(57)【要約】      （修正有）【課題】エネルギ発生材料及びエネルギ不発生材料の双方を検出するための方法及びシステムを提供する。【解決手段】システムは、フィルタ／濃縮器（微粒子／分子）５２に流体の試料を通過させ、吸着させる。次に、フィルタ／濃縮器内の材料の単純な又は熱分解による脱離が所定の温度にて行なわれる。脱離された材料は、光共振器システム４０にて分析され、所定の材料の存在を検出する。【効果】システムは、即席爆発装置（ＩＥＤ）のような、隠された弾薬の周りに存在する極めて少量の爆薬を検出することができる。【選択図】図２
2009109479.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲット材料を検出する方法において、
フィルタ（５２）の少なくとも１つ又は吸着材床に流体試料を通すステップと、
フィルタで吸着された流体試料から所定の温度にて材料を脱離させるステップと、
光共振器システム（４０）を使用して、何らかの脱離した材料が存在するかどうかを検出するステップと、を備え、
前記脱離させるステップは、フィルタ内に含まれた任意の材料の単純な又は熱分解による脱離の１つを実行するステップを含み、
さらに、
１つ又はより多くのタイプの雰囲気中不純物の閾値量に基づいて、フィルタを通った流体試料を清浄にし、清浄とされた流体試料を所定の温度にてフィルタに付与するステップを備え、
前記検出するステップは、１つ又はより多くのタイプのターゲット材料の存在を検出するステップを含む、ターゲット材料を検出する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記１つ又はより多くのタイプの雰囲気中不純物は、窒素酸化物を含んでおり、前記清浄にするステップは、流体をＮＯｘ洗浄器（３４）に通すステップを含んでおり、前記光共振器システムは、ターゲット材料の存在に対して光学的に反応するクラッディングを含んでおり、さらに、前記光共振器システムを通す前に、流体の温度を低下させるステップを備える、方法。
【請求項３】
ターゲット材料を検出するシステムにおいて、
流体試料に力を加えるようになされた流体運動発生器（３０）と、
流体試料を受け取り、且つ、材料の少なくとも一部分を吸着し得るようになされた材料フィルタ（５２）と、
前記フィルタで吸着された前記流体試料から、ろ過した材料を所定の温度にて脱離するようになされた構成要素と、
光共振器を使用して、何らかの脱離した材料が存在するかどうかを検出するようになされた光共振器システム（４０）と、を備え
前記フィルタは、該フィルタ内に含まれる何らかの材料の単純な又は熱分解による脱離の１つを実行するようになされており、
さらに、
吸着されなかった流体試料を、１つ又はより多くのタイプの雰囲気中不純物の閾値量に基づいて清浄にし、且つ、清浄とされた流体試料を所定の温度にてフィルタに付与するようになされた清浄化構成要素（３４）を備え、
前記光共振器システムは、１つ又はより多くのタイプのターゲット材料の存在を検出するようになされており、
前記１つ又はより多くのタイプの雰囲気中不純物は、窒素酸化物を含み、前記清浄化構成要素は、ＮＯｘ洗浄器（３４）を含み、
さらに、
前記光共振器システムを通す前に、脱離した材料の温度を低下させるようになされた熱交換器（３８）を備え、
前記光共振器は、脱離した材料の存在に対し光学的に反応するクラッディングを含む、ターゲット材料を検出するシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
多くのエネルギ発生材料（爆薬、推進薬及び分解して多量の熱を生じさせ又は生じさせずに、過剰圧力波を発生させるその他の材料）は、通常、固体であり、また、極めて低い蒸気圧力を有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
