Znormalizowana metoda pomiaru skuteczności zbierania próbek śladowych ilości materiałów wybuchowych za pomocą wycierania

Summary

Zoptymalizowane protokoły pobierania próbek i rozwój nowych materiałów do czyszczenia mogą być ułatwione dzięki ustandaryzowanym pomiarom efektywności pobierania próbek z wycierania. Nasze podejście do pobierania próbek śladowych ilości materiałów wybuchowych wykorzystuje zautomatyzowane urządzenie do kontrolowania prędkości, siły i odległości podczas pobierania próbek wycierania, a następnie ekstrakcji zebranych materiałów wybuchowych.

Abstract

Jednym z kroków ograniczających wykrywanie śladów materiałów wybuchowych w miejscach kontroli jest skuteczne pobranie próbki. Pobieranie próbek metodą wycierania jest najpowszechniejszą procedurą pobierania śladów materiałów wybuchowych, a do oceny i optymalizacji protokołów pobierania próbek potrzebne są ustandaryzowane pomiary skuteczności pobierania. Opisane tutaj podejście ma na celu zapewnienie tej infrastruktury pomiarowej i kontroluje większość czynników, o których wiadomo, że są istotne dla pobierania próbek wymazywania. Trzy krytyczne czynniki (przyłożona siła, odległość jazdy i prędkość jazdy) są kontrolowane za pomocą zautomatyzowanego urządzenia. Powierzchnie testowe są wybierane na podstawie podobieństwa do środowiska przesiewowego, a chusteczki mogą być wykonane z dowolnego materiału rozważanego do użycia przy pobieraniu próbek wycierania. Próbki cząstek wybuchowej 1,3,5-trinitroperhydro-1,3,5-triazyny (RDX) nanosuje się w ustalonym miejscu na powierzchni przy użyciu techniki suchego transferu. Próbki cząstek, opracowane niedawno w celu symulacji pozostałości powstałych po kontakcie z materiałami wybuchowymi, są wytwarzane przez drukowanie atramentowe roztworów RDX na podłożach z politetrafluoroetylenu (PTFE). Skuteczność zbierania mierzy się poprzez ekstrakcję zebranego materiału wybuchowego z chusteczki, a następnie odnosi się do krytycznych czynników pobierania próbek oraz wyboru materiału do wycierania i powierzchni testowej. Pomiary te mają na celu ukierunkowanie opracowania protokołów pobierania próbek w miejscach badań przesiewowych, w których szybkość i przepustowość są głównymi czynnikami.

Introduction

Badanie pod kątem śladów materiałów wybuchowych na lotniskach i w innych miejscach jest kluczowym krokiem w ochronie społeczeństwa przed zagrożeniem terrorystycznym. Obecne praktyki są w dużym stopniu skoncentrowane na wycieraniu próbek zanieczyszczeń powierzchniowych z przedmiotów przenoszonych przez ludzi, samych ludzi oraz przedmiotów przeznaczonych do ładowni. Chusteczki do zbierania są analizowane natychmiast w terenie przy użyciu komercyjnych detektorów śladowych materiałów wybuchowych (ETD), które zwykle opierają się na desorpcji termicznej zebranego materiału stałego, z wykrywaniem za pomocą spektrometrii ruchliwości jonów¹ lub, od niedawna, spektrometrii mas. Całkowity czas dostępny na pobranie i analizę próbek jest ograniczony ze względu na konieczność zminimalizowania wpływu na przepustowość pasażerów i ładunków. Protokoły pobierania próbek muszą być zoptymalizowane w celu pobrania jak największej ilości próbek w jak najkrótszym czasie, co wymaga ustandaryzowanych pomiarów, które mogą ważyć czynniki ważne dla pobierania wycierania.

