Open Access

A precise characterization of substances is essential for the safe handling of explosives. One parameter regularly characterized is the impact sensitivity. This is typically determined using a drop hammer. However, the results can vary depending on the test method and even the operator, and it is not possible to distinguish the type of decomposition such as detonation and deflagration. This study monitors the reaction progress by constructing a drop hammer to measure the decomposition reaction of four different primary explosives (tetrazene, silver azide, lead azide, lead styphnate) in order to determine the reproducibility of this method. Additionally, further possible evaluation methods are explored to improve on the current binary statistical analysis. To determine whether classification was possible based on extracted features, the responses of equipped sensor arrays, which measure and monitor the reactions, were studied and evaluated. Features were extracted from this data and were evaluated using multivariate methods such as principal component analysis (PCA) and linear discriminant analysis (LDA). The results indicate that although the measurements show substance specific trends, they also show a large scatter for each substance. By reducing the dimensions of the extracted features, different sample clusters can be represented and the calculated loadings allow significant parameters to be determined for classification. The results also suggest that differentiation of different reaction mechanisms is feasible. Testing of the regressor function shows reliable results considering the comparatively small amount of data.

Als rohstoffarme und exportorientierte Wirtschaftsnation ist die Bundesrepublik in ho- hem Maß auf die Sicherung und Sicherheit der Logistikketten im grenzüberschreiten- den Verkehr angewiesen. Angesichts der komplexen Transportstrukturen bei grenz- überschreitenden Transporten kommt den eingesetzten Kontroll- und Prüfverfahren besondere Bedeutung zu: Einerseits müssen Kostenbelastungen, Unterbrechungen und Verzögerungen in der Transportkette minimiert, andererseits besonders illegale Einfuhren, Transporte und Substanzen unterbunden werden. Von besonderer Bedeu- tung für Verdachts- bzw. Stichprobenkontrollen ist der Einsatz speziell trainierter Spür- hunde. Als besonders leistungsfähige ‚lebende Sensoren‘ sind sie in der Lage, eine Vielzahl von Stoffen zu detektieren. Der Einsatz von Spürhunden unterliegt allerdings engen Grenzen: Hoher Trainingsaufwand, eng begrenzte Einsatzdauer, begrenzte Verfügbarkeit. Die Entwicklung neuer, optimierter Einsatzverfahren für Spürhunde z. B. mit höheren Durchsatzraten und überprüfbarer Verlässlichkeit durch Einbindung technischer Systeme ist daher ein wichtiger Beitrag für die Sicherung und Sicherheit der Logistikketten.

Im Rahmen der vorliegenden wissenschaftlichen Arbeit wurde das Potenzial der einfachen Halbleitergassensoren zum Einsatz in komplexen Fragestellungen erforscht. Ein im wahrsten Sinne des Wortes brandaktuelles Thema, das hier in den Fokus geraten ist, ist die Detektion explosionsfähiger Substanzen. 42547 – so hoch war die Anzahl der Terroranschläge im Zeitraum 2000 bis 2016, die unter Einsatz von energetischen Materialien begangen wurden. Bei mehr als der Hälfte waren Menschenopfer zu beklagen. Terrorismus ist eine Gefahr und neue explosionsfähige Stoffmischungen, deren Analysedaten in keiner Datenbank eines Detektors enthalten sind, bilden zurzeit ein enormes Bedrohungspotential - solche Gefahrstoffe sind mit etablierten bibliothekgestützten Verfahren schwer nachweisbar. In dieser Arbeit wurde ein bibliothekfrei arbeitender Detektor entwickelt, der schnell und verlässlich die Explosionsfähigkeit unbekannter Substanzen anhand der Auswertung ihrer Reaktionsverläufe bewerten konnte. Es wurde gezeigt, dass der Einsatz von Halbleitergassensoren in Kombination mit Photodioden und einem Drucksensor unter Voraussetzung der durchdachten Reaktionsführung und Anwendung von auf die Aufgabenstellung zugeschnittenen Auswertealgorithmen zielführend ist und eine extrem hohe Detektionsrate von 99,8% ermöglicht. Des Weiteren wurde ein einfacher Herstellungsweg für Halbleitergassensoren ausgehend von der vorhandenen Precursorbibliothek gefunden, der in Zukunft gezielte Manipulation der sensorischen Eigenschaften der Halbleitergassensoren durch Variieren des eingesetzten Precursors sowie der Sensorherstellungsparameter erlaubt. Die auf diesem Weg gefertigten Sensoren wurden in den entwickelten Detektor integriert und zeigten großes Potential neben bibliothekfreier Einschätzung der Explosionsfähigkeit einer unbekannten Substanz auch Aussagen über deren Identität treffen zu können.

In der Regel werden für die Hundeausbildung lose Explosivstoffe im Grammbereich eingesetzt. Deren Umgang unterliegt jedoch aufgrund des Gefährdungspotenzials und aus rechtlichen Gründen sehr strikten Regeln. Diese können nur mit Schwierigkeiten mit den Erfordernissen der Hundeausbildung in Einklang gebracht werden. Der Umgang mit hoch-brisanten Zündstoffen und Selbstlaboraten (z.B. TATP und HMTD) stellt aufgrund der nochmals erhöhten Gefährlichkeit und zusätzlicher gesetzlicher Regelungen eine spezielle Herausforderung dar. Das Poster beschreibt die EMPK® (Echtstoff-Mikromengen-Prüfkörper), die eine sichere Alternative als Trainingshilfsmittel für Sprengstoffspürhunde darstellen.

Unkonventionelle Spreng- und Brandvorrichtungen sind Bedrohungen in den weltweiten Konfliktherden und werden bei terroristischen Aktivitäten verwendet. Der Schutz von Menschen und Material erfordert daher effektive Gegenmaßnahmen. Dazu gehört auch die Anforderung an Sicherheitskräfte oder militärisches Personal, unbekannte Substanzfunde mit geringem zeitlichem und logistischem Aufwand vor Ort als gefährdend oder unkritisch einzustufen. Um Explosivstoffe von nicht-explosiven Materialien zu unterscheiden, kann die bei Explosivstoffen initiierbare, stark exotherme Reaktion genutzt werden. Diese resultiert in Strahlungsemissionen sowie in lokaler Druck- und Temperaturerhöhung. Die Messung dieser Reaktionseffekte und die Anforderung an eine mobile, einfach zu bedienende und robuste Analytik werden durch ein System ermöglicht, das Proben im einstelligen mg-Bereich durch schnelles Erhitzen auf mikrostrukturierten Heizern zum chemischen Umsatz anregt. Die emittierte Strahlung wird mit Photodioden im Bereich des sichtbaren und nah-infraroten Lichts aufgenommen, ein Sensor registriert die Druckerhöhung in einer geschlossenen Versuchskammer. In einem zweiten Aufbau werden die gasförmigen Reaktionsprodukte über ein Sensorarray von vier kommerziellen Gassensoren geleitet und die Signalantworten der Halbleitergassensoren mittels Hauptkomponentenanalyse ausgewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass die schnelle thermische Aktivierung für die untersuchten primären Explosivstoffe, Treibladungspulver, sowie Trinitrotoluol (TNT) reproduzierbar erfolgt. Nicht-Explosivstoffe werden dabei im untersuchten Umfang sicher als unkritisch erkannt. Die Auswertung der Gassensorsignale liefert eine Unterscheidung von Nitrat- und Peroxid-basierten Sprengstoffen sowie von nicht-explosiven Substanzen.