WO2017076907A1 - Qualitative analysis system for energetic materials - Google Patents

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WO2017076907A1
WO2017076907A1 PCT/EP2016/076431 EP2016076431W WO2017076907A1 WO 2017076907 A1 WO2017076907 A1 WO 2017076907A1 EP 2016076431 W EP2016076431 W EP 2016076431W WO 2017076907 A1 WO2017076907 A1 WO 2017076907A1
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WO
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sample
heating
heater
space
housing
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/076431
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German (de)
French (fr)
Inventor
Gerald Njio
Florian Börner
Gerhard Holl
Kostyantin Konstantynovski
Original Assignee
Hochschule Bonn-Rhein-Sieg
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/22—Fuels, explosives
    • G01N33/227—Explosives, e.g. combustive properties thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B17/00—Furnaces of a kind not covered by any preceding group
    • F27B17/02—Furnaces of a kind not covered by any preceding group specially designed for laboratory use
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
    • G01N33/0036—Specially adapted to detect a particular component
    • G01N33/0057—Specially adapted to detect a particular component for warfare agents or explosives

Definitions

  • the present invention relates to an analysis system and a library-independent analysis method for the qualitative detection and classification of energetic materials, in particular for the detection of explosives and explosives as well as for complex compositions which find use in IEDS (Improvised Explosive Devices).
  • IEDS Improvised Explosive Devices
  • the detection of explosive / hazardous substances by means of spectroscopic (eg IR, Raman, MS) methods.
  • the devices used have a spectral library of known substances and substance mixtures. If the spectrum of the sample corresponds to a known spectrum from the library, this information and the degree of agreement of the spectra are communicated to the user. Variations in the sample preparation However, as well as minor changes in the chemical formulation, the spectral characteristics can be changed in such a way that reliable identification of the sample is no longer possible.
  • additional detection methods for energetic materials not only use the static, spectroscopic properties of the substances, but also carry out dynamic measurements in which the sample properties are detected as a function of changing environmental conditions for identification purposes.
  • 6,406,918 B1 discloses a device which evaluates energetic substances (explosives) on the basis of a measured heat flow (comparable to DSC measurements).
  • substance-specific data sets are compared with thermoanalytical parameters such as the melting and decomposition point of a database.
  • thermoanalytical parameters such as the melting and decomposition point of a database.
  • these physical / chemical parameters are influenced by the sample morphology and composition and are only conditionally characteristic of energetic materials.
  • a device described in US 2010/0240140 AI works library-free and detects contactless the radiation energy and intensity of particles that arise during heating by decomposition (thermal fingerprint).
  • This device is primarily designed for trace detection and can only process solid samples. In addition, only substances can be detected by means of this device, which react strongly exothermic. Explosive liquid systems with volatile constituents such as nitroglycerin or hydrogen peroxide or substances which show an entropy-dominated reaction (eg TATP) can not be detected reliably due to the method.
  • Another structure for the qualitative analysis of energetic materials is described, for example, in the publication by Maurer et al.
  • the object of the present invention to provide a system and method which is capable of safely identifying energetic materials and which, moreover, can be operated inexpensively and without the use of skilled personnel.
  • the object is achieved by a system and a method having the features of the independent claims. Preferred embodiments of the invention are given in the subclaims.
  • the system according to the invention for the qualitative analysis of energetic materials comprises at least
  • the sample heater forms a sample space which at least partially encloses a sample and heats the sample from at least two different sides.
  • the invention according to at least two-sided heat transfer to the sample material in the sample chamber can be higher overall and reproducible heating rates of the sample, since the energy transport is proportional to the ratio contact surface heater to sample surface. Accordingly, higher reaction speeds can be generated in the inventive embodiment in the sample. For example, burn pyrotechnic sets with free ignition with flame, whereas under the heating conditions according to the invention comes to a violent deflagration. Therefore, for example, nitramines with the previous systems (prior art) using only small amounts of sample can not or insufficiently recognized by their heat of reaction or pressure development as explosive substances.
  • a qualitative analysis of energetic material implies that an unknown substance sample can be assigned to a known energetic material or class of energetic materials. One possible qualitative statement is therefore that the sample does not contain any energetic material. Possible substance classes of energetic materials may also be exothermic, explosive or thermal substances. In addition, it is also possible that the system provides data that allows a direct assignment of the unknown sample to a specific chemically defined substance class.
  • Energetic materials in the context of the invention are energetic or high-energy materials such as primary or secondary explosives, fuels and pyrotechnic products with military or civil application.
  • the energetic materials may have both a solid and a liquid consistency at room temperature.
  • the system according to the invention has a housing which can mechanically isolate the entire system towards the environment.
  • the housing may be connected to the environment at one or more locations via openings such as valves or flaps.
  • further compartments for mechanical or thermal insulation are arranged.
  • certain sensor groups or the sample heater may be mechanically isolated by additional walls within the housing.
  • the housing expediently has sensors for analyzing the sample before, during or after the heating up.
  • the housing may be designed to be mechanically stable in such a way that there is no risk of mechanical destruction of the system even when investigating large amounts of substance.
  • the housing may also contain means for safe storage. tentently hazardous combustion products and suitable filter systems, which protects the operating personnel against harmful effects of reaction products.
  • the sample heater forms a sample space which at least partially surrounds a sample.
  • the sample heater according to the invention has a three-dimensional, non-planar shape, which comprises the sample from more than one side.
  • the sample heating can form different three-dimensional structures, such as a cube, gutter, sink, cone, cuboid, cylinder, which are filled with the sample substance.
  • sample heaters with irregular, three-dimensional structures are conceivable. These may result, for example, in that the sample is placed on a flat metal foil and the film is formed by twisting or rolling into an (irregular) cylinder or other bodies.
  • a sample heater which forms only an area on which a sample is superficially charged is not in the sense of the invention.
  • the sample heater is at least enclosed by the housing. But it is also possible that the sample heater and thus the sample chamber are mechanically isolated by further shields to the housing.
  • the sample heater can be connected via suspensions to the housing.
  • the suspensions may include supplying the sample heater with power cables and / or control and measurement leads. In this way, the sample heater can be largely decoupled from the housing thermally and mechanically. This can lead to higher heating rates.
  • this arrangement allows for clean zero measurements without error sources just prior to heating, thus providing a clean background spectrum which can contribute to more accurate spectroscopic identification of the reaction products. Volatile substances escaping from the sample can not falsify background measurements with this setup.
  • sample quantities can be freely selected as a function of the sample chamber size and the amount is expediently in the range a few milligrams up to 1 g.
  • sample amounts 0.5 to 25 mg, preferably 1 mg to 10 mg can be used.
  • the detectors / sensors for detecting physical / chemical parameters may, for example, record the energy released by the introduced substance in the form of radiation intensities (as a function of wavelength), quasi-static pressure and pressure waves as a function of time and / or the sample or heating temperature.
  • analysis systems suitable for the person skilled in the art for example IR, Raman, UV, NIR, LLS, NMR systems can be used for the qualitative determination of the reaction products.
  • chemical sensors can be used to measure the chemical background and to characterize volatile reaction products. These sensors can, for example, have further chemical reactants and indicate the presence of certain substance classes by a color change.
  • the detectors can be arranged both within the sample space and / or within the housing.
  • both the sample space itself, the housing or both compartments can be equipped with sensors separately from each other.
  • the sensors can also be accommodated within the housing in further chambers, which are connected via controllable lines with the remaining volume of the housing and / or the environment.
  • the detectors arranged in the housing can be used in particular for the investigation of the reaction products after a potential ignition.
  • volatiles which have already evolved from the sample are explicitly analyzed via the detectors in the housing.
  • the detectors monitor the housing and / or the sample space before, during and after the heating.
  • the control and evaluation unit are provided, in particular, to control and regulate the heating, the detectors, a possible mechanical closure of the sample space, possible valves in and on the housing and to ensure the processing of the measured data for identification of the sample.
  • this includes the definition of limit values above which a reliable assignment of the investigated sample to the class of explosive substances and substance mixtures is clearly possible (library-independent evaluation algorithm).
  • heating sources known to the person skilled in the art can be used as sample heaters. These heating sources may include, for example, surface heating or heating wires.
  • the area heaters can simultaneously represent the sample space, ie, that the sample is filled for example in a sample space, which is formed by one, two or more surface heating of metal foils. If wires are used to heat the sample, they can be brought into a suitable shape, for example, by winding or bending. It is possible that the sample is then placed directly on the heating coil or the metal foil, or that another material (eg metal sheet) separates the coil from the sample substance. In the case of non-planar heating elements (eg heating wires), it is sufficient if the heating wires cover at least 30% of the area considered.
  • the heating of the sample can be done by passing an electric current through the heating coil or the surface heating.
  • radiant heaters are installed.
  • Heating coil may be made of an alloy with a resistivity of between 1- 10 "Qm and 5 x 10 ⁇ are 6 Qm and a melting point of, for example> 600 ° C.
  • materials for example, constantan, manganin or chrome-nickel are suitable.
  • the wire may be formed by bending
  • the wire can be wound into a helical heating structure, which consists of circular windings with different inner diameters This results in a conical winding with an opening formed by the largest diameter winding, this opening facing upwards, and a conical hollow cone made of a metal foil can then be inserted into the conical winding .
  • the Sample is poured into this hollow cone.
  • the sample heating can also be designed as an electrical resistance heater with a foil as an electrical resistance heating element.
  • a sheet of an alloy can having a resistivity between lxlO "6 Qm and 5x10 -6 square meter and a melting point of> 600 ° C are used.
  • Possible materials include, for example, constantan, manganin or chrome nickel.
  • the film may favor of a
  • the foil may be folded or kinked in the middle, whereby the fold or the kink can take up the sample material, In this embodiment it is ensured that the sample material is present at the site
  • the sample is heated from at least three sides and, in addition, the fold ensures at least partial enclosure of the sample, which partially counteracts evaporation of volatile substances to the sides.
  • additional metal strips for example made of copper foil, can be used, which are wound around the ends of the sample heating and then pressed together.
  • a metal foil sample heater can also be connected to a power source by means of mechanical clamps or contact springs.
  • the contact springs make the electrical connection to the heater control / power supply and can also serve for mechanical fixation of the heating element.
  • two contact springs on each side of the sample heater can be electrically connected to one connection of the heating control / power supply.
  • the electrical connection can either via temperature resistant ring, Luster terminals or cable lugs (screwed with the mounting holes) are made.
  • the attachment via contact springs can allow a quick replacement of the sample heating.
  • the sample heater can either be pushed directly between the contact springs or the upper contact springs can be folded up. In the latter case, the sample heater is first placed on the lower contact springs. Then the upper contact springs are folded down and mechanically locked. By pushing together / turning the contact springs, the sample is enclosed in the sample heater.
  • the power of the heater is designed so that temperature gradients of several 1000 K / s can be generated in the sample.
  • the heating power of the sample heating can be in the range of 1000-5000 K / s, preferably 2000-4000 K / s.
  • a voltage-dependent constant-current source By an externally given control voltage, the current through the sample heater and thus its temperature can be controlled. This allows high heating rates without the fear of melting the sample heating.
  • capacitors can be used as temporary energy storage. This is advantageous because the charging current for the capacitors is significantly lower than the discharge current and thus the power can be made smaller (smaller batteries / rechargeable batteries for mobile use).
  • the sample is heated by at least two different sides.
  • the sample heater forms a three-dimensional space which accommodates the sample. In this way, the sample is at least partially enclosed by the sample heater. But it is also possible that the sample heater completely encloses the sample.
  • the present sample space geometry can be approximated as a cube with the side pairs bottom-up, front-rear, right-left side. By definition, the upper side is the side from which the sample is filled. The heating energy must therefore act on the sample from at least two different sides.
  • the radiator or radiators whose radiation vectors include at least an angle of 90 ° to the center of the sample.
  • the heating from different sides can be done both by only one (eg bent) or by several separated heating surfaces.
  • the sample heater may heat the sample from at least five different sides.
  • This heating geometry can contribute to a much more uniform heating of the sample substance, which means that even volatile substances have a lower tendency to directional evaporation. They remain trapped inside the sample substance and this results in an ignition behavior which corresponds more clearly to the real situation. Heating five different sides also results in a significantly lower temperature gradient within the sample. This can help to determine ignition or explosion temperatures more accurately.
  • the heating of five different sides means that only one of the spatial directions of the sample is not heated by a sample heating. Lies For example, a cubic sample space geometry, so for example, the sample remains unheated from above, while from the other spatial directions each heating energy acts on the sample.
  • the sample heater may comprise a shaped heating wire or a shaped metal foil.
  • these heating elements have proven to be so flexible and durable that both forms of materials through, for example, bending, spiraling, notching, buckling, rolling is easily possible and high heat outputs can be generated. This can contribute to a more uniform heating of the samples under high heating rates.
  • the sample heater may comprise a metal sheet and the sample space may be formed by notching, folding or bending the metal sheet.
  • the sample is in direct contact with the heating plate.
