Sprengstoffe zuverlässig detektieren

Ständige Weiterentwicklungen besonders auf dem Sektor der Erkennung von Sprengstoffen, zum Beispiel im Passagierluftverkehr und der Luftfracht, haben in den letzten Jahren enorme Fortschritte erzielt. Die Herausforderung besteht allerdings darin, neben den klassischen physikalischen beziehungsweise chemischen Rahmendingen auch die individuellen Abläufe der Applikation zu berücksichtigen.

In der Regel werden durch Anwendung der Röntgentechnik die zu transportierenden Gegenstände (zum Beispiel Gepäck oder Luftfracht) durchleuchtet. Aufgrund von Materialstärke und Dichte des Inhaltes kann dann eine Bewertung durch die LSSK (Luftsicherheitskontrollkraft) erfolgen, wobei aktuell für die Flugastkontrolle auch bereits CT -basierte Systeme mit automatischer Auswertung zum Einsatz kommen.

Jedoch hat die Röntgentechnik auch ihre Grenzen. Aufgrund der entsprechenden gesetzlichen Rahmendbedingungen bei der Anwendung von Röntgenstrahlung sind der Durchstrahlung von Objekten mit hoher Materialstärke Grenzen gesetzt, da aufgrund der örtlichen Gegebenheiten im Terminalbereich eines Flughafens umfangreiche Absperrmaßnahmen gemäß Strahlenschutzverordnung sehr aufwendig und weder operational noch wirtschaftlich sinnvoll realisierbar wären.

Parallel erfolgte jedoch in den letzten Jahren die kontinuierliche Weiterentwicklung der sogenannten Ionenmobilitätsspektrometrie (IMS). Es handelt sich dabei um ein Verfahren, das in der Lage ist, selbst kleinste Partikel in Nanogrammgröße (= 10-9 g) zu analysieren. Die Partikel werden dabei mit einem beschichteten Papierstreifen von der Oberfläche des zu überprüfenden Objektes aufgenommen und dann in die Probenaufnahmeeinheit des IMS-Gerätes eingeführt.

Die aufgenommenen Partikel werden nach der Dampfphase ionisiert in einer sogenannten Driftröhre einem elektrischen Feld ausgesetzt. Sie erfahren somit eine Beschleunigung. Durch Einsatz einer Messeinheit wird dann im Zusammenwirken mit einer speziellen Analysesoftware mit speziellen Algorithmen die Geschwindigkeit ermittelt. Somit kann durch dieses automatische Verfahren eine relativ eindeutige Klassifizierung der Substanz erfolgen, da jede Substanz durch ihre charakteristische Driftgeschwindigkeit gekennzeichnet ist.

Der aktuelle Wert wird dabei in Echtzeit mit den gespeicherten Spektrum- Datenbankparametern von als gefährlich eingestuften Substanzen im Gerät verglichen. Bei einer Übereinstimmung wird ein Alarm generiert. Für eine spätere, eventuell zeitraumbezogene Auswertung der ermittelten Daten (täglich, wöchentlich, etc.) sind alle Messergebnis auch in einer Ereignisdatenbank abrufbar. Die Daten können als Protokollnachweis auf Datenträger (zum Beispiel einem USB Stick), per Netzwerkverbindung oder als Papierausdruck verwendet werden.

IMS Detektionsgeräte sind sowohl als Tischgerät für den stationären Einsatz als auch als tragbare Ausführung für den mobilen Einsatz auf dem Markt erhältlich. Das angewendete IMS Verfahren bedingt jedoch stabile Prozessparameter (unter anderem Luftfeuchtigkeit, Druck und Temperatur) innerhalb des Gerätes. Dieser Randbedingung wird durch Einsatz hochentwickelter elektronischer Schaltungstechnik in Kombination mit entsprechenden SW Algorithmen Rechnung getragen, um auch bei wechselnden Umgebungsbedingungen stabile und zuverlässige Ergebnisse sicherzustellen

Somit wird bei relativ geringem Fehlalarm zugleich eine hohe durch internationale Organisationen (ECAC/ TSA) geforderte Detektion erzielt.

Die IMS Analysemethode lässt sich jedoch neben der Sprengstoffdetektion auch für eine Vielzahl andere Applikationen verwenden. Zollapplikationen haben sich in den letzten Jahren zunehmend als potenzielle Einsatzfelder herausgestellt. Aktuell befindet sich gerade die legale Verwendung von Cannabis in der öffentlichen Diskussion. Die eindeutige Detektion der Substanz gestaltet sich als schwierig, da es derzeit mehr als 100 unterschiedliche Cannabinoide der Cannabispflanze existieren. IMS Geräte sind in der Lage, neue Versionen mit veränderten Spektren zu „lernen“, um somit die Datenbank zu erweitern und eine Detektion von Drogen zu ermöglichen. Aufgrund der hohen Empfindlichkeit genügen dabei bereits gering Mengen im Nanogrammbereich.

In der Umweltanalytik findet IMS ebenfalls neu Anwendungsgebiete. Schärfere Vorgaben in der Gesetzgebung führen zur Entwicklung von noch präziseren Analyseinstrumenten mit gleichzeitiger Erhöhung der Benutzerfreundlichkeit, analytischer Flexibilität und kürzeren Analysezeiten. Besonders die Verwendung von nicht- radioaktiven Ionenquellen wie zum Beispiel durch Photoionisation oder Corona-Entladung ermöglicht die Bestimmung von aromatischen und ungesättigten Verbindungen.

Aufgrund der rasanten technischen Entwicklung auf dem Sektor der künstlichen Intelligenz sowie der ständig fortschreitenden Miniaturisierung der Elektronik (Nanoelektronik) bieten sich weitere Anwendungsmöglichkeiten der Technologie sowie neue Märkte.

Dazu zählen unter anderem die pharmazeutische Industrie, die Bestimmung von Kontaminanten in Lebensmittelproben, die Analyse von biologischen Flüssigkeiten und die Umweltanalyse von Schadstoffen in gasförmigen, flüssigen und festen Proben.

Hans-Detlef Dau, Geschäftsführer D-TeC System Consulting GmbH