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Die Detektion von Explosivstoffen stellt ein zentrales Feld der zivilen Sicherheitsforschung dar. Eine besondere Herausforderung liegt hierbei in dem Nachweis verpackter Substanzen, wie es bei Unkonventionellen Spreng- und Brandvorrichtung (USBV) häufig der Fall ist. Derzeit eingesetzte Verfahren arbeiten meist mit bildgebenden Techniken, durch die sich ein Anfangsverdacht ergibt. Der tatsächliche chemische Inhalt der USBV lässt sich jedoch nicht exakt ermitteln. Eine genaue Beurteilung der Gefährdung durch solche Substanzen ist allerdings von großer Bedeutung, insbesondere wenn die Entschärfung des Objekts in bewohntem Gebiet stattfinden muss. In der vorliegenden Arbeit wird ein Verfahren vorgestellt, das sich als Verifikationsverfahren bei bestehendem Anfangsverdacht gezielt einsetzen lässt. Hierzu wird mittels Laserbohrtechnik zunächst die äußere Hülle des zu untersuchenden Gegenstandes durchdrungen. Anschließend finden eine lasergestützte Probenahme des Inhalts sowie die Detektion unter Verwendung geeigneter Analysemöglichkeiten statt. Der Bohr- und Probenahmefortschritt wird über verschiedene spektroskopische und sensorische Verfahren begleitend überwacht. Zukünftig soll das System abstandsfähig auf Entschärfungsrobotern eingesetzt werden.
Ausführungsbeispiele schaffen eine Vorrichtung zur Desinfektion oder Sanitisierung zumindest eines Gegenstands. Die Vorrichtung umfasst einen Ozongenerator, der ausgebildet ist, um Ozon zu erzeugen und in einem Volumen freizusetzen. Ferner umfasst die Vorrichtung einen Ozonsensor, der ausgebildet ist, um eine Ozonkonzentration in dem Volumen zu messen. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Steuereinrichtung, die konfiguriert ist, um den Ozongenerator anzusteuern Ozon zu erzeugen, so dass eine gemessene Ozonkonzentration für einen vorgegebenen Zeitraum bei einer vorgegebenen Ozonkonzentration oder innerhalb eines vorgegebenen Ozonkonzentrationsbereichs liegt, um in dem Volumen befindliche Gegenstände zu desinfizieren oder sanitisieren.
Bisher ist nicht bekannt, in welchem Ausmaß Fremd- oder Störgerüche dazu geeignet sind, die allgemeine Leistungsfähigkeit eines Sprengstoffspürhundes einzuschränken oder sogar die Detektion eines Sprengkörpers zu verhindern. Ziel ist es zu untersuchen, inwieweit sich durch den gezielten Einsatz von Störsubstanzen die Sprengstoffdetektionsfähigkeit von Spürhunden beeinflussen lässt. Mit Detektionsfähigkeit ist hier sowohl die Wahrscheinlichkeit einer richtigen Detektion von Sprengstoffen in Gegenwart von starken Fremdgerüchen, als auch die ebenfalls zu erwartende Verringerung der Einsatzdauer (vorzeitige Erschöpfung) gemeint.
In this work, the surface reactions of the homemade explosive triacetone triperoxide on tungsten oxide (WO3) sensor surfaces are studied to obtain detailed information about the chemical reactions taking place. Semiconductor gas sensors based on WO3 nanopowders are therefore produced and characterized by scanning electron microscopy, X-ray diffraction, and Raman spectroscopy. To analyze the reaction mechanisms at the sensor surface, the sensor is monitored online under operation conditions using Raman spectroscopy, which allows to identify the temperature-dependent sensor reactions. By combining information from the Raman spectra with data on the changing resistivity of the underlying semiconductor, it is possible to establish a correlation between the adsorbed gas species and the physical properties of the WO3 layer. In the results, it is indicated that a Lewis acid–base reaction is the most likely mechanism for the increase in resistance observed at temperatures below 150 °C. In the results, at higher temperatures, the assumption of a radical mechanism that causes a decrease in resistance is supported.