  • a three-dimensional depression or space can be formed, which can be filled with a sample.
  • the mechanical processing thus creates a sample space which is surrounded by the sample heating through several sides.
  • a groove is formed in the film, which is particularly suitable for the examination of solid samples.
  • a conical shape can be formed, which is suitable for the investigation of liquid substances.
  • the sample heater can comprise a metal sheet and a closed sample space can be formed by folding or bending the metal sheet.
  • a closed sample space can be formed by folding or bending the metal sheet.
  • the sample heater can completely enclose the sample.
  • This embodiment can be realized, for example, by filling the sample into a sample space which is designed to be heatable from at least five sides. After filling the sample, the opening is then closed mechanically with another heating element.
  • the sample can be heated evenly from all sides and there is no risk that volatile substances are driven out of the sample by a temperature gradient before the actual reaction. Closed means in particular that the sample is surrounded on all sides by the sample heating, wherein the sample heater mechanically shields the sample from the housing.
  • a sample is placed on a heating plate and the heating plate is then placed around the sample by kinking, folding, rolling or combinations thereof.
  • the interior of the sample space may include at least one pressure or force sensor.
  • the sensors either in the housing or else directly on the sample heater, for example in the sample space.
  • the increase in reproducibility can be attributed to the fact that values are obtained from a significantly smaller volume, whereas in an arrangement on or in the housing, the housing volume must also be taken into account. In this way, smaller sample quantities can be investigated.
  • the dead volume of the sample space after filling and after closure may be ⁇ 50, preferably ⁇ 40% and more preferably ⁇ 25% of the sample chamber volume.
  • the detectors may comprise at least one pressure sensor and one optical sensor (preferably a photodiode).
  • the equipment of the sample space or the housing with pressure and / or optical sensors have led to good results in the context of assignment of energetic materials to certain explosive classes. This could be attributed to the fact that more stable pressure profiles are obtained through more uniform heating of the sample. Hence, more reproducible explosion products, which can then be clearly assigned via optical sensors arise. To the optical sensors can be counted photodiodes and among these particular IR sensors. Especially these sensor types are able to detect significant chemical properties of the reaction products. This refinement results in an improved evaluation with a library-independent evaluation algorithm.
  • the sample heating can be designed conically.
  • a conical configuration of the sample heating can be advantageous, in particular when investigating liquid samples. Due to the weight distribution as a function of the sample height, a more uniform inclusion of volatile substances in this geometry can be achieved be ensured within the sample. This can contribute to a higher detection rate.
  • a method for the qualitative analysis of energetic materials is at least comprising the steps:
  • step ii) the heating of the sample takes place from at least two different sides.
  • the same provisos and definitions which were used within the scope of the description of the system according to the invention can be used.
  • this method even those energetic materials can be clearly assigned to a specific substance class; which were not reproducibly accessible with the previous analysis methods. In this way, unknown substances can be safely, quickly and inexpensively analyzed for their potential danger and qualitatively analyzed. This procedure can also be carried out by untrained persons.
  • step iii) physical / chemical parameters in the sample space and / or in the housing can be raised as a function of the heating.
  • the collection of data during the heating period does not preclude the collection of data before and after heating and the qualitative determination of the substances. In particular, this can be related to blank / zero measurements before heating to determine an experimental background.
  • data after heating for example by analyzing cooled combustion products / gases, can also be used to ven classification of the unknown sample are used.
  • the sensors can be arranged both in the immediate vicinity of the sample, for example on the sample heater, in the sample chamber or even within the housing.
  • a further preferred embodiment of the method may additionally include that after step i) and before step ii), the sample space (1) is mechanically insulated from the housing.
  • the implementation of the sample by the heating takes place in this embodiment, so in the quasi-inclusion. This can be done for example by pressing the sample into a helical structure with subsequent closure of the opening in the film heater.
  • the mechanical closure or the mechanical insulation can be effected by the task of different, preferably inert materials, such as metal, rubber, adhesive, etc. This additionally ensures that constituents of the sample do not escape excessively by, for example, evaporation, but that the entire sample is reacted.
  • RDX as a representative of the nitramines, for example, with this construction in the implementation of a clear pressure signal, which can not be achieved with the previously known heating systems without closure. Explosive mixtures are also implemented as the problem of premature escape of individual components is avoided thanks to the heating system.
  • the final temperature to be reached and the heating speed can be set within a wide range.
  • the sample quantity is automatically limited by the heater geometries, which means that too large or too small sample quantities are excluded.
  • the results of the analysis are quantity-independent, which facilitates the subsequent class assignment by means of PCA and significantly increases their reliability.
  • the system is suitable for both solids and liquids.
  • the sample space may, for example, also have a mechanical flap which mechanically isolates the sample space after filling the sample with a defined contact pressure. In this case, the same advantages arise as with a manual closure of the sample space.
  • the flap it is possible for the flap to be controlled via the control system.
  • the Flap also be equipped with a heating element. This can help to heat the sample from all sides.
  • the evaluation in step iv) can comprise at least one time-dependent comparison of the energy quantity delivered by the system to the system.
  • the optimized heater geometry that only taking into account the difference between the energy input and the energy emitted a clear assignment of energetic materials to certain classes of substances is possible.
  • This method can thus dispense with the use of expensive and sensitive chemical detectors. This can help keep the process low cost.
  • the registered energy is essentially the heating energy.
  • the energy emitted by the system is the radiant energy and the mechanical work. The latter energies can be detected easily and reproducibly via pressure and IR sensors.
  • the evaluation in step iv) can take place at least taking into account the position and the height of temperature and / or pressure maxima during the heating.
  • the evaluation of the temperature and pressure data in relation to the position of maxima and the ratio of the height of these maxima to the baseline provide simple and reproducible parameters for the assignment of unknown substances to defined hazard classes in accordance with the law on explosives.
  • This method can operate independently of the library and provides data that is independent of the amount of sample used.
  • the substances can be assigned by means of a principal component analysis (PCA - prinicpal component analysis) of the above parameters.
  • Fig. 1 shows a possible sample space geometry in section.
  • the hatched areas indicate the heatable areas.
  • the right and left surfaces of the sample chamber are heated;
  • Fig. 2 shows a possible sample space geometry in section.
  • the hatched areas indicate the heatable areas.
  • the right and bottom surfaces of the sample chamber are heated;
  • Fig. 3 shows a possible sample space geometry in the supervision.
  • the hatched areas indicate the heatable areas.
  • the right, left, front and back surfaces of the sample chamber are heated;
  • FIG. 4 shows a possible sample space geometry in section.
  • the hatched areas indicate the heatable areas.
  • the lower, right and left surfaces of the sample chamber are heated;
  • Fig. 5 is a cylindrical sample space geometry in the plan.
  • the hatched areas indicate the heatable areas. In the event that the bottom and the top are designed not heated, 4 surfaces are heated;
  • FIG. 6 shows a conical sample space geometry in the plan view.
  • the hatched areas indicate the heatable areas. There are 5 surfaces heated;
  • Fig. 7 shows a possible sample space geometry in section.
  • the hatched areas indicate the heatable areas.
  • 6 sides of the sample chamber are provided with a heater.
  • the top of the sample chamber is designed to be closed;
  • FIG. 8 shows a schematic representation of a construction of a system according to the invention for the qualitative analysis of energetic materials
  • FIG. 9a-c a schematic representation of a sample heater according to the invention in the form of a surface heating.
  • steps a) -c) a closure of the surface heating via an exemplary folding technique is shown.
  • FIG. 1 shows a possible heating geometry for a rectangular sample space.
  • the sample space (1) for receiving the sample is enclosed by unheated (2) and heatable surfaces (3).
  • the sample may be heated by the right and left surfaces.
  • FIG. 2 shows a possible heating geometry for a rectangular sample space.
  • the sample space (1) for receiving the sample is enclosed by unheated (2) and heatable surfaces (3).
  • the sample may be heated by the lower and left surfaces.
  • FIG. 3 shows a possible heating geometry for a square sample space in the top view.
  • the sample chamber (1) for receiving the sample is enclosed by the heatable surfaces (3).
  • the sample may be heated by the right, left, front and back surfaces (3).
  • FIG. 4 shows a possible heating geometry for a rectangular sample space.
  • the sample space (1) for receiving the sample is enclosed by the heatable surfaces (3) below, right and left.
  • FIG. 5 shows a possible heating geometry for a cylindrical sample space.
  • the sample chamber (1) for receiving the sample is enclosed by the heatable surfaces (3).
  • the sample may be heated by the front, back, right and left surfaces (3).
  • FIG. 6 shows a possible heating geometry for a conical sample space.
  • the sample chamber (1) for receiving the sample is enclosed by the heatable surfaces (3).
  • the sample may be heated by the front, back, bottom, right and left surfaces (3).
  • the conical shape of heating can be obtained by inverting a heating wire in circles of increasing diameters or by folding a heating plate into a conical shape.
  • FIG. 7 shows a sample heater in which the sample chamber (1) is enclosed on all sides by heatable surfaces (3).
  • This embodiment can be achieved for example by a mechanically controllable and closable lid, which closes this after filling the sample space.
  • FIG. 8 schematically shows an embodiment of a detector system (4) according to the invention.
  • the system (4) is connected to a supply (5) and an exhaust port (5) with the environment, wherein the air in the detector inside by means of gas lines (10), which may be provided with valves, is passed.
  • the sample heater (7) according to the invention is accommodated in a separate explosion chamber (13).
  • a sample heater is shown schematically heating the sample for analysis from each side.
  • a thin heating plate (14) are used, which has external contact points (16).
  • the sheet metal can be preconditioned in the middle region (15) by kinks (17) so that this region can take up a sample and then results in folding over the sheet along the creases (FIG. 9b) and pushing together into a shape (FIG. 9c) which enclosing the sample on all sides and mechanically isolated.
  • this situation can also be realized via other convolution patterns.

Abstract

The invention relates to an analysis system and a library-independent analysis method for the qualitative detection and classification of energetic materials, in particular for detecting explosives and blasting materials as well as complex substance compositions used in improvised explosive devices (IEDs).

Description

Qualitatives Analysensystem für energetische Materialien  Qualitative analysis system for energetic materials
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Analysesystem und ein bibliotheksunabhängiges Analyseverfahren zum qualitativen Nachweis und zur Klassifizierung energetischer Materialien, insbesondere zum Nachweis von Explosiv- und Sprengstoffen sowie für komplexe Stoffzusammensetzungen, welche in IEDS (Improvised Explosive Devices) Verwendung finden. The present invention relates to an analysis system and a library-independent analysis method for the qualitative detection and classification of energetic materials, in particular for the detection of explosives and explosives as well as for complex compositions which find use in IEDS (Improvised Explosive Devices).
Bedingt durch das stetige Ansteigen der weltweiten Warenströme ist auch das Bedürfnis nach effizienten und sicheren Methoden angewachsen, welche eine eindeutige Identifizierung und Charakterisierung unbekannter Stoffe ermöglichen. Diese Anforderungen gelten prinzipiell für die Prüfung jedweder Art von Waren, aber in besonders hohem Maße für diejenigen Gruppen an Substanzen, deren unsachgemäße Handhabung für den Anwender eine unmittelbare Gefahr darstellt. Aus diesem Grund sind leistungsfähige Analysensysteme insbesondere zur Untersuchung potentiell explosiver Stoffe und Stoffgemische wichtig, welche innerhalb kürzester Zeit signifikante Aussagen über das konkrete Gefahrenpotential und gegebenenfalls eine Zuordnung der unbekannten Substanz zu spezifischen Klassen an energetischen Materia- lien erlauben. Due to the steady increase in the global flow of goods, the need for efficient and secure methods has grown, enabling a clear identification and characterization of unknown substances. These requirements apply in principle to the testing of any kind of goods, but especially to those groups of substances whose improper handling represents an immediate danger to the user. For this reason, powerful analytical systems are particularly important for the investigation of potentially explosive substances and substance mixtures, which allow significant statements about the specific hazard potential and, where appropriate, an assignment of the unknown substance to specific classes of energetic materials within a very short time.
