a cable to the sniffing part, which is hand-held but with a carrying body harness. Thus, the complete unit is a small lightweight unit that can be worn for an entire working day with little spinning from carrying.

Kraftpaketet kan ta batterier av olika typ, både primära och omladdningsbara. Kraft kan också matas från en yttre källa (12 V likström). Den rekommenderade kraﬂkällan för faltanvändning, som en fristående utrustning, är primära celler av "D"-storlek. 10 15 20 25 30 517 834 šïïäïï* a a u | u ua 7 Stödsystemet för demonstratören är standard laboratorie- och PC-utrustning.The power package can take batteries of different types, both primary and rechargeable. Power can also be supplied from an external source (12 V DC). The recommended source for field use, as a stand-alone equipment, is primary cells of "D" size. 10 15 20 25 30 517 834 šïïäïï * a a u | u ua 7 The demonstrator support system is standard laboratory and PC equipment.

Det ovan beskrivna biosensorsystemet är utformat för att vara huvudsensom(sensorema) i singel- eller multisensorsystem för detektering av en analyt i ett luftprov som insamlats vid en misstänkt plats. Biosensorsystemet är synnerligen känsligt och selektivt och kan utformas för att detektera ånga från en enda analyt när antikroppar riktade mot nämnda analyt används såsom vid beläggning av biosensorcellen. Biosensorsystemet kan också innehålla ﬂera biosensorer för detektering av olika analyter.The biosensor system described above is designed to be the main sensor (s) in single or multisensor systems for detecting an analyte in an air sample collected at a suspected site. The biosensor system is extremely sensitive and selective and can be designed to detect steam from a single analyte when antibodies directed against said analyte are used as in the coating of the biosensor cell. The biosensor system may also contain your biosensors for detecting various analytes.

Det beskrivna biosensorsystemet är utformat för att vara lika känsligt som en hund för lukten från analyten men med större tillförlitlighet och tillgänglighet till en rimlig kostnad.The described biosensor system is designed to be as sensitive as a dog to the odor from the analyte but with greater reliability and availability at a reasonable cost.

