Носитель для отбора пробы малолетучего органического вещества и устройство для ввода пробы с его использованием
Полезная модель относится к области аналитического приборостроения для исследования и анализа веществ и преимущественно может быть использована в приборах спектрометрии подвижности ионов для обнаружения и идентификации следовых количеств малолетучих органических веществ, прежде всего, наркотических, взрывчатых, психотропных, отравляющих или экологически опасных веществ.
Носитель содержит лист гибкого материала, выполненный из алюминиевой фольги.
Устройство содержит корпус, крышку, установленную на корпусе с возможностью открывания внутренней полости корпуса, размещенный внутри корпуса нагреватель, выполненный с возможностью нагрева до температуры 150-260°С, патрубок для отвода воздуха, сообщающийся с внутренней полостью корпуса, и присоединенный к патрубку побудитель расхода воздуха.
Полезная модель обеспечивает снижение вероятности пропуска малолетучего органического вещества, а также повышение удобства и снижение стоимости эксплуатации устройств для обнаружения малолетучих органических веществ на основе спектрометрии подвижности ионов. 2 н.п. ф-лы, 2 з.п. ф-лы, 1 илл.
Полезная модель относится к области аналитического приборостроения для исследования и анализа веществ и преимущественно может быть использована в приборах спектрометрии подвижности ионов для обнаружения и идентификации следовых количеств малолетучих органических веществ, прежде всего, наркотических, взрывчатых, психотропных, отравляющих или экологически опасных веществ.
Известен носитель для отбора пробы малолетучего органического вещества с поверхности контролируемого объекта, который используют при осуществлении способа контроля поверхностей на наличие взрывчатых и наркотических веществ (US 5476794, 1995). Указанный известный носитель выполнен в виде одевающегося на руку чехла, например, в виде перчатки, из мягкого материала, например, из неотбеленного хлопка. При его применении надетым на руку чехлом протирают проверяемую поверхность, при температуре окружающей среды переносят потоком воздуха собранные на чехол пары и микрочастицы на концентратор, а затем с помощью термической десорбции, возникающей при нагреве концентратора до 80-120°С, вводят их в анализатор.
Указанный известный носитель не обеспечивает высокой эффективности сбора и ввода в анализатор паров и микрочастиц. Во-первых, при промежуточной операции переноса пробы потоком воздуха с чехла на концентратор происходят неизбежные потери собранной пробы. Во-вторых, выполнение этой операции при температуре окружающей среды не обеспечивает эффективного переноса собранной пробы на концентратор. В результате этого возрастает вероятность пропуска обнаруживаемого малолетучего органического вещества. Кроме того, использование в качестве материала чехла хлопка, обладающего хорошими сорбирующими свойствами, приводит к попаданию на него с рук оператора примесей, вызывающих увеличение фонового электрического сигнала анализатора и в итоге снижение вероятности правильного обнаружения малолетучего органического вещества.
Промежуточной операции переноса пробы с носителя на концентратор потоком воздуха при температуре окружающей среды, которой свойственны неизбежные потери собранной пробы и низкая эффективность переноса пробы, позволяет избежать использование носителей для отбора пробы малолетучего органического вещества, которые непосредственно подвергают нагреву с целью термической десорбции паров собранной пробы.
Так, например, известно использование документов, удостоверяющих личность, или проездных документов в качестве носителя для отбора пробы малолетучего органического вещества с рук человека при функционировании устройства для обнаружения следов микропримесей опасных веществ на поверхности документов (RU 2288459, 2006). В соответствии с этим техническим решением обследуемый документ вводят в приемную щель устройства для отбора пробы, нагревают его до температуры 50-100°С и отводят пары веществ, десорбированных с поверхности документов в результате нагрева, с помощью побудителя расхода воздуха в спектрометр подвижности ионов, осуществляющий обнаружение и идентификацию этих веществ.