Standardmäßig erfolgt die Detektion von Explosiv-/Gefahr Stoffen mittels spektroskopischer (z.B. IR-, Raman-, MS-) Methoden. Die eingesetzten Geräte verfügen über eine Spektrenbibliothek bekannter Substanzen und Substanzmischungen. Entspricht das Spektrum der Probe einem bekannten Spektrum aus der Bibliothek, so wird dem Benutzer diese Information und der Grad der Übereinstimmung der Spektren mitgeteilt. Variationen in der Probenvorberei- tung sowie geringfügige Änderungen in der chemischen Rezeptur können jedoch die Spektralcharakteristik derart verändern, dass eine sichere Identifizierung der Probe nicht mehr möglich ist. Weitergehende Detektionsmethoden für energetische Materialien nutzen hingegen nicht nur die statischen, spektroskopischen Eigenschaften der Substanzen, sondern führen dynamische Messungen durch, in welchen zur Identifizierung die Probeneigenschaften als Funktion sich ändernder Umgebungsbedingungen detektiert werden. So wird beispielsweise in der US 6,406,918 Bl ein Gerät offenbart, welches energetische Substanzen (Explosivstoffe) anhand eines gemessenen Wärmeflusses (vergleichbar mit DSC-Messungen) beurteilt. Auch in dieser Methode wird gegen substanzspezifische Datensätze mit thermoanalytischen Kenngrößen wie Schmelz- und Zersetzungspunkt einer Datenbank abgeglichen. Diese physikalisch/chemischen Größen sind jedoch durch die Probenmorphologie und -Zusammensetzung beeinflusst und für energetische Materialien nur bedingt charakteristisch. By default, the detection of explosive / hazardous substances by means of spectroscopic (eg IR, Raman, MS) methods. The devices used have a spectral library of known substances and substance mixtures. If the spectrum of the sample corresponds to a known spectrum from the library, this information and the degree of agreement of the spectra are communicated to the user. Variations in the sample preparation However, as well as minor changes in the chemical formulation, the spectral characteristics can be changed in such a way that reliable identification of the sample is no longer possible. On the other hand, additional detection methods for energetic materials not only use the static, spectroscopic properties of the substances, but also carry out dynamic measurements in which the sample properties are detected as a function of changing environmental conditions for identification purposes. Thus, for example, US Pat. No. 6,406,918 B1 discloses a device which evaluates energetic substances (explosives) on the basis of a measured heat flow (comparable to DSC measurements). In this method, too, substance-specific data sets are compared with thermoanalytical parameters such as the melting and decomposition point of a database. However, these physical / chemical parameters are influenced by the sample morphology and composition and are only conditionally characteristic of energetic materials.
Ein in der US 2010/0240140 AI beschriebenes Gerät arbeitet bibliothekfrei und detektiert berührungslos die Strahlungsenergie und -Intensität von Partikeln, welche beim Heizen durch Zersetzung entstehen (thermischer Fingerprint). Dieses Gerät ist primär für die Spurendetek- tion ausgelegt und kann nur feste Proben verarbeiten. Zudem können mittels dieses Gerätes nur Substanzen detektiert werden, die stark exotherm reagieren. Explosionsfähige flüssige Stoffsysteme mit leichtflüchtigen Bestandteilen wie Nitroglyzerin oder Wasserstoffperoxid oder Substanzen welche eine entropiedominierte Reaktion zeigen (beispielsweise TATP), können methodenbedingt nicht zuverlässig detektiert werden. Einen weiteren Aufbau zur qualitativen Analyse energetischer Materialien wird beispielsweise in der Publikation von Maurer et al. in„Sensors and Actuators B", 215 (2015) 70-76 beschrieben. Das System unterzieht den unbekannten Stoff einem Aufheizvorgang und nutzt durch Sensoren ermittelte Sensorsignale für Druck- und Temperaturmaxima zur Detektion. Es werden jedoch ausweislich nur unzureichende Detektionsraten erreicht und wichtige Explosivstoffe können gar nicht detektiert werden. Zudem gestattet der dargestellte Aufbau nicht die gleichzeitige Aufzeichnung von Drucksignalen und Signalen chemischer Sensoren weil die Probenkammer zum Sensorarray offen durchströmt wird. Das einzige Heizelement ist planar und bietet keine Möglichkeit des Einschlusses der Proben vor der Untersuchung. Leichtflüchtige Explosivstoffe wie NGL verdampfen bereits nach der Probenzufuhr und verändern zusammen mit Verunreinigungen aus der Probenkammer die Basislinie für die Berechnung der Peakintensitäten. Die kommerziell erhältlichen Geräte sind meistens nur stationär betreibbar, kostenintensiv in Anschaffung und Betrieb und erfordern zudem den Einsatz von Fachpersonal. Die Systeme ermöglichen prinzipiell eine Identifikation von Explosivstoffen, allerdings nur in den Fällen, in welchen für genau diese Zusammensetzung Referenz spektren in entsprechenden Bibliotheken vorhanden sind. Diese Voraussetzungen sind in der Regel für energetische Materialien in IEDS (Improvised Explosive Devices) nicht erfüllt, da diese Substanzen oft in Heimlaboren mit wechselnden Zusammensetzungen hergestellt werden. Die einzelnen Rezepturen unterscheiden sich erheblich voneinander und die Anzahl neuer Synthesekomponenten wächst stetig. Derartige Substanzen stellen heutzutage eine Hauptbedrohung dar und können von bibliothekgestützten Geräten nicht sicher erkannt werden. A device described in US 2010/0240140 AI works library-free and detects contactless the radiation energy and intensity of particles that arise during heating by decomposition (thermal fingerprint). This device is primarily designed for trace detection and can only process solid samples. In addition, only substances can be detected by means of this device, which react strongly exothermic. Explosive liquid systems with volatile constituents such as nitroglycerin or hydrogen peroxide or substances which show an entropy-dominated reaction (eg TATP) can not be detected reliably due to the method. Another structure for the qualitative analysis of energetic materials is described, for example, in the publication by Maurer et al. in "Sensors and Actuators B", 215 (2015) 70-76 The system subjects the unknown substance to a heating process and uses sensor signals for pressure and temperature maxima detected by sensors for detection However, it is proven that only insufficient detection rates are achieved and important explosives can not be detected at all. In addition, the illustrated construction does not allow the simultaneous recording of pressure signals and signals of chemical sensors because the sample chamber is flowed through to the sensor array open. The only heating element is planar and does not provide any possibility of inclusion of the samples prior to testing. Volatile explosives such as NGL evaporate after the sample is added and, together with impurities from the sample chamber, change the baseline for calculating the peak intensities. The commercially available devices are usually only stationary operable, expensive in purchase and operation and also require the use of specialized personnel. The systems allow in principle an identification of explosives, but only in those cases in which for exactly this composition reference spectra are present in corresponding libraries. These requirements are usually not met for energetic materials in IEDS (Improvised Explosive Devices), since these substances are often produced in home labs with changing compositions. The individual formulations differ considerably from each other and the number of new synthesis components is growing steadily. Such substances are now a major threat and can not be reliably detected by library-based devices.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein System und ein Verfahren bereitzustellen, welches in der Lage ist, energetische Materialien sicher zu identifizieren und welches zudem kostengünstig und ohne Einsatz von Fachpersonal betrieben werden kann. Gelöst wird die Aufgabe durch ein System und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben. Das erfindungsgemäße System zur qualitativen Analyse energetischer Materialien umfasst mindestens It is the object of the present invention to provide a system and method which is capable of safely identifying energetic materials and which, moreover, can be operated inexpensively and without the use of skilled personnel. The object is achieved by a system and a method having the features of the independent claims. Preferred embodiments of the invention are given in the subclaims. The system according to the invention for the qualitative analysis of energetic materials comprises at least
a) ein Gehäuse a) a housing
b) Detektoren/Sensoren zur Erfassung physikalisch/chemischer Parameter innerhalb des Ge- häuses, b) detectors / sensors for detecting physical / chemical parameters within the housing,
c) eine Steuer- und eine Auswerteeinheit und c) a control and an evaluation unit and
d) eine Probenheizung, d) a sample heating,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Probenheizung einen Probenraum ausbildet, welcher eine Probe mindestens teilweise um- schließt und die Probe von mindestens zwei unterschiedlichen Seiten aufheizt. Überraschenderweise wurde gefunden, dass ein derartig ausgebildetes System in der Lage ist, eine Vielzahl unterschiedlicher energetischer Materialien eindeutig und reproduzierbar bestimmten (Gefahr)Stoffklassen zuzuordnen. Das System kann ohne Substanzbibliotheken arbeiten und dementsprechend auch IEDS mit veränderlichen Rezepturen verlässlich bestimmen. Die Ana- lyse ist zudem äußerst kosteneffizient, da ein sicherer Betrieb auch durch nicht geschultes Personal möglich ist. Ohne durch die Theorie gebunden zu sein ergibt sich die höhere Analysengenauigkeit durch Verwendung eines Heizsystems, welches eine gleichmäßigere und höhere Aufheizrate für das gesamte Probenvolumen bereitstellt. Im Stand der Technik werden hingegen Heizsysteme verwendet, welche die Probe nur von einer Seite her aufheizen. An diesen Stand-der-Technik-Systemen ist nachteilig, dass die gesamte Probe oder einzelne, leicht flüchtige Anteile der Probe beim einseitigen Erhitzen in die Gasphase übergehen und so der thermische Kontakt zur Heizfläche verschlechtert/verändert wird. Als Konsequenz erfolgt oft eine Verdampfung anstatt einer Zündung der Probe, wobei ein signifikanter Druckaufbau in unmittelbarer Nähe des Probenmaterials nicht möglich ist. Des Weiteren kann sich durch das partielle Verdampfen der Wärmeübertrag auf die Probensubstanz verschlechtern, sodass die Temperatur der Probe signifikant von der Temperatur der Heizung abweicht. Es können sich Temperaturunterschiede ergeben, welche insbesondere auch eine Funktion der Probenzusammensetzung und des betrachteten Temperaturintervalls sein können. Diese Nachteile füh- ren in der Praxis zu einer schlechten Zuordnung der gemessenen Daten zu möglichen Substanzgruppen und insgesamt zu einer nur ungenügenden Reproduzierbarkeit der Messergebnisse. Durch den erfindungs gemäß mindestens zweiseitigen Wärmeübertrag auf das Probenmaterial im Probenraum lassen sich insgesamt höhere und reproduzierbarere Heizgeschwin- digkeiten der Probe erreichen, da der Energietransport proportional zum Verhältnis Kontakt- fläche Heizer zu Probenoberfläche ist. Dementsprechend können in der erfindungs gemäßen Ausgestaltung in der Probe höhere Reaktionsgeschwindigkeiten erzeugt werden. Beispielsweise brennen pyrotechnische Sätze bei freier Zündung unter Flammenbildung ab, wohingegen es unter den erfindungsgemäßen Heizbedingungen zu einer heftigen Deflagration kommt. Deshalb können z.B. Nitramine mit den bisherigen Systemen (Stand der Technik) unter Verwendung nur geringer Probenmengen nicht oder nur unzureichend über ihre Reaktionswärme oder Druckentwicklung als explosionsfähige Stoffe erkannt werden. Der Energieeintrag über mehrere Heizflächen führt zudem auch zu einer Verringerung der Vorzugsrichtung von Schmelz-, Verdampfungs- und/oder Sublimationsprozessen, sodass ein Verlassen der aktiven Heizfläche und/oder ein Herabsetzen der Reaktionsgeschwindigkeit der Probe verringert werden. Es wird also unter„realeren" oder funktionsgerechteren Messbedingungen beobachtet, welches insbesondere für sich zersetzende Substanzgemische vorteilhaft ist. Flüchtigere Substanzen werden also im Vergleich zu einem einseitigen Heizungsaufbau nicht so gerichtet aus der Probe ausgedampft, sondern bleiben im günstigsten Fall durch einen geschlossenen Hei- zungsaufbau im Probeninneren eingeschlossen. Im Falle einer thermisch induzierten Reaktion reagiert also die ursprüngliche Probenzusammensetzung und nicht eine veränderte Substanz, welche um die flüchtigeren Substanzen abgereichert ist. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Systems liegt zudem darin, dass bei Bedarf auch größere Probenmengen zur Analyse verwendet werden können. Durch das homogenere Aufheizen erhält man eine gleichmäßi- gere Temperaturverteilung trotz größerer Probenvolumina, so dass, wie oben beschrieben, die Nachteile der Stand-der- Technik- Systeme keine Rolle spielen. Durch größere Probenmengen lassen sich insbesondere auch bei eher entropisch dominierten Reaktionen signifikante Messergebnisse erhalten. Eine qualitative Analyse energetischer Material beinhaltet, dass eine unbekannte Substanzprobe einem bekannten energetischen Material oder einer bestimmten Substanzklasse energetischer Materialien zugeordnet werden kann. Eine mögliche qualitative Aussage ist demzufol- ge auch, dass die Probe kein energetisches Material aufweist/ist. Mögliche Substanzklassen energetischer Materialien können auch exotherme, explosive oder thermische Substanzen sein. Daneben ist es aber auch möglich, dass das System Daten bereitstellt, welche eine direkte Zuordnung der unbekannten Probe zu einer bestimmten chemisch definierten Substanzklasse zulässt. the sample heater forms a sample space which at least partially encloses a sample and heats the sample from at least two different sides. Surprisingly, it has been found that a system designed in this way is capable of clearly and reproducibly assigning a large number of different energetic materials to (hazardous) substance classes. The system can work without substance libraries and therefore also reliably determine IEDS with variable formulations. The analysis is also extremely cost-efficient, since safe operation is also possible by untrained personnel. Without being bound by theory, the higher accuracy of analysis results from the use of a heating system which provides a more uniform and higher heating rate for the entire sample volume. In the prior art, however, heating systems are used which heat the sample only from one side. It is disadvantageous in these prior art systems that the entire sample or individual, volatile constituents of the sample transition into the gas phase during one-sided heating and thus the thermal contact with the heating surface is impaired / changed. As a consequence, evaporation rather than ignition of the sample often occurs, but significant pressure build-up in the immediate vicinity of the sample material is not possible. Furthermore, the partial evaporation can worsen the heat transfer to the sample substance, so that the temperature of the sample deviates significantly from the temperature of the heating. There may be differences in temperature, which may in particular also be a function of the sample composition and the considered temperature interval. These disadvantages In practice, this leads to a poor allocation of the measured data to possible substance groups and overall to an insufficient reproducibility of the measurement results. The invention according to at least two-sided heat transfer to the sample material in the sample chamber can be higher overall and reproducible heating rates of the sample, since the energy transport is proportional to the ratio contact surface heater to sample surface. Accordingly, higher reaction speeds can be generated in the inventive embodiment in the sample. For example, burn pyrotechnic sets with free ignition with flame, whereas under the heating conditions according to the invention comes to a violent deflagration. Therefore, for example, nitramines with the previous systems (prior art) using only small amounts of sample can not or insufficiently recognized by their heat of reaction or pressure development as explosive substances. The energy input over several heating surfaces also leads to a reduction in the preferred direction of melting, evaporation and / or sublimation processes, so that leaving the active heating surface and / or reducing the reaction rate of the sample can be reduced. Thus, it is observed under "more realistic" or more functionally appropriate measurement conditions, which is advantageous in particular for decomposing mixtures of substances, ie more voluminous substances are not evaporated out of the sample in a directed manner compared to a one-sided heating structure, but remain in the best case by a closed heating structure In the case of a thermally induced reaction, therefore, the original sample composition reacts and not an altered substance which is depleted of the more volatile substances Another advantage of the system according to the invention is that even larger sample quantities can be used for analysis if required The more homogeneous heating results in a more uniform temperature distribution despite larger sample volumes, so that, as described above, the disadvantages of the prior art systems do not play a role In particular, even with entropically dominated reactions, significant measurement results can be obtained. A qualitative analysis of energetic material implies that an unknown substance sample can be assigned to a known energetic material or class of energetic materials. One possible qualitative statement is therefore that the sample does not contain any energetic material. Possible substance classes of energetic materials may also be exothermic, explosive or thermal substances. In addition, it is also possible that the system provides data that allows a direct assignment of the unknown sample to a specific chemically defined substance class.
