DD300660A5 - Verfahren zur simulation von v-kampfstoffen fuer die qualitative eichung von ionenbeweglichkeits-spektrometern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Simulation phsophororganischer chemischer Kampfstoffe vom Typ der V-Kampfstoffe fuer die Eichung von Ionenbeweglichkeits-Spektrometern, wobei die Substanzen (z. B. Kampfstoffe) durch die unterschiedliche Beweglichkeit der aus ihnen gebildeten Quasimolekuele identifiziert werden. Verwendet werden Substanzen, die im Vergleich zu den realen V-Kampfstoffen wesentlich untoxischer sind und in der Ionenquelle des Ionenbeweglichkeits-Spektrometers Ionen erzeugen, deren Beweglichkeit denen der realen V-Kampfstoffe entsprechen. Erfindungsgemaesz werden ein Phosphororganika der StrukturROO{Simulation; Ionenbeweglichkeitsspektrometrie; V-Kampfstoffe; Geraeteeichung}

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist anwendbar auf dem Gebiet der Militärtechnik zur herstellungsseitigen Eichung von Kampfstoffnachweisgeräten mit lonenbeweglichkeitsspektrometern und zur Einsatzvorbereitung oder Ausbildung an derartigen Geräten.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Der sicherheitstechnische Aufwand bei der qualitativen Eichung von substanzerkennenden Detektionssystemen steigt enorm mit der Toxizität der nachzuweisenden Substanzen. Das gilt insbesondere für Kampfstoff-identifizierende Systeme. Zu den modernen Kampfstoff-Identifizierungssystemen gehören die Gaschromatographie, die Kombination Gaschromatographie/ Massenspektrometrie und die lonenbeweglichkeitsspektrometrie (IMS).

Beim IMS-Verfahren gilt als Meßgröße die Zeit, in der eine bestimmte Kampfstoff-Ionenart einen vorgegebenen Driftraum durchläuft. Diese Zeiten, auch Driftzeiten genannt, bzw. die aus ihnen berechneten lonenbeweglichkeiten hängen nicht nur von der Masse, sondern auch von der räumlichen Struktur der aus dem jeweiligen Kampfstoff erzeugten Ionen ab, wodurch eine zur Zeit nicht exakt vorausberechenbare, gekrümmte lonenmasse-lonenbeweglichkeits-Funktion entsteht. Für die Nachbildung der kleineren und leichteren Moleküle der Kampfstoffe Sarin und Soman eignen sich die bekannten Simulationsstoffe Dimethylmethylphosphonat (DMMP) Ui, J Diisopropylmethylphosphonat (DIMP), während für die schwereren, verzweigten Moleküle der V-Kampfstoffe bislang keine geeigneten Simulationsstoffe bekannt sind.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur qualitativen Eichung von lonenbeweglichkeitsspektrometern zum Nachweis von V-Kampfstoffen zu entwickeln, das keine Verwendung toxischer Substanzen und damit keinen gesonderten sicherheitstechnischen Aufwand erfordert.

Darlegung des Wesens der Erfindung ·

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Eichung von lonenbeweglichkeitsspektrometern zum Nachweis von V-Kampfstoffen durch die Verwendung von Substanzen geringer Toxizität zu entwickeln, die im Plasma der Ionenquelle dos lonenbeweglichkeitsspektrometers ionen bilden, deren Molmassendifferenz zu unter gleichen Bedingungen gebildeten Ionen von V-Kampfstoffen geringer ist, als die Massenauflösung des Spektrometers.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß als Simulationsstoff ein Gemisch aus einem Phosphororganika der Struktur

R-O-P-S-R (mit R: -C₀Hj-; R¹: -CH_x, C₀H₁.) I ^{V 2 5} 3 2 5

R'

und einem Amin, vorzugsweise einem sekundären Amin der Struktur

H-N^ (mit R¹': -CH,, -C₀H,-, -iC,H₇)

R¹

und einem Konzentrationsverhältnis von 1:1000 bis 1:10000, vorzugsweise 1:1000 bis 1:5 JOO, mit einer Konzentration im Trägergas im ppm- bzw. sub-ppm-Bereich hergestellt und in das Plasma der Ionenquelle des Spektrometer dosiert wird. Die Alkylreste R, R', R" werden in Abhängigkeit vom zu simulierenden V-Kampfstoff gewählt, wobei die einzusetzenden Phosphororganika 100 bis 10OOmal untoxischer sind als die bekannten V-Kampfstoffo. In der Ionenquelle entstehen durch Protonentransfer von den Trägergasionon (H₂OInH⁺ Adduktionen der Art (Phosphororganika) (Amin) (H₂O)H⁺, deren Molmasso nur um 2 amu größer Ist, als die der zu simulierenden V-Kämpfstoff ·. Die Unterschiede in den Strukturen des Simulationsions

