用于借助于表面增強(qiáng)振動(dòng)光譜法探測并且證實(shí)在氣相中存在的難揮發(fā)性物質(zhì)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于證實(shí)在氣相中存在的難揮發(fā)性物質(zhì)、特別是危險(xiǎn)物質(zhì)的方法。難揮發(fā)性物質(zhì)可以已經(jīng)在氣相中存在或者剛剛轉(zhuǎn)化為氣相。
【背景技術(shù)】
[0002]這種方法和所屬的裝置用于識(shí)別并且證明化學(xué)物質(zhì)或化合物、特別是爆炸性的和/或危害健康的物質(zhì)、例如有毒工業(yè)化學(xué)物質(zhì)、化學(xué)性戰(zhàn)劑或毒品。
[0003]對(duì)爆炸性的和/或極其有毒的化學(xué)化合物的證明需要具有在ppt至ppb范圍內(nèi)(ppb = parts per bill1n，其中IBill1n = 1*109)的證明界限的測量方法，特別是當(dāng)所述物質(zhì)、例如塑膠炸藥具有極小的蒸汽壓力時(shí)。為了識(shí)別并且證明所述化學(xué)化合物通常使用光譜儀。
[0004]如果充足地存在待檢驗(yàn)的物質(zhì)，則為了證實(shí)而使用例如FTIR(Fourier TransformInfraRed Spektroskopie，傅里葉變換紅外光譜法)或拉曼光譜法的方法。所具有的缺點(diǎn)是，在FTIR中，為了分析，所述物質(zhì)必須被接觸并且被運(yùn)送到分析表面(ATR窗)上。在一些炸藥、例如過氧化物的情況下，可能因此引起爆炸。
[0005]在拉曼光譜法中，以高強(qiáng)度的激光照射試樣，并且分析反射的光。所具有的缺點(diǎn)是，雖然不必再接觸所述試樣，但是激光束的高強(qiáng)度能夠足以引起爆炸。此外，在拉曼光譜法中附加地出現(xiàn)，熒光化合物的殘余物的熒光可以與拉曼光譜重疊。
[0006]多種化學(xué)物質(zhì)以及同樣多種炸藥也可以通過氣相來證明，因?yàn)樗龌瘜W(xué)物質(zhì)以及所述炸藥具有足夠的蒸汽壓力。
[0007]作為用于分析多種物質(zhì)的微小含量的方法公知的是表面增強(qiáng)拉曼光譜法(也稱為SERS = Surface Enhanced Raman Spectroscopy)以及表面增強(qiáng)紅外線吸收光譜法(也稱為 SEIRA = Surface Enhanced Infrared Absorpt1n Spectroscopy)。這兩種方法是所謂的表面增強(qiáng)振動(dòng)光譜法(SEVS)的變體。
[0008]在這兩種方法中使用所謂的等離子體的基底或表面，基底或表面具有有利于激發(fā)局部化的等離子體的表面結(jié)構(gòu)。這導(dǎo)致一方面增強(qiáng)拉曼散射，另一方面增強(qiáng)紅外線吸收。通過所述等離子體的基底或表面達(dá)到下述的證明界限，所述證明界限比完全的拉曼光譜或紅外線吸收光譜的證明界限小多個(gè)數(shù)量級(jí)。在使用等離子體表面的情況下，典型地將流體或流體微滴施加在所述表面上。與此相反，等離子體表面用于分析氣態(tài)物質(zhì)的應(yīng)用被看作是困難的，因?yàn)闅鈶B(tài)物質(zhì)不能或者僅僅以微小的量且不均勻地積聚在基底上，從而盡管進(jìn)行了高的增強(qiáng)仍然難于可靠地證明。一種用于解決所述問題的公知的方法是，產(chǎn)生增大的高效的等離子體激活的表面，例如其方式是，使用多個(gè)具有等離子體激活的表面的毛細(xì)管。另一種方法是冷卻基底。然而在此不利的是，這特別是導(dǎo)致在基底上極強(qiáng)地吸附水份，所述吸附使待測量的物質(zhì)的積聚變得困難并且由此也使所述物質(zhì)的證明變得困難。
[0009]另外的公知的用于分析氣相的方法是離子活性光譜法(MS)，該方法也稱為等離子體色譜分析法、以及其他光譜方法、例如特別是質(zhì)譜法。
[0010]在頂S方法中，不同于其他光譜方法、例如質(zhì)譜法地，不需要用于產(chǎn)生真空的真空栗。因此，頂S在其構(gòu)型上與質(zhì)譜儀相比是小的并且成本低廉的。頂S與質(zhì)譜儀相比較小的分辨率是不利的，因?yàn)橛捎谳^差的分辨率可以使誤報(bào)率變得較高。
[0011]例如在G.A Eiceman 和 Z.Karpas 的 “ 1n Mobility Spectrometry (離子活性光譜學(xué))”(第二版，CRC，Boca Raton, 2005)中得到關(guān)于MS及其應(yīng)用的普遍概述。
