Optimized sampling protocols and the development of new wipe materials can be facilitated by standardized measurements of collection efficiency from wipe-sampling. Our approach for sampling trace explosives uses an automated device to control speed, force, and distance during wipe-sampling followed by extraction of collected explosives.
One of the limiting steps to detecting traces of explosives at screening venues is effective collection of the sample. Wipe-sampling is the most common procedure for collecting traces of explosives, and standardized measurements of collection efficiency are needed to evaluate and optimize sampling protocols. The approach described here is designed to provide this measurement infrastructure, and controls most of the factors known to be relevant to wipe-sampling. Three critical factors (the applied force, travel distance, and travel speed) are controlled using an automated device. Test surfaces are chosen based on similarity to the screening environment, and the wipes can be made from any material considered for use in wipe-sampling. Particle samples of the explosive 1,3,5-trinitroperhydro-1,3,5-triazine (RDX) are applied in a fixed location on the surface using a dry-transfer technique. The particle samples, recently developed to simulate residues made after handling explosives, are produced by inkjet printing of RDX solutions onto polytetrafluoroethylene (PTFE) substrates. Collection efficiency is measured by extracting collected explosive from the wipe, and then related to critical sampling factors and the selection of wipe material and test surface. These measurements are meant to guide the development of sampling protocols at screening venues, where speed and throughput are primary considerations.
Das Screening auf Spuren von Sprengstoffen an Flughäfen und an anderen Orten ist ein entscheidender Schritt für den Schutz der Bevölkerung vor der Bedrohung durch den Terrorismus. Aktuelle Praktiken werden von Menschen behandelt und Reinigen Probenahme von Oberflächenkontamination von Gegenständen, die Menschen selbst, und Gegenstände stark fokussiert bestimmt für Ladung hält. Sammlung wipes wird sofort auf dem Gebiet unter Verwendung handelsüblicher Sprengstoffspurendetektoren (ETD) analysiert , die auf thermische Desorption von gesammeltem Vollmaterial typischerweise basieren, mit Detektion durch Ionenmobilitätsspektrometrie 1 oder, in jüngerer Zeit, Massenspektrometrie. Der Gesamtbetrag der zur Verfügung stehenden Zeit für die Probenentnahme und die Analyse wird durch die Notwendigkeit begrenzt, die Auswirkungen auf dem Passagier- und Frachtdurchsatz zu minimieren. Sampling-Protokolle müssen optimiert werden, um die meisten Proben in kürzester Zeit zu sammeln, die standardisierten Messungen erfordert, die wichtigen Faktoren wiegen Sammlung zu wischen.
Wipe-samplingzur Probennahme Oberflächenkontamination in Gesundheits-, Umwelt- und regulatorische Arenen ist eine allgemeine Praxis , 2, 3, 4, 5, 6, 7 verwendet. Typische Verfahren umfassen das Halten der in einem festen Bereich von Hand und Probenahme wischen eine allgemeine Abdeckung Muster. Zur Erhöhung der Kontrolle über Faktoren Wischen, einschließlich Kraft und Geschwindigkeit, entwickeln wir einen entscheidenden Ansatz zur Simulation wischt Sampling 8, die auch die Effizienz verwendet wurden , zu bewerten , in biologischen wipe-Sampling 9. Ein handelsübliches Gerät für die Haftungsmessungen bestimmt wurde, zu dem Zweck eingerichtet ist; es umfasst eine ebene Oberfläche, die wischen mit einer festen Geschwindigkeit und den Abstand unter einem stationären bewegt. Die Kraft, während der Probennahme wird durch ein Gewicht gelegt auf die Oberseite des Halters abzuwischen gesteuert. Oberflächen von Interesse (Stoffe, plastics, Metalle, etc.) sind auf der ebenen Oberfläche angeordnet und eine Partikelprobe wird in einem festen Bereich auf dieser Oberfläche angeordnet. Unsere frühere Arbeit verwendete Polystyrol-Latex-Mikrokugeln, wie die Testpartikel und Partikelgröße wurden gezeigt, eine Wirkung auf der Partikelsammlung haben, mit größeren (42 um) Kugeln gesammelt effizienten als kleine (9 um) Kugeln. Wir fanden auch eine gewisse Verbesserung der Sammeleffizienz mit einer Erhöhung der angelegten Kraft während der Probenahme und beobachteten Unterschiede in der Sammlung von verschiedenen Oberflächen und für verschiedene Tücher.