Energetische Materialien im Sinne der Erfindung sind energetische oder hochenergetische Materialien wie beispielsweise primäre oder sekundäre Sprengstoffe, Treibstoffe und pyrotechnische Erzeugnisse mit militärischen oder zivilen Anwendungsbereich. Die energetischen Materialien können bei Raumtemperatur sowohl eine feste wie auch eine flüssige Konsistenz aufweisen. Energetic materials in the context of the invention are energetic or high-energy materials such as primary or secondary explosives, fuels and pyrotechnic products with military or civil application. The energetic materials may have both a solid and a liquid consistency at room temperature.
Das erfindungsgemäße System weist ein Gehäuse auf, welches das gesamte System zur Umgebung hin mechanisch isolieren kann. Das Gehäuse kann an einer oder mehreren Stellen über Öffnungen, wie beispielsweise Ventile oder Klappen, mit der Umgebung verbunden sein. In bestimmten Ausgestaltungen ist es zudem möglich, dass innerhalb des Gehäuses weitere Kompartimente zur mechanischen oder thermischen Isolierung angeordnet sind. Beispielsweise können bestimmte Sensorengruppen oder die Probenheizung durch zusätzliche Wände innerhalb des Gehäuses mechanisch isoliert werden. Zweckmäßigerweise weist das Gehäuse im Inneren Sensoren zur Analyse der Probe vor, während oder nach dem Aufheizen auf. Insbesondere kann das Gehäuse derart mechanisch stabil ausgebildet sein, dass selbst bei der Untersuchung großer Substanzmengen keine Gefahr einer mechanischen Zerstörung des Systems gegeben ist. Des Weiteren kann das Gehäuse auch Mittel zur sicheren Lagerung po- tentiell gefährlicher Verbrennungsprodukte sowie geeignete Filteranlagen aufweisen, welche das Betriebspersonal vor schädlichen Einflüssen von Reaktionsprodukten schützt. The system according to the invention has a housing which can mechanically isolate the entire system towards the environment. The housing may be connected to the environment at one or more locations via openings such as valves or flaps. In certain embodiments, it is also possible that within the housing further compartments for mechanical or thermal insulation are arranged. For example, certain sensor groups or the sample heater may be mechanically isolated by additional walls within the housing. The housing expediently has sensors for analyzing the sample before, during or after the heating up. In particular, the housing may be designed to be mechanically stable in such a way that there is no risk of mechanical destruction of the system even when investigating large amounts of substance. Furthermore, the housing may also contain means for safe storage. tentently hazardous combustion products and suitable filter systems, which protects the operating personnel against harmful effects of reaction products.
In dem erfindungs gemäßen System bildet die Probenheizung einen Probenraum aus, welcher eine Probe mindestens teilweise umschließt. Dies bedeutet, dass die Probenheizung erfindungsgemäß eine dreidimensionale, nicht flächige Form aufweist, welcher die Probe von mehr als einer Seite umfasst. Die Probenheizung kann dabei unterschiedliche dreidimensionale Strukturen, wie beispielsweise einen Kubus, Rinne, Senke, Konus, Quader, Zylinder ausbilden, welche mit der Probensubstanz befüllt werden. Zudem sind auch Probenheizungen mit irregulären, dreidimensionalen Strukturen denkbar. Diese können sich beispielweise dadurch ergeben, dass die Probe auf eine ebene Metallfolie gegeben und die Folie durch Verdrehen oder Rollen zu einem (irregulären) Zylinder oder anderen Körpern geformt wird. Eine Probenheizung welche nur eine Fläche ausbildet auf welcher eine Probe oberflächlich aufgegeben wird ist hingegen nicht im Sinne der Erfindung. Die Probenheizung wird dabei zumindest von dem Gehäuse umschlossen. Es ist aber auch möglich, dass die Probenheizung und damit der Probenraum durch weitere Abschirmungen zum Gehäuse hin mechanisch isoliert sind. Die Probenheizung kann über Aufhängungen mit dem Gehäuse verbunden sein. Die Aufhängungen können die Versorgung der Probenheizung mit Stromkabeln und/oder Steuer- und Messleitungen beinhalten. Auf diese Art kann die Probenheizung vom Gehäuse thermisch und me- chanisch weitgehend entkoppelt werden. Dies kann zu höheren Aufheizraten führen. Zudem erlaubt diese Anordnung saubere Nullmessungen ohne Fehlerquellen direkt vor dem Aufheizen und liefert somit ein sauberes Untergrundspektrum, welches zu einer genaueren spektroskopischen Identifizierung der Reaktionsprodukte beitragen kann. Aus der Probe austretende, flüchtige Substanzen können mit diesem Aufbau Untergrundmessungen nicht verfälschen. In the system according to the invention, the sample heater forms a sample space which at least partially surrounds a sample. This means that the sample heater according to the invention has a three-dimensional, non-planar shape, which comprises the sample from more than one side. The sample heating can form different three-dimensional structures, such as a cube, gutter, sink, cone, cuboid, cylinder, which are filled with the sample substance. In addition, sample heaters with irregular, three-dimensional structures are conceivable. These may result, for example, in that the sample is placed on a flat metal foil and the film is formed by twisting or rolling into an (irregular) cylinder or other bodies. A sample heater which forms only an area on which a sample is superficially charged is not in the sense of the invention. The sample heater is at least enclosed by the housing. But it is also possible that the sample heater and thus the sample chamber are mechanically isolated by further shields to the housing. The sample heater can be connected via suspensions to the housing. The suspensions may include supplying the sample heater with power cables and / or control and measurement leads. In this way, the sample heater can be largely decoupled from the housing thermally and mechanically. This can lead to higher heating rates. In addition, this arrangement allows for clean zero measurements without error sources just prior to heating, thus providing a clean background spectrum which can contribute to more accurate spectroscopic identification of the reaction products. Volatile substances escaping from the sample can not falsify background measurements with this setup.
Als Probe lassen sich mit dem erfindungsgemäßen System sowohl feste, flüssige wie auch pastöse Substanzen untersuchen. Die einsetzbaren Probenmengen können als Funktion der Probenraumgröße frei gewählt werden und die Menge liegt zweckmäßigerweise im Bereich einiger Milligramm bis hin zu 1 g. Üblicherweise können Probenmengen von 0,5 bis zu 25 mg, bevorzugt 1 mg bis zu 10 mg eingesetzt werden. As a sample, solid, liquid as well as pasty substances can be investigated with the system according to the invention. The usable sample quantities can be freely selected as a function of the sample chamber size and the amount is expediently in the range a few milligrams up to 1 g. Usually, sample amounts of 0.5 to 25 mg, preferably 1 mg to 10 mg can be used.
Die Detektoren/Sensoren zur Erfassung physikalisch/chemischer Parameter können bei- spielsweise die durch den eingebrachten Stoff freigesetzte Energie in Form von Strahlungsintensitäten (als Funktion der Wellenlänge), quasistatischem Druck und Druckwellen als Funktion der Zeit und/oder der Proben- oder Heizungstemperatur aufzeichnen. Zudem können dem Fachmann geeignete Analysensysteme, wie beispielsweise IR-, Raman-, UV-, NIR-, LLS, NMR-Systeme zur qualitativen Bestimmung der Reaktionsprodukte eingesetzt werden. Des Weiteren können chemische Sensoren zur Messung des chemischen Hintergrundes und zur Charakterisierung flüchtiger Reaktionsprodukte zum Einsatz kommen. Diese Sensoren können beispielweise weitere chemische Reaktionspartner aufweisen und die Präsenz bestimmter Substanzklassen durch einen Farbumschlag anzeigen. Die Detektoren können dabei sowohl innerhalb des Probenraumes und/oder innerhalb des Gehäuses angeordnet sein. Dies bedeutet, dass sowohl der Probenraum selbst, das Gehäuse oder beide Kompartimente getrennt voneinander mit Sensoren ausgestattet sein können. Die Sensoren können auch innerhalb des Gehäuses in weiteren Kammern untergebracht sein, welche über steuerbare Leitungen mit dem restlichen Volumen des Gehäuses und/oder der Um- gebung verbunden sind. Durch die Ausstattung des Probenraums mit Sensoren ist es möglich, die noch unzersetzte Probe im Zuge des Aufheizprogrammes analytisch zu erfassen. Die im Gehäuse angeordneten Detektoren können insbesondere zur Untersuchung der Reaktionsprodukte nach einer potentiellen Zündung genutzt werden. Es ist aber auch möglich, für den Fall, dass der Probenraum gegenüber dem Gehäuse nicht mechanisch isoliert ist, dass explizit schon aus der Probe ausdampfende, flüchtige Bestandteile über die Detektoren im Gehäuse analysiert werden. Diese Untersuchungen können bei bestimmten Substanzklassen die Erkennungsgenauigkeit erhöhen. Zudem ist es möglich, dass die Detektoren das Gehäuse- und/oder den Probenraum vor, während und nach dem Aufheizen überwachen. Die Steuer- und Auswerteeinheit sind insbesondere dazu vorgesehen, die Heizung, die Detektoren, einen möglichen mechanischen Verschluss des Probenraumes, mögliche Ventile im und am Gehäuse zu steuern und zu regeln und die Verarbeitung der gemessenen Daten zur Identi- fizierung der Probe zu gewährleisten. Insbesondere beinhaltet dies die Festlegung von Grenzwerten, bei deren Überschreitung eine zuverlässige Zuordnung der untersuchten Probe zur Klasse der explosionsfähigen Stoffe und Stoffmischungen eindeutig möglich ist (bibliotheksunabhängiger Auswertealgorithmus). Hierbei kann bevorzugt nicht die Kenntnis über die chemische Identität der Substanzen, sondern vielmehr die primär pro Zeit abgegebene Energie in Form von Wärme und Arbeit (leistungsbezogene Parameter), der Eintritt der reaktionsspezifischer Ereignisse und das durch chemische Sensoren aufgezeichnete Muster der Reaktionsprodukte in der Gasphase als Auswertekriterien herangezogen werden. Insbesondere kann über letztere Parameter eine Zuordnung zu Gefahrenklassen in Anlehnung an das Sprengstoffgesetz erfolgen. The detectors / sensors for detecting physical / chemical parameters may, for example, record the energy released by the introduced substance in the form of radiation intensities (as a function of wavelength), quasi-static pressure and pressure waves as a function of time and / or the sample or heating temperature. In addition, analysis systems suitable for the person skilled in the art, for example IR, Raman, UV, NIR, LLS, NMR systems can be used for the qualitative determination of the reaction products. Furthermore, chemical sensors can be used to measure the chemical background and to characterize volatile reaction products. These sensors can, for example, have further chemical reactants and indicate the presence of certain substance classes by a color change. The detectors can be arranged both within the sample space and / or within the housing. This means that both the sample space itself, the housing or both compartments can be equipped with sensors separately from each other. The sensors can also be accommodated within the housing in further chambers, which are connected via controllable lines with the remaining volume of the housing and / or the environment. By equipping the sample chamber with sensors, it is possible to analytically record the still undecomposed sample in the course of the heating program. The detectors arranged in the housing can be used in particular for the investigation of the reaction products after a potential ignition. However, it is also possible, in the event that the sample space is not mechanically isolated from the housing, that volatiles which have already evolved from the sample are explicitly analyzed via the detectors in the housing. These studies can increase the recognition accuracy of certain substance classes. In addition, it is possible for the detectors to monitor the housing and / or the sample space before, during and after the heating. The control and evaluation unit are provided, in particular, to control and regulate the heating, the detectors, a possible mechanical closure of the sample space, possible valves in and on the housing and to ensure the processing of the measured data for identification of the sample. In particular, this includes the definition of limit values above which a reliable assignment of the investigated sample to the class of explosive substances and substance mixtures is clearly possible (library-independent evaluation algorithm). In this case, preference may not be given to the knowledge of the chemical identity of the substances, but rather to the energy delivered primarily per unit time in the form of heat and work (performance-related parameters), the occurrence of the reaction-specific events and the pattern of reaction products in the gas phase recorded by chemical sensors Evaluation criteria are used. In particular, an assignment to hazard classes based on the Explosives Act can be carried out via the latter parameters.