[0012]多種危險(xiǎn)物質(zhì)、例如基于RDX(環(huán)三亞甲基三硝胺)的炸藥具有僅僅低的蒸汽壓力，從而處于氣相的這種危險(xiǎn)物質(zhì)傾向于已經(jīng)吸附在氣體導(dǎo)向通道的壁上，從而難于將所述危險(xiǎn)物質(zhì)輸送到測量單元中。
[0013]由US 6，947，132 B1公知了一種用探測揮發(fā)性有機(jī)化合物的熱電冷卻的SERS傳感器系統(tǒng)。所述系統(tǒng)具有解吸器，所述解吸器包含吸附物，以便預(yù)濃縮氣體混合物。在預(yù)濃縮之后，解吸器被加熱，以便將氣體混合物釋放到測量單元中。SERS結(jié)構(gòu)布置在測量單元中，利用熱電冷卻器冷卻所述結(jié)構(gòu)。氣體混合物達(dá)到已冷卻的SERS結(jié)構(gòu)。對(duì)冷卻器的溫度的選擇可以使確定的分析物在SERS結(jié)構(gòu)上冷凝，因?yàn)椴煌姆治鑫镌诓煌臏囟认吕淠?。涉及的是使苯冷凝?5°C的溫度、使甲苯冷凝的9°C的溫度以及使MTBE(甲基叔丁基醚)冷凝的_5°C的溫度。此外，所述公知的系統(tǒng)具有用于進(jìn)行SERS方法的激光器和光譜儀。
[0014]由US 2007/0140900 A1公知的是，利用熱電冷卻器將用于SERS測量的納米結(jié)構(gòu)表面冷卻到由0°C至20°C范圍內(nèi)的溫度，在所述溫度下所關(guān)注的殘余化學(xué)物質(zhì)吸附在表面上。
[0015]由US 2012/0133932 A1公知的是，熱電元件一方面用于冷卻SERS基底，以便促進(jìn)所選擇的分析物的冷凝和吸附，并且另一個(gè)方面用于加熱SERS基底，以便更新所述基底的用于下次分析的表面。
[0016]US 6，610，977 B2描述了一種安全系統(tǒng)，其中，離子活性光譜(MS)傳感器與作為第二傳感器的SERS傳感器進(jìn)行組合。這種組合由US 2009/0238723 A1得知。在MS傳感器的下游連接的SERS傳感器的特征在于將在MS傳感器中產(chǎn)生的離子的光譜替代原始物質(zhì)的光譜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]本發(fā)明的目的在于，證明并且以高的可靠性證實(shí)能在氣相中存在的或轉(zhuǎn)化為氣相的低濃度危險(xiǎn)物質(zhì)。
[0018]該目的通過具有獨(dú)立權(quán)利要求1所述特征的方法和具有獨(dú)立權(quán)利要求19所述特征的裝置來實(shí)現(xiàn)。所述方法和所述裝置的優(yōu)選的實(shí)施方式在從屬權(quán)利要求中確定。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)具體的實(shí)施方式具有下述步驟:
[0020]-加熱測量單元和與測量單元連接的氣體輸送裝置，
[0021]-對(duì)布置在測量單元中的等離子體表面調(diào)節(jié)溫度，以使得等離子體表面具有比測量單元和氣體輸送裝置低的溫度，
[0022]-將氣相輸送到測量單元中，以使得所述氣相到達(dá)已調(diào)節(jié)溫度的等離子體表面上，
[0023]-使用包括以電磁射束照射等離子體表面的SEVS方法用于證明在氣相中包含的危險(xiǎn)物質(zhì)。
[0024]所述調(diào)節(jié)溫度可以要求主動(dòng)地冷卻等離子表面。根據(jù)物質(zhì)從氣相中吸附在已冷卻的表面的部分對(duì)包含在氣相中的危險(xiǎn)物質(zhì)進(jìn)行證明。除了對(duì)氣體輸送裝置也可以對(duì)整個(gè)與測量單元連接的氣體導(dǎo)向系統(tǒng)進(jìn)行加熱。這阻止了物質(zhì)吸附在測量單元的和氣體導(dǎo)向系統(tǒng)的內(nèi)表面上。因此防止由于吸附的物質(zhì)污染內(nèi)壁。這特別是阻止將這些物質(zhì)延用到下次的測量中。此外，優(yōu)化了根據(jù)本發(fā)明的方法的證明靈敏度，因?yàn)樗P(guān)注的物質(zhì)最終可以吸附在等離子表面上。
[0025]在SERS作為分析方法的情況中，所使用的電磁射束優(yōu)選地是激光束。不僅在SERS中而且在SEIRA中如同波長通常用于SERS或SEIRA那樣地也使用在可見光譜范圍以外的波長。所述波長如同電磁射束的在SEIRA的情況中適合的光源地對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言同樣是公知的。
[0026]如果將根據(jù)本發(fā)明的方法與一個(gè)獨(dú)立的另外的測量方法進(jìn)行組合，則提高了測量的安全性。在此，可以在測量單元中進(jìn)行SERS和SEIRA的組合分析法。
[0027]此外，可以有利地使SEVS分析法與非光學(xué)的氣