Указанное известное техническое решение характеризуется весьма ограниченными функциональными возможностями, поскольку позволяет осуществлять с помощью документов отбор пробы только с рук человека, но не обеспечивает возможность отбора пробы с поверхностей иных объектов, подвергаемых контролю. Кроме того, использование в качестве носителей для отбора пробы документов, которые, с одной стороны, выполнены из материалов, обладающих хорошими сорбирующими свойствами, и, с другой стороны, длительное время используются их владельцами, приводит к накоплению на их поверхностях примесей, вызывающих увеличение фонового электрического сигнала спектрометра подвижности ионов и в результате снижение вероятности правильного обнаружения малолетучего органического вещества.
Известен носитель для отбора пробы малолетучего органического вещества, который используют при осуществлении способа контроля поверхностей на наличие взрывчатых и наркотических веществ (US 5571976, 1996). Указанный известный носитель выполнен в виде одевающегося на два пальца руки оператора чехла из мягкого материала, например, из хлопка.
Известны также носители для отбора пробы малолетучего органического вещества, которые используют при работе с детектором контрабанды ITEMISER, производство фирмы Ion Track Instruments, США (www.bnti.ru), и с детектором для обнаружения наркотиков, взрывчатых и отравляющих веществ Sabre 2000, производство фирмы Smiths Detection, Великобритания (www.smithsdetection.com). Указанные известные носители выполнены в виде листового бумажного фильтра.
При использовании каждого из этих известных носителей им протирают проверяемую поверхность, а затем размещают его в камере с нагревателем. Далее нагревают носитель в камере и переносят потоком воздуха пары, образовавшиеся в результате термической десорбции, в анализатор, выполненный на основе спектрометрии подвижности ионов.
Наиболее близким к носителю для отбора пробы малолетучего органического вещества, являющегося предметом настоящей полезной модели, следует считать носитель для отбора пробы малолетучего органического вещества, который выполнен в виде листового бумажного фильтра и используется с детектором для обнаружения наркотиков, взрывчатых и отравляющих веществ Sabre 4000, производство фирмы Smiths Detection, Великобритания (www.smithsdetection.com).
При использовании этого известного носителя, являющегося ближайшим аналогом, им протирают проверяемую поверхность, а затем переносят потоком воздуха пары, образовавшиеся в результате термической десорбции при его нагреве, в анализатор, выполненный на основе спектрометрии подвижности ионов.
Однако физические свойства бумажного фильтра, используемого как в ближайшем аналоге, так и в рассмотренных выше аналогах, не позволяют нагревать его до температур, превышающих 100-120°С. В результате этого термическая десорбция паров пробы малолетучего органического вещества происходит недостаточно эффективно, что, с одной стороны, приводит к повышению вероятности пропуска малолетучего органического вещества.
С другой стороны, недостаточно высокая температура нагрева при вводе пробы совместно с волокнистой структурой используемого материала указанных известных носителей не позволяют обеспечить такой уровень термической десорбции пробы малолетучего органического вещества, который позволил бы применять указанные носители для отбора пробы повторно. Однократное использование носителей для отбора пробы повышает стоимость эксплуатации устройств для обнаружения малолетучих органических веществ.
Известны устройства для ввода пробы малолетучего органического вещества с носителя в виде документа, чехла из хлопка или листового бумажного фильтра посредством термической десорбции, которые рассмотрены в патентах (RU 2288459, 2006; US 5571976, 1996), а также используются в детекторе контрабанды ITEMISER, производство фирмы Ion Track Instruments, США (www.bnti.ru), и в детекторе для обнаружения наркотиков, взрывчатых и отравляющих веществ Sabre 2000, производство фирмы Smiths Detection, Великобритания (www.smithsdetection.com). Указанные известные устройства для ввода пробы малолетучего органического вещества с носителя в общей для них части содержат корпус камеры с приемной щелью, позволяющей вставить в нее носитель для отбора пробы, размещенный в корпусе камеры нагреватель, патрубок для отвода воздуха, сообщающийся с внутренней полостью корпуса камеры, и присоединенный к патрубку побудитель расхода воздуха.
Наиболее близким по технической сущности к устройству для ввода пробы малолетучего органического вещества, являющегося предметом настоящей полезной модели, следует считать устройство для ввода пробы малолетучего органического вещества с носителя в виде листового бумажного фильтра, который использован в детекторе для обнаружения наркотиков, взрывчатых и отравляющих веществ Sabre 4000, производство фирмы Smiths Detection, Великобритания (www.smithsdetection.com).