これらの材料（トリニトロトルエン（ＴＮＴ）、ヘキサヒドロ−トリニトロ−トリアジン（ＲＤＸ）及びシクロテトラメチレンテトラニトラミン（ＨＭＸ）を含むが、これらにのみ限定されない）の多くの蒸気圧力は、通常の分光分析方法により検出できない程十分に低い。光共振器は、他の多くの装置よりも敏感であるように設計されているが、かかる装置を用いて分析物質の濃度を検出することは、依然して極めて難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明は、エネルギ発生材料及びエネルギ不発生材料の双方を検出するための方法及びシステムを提供する。一例としてのシステムは、フィルタ／濃縮器（微粒子／分子）に流体の試料を通す。次に、所定の温度にて、フィルタ／濃縮器内の材料の脱離が行なわれる。脱離された材料は、光共振器システムにて分析され、所定の材料の存在を検出する。
【０００４】
本発明の１つの形態においては、脱離する前、フィルタ／濃縮器から排出された液体の試料は、洗浄器を使用して、閾値量のターゲット材料（例えば窒素酸化物）を除去されて清浄とされる。洗浄器は、ＮＯｘ洗浄器とすることができ、又は、ターゲット分析物質の定量化を妨害するであろう大気中汚染物質を除去する洗浄器とすることができる。
【０００５】
本発明の更に別の形態においてha
、脱離した流体の温度は、該流体が光共振器システムを通過する前に、低下せしめられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明の好ましい実施の形態及び代替的な実施の形態について、添付図面を参照しつつ、説明する。
図１には、分子の検出を実行する一例としてのシステム２０が示されている。システム２０は、即席爆発装置（ＩＥＤ）のような、隠された弾薬の周りに存在する極めて少量の爆薬を検出することができる。該システム２０は、流体運動発生器３０と、フィルタ／ヒータ装置３２と、ＮＯｘ（ＮＯ、ＮＯ２）洗浄器３４と、熱交換器３８と、光共振器の検出構成要素４０とを含む。システム２０は、２状態サイクルにて作動する。システム２０は、また、システム２０の構成要素の幾つか又はその全てと信号にて連絡する制御／処理装置４４も含む。制御／処理装置４４は、オペレータの制御入力及び出力のセンサ値に基づいて、構成要素の作動を制御する。
【０００７】
フィルタ／ヒータ装置３２は、微粒子材料を含有する分析物質を流体試料から分離する機械式フィルタを含む。関心のある試料の殆どは、空気又はその他の気体流中にあることが予想されるが、微粒子材料を水系又はその他の液体試料から集めることも可能である。例えば、フィルタが吸着する微粒子結合分析物質は、微粒子を含有する爆薬、生物学的材料、有毒な工業用化合物（ＴＩＣ）、放射性核種、殺虫剤、及び化学兵器を含むが、これらにのみ限定されるものではない。フィルタ／ヒータ装置３２は、分析中の流体内の不純物を吸着する設計とされた吸着性材料（フィルタエレメント）を含む。例えば、フィルタエレメントが吸着する分析物質は、炭化水素、トリクロロエタン又はパークロロエタンのようなハロゲン化炭化水素、揮発性爆薬、爆薬内にて使用される可塑性剤、トリアセトントリパーオキサイド（ＴＡＴＰ）のようなエントロピー爆薬、化学兵器及び有毒な工業的材料（ＴＩＣ）を含むが、こられにのみ限定されるものではない。別の実施の形態において、フィルタ／ヒータ装置３２は、液滴を流体から除去するデミスター吸着材料を含む。例えば、デミスター吸着材料が吸着する分析物質は、炭化水素、トリクロロエタン又はパークロロエタンのようなハロゲン化炭化水素、揮発性爆薬、爆薬内にて使用される可塑性剤、トリアセトントリパーオキサイド（ＴＡＴＰ）のようなエントロピー爆薬、化学兵器、細菌及びウィルスのような生物学的材料及び有毒な工業的材料（ＴＩＣ）を含むが、こられにのみ限定されるものではない。
【０００８】
