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.
Screening op sporen van explosieven op luchthavens en andere locaties is een cruciale stap in de bescherming van de bevolking tegen de dreiging van terrorisme. De huidige praktijken zijn sterk gericht op veeg-bemonstering van de buitenkant van poststukken die door mensen, de mensen zelf, en items die bestemd zijn voor de laadruimten. Collectie doekjes onmiddellijk geanalyseerd op het veld met behulp commerciële explosieve sporendetectors (NRD) die typisch zijn gebaseerd op thermische desorptie van verzamelde vaste stof, met detectie door ionenmobiliteitsspectrometrie 1 of, meer recent, massaspectrometrie. De totale hoeveelheid tijd die beschikbaar is voor monstername en analyse wordt beperkt door de noodzaak om de gevolgen voor passagiers en vracht doorvoer te minimaliseren. Monsternameprotocollen moet worden geoptimaliseerd om de monster in de kortste tijd die gestandaardiseerde metingen die factoren belangrijk verzamelen vegen kan wegen moeten verzamelen.
Wipe-samplingis een algemene praktijk voor bemonstering gebruikte oppervlakteverontreiniging van gezondheid, milieu en regelgevende arena's 2, 3, 4, 5, 6, 7. Typische werkwijzen omvatten die het doekje hand en bemonstering binnen een bepaalde zone onder gebruikmaking van een algemene dekkingspatroon. Controle over vegen factoren zoals kracht en snelheid te verhogen, ontwikkelden we een instrumentele benadering simuleren vegen bemonsteren 8, die ook is gebruikt om de efficiëntie van biologische afveegdoekje bemonsteren 9 evalueren. Een commerciële werktuig voor hechting metingen aangepast aan het doel; het omvat een vlak oppervlak dat op een vaste snelheid en afstand beweegt onder een stationaire vegen. De kracht tijdens de bemonstering wordt bestuurd door een gewicht bovenop het afveegdoekje houder. Oppervlakken van belang (stoffen, plaschappen, metalen, etc.) op het vlakke oppervlak geplaatst en een deeltjesmonster wordt geplaatst in een vast gebied op dat oppervlak. Ons eerder werk gebruikte polystyreen latex microsferen als testdeeltjes en deeltjesgrootte bleek een effect op deeltjesinzameling hebben, met grotere (42 urn) sferen efficiënter verzameld dan kleinere (9 pm) bollen. We vonden ook enige verbetering in verzamelefficiëntie met een toename in uitgeoefende kracht tijdens de bemonstering en waargenomen verschillen in verzameling van verschillende oppervlakken en verschillende doekjes.
Bij later werk, vonden we dat polystyreendeeltjes opnieuw afgezet kunnen worden door verder het oppervlak vegen na verzamelen, waardoor het schijnbare verzamelefficiëntie 10. Dit is een belangrijke overweging in sporenhoeveelheden explosievendetectiesystemen, zoals punten bemonsterd bij het screenen scenario zoals koffers kunnen grote opzichte van het afveegdoekje verzamelen gebied, waarbij veel reizen distances te dekken, zelfs een klein percentage van het gebied van het item. Daarom, de vluchttijd van het oppervlak na het verzamelen van het monster is een belangrijke factor, en gebied protocollen definieert u een maximaal toegestane afstand vóór bedekt elke analyse.
Het vormen van microsferen in tegenstelling tot echte explosief deeltjes 11, 12 en hun chemische en fysische eigenschappen kunnen hen onvoldoende simulant explosieven in wipe verzameling experimenten. Om deze beperking te pakken hebben we een testmateriaal dat het explosief 1,3,5-trinitroperhydro-1,3,5-triazine (RDX) met een bekende deeltjesgrootte. Het testmateriaal wordt door inktstraaldrukken nanoliter volumes van een oplossing RDX arrays op Teflon substraten met micrometer-sized vaste afzettingen gevormd door verdamping bij elk punt van de matrix. De afzettingen worden overgebracht naar test oppervlakken door wrijven op het oppervlak, en het resulterende deelIcle maten worden gedefinieerd door de start storting grootte. De gewenste deeltjesdiameters, zoals bepaald door analyse van vingerafdrukken die sporenhoeveelheden explosieven 10 tot 20 urn. Afzettingen kunnen ook worden gevormd door pipetteren microliter volumes oplossing op Teflon substraten 13, maar ze droogt tot één groot depot, meestal veel groter dan het gewenste bereik van deeltjesgrootten (voor RDX massa op dit terrein betrekking). Het inktstraal RDX deeltje standaard wordt gebruikt in dit werk samen met kwantitatieve extractie en analyseprocedures de werkwijze voor het bepalen wipe verzamelefficiëntie tonen. Deze metingen dienen om de ontwikkeling van nieuwe bemonstering doekjes betere verzamelingsrendementen en de beste methoden in het veld bemonstering, zoals gericht oppervlak dat meer monster de juiste kracht te gebruiken tijdens het verzamelen geven, en het gebied van vóór analyse.
