Способ обнаружения следовых количеств малолетучих веществ на пальцах рук



Способ обнаружения следовых количеств малолетучих веществ на пальцах рук
Способ обнаружения следовых количеств малолетучих веществ на пальцах рук
Способ обнаружения следовых количеств малолетучих веществ на пальцах рук
G01N1/22 - Исследование или анализ материалов путем определения их химических или физических свойств (разделение материалов вообще B01D,B01J,B03,B07; аппараты, полностью охватываемые каким-либо подклассом, см. в соответствующем подклассе, например B01L; измерение или испытание с помощью ферментов или микроорганизмов C12M,C12Q; исследование грунта основания на стройплощадке E02D 1/00;мониторинговые или диагностические устройства для оборудования для обработки выхлопных газов F01N 11/00; определение изменений влажности при компенсационных измерениях других переменных величин или для коррекции показаний приборов при изменении влажности, см. G01D или соответствующий подкласс, относящийся к измеряемой величине; испытание

Владельцы патента RU 2315278:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский технологический институт имени А.П. Александрова" (RU)

Изобретение относится к области газового анализа и может быть использовано для решения задач обнаружения следовых количеств малолетучих (например, взрывчатых, наркотических) веществ на пальцах рук человека, подлежащего контролю, например, в составе контрольно-пропускных пунктов (КПП), порталов или турникетов. Способ заключается в нажатии пальцем руки на контактную поверхность, нагреве контактной поверхности, отборе воздушной пробы вблизи контактной поверхности и анализе воздушной пробы, причем перед или во время нажатия пальцем руки на контактную поверхность производят измерение температуры контактной поверхности или ее расчет на основе измеренных значений температуры окружающего воздуха, времени нагрева и охлаждения в предыдущем цикле обследования, при этом включение нагревателя контактной поверхности осуществляют на временной интервал, длительность которого зависит от температуры контактной поверхности, причем контактная поверхность является элементом нажимного кнопочного механизма, обеспечивающего пуск нагревателя контактной поверхности. Достигается упрощение процедуры обследования пальцев рук, ускорение обследования, автоматизация процесса и повышение чувствительности обнаружения. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области газового анализа и может быть использовано для решения задач обнаружения следовых количеств малолетучих (например, взрывчатых, наркотических) веществ на пальцах рук человека, подлежащего контролю, например, в составе контрольно-пропускных пунктов (КПП), порталов или турникетов.

Известен способ обнаружения малолетучих веществ, включающий: проход человека через портал, который содержит несколько детекторов; отбор воздуха над человеком с помощью спектрометра ионной подвижности (СИП) для эффективного первичного обнаружения малолетучих веществ; отбор воздуха над человеком с помощью поверхностно-акустического устройства для вторичного обнаружения малолетучих веществ и подтверждения факта обнаружения спектрометром ионной подвижности [патент US №6610977, 26.08.2003].

Известен также способ обнаружения следовых количеств малолетучих веществ. Способ включает: оснащение портала, по крайней мере, двумя стенками по бокам от прохода и потолка над проходом; проход человека через портал; расположение вблизи потолка ловушки, изготовленной из материала для улавливания частичек кожи, отшелушивающихся от человека; направление человека через проход так, чтобы тепловой султан нагретого воздуха, производимый телом человека, существовал в проходе (воздух и тепловой султан поднимаются вблизи человека в проходе при скорости потока султана приблизительно 30-50 л/с); генерирование потока воздуха через ловушку со скоростью, по крайней мере, вмещающей султан без искусственного поддува воздуха со стороны портала; направление человека из прохода и перенос ловушки к детектору после прохода человека через портал [патент US №6073499, 13.06.2000].

Недостатками предлагаемых технических решений являются:

- низкая чувствительность, ограниченная сильным разбавлением паров малолетучих веществ в большом объеме воздуха части портала над человеком;

- большое время обследования одного человека, обусловленное необходимостью прокачивания большого объема воздуха части портала над человеком;

- ограничение применения по температурному диапазону, так как, если температура окружающего воздуха близка или выше температуры тела человека или его одежды (если одежда имеет плотную структуру и существенно ограничивает теплоперенос от тела), султан не образуется;

- существенное влияние неконтролируемых конвективных потоков воздуха (например, ветер, сквозняк и т.п.).

Наиболее близким к предлагаемому способу обнаружения следовых количеств малолетучих веществ на пальцах рук является способ, заключающийся в распространении индивидуальных жетонов, касании пальцами рук обследуемого человека поверхности жетона и соответственно в переносе следов малолетучих веществ с пальцев рук на жетон, изъятии жетона при проходе, перемещении жетона в анализатор, нагреве и анализе поверхности жетона, формировании сигнала тревоги при наличии на поверхности жетона веществ, подлежащих контролю [патент US №5741984, 21.04.1998].