一連の作業の中の収集モードにおいて、空気の試料が、流体運動発生器３０（例えば、ファン、ポンプ）により供給源から収集され、フィルタ／ヒータ装置３２に送られる。フィルタ／ヒータ装置３２は、所望のエネルギ発生材料を捕捉するフィルタエレメントを含む。一例としてのフィルタは、ドナルドソン（登録商標）エンドポールコーポレーション（Ｄｏｎａｌｄｓｏｎ  ａｎｄ  Ｐａｌｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）により提供されるものである。フィルタ／ヒータ装置３２は、気相材料を収集するゼオライトのような吸着性材料を含むこともできる。吸着材（ゼオライト）の販売業者の一例は、ＵＯＰ、ＬＬＣである。フィルタ／ヒータ装置３２は、内部ヒータも含む。装置３２が発生器３０の出力を受け取ると、ヒータが不作動の間、フィルタエレメントは、任意の所望の材料を捕捉する。好ましくは１秒から１０分間、最も好ましくは５秒から１０秒間の所定の期間、フィルタ処理した後、システム２０は、制御／処理装置４４により第二のモードに切り換えられる。
【０００９】
フィルタ処理された空気は、ＮＯｘ洗浄器３４に送られる。洗浄器３４は、通常、流れ中に存在する窒素の不純物を除去する設計とされている。洗浄器３４は、通常、空気中に存在するが爆薬を含有する粒子とは関係付けられない窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去し、これによりゼロ重力（ＮＯ２無し）の空気流を発生させる。洗浄器３４は、清浄とされた空気をフィルタ／ヒータ装置３２に排出する。次に、フィルタ／ヒータ装置３２内のヒータを制御／処理装置４４により作動させて、フィルタ／ヒータ装置３２内の空気の温度を、フィルタエレメント内の爆発性分子が迅速に分解して二酸化窒素及び（又は）酸化窒素を含む気体を形成するレベルまで上昇させる。温度は、このサイクル部分の間、好ましくは１００°ないし６５０℃、最も好ましくは２００°ないし３００℃の範囲に制御される。１つの実施の形態において、洗浄器３４は、２５０°ないし３００℃にて洗浄工程を実行する。熱は、任意のエネルギ源を使用して提供することができる。例えば、電気エネルギ、燃料の燃焼又は車の排気を使用して、フィルタ／ヒータ装置３２に対する熱を提供することができる。
【００１０】
加熱されたフィルタ／ヒータ装置３２内の吸着した爆薬の粒子は、分解されて、二酸化窒素及び（又は）酸化窒素を含有する分解生成物になる。ＴＮＴ、ＲＤＸ、ＨＭＸ、四硝酸ペンタエリスリット（ＰＥＴＮ）、ニトロセルロース、ニトログリセリン、硝安油剤爆薬（アンホ爆薬（ＡＮＦＯ））及びその他の窒素含有爆薬及び推進薬のような殆どの従来の爆薬は、熱分解が生じるとき、窒素酸化物を発生させる。
【００１１】
この実施の形態において、洗浄器３４及びフィルタ／ヒータ装置３２は、熱の損失を防止することにより、要求されるエネルギ量を最小にし得るよう共通のハウジング（図示せず）内に収容される。分解された気体は、光共振器の構成要素４０に伝達される。光共振器の構成要素４０の一例は、その内容を参考として引用し本明細書に含めるものとする、２００６年１１月１６日出願の米国特許出願番号１１／６００，３８６に記載されている。共振器の構成要素４０は、ターゲットとする分子が存在するとき、光学的に反応する（すなわち、光ファイバの光学的性質を変化させる）クラッディングを有する光ファイバを含む。共振器の構成要素４０は、分析のために制御／処理装置４４に送られるセンサ信号を発生させ、次に、受け取った空気流を換気口に排出する。この実施の形態において、熱交換器３８は、共振器の構成要素４０に送られる気体の温度を降下させて光共振器の構成要素４０の損傷を防止するフィン付き管熱交換器である。装置４４は、光共振器の構成要素４０に入る気体の温度を制御し、これにより精度を向上させる。
【００１２】
システム２０は、圧力制御装置（図示せず）を含む。この圧力制御装置は、分析物質を高圧力にて濃縮化するために収集し且つ吸着し、また、濃縮した分析物質を低圧力にて除去する（脱離する）ことを許容する。一例として、幾つかの雰囲気圧力にて吸着し、通常の雰囲気圧力にて脱離することを可能にする。