Als Probenheizungen können prinzipiell sämtliche dem Fachmann bekannte Heizquellen genutzt werden. Zu diesen Heizquellen können beispielsweise Flächenheizungen oder Heizdrähte gehören. Die Flächenheizungen können gleichzeitig den Probenraum darstellen, d.h., dass die Probe beispielsweise in einen Probenraum gefüllt wird, welcher durch eine, zwei oder mehrere Flächenheizungen aus Metallfolien gebildet wird. Werden zur Erhitzung der Probe Drähte eingesetzt, so können diese beispielsweise durch Wendeln oder Biegen in eine geeignete Form gebracht werden. Es ist möglich, dass die Probe dann direkt auf die Heizwendel oder die Metallfolie gegeben wird, oder aber, dass ein weiteres Material (z.B. Metallblech) die Wendel von der Probensubstanz separiert. Im Falle nicht flächiger Heizelemente (z.B. Heiz- drähte) reicht es aus, wenn die Heizdrähte mindestens 30% der betrachteten Fläche abdecken. Das Erwärmen der Probe kann dabei über das Durchleiten eines elektrischen Stromes durch die Heizwendel oder die Flächenheizungen erfolgen. Prinzipiell ist es aber auch möglich, dass Strahlungsheizungen eingebaut werden. Heizwendel können aus einer Legierung mit einem spezifischen Widerstand zwischen 1- 10" Qm und 5· 10~6 Qm und einem Schmelzpunkt von beispielsweise > 600 °C bestehen. Als Materialien kommen beispielsweise Konstantan, Manganin oder Chromnickel in Frage. Der Draht kann durch Biegen in unterschiedliche Geometrien gebracht werden und auf diese Art und Wiese können neben der Geometrie auch unterschiedlich dimensionierte Probenräume bereitgestellt werden. Zum Aufbau einer kegelförmigen Heizung kann der Draht zu einer wendeiförmigen Heizungs struktur gewickelt werden, welche aus kreisförmigen Windungen mit unterschiedlichem Innendurchmesser besteht. Der Innendurchmesser nimmt in eine Rich- tung von Windung zu Windung zu. Dadurch entsteht eine kegelförmige Wicklung mit einer Öffnung, die durch die Windung mit dem größten Durchmesser gebildet wird. Diese Öffnung zeigt nach oben. In die kegelförmige Wicklung kann dann ein passender Hohlkegel aus einer Metallfolie eingesetzt. Die Probe wird in diesen hohlen Kegel eingefüllt. Die Probenheizung kann aber auch als elektrische Widerstandsheizung mit einer Folie als elektrisches Widerstandsheizelement ausgebildet sein. Für das Aufheizen kann eine Folie aus einer Legierung mit einem spezifischen Widerstand zwischen lxlO"6 Qm und 5x10~6 Qm und einem Schmelzpunkt von > 600 °C eingesetzt werden. Mögliche Materialien sind zum Beispiel Konstantan, Manganin oder Chromnickel. Die Folie kann zugunsten einer möglichst hohen Aufheizrate möglichst dünn ausgewalzt sein (beispielsweise < 40 μιη Schichtdicke). Die Folie kann in der Mitte gefaltet oder geknickt werden, wobei die Falte oder der Knick das Probenmaterial aufnehmen kann. In dieser Ausgestaltung ist sichergestellt, dass sich das Probenmaterial an der Stelle sammelt, wo der thermische Kontakt maximal ist. Die Probe wird von mindestens drei Seiten aufgeheizt und zudem sorgt die Falte für einen zumindest teilwei- sen Einschluss der Probe, welches einem Abdampfen flüchtiger Substanzen zu den Seiten partiell entgegenwirkt. Als elektrische Kontakte zur Stromquelle können zusätzliche Metallstreifen, beispielsweise aus Kupferfolie, dienen, welche um die Enden der Probenheizung gewickelt und dann zu- sammengepresst werden. Alternativ kann eine Metallfolien-Probenheizung auch mittels mechanischer Klemmen oder Kontaktfedern an eine Stromquelle angeschlossen werden. Mög- lieh ist beispielsweise eine Variante in welcher die Flächenheizung mittels vier Kontaktfedern fixiert wird. Die Kontaktfedern stellen die elektrische Verbindung zur Heizungssteuerung/Stromversorgung her und können gleichzeitig zur mechanischen Fixierung des Heizelements dienen. So können beispielsweise jeweils zwei Kontaktfedern auf jeder Seite der Probenheizung elektrisch mit einem Anschluss der Heizungssteuerung/Stromversorgung verbun- den werden. Der elektrische Anschluss kann entweder über temperaturbeständige Schraubbzw. Lüsterklemmen oder über Kabelschuhe (Verschraubung mit den Befestigungslöchern) hergestellt werden. Die Befestigung über Kontaktfedern kann ein schnelles Auswechseln der Probenheizung ermöglichen. Die Probenheizung kann dabei entweder direkt zwischen die Kontaktfedern geschoben oder die oberen Kontaktfedern hochgeklappt werden. Im letzteren Fall wird die Probenheizung zuerst auf die unteren Kontaktfedern gelegt. Dann werden die oberen Kontaktfedern heruntergeklappt und mechanisch verriegelt. Durch das Zusammenschieben/drehen der Kontaktfedern wird die Probe in der Probenheizung eingeschlossen. In principle, all heating sources known to the person skilled in the art can be used as sample heaters. These heating sources may include, for example, surface heating or heating wires. The area heaters can simultaneously represent the sample space, ie, that the sample is filled for example in a sample space, which is formed by one, two or more surface heating of metal foils. If wires are used to heat the sample, they can be brought into a suitable shape, for example, by winding or bending. It is possible that the sample is then placed directly on the heating coil or the metal foil, or that another material (eg metal sheet) separates the coil from the sample substance. In the case of non-planar heating elements (eg heating wires), it is sufficient if the heating wires cover at least 30% of the area considered. The heating of the sample can be done by passing an electric current through the heating coil or the surface heating. In principle, it is also possible that radiant heaters are installed. Heating coil may be made of an alloy with a resistivity of between 1- 10 "Qm and 5 x 10 ~ are 6 Qm and a melting point of, for example> 600 ° C. As the materials, for example, constantan, manganin or chrome-nickel are suitable. The wire may be formed by bending In order to construct a conical heater, the wire can be wound into a helical heating structure, which consists of circular windings with different inner diameters This results in a conical winding with an opening formed by the largest diameter winding, this opening facing upwards, and a conical hollow cone made of a metal foil can then be inserted into the conical winding . The Sample is poured into this hollow cone. However, the sample heating can also be designed as an electrical resistance heater with a foil as an electrical resistance heating element. For heating a sheet of an alloy can having a resistivity between lxlO "6 Qm and 5x10 -6 square meter and a melting point of> 600 ° C are used. Possible materials include, for example, constantan, manganin or chrome nickel. The film may favor of a The foil may be folded or kinked in the middle, whereby the fold or the kink can take up the sample material, In this embodiment it is ensured that the sample material is present at the site The sample is heated from at least three sides and, in addition, the fold ensures at least partial enclosure of the sample, which partially counteracts evaporation of volatile substances to the sides. As electrical contacts to the current source, additional metal strips, for example made of copper foil, can be used, which are wound around the ends of the sample heating and then pressed together. Alternatively, a metal foil sample heater can also be connected to a power source by means of mechanical clamps or contact springs. For example, a variant in which the surface heating is fixed by means of four contact springs is possible. The contact springs make the electrical connection to the heater control / power supply and can also serve for mechanical fixation of the heating element. For example, two contact springs on each side of the sample heater can be electrically connected to one connection of the heating control / power supply. The electrical connection can either via temperature resistant Schraubbzw. Luster terminals or cable lugs (screwed with the mounting holes) are made. The attachment via contact springs can allow a quick replacement of the sample heating. The sample heater can either be pushed directly between the contact springs or the upper contact springs can be folded up. In the latter case, the sample heater is first placed on the lower contact springs. Then the upper contact springs are folded down and mechanically locked. By pushing together / turning the contact springs, the sample is enclosed in the sample heater.
Zweckmäßigerweise wird die Leistung der Heizung so ausgelegt, dass Temperaturgradienten von mehreren 1000 K/s in der Probe erzeugt werden können. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Heizleistung der Probenheizung im Bereich von 1000 - 5000 K/s, bevorzugt 2000 - 4000 K/s liegen. Zur Versorgung der Probenheizung kann zweckmäßigerweise eine spannungsabhängige Konstantstromquelle verwendet werden. Durch eine von außen vorgegebene Steuerspannung kann der Strom durch die Probenheizung und damit seine Temperatur geregelt werden. Das ermöglicht hohe Heizraten ohne dass ein Schmelzen der Probenheizung befürchtet werden muss. Zur Bereitstellung des erforderlichen Stromes können Kondensatoren als temporäre Energiespeicher verwendet werden. Die ist vorteilhaft, da der Ladestrom für die Kondensatoren deutlich geringer ist als der Entladestrom und somit die Stromversorgung kleiner dimensioniert werden kann (kleinere Batterien/ Akkus bei mobiler Anwendung). Durch die Reduzierung der im System vorhandenen Energiemenge wird gleichzeitig die Brandgefahr deutlich verringert. Erfindungsgemäß wird die Probe von mindestens zwei unterschiedlichen Seiten aufgeheizt. Dies ist deshalb möglich, da die Probenheizung einen dreidimensionalen Raum ausbildet, welcher die Probe aufnimmt. Derart wird die Probe von der Probenheizung zumindest teilweise umschlossen. Es ist aber auch möglich, dass die Probenheizung die Probe vollständig einschließt. Zur Bestimmung der Anzahl an unterschiedlichen Seiten kann dabei die vorlie- gende Probenraumgeometrie als ein Kubus mit den Seitenpaaren unten-oben, vorne -hinten, rechte-linke Seite approximiert werden. Definitionsgemäß ist die obere Seite dabei die Seite aus welcher die Probe befüllt wird. Die Heizenergie muss demzufolge von mindestens zwei unterschiedlichen Seiten her auf die Probe einwirken. Anders ausgedrückt, es müssen mindestens zwei unterschiedliche Strahlungsrichtungen des oder der Heizkörper existieren, deren Strahlungsvektoren zum Probenmittelpunkt mindestens einen Winkel von 90° einschließen. Das Heizen aus unterschiedlichen Seiten kann dabei sowohl durch nur eine (z.B. gebogene) oder auch durch mehrere separierte Heizflächen erfolgen. Conveniently, the power of the heater is designed so that temperature gradients of several 1000 K / s can be generated in the sample. In a preferred embodiment of the invention, the heating power of the sample heating can be in the range of 1000-5000 K / s, preferably 2000-4000 K / s. For supplying the sample heating, it is expedient to use a voltage-dependent constant-current source. By an externally given control voltage, the current through the sample heater and thus its temperature can be controlled. This allows high heating rates without the fear of melting the sample heating. To provide the required current capacitors can be used as temporary energy storage. This is advantageous because the charging current for the capacitors is significantly lower than the discharge current and thus the power can be made smaller (smaller batteries / rechargeable batteries for mobile use). By reducing the amount of energy available in the system at the same time the risk of fire is significantly reduced. According to the invention, the sample is heated by at least two different sides. This is possible because the sample heater forms a three-dimensional space which accommodates the sample. In this way, the sample is at least partially enclosed by the sample heater. But it is also possible that the sample heater completely encloses the sample. To determine the number of different sides, the present sample space geometry can be approximated as a cube with the side pairs bottom-up, front-rear, right-left side. By definition, the upper side is the side from which the sample is filled. The heating energy must therefore act on the sample from at least two different sides. In other words, there must exist at least two different radiation directions of the radiator or radiators whose radiation vectors include at least an angle of 90 ° to the center of the sample. The heating from different sides can be done both by only one (eg bent) or by several separated heating surfaces.