Указанное известное устройство для ввода пробы малолетучего органического вещества с носителя содержит корпус камеры с приемной щелью, позволяющей вставить в нее носитель для отбора пробы, размещенный в корпусе камеры нагреватель, патрубок для отвода воздуха, сообщающийся с внутренней полостью корпуса камеры, и присоединенный к патрубку побудитель расхода воздуха.
При использовании детектора для обнаружения наркотиков, взрывчатых и отравляющих веществ Sabre 4000 протирают носителем для отбора пробы в виде листового бумажного фильтра поверхности контролируемого предмета, вставляют носитель через приемную щель в камеру устройства для ввода пробы, нагревают его в камере для термической десорбции паров малолетучего органического вещества и отводят пары малолетучего органического вещества из камеры через патрубок в спектрометр подвижности ионов с использованием побудителя расхода воздуха.
Вместе с тем, поскольку физические свойства носителя для отбора пробы малолетучего органического вещества, используемого как в ближайшем аналоге, так и в рассмотренных выше аналогах, не позволяют нагревать его в устройстве для ввода пробы малолетучего органического вещества до температур, превышающих 100-120°С, термическая десорбция паров пробы малолетучего органического вещества происходит недостаточно эффективно, что, с одной стороны, приводит к повышению вероятности пропуска малолетучего органического вещества.
С другой стороны, недостаточно высокая температура нагрева при вводе пробы указанных известных носителей не позволяют обеспечить такой уровень термической десорбции пробы малолетучего органического вещества, который позволил бы применять указанные носители для отбора пробы повторно. Однократное использование носителей для отбора пробы повышает стоимость эксплуатации устройств для обнаружения малолетучих органических веществ.
Кроме того, загрузка оператором в камеру носителя с отобранной пробой, который выполнен из гибкого листового материала (в особенности получившего при отборе пробы остаточную деформацию), через достаточно узкую приемную щель, имеющей ширину не более 3-5 мм, оказывается достаточно трудоемкой операцией, прежде всего, при использовании приборов спектрометрии подвижности ионов для обнаружения и идентификации следовых количеств малолетучих органических веществ в полевых условиях. В результате этого снижается удобство использования приборов спектрометрии подвижности ионов и увеличивается время, необходимое оператору для загрузки носителя с отобранной пробой через приемную щель в камеру. Последнее обстоятельство приводит к неизбежным частичным потерям собранной пробы в результате ее испарения с носителя в течение времени осуществления его загрузки в камеру, что также приводит к повышению вероятности пропуска малолетучего органического вещества.
Задачами настоящей полезной модели являются снижение вероятности пропуска малолетучего органического вещества, а также повышение удобства и снижение стоимости эксплуатации устройств для обнаружения малолетучих органических веществ на основе спектрометрии подвижности ионов.
Поставленные задачи решаются, согласно полезной модели, во-первых, тем, что носитель для отбора пробы малолетучего органического вещества, содержащий, в соответствии с ближайшим аналогом, лист гибкого материала, отличается от ближайшего аналога тем, что лист гибкого материала выполнен из алюминиевой фольги.
Выполнение листа гибкого материала из алюминиевой фольги позволяет нагревать носитель для отбора пробы малолетучего органического вещества при вводе пробы до более высокой температуры, составляющей 150-260°С. В результате этого термическая десорбция паров пробы малолетучего органического вещества происходит более эффективно, что, с одной стороны, приводит к снижению вероятности пропуска малолетучего органического вещества. С другой стороны, нагрев носителя для отбора пробы при ее вводе в устройство до указанных температур обеспечивает практически полное испарение с поверхности носителя собранной пробы, что позволяет после ввода пробы повторно использовать этот же носитель для отбора очередной пробы. Многократное использование носителя для отбора пробы малолетучего органического вещества обеспечивает снижение стоимости эксплуатации устройств для обнаружения малолетучих органических веществ.