In späteren Arbeiten fanden wir , dass Polystyrol – Teilchen durch die Fortsetzung der Oberfläche nach der Entnahme wieder abgelagert werden könnten wischen, um die scheinbare Sammeleffizienz 10 reduziert wird . Dies ist ein wichtiger Gesichtspunkt bei der Spurensprengstoffdetektion, als Elemente in Screening-Szenarien abgetastet, wie Koffer, groß im Verhältnis zur Sammelfläche abzuwischen sein können, erfordern umfangreiche Reise distances auch nur einen kleinen Prozentsatz der Fläche des Elements abzudecken. Daher ist die Entfernung, die auf der Oberfläche nach der Entnahme der Probe ein wichtiger Faktor, und Feld Protokolle typischerweise einen maximal zulässigen Abstand vor jeder Analyse abgedeckt definieren.
Die Formen von Mikrokügelchen sind im Gegensatz zu echtem explosiven Partikel 11, 12 und ihre chemische und physikalische Eigenschaften können ihnen eine unzureichende simulant für Sprengstoff in Wisch Sammlung Experimente machen. Um diese Einschränkung zu begegnen, haben wir ein Testmaterial den Sprengstoff 1,3,5-trinitroperhydro-1,3,5-triazin (RDX) mit einer bekannten Partikelgröße enthält. Das Testmaterial wird durch Tintenstrahldruck einer Nanoliter-Volumina von RDX-Lösung in Arrays auf Teflon Substrate mit mikrometergroßen Feststoffablagerungen, die durch Verdampfung bei jedem Punkt in der Anordnung hergestellt. Die Einlagen werden an die Testoberflächen übertragen, indem auf die Oberfläche zu reiben, und das sich ergebende Teilicle Größen werden durch den Start Dosiermenge definiert. Die gewünschten Teilchendurchmessern, wie durch Analyse von Fingerabdrücken, die Spurensprengstoffe bestimmt wird, beträgt 10 bis 20 um. Ablagerungen kann auch durch Pipettieren Mikrolitervolumina Lösung auf Teflon Substrate 13, gebildet werden , aber sie werden in eine einzige große Lagerstätte, in der Regel viel größer , dass der gewünschte Bereich von Teilchengrßen (für RDX Massen relevant für diese Arbeit) trocknen. Der Tintenstrahl RDX Partikelstandard wird in dieser Arbeit zusammen mit quantitativer Extraktion und Analyseverfahren verwendet, um das Verfahren zu zeigen, für die Sammeleffizienz Bestimmung abzuzuwischen. Diese Messungen sind auf der Entwicklung von neuer Probennahme fördern wischt mit besserem Abscheidegrad und Unterstützung bewährte Verfahren in Feld Probenahme, einschließlich Zielflächen, die weitere Probe ergibt, die entsprechende Kraft während des Sammelns zu verwenden, und der Bereich zur Abdeckung vor der Analyse.
Probenentnahme wird zur Zeit als limitierender Schritt gesehen Detektionsfähigkeiten in Screening-Umgebungen zu verbessern. Wipe-Sampling ist in der Notwendigkeit der Messung und Standardisierung, um die derzeitigen Fähigkeiten zu bewerten und die Entwicklung neuer Stichprobenmaterialien und Protokolle zu unterstützen. Der hier beschriebene Ansatz ist so konzipiert, diese Messinfrastruktur, und steuert die meisten der bekannten Faktoren relevant abzuwischen Sampling sein. Frühere Arbeiten haben, dass die Partikelgröße gezeigt, aufgebrachte Kraft während des Sammelns, Testoberfläche, Probenahme wischt, und die Entfernung sind alle wichtige Faktoren zu steuern. Der Instrumental Ansatz ermöglicht die Kontrolle über die aufgebrachte Kraft, die Geschwindigkeit des Wisch und die Entfernung, und die Werte für diese Parameter sollten in realen Situationen zu erwarten innerhalb des Bereichs ausgewählt fallen. Die Kraft wird durch die Verwendung eines Trägergewicht über den Sammelbereich aufgetragen und Sorgfalt sollte eine gleichmäßige Verteilung von Kraft, um zu erreichen, calc genommen werdenUlate der Druck.