Pobieranie próbek metodą wycierania jest powszechną praktyką stosowaną do pobierania próbek zanieczyszczeń powierzchniowych w obszarach zdrowotnych, środowiskowych i regulacyjnych^2,3^,4,5,6,7. Typowe praktyki obejmują trzymanie chusteczki ręcznie i pobieranie próbek w ustalonym obszarze przy użyciu ogólnego wzorca pokrycia. Aby zwiększyć kontrolę nad czynnikami wycierania, w tym siłą i prędkością, opracowaliśmy instrumentalne podejście do symulacji próbkowania wymazywania⁸, które zostało również wykorzystane do oceny wydajności biologicznego pobierania próbek wipe-sup⁹. Komercyjne urządzenie przeznaczone do pomiaru przyczepności zostało dostosowane do tego celu; Obejmuje płaską powierzchnię, która porusza się ze stałą prędkością i odległością pod nieruchomym wycieraczem. Siła podczas pobierania próbek jest kontrolowana przez ciężarek umieszczony na górze uchwytu chusteczek. Powierzchnie będące przedmiotem zainteresowania (tkaniny, tworzywa sztuczne, metale itp.) umieszcza się na powierzchni płaskiej, a próbkę cząstek umieszcza się w ustalonym obszarze na tej powierzchni. W naszych wcześniejszych pracach wykorzystaliśmy mikrosfery lateksu polistyrenowego jako cząstki testowe i wykazano, że wielkość cząstek ma wpływ na zbieranie cząstek, przy czym większe (42 μm) kulki zbierane są bardziej efektywnie niż mniejsze (9 μm). Stwierdziliśmy również pewną poprawę skuteczności zbierania wraz ze wzrostem siły przyłożonej podczas pobierania próbek oraz zaobserwowaliśmy różnice w zbieraniu z różnych powierzchni i dla różnych chusteczek.

W późniejszych pracach stwierdziliśmy, że cząsteczki polistyrenu mogą być ponownie osadzane, kontynuując wycieranie powierzchni po zebraniu, zmniejszając widoczną skuteczność zbierania¹⁰. Jest to ważny czynnik przy wykrywaniu śladowych ilości materiałów wybuchowych, ponieważ przedmioty, z których pobiera się próbki w scenariuszach kontroli bezpieczeństwa, takie jak walizki, mogą być duże w stosunku do obszaru zbierania chusteczek, co wymaga pokonywania dużych odległości, aby pokryć nawet niewielki procent powierzchni przedmiotu. W związku z tym odległość pokonywania powierzchni po pobraniu próbki jest ważnym czynnikiem, a protokoły terenowe zazwyczaj określają maksymalną dopuszczalną odległość pokonaną przed każdą analizą.

Kształty mikrosfer nie przypominają prawdziwych cząstek wybuchowych^11,12 a ich właściwości chemiczne i fizyczne mogą czynić je nieodpowiednim symulantem dla materiałów wybuchowych w eksperymentach z zbieraniem chusteczek. Aby rozwiązać ten problem, opracowaliśmy materiał testowy zawierający materiał wybuchowy 1,3,5-trinitroperhydro-1,3,5-triazynę (RDX) o znanej wielkości cząstek. Badany materiał jest wytwarzany przez drukowanie atramentowe nanolitrowych objętości roztworu RDX w tablicach na podłożach teflonowych, z mikrometrowymi osadami stałymi utworzonymi przez odparowanie w każdym punkcie matrycy. Osady są przenoszone na powierzchnie testowe poprzez wcieranie w powierzchnię, a wynikowe rozmiary cząstek są definiowane przez początkową wielkość osadu. Pożądane średnice cząstek, określone na podstawie analizy odcisków palców zawierających śladowe ilości materiałów wybuchowych, wynoszą od 10 do 20 μm. Osady mogą być również tworzone przez pipetowanie mikrolitrowych objętości roztworu na podłoża teflonowe ¹³, ale wyschną one do jednego dużego osadu, na ogół znacznie większego niż pożądany zakres rozmiarów cząstek (dla mas RDX istotnych dla tej pracy). W tej pracy stosuje się wzorzec cząstek RDX do drukarek atramentowych wraz z procedurami ekstrakcji i analizy ilościowej w celu zademonstrowania metody określania skuteczności zbierania chusteczek. Pomiary te mają na celu promowanie rozwoju nowych chusteczek do pobierania próbek o lepszej wydajności pobierania i wspieranie najlepszych praktyk w zakresie pobierania próbek w terenie, w tym celowania w powierzchnie, które dają więcej próbki, odpowiednią siłę do użycia podczas pobierania oraz obszar do pokrycia przed analizą.