Поставленные задачи решаются, согласно полезной модели, во-вторых, также тем, что устройство для ввода пробы малолетучего органического вещества, содержащее, в соответствии с ближайшим аналогом, корпус, размещенный внутри корпуса нагреватель, патрубок для отвода воздуха, сообщающийся с внутренней полостью корпуса, и присоединенный к патрубку побудитель расхода воздуха, отличается от ближайшего аналога тем, что оно снабжено крышкой, установленной на корпусе с возможностью открывания внутренней полости корпуса, а нагреватель выполнен с возможностью нагрева до температуры 150-260°С.
При этом устройство снабжено дополнительным нагревателем, установленным на внутренней поверхности крышки, и крышка установлена на корпусе с помощью шарнирного соединения.
Выполнение нагревателя с возможностью нагрева до температуры 150-260°С обеспечивает при вводе пробы более эффективную термическую десорбцию паров пробы малолетучего органического вещества, что, с одной стороны, приводит к снижению вероятности пропуска малолетучего органического вещества. С другой стороны, нагрев носителя для отбора пробы устройством для ввода пробы малолетучего органического вещества до указанных температур обеспечивает практически полное испарение с поверхности носителя собранной пробы, что позволяет после ввода пробы повторно использовать этот же носитель для отбора очередной пробы. Многократное использование носителя для отбора пробы малолетучего органического вещества обеспечивает снижение стоимости эксплуатации устройства для обнаружения малолетучего органического вещества.
Снабжение устройства для ввода пробы малолетучего органического вещества крышкой, которая установлена на корпусе с возможностью открывания внутренней полости корпуса, например, при предпочтительном осуществлении настоящей полезной модели с помощью шарнирного соединения, делает более удобной работу оператора при выполнении загрузки носителя с отобранной пробой. В этом случае оператору необходимо открыть крышку, разместить носитель с отобранной пробой в открытом корпусе на поверхности нагревателя или на внутренней поверхности крышки, где установлен дополнительный нагреватель (в зависимости от места расположения заявляемого устройства на корпусе устройства для обнаружения малолетучего органического вещества), и закрыть крышку. Удобство выполнения этой операции приводит к снижению времени, необходимого оператору для загрузки носителя с отобранной пробой. В результате этого уменьшаются потери собранной пробы в результате ее испарения с носителя в течение времени осуществления его загрузки в камеру, что также приводит к снижению вероятности пропуска малолетучего органического вещества.
Технический результат, сформулированный при декларировании задач настоящей полезной модели, не достигается при нагреве нагревателя до температуры, значение которой лежит вне диапазона от 150 до 260°С. При температуре менее 150°С недостаточно эффективно происходит термическая десорбция паров малолетучего органического вещества, что, во-первых, приводит к увеличению вероятности пропуска малолетучего органического вещества и, во-вторых, не обеспечивает практически полного испарения с поверхности носителя собранной пробы, не позволяя после ввода пробы повторно использовать этот же носитель для отбора очередной пробы. При температуре более 260°С термическая десорбция паров малолетучего органического вещества происходит достаточно эффективно и быстро, но особенности образования электрического сигнала в спектрометрах подвижности ионов приводят к тому, что повышается вероятность пропуска малолетучего органического вещества.
Отмеченное свидетельствует о решении декларированных выше задач настоящей полезной модели благодаря наличию у носителя для отбора пробы малолетучего органического вещества и устройства для ввода пробы малолетучего органического вещества перечисленных выше отличительных признаков.
На чертеже показан вертикальный разрез устройства для ввода пробы малолетучего органического вещества, являющегося предметом настоящей полезной модели, при открытой крышке, где 1 - корпус, 2 - крышка, 3 - первый нагревательный элемент, 4 - второй нагревательный элемент крышки, 5 - первая пластина для носителя, 6 - вторая пластина для носителя, 7 - рамка корпуса, 8 - рамка крышки, 9 - дно корпуса, 10 - дно крышки, 11 - боковая стенка корпуса, 12 - боковая стенка крышки, 13 - патрубок для отвода воздуха, 14 - соединительная муфта, 15 - проушина корпуса и 16 - проушина крышки.
