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© composition GmbH 2011 Sprengstoffdetektion Seite 1 Detektion und Identifizierung von Sprengstoffen mit chemischen Schnelltests

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Detektion und Identifizierung

von Sprengstoffen mit chemischen Schnelltests

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© composition GmbH 2011 Sprengstoffdetektion Seite 2Abb. 1: Räumstelle (Quelle: Charly Wahlen, Feuerwerker)

Räumstelle:

Arbeit abgeschlossen?

Oder gibt es hier noch Sprengstoffreste?

?

??

?

?

Problem:

-Boden kontaminiert

-Auftrag nicht erfüllt

-Beihilfe zum Terrorismus

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© composition GmbH 2011 Sprengstoffdetektion Seite 3

Gliederung:

Einleitung

Physikalische Verfahren

Chemische Verfahren

(inklusive Verfahrensvergleichen physikalische / chemische Verfahren)

Anwendung von Schnelltests

Praxis

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© composition GmbH 2011 Sprengstoffdetektion Seite 4

Erkennen / Nachweisen von Sprengstoffen

Keine Technologie erkennt Sprengstoffe direkt

Erkennung anhand charakteristischer Stoffeigenschaften

Einleitung

Physikalische Stoffeigenschaften

Dichte

Molekülgewicht und

Strömungseigenschaften

Reaktion auf Anregung (Laser,

elektromagnetische Strahlung)

Detektionsgeräte

Chemische Stoffeigenschaften

Bestimmte, reaktive

Molekülbestandteile - abhängig

von Sprengstoffart / - gruppe

Chemische Schnelltests

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© composition GmbH 2011 Sprengstoffdetektion Seite 5

Physikalische Detektionsverfahren

(Beispielhaft einige bekannte und im Einsatz befindliche Verfahren)

Ionen-Mobilitäts-Spektrometrie (IMS)

Quadrupol-Resonanz-Verfahren (QR, NQR)

Raman-Spektroskopie

(Es gibt darüber hinaus weitere Verfahren, bzw. Varianten oder Kombinationen dieser Technologien.

Desweiteren arbeitet die Forschung derzeit an vielen neuen Technologien.)

Physikalische Detektionsverfahren

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© composition GmbH 2011 Sprengstoffdetektion Seite 6

Ionen-Mobilitäts-Spektrometrie (IMS) Beschreibung

Physikalische Detektionsverfahren

Abb. 2: Schematische Darstellung eines Inonenmobilitätsspektrometers

(Quelle: Internet / Uni Duisburg-Essen)

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© composition GmbH 2011 Sprengstoffdetektion Seite 7

Ionen-Mobilitäts-Spektrometrie (IMS) Übersicht

Verfahren: Drift von Ionen in einem elektr. Feld gegen ein Gas

Stoffeigenschaft: Geschwindigkeit der Ionen unter def. Bedingungen

Darstellung: Diagramm mit Mengenverteilung je Stoff

Detektion / Menge: gut geeignet (anschließende Reinigung nötig!)

Detektion / Spur: gut geeignet

Detektion / Bodenproben: grundsätzlich geeignet, jedoch Mobilitätsnachteile

(z.T. Umgebungsbedingungen problematisch)

Besonderheit: kann theoretisch auch andere Stoffe erkennen

Sekundäre Gefahren: radioaktive Strahlungsquelle (für Ionisation)

Physikalische Detektionsverfahren

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© composition GmbH 2011 Sprengstoffdetektion Seite 8

Ionen-Mobilitäts-Spektrometrie (IMS) Beispiel

Physikalische Detektionsverfahren

Abb. 3: Mobiles IMS-Gerät mit Darstellungsoptionen (Quelle: Internet / Smith Detection)

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© composition GmbH 2011 Sprengstoffdetektion Seite 9

Quadrupol Resonanz (QR) Beschreibung

Physikalische Detektionsverfahren

Abb. 4: Prinzipskizze QR (Quelle: Internet / Uni Dortmund)

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Quadrupol Resonanz (QR) Übersicht

Verfahren: Resonanz bei Anregung mit stark gepulstem,

magn. Wechselfeld (vgl. Kernspinresonanztomogr.)

Stoffeigenschaft: Quadrupol-Moment (magnet. Resonanz des

Atomkerns; nicht bei allen Atomen/Sprengstoffen!)

Detektion / Menge: geeignet (Probleme mit TNT!)

Detektion / Spur: geeignet (Probleme mit TNT!)