【００１３】
吸着は、雰囲気温度にて実行され、また、脱離は、１５０℃のような高温度にて実行されることが好ましい。フィルタ／ヒータ装置３２は、微粒子である爆薬粒子を雰囲気温度にて除去し、１５０°ないし２００℃のようなさらに高温度にて脱離を行なう。反応性分解を利用することの１つの重要な有利な点は、同様の化合物の分解生成物は、同一の分解生成物を有することが多いということである。例えば、多くのタイプの従来の爆薬は、分解すると、いろいろある生成物のうち、窒素酸化物になる。このタイプの分解は、熱分解脱離とみなされる。幾つかの化学的属から作られる窒素含有爆薬には、それらを個々に識別するには多数の分析用試薬を必要とするであろう多くの種類があるが、これらは全て加熱されたとき、二酸化窒化物及び酸化窒素を発生させる。
【００１４】
システム２０は、空気流システム、水流システム、貯蔵した気体流システム、又は現場で発生された流れシステムとすることができる。貯蔵した気体流システムは、窒素、水素、ヘリウム、蒸気、又は分析物質又は分解生成物を輸送することができるその他の流体を含むことができる。これは、一般に、ゼロガスと称されている。現場にて発生された流れシステムは、膜又は圧力スイング吸着システムを使用することにより発生された窒素を、非限定的に使用することができる。
【００１５】
図２には、図１に示したシステム２０と同様に、分子の検出を行なう一例としてのシステム５０が示されている。システム５０は、流体運動発生器３０と、フィルタ装置５２と、ＮＯｘ洗浄器３４と、熱交換器３８と、光共振器検出の構成要素４０と、第一の３方弁５６と、第二の３方弁６０と、ヒータ５８と、制御装置６６とを含む。ヒータ５８は、ＮＯｘ洗浄器３４の前方又は後方に配置されている。
【００１６】
第一の３方弁５６は、吹き込まれた空気を流体運動発生器３０から受け取り且つ、その空気を、制御装置６６により送られた制御信号に基づいて、ヒータ５８／洗浄器３４又はフィルタ装置５２に送る。第二の３方弁６０は、フィルタ装置５２又は光共振器の検出構成要素４０からの出力を受け取り且つ、その受け取った出力を、制御装置６６により送られた制御信号に基づいて換気口に送る。制御装置６６は、状況を監視し且つ、その作動を制御し得るようシステム５０のその他の構成要素と接続することもできる。システム５０は、２状態サイクル−微粒子の収集モード及び反応性脱離モードにて作動される。
【００１７】
一連の作業の中の収集モードの間、空気の試料が、流体運動発生器３０（例えば、ファン、ポンプ）により供給源から収集され且つ、第一の３方弁５６を介してフィルタ装置５２に送られる。フィルタ装置５２は、所望のエネルギ発生材料、すなわち、収集した空気流中に存在するであろう爆薬の微粒子を捕捉するフィルタエレメントを含む。好ましくは１秒から１０分、最も好ましくは５秒から１０秒のある期間にわたり収集した後、システム５０は第二のモードに切り換えられる。次に、フィルタ装置５２は、第二の弁６０を介して換気口に排出する。
【００１８】
フィルタ処理された微粒子の試料を収集した後、第一の弁５６を切り換えて、フィルタ処理された空気がヒータ５８に排出されるようにする。ヒータ５８は、空気の温度を、爆発性分子が急速に分解して二酸化窒素及び（又は）酸化窒素を含有する気体を発生させるレベルまで上昇させる。温度は、このサイクルの部分の間、好ましくは１００°ないし６５０°の範囲、最も好ましくは２００°ないし３００℃の範囲に制御される。任意のエネルギ源を使用して熱を提供することができる。例えば、電気エネルギ、燃料の燃焼又は車の排気を使用して熱を提供することができる。この例において、２５０°ないし３００℃にて作動する洗浄器３４（固相洗浄器）が使用される。洗浄器３４は、通常、空気中に存在する窒素の不純物を除去する設計とされている。洗浄器３４は、通常、空気中に存在するが爆薬を含む粒子と関係付けられない窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去する。洗浄器３４は、清浄とされた空気をフィルタ５２に排出する。