Указанный способ также имеет ряд недостатков:

- необходимость использования расходного материала - жетонов;

- невозможность автоматизировать процесс обнаружения малолетучих веществ из-за наличия манипуляций руками - изъятие жетона обследуемым человеком из раздаточного устройства, перенос жетона к нагревательной камере, подсоединенной к анализатору;

- большое время обследования одного человека.

В основу изобретения была положена задача разработать способ обнаружения следовых количеств малолетучих веществ на пальцах рук, позволяющий значительно упростить процедуру обследования пальцев рук человека, подлежащего контролю, сократить время обследования, автоматизировать процесс обнаружения следовых количеств малолетучих веществ на пальцах рук и значительно повысить чувствительность обнаружения следовых количеств малолетучих веществ.

Указанная техническая задача решается тем, что в способе обнаружения следовых количеств малолетучих веществ на пальцах рук, заключающемся в нажатии пальцем руки на контактную поверхность, нагреве контактной поверхности, отборе воздушной пробы вблизи контактной поверхности и анализе воздушной пробы, согласно изобретению перед или во время нажатия пальцем руки на контактную поверхность производят измерение температуры контактной поверхности или ее расчет на основе измеренных значений температуры окружающего воздуха, времени нагрева и охлаждения в предыдущем цикле обследования, при этом включение нагревателя контактной поверхности осуществляют на временной интервал, длительность которого зависит от температуры контактной поверхности, причем контактная поверхность является элементом нажимного кнопочного механизма, обеспечивающего пуск нагревателя контактной поверхности.

Измерение температуры контактной поверхности или ее расчет на основе измеренных значений температуры окружающего воздуха, времени нагрева и охлаждения в предыдущем цикле обследования либо перед, либо во время нажатия пальцем руки на контактную поверхность, а также включение нагревателя контактной поверхности на временной интервал, длительность которого зависит от температуры контактной поверхности, обеспечивающий нагрев поверхности до максимальной допустимой температуры, позволяют значительно повысить чувствительность обнаружения следовых количеств малолетучих веществ. Использование контактной поверхности как элемента нажимного кнопочного механизма, обеспечивающего пуск нагревателя, дает возможность автоматизировать процесс обнаружения малолетучих веществ, значительно упростить процедуру обследования пальцев рук человека, подлежащего контролю, и сократить время, необходимое для обследования одного человека.

Эти особенности и преимущества настоящего изобретения будут приведены ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, где:

фиг.1 - приведена зависимость температуры контактной поверхности (Tn) от времени (t) при многократном циклическом нажатии на нее пальцем руки;

фиг.2 - приведены зависимости температуры контактной поверхности (Tn) от времени (t) при температуре окружающего воздуха Твоз=40°С и 5°С и длительности цикла не более 10 секунд:

(а) - без измерения величины Тn (т.е. с фиксированным временем нагрева, tн=4.6 секунды);

(б) - с измерением величины Tn перед нажатием и включением нагревателя на временной интервал, длительность которого оптимальна для измеренной Tn;

фиг.3 - показан пример расчета времени нагрева tн, оптимальном для измеренной температуры контактной поверхности перед нажатием Тn, выполненный на основе выражений, полученных при решении уравнений энергетического баланса при q=2 Вт, плита - дерево, h=0.1 см, S=1 см2.

Каждый цикл можно разбить на три временных интервала (фиг.1):

1 - время нажатия пальцем руки на контактную поверхность (tp),

2 - время нагрева контактной поверхности (для эффективного испарения малолетучих веществ с контактной поверхности) (tн),

3 - время охлаждения контактной поверхности (tо).

При интенсивном режиме обследования контактная поверхность, не успев остыть от нагрева в предыдущем цикле досмотра, в последующем цикле в начальный момент интервала 1 может иметь температуру, существенно выше болевого температурного порога для кожного покрова пальцев рук человека. Поэтому, чтобы исключить возможность ожога подушечки пальца руки при нажатии на контактную поверхность, необходимо знать ее температуру. Это можно осуществить, если контролировать температуру окружающего воздуха Твоз, время нагрева и охлаждения в предыдущем цикле обследования и измерять или рассчитывать текущие значения температуры контактной поверхности Tn.

Основными параметрами, которые необходимо задать для расчета длительности временного интервала нагрева контактной поверхности, являются:

- длительность цикла обследования одного человека (tц);

- температура окружающего воздуха Твоз,

- температура болевого порога кожного покрова пальцев рук человека (Тб).

Первый параметр - это техническое требование, определяющее пропускную способность КПП или проходной, второй - условие эксплуатации, третий - требование по безопасности эксплуатации.