Protocol

1. Aparatura

1. Wybierz lub wyprodukuj urządzenie z ruchomą płaszczyzną (patrz schemat na rysunku 1).
   UWAGA: Tutaj użyj testera TL-slip/peel, ale to urządzenie ma funkcje, takie jak pomiar sił tarcia, które nie są konieczne w tej metodzie i mogą zwiększyć koszt w porównaniu z prostszym urządzeniem.
   1. Wybierz wymiary samolotu o minimalnej długości 15 cm i minimalnej szerokości 3 cm. Długość określa maksymalną odległość przesuwu dla pojedynczej ścieżki próbkowania (rysunek 1).
   2. Wybierz płaszczyznę, która porusza się z określonymi prędkościami od 50-400 mm/s z powtarzalnością przy wybranej prędkości ± 10%. Zakres opiera się na danych z populacji ochotników przeprowadzających eksperymenty z czyszczeniem. ¹⁰
2. Zbuduj uchwyt na chusteczki (Rysunek 2). Rysunki CAD dostępne w informacjach uzupełniających.
   1. Dołącz mechanizm zaciskowy do przytrzymania chusteczki i odsłonięcia okrągłego obszaru zbierania o średnicy 30 mm. Obszar zbierania jest oparty na typowych ETD, w których obszar desorbera w urządzeniu określa dopuszczalny obszar zbierania.
   2. Dołącz zdejmowany miękki spód za obszarem zbierania, aby zapewnić równomierne rozłożenie siły. Można go usunąć w przypadku zabrudzeń, których nie można usunąć w inny sposób przez czyszczenie. Podłoże może być wykonane z pianki z kauczuku gąbczastego, zgodnie z opisem w ASTM D1894¹⁴, lub z innego miękkiego materiału, takiego jak filc, przyciętego na wymiar.
      UWAGA: Właściwości kauczuku gąbczastego opisane w ASTM D1894 obejmują wymaganą miękkość mierzoną jako zdolność do ściskania pianki o 25% przy użyciu ciśnienia 85 ± 15 kPa (12,5 ± 2,5 psi). Oceniamy skuteczność dowolnego materiału nośnego w celu równomiernego rozłożenia siły, odwzorowując nacisk za pomocą folii wrażliwej na siłę^8,10. Ciśnienie na całej powierzchni zbierania (okrąg o średnicy 30 mm) można obliczyć na podstawie całkowitej siły tylko dla równomiernego rozkładu siły.
   3. Dołącz dołączane obciążniki, aby zapewnić całkowite siły (łączna waga uchwytu i waga) działające na chusteczkę w zakresie od około 1 do 15 N (około 100 do 1,500 gramów siły). Ustaw minimalną siłę przez ciężar uchwytu chusteczek. Zakres siły jest oparty na danych z populacji ochotników wykonujących eksperymenty z wycieraniem, gdzie średnia wywierana siła wynosiła 7 N.¹⁰ Maksymalna siła będzie ograniczona przez zdolność do zapewnienia płynnego ruchu po powierzchni podczas podróży.
   4. Dołącz haczyk oczkowy lub podobne urządzenie do mocowania drutu krępującego. Drut powstrzymuje uchwyt wycieraczki przed przesuwaniem się podczas ruchu samolotu. Drut powinien być równoległy do powierzchni lub znajdować się pod niewielkim dodatnim kątem podczas ruchu samolotu.