In einer ersten Ausgestaltung des Systems kann die Probenheizung die Probe von mindestens fünf unterschiedlichen Seiten aufheizen. Diese Heizgeometrie kann zu einer deutlich gleichmäßigeren Aufheizung der Probensubstanz beitragen, welches dazu führt, dass auch leicht flüchtige Substanzen eine geringere Tendenz zum gerichteten Ausdampfen aufweisen. Sie bleiben im Inneren der Probensubstanz eingeschlossen und dadurch erhält man ein Zündverhalten, welches dem der realen Situation deutlicher entspricht. Durch das Aufheizen von fünf unterschiedlichen Seiten ergibt sich zudem ein deutlich geringerer Temperaturgradient innerhalb der Probe. Dies kann dazu beitragen Zünd- oder Explosionstemperaturen genauer bestimmen zu können. Das Aufheizen von fünf unterschiedlichen Seiten bedeutet dabei, dass nur eine der Raumrichtungen der Probe nicht von einer Probenheizung aufgeheizt wird. Liegt beispielsweise eine kubische Probenraumgeometrie vor, so bleibt beispielsweise die Probe von oben her unbeheizt, während aus den anderen Raumrichtungen jeweils Heizenergie auf die Probe einwirkt. In einer weiteren Ausgestaltung des Systems kann die Probenheizung einen geformten Heizdraht oder eine geformte Metallfolie umfassen. Insbesondere diese Heizelemente haben sich als so flexibel und beständig erwiesen, dass sowohl ein Formen der Materialien durch beispielweise Biegen, Wendeln, Einkerben, Knicken, Rollen leicht möglich ist und hohe Heizleistungen erzeugt werden können. Dies kann zu einem gleichmäßigeren Aufheizen der Pro- ben unter hohen Heizraten beitragen. In a first embodiment of the system, the sample heater may heat the sample from at least five different sides. This heating geometry can contribute to a much more uniform heating of the sample substance, which means that even volatile substances have a lower tendency to directional evaporation. They remain trapped inside the sample substance and this results in an ignition behavior which corresponds more clearly to the real situation. Heating five different sides also results in a significantly lower temperature gradient within the sample. This can help to determine ignition or explosion temperatures more accurately. The heating of five different sides means that only one of the spatial directions of the sample is not heated by a sample heating. Lies For example, a cubic sample space geometry, so for example, the sample remains unheated from above, while from the other spatial directions each heating energy acts on the sample. In a further embodiment of the system, the sample heater may comprise a shaped heating wire or a shaped metal foil. In particular, these heating elements have proven to be so flexible and durable that both forms of materials through, for example, bending, spiraling, notching, buckling, rolling is easily possible and high heat outputs can be generated. This can contribute to a more uniform heating of the samples under high heating rates.
Innerhalb eines weiteren erfindungs gemäßen Aspektes kann die Probenheizung ein Metallblech umfassen und der Probenraum durch Einkerben, Falten oder Knicken des Metallblechs ausgebildet werden. In dieser Ausgestaltung ist die Probe im direkten Kontakt mit dem Heiz- blech. Durch mechanische Einwirkung auf das Metallblech kann dabei eine dreidimensionale Vertiefung oder Raum ausgebildet werden, welcher mit einer Probe befüllt werden kann. Durch die mechanische Bearbeitung entsteht also ein Probenraum, welcher durch von mehreren Seiten von der Probenheizung umgeben ist. Im Falle einer Falte oder eines Knickes entsteht dabei in der Folie eine Rinne, welche insbesondere zur Untersuchung fester Proben ge- eignet ist. Im Falle einer Einkerbung, zum Beispiel durch eine mechanische Punktbelastung mit einem Dorn, kann beispielweise eine Kegelform ausgebildet werden, welche sich zur Untersuchung flüssiger Substanzen eignet. Within a further aspect according to the invention, the sample heater may comprise a metal sheet and the sample space may be formed by notching, folding or bending the metal sheet. In this embodiment, the sample is in direct contact with the heating plate. By mechanical action on the metal sheet while a three-dimensional depression or space can be formed, which can be filled with a sample. The mechanical processing thus creates a sample space which is surrounded by the sample heating through several sides. In the case of a fold or a bend, a groove is formed in the film, which is particularly suitable for the examination of solid samples. In the case of a notch, for example, by a mechanical point load with a mandrel, for example, a conical shape can be formed, which is suitable for the investigation of liquid substances.
In einer weiteren Ausgestaltung kann die Probenheizung ein Metallblech umfassen und durch Falten oder Knicken des Metallblechs ein geschlossener Probenraum ausgebildet werden. Durch die Ausbildung mehrerer Knicke auf einer Heizfolie/-blech und anschließendem Falten oder Verdrehen der Folie kann die Probe vollständig durch die Folie eingeschlossen werden. Dadurch wird im Rahmen des Aufheizens die Probe von allen Seiten aufgeheizt. Dies ermög- licht eine besonders schnelle und homogene Aufheizung des Probenmaterials. Zudem können flüchtigere Substanzen durch den mechanischen Einschluss nicht mehr entweichen und reagieren zusammen mit dem Rest der Probe. Diese Reaktionsführung ist dem realen System deutlich näher, da das Abdampfen flüchtiger Substanzen weitgehend verhindert wird. In a further embodiment, the sample heater can comprise a metal sheet and a closed sample space can be formed by folding or bending the metal sheet. By forming multiple bends on a heating foil / sheet and then folding or twisting the film, the sample can be completely trapped by the film. As a result, as part of the heating, the sample is heated from all sides. This allows light a particularly fast and homogeneous heating of the sample material. In addition, more volatile substances can not escape due to the mechanical inclusion and react together with the rest of the sample. This reaction is much closer to the real system, since the evaporation of volatile substances is largely prevented.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Systems kann die Probenheizung die Probe vollständig umschließen. Diese Ausgestaltung kann beispielsweise dadurch realisiert werden, indem die Probe in einen Probenraum gefüllt wird welcher von mindestens fünf Seiten beheizbar ausgestaltet ist. Nach dem Einfüllen der Probe wird die Öffnung dann mit einem weiteren Heizelement mechanisch verschlossen. Hierdurch kann die Probe gleichmäßig von allen Seiten aufheizt werden und es besteht nicht die Gefahr, dass flüchtige Substanzen schon vor der eigentlichen Reaktion durch einen Temperaturgradienten aus der Probe getrieben werden. Verschlossen bedeutet dabei insbesondere, dass die Probe von allen Seiten durch die Probenheizung umgeben ist, wobei die Probenheizung die Probe mechanisch gegen Gehäuse ab- schirmt. Weiterhin ist es auch möglich, dass eine Probe auf ein Heizblech gegeben wird und das Heizblech anschließend um die Probe durch Knicken, Falten, Rollen oder Kombinationen daraus gelegt wird. Als Resultat erhält man eine Probe, welche vollständig durch ein Heizblech umgeben ist. Durch diese Maßnahmen können die Messbedingungen und daraus folgend die Zuordnung einer unbekannten Probe zu einer definierten Gefahrstoffklasse deutlich verbessert werden. Insbesondere ist es auch möglich, durch diesen Aufbau höhere Heizgeschwindigkeiten bereitzustellen. In a preferred embodiment of the system, the sample heater can completely enclose the sample. This embodiment can be realized, for example, by filling the sample into a sample space which is designed to be heatable from at least five sides. After filling the sample, the opening is then closed mechanically with another heating element. As a result, the sample can be heated evenly from all sides and there is no risk that volatile substances are driven out of the sample by a temperature gradient before the actual reaction. Closed means in particular that the sample is surrounded on all sides by the sample heating, wherein the sample heater mechanically shields the sample from the housing. Furthermore, it is also possible that a sample is placed on a heating plate and the heating plate is then placed around the sample by kinking, folding, rolling or combinations thereof. As a result, a sample is obtained which is completely surrounded by a heating plate. These measures can significantly improve the measurement conditions and, consequently, the assignment of an unknown sample to a defined hazardous substance class. In particular, it is also possible to provide higher heating rates through this structure.
Des Weiteren kann in einem zusätzlichen Aspekt das Innere des Probenraums mindestens einen Druck- oder Kraftsensor umfassen. Prinzipiell ist es möglich, die Sensoren entweder im Gehäuse oder aber auch direkt an der Probenheizung, beispielweise im Probenraum anzuordnen. Im Falle eines Druck- oder Kraftsensors kann es aber vorteilhaft sein, die Messwerte in direkter Nachbarschaft zur Probe abzugreifen. Dies kann insbesondere in den Fällen, in welchen der Probenraum nach Befüllen mit der Probe mechanisch verschlossen wird dazu führen, dass deutlich reproduzierbarere Messwerte abgegriffen werden. Die Erhöhung der Reproduzierbarkeit kann darauf zurückgeführt werden, dass Werte aus einem deutlich geringeren Volumen erhalten werden, wohingegen bei einer Anordnung am oder im Gehäuse das Gehäusevolumen ebenfalls zu berücksichtigen ist. Auf diese Art und Weise können geringere Pro- benmengen untersucht werden. In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann das Totvolumen des Probenraumes nach Befüllen und nach Verschluss < 50 , bevorzugt < 40 % und des weiteren bevorzugt < 25 % des Probenraumvolumens betragen. Diese geringeren Totvolumina können dazu führen, dass entweichende Substanzen in höheren Konzentrationen vorliegen und besser detektiert werden können. Auf diese Art und Weise kann die Erken- nungsrate und die Sensitivität des Systems erhöht werden. Furthermore, in an additional aspect, the interior of the sample space may include at least one pressure or force sensor. In principle, it is possible to arrange the sensors either in the housing or else directly on the sample heater, for example in the sample space. In the case of a pressure or force sensor, however, it may be advantageous to pick up the measured values in direct proximity to the sample. This can lead, in particular in the cases in which the sample space is mechanically closed after filling with the sample, that clearly reproducible measured values are tapped. The increase in reproducibility can be attributed to the fact that values are obtained from a significantly smaller volume, whereas in an arrangement on or in the housing, the housing volume must also be taken into account. In this way, smaller sample quantities can be investigated. In a further embodiment according to the invention, the dead volume of the sample space after filling and after closure may be <50, preferably <40% and more preferably <25% of the sample chamber volume. These lower dead volumes can lead to escaping substances being present in higher concentrations and being easier to detect. In this way, the detection rate and the sensitivity of the system can be increased.
In einer weiteren Ausgestaltung des Systems können die Detektoren mindestens einen Druck- und einen optischen Sensor (bevorzugt eine Photodiode) umfassen. Insbesondere die Ausstattung des Probenraumes oder des Gehäuses mit Druck- und/oder optischen Sensoren haben zu guten Ergebnissen im Rahmen der Zuordnung energetischer Materialien zu bestimmten Sprengstoffklassen geführt. Dies könnte darauf zurückgeführt werden, dass über die gleichmäßigere Aufheizung der Probe deutlich stabilere Druckverläufe erhalten werden. Anscheinend ergeben sich auch reproduzierbarere Explosionsprodukte, welche anschließend über optische Sensoren eindeutig zugeordnet werden können. Zu den optischen Sensoren können dabei Photodioden und unter diesen insbesondere IR-Sensoren gezählt werden. Gerade diese Sensortypen sind in der Lage, signifikante chemische Eigenschaften der Reaktionsprodukte zu erfassen. Mittels dieser Ausgestaltung ergibt sich eine verbesserte Auswertung mit einem bibliotheksunabhängigen Aus wertealgorithmus . Innerhalb einer weiteren Ausgestaltung kann die Probenheizung konisch ausgestaltet sein. Eine konische Ausgestaltung der Probenheizung kann insbesondere bei der Untersuchung flüssiger Proben von Vorteil sein. Bedingt durch die Gewichtsverteilung als Funktion der Probenhöhe kann in dieser Geometrie ein gleichmäßigerer Einschluss flüchtiger Substanzen innerhalb der Probe gewährleistet werden. Dies kann zu einer höheren Detektionsrate beitragen. In a further embodiment of the system, the detectors may comprise at least one pressure sensor and one optical sensor (preferably a photodiode). In particular, the equipment of the sample space or the housing with pressure and / or optical sensors have led to good results in the context of assignment of energetic materials to certain explosive classes. This could be attributed to the fact that more stable pressure profiles are obtained through more uniform heating of the sample. Apparently, more reproducible explosion products, which can then be clearly assigned via optical sensors arise. To the optical sensors can be counted photodiodes and among these particular IR sensors. Especially these sensor types are able to detect significant chemical properties of the reaction products. This refinement results in an improved evaluation with a library-independent evaluation algorithm. Within a further embodiment, the sample heating can be designed conically. A conical configuration of the sample heating can be advantageous, in particular when investigating liquid samples. Due to the weight distribution as a function of the sample height, a more uniform inclusion of volatile substances in this geometry can be achieved be ensured within the sample. This can contribute to a higher detection rate.