Detektion / Bodenproben: eher ungeeignet (Probleme mit TNT!),

bisher keine wirklich mobilen Systeme verfügbar

Besonderheit: sehr aufwendige, teure Technologie

Physikalische Detektionsverfahren

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Quadrupol Resonanz (QR) Beispiel

Physikalische Detektionsverfahren

Abb. 5: QR-Torbogendetektor (Quelle: Internet / Smith Detection)

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Raman-Spektroskopie Beschreibung

Physikalische Detektionsverfahren

Abb.6: Skizze Raman-Spektroskopie (Quelle: Internet / Machnik) Abb. 7: Raman – Spektrum (Quelle: Internet / Machnik)

Laser

Photomultiplier

Quantenphotometer x-y-Schreiber

Probe

Polarisator

Monochromator

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Raman-Spektroskopie Übersicht

Verfahren: Bestrahlung mit monochromatischem Licht / Laser

Stoffeigenschaft: gestreutes Licht mit charakt. (zusätzl.) Farben

Darstellung: Farbspektrum Softwareauswertung

Detektion / Menge: geeignet

Detektion / Spur: ungeeignet (benötigt sichtbare Mengen)

Detektion / Bodenproben: ungeeignet (wird durch Verunreinigungen gestört)

Besonderheit: auch Stoffe in durchsichtigen Behältern,

berührungslos

Sekundäre Gefahren: Laserlicht (z.B. First Responder: ca. 300 mW),

Laser kann bestimmte Sprengstoffe auslösen

Physikalische Detektionsverfahren

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Raman-Spektroskopie Beispiel

Physikalische Detektionsverfahren

Abb. 8: Raman - Detektionsgerät (Quelle: Internet / Smith Detection)

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Chemische Detektionsverfahren

Vorteile chem. Detektionsverfahren in Bezug auf die Kampfmittelbeseitigung:

Sehr geringe Anfangsinvestition

(Schnelltests: Grundausstattung ca. 100-800 EUR; Geräte: > 12.000 EUR)

Überschaubare Nutzungskosten – insb. bei geringer Nutzungsintensität

(Schnelltests: ca. 10-25 EUR / Test; Geräte: [stark abhängig von der verwendeten Technologie und Nutzungsintensität])

Lange und problemlose Lagerung (z.B. im Einsatzfahrzeug)

(Schnelltests: ca. 18 Monate bei -20 bis +50°C; Geräte: sehr empfindlich für wechselnde Umgebungsbedingungen, Störfaktoren etc.)

Einsatzbereit ohne Vorbereitungszeit

(Schnelltests: sofort; Geräte: z.B. IMS: 1-2 h Kalibrierung vor dem Einsatz, 2-24h Regeneration nach großen Sprengstoffmengen)

Einfache Handhabung, minimaler Schulungsaufwand

Geringe Fehlalarmrate

(Schnelltests: < 0,1%; Geräte, z.B.IMS: ca. 10% - abhängig von Empfindlichkeitseinstellung)

Chemische Detektionsverfahren

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© composition GmbH 2011 Sprengstoffdetektion Seite 16

Chemische Detektionsverfahren

Zwei grundsätzlich verschiedene Anwendungen:

Chemische Detektionsverfahren

Spurensuche / Scanning

Hohe Empfindlichkeit

(Erkennen unsichtbarer Spuren)

Möglichst viele verschiedene

Sprengstoffe (Ergebnis: JA / NEIN)

Beispiel:

Zugangskontrollen

Identifizierung

Geringere Empfindlichkeit

(i.d.R. sichtbare Mengen)

Eindeutige Identifizierung eines

bestimmten Sprengstoffes

Beispiel:

USBV/Bombenfund

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© composition GmbH 2011 Sprengstoffdetektion Seite 17

Chemische Detektionsverfahren

Chemische Detektionsverfahren

Spurensuche / Scanning

Beispiel:

ELITE EL 100

Identifizierung

Beispiel:

IDEX-001

Abb. 9: ELITE EL 100 – Test

(Quelle: Field Forensics, Inc.)

Abb. 10: IDEX – Test

(Quelle: Field Forensics, Inc.)

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© composition GmbH 2011 Sprengstoffdetektion Seite 18

Sprengstoffschnelltest ELITE EL 100

für Spurensuche und Scanning

Chemische Detektionsverfahren

Abb. 11: ELITE EL 100 – Test

(Quelle: Field Forensics, Inc.)