The application of Raman and infrared (IR) microspectroscopy is leading to hyperspectral data containing complementary information concerning the molecular composition of a sample. The classification of hyperspectral data from the individual spectroscopic approaches is already state-of-the-art in several fields of research. However, more complex structured samples and difficult measuring conditions might affect the accuracy of classification results negatively and could make a successful classification of the sample components challenging. This contribution presents a comprehensive comparison in supervised pixel classification of hyperspectral microscopic images, proving that a combined approach of Raman and IR microspectroscopy has a high potential to improve classification rates by a meaningful extension of the feature space. It shows that the complementary information in spatially co-registered hyperspectral images of polymer samples can be accessed using different feature extraction methods and, once fused on the feature-level, is in general more accurately classifiable in a pattern recognition task than the corresponding classification results for data derived from the individual spectroscopic approaches.
Sicherheit im Fährverkehr
(2012)
Raman-microspectroscopy was used for the non-destructive characterization and differentiation of six different meat spoilage associated microorganisms, namely Brochothrix thermosphacta DSM 20171, Micrococcus luteus, Pseudomonas fluorescens DSM 4358, Escherichia coli Top10 and K12 and Pseudomonas fluorescens DSM 50090. To evaluate and classify the Raman-spectroscopic data at species and strain level an adequate preprocessing and subsequent principal component analysis was used. The same procedure was extended to an independent test data set, which could be successfully assigned to the correct bacterial species and even to the right strain. The evaluation was not only successful in differentiation of gram-positive and gram-negative bacteria but also the discrimination between the different bacterial species and strains was possible. This means that the training data set, the preprocessing method and the evaluation of the data lead to a robust principal component analysis. Even the correct assignment of unknown samples is possible. The results show that Raman-microspectroscopy in combination with an appropriate chemometric treatment can be a good tool for a rapid examination and classification of microbial cultures.
Polymer fibers with liquid crystals (LCs) in the core have potential as autonomous sensors of airborne volatile organic compounds (VOCs), with a high surface-to-volume ratio enabling fast and sensitive response and an attractive non-woven textile form factor. We demonstrate their ability to continuously and quantitatively measure the concentration of toluene, cyclohexane, and isopropanol as representative VOCs, via the impact of each VOC on the LC birefringence. The response is fully reversible and repeatable over several cycles, the response time can be as low as seconds, and high sensitivity is achieved when the operating temperature is near the LC-isotropic transition temperature. We propose that a broad operating temperature range can be realized by combining fibers with different LC mixtures, yielding autonomous VOC sensors suitable for integration in apparel or in furniture that can compete with existing consumer-grade electronic VOC sensors in terms of sensitivity and response speed.
A series of reactive binaphthyl‐diimine‐based dopants is prepared and investigated with respect to their potential for the chiral induction of structural coloration in nematic liquid crystal mixture E7 and the selective photonic sensing of nitrogen dioxide (NO2). Studies of the helical twisting power (HTP) in 4‐cyano‐4′‐pentylbiphenyl (5CB) reveal HTP values as high as 375 µm‐1 and the tremendous impact of structural compatibility and changes of the dihedral binaphthyl angle on the efficiency of the chiral transfer. Detailed investigation of the sensing capabilities of the systems reveals an extraordinarily high selectivity for NO2 and a response to concentrations as low as 100 ppm. The systems show a direct response to the analyte gas leading to a concentration‐dependent shift of the reflectance wavelength of up to several hundred nanometers. Incorporation of copper ions remarkably improves the sensor's properties in terms of sensitivity and selectivity, enabling the tailored tweaking of the system's properties.
Sensoren können verschiedene Aufgaben erfüllen, wie beispielsweise die Optimierung von Prozessen, die Interaktion zwischen Geräten oder die Verbesserung der zivilen Sicherheit. [1–3] Ihr Bedarf für die Industrie oder den Alltag wächst seit Jahren stetig. Besonders mobile Gassensoren sind von großem Interesse. Jedoch ist ihre Anwendung meist durch ihre integrierte Batterie begrenzt. Gassensoren ohne oder mit einem nur sehr geringen Energieverbrauch stehen daher im Interesse bei neuen Anwendungsgebieten, beispielsweise im Brandschutz oder in der Textilindustrie. [4,5] Die Sensoren könnten zum Beispiel in die Textilien einer persönlichen Schutzausrüstung eingearbeitet werden und durch einen Farbumschlag die Anwesenheit eines Gases oder die Überschreitung des Grenzwertes toxischer Substanzen anzeigen.