Testoberflächen sind durch den Benutzer ausgewählt und auf reale Umgebungen beziehen Screening sollten den erwarteten Bereich der Sampling Herausforderungen zu replizieren. Sampling Tücher werden ausgewählt, um die gegenwärtige Praxis zu bewerten und / oder zu messen, um die Wirksamkeit von neu entwickelten Materialien. Um Ergebnisse von Labor zu Labor zu vergleichen, müssen die gleichen Testoberflächen und Tücher verwendet werden, die aus einer Hand erworben durch Angabe kritische Parameter oder durch Materialien teilen getan werden können. Die ETD Tücher sind im Handel erhältlich, aber sie sind ständig unter Produktion und verschiedene Chargen unterschiedliche Eigenschaften haben können. Dies sind Fragen, die in Zukunft durch koordinierte Anstrengungen Ring angesprochen werden können.
Die verwendeten Proben Sammeleffizienz bewerten sollen die physikalischen Eigenschaften in realen Situationen zu erwarten lassen. Im Fall von Sprengstoffen, haben wir einen Ansatz für die Inkjet-Drucklösungen von RDX entwickelt zu produzierenMikrometergrße Ablagerungen, die von 1 bis 40 um effizient auf einen Bereich von Substraten und erzeugen Partikelablagerungen in einer Größe übertragen. Alternativ könnten feste Größe Polystyrol-Mikrokügelchen verwendet werden. Pipettieren von RDX-Lösungen auf Teflon Substrate führt in der Regel in einer einzigen Lagerstätte, die ziemlich groß sein können, und die Partikelgrößen nach der Übertragung auf Oberfläche sind nicht bekannt. Dieser Ansatz kann für die Probenahme Studien verwendet werden, wenn die Partikelgrößen gekennzeichnet sind und zu reproduzierbaren gezeigt.
Dieses Verfahren wurde zur Bewertung Probenahme Effizienz für Sprengstoffe beschrieben, sondern kann auch auf Umwelt-, nukleare oder Forensik-Anwendungen angewandt werden. Die Proben sollen wieder werden, entwickelt, um die realen Anwendungen entsprechen, und im Fall der Partikelrückstände, würde die gleiche Art von Trockenübertragung von Teflon geeignet sein. Für die Oberflächenkontamination von anderen Quellen als Partikelübertragungs, wie Kondensation von Dampf, verschiedene Arten von Proben ergeben,könnte besser geeignet sein.
Eine Strombegrenzung der Technik ist die Unfähigkeit, in Richtungen Abtastung zu ändern. Die aktuelle Konfiguration ermöglicht die Bewegung in einer einzigen Richtung nur, und kann daher nicht für Richtungsänderungen steuern kann, die typischerweise im Bereich Probennahme von Objekten auftreten. Wir sprechen derzeit diesen Bedarf durch Einbeziehung x – y Bewegung und damit für bestimmte Abtastmuster eine Fläche zu füllen.
The authors have nothing to disclose.
Dr. Jayne Morrow und Dr. Sandra Da Silva, beide von NIST, trugen zu einer früheren Version des Verfahrens. Die Wissenschaft und Technologie Direktion des US-Heimatschutzministeriums förderte die Produktion eines Teils dieses Materials unter Vermittlungs-Abkommen HSHQPM-15-T-00050 mit dem National Institute of Standards and Technology (NIST).
Slip/Peel Tester | Imass | TL-2300 | replaces TL-2200 used in protocol |
3D printer | Stratasys | Connex500 | VeroWhite resin as printing material |
steel rod with thread | McMaster-Carr | 7786T14 | cut to size for desired weight, multiple online vendors available |
felt or rubber | backing material in wipe holder, multiple online vendors available | ||
PTFE substrate | SPI Supplies | 01426-AB | 1" wide Bytac Bench and Shelf protector, Al-backed, cut to size |
RDX solution | Cerilliant Analytical Reference Standards | ERR-001S | 1000 mg/mL in acetonitrile |
Inkjet printer | MicroFab Technologies, Inc. | jetlab4 xl-B | |
Isotopically tagged RDX | Cambridge Isotope Laboratories | CLM-3846-S | For internal analytical standard |
2 mL glass vial | Restek | 21140 /24670 | |
Methanol | Sigma Aldrich | 14262 | Chromasolv grade |
ETD wipe 1 | DSA Detection | DSW8055P | Ionscan 500 DT wipe |
ETD wipe 2 | DSA Detection | ST1318P | Itemiser DX wipe |
Ballistic nylon fabric | Seattle Fabrics | 1050 Denier Ballistics | |
Synthetic leather fabric | contact authors for sample |