Beskrivning av ritningarna Detalj er hos användbara delar av detektionssystemet enligt uppfinningen presenteras på de åtföljande ritningarna, där F ig. 1 visar ett tvärsnitt av ett luftinsamlingssystem för insamling av ett luﬁprov. Ett munstycke (10) hålls vid den misstänkta platsen, t ex just ovanför marken, och luñen transporteras genom ett adsorptionsﬁlter (1 1) i ett första anrikningssteg med hjälp av en luﬁpump, vilken är ansluten (13) till filtrets baksida, varigenom det är mindre känsligt för kontamination. Efter varje provtagning, förflyttas filtret till sin nästa position (desorption) av en revolver ( 12); Fig. 2 a. visar ett tvärsnitt av ett första anrikningssteg som omfattar ett hydrofobt adsorptions-desorptionsﬁlter. Filtret omfattar en lindning (21) av ett aktivt (isolerande) material på en ledare som är innesluten i ett plasthus (20) och med två cirkelfonniga kontaktband (22) fastlödda vid trädens ändar, Fig. 2 b. visar en sido/toppvy av det första anrikningssteget, där den lödda anslutningen kan ses; Fig. 3 a. visar en sidovy av delama hos ett andra anrikningssteg omfattande en hydroñl kylfálla. Kylfallan består av en kvartskapillär (32) i en kylare av sten (32) monterad i ett metallhölje (30). Hela enheten hålls ihop av en enda skruv och en elastisk (gummi) distans (34). En O-ring (33) är också monterad vid spetsen som en försegling mot adsorptionsfiltret från det första anrikningssteget, Fig. 3 b. visar ett tvärsnitt av det andra anriktningssteget; Fig. 4 visar en schematisk presentation av funktionen hos en ﬁlterupphettningsanordning. För att desorbera analyten (TNT) från filtret ökas temperaturen från omgivningstemperatur till desorptionstemperaturen. Upphettningen åstadkommes på en mycket kort tid, och temperaturen hålles sedan konstant tills desorptionen är avslutad. Detta 10 15 20 25 30 517 334 š-.I::ïï:. '° " n e I | u o - a ø | | ø .o 8 kan göras utan användning av en separat temperatursensor (vilken skulle kunna störa adsorptionen av analyten, TNT) genom att använda koppartråden i filtret som en termometer.Description of the drawings Details of useful parts of the detection system according to the invention are presented in the accompanying drawings, in which Figs. 1 shows a cross section of an air collection system for collecting a lu ﬁ sample. A nozzle (10) is held at the suspected location, eg just above the ground, and the lu is transported through an adsorption filter (1 1) in a first enrichment step by means of a lu pump, which is connected (13) to the back of the filter, whereby it is less susceptible to contamination. After each sampling, the filter is moved to its next position (desorption) by a turret (12); Fig. 2 a. Shows a cross section of a first enrichment step comprising a hydrophobic adsorption-desorption filter. The filter comprises a winding (21) of an active (insulating) material on a conductor which is enclosed in a plastic housing (20) and with two circular contact bands (22) soldered to the ends of the trees, Fig. 2 b. Shows a side / top view of the first enrichment step, where the soldered connection can be seen; Fig. 3 a. Shows a side view of the parts of a second enrichment stage comprising a hydraulic cooling trap. The cooling trap consists of a quartz capillary (32) in a stone cooler (32) mounted in a metal housing (30). The entire unit is held together by a single screw and an elastic (rubber) spacer (34). An O-ring (33) is also mounted at the tip as a seal against the adsorption filter from the first enrichment stage, Fig. 3 b. Shows a cross section of the second enrichment stage; Fig. 4 shows a schematic presentation of the function of an alternative heating device. To desorb the analyte (TNT) from the filter, the temperature is increased from ambient temperature to the desorption temperature. The heating is effected in a very short time, and the temperature is then kept constant until the desorption is completed. This 10 15 20 25 30 517 334 š-.I :: ïï :. '° "n e I | u o - a ø | | ø .o 8 can be done without the use of a separate temperature sensor (which could interfere with the adsorption of the analyte, TNT) by using the copper wire in the filter as a thermometer.

Koppar har en god och välkänd temperaturkonstant, dvs motståndet i ﬁltertråden ökar med temperaturen. Om filtret drivs med en känd konstant ström är det möjligt att mäta spänningsfallet i lindningen och få en spänningspotential mot temperaturen.Copper has a good and well-known temperature constant, ie the resistance in the filter wire increases with temperature. If the filter is operated with a known constant current, it is possible to measure the voltage drop in the winding and obtain a voltage potential against the temperature.

I ñg. 4 a., visas följande funktioner, (1) koppam i ﬁltertråden upphettas till desorptionstemperaturen, (2) en konstant ström genereras, (3) mätning av rå signal, (4) mätningen av den råa signalen omvandlas till en spänning som är proportionell mot temperaturen i filtret, och den anpassas till att kontrollera puls vid modulatom (PWM = puls wide modulator), (5) en trigger-signal indikerar åt si gnalbearbetningen när filtertemperaturen skall mätas (upphettningsström frånslagen), (6) PWM-signal för effektreglering (med tillslaget i från-position endast när den konstanta mätströmmen går genom tråden), och i (7) huvudupphettningsströmmen till ñltertråden.I ñg. 4 a., The following functions are shown, (1) the copper in the filter wire is heated to the desorption temperature, (2) a constant current is generated, (3) measurement of raw signal, (4) the measurement of the raw signal is converted to a voltage proportional to the temperature in the filter, and it is adapted to control the pulse at the modulator (PWM = pulse wide modulator), (5) a trigger signal indicates to the signal processing when the filter temperature is to be measured (heating current switched off), (6) PWM signal for power control ( with the switch-on in the off position only when the constant measuring current passes through the wire), and in (7) the main heating current to the ñlter wire.

