DE2947459A1 - Detecting poisonous substances covering ground - using passing vehicle causing luminescence by e.g. laser beam, for analysis via opto-electronic system - Google Patents
Detecting poisonous substances covering ground - using passing vehicle causing luminescence by e.g. laser beam, for analysis via opto-electronic systemInfo
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Abstract
Description
Verfahren und Anordnung zum in-situ-Nach- Procedure and arrangement for in-situ follow-up
weis von Bodenbelägen vermuteter giftiger Substanzen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum in-situ-Nachweis von Bodenbelägen vermuteter giftiger Substanzen, bei dem von einem bewegten Fahrzeug aus eine Lumineszenzstrahlung erzeugt und durch ein optisch-elektronisches System empfangen und analysiert wird, sowie eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens. knowledge of floor coverings of suspected toxic substances The invention relates to a method for the in-situ detection of suspected toxic floor coverings Substances that generate luminescence radiation from a moving vehicle and is received and analyzed by an opto-electronic system, as well as an arrangement for the implementation of this procedure.
Zur Feststellung des Vorhandenseins giftiger Oberflächenbeläge sollten die dem Nachweis dienenden Messungen aus einem gegen Gifteinwirkung auf die Insassen geschützten fahrzeug heraus durchgeführt werden. Damit ein kentarniniertes Gebiet möglichst schnell abgegrenzt und markiert werden kann, muß der Nachweis während der Fahrt erfolgen. Dabei klemmt es weniger auf das Identifizieren von Einzelsubstanzen, ;odern auf die Erkennung des Vorhandenseins von bestimmten Stotfklassen an.To determine the presence of toxic surface coatings should the measurements from a counter Exposure to poison Can be carried out on the occupant protected vehicle. So that a flagged one Area can be demarcated and marked as quickly as possible, evidence must be provided during the journey. It is less clamped on the identification of individual substances, ; or on the detection of the presence of certain classes of hazard.
Zum Nachweis von giftiger Bodenbelägen werden im allgemeinen aus einem Fahrzeug heraus während der Fahrt mit geeigneten Vorrichtungen Bodenproben genommen und anschließend zur physikalischen bzw. chemischen Analyse gebracht. Die Probennahme kann auf verschiedene Weise erfolgen, z.B. durch Abschürfen, Abtupfen oder Absaugen (gegebenenfalls nach vorhergehender Oberflächenerhitzung) des Bodens. All diese Methoden haben den gemeinsamen und wesentlichen Nachteil, dan der Kontakt des kontaminierten Materials mit den Probennahme- und Nachweisvorrichtungen nicht verhindert werden kann. [inzu kommt, daß kontinuierliche Messungen nur bei bestimmten Oberflächenbeschaffenheiten möglich sind, da Bodenproben mit mechanischen Vorrichtungen entnommen werden.For the detection of toxic floor coverings, a Vehicle taken out while driving with suitable devices soil samples and then brought to physical or chemical analysis. The sampling can be done in a number of ways, such as scraping, dabbing, or vacuuming (if necessary after previous surface heating) of the floor. All these Methods have the common and major disadvantage, dan the contact of the contaminated Material with the sampling and detection devices are not prevented can. [In addition, continuous measurements are only possible with certain surface properties are possible because soil samples are taken with mechanical devices.
Darüberhinaus besitzen einzelne Ausführungsformen dieser Verfahren noch spezifische Nachteile, z.B. Witterungsabhängigkeit usw.In addition, individual embodiments have these methods still specific disadvantages, e.g. weather dependency, etc.