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© composition GmbH 2011

ELITE EL 100 - Beschreibung

Partikelbasierter Test für Sprengstoffe

Erkennung fast aller Sprengstoffarten

- nitro-aromatische Sprengstoffe (z.B. TNT, Tetryl, Pikrinsäure)

- aliphatische Sprengstoffe (z.B. PETN, RDX, HMX, Nitroglyzerin)

- anorganische Sprengstoffe (z.B. ANFO, Schwarzpulver)

Sicherer Nachweis auch kleinster Mengen (Nanogramm – Bereich)

Eindeutiges Ergebnis nach wenigen Sekunden

Sehr hohe Zuverlässigkeit

getestet und empfohlen

Chemische Detektionsverfahren

Sprengstoffdetektion Seite 19

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© composition GmbH 2011

ELITE EL 100 - Handhabung

1 Testkarte aus dem Umschlag nehmen,

Teststreifen herausziehen,

2 Mit der Testfläche über die zu prüfende

Oberfläche wischen [alle Oberflächen inklusive der

menschlichen Haut],

bzw. Bodenprobe auf der Fläche verreiben,

3 Teststreifen wieder in die Testkarte schieben,

Chemische Detektionsverfahren

Sprengstoffdetektion Seite 20

Abb. 12: ELITE EL 100 – Test

(Quelle: Field Forensics, Inc.)

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© composition GmbH 2011

ELITE EL 100 - Handhabung

4 Ampulle A (rechts) zerdrücken,

auf möglichen Farbwechsel warten,

bei Farbwechsel: STOP!

Es wurde ein Sprengstoff erkannt.

Ergreifen Sie die entsprechenden Maßnahmen.

Dieser Schritt erkennt alle TNT - basierten

Sprengstoffe und andere aromatische

Sprengstoffe

(nitro-aromatische Sprengstoffe).

Kein Farbwechsel: Weiter mit Schritt 5..

Chemische Detektionsverfahren

Sprengstoffdetektion Seite 21

Abb. 13: ELITE EL 100 – Test

(Quelle: Field Forensics, Inc.)

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© composition GmbH 2011

ELITE EL 100 – Handhabung

5 Testkarte erwärmen

[mit Heizplatte und Feuerzeug oder

batteriebetriebener Heizung],

6 Ampulle B (links) zerdrücken,

auf möglichen Farbwechsel warten,

bei Farbwechsel: STOP!

Es wurde ein Sprengstoff erkannt.

Ergreifen Sie die entsprechenden Maßnahmen.

Dieser Schritt erkennt aliphatische Sprengstoffe,

u.a. RDX, PETN, Semtex sowie Treibladungs-

pulver-Rückstände

Kein Farbwechsel: Weiter mit Schritt 7.

Chemische Detektionsverfahren

Sprengstoffdetektion Seite 22

Abb. 14: ELITE EL 100 – Test

(Quelle: Field Forensics, Inc.)

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© composition GmbH 2011

ELITE EL 100 - Handhabung

7 Reagenz-C-Aufkleber von der Rückseite

abziehen und in die Probenfläche drücken,

auf möglichen Farbwechsel warten (ggfs. 15 sec),

bei Farbwechsel: STOP!

Es wurde ein Sprengstoff erkannt.

Ergreifen Sie die entsprechenden Maßnahmen.

Dieser Schritt erkennt Nitrat - basierte

Sprengstoffe, ANFO (Ammonium-Nitrat-Fuel-Oil)

und Schwarzpulver [anorganische Sprengstoffe].

Chemische Detektionsverfahren

Sprengstoffdetektion Seite 23

Abb. 15: ELITE EL 100 – Test

(Quelle: Field Forensics, Inc.)

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© composition GmbH 2011 Sprengstoffdetektion Seite 26

Sprengstoffschnelltest IDEX-001

Identifizierung

Chemische Detektionsverfahren

Abb. 16: IDEX – Schnelltest

(Quelle: Field Forensics, Inc.)

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IDEX™ - Schnelltestsystem zur Identifikation von Substanzen

Einige bereits verfügbare IDEX™ Versionen:

– IDEX-001: Nitro-Aromate (z.B. TNT)

– IDEX-002: Ammonium - Nitrat

– IDEX-003: Harnstoff - Nitrat

– IDEX-004: Chlorate

– IDEX-005: Perchlorate

– IDEX-006: Nitrate

– IDEX-007: Phosphate

– (weitere in Vorbereitung)

Jeder IDEX™ Test ist für den einmaligen

Gebrauch gedacht.

Ein “positives” Testergebnis wird durch einen

eindeutigen Farbwechsel angezeigt.

IDEX™ wurde entwickelt,

um Sprengstoffe,

Selbstlaborate und deren

Vorprodukte / Inhaltsstoffe

zu identifizieren.

Chemische Detektionsverfahren

Sprengstoffdetektion Seite 27

Abb. 17: IDEX – Schnelltest

(Quelle: Field Forensics, Inc.)

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© composition GmbH 2011

IDEXTM – Handhabung

Öffnen Sie den Außenbehälter.