Fig. 4 b., visar schematiskt var och en av signalema (1) - (7).Fig. 4 b., Schematically shows each of the signals (1) - (7).

Fig. 5 visar en schematisk presentation av ett automatiserat system för luﬁinsamling och anrikning av analyt enligt uppfinningen.Fig. 5 shows a schematic presentation of an automated system for the collection and enrichment of analyte according to the invention.

EXPERIMENT En prototyp av det ovan beskrivna automatiserade systemet användes för detektering av TNT som analyt.EXPERIMENT A prototype of the automated system described above was used to detect TNT as an analyte.

TNT, i en mängd av 10 gram, placerades i en plastpåse som sattes fast med tejp på innerväggen av en resväska med en volym av 50 liter.TNT, in an amount of 10 grams, was placed in a plastic bag that was taped to the inner wall of a suitcase with a volume of 50 liters.

Ett munstycke stacks in i resväskan och luft insögs under 10 sekunder vid en ﬂödeshastighet av 45 liter per minut från resväskan genom ett ﬁlter av Teﬂon.A nozzle is inserted into the suitcase and air is sucked in for 10 seconds at a flow rate of 45 liters per minute from the suitcase through a filter of Te ﬂ on.

Termisk desorption frisätter det TNT som adsorberats på ñltret, och under desorptionen får kvävgas passera genom filtret och den bär TNT-ångoma till kylfalllan, där TNT kondenseras på väggarna.Thermal desorption releases the TNT adsorbed on the filter, and during desorption, nitrogen gas is allowed to pass through the filter and it carries the TNT vapors to the cooling trap, where TNT condenses on the walls.

Desorptionstemperatur: 200°C Desorptionsﬂöde (N2): 20 ml/min Temperatur i kylfálla: 25°C Material i kylfalla: kvarts 10 15 20 25 30 517 834 o. ~ n o | Q c | . - nu Kylfállan tömdes med hjälp av en buffertlösning som infördes genom injektion med en spruta. Buffertlösningen löser TNT. Sedan utsögs lösningen från kylfallan med en injektionsspruta.Desorption temperature: 200 ° C Desorption desolation (N2): 20 ml / min Temperature in cooling trap: 25 ° C Material in cooling trap: quartz 10 15 20 25 30 517 834 o. ~ N o | Q c | . - now the cooling trap was emptied by means of a buffer solution which was introduced by injection with a syringe. The buffer solution dissolves TNT. The solution is then aspirated from the cooling trap with a syringe.

Buffertlösning: 0,01 M Na-fosfatbuffert, 0,1 M NaCl, pH=7,4 Buffertvolym: 10 ul Tid För tömning: 1 minut Analvs av TNT-halt genom gaskromatograﬁ Analys av TNT-halten ikylfällan utfördes med en gaskromatograf som hade elektrontångningsdetektion (GC-ECD).Buffer solution: 0.01 M Na-phosphate buffer, 0.1 M NaCl, pH = 7.4 Buffer volume: 10 ul Time For emptying: 1 minute Analysis of TNT content by gas chromatography ﬁ Analysis of the TNT content in the alkyl trap was performed with a gas chromatograph having electron force detection (GC-ECD).