Die Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen 1 bis 9 gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, ein Verfahren und eine Anordnung anzugeben, mit dem bzw. mit der giftige Bodenbeläge, insbesondere chemische Kampfstoffe, berührungslos von einem bewegten Fahrzeug aus nachgewiesen werden können.The invention as characterized in claims 1-9 is, solves the problem of specifying a method and an arrangement with which or with the toxic floor coverings, especially chemical warfare agents, contactless from can be detected from a moving vehicle.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der giftige Bodenbelag mit einer zur Bildung einer lumineszenzfähigen Verbindung geeigneten J?eaJenzflü'ssigkeit befeuchtet. Dabei kann die entstehende Verbindung entweder durch die Reaktionsenergie (chemiluminzeszenz) oder durch eine Lichtquelle, z.B. Laser, (Fluoreszenz) zur Strahlung angeregt werden.According to the method of the invention, the toxic floor covering is with a liquid suitable for the formation of a luminescent compound moisturizes. The resulting compound can either through the reaction energy (chemiluminescence) or by a light source, e.g. laser, (fluorescence) to radiation be stimulated.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere zum Nachweis von Niederschlägen spezieller seßhafter chemischer Kampfstoffe aus der Gruppe der Phosphorsäureester geeignet. Diese Substanzen besitzen die allgemeine Formel in der R1 und R2 eine Alkyl-, Aryl-, Alkoxy- oder Alkylamino-Gruppe und X ein Halogenatom oder eine CN-Gruppe bedeuten.The method according to the invention is particularly suitable for the detection of deposits of special sedentary chemical warfare agents from the group of phosphoric acid esters. These substances have the general formula in which R1 and R2 are an alkyl, aryl, alkoxy or alkylamino group and X is a halogen atom or a CN group.
Bei Alkyl- oder Alkoxygruppen handelt es sich vorzugsweise um niedrigmolekulare Gruppen mit 1 bis 8 C-Atomen. Hierzu zählen z.B. Methylfluorophosphonsäureisopropylester (Sarin), Methylfluorophosphonsäuretrimethylpropylester (Soman), Dimethylphosphoramidocyansäureäthylester (Tabun) und Diisopropylfluorophosphonat (DFP). Aber auch andere, von der o.a. Formel nicht erfaßte Kampfstoffe, z.B. Tetraäthylpyrophosphonat (TEPP) und Hexaäthyltetraphosphonat (HETP) können mit entsprechenden Reagenzien nachgewiesen werden. Alle diese Verbindungen zeigen selbst keine auswertbare Fluoreszenz.Alkyl or alkoxy groups are preferably of low molecular weight Groups with 1 to 8 carbon atoms. These include, for example, isopropyl methylfluorophosphonate (Sarin), methylfluorophosphonic acid trimethylpropyl ester (Soman), dimethylphosphoramidocyanoic acid ethyl ester (Tabun) and diisopropyl fluorophosphonate (DFP). But also others, from the above formula Warfare agents not covered, e.g. tetraethyl pyrophosphonate (TEPP) and hexaethyl tetraphosphonate (HETP) can be detected with the appropriate reagents. All of these connections show no evaluable fluorescence themselves.
Zur Erzeugung einer lumineszenzfähigen Verbindung werden an sich bekannte Reaktionen herangezogen (z.B. "Analytical Chemistry", 29 (1957), S. 276-278). Zum Nachweis von Nervengasen wie Sarin, Soman und Tabun wird z.B. eine Reagenzlösung aus Indol und Natriumperborat in Aceton und Wasser auf den giftigen Bodenbelag aufgesprüht. Infolge der Bildung einer Indoxyl- bzw. Indigoweißverbindung erscheint bei Bestrahlung mit einer UV-Lichtquelle eine starke grüne Fluoreszenz.To generate a luminescent compound are known per se Reactions are used (e.g. "Analytical Chemistry", 29 (1957), pp. 276-278). To the Detection of nerve gases such as sarin, soman and tabun is e.g. a reagent solution from indole and sodium perborate in acetone and water sprayed onto the toxic floor covering. As a result of the formation of an indoxyl or indigo white compound, appears on irradiation strong green fluorescence with a UV light source.
Die Erfindung ermöglicht bestimmte chemische Bodenbeläge berührungslos während der Fahrt von einem hermetisch abgeschlossenen Fahrzeug aus nachzuweisen. Die erfindungsgemäße Anordnung ist darüberhinaus bei Tag und Nacht sowie bei unterschiedlichen Bodenbeschaffenheiten und Wetterbedingungen einsetzbar, sofern diese nicht ein Verschwinden des Belages von der Oberfläche, z.B. Versichern, bewirken. Ferner ist es gleichgültig, ob der Belag in flüssiger Form, z.B. Tröpfchen, oder fester angetrockneter Form vorliegt.The invention enables certain chemical floor coverings to be made contactless to be demonstrated while driving from a hermetically sealed vehicle. The arrangement according to the invention is also by day and night and by different Soil conditions and weather conditions can be used, provided these do not disappear effect of the covering from the surface, e.g. insuring. Furthermore, it does not matter whether the covering is in liquid form, e.g. droplets, or solid dried ones Form.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnung näher erläutert.In the following the invention is based on only one embodiment Illustrative drawing explained in more detail.