Des Weiteren erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur qualitativen Analyse energetischer Ma- terialien mindestens umfassend die Schritte: Furthermore, according to the invention, a method for the qualitative analysis of energetic materials is at least comprising the steps:
i) Aufgabe einer Probe in einen Probenraum, i) placing a sample in a sample room,
ii) Aufheizen der Probe, ii) heating the sample,
iii) Erheben physikalisch/chemischer Parameter als Funktion des Aufheizens und iii) collect physical / chemical parameters as a function of heating and
iv) Auswerten der in iii) erhobenen Daten zur Identifizierung der Probe als energetische Mate- rial, (iv) evaluating the data collected in (iii) to identify the sample as an energetic material;
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
im Schritt ii) das Aufheizen der Probe von mindestens zwei unterschiedlichen Seiten erfolgt. Für dieses erfindungs gemäße Verfahren können dieselben Maßgaben und Definitionen verwendet werden, welche im Rahmen der Beschreibung des erfindungs gemäßen Systems ver- wendet wurden. Durch dieses Verfahren lassen sich auch diejenigen energetischen Materialien eindeutig bestimmter Substanzklasse zuordnen; welche mit den bisherigen Analyseverfahren nicht reproduzierbar zugänglich waren. Auf diese Art und Weise lassen sich sicher, schnell und kostengünstig unbekannte Substanzen auf ihr Gefährdungspotenzial hin untersuchen und qualitativ analysieren. Dieses Verfahren kann zudem auch von nicht geschulten Per- sonen durchgeführt werden. in step ii) the heating of the sample takes place from at least two different sides. For this method according to the invention, the same provisos and definitions which were used within the scope of the description of the system according to the invention can be used. By means of this method, even those energetic materials can be clearly assigned to a specific substance class; which were not reproducibly accessible with the previous analysis methods. In this way, unknown substances can be safely, quickly and inexpensively analyzed for their potential danger and qualitatively analyzed. This procedure can also be carried out by untrained persons.
Im Verfahrens schritt iii) können physikalisch/chemische Parameter im Probenraum und/oder im Gehäuse als Funktion des Aufheizens erhoben werden. Die Erhebung der Daten während der Heizperiode schließt natürlich nicht aus, dass auch Daten vor und nach dem Heizen auf- genommen und zur qualitativen Bestimmung der Substanzen herangezogen werden. Insbesondere kann dies auf Leer-/Nullmessungen vor dem Aufheizen zur Bestimmung eines experimentellen Untergrundes bezogen werden. Des Weiteren können auch Daten nach dem Aufheizen, zum Beispiel durch Analyse abgekühlter Verbrennungsprodukte/-gase, zur qualitati- ven Einordnung der unbekannten Probe herangezogen werden. Die Sensoren können dabei sowohl in unmittelbarer Nähe zur Probe, beispielweise an der Probenheizung, im Probenraum oder aber auch innerhalb des Gehäuses angeordnet sein. Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens kann zudem beinhalten, dass nach dem Schritt i) und vor dem Schritt ii) der Probenraum (1) zum Gehäuse hin mechanisch isoliert wird. Die Umsetzung der Probe durch das Aufheizen erfolgt in dieser Ausgestaltung also im quasi-Einschluss. Dies kann beispielweise durch ein Einpressen der Probe in eine Wendelstruktur mit anschließendem Verschluss der Öffnung im Folienheizer erfolgen. Der mechani- sehe Verschluss oder die mechanische Isolierung kann dabei durch die Aufgabe unterschiedlicher, bevorzugter Weise inerter Materialien, wie Metall, Gummi, Kleber etc. erfolgen. Hierdurch wird zusätzlich gewährleistet, dass Bestandteile der Probe nicht übermäßig durch z.B. Verdampfung entweichen, sondern sich die gesamte Probe umsetzt. RDX, als Repräsentant der Nitramine, zeigt zum Beispiel mit diesem Aufbau bei der Umsetzung ein eindeutiges Drucksignal, was mit den vorher bekannten Heizsystemen ohne Verschluss nicht erreicht werde kann. Auch explosionsfähige Mischungen werden umgesetzt, da das Problem des vorzeitigen Entweichens einzelner Komponenten dank des Heizungsaufbaus umgangen wird. Die zu erreichende Endtemperatur und Heizgeschwindigkeit können im weiten Rahmen eingestellt werden. Des Weiteren wird die Probemenge automatisch durch die Heizungsgeometrien limitiert, was dazu führt, dass zu große oder zu kleine Probemengen ausgeschlossen sind. Im optimierten Volumenbereich der Heizung sgeometrie sind die Ergebnisse der Analyse mengenunabhängig, was die anschließende Klassenzuweisung mittels PCA erleichtert und deren Verlässlichkeit deutlich anhebt. Das System ist sowohl für Feststoffe als auch für Flüssigkeiten geeignet. In einer weiteren Ausgestaltung kann der Probenraum beispielsweise auch eine mechanische Klappe aufweisen, welche den Probenraum nach Einfüllen der Probe mit einem definierten Anpressdruck mechanisch isoliert. Es ergeben sich in diesem Fall dieselben Vorteile wie durch einen manuellen Verschluss des Probenraumes. Zusätzlich ist es möglich, dass die Klappe über das Steuersystem gesteuert wird. In einer weiteren Ausgestaltung kann die Klappe zudem mit einem Heizelement ausgerüstet sein. Dies kann dazu beitragen, die Probe von allen Seiten aufzuheizen. In method step iii), physical / chemical parameters in the sample space and / or in the housing can be raised as a function of the heating. Of course, the collection of data during the heating period does not preclude the collection of data before and after heating and the qualitative determination of the substances. In particular, this can be related to blank / zero measurements before heating to determine an experimental background. Furthermore, data after heating, for example by analyzing cooled combustion products / gases, can also be used to ven classification of the unknown sample are used. The sensors can be arranged both in the immediate vicinity of the sample, for example on the sample heater, in the sample chamber or even within the housing. A further preferred embodiment of the method may additionally include that after step i) and before step ii), the sample space (1) is mechanically insulated from the housing. The implementation of the sample by the heating takes place in this embodiment, so in the quasi-inclusion. This can be done for example by pressing the sample into a helical structure with subsequent closure of the opening in the film heater. The mechanical closure or the mechanical insulation can be effected by the task of different, preferably inert materials, such as metal, rubber, adhesive, etc. This additionally ensures that constituents of the sample do not escape excessively by, for example, evaporation, but that the entire sample is reacted. RDX, as a representative of the nitramines, for example, with this construction in the implementation of a clear pressure signal, which can not be achieved with the previously known heating systems without closure. Explosive mixtures are also implemented as the problem of premature escape of individual components is avoided thanks to the heating system. The final temperature to be reached and the heating speed can be set within a wide range. Furthermore, the sample quantity is automatically limited by the heater geometries, which means that too large or too small sample quantities are excluded. In the optimized volume range of the heating geometry, the results of the analysis are quantity-independent, which facilitates the subsequent class assignment by means of PCA and significantly increases their reliability. The system is suitable for both solids and liquids. In a further embodiment, the sample space may, for example, also have a mechanical flap which mechanically isolates the sample space after filling the sample with a defined contact pressure. In this case, the same advantages arise as with a manual closure of the sample space. In addition, it is possible for the flap to be controlled via the control system. In a further embodiment, the Flap also be equipped with a heating element. This can help to heat the sample from all sides.
In einer zusätzlichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Auswerten in Schritt iv) mindestens einen zeitabhängigen Vergleich der in das System eingetragenen zur vom System abgegebenen Energiemenge umfassen. Ohne durch die Theorie gebunden zu sein ist es wahrscheinlich auf die optimierte Heizungsgeometrie zurückzuführen, dass nur unter Berücksichtigung der Differenz zwischen eingetragener und emittierter Energie eine eindeutige Zuordnung energetischer Materialien zu bestimmten Substanzklassen möglich ist. Dieses Verfahren kann also auf den Einsatz teurer und sensibler chemischer Detektoren verzichten. Dies kann dazu beitragen das Verfahren kostengünstig zu halten. Die eingetragene Energie ist dabei im Wesentlichen die Heizenergie. Die vom System abgegebene Energie ist dabei die Strahlungsenergie und die mechanische Arbeit. Letztere Energien lassen sich einfach und reproduzierbar über Druck- und IR-Sensoren erfassen. In an additional embodiment of the method according to the invention, the evaluation in step iv) can comprise at least one time-dependent comparison of the energy quantity delivered by the system to the system. Without being bound by theory, it is probably due to the optimized heater geometry that only taking into account the difference between the energy input and the energy emitted a clear assignment of energetic materials to certain classes of substances is possible. This method can thus dispense with the use of expensive and sensitive chemical detectors. This can help keep the process low cost. The registered energy is essentially the heating energy. The energy emitted by the system is the radiant energy and the mechanical work. The latter energies can be detected easily and reproducibly via pressure and IR sensors.
Innerhalb einer weiteren Charakteristik des Verfahrens kann das Auswerten in Schritt iv) mindestens unter Berücksichtigung der Lage und der Höhe von Temperatur- und/oder Druckmaxima während des Aufheizens erfolgen. Gerade die Auswertung der Temperatur- und Druckdaten in Bezug auf die Lage von Maxima und das Verhältnis der Höhe dieser Ma- xima zur Basislinie liefern einfache und reproduzierbare Parameter zur Zuordnung unbekannter Substanzen zu definierten Gefahrklassen in Anlehnung an das Sprengstoffgesetz. Dieses Verfahren kann bibliotheksunabhängig arbeiten und stellt Daten bereit, welche unabhängig zur eingesetzten Probenmenge sind. In einer weiteren Ausgestaltung kann die Zuordnung der Substanzen mittels einer Hauptkomponentenanalyse (PCA - prinicpal component analysis) obiger Parameter erfolgen. Within a further characteristic of the method, the evaluation in step iv) can take place at least taking into account the position and the height of temperature and / or pressure maxima during the heating. Especially the evaluation of the temperature and pressure data in relation to the position of maxima and the ratio of the height of these maxima to the baseline provide simple and reproducible parameters for the assignment of unknown substances to defined hazard classes in accordance with the law on explosives. This method can operate independently of the library and provides data that is independent of the amount of sample used. In a further refinement, the substances can be assigned by means of a principal component analysis (PCA - prinicpal component analysis) of the above parameters.
Hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale des vorbeschriebenen Verfahrens wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Systems ver- wiesen. Auch sollen erfindungsgemäße Merkmale und Vorteile des erfindungs gemäßen Verfahrens auch für das erfindungs gemäße System anwendbar sein und als offenbart gelten und umgekehrt. Unter die Erfindung fallen auch sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmalen. With regard to further advantages and features of the method described above, reference is hereby explicitly made to the explanations in connection with the system according to the invention. grasslands. Also, features and advantages of the inventive method according to the invention should also be applicable to the fiction, contemporary system and apply as disclosed and vice versa. The invention also includes all combinations of at least two features disclosed in the description and / or the claims.