Entnehmen Sie den Innenbehälter mit dem Probennehmer.

Ziehen Sie die Schutzfolie ab.

Chemische Detektionsverfahren

Sprengstoffdetektion Seite 28

Abb. 18: IDEX – Schnelltest

(Quelle: Field Forensics, Inc.)

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© composition GmbH 2011

Chemische Detektionsverfahren

Sprengstoffdetektion Seite 29

IDEXTM – Handhabung

Probennehmer mit der klebrigen Spitze auf die Substanz drücken

(auch TNT-Brocken, Bodenproben etc.) – Partikel bleiben kleben

Probennehmer mit der Spitze voran in den Innencontainer schieben

und diesen verschließen.

Abb. 19: IDEX – Schnelltest

(Quelle: Field Forensics, Inc.)

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© composition GmbH 2011

Chemische Detektionsverfahren

Sprengstoffdetektion Seite 30

IDEXTM – Handhabung

Zerbrechen Sie die innere Ampulle

bei verschlossenem Innencontainer.

Halten Sie den Innencontainer hierbei

so, dass die Spitze des Probennehmers

nach unten zeigt und die Flüssigkeit in die

Spitze laufen kann.

Abb. 20: IDEX – Schnelltest

(Quelle: Field Forensics, Inc.)

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© composition GmbH 2011

Chemische Detektionsverfahren

Sprengstoffdetektion Seite 31

IDEXTM – Handhabung

Falls der Farbwechsel der Testspitze die Farbe der Markierung

(und Anleitung) zeigt, dann wurde ein positives Testergebnis erzielt

(fragliche Substanz detektiert).

Ein Beispiel für die Detektion eines Chlorates zeigt das Bild unten.

(Modell IDEX-004)

Abb. 21: IDEX – Schnelltest

(Quelle: Field Forensics, Inc.)

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© composition GmbH 2011

Chemische Detektionsverfahren

Sprengstoffdetektion Seite 32

IDEXTM – Handhabung

Wenn kein Farbwechsel zur indizierten

Farbe erfolgt, ist das Testergebnis

negativ für die fragliche Substanz.

Entsorgen Sie die Komponenten nach

dem Test, verwenden Sie diese keines-

falls wieder. Von Kindern fern halten.

Einige IDEX™ Chemikalien können

reizend wirken oder in größeren Mengen

schädlich sein.Abb. 22: IDEX – Schnelltest

(Quelle: Field Forensics, Inc.)

Page 31: Detektion und Identifizierung von Sprengstoffen mit ...dfabgmbh.de/wp-content/uploads/FT11/0411.pdf · Raman-Spektroskopie Beschreibung Physikalische Detektionsverfahren Abb.6: Skizze

© composition GmbH 2011

Anwendungen in der Kampfmittelbeseitigung

Abwurfmunition, Granaten etc. enthalten in der Regel

Sprengstoffmischungen mit TNT, welches ausgewaschen

werden kann, bzw. in alten Sprengtrichtern oder nach

unsachgemäßen Sprengungen in Form von Klumpen

zurückbleibt.

Sowohl TNT-Klumpen als auch Rückstände im Boden

können durch chemische Sprengstoffschnelltests schnell,

zuverlässig und preiswert nachgewiesen werden.

Empfohlene Schnelltests:

- ELITE EL 100 – Phase „A“

- IDEX-001

Chemische Detektionsverfahren

Sprengstoffdetektion Seite 33

Page 32: Detektion und Identifizierung von Sprengstoffen mit ...dfabgmbh.de/wp-content/uploads/FT11/0411.pdf · Raman-Spektroskopie Beschreibung Physikalische Detektionsverfahren Abb.6: Skizze

© composition GmbH 2011

Fragen?

Sprengstoffdetektion Seite 34

Abb. 23: ELITE EL 100 – Schnelltest

(Quelle: Field Forensics, Inc.)

Page 33: Detektion und Identifizierung von Sprengstoffen mit ...dfabgmbh.de/wp-content/uploads/FT11/0411.pdf · Raman-Spektroskopie Beschreibung Physikalische Detektionsverfahren Abb.6: Skizze

© composition GmbH 2011

Vielen Dank für Ihr Interesse!

Kontakt:

Dipl.-Ing.

Arnd J. LemhoeferLfzWaMunTOffz

composition GmbH

Im Kamp 31

52391 Vettweiß/ Deutschland

T: +49 - 24 24 - 20 37 30

F: +49 - 24 24 - 20 37 31

M: +49 - 176 - 43 01 46 25

E: [email protected]

Sprengstoffdetektion Seite 35

Abb. 24: ELITE EL 100 – Schnelltest

(Quelle: Field Forensics, Inc.)