P30 - Das Elektrospinnen von halbleitenden Zinndioxidfasern für die Detektion von Wasserstoff
(2022)
Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung von dünnen keramischen Fasern als halbleitendes Sensormaterial zum Nachweis von Wasserstoff, möglichst bei Zimmertemperatur. Die elektrische Leitfähigkeit halbleitender Metalloxide ändert sich durch die Einwirkung von oxidierenden und reduzierenden Gasen auf die Oberfläche des Metalloxids. Dieser Effekt kann zur Messung der Gaskonzentration genutzt werden. Die Reaktion von Zinn(IV)-oxid mit Wasserstoff basiert auf der Reduktion des Zinn(IV)-oxids zum Zinn, wobei die Elektronen des Zinn(IV)-oxids im metallischen Zinn verbleiben und dort im nicht gebundenen Zustand zu einer Leitfähigkeitserhöhung beitragen. Die Reaktion des Wasserstoffes kann sowohl mit den Sauerstoffatomen des Oxids als auch mit adsorbierten Sauerstoffatomen an der Oxidoberfläche stattfinden.[ 6] Da die Reaktionen an der Oberfläche des Oxids stattfinden, sollten Sensoren mit einer großen Oberfläche im Vergleich zu metalloxidischen Bulkmaterialien eine höhere Empfindlichkeit aufweisen. [3] Die Verwendung von Fasern anstelle von Dünn- oder Dickschichten führt dabei zu einer besseren Sensitivität gegenüber Gasen.
Durch Dotierung eines nematischen Flüssigkristalles mit einer chiralen Substanz wird eine helikal strukturierte Phase induziert, die in der Lage ist, einfallendes Licht wellenlängenselektiv zu reflektieren. Bei der Reaktion des Dotiermittels mit einem gasförmigen Analyten verändern sich die Ganghöhe dieser Struktur und damit die reflektierte Wellenlänge. Liegt diese im Bereich des sichtbaren Lichts, ist eine Farbänderung mit dem menschlichen Auge zu beobachten. Es ist dabei sinnvoll den Flüssigkristall z.B. in einem Polymer einzukapseln, um ihn vor mechanischen Einflüssen und Umwelteinflüssen zu schützen. Eine Möglichkeit zur Einkapselung ist das koaxiale Elektrospinnen. Vorteile sind unter anderem die Realisierung einer großen Oberfläche und einer sehr geringen Wanddicke der schützenden Schale, die die Diffusion von Gasen durch die Wand hindurch ermöglicht. Um die Funktionsfähigkeit eines solchen Sensors zu testen, wurde ein CO2-sensitiver Flüssigkristall verwendet. Dieser wurde in eine Schale aus Polyvinylpyrrolidon (PVP) versponnen und die Reaktion mit CO2 spektroskopisch analysiert.
Optical gas sensors based on chiral-nematic liquid crystals (N* LCs) forming one-dimensional photonic crystals do not require electrical energy and have a considerable potential to supplement established types of sensors. A chiral-nematic phase with tunable selective reflection is induced in a nematic host LC by adding reactive chiral dopants. The selective chemical reaction between dopant and analyte is capable to vary the pitch length (the lattice constant) of the soft, self-assembled, one-dimensional photonic crystal. The progress of the ongoing chemical reaction can be observed even by naked eye because the color of the samples varies. In this work, we encapsulate the responsive N* LC in microscale polyvinylpyrrolidone (PVP) fibers via coaxial electrospinning. The sensor is, thus, given a solid form and has an improved stability against nonavoidable environmental influences. The reaction behavior of encapsulated and nonencapsulated N* LC toward a gaseous analyte is compared, systematically. Making use of the encapsulation is an important step to improve the applicability.