Расчет длительности временного интервала нагрева контактной поверхности производят на основе выражений, полученных при решении уравнений энергетического баланса при нагреве (а) и охлаждении (б) тел в условиях нестационарной теплопроводности. Например, для бесконечной плиты постоянной толщины, нагреваемой с одной стороны (в нашем случае - это контактная поверхность), эти выражения имеют вид:

где Т, Т - начальная температура плиты при нагреве и охлаждении соответственно, q - мощность поглощаемого теплового потока, h - толщина плиты, k - коэффициент теплопроводности материала плиты. Параметры G определяются по приводимым в литературе расчетным графикам [Пехович А.И., Жидких В.М. Расчеты теплового режима твердых тел. Л.: Энергия, 1976. - 350 с.]:

G1=f(F0, u); G2=f(F0, Bi, u),

где F0=ati/h2 - критерий Фурье,

ti - время нагрева или охлаждения,

а=k/(cg) - коэффициент температуропроводности,

с - удельная теплоемкость материала плиты,

g - плотность материала плиты,

Bi=bh/k - критерий Био,

u=x/h - безразмерная координата по толщине плиты,

b=q/S(Tn-Tвоз) - коэффициент теплоотдачи,

S - площадь плиты.

При нажатии пальцем руки на контактную поверхность, температура которой выше температуры кожного покрова пальца (1-й интервал), происходит, во-первых, охлаждение контактной поверхности; во-вторых, нагрев кожного покрова. Используя справочные данные для материала плиты и кожного покрова [Пехович А.И., Жидких В.М. Расчеты теплового режима твердых тел. Л.: Энергия, 1976. - 350 с.], а также эмпирические данные по среднестатистической температуре кожного покрова пальцев рук человека Тр≤30°С и температуре болевого порога Тб≈50°C, можно определить максимальную температуру контактной поверхности, которая обеспечит безопасность эксплуатации устройства, реализующего предлагаемое техническое решение, и исключит возможность ожога подушечки пальца руки при нажатии на контактную поверхность. Как показали расчеты и экспериментальные измерения (фиг.1, интервал 1), проведенные для деревянной плиты, максимальная температура контактной поверхности, не вызывающая ожог при кратковременном нажатии, равна Тн≈80°С. За время нажатия порядка tp≈1 секунды температура контактной поверхности падает, а температура кожного покрова возрастает до температуры болевого порога Тб≈50°C.

Для демонстрации преимуществ предлагаемого технического решения рассмотрим зависимости температуры контактной поверхности (Тn) от времени (t), показанные на фиг.2:

(а) - без измерения величины Тn (т.е. с фиксированным временем нагрева, tн);

(б) - с измерением величины Тn перед нажатием и включением нагревателя на временной интервал, длительность которого оптимальна для измеренной Тn.

Рассмотрим случай, когда контактная поверхность нажимного кнопочного механизма представляет собой деревянную плиту с параметрами q=2 Вт, h=0,1 см, S=1 см2, а взрывчатое вещество, анализируемое с помощью газоанализатора, например, спектрометра ионной подвижности, - тринитротолуол (ТНТ).

Введем технические требования и условия эксплуатации:

tц = tp + tн + to=10 секунд; 5≤Твоз≤40°С; Tб≈50°С (т.е. Тн≤80°С).

Если не проводить измерения температуры поверхности перед нажатием, то необходимо выбрать величину времени нагрева такую, что даже при нажатии на поверхность при Тн=80°С и Твоз=40°С исключалась возможность ожога подушечки пальца руки при повторном нажатии на контактную поверхность. Эта величина была определена экспериментально для устройства (q=2 Вт, плита - дерево, h=0.1 см, S=1 см2), реализующего предлагаемое техническое решение, tн=4.6 секунды (фиг.2а, Твоз=40°С). При таком времени нагрева температура поверхности в зависимости от Твоз и времени, прошедшего с начала предыдущего цикла, варьировалась в диапазоне Тn=72÷115°С, что соответствовало варьированию давления насыщенного пара, например, взрывчатого вещества - 2,4,6-тринитротолуол (ТНТ) в диапазоне РТНТ=3÷175 ppm.

При использовании предлагаемого технического решения, т.е. измерение температуры контактной поверхности или ее расчет на основе измерения Твоз, а также tн и to предыдущего цикла обследования и включение нагревателя контактной поверхности на временной интервал, длительность которого зависит от температуры контактной поверхности, температура поверхности варьировалась в диапазоне Тn=105-123°С (фиг.2б), что соответствовало варьированию давления насыщенного пара ТНТ в диапазоне РТНТ=74÷340 ppm.