Носитель для отбора пробы малолетучего органического вещества содержит лист гибкого материала, например квадратной или прямоугольной формы с размерами 7×9 см, выполненный из алюминиевой фольги толщиной 0,08-0,12 мм, например из пищевой алюминиевой фольги.
Устройство для ввода пробы малолетучего органического вещества содержит корпус 1, который имеет форму прямоугольного параллелепипеда и образован рамкой 7 корпуса, выполненной из полипропилена, а также боковыми стенками 11 корпуса и дном 9 корпуса, выполненными из текстолита. В рамке 7 корпуса установлен первый нагревательный элемент 3, который выполнен с возможностью нагрева до температуры 150-260°С в виде пластины из нержавеющей стали толщиной 0,1 мм, имеющей в плане форму и размеры рамки 7 корпуса и снабженной в центральной ее части отверстием для отвода воздуха. Над наружной поверхностью первого нагревательного элемента 3 установлена первая пластина 5 для носителя, которая выполнена, например, из нержавеющей стали. В центральной части первой пластины 5 для носителя выполнено отверстие для отвода воздуха, соосное с аналогичным отверстием в первом нагревательном элементе 3. Корпус 1 снабжен патрубком 13 для отвода воздуха, который первым концом присоединен к побудителю расхода воздуха (на чертеже не показан). Второй конец патрубка 13 для отвода воздуха пропущен через отверстие в дне 9 корпуса, выполненное соосно с отверстиями в первом нагревательном элементе 3 и первой пластине 5 для носителя, и зафиксирован с помощью соединительной муфты 14, в результате чего входное отверстие патрубка 13 для отвода воздуха сообщается с внутренней полостью корпуса 1. Патрубок 13 для отвода воздуха снабжен нагревательным элементом (на чертеже не показан), подключенным к источнику электропитания (на чертеже не показан), для обеспечения возможности его подогрева.
Устройство для ввода пробы малолетучего органического вещества также содержит крышку 2, которая имеет форму прямоугольного параллелепипеда с внутренними размерами в плане, соответствующими внешним размерам корпуса 1 в плане, и образована рамкой 8 крышки, выполненной из полипропилена, а также боковыми стенками 12 крышки и дном 10 крышки, выполненными из текстолита. В рамке 8 крышки установлен второй нагревательный элемент 4, который выполнен с возможностью нагрева до температуры 150-260°С в виде пластины из нержавеющей стали толщиной 0,1 мм, имеющей в плане форму и размеры рамки 8 крышки. Над наружной поверхностью второго нагревательного элемента 4 установлена вторая пластина 6 для носителя, которая выполнена, например, из нержавеющей стали.
Крепление крышки 2 к корпусу 1 осуществлено шарнирным соединением с помощью проушины 15 корпуса и проушины 16 крышки, причем крышка 2 подпружинена по отношению к корпусу 1 посредством спиральной пружины (на чертеже не показана). Первый нагревательный элемент 3 и второй нагревательный элемент 4 подключены к не показанному на чертеже источнику электропитания.
Устройство для ввода пробы малолетучего органического вещества, являющееся предметом настоящей полезной модели, может быть использовано в качестве узла для ввода пробы в составе известных устройств для обнаружения малолетучего органического вещества с применением спектрометрии подвижности ионов (RU 63119 U1, 2007; RU 82856 U1, 2009; RU 84564 U1, 2009), которые в общей для них части содержат камеру ионизации с источником ионизации и впускным и выпускным патрубками для пробы воздуха, примыкающую к камере ионизации камеру дрейфа ионов с коллекторным электродом и одним или несколькими затворами, усилитель, блок управления, обработки и регистрации, вентилятор в качестве побудителя расхода воздуха, включенный в магистраль впускного или выпускного патрубков, и источник электропитания. В этом случае заявляемое устройство для ввода пробы малолетучего органического вещества установлено снаружи на корпусе устройства для обнаружения малолетучего органического вещества, в качестве побудителя расхода воздуха (на чертеже не показан) заявляемого устройства для ввода пробы малолетучего органического вещества используют указанный вентилятор, патрубок 13 для отвода воздуха заявляемого устройства подсоединен к впускному патрубку камеры ионизации, а первый и второй нагревательные элементы 3 и 4 подключены к указанному источнику электропитания.