Die erfindungsgemäße Anordnung ist in ein hermetisch nach außen abgeschlossenes Fahrzeug eingebaut. Sie besteht aus zwei Einheiten, und zwar Vorrichtung A zum Ausbringen der Reagenzflüssigkeit und Vorrichtung B zur optischen und elektronischen Analyse der Lumineszenzstrahlung.The arrangement according to the invention is hermetically sealed to the outside Vehicle installed. It consists of two units, namely device A for dispensing the reagent liquid and device B for optical and electronic analysis the luminescent radiation.
Die Vorrichtung A besteht im wesentlichen aus einem Vorratsbehälter 1 für die Reagenzflüssigkeit und einer Sprüheinrichtung 2, die miteinander über eine Leitung 3 verbunden sind. Die Sprüheinrichtung 2 kann am Fahrzeugboden derart angebracht sein, daß sie bei Kurvenfahrten in Abhängigkeit von dem Kurvenradius quer zur Längsachse des Fahrzeugs verschiebbar ist. Ferner kann die Sprühbreite veränderbar sein. Durch diese Maßnahmen wird gewährleistet, daß bei möglichst geringem Reagenzverbrauch der befeuchtete Bodenstreifen stets unterhalb des Empfangssystems verläuft.The device A consists essentially of a storage container 1 for the reagent liquid and a spray device 2, which are connected to each other via a line 3 are connected. The spray device 2 can be on the vehicle floor in this way be appropriate that they when cornering depending on the curve radius is displaceable transversely to the longitudinal axis of the vehicle. Furthermore, the spray width be changeable. These measures ensure that with as little as possible Reagent consumption of the moistened floor strip always below the receiving system runs.
In der dargestellten Ausführungsform besteht die Vorrichtung B aus einer Lichtquelle 4, z.B. Laser, und einer Einrichtung zum Empfang und zur Analyse der Lumineszenzstrahlung. Die Empfangs-und Analyseeinrichtung enthält eine elektronische Auswerte- einheit 5 mit Anzeige, einen optischen Detektor 6 (Photomultiplyer), einen Monochromator 7 sowie ein optisches System 8.In the illustrated embodiment, the device B consists of a light source 4, e.g. a laser, and a device for receiving and analyzing the luminescent radiation. The receiving and analysis device contains an electronic Evaluation unit 5 with display, an optical detector 6 (photomultiplier), a monochromator 7 and an optical system 8.
Die beiden Vorrichtungen A und B werden in einem bestimmten Abstand a in dem Fahrzeug montiert. Der giftige Bodenbelag der Belegungsdichte Q wird mit der Reagenzflüsslgkeit mittels Sprühvorrichtung 1 und 2 auf einer Breite b befeuchtet. Dadurch wird die Reaktion eingeleitet, in deren Verlauf eine fluoreszenzfähige Verbindung entsteht. Ist die Belegungsdichte größer als ein Minimalwert 5 min' SG bildet sich nach einer gewissen Zeit T1 soviel fluoreszenzfähicje Verbindung, daß die Empfindlichkeit der Analyseeinrichtung zum Nachweis ausreicht. Die Fahrzeuggeschwindigkeit v muß so eingestellt werden, daß die Überfahrungszeit T2 = a/v größer als T1 ist.The two devices A and B are at a certain distance a mounted in the vehicle. The toxic floor covering of occupancy density Q is with the reagent liquid moistened by means of spray devices 1 and 2 over a width b. This initiates the reaction, in the course of which a fluorescent compound is created arises. If the occupancy density is greater than a minimum value of 5 minutes, SG is formed after a certain time T1 so much fluorescent compound that the sensitivity the analysis device is sufficient to provide evidence. The vehicle speed v must be set so that the overrun time T2 = a / v is greater than T1.
Die Vorrichtung B enthält als Liciitquelle eine gepulsten Stickstofflaser 4, der Strahlung der Wellenlänge 337 nm aussendet.The device B contains a pulsed nitrogen laser as a light source 4, which emits radiation with a wavelength of 337 nm.