Monstername wordt momenteel beschouwd als beperkende stap te verbeteren detectiemogelijkheden screening omgevingen. Wipe-sampling is aan metingen en normalisatie ter huidige mogelijkheden evalueren en de ontwikkeling van nieuwe bemonstering materialen en protocollen. De hier beschreven benadering is ontworpen om deze meting infrastructuur en controles meeste factoren waarvan bekend is relevant wis-steekproef. Eerder werk heeft aangetoond dat deeltjesgrootte, uitgeoefende kracht tijdens het verzamelen, proefoppervlak, bemonstering wissen en reisafstand zijn allemaal belangrijke factoren te controleren. De instrumentele benadering maakt het mogelijk om de controle over de uitgeoefende kracht, snelheid van af te vegen, en reisafstand, en geselecteerd voor deze parameters waarden moeten binnen de verwachte in reële situaties bereik vallen. De kracht wordt uitgeoefend door een drager gewicht over het verzamelgebied en zorg moet worden genomen om een gelijkmatige krachtverdeling om calc verwezenlijkenuleren de druk.
Testoppervlakken worden geselecteerd door de gebruiker en moet betrekking hebben op echte screening omgevingen om het verwachte bereik van de bemonstering uitdagingen repliceren. Sampling doekjes zijn gekozen om de huidige praktijk van de werkzaamheid van nieuw ontworpen materialen beoordelen en / of te meten. Om de resultaten tussen laboratoria te vergelijken, moeten dezelfde testoppervlakken en doekjes worden gebruikt, die kunnen worden uitgevoerd door het specificeren kritische parameters of beslag materialen gekocht bij een enkele bron. De ETD doekjes zijn in de handel verkrijgbaar, maar ze zijn voortdurend in de productie en de verschillende partijen kunnen verschillende eigenschappen hebben. Dit zijn zaken die in de toekomst kunnen worden aangepakt door gecoördineerd interlaboratoriumonderzoeken inspanningen.
Het wordt gebruikt om collectie efficiëntie te evalueren monsters moeten overeenkomen met de fysieke kenmerken verwacht in reële situaties. In het geval van explosieven, hebben wij een aanpak voor inkjet printing oplossingen van RDX te produceren ontwikkeldmicrometer sized afzettingen die op efficiënte wijze een reeks van substraten en producten afzettingen deeltjes variërend in grootte 1-40 urn. Als alternatief kan een vaste grootte polystyreen microsferen worden gebruikt. Pipetteren RDX oplossingen op Teflon substraten resulteert gewoonlijk in een depot dat behoorlijk groot kan zijn, en de deeltjesgrootte na overdracht aan de oppervlakte zijn onbekend. Deze benadering kan worden gebruikt voor het bemonsteren studies als de deeltjesgrootten zijn gekarakteriseerd en aangetoond reproduceerbaar te zijn.
Deze werkwijze is beschreven voor het evalueren bemonstering efficiëntie van explosieven, maar kan ook worden toegepast voor het milieu, kern, en forensische toepassingen. De monsters, opnieuw moeten worden ontwikkeld om de echte toepassingen passen en bij deeltje residuen, zou hetzelfde type droge transfer van Teflon geschikt. Voor oppervlakte verontreiniging door deeltjes uitzondering overdracht bronnen, zoals condensatie van damp verschillende monsterswellicht meer geschikt.
Een stroombegrenzing van de techniek is het onvermogen om aanwijzingen sampling veranderen. De huidige configuratie zorgt voor beweging in één richting alleen en kan daarom geen rekening met richtingveranderingen die typisch voorkomen in het veld bemonstering van objecten. We zijn momenteel bezig met deze behoefte door het opnemen van x – y verplaatsing en waarbij specifieke bemonsteringspatronen een ruimte te vullen.
The authors have nothing to disclose.
Dr. Jayne Morrow en Dr. Sandra Da Silva, beiden uit NIST, hebben bijgedragen aan een eerdere versie van de methode. Het Directoraat voor Wetenschap en Technologie van de US Department of Homeland Security onder Interagency overeenkomst de productie van een deel van dit materiaal gesponsord HSHQPM-15-T-00050 met het 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 |