Носитель для отбора пробы малолетучего органического вещества используют, а устройство для ввода пробы малолетучего органического вещества работает следующим образом.
Первоначально происходит прогрев первого нагревательного элемента 3 и второго нагревательного элемента 4 до заданной температуры, лежащей в диапазоне 150-260°С. Одновременно происходит нагрев первой пластины 5 для носителя и второй пластины 6 для носителя, после чего устройство готово к работе. Оператор извлекает носитель для отбора пробы малолетучего органического вещества из герметичной упаковки, в которой он хранится, и протирает им поверхности объектов, подлежащих контролю. Затем оператор открывает крышку 2, поворачивая ее в шарнирном соединении с корпусом 1, и размещает носитель для отбора пробы малолетучего органического вещества на поверхности первой пластины 5 для носителя или второй пластины 6 для носителя (в зависимости от расположения устройства для ввода пробы малолетучего органического вещества на корпусе устройства для обнаружения малолетучего органического вещества). Под действием спиральной пружины (на чертеже не показан) крышка 2 поворачивается в шарнирном соединении и закрывает корпус 1, в результате чего носитель с отобранной пробой оказывается зажатым между поверхностями первой пластины 5 для носителя и второй пластины 6 для носителя. Одновременно происходит включение побудителя расхода воздуха (на чертеже не показан), который начинает отсасывать воздух из внутренней полости корпуса 1 через отверстие в первой пластине 5 для носителя, отверстие в первом нагревательном элементе 3 и патрубок 13 для отвода воздуха.
В результате нагрева носителя для отбора пробы малолетучего органического вещества теплопередачей от первой пластины 5 для носителя и второй пластины 6 для носителя с его поверхности происходит термическая десорбция паров малолетучего органического вещества, которые отсасываются вместе с воздухом из внутренней полости корпуса 1 через отверстие в первой пластине 5 для носителя, отверстие в первом нагревательном элементе 3 и патрубок 13 для отвода воздуха во впускной патрубок камеры ионизации устройства для обнаружения малолетучего органического вещества на основе спектрометрии подвижности ионов. Принцип дальнейшей работы устройства для обнаружения малолетучего органического вещества на основе спектрометрии подвижности ионов, в составе которого используется заявляемое устройство для ввода пробы малолетучего органического вещества, известен (RU 63119 U1, 2007; RU 82856 U1, 2009; RU 84564 U1, 2009).
В результате анализа результатов спектрометрии подвижности ионов блок управления, обработки и регистрации устройства для обнаружения малолетучего органического вещества индицирует оператору результаты контроля.
По окончании анализа данной пробы оператор открывает крышку 2, поворачивая ее в шарнирном соединении с корпусом 1, и извлекает носитель для отбора пробы малолетучего органического вещества из корпуса 1. Поскольку нагрев носителя для отбора пробы устройством для ввода пробы малолетучего органического вещества до температур в диапазоне 150-260°С обеспечивает практически полное испарение с поверхности носителя собранной пробы, оператор имеет возможность повторно использовать этот же носитель для отбора очередной пробы.
Таким образом, полезная модель обеспечивает снижение вероятности пропуска малолетучего органического вещества, а также повышение удобства и снижение стоимости эксплуатации устройств для обнаружения малолетучих органических веществ на основе спектрометрии подвижности ионов.
1. Носитель для отбора пробы малолетучего органического вещества, содержащий лист гибкого материала, отличающийся тем, что лист гибкого материала выполнен из алюминиевой фольги.
2. Устройство для ввода пробы малолетучего органического вещества, содержащее корпус, размещенный внутри корпуса нагреватель, патрубок для отвода воздуха, сообщающийся с внутренней полостью корпуса, и присоединенный к патрубку побудитель расхода воздуха, отличающееся тем, что оно снабжено крышкой, установленной на корпусе с возможностью открывания внутренней полости корпуса, а нагреватель выполнен с возможностью нагрева до температуры 150-260°С.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным нагревателем, установленным на внутренней поверхности крышки.
4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что крышка установлена на корпусе с помощью шарнирного соединения.