R-O R /. . R : ~^C2^H5

/^Pr^NR2 H ^R<: -^CH3· -^C2^H5

R-S 0-H⁺..0^ R'': -CH₇, -C₉H,,, -iC,H_v

χμ! O c* D O /

und des unter gleichen Bedingungen entstehenden V-Kampfstoffions

H R-O 0-H⁺... O<^ R: "^C2^H5

P R' ; -CH-j. , ~° ρ 5

R^ ^N S-CH₂-CH₀-NR₂' R": -CH₃, -C₂H₅, -IC₃H₇

und ihr Einfluß auf die sich nach der Formel

mit Ko - reduzierte lonenbeweglichkeit

e - Elementarladung

N - Anzahldichte des Driftgases

m - Masse des Ions

iv; - Masse des Driftgasmoleküls

k - Boltzmann-Konstante

T - absolute Temperatur

Ωο - mittlerer Stoßquei schnitt zwischen lon und Driftgasmolekül

undQo «n(r_m + r_M)², r_m-lonenradius

r,.,,-Driftgasmolekülradius

ergebenden lonenbeweglichkeit sind bei Molmassen größer 200 amu vernachlässigbar. Die Molmassendifferenz ist kleiner als die Massenauflösung des IMS-Verfahrens.

Ausführungsbeispiel

Als Beispiel für das erfindungsgemäße Verfahren soll die Simulation von IMS-detektablen ionen des Kampfstoffes EDMM dienen. Figur 1 zeigt das Schema der gleichzeitigen Dosierung von Phosphororganika und sekundärem Amin in die Ionenquelle deslonenbeweglichkeitsspektrometers.

In Figur 2 sind die positiven lonenbeweglichkeitsspektren für das Trägergas Luft, für Dimethylamin, für das Phosphororganika O.S-Diethylmethylthiolphosphonat (im weiteren mit SIM1 abgekürzt) und für das Gemisch von Dimethylamin und SIM1 dargestellt.

Figur 3 gibt die lonenmasse-lonenbeweglichkeits-Abhängigkeit wieder.

1. Am Eingang des Ionen¹ aweglichkeitsspektrcmeters 4 befindet sich ein Gasweg 5 mit dem Aktivkohlefilter 1 und den Dosiervorrichtungen 2 für das Phosphororganika und 3 für das sekundäre Amin. Die Dosiervorrichtungen 2 und 3 können bei Verwendung von Permeationsgefäßen räumlich zusammenfallen. Die angesagte Luft wird durch das Aktivkohlefilter 1 von störenden Substanzen befreit. Dio so gereinigte Luft gelangt in ein Dcsiergefäß, in dem sich Permeationsgefäße befinden, die mit den Substanzen SIM 1 und Dimethylamin gefüllt sind. Die aus diesen Permeationsgefäßen austretenden Substanzdämpfe gelangen auf diese Weise gleichzeitig über den Gasweg 5 in die Ionenquelle des Spektrometer 4.

2. Wird von dem Spektrometer 4 die vom Filter 1 gereinigte Luft angesaugt, erhält man das Spektrum 1 (Figur 2) für die positiven Trägergasionen (H₂O)₄H⁺, dessen Maximum der Beweglichkeit Ko⁺ = 2,36cm²/Vs entspricht. Erfolgt die Dosierung von z. B. 8 ppm Dimethylamin HN(CH₃I₂, dann entsteht das Spektrum 2 mit einem Peak für Amin-Ionen (HN(CH₃I_{2 2}H⁺ (Beweglichkeit Ko* = 2,17cmVVs). Würden anstelle des Amins z. B. 16ppm SIM1 in den Gasweg 5 dosiert, dann wäre das Spektrum 3 das Resultat. Die beiden Peaks im Spektrum 3 entsprechen dsn Ionen (SIM 1) (H₂O)H⁺ (Ko⁺ = 1,70cm²/Vs) und (SIMD₂H⁺ (Ko^T = 1,25cm²/Vs). Bei gleichzeitiger Dosierung von Dimethylamin und SIM 1 mit den oben genannten Konzentrationen

bildet sich das Spektrum 4 heraus. Die beiden Peaks des Spektrums 4 gehören zu den Ionen HN(CH₃I_{2 2}H⁺ (Ko⁺ = 2,17cm²/ Vs) und (SIM 1 )(HN(CH₃)₂) (H₂O)H⁺ (Ko⁺ = 1,58cm²/Vs), von denen der 2. Peak von der erfindungsgemäß erzeugten Ionen herrührt, die die Ionen der Substanz EDMM

CH, S-O-U-CH^-N

nachbilden.

Claims (3)

1. Verfahren zur Simulation von V-Kampfstoffen mit wenig toxiachen Substanzen für die qualitative Eichung von lonenbeweglichkeitsspektrometern, dadurch gekennzeichnet, daß ίη das Plasma der Ionenquelle des lonenbeweglichkeitsspektrometers ein Gemisch aus O,S-Diethylmethylthiolphosphonat oder O,S-Diethylethylthiolphosphonat und einem Amin im ppm- bzw. sub-ppm-Bereich und einem Verhältnis der Konzentrationen von Phosphororganika und Amin von 1:1000 bis 1:10000 dosiert wird.

2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Amin Dimethyl-, Diethyl- oder Diisopropylamin verwendet wird.

3. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahl der einzusetzenden Bestandteile des Gemisches in Abhängigkeit vom zu simulierendon V-Kampfstoff erfolgt.