2. Wybór materiału i konfiguracja instrumentalna

1. Wybierz powierzchnie testowe na podstawie podobieństwa do środowiska przesiewowego. Do wyboru może być skóra syntetyczna, metal, plastik, karton, tkanina itp. Używaj powierzchni, które są płaskie i pasują do płaszczyzny urządzenia testującego. Bardzo elastyczne powierzchnie mogą wymagać podparcia sztywną powierzchnią, aby zapobiec ruchom podczas pobierania próbek.
   1. W razie potrzeby przyciąć powierzchnie na wymiar i oczyścić rozpuszczalnikiem (etanol lub metanol są ogólnie odpowiednie) i/lub zdmuchując cząstki powietrzem pod ciśnieniem. Oczyścić powierzchnie bezpośrednio przed przeprowadzeniem pobierania próbek przez wycieranie.
2. Używaj chusteczek wykonanych z dowolnego materiału przewidzianego do użycia przy pobieraniu próbek wycierania. Muszą mieć minimalne wymiary, aby pokryć okrągły obszar zbierania o średnicy 30 mm na uchwycie chusteczek i być zaciśnięte na miejscu.
   1. W razie potrzeby przytnij chusteczki na wymiar, aby zmieściły się w uchwycie na chusteczkę.
   2. Przed użyciem należy przebadać podzbiór chusteczek zgodnie z procedurami opisanymi w sekcji 4 w celu określenia skuteczności ekstrakcji i poziomów zanieczyszczenia ślepą próbą w odniesieniu do RDX lub innych zanieczyszczeń, które mogłyby zakłócać analizę.
3. Przygotowanie wzorców cząstek RDX za pomocą matryc drukujących atramentowo na podłożach z politetrafluoroetylenu (PTFE). Ich wytwarzanie i wykorzystanie zostało szczegółowo opisane w recenzowanej publikacji. 200 ng RDX jest minimalną ilością, biorąc pod uwagę typowe analityczne granice wykrywalności techniki oznaczania ilościowego wynoszące około 5 ng/ml, a maksymalna ilość, w oparciu o zgłoszone ilości RDX w odciskach palców, powinna wynosić kilka mikrogramów. Próbki można przechowywać w lodówce do 30 dni po wydrukowaniu.
   UWAGA: Cząstki pochodzące z tych norm mają średnicę od 1 μm do 40 μm, dobrze symulując cząstki w odciskach palców powstałych po kontakcie z plastikowymi materiałami wybuchowymi¹². Rozkład powierzchni przenoszonej próbki zależy od rozmiaru drukowanej matrycy, ale zazwyczaj mieści się w obszarze 5 mm na 5 mm; w obrębie okrągłego obszaru pobierania próbek o średnicy 30 mm. Protokół ten wykorzystuje wzorce cząstek RDX wytwarzane przez druk atramentowy, które mają znany rozkład wielkości cząstek i znany rozkład obszaru po przeniesieniu na powierzchnię testową. Inne próbki do suchego transferu¹³ mogą być używane, jeśli znane są te same parametry. Nie zaleca się pobierania próbek wytwarzanych przez bezpośrednie osadzanie roztworu na powierzchniach testowych.
4. Skonfiguruj i przetestuj urządzenie do pobierania próbek wymazywania.
   1. Przesuń płaszczyznę do pozycji początkowej (Rysunek 1).
   2. Odnosząc się do rysunku 3, umieść powierzchnię testową, nie przylegając do niej, na płaszczyźnie urządzenia.
      1. Przygotuj szablon z papieru, jak pokazano na schemacie na rysunku 1, i umieść go równo z krawędziami powierzchni testowej, jak pokazano na rysunku 3. Szablon oznacza położenie pozycji początkowej wycierania oraz położenie i długość ścieżki próbkowania.
      2. Przyklej szablon do powierzchni za pomocą taśmy. Przesuwaj powierzchnię z szablonem do przodu i do tyłu na płaszczyźnie, aż chusteczka znajdzie się w miejscu początkowym, gdy drut ograniczający jest napięty. Przesuwaj powierzchnię z szablonem na boki na płaszczyźnie, aż drut ograniczający zostanie wyśrodkowany na ścieżce jazdy.
   3. Zaznacz miejsce na płaszczyźnie, w którym podłoże zostanie przyklejone, jak określono powyżej. Przyklej powierzchnię za pomocą szablonu do płaszczyzny za pomocą podwójnej taśmy klejącej.
   4. Użyj elementów sterujących oprogramowania dla instrumentu, aby wprowadzić odległość i prędkość jazdy.
   5. Zainicjuj ruch płaszczyzny, aby sprawdzić, czy chusteczka podąża za ścieżką pobierania próbek na całej długości podróży i aby zapewnić płynną podróż.
      UWAGA: Niektóre kombinacje powierzchni do wycierania i testowej mogą powodować wysoki poziom tarcia podczas ruchu. Przeskakiwanie i podnoszenie chusteczki podczas ruchu jest niepożądane. Wycieraczka może odbiegać od ścieżki pobierania próbek w przypadku długich odległości przejazdu lub w przypadku niektórych kombinacji wycierania i powierzchni testowej. Najważniejszym czynnikiem jest upewnienie się, że chusteczka przechodzi przez miejsce osadzania próbki. Regulacja kąta drutu krępującego może pomóc złagodzić problem.
   6. Zmierz odległość przebytą od miejsca, w którym znajduje się osad próbki, do końca przesuwu.
      UWAGA: Jeśli próbka zostanie umieszczona w pobliżu początku ścieżki pobierania próbek, jak pokazano na rysunku 1, odległość przesuwu będzie maksymalna dla długości badanej powierzchni. Mniejsze odległości przesuwu można wybrać, ograniczając całkowitą długość przesuwu lub przesuwając położenie próbki.

