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Obst iR Kurt Gärtner

Neuer Sprengstoffschnüffler PTR-MS

Europa fürchtet Terroranschläge. Paketbomben, wie sie in jüngster Zeit auftauchten, könnten mit einer neuen Technologie rechtzeitig entdeckt werden. Forscher der Universität Innsbruck haben hierzu den Sprengstoffschnüffler PTR-MS (Protonen-Tausch- Reaktion-Massenspektrometrie) entwickelt. Durch diese Technologie sollen auch winzige Konzentrationen explosiver Stoffe in der Luft festgestellt werden können. 


PTR-MS erlaubt die Bestimmung der Masse von Teilchen im Verhältnis zu ihrer elektrischen Ladung. Aus diesen Verhältnissen können die einzelnen, in der analysierten Luft enthaltenen Substanzen einfach nachgewiesen und identifiziert werden. Die Analyse ist so ausgeklügelt, dass auch Stoffe ähnlicher Strukturen und Zusammensetzungen unterschieden werden können.
  Bei PTR-MS wird aus gewöhnlichem Wasserdampf in einer speziell entwickelten Hohlkathoden-Ionenquelle H3O (Hydronium) erzeugt und direkt in die nachfolgende Driftröhre eingeführt. In der Driftröhre findet anschließend der Protonentausch statt, dabei wechselt ein Proton des Hydroniums zu dem zu untersuchenden Molekül, das nachher von einem quadrupolen Massenspektrometer analysiert wird.
  Forscher des Instituts für Ionenphysik und Angewandte Physik (Universität Innsbruck) sowie des Spin-Off Unternehmens IONICON Analytik haben das Verfahren in den letzten Jahren entscheidend verbessert. Federführend beteiligt an der Forschung waren Dr. Philip Sulzer und Univ.-Prof. Dr. Tilmann D. Märk.
Leistungen
Ein PTR-MS-Instrument kann Sprengstoffe, wie das zuletzt in den Paketbomben in London und Dubai gefundene PETN, ohne Zeitverzug entdecken. Das gilt auch für chemische Kampfstoffe und weitere gefährliche Substanzen. Neue Stoffe können mit einem Software-Update relativ rasch in das Erkennungssystem integriert werden. Es reagiert bereits auf einzelne Moleküle und kann daher frühzeitig Gefahren aufspüren, womit sofort Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können. Die direkte Zufuhr von Gasproben ohne Verwendung von Eichgasen und eine quadrupole Massenspektrometrie tragen zur Echtzeitauswertung und Einfachheit der Messgeräte bei.
  Ein Molekül unter 10.000 Mrd. Teilchen genügt, um eine gefährliche Substanz nachzuweisen und zu erkennen. Möglich wurde diese Kombination von großer Empfindlichkeit und vielen Anwendungsoptionen primär durch die Entwicklung einer neuen Ionenquelle. Damit kann ein sehr reiner Ionenstrahl aus protoniertem Wasser (H3O), bzw. Stickstoffmonoxid-Ionen (NO) oder Sauerstoff-Ionen (O2) erzeugt werden. Dem Kontrolleur ist es möglich, zwischen den drei Ionenarten rasch umzuschalten und die jeweilige Messung in Echtzeit abzulesen. Mit dieser Methode können alle bekannten Sprengstoffe (TNT, TNB, RDX, HMX, PETN) nur durch die Messung der Headspace bei Raumtemperatur nachgewiesen und identifiziert werden. Bei der Headspace-Technik wird nicht die ganze Probe injiziert, sondern nur der Gasraum darüber (Kopfraum). Da feste Sprengstoffe extrem niedrige Dampfdrücke besitzen, ist eine hohe Messempfindlichkeit der Instrumente notwendig.
Praktischer Einsatz
PTR-MS-Messgeräte kommen dz. in Bereichen wie Umweltphysik, in militärischen Einrichtungen und in der Lebensmittelindustrie zum Einsatz. Weitere Anwendungsgebiete stellen die Biologie, Prozessüberwachung und die Atemanalyse in der Medizin dar. Bisher wurden bereits 200 Geräte, die auf der PTR-MS-Technologie beruhen, verkauft.
  Im Rahmen der Europäischen Verteidigungsagentur EDA wurde für das Projekt „GUARDED“ (Generic Urban Area Roboterized Detection of CBRNE Devices) eine einfach zu bedienende Software entwickelt, die bei Entdeckung von Drogen, Spreng- und Kampfstoffen sofort Alarm schlägt.
  Der große Nachteil der bisher hauptsächlich verwendeten (Ionenmobilitätsspektrometrie) IMS-Technologie soll sein, dass sie auch auf nicht gefährliche Substanzen, wie bestimmte Parfüms, anspricht. Im Vergleich zur IMS-Technologie erlauben Systeme auf der Basis der Massenspektrometrie eine bessere Unterscheidung chemischer Substanzen, was zu einer geringeren Fehlalarmrate führt. Für den professionellen Einsatz von PTR-MS-Geräten zur Entdeckung von Sprengstoffen fehlen eigentlich nur noch geeignete Sampling- Apparaturen. Pakete würden dann auf ein Fließband gelegt, automatisch angeblasen und analysiert. In Österreich gäbe es die Intelligenz, aber es kommt besonders darauf an, auch die Forschung nachhaltig zu fördern.
  Die EU ist bemüht, mit Bedacht auf die Bedrohung durch Paketbomben zu reagieren. Sollten aber alle Flughäfen verpflichtet werden, kostspielige digitale Sprengstoffschnüffler zu kaufen und diese zu verwenden, könnten die Paketsendungen deutlich teurer werden. Wer jedoch bei der Sicherheit spart, gefährdet das Leben von Menschen. 

DER SOLDAT-Ausgabe Nr. 2/2011 vom 21. Jänner

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