Lösningen från kylíällan placerades på kvartsullvadd i ett luﬁinsarnlingsrör. Innan inj ektionen påbörjades avdunstades lösningsmedlet från röret. Injektion av provema utfördes genom termisk desorption av luﬁinsamlingsröret, varvid samtidigt det desorberade materialet iníângades i en kylfalla, vilken därefter snabbupphettades (termisk desorption kylfällainjektor, TCT). ' Instrumentparametrar: Instrument: Chrompack CP-9001 GC integrerad med CP 4001 TCT/PTI GC-kolonn: 10 m x 0,32 mm CP-Sil 5 CB (1,2 um) Bärgas: Helium, 45 kPa TCT-betingelser: Kylfálla: -70°C Desorptionstemp.: 25 0°C Desorptionstid: 15 min Desorptionsﬂöde: 35 ml/min Inj ektionstemp.: 200°C Injektionstid: 1 min GC-betingelser: 1 min vid 150°C, följt av 150°C -> 250°C, 10°C/min Detektor: Electron capture detector (ECD) n v | . .o 517 834 Q n n » - n . . u .u 10 Resultat: utbutet av TNT var ungefár 200 pg (relativ standardavvikelse 30%).The solution from the cooling source was placed on quartz wool cotton wool in a collection tube. Before starting the injection, the solvent was evaporated from the tube. Injection of the samples was performed by thermal desorption of the lu collection tube, at the same time the desorbed material was trapped in a cooling trap, which was then rapidly heated (thermal desorption cooling trap injector, TCT). 'Instrument parameters: Instrument: Chrompack CP-9001 GC integrated with CP 4001 TCT / PTI GC column: 10 mx 0.32 mm CP-Sil 5 CB (1.2 μm) Salvage: Helium, 45 kPa TCT conditions: Cooling trap: -70 ° C Desorption temp .: 25 0 ° C Desorption time: 15 min Desorption time: 35 ml / min Injection temp .: 200 ° C Injection time: 1 min GC conditions: 1 min at 150 ° C, followed by 150 ° C -> 250 ° C, 10 ° C / min Detector: Electron capture detector (ECD) nv | . .o 517 834 Q n n »- n. . u .u 10 Result: the yield of TNT was approximately 200 pg (relative standard deviation 30%).

Analys av TNT med biosensor En piezøelektrisk biosensor medlen beläggning på kristallen omfattande antikroppar 5 som specifikt binder till TNT användes för detektering av TNT i lösning från kylfällan. TNT kunde fortfarande detekteras vid den låga nivån av 10 pikogram.Analysis of TNT with Biosensor A piezoelectric biosensor agent coating on the crystal comprising antibodies specifically binding to TNT was used to detect TNT in solution from the cooling trap. TNT could still be detected at the low level of 10 picograms.

Claims

10 15 20 25 30 517 '834 11 Patent claims

A system for detecting an analyte in air, characterized in that it comprises an air collection system (1) comprising a nozzle (10) and an ﬂ, a first enrichment stage (II) for enriching the analyte, which comprises a adsorption / desorption filter (11) of a hydrophobic and insulating material deposited on metal wire (21) which is wound and enclosed in a plastic housing (20), valves (12), a heating device for heating the filter (1 1) to a temperature which is high enough to vaporize the analyte but low enough to avoid degradation of the analyte, and interconditioning, a second enrichment step (30) for further enrichment of the analyte, comprising a hydrone cooling trap (32), a solution, a pump or syringe, and reconditioning the cooling trap (32) by washing, and an analytical detection system for detecting the analyte from a liquid sample.

A method of detecting an analyte in air, characterized in that it comprises collecting air with an air collection system (1) comprising a nozzle (10) and a genuine, conducting the air to a first enrichment stage (11) where the analyte adsorbed on an adsorption / desorption filter (11) of a hydrophobic and insulating material deposited on metal wire (21) wound and enclosed in a plastic housing (20), heating the filter (1 1) to a temperature high enough to evaporate the analyte but low enough to avoid degradation of the analyte, purging the filter (11) with a small amount of an inert gas, conducting the steam from the first enrichment step (11) to a second enrichment step (30) for further enrichment of the analyte by condensation in a hydraulic cooling trap (32), rinsing the cooling trap (32) with a small amount of solution to dissolve the condensed material, collecting the small amount of solution containing the analyte in a container, and analyzing a v the presence of analyte in the container by means of an analytical detection system for detecting analyte in liquid samples. . . ». - -. - - - .-