3. Pobieranie próbek metodą czyszczenia

1. Oczyść powierzchnię testową i pozostaw do wyschnięcia.
2. Umieść powierzchnię na wadze ładowanej od góry i umieść na niej papierowy szablon (patrz 2.4.2), przytrzymując go na miejscu w rogu.
3. Weź próbkę cząstek do ręki i użyj oświetlenia błyskowego, aby sprawdzić, czy matryca jest kompletna.
4. Umieść palec za osadem i połóż podłoże PTFE stroną do osadu do dołu na powierzchni testowej, tak aby osad znajdował się w zaznaczonym obszarze próbki. Przesunąć podłoże PTFE wzdłuż powierzchni testowej w obrębie ścieżki pobierania próbek, używając co najmniej 10 N (obserwuj, że ciężar na wadze jest równy lub przekracza siłę 1 000 gramów), aby przenieść cząstki na sucho.
   1. W przypadku powierzchni testowych o teksturze prążkowanej, podłoże PTFE należy przesunąć wzdłuż powierzchni prostopadłej do prążków, nawet jeśli jest ona prostopadła do ścieżki pobierania próbek.
5. Użyj oświetlenia błyskowego, aby sprawdzić podłoże PTFE po transferze na sucho, aby upewnić się, że matryca została usunięta. Jeśli pozostaną elementy tablicy, wybierz, czy chcesz kontynuować, czy odrzucić eksperyment i rozpocząć go od nowa. Wybór będzie zależał od granic wykrywalności z ekstrakcji i analizy oraz minimalnej masy potrzebnej na powierzchni.
6. Zachowaj podłoże PTFE do ekstrakcji i określenia wydajności nanoszenia.
7. Umieść powierzchnię testową na płaszczyźnie we wcześniej zdefiniowanym miejscu i przyklej ją do płaszczyzny za pomocą podwójnej taśmy klejącej lub jej odpowiednika.
8. Załaduj wybraną chusteczkę do uchwytu i przymocuj odpowiednie obciążniki do wybranej siły.
9. Zapisz temperaturę i wilgotność w pobliżu eksperymentu z dokładnością do ± 2 °C i ± 5% wilgotności względnej.
10. Przymocuj drut ograniczający do uchwytu chusteczki i umieść uchwyt wycieraczką do dołu na powierzchni testowej. Natychmiast zainicjuj ruch samolotu. Po ustaniu ruchu podnieś uchwyt chusteczki z powierzchni testowej i wyjmij chusteczkę z uchwytu.