Из сравнения значений давления насыщенного пара ТНТ следует, что в предлагаемом техническом решении РТНТ в 2÷20 раз выше. Следовательно, если измерять величину Тn перед нажатием и включать нагреватель на временной интервал, длительность которого оптимальна для измеренной Тn, то можно обнаруживать существенно меньшее количество малолетучих веществ на пальцах рук за то же самое время, т.е. значительно повысить чувствительность обнаружения следовых количеств малолетучих веществ. В случае, если не проводить измерения температуры поверхности перед нажатием, но нагревать поверхность нажатия до требуемых температур, это приведет к увеличению длительности цикла анализа за счет увеличения to.

Выполненный на основе выражений, полученных при решении уравнений (а) и (б) энергетического баланса, пример расчета времени нагрева tn, оптимальном для измеренной температуры контактной поверхности перед нажатием в диапазоне Тн=5÷80°С при q=2 Вт, плита - дерево, h=0.1 см, S=1 см2, показан на фиг.3.

Как видно из рисунка, зависимость tн(Tн) для данного примера может быть экстраполирована прямой линией tн=6.2-0.05 Тн, показанной пунктиром.

Таким образом, как следует из вышеизложенного, использование контактной поверхности как элемента нажимного кнопочного механизма, обеспечивающего пуск нагревателя, позволяет автоматизировать процесс обнаружения следовых количеств малолетучих веществ на пальцах рук и упростить процедуру обследования потока людей, а включение нагревателя контактной поверхности на временной интервал, длительность которого зависит от температуры контактной поверхности, существенно сократит время, необходимое для обследования одного человека, до 5÷10 секунд и при этом значительно повысит чувствительность обнаружения следовых количеств малолетучих веществ способа.

1. Способ обнаружения следовых количеств малолетучих веществ на пальцах рук, включающий нажатие пальцем руки на контактную поверхность, нагрев контактной поверхности с помощью нагревателя для испарения малолетучего вещества, отбор пробы воздуха вблизи контактной поверхности и анализ данной пробы, отличающийся тем, что перед или во время нажатия на контактную поверхность производят измерение или расчет ее температуры для расчета длительности временного интервала нагрева указанной поверхности для отбора испаряемого малолетучего вещества, нагрев контактной поверхности путем включения нагревателя осуществляют в течение временного интервала с длительностью, зависящей от температуры контактной поверхности, причем указанная поверхность является элементом кнопочного механизма, обеспечивающего пуск нагревателя данной поверхности.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что расчет температуры контактной поверхности осуществляют на основе измерения температуры окружающего воздуха, а также - времени нагрева и охлаждения контактной поверхности в предыдущем цикле обследования.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано в качестве средства метрологического обеспечения методик выполнения измерений при определении содержания хлорорганических соединений в нефти.
Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано в качестве средства метрологического обеспечения методик выполнения измерений при определении содержания хлорорганических соединений в нефти.

Изобретение относится к лабораторным методам оценки эксплуатационных свойств моторных топлив, в частности к способам определения индукционного периода окисления топлив, и может быть использовано в нефтехимической, автомобильной, авиационной и других отраслях, на базах и хранилищах горюче-смазочных материалов (ГСМ) и других предприятиях, потребляющих и производящих автомобильные бензины.

Изобретение относится к способам для оценки эксплуатационных свойств топлив, в частности оценки совместимости топлив для реактивных двигателей (авиакеросинов) с резинами преимущественно на основе нитрильного каучука, применяемыми в топливных системах авиационных газотурбинных двигателей, и может быть использовано в нефтехимической, авиационной и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к методам исследования свойств многослойных полимерных материалов, используемых для изготовления эластичных резервуаров, поддонов, рукавов, фильтроэлементов, трубопроводов, бочек, канистр, барабанов, внутренних покрытий и т.д.

Изобретение относится к области химической технологии твердого топлива и может быть использовано в коксохимической промышленности для выбора угольных шихт для коксования.

Изобретение относится к области исследования жидких углеводородных топлив. .

Изобретение относится к методам исследования автомобильных топлив. .

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к микробиологии, в частности к способам консервирования диагностических препаратов. .

Изобретение относится к технике оценки качества нефтепродуктов и может быть использовано для определения фракционного состава углеводородных топлив. .

Изобретение относится к способам анализа нефтепродуктов, пеков и может быть использовано в нефтеперерабатывающей и коксохимической промышленности. .

Изобретение относится к области экспериментальной физики и может быть использовано для измерения коэффициента испарения воды и других жидкостей при температурах близких к температуре спонтанного замерзания Tf.

Изобретение относится к области экспериментальной физики и может быть использовано для измерения коэффициента сублимации льда и других твердых веществ при температурах близких к температурам плавления.

Изобретение относится к области газового анализа и может быть использовано для решения задач обнаружения следовых количеств малолетучих веществ на пальцах рук человека, подлежащего контролю, например, в составе контрольно-пропускных пунктов, порталов или турникетов

Наверх