Die Pulswiederholungsfrequenz l/r liegt typischerweise bei 100 Hz, die Pulsdauer bei 200 ps. Zur Zeit t wird ein Laserpuls ausge-0 sendet und über ein optisches System mit Umlenkspiegel 9 durch ein Fenster 10 in Fahrzeugboden auf einen Teil des befeuchteten Streifens mit einem Fleckdurchmesser d gerichtet. Durch die Laserstrahlung wird die gebildete Verbindung zur Emission eines Fluoreszenzstrahlungsimpulses im Wellenlängenbereich um 500 nm angeregt.The pulse repetition frequency l / r is typically 100 Hz, the pulse duration at 200 ps. At time t a laser pulse is sent out and over an optical system with deflection mirror 9 through a window 10 in the vehicle floor directed a part of the moistened strip with a spot diameter d. By the laser radiation becomes the connection formed for the emission of a fluorescence radiation pulse excited in the wavelength range around 500 nm.
Die Fluoreszenzstrahlung wird von einem optischen System 8 empfangen, durch das frequenzselektive Element 7 spektral zerlegt, von Photodetektoren 6 registriert und von der elektronischen Auswerteeinheit 5 verarbeitet. Zu den Zeitpunkten t + und (n = 1,2,3,...) werden weitere Laserpulse ausgesendet und Fluoreszenzpulse registriert. Da sich das Fahrzeug mit der Geschwindigkeit v bewegt, wird von jedem Laserpuls ein anderes Flächenstück mit dem Durchmesser d bestrahlt. Dabei wird d zweckmäßigerweise so gewählt, daß sich nacheinander bestrahlte Flächenstücke berühren oder überlappen. Wird z.B. d = 2 vt gesetzt, so wird ein Streifen der Breite kontinuierlich überdeckt.The fluorescence radiation is received by an optical system 8, spectrally broken down by the frequency-selective element 7, registered by photodetectors 6 and processed by the electronic evaluation unit 5. At times t + and (n = 1, 2, 3, ...), further laser pulses are emitted and fluorescence pulses are registered. Since the vehicle moves with the speed v, a different area with the diameter d is irradiated by each laser pulse. In this case, d is expediently chosen so that successively irradiated areas touch or overlap. If, for example, d = 2 vt is set, then it becomes a strip of width continuously covered.
Vorzugsweise ist die Richtung der optischen Achse der Vorrichtung B quer zur Längsachse des Fahrzeugs ablenkbar, so daß der befeuchtete Bodenstreifen über einen breiteren Bereich quasi punktweise abgetastet werden kann.Preferably the direction is the optical axis of the device B deflectable transversely to the longitudinal axis of the vehicle, so that the moistened floor strip can be scanned point by point over a broader area.
Zur Analyse wird die Fluoreszenzstrahlung in dem Polychromator 7 in spektrale Intervalle (Kanäle) zerlegt. Die Verteilung der Intensität über die spektralen Kanäle ist charakteristisch für die fluoreszierende Substanz, z.B. Indoxyl. Durch Bestimmung der Intensitätsverteilung kann das Vorhandensein der gebildeten Verbindung nachgewiesen werden. Die Zahl der Spektralkanäle bestimmt dabei die Selektivität des Nachweises und die Empfindlichkeit gegenüber Untergrundeinflüssen. Zur Auswertung werden die vom Polychromator 7 räumlich getrennten spektralen Anteile von dem Detektor 6 in zugeordnete elektrische Signale umgewandelt und in dem elektronischen System 5 verarbeitet. Dabei werden aus den Signalen abgeleitete elektrische Größen mit gespeicherten Werten verglichen, die für das Spektrum der gebildeten Verbindung charak- teristisch sind. Bei einem vorgegebenen Maß an Übereinstimmung erscheint auf einem Anzeigegerät eine Meldung, daß die erwartete Verbindung vorhanden ist.For the analysis, the fluorescence radiation in the polychromator 7 in spectral intervals (channels) broken down. The distribution of the intensity over the spectral Channels is characteristic of the fluorescent substance, e.g. indoxyl. By Determination of the intensity distribution can determine the presence of the connection formed be detected. The number of spectral channels determines the selectivity the detection and the sensitivity to background influences. To the results the spectral components spatially separated by the polychromator 7 are from the detector 6 converted into associated electrical signals and stored in the electronic system 5 processed. Electrical quantities derived from the signals are included stored values compared to those for the spectrum of the compound formed character- are teristic. At a given level of correspondence A message appears on a display device that the expected connection exists is.
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