Einige Ausführungsformen für erfindungs gemäße Ausgestaltungen werden in den nachfolgenden Beispielen wiedergegeben. Es zeigen schematisch die Some embodiments of fiction, contemporary embodiments are given in the following examples. They show schematically the
Fig. 1 eine mögliche Probenraumgeometrie im Schnitt. Die schraffierten Flächen weisen die beheizbaren Flächen aus. Es werden die rechte und die linke Fläche des Probenraumes beheizt; Fig. 1 shows a possible sample space geometry in section. The hatched areas indicate the heatable areas. The right and left surfaces of the sample chamber are heated;
Fig. 2 eine mögliche Probenraumgeometrie im Schnitt. Die schraffierten Flächen weisen die beheizbaren Flächen aus. Es werden die rechte und die untere Fläche des Probenraumes beheizt;  Fig. 2 shows a possible sample space geometry in section. The hatched areas indicate the heatable areas. The right and bottom surfaces of the sample chamber are heated;
Fig. 3 eine mögliche Probenraumgeometrie in der Aufsicht. Die schraffierten Flächen weisen die beheizbaren Flächen aus. Es wird die rechte, linke, die vordere und die hintere Fläche des Probenraumes beheizt; Fig. 3 shows a possible sample space geometry in the supervision. The hatched areas indicate the heatable areas. The right, left, front and back surfaces of the sample chamber are heated;
Fig. 4 eine mögliche Probenraumgeometrie im Schnitt. Die schraffierten Flächen weisen die beheizbaren Flächen aus. Es werden die untere, rechte und die linke Fläche des Probenraumes beheizt;  4 shows a possible sample space geometry in section. The hatched areas indicate the heatable areas. The lower, right and left surfaces of the sample chamber are heated;
Fig. 5 eine zylindrische Probenraumgeometrie in der Aufsicht. Die schraffierten Flächen weisen die beheizbaren Flächen aus. Für den Fall das der Boden und das Oberteil nicht beheizbar ausgestaltet sind, werden 4 Flächen beheizt;  Fig. 5 is a cylindrical sample space geometry in the plan. The hatched areas indicate the heatable areas. In the event that the bottom and the top are designed not heated, 4 surfaces are heated;
Fig. 6 eine konische Probenraumgeometrie in der Aufsicht. Die schraffierten Flächen weisen die beheizbaren Flächen aus. Es werden 5 Flächen beheizt;  6 shows a conical sample space geometry in the plan view. The hatched areas indicate the heatable areas. There are 5 surfaces heated;
Fig. 7 eine mögliche Probenraumgeometrie im Schnitt. Die schraffierten Flächen weisen die beheizbaren Flächen aus. Für den Fall, dass die vordere und die hintere Fläche beheizbar aus- gestaltet sind, sind 6 Seiten des Probenraumes mit einer Heizung versehen. Die Oberseite des Probenraumes ist verschließbar ausgestaltet; Fig. 7 shows a possible sample space geometry in section. The hatched areas indicate the heatable areas. In the event that the front and rear surfaces are heated are designed, 6 sides of the sample chamber are provided with a heater. The top of the sample chamber is designed to be closed;
Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Aufbaus eines erfindungsgemäßen Systems zur qualitativen Analyse energetischer Materialien;  8 shows a schematic representation of a construction of a system according to the invention for the qualitative analysis of energetic materials;
Fig. 9a-c eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Probenheizung in Form einer Flächenheizung. In den Schritten a)-c) ist ein Verschluss der Flächenheizung über eine beispielhafte Falttechnik gezeigt. 9a-c a schematic representation of a sample heater according to the invention in the form of a surface heating. In steps a) -c), a closure of the surface heating via an exemplary folding technique is shown.
In der Figur 1 wird eine mögliche Heizungsgeometrie für einen rechteckigen Probenraum dargestellt. Der Probenraum (1) zur Aufnahme der Probe wird dabei durch unbeheizte (2) und beheizbare Flächen (3) umschlossen. In dieser Ausgestaltung kann die Probe durch die rechte und die linke Fläche aufgeheizt werden. FIG. 1 shows a possible heating geometry for a rectangular sample space. The sample space (1) for receiving the sample is enclosed by unheated (2) and heatable surfaces (3). In this embodiment, the sample may be heated by the right and left surfaces.
In der Figur 2 wird eine mögliche Heizungsgeometrie für einen rechteckigen Probenraum dargestellt. Der Probenraum (1) zur Aufnahme der Probe wird dabei durch unbeheizte (2) und beheizbare Flächen (3) umschlossen. In dieser Ausgestaltung kann die Probe durch die untere und die linke Fläche aufgeheizt werden. FIG. 2 shows a possible heating geometry for a rectangular sample space. The sample space (1) for receiving the sample is enclosed by unheated (2) and heatable surfaces (3). In this embodiment, the sample may be heated by the lower and left surfaces.
In der Figur 3 wird eine mögliche Heizungsgeometrie für einen quadratischen Probenraum in der Aufsicht dargestellt. Der Probenraum (1) zur Aufnahme der Probe wird dabei durch die beheizbaren Flächen (3) umschlossen. In dieser Ausgestaltung kann die Probe durch die rechte, linke, vordere und hintere Fläche (3) aufgeheizt werden. FIG. 3 shows a possible heating geometry for a square sample space in the top view. The sample chamber (1) for receiving the sample is enclosed by the heatable surfaces (3). In this embodiment, the sample may be heated by the right, left, front and back surfaces (3).
In der Figur 4 wird eine mögliche Heizungsgeometrie für einen rechteckigen Probenraum dargestellt. Der Probenraum (1) zur Aufnahme der Probe wird dabei durch die beheizbaren Flächen (3) unten, rechts und links umschlossen. In der Figur 5 wird eine mögliche Heizungsgeometrie für einen zylindrischen Probenraum dargestellt. Der Probenraum (1) zur Aufnahme der Probe wird dabei durch die beheizbaren Flächen (3) umschlossen. In dieser Ausgestaltung kann die Probe durch die vordere, hintere, rechte und linke Fläche (3) aufgeheizt werden. FIG. 4 shows a possible heating geometry for a rectangular sample space. The sample space (1) for receiving the sample is enclosed by the heatable surfaces (3) below, right and left. FIG. 5 shows a possible heating geometry for a cylindrical sample space. The sample chamber (1) for receiving the sample is enclosed by the heatable surfaces (3). In this embodiment, the sample may be heated by the front, back, right and left surfaces (3).
In der Figur 6 wird eine mögliche Heizungsgeometrie für einen konischen Probenraum dargestellt. Der Probenraum (1) zur Aufnahme der Probe wird dabei durch die beheizbaren Flächen (3) umschlossen. In dieser Ausgestaltung kann die Probe durch die vordere, hintere, untere, rechte und linke Fläche (3) aufgeheizt werden. Die konische Heizungsform kann durch Wi- ekeln eines Heizdrahtes in Kreisen mit ansteigenden Durchmessern oder durch Falten eines Heizbleches in eine Kegelform erhalten werden. FIG. 6 shows a possible heating geometry for a conical sample space. The sample chamber (1) for receiving the sample is enclosed by the heatable surfaces (3). In this embodiment, the sample may be heated by the front, back, bottom, right and left surfaces (3). The conical shape of heating can be obtained by inverting a heating wire in circles of increasing diameters or by folding a heating plate into a conical shape.
In der Figur 7 ist eine Probenheizung dargestellt in welcher der Probenraum (1) allseitig durch beheizbare Flächen (3) umschlossen ist. Diese Ausgestaltung kann beispielweise durch einen mechanisch Steuer- und verschließbaren Deckel erreicht werden, welcher nach Befüllung des Probenraumes diesen verschließt. Es ist aber auch möglich, beispielweise ein Metallblech derart zu falten, dass nach Einfüllen der Probe das Metallblech die Probe vollständig umschließt. In der Figur 8 ist eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Detektorsystems (4) schematisch dargestellt. Das System (4) ist mit einer Zu- (5) und einer Abluftöffnung (5) mit der Umgebung verbunden, wobei die Luft im Detektorinneren mittels Gasleitungen (10), welche mit Ventilen versehen sein können, geleitet wird. In dieser Ausgestaltung ist die erfindungsgemäße Probenheizung (7) in einer separaten Explosionskammer (13) untergebracht. In dieser Kammer befinden sich auch Sensoren wie beispielweise Drucksensoren (8) und Photodioden (9). Die Probenheizung ist über elektrische Zuleitungen mit einer Stromversorgung und der Steuerung verbunden. Weitere Sensoren, wie beispielweise Gassensoren (12), können wiederum in einer geschlossenen Sensorkammer (11) untergebracht sein. In den Figuren 9a-c ist eine Probenheizung schematisch gezeigt, welche die Probe zur Analyse von jeder Seite aufheizt. Als Material kann beispielweise ein dünnes Heizblech (14) dienen, welches über äußere Kontaktstellen (16) verfügt. Das Blech kann im mittleren Bereich (15) durch Knicke (17) so vorkonditioniert werden, dass dieser Bereich eine Probe aufnehmen kann und sich anschließend über Falten des Bleches entlang der Knicke (Figur 9b) und Zusammenschieben eine Form (Figur 9c) ergibt, welche die Probe allseitig umschließt und mechanisch isoliert. Natürlich kann diese Situation auch über andere Faltungsmuster realisiert werden. FIG. 7 shows a sample heater in which the sample chamber (1) is enclosed on all sides by heatable surfaces (3). This embodiment can be achieved for example by a mechanically controllable and closable lid, which closes this after filling the sample space. However, it is also possible, for example, to fold a metal sheet in such a way that after filling in the sample, the metal sheet completely encloses the sample. FIG. 8 schematically shows an embodiment of a detector system (4) according to the invention. The system (4) is connected to a supply (5) and an exhaust port (5) with the environment, wherein the air in the detector inside by means of gas lines (10), which may be provided with valves, is passed. In this embodiment, the sample heater (7) according to the invention is accommodated in a separate explosion chamber (13). In this chamber are also sensors such as pressure sensors (8) and photodiodes (9). The sample heater is connected via electrical leads to a power supply and the controller. Further sensors, such as, for example, gas sensors (12), can in turn be accommodated in a closed sensor chamber (11). In Figures 9a-c, a sample heater is shown schematically heating the sample for analysis from each side. As a material, for example, a thin heating plate (14) are used, which has external contact points (16). The sheet metal can be preconditioned in the middle region (15) by kinks (17) so that this region can take up a sample and then results in folding over the sheet along the creases (FIG. 9b) and pushing together into a shape (FIG. 9c) which enclosing the sample on all sides and mechanically isolated. Of course, this situation can also be realized via other convolution patterns.

Claims

Patentansprüche claims
1. System zur qualitativen Analyse energetischer Materialien mindestens umfassend 1. System for the qualitative analysis of energetic materials at least comprehensive
a) ein Gehäuse (4)  a) a housing (4)
b) Detektoren/Sensoren (8, 9, 12) zur Erfassung physikalisch/chemischer Parameter innerhalb des Gehäuses,  b) detectors / sensors (8, 9, 12) for detecting physical / chemical parameters within the housing,
c) eine Steuer- und eine Auswerteeinheit und  c) a control and an evaluation unit and
d) eine Probenheizung (3),  d) a sample heater (3),
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Probenheizung (3) einen Probenraum (1) ausbildet, welcher eine Probe mindestens teilweise umschließt und die Probe von mindestens zwei unterschiedlichen Seiten aufheizt.  the sample heater (3) forms a sample space (1) which at least partially encloses a sample and heats the sample from at least two different sides.
2. System nach Anspruch 1, wobei die Probenheizung (3) die Probe von mindestens fünf unterschiedlichen Seiten aufheizt. The system of claim 1, wherein the sample heater (3) heats the sample from at least five different sides.
3. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Probenheizung (3) einen geformten Heizdraht oder eine geformte Metallfolie umfasst. A system according to any one of the preceding claims, wherein the sample heater (3) comprises a shaped heating wire or a shaped metal foil.
4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Probenheizung (3) ein Metallblech umfasst und der Probenraum durch Einkerben, Falten oder Knicken des Metallblechs ausgebildet wird. 4. System according to any one of the preceding claims, wherein the sample heater (3) comprises a metal sheet and the sample space is formed by notching, folding or buckling of the metal sheet.
5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Probenheizung (3) ein Metallblech umfasst und durch Falten oder Knicken des Metallblechs ein geschlossener Probenraum ausgebildet wird. 5. System according to one of the preceding claims, wherein the sample heater (3) comprises a metal sheet and is formed by folding or buckling of the metal sheet, a closed sample space.
6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Probenheizung (3) den Probenraum (1) vollständig umschließt. 6. System according to one of the preceding claims, wherein the sample heater (3) completely surrounds the sample space (1).
7. Verfahren zur qualitativen Analyse energetischer Materialien mindestens umfassend die Schritte: 7. Method for qualitative analysis of energetic materials at least comprising the steps:
i) Aufgabe einer Probe in einen Probenraum (1),  i) placing a sample in a sample space (1),
ii) Aufheizen der Probe im Probenraum (1),  ii) heating the sample in the sample space (1),
iii) Erheben physikalisch/chemischer Parameter als Funktion des Aufheizens und iv) Auswerten der in iii) erhobenen Daten zur Identifizierung der Probe als energetisches Material,  iii) collecting physical / chemical parameters as a function of heating and iv) evaluating the data collected in iii) to identify the sample as an energetic material,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
im Schritt ii) das Aufheizen der Probe von mindestens zwei unterschiedlichen Seiten erfolgt.  in step ii) the heating of the sample takes place from at least two different sides.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei nach dem Schritt i) und vor dem Schritt ii) der Probenraum (1) zum Gehäuse hin mechanisch isoliert wird. 8. The method of claim 7, wherein after step i) and before step ii) of the sample chamber (1) is mechanically insulated from the housing.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Auswerten in Schritt iv) mindestens einen zeitabhängigen Vergleich der in das System eingetragenen zur vom System abgegebenen Energiemenge umfasst. 9. The method of claim 7 or 8, wherein the evaluating in step iv) comprises at least one time-dependent comparison of the registered in the system to the energy output by the system.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das Auswerten in Schritt iv) mindestens unter Berücksichtigung der Lage und der Höhe von Temperatur- und/oder Druckma- xima während des Aufheizens erfolgt. 10. The method according to any one of claims 7 to 9, wherein the evaluation in step iv) takes place at least taking into account the position and the height of temperature and / or pressure maxima during the heating.
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