4. Ekstrakcja i analiza

1. Wyodrębnij i przeanalizuj pozostały RDX na podłożu transferowym PTFE.
   1. Przelać 1 ml metanolu zawierającego wzorzec wewnętrzny po powierzchni i przelać do szklanej fiolki o pojemności 2 ml. Użyj izotopowo znakowanego RDX jako wewnętrznego wzorca. Odpowiedni analog o podobnej budowie chemicznej i właściwościach fizycznych może być użyty, jeśli nie można uzyskać wzorca znakowanego izotopowo. W przypadku RDX dodatkowym dopuszczalnym wzorcem wewnętrznym byłaby cyklotetrametylenotetranitamina (HMX). Metoda przygotowania podłoża transferowego PTFE sugeruje owinięcie PTFE wokół papieru, aby zminimalizować straty rozpuszczalnika do papieru.
   2. Kwantyfikuj rozwiązania przy użyciu wcześniej opracowanego protokołu analitycznego. Protokół zastosowany w tym badaniu opiera się na spektrometrii mas z jonizacją elektrorozpylania (ESI-MS).
2. Wyodrębnij i przeanalizuj RDX zebrany na wycieraczce.
   1. Przyciąć materiał do wycierania do okrągłego obszaru zbierania o średnicy 30 mm i umieścić odciętą część w szklanej fiolce o pojemności 2 ml. Dodać 1 ml metanolu zawierającego wzorzec wewnętrzny.
   2. Zamknąć fiolkę i wirować z prędkością 10 000 obr./min przez 30 s.
   3. Określ ilościowo roztwory tak szybko, jak to możliwe, aby zapobiec ponownej adsorpcji analitu i/lub wzorca wewnętrznego na materiale chusteczek. Jeśli to możliwe, wykonuj analizy w ciągu godziny od ekstrakcji.
3. Wyodrębnić i przeanalizować podzbiór niewykorzystanych wzorców cząstek RDX na PTFE w celu uzyskania podstawowej masy początkowej w taki sam sposób, jak w ppkt 4.1.
4. Oblicz wydajność nanoszenia (TE) z podłoża PTFE, aby określić masę RDX osadzonego na powierzchni.
   
   gdzie_{RDX Initial} jest średnią zdeponowaną masą wyekstrahowanych próbek podstawowych (krok 4.3), a RDX_Remain. jest masą RDX pozostałą na podłożu PTFE po suchym transferze (krok 4.1).
5. Obliczyć skuteczność zbierania (CE) ściereczki w stosunku do masy osadzonej na powierzchni.
   
   gdzie_{RDX Wipe} jest masą RDX wyodrębnioną z wipe (krok 4.2).

5. Kontrola jakości

1. Wykonaj co najmniej 3 powtórzenia. Zmienność CE może być stosunkowo wysoka, a do określenia znaczenia różnych czynników próbkowania może być potrzebnych 10 lub więcej powtórzeń.
   1. Oczyścić i ponownie wykorzystać powierzchnie testowe dla kontrprób, jeżeli ślepa próba wykaże skuteczność procedury czyszczenia. Rozpuszczalniki mogą wpływać na strukturę powierzchni, a wszelkie procedury wymagające ich użycia muszą mieć zastosowanie do wszystkich kontrprób.
   2. Do każdej repliki należy użyć świeżych chusteczek.
2. Zmierz ślepe próby procesowe, postępując zgodnie z tą samą procedurą, ale z pustymi podłożami PTFE.

6. Raportowanie

1. Należy obliczyć i podać średnią i odchylenie standardowe TE i CE dla (n) kontrprób.
2. Raport 1) rodzaj wycierania, 2) powierzchnia testowa, 3) siła, 4) prędkość, 5) odległość przejazdu, 6) temperatura i 7) wilgotność.
3. Należy podać rodzaj i szczegółowe informacje na temat użytej próbki. Jeżeli próbki zostały przygotowane w inny sposób niż za pomocą druku atramentowego, należy podać szacowaną wielkość cząstek i odtwarzalność.
4. Proszę zgłosić wszelkie inne czynniki, kontrolowane lub zaobserwowane.

Results

Zdolność tego protokołu do dokładnego pomiaru skuteczności pobierania z szerokiej gamy możliwych powierzchni testowych zależy od fizycznych cech próbki i jej ograniczenia do określonego obszaru na powierzchni. Jeżeli próbka znajduje się poza określonym obszarem, może nie zostać w pełni napotkana podczas pobierania próbek przez wycieranie, a skuteczność pobierania zostanie sztucznie zmniejszona. Ponadto, jeżeli cząstki znacznie różnią się od rzeczywistych cząstek oczekiwanych w śladowych pozostałościach materiałów wybuchowych, pomiary skuteczności zbierania mogą nie być reprezentatywne. Z tych powodów zalecamy użycie określonego rodzaju próbki, co do której wykazano, że generuje odpowiednią charakterystykę wielkości cząstek i przenosi się na powierzchnie testowe w zamkniętym obszarze zgodnie z protokołem. Bezpośrednie osadzanie roztworu w celu wytworzenia cząstek zależy od tekstury i składu powierzchni i może nie prowadzić do uzyskania reprezentatywnych próbek.