【００１９】
フィルタ５２内にて爆薬の吸着した粒子は、分解されて二酸化窒素及び酸化窒素を含有する分解生成物となる。ＴＮＴ、ＲＤＸ、ＨＭＸ、ＰＥＴＮ、ニトロセルロース、ニトログリセリン、ＡＮＦＯのような従来の爆薬の殆んど、及びその他の窒素を含有する爆薬及び推進薬は、熱分解が生じたとき、窒素酸化物を発生させる。この実施の形態において、洗浄器３４、ヒータ５８、及びフィルタ５２は、要求されるエネルギ量を最小にすべく、熱の損失を防止するため、共通のハウジング（図示せず）内に収容されている。この実施の形態において、フィン付き管熱交換器３８は、フィルタ装置５２からの気体の温度を低下させ光共振器の構成要素４０の損傷を防止する。熱交換器３８からの冷却した分解気体は、光共振器の構成要素４０に伝導される。次に、構成要素４０は、第二の弁６０を介して換気口に排出する。制御装置６６は、光共振器に入る気体の温度を能動的に制御し、これにより精度を向上させる。別の実施の形態において、システムは、ガソリン、化学兵器、有毒な工業用化学剤、殺虫剤、ハロゲン化溶剤、及び生物学的材料のような非エネルギ発生材料（離脱したとき、ＮＯｘを発生させない材料）を検出する設計とされている。全体として、本発明は、固体、液体又は蒸気相の上述したものに限定されない材料を検出し、また、水、塵、泥又は砂のようなその他の材料と組み合わせて使用することができる。このタイプのシステムは、必ずしも、ＮＯｘ洗浄器を必要とせず、また、収集フィルタは、微粒子材料の分子成分又は分子と微粒子材料との組み合わせの何れかを捕捉する設計とすることができる。その最も単純な形態において、フィルタは、単に、メッシュ微粒子フィルタのような機械的な材料である。これは、ゼオライト、シリカ、アルミナ、活性炭素又はターゲットの分子物質を吸着する設計とすることのできる、その他の適正な分子吸着材から成る分子フィルタと組み合わせることができる。幾つかの実施の形態において、別個の機械式フィルタ無しにて分子フィルタを使用することができる一方、その他の実施の形態において、機械式フィルタ及び分子フィルタは、単一の要素となるように互いに組み合わせることができる。この組み合わせ体は、当該技術の当業者に周知である、パージ及びトラップと同様のやり方で揮発性の分析物質化合物を単に解放するために使用することができる。これと代替的に、システムは、分析物質を熱分解させて第二の生成物（ＮＯｘのような）を形成させるよう、上昇した高温度にフィルタを曝す設計としてもよい。これにより、第二の生成物により当初の化合物の存在を定量的に推測することができる。次に、収集した任意の材料の単純な脱離（すなわち、ガス抜き）を実行するため、分子フィルタを加熱する。単純なな脱離の結果物は、分析のため、光共振器に送られる。光共振器に伝導された流体の温度は、この化学的反応性の共振器と関係付けられた化学的検出器及び光学素子に対して許容可能な性能を提供する温度範囲まで冷却し又は調節する必要がある。脱離温度は、雰囲気温度から６００℃、好ましくは０から４００℃、最も好ましくは、１００から２５０℃の範囲とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の１つの実施の形態に従って形成された一例としてのシステムの概略図である。
【図２】本発明の１つの実施の形態に従って形成された一例としてのシステムの概略図である。
【符号の説明】
【００２１】
２０    分子検出システム
３０    流体運動発生器
３２    フィルタ／ヒータ装置
３４    ＮＯｘ洗浄器
３８    熱交換器
４０    光共振器の検出構成要素
４４    制御／処理装置
【図１】
2009109479.tif 000003
【図２】
2009109479.tif 000004
【外国語明細書】
2009109479000001.pdf