Wyniki są podane w Tabeli 1 dla komercyjnego chusteczki ETD 1 (polimer meta-aramidowy) przy sile 7,5 N i powierzchni testowej reprezentatywnej dla bagażu (tkanina z nylonu balistycznego), dla dwóch różnych odległości podróży. Prędkość przesuwu dla wszystkich eksperymentów wynosi 50 mm/s, a temperatura i wilgotność względna podczas zbierania wynosiły odpowiednio 20 ± 2 °C i 40 ± 4% wilgotności względnej. Wyniki pokazują, że dłuższa ścieżka powoduje zmniejszenie wydajności zbierania, co jest oczekiwane ze względu na ponowne osadzanie cząstek¹⁰. Odległość przesuwu wynosząca 36 cm została osiągnięta dzięki zastosowaniu trzech oddzielnych przejść na powierzchni, podniesieniu ściereczki na końcu każdej ścieżki i przesunięciu powierzchni w celu odsłonięcia nowej ścieżki pobierania próbek. Ta metoda wydłużania drogi przesuwu wymaga, aby chusteczka była wielokrotnie podnoszona i odkładana, co może dawać inne wyniki w porównaniu z ciągłą ścieżką próbki. W scenariuszach kontroli przesiewowej prawdopodobne jest, że chusteczka jest wielokrotnie podnoszona i wymieniana na elemencie, tak aby takie podejście do wydłużenia odległości podróży było odpowiednie.

Stężenia TEs osadów RDX z podłoża PTFE są wysokie, zgodnie z oczekiwaniami dla tej powierzchni. Ponieważ TE są bliskie 100%, a kontrola wzrokowa podłoża zapewnia zapewnienie jakości (krok 3.2.3), pomiar TE można wyeliminować bez znaczącego wpływu na wyniki CE dla tej powierzchni testowej. Inne powierzchnie testowe mogą mieć niższe lub bardziej zmienne TE. Niepewności w CE mieszczą się w zakresie oczekiwanym dla tej techniki na podstawie naszego dotychczasowego doświadczenia. Druga komercyjna chusteczka ETD (tkana z włókna szklanego powlekana PTFE) ma na ogół niższe niepewności niż chusteczka z polimeru meta-aramidowego, chociaż ogólnie ma również niższe CE (ilustracja 4). Nasza poprzednia praca z mikrosferami polistyrenu ⁸ jest zgodna z niższą wydajnością zbierania zaobserwowaną dla chusteczki ETD 2 w porównaniu z chusteczką 1.

Rysunek 1. Schemat aparatu do pobierania próbek chusteczką (po lewej i środkowej) z szablonem do umieszczania próbki na powierzchni badawczej (po prawej). Ślad obszaru zbierania wycieraczek, okrąg o średnicy 30 mm, jest pokazany na początku i na końcu ścieżki pobierania próbek. Chusteczkę umieszcza się na powierzchni testowej, przechodzi bezpośrednio przez miejsce próbki (zwykle 5 mm na 5 mm lub mniej) i kończy się na powierzchni. Odległość przebyta odbywa się od C, miejsca położenia próbki, do końca. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 2. Przykładowy uchwyt na chusteczkę. Części składowe niestandardowego uchwytu są pokazane w lewym górnym rogu i obejmują dwa plastikowe elementy wyprodukowane przez druk 3D. Te dwa elementy służą do zaciśnięcia chusteczki na miejscu i są utrzymywane razem za pomocą dwóch radełkowanych. Dołączany obciążnik ze stali nierdzewnej to solidny pręt z gwintowanym kołkiem na jednym końcu do zamocowania na uchwycie. Śruba oczkowa służy do mocowania linki ograniczającej.

Rysunek 3. Konfiguracja urządzenia. Żółty papierowy szablon jest wykonany tak, aby pasował do kwadratowej stalowej powierzchni testowej o wymiarach 10 cm na 10 cm, z wycięciem na ścieżkę pobierania próbek. Powierzchnię z szablonem umieszcza się na ruchomej płaszczyźnie i dopasowuje do momentu, gdy linia ograniczająca zostanie napięta i wyśrodkowana nad ścieżką próbkowania. Szablon służy do konfiguracji urządzenia i podczas przenoszenia próbki testowej, ale nie jest na miejscu podczas pobierania próbek wycieranych. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 4. Wyniki dla powierzchni testowej skóry syntetycznej i odległości przesuwu 36 cm, uzyskane przy użyciu 3 przejść po 12 cm każde, dla dwóch różnych chusteczek. Niepewności w CE są podane jako 1 odchylenie standardowe.

pkt.

Odległość przebyta (cm)	Siła (N)	TE (%)	RSD (%)	CE (%)	RSD (%)	n
36*	7,5	97,4 ± 2,1	2.2	11,7 ± 4,0	34,0	9
12	7,5	98,5 ± 1,3	1.3	22,6 ± 3,4	Rozdział 15,2	4
*3 przejścia po 12 cm każde.

Tabela 1. Wyniki dla komercyjnej chusteczki ETD 1 i powierzchni testowej tkanej tkaniny nylonowej dla dwóch różnych odległości podróży. Niepewności w TE i CE są podane jako 1 odchylenie standardowe.

Discussion

Pobieranie próbek jest obecnie postrzegane jako krok ograniczający do poprawy możliwości wykrywania w środowiskach przesiewowych. Pobieranie próbek metodą wipe-sampling wymaga pomiarów i standaryzacji w celu oceny obecnych możliwości i wsparcia rozwoju nowych materiałów i protokołów pobierania próbek. Opisane tutaj podejście ma na celu zapewnienie tej infrastruktury pomiarowej i kontroluje większość czynników, o których wiadomo, że są istotne dla pobierania próbek wymazywania. Wcześniejsze prace wykazały, że wielkość cząstek, siła przyłożona podczas zbierania, powierzchnia testowa, ściereczka do pobierania próbek i odległość przebycia są ważnymi czynnikami, które należy kontrolować. Podejście instrumentalne pozwala na kontrolę nad przyłożoną siłą, prędkością wycierania i odległością przesuwu, a wartości dobrane dla tych parametrów powinny mieścić się w zakresie oczekiwanym w rzeczywistych sytuacjach. Siła jest przykładana za pomocą obciążnika podkładowego nad obszarem zbierania i należy zachować ostrożność, aby uzyskać równomierny rozkład siły w celu obliczenia nacisku.

Powierzchnie testowe są wybierane przez użytkownika i powinny odnosić się do rzeczywistych środowisk przesiewowych, aby odtworzyć oczekiwany zakres wyzwań związanych z pobieraniem próbek. Chusteczki do pobierania próbek są wybierane w celu oceny obecnych praktyk i/lub pomiaru skuteczności nowo zaprojektowanych materiałów. W celu porównania wyników między laboratoriami należy użyć tych samych powierzchni testowych i chusteczek, co można zrobić, określając parametry krytyczne lub udostępniając materiały zakupione z jednego źródła. Chusteczki ETD są dostępne na rynku, ale są stale w produkcji i różne partie mogą mieć różne właściwości. Są to kwestie, które mogą zostać rozwiązane w przyszłości dzięki skoordynowanym wysiłkom międzylaboratoryjnym.

Próbki wykorzystywane do oceny skuteczności zbierania powinny odpowiadać cechom fizycznym oczekiwanym w rzeczywistych sytuacjach. W przypadku materiałów wybuchowych opracowaliśmy podejście do rozwiązań druku atramentowego RDX w celu wytwarzania osadów o rozmiarach mikrometrowych, które skutecznie przenoszą się na różne podłoża i wytwarzają osady cząstek o wielkości od 1 do 40 μm. Alternatywnie można zastosować mikrosfery polistyrenowe o stałym rozmiarze. Pipetowanie roztworów RDX na podłoża teflonowe zwykle powoduje powstanie pojedynczego osadu, który może być dość duży, a rozmiary cząstek po przeniesieniu na powierzchnię są nieznane. Podejście to może być stosowane do badań pobierania próbek, jeżeli rozmiary cząstek są scharakteryzowane i wykazane, że są odtwarzalne.

Metoda ta została opisana w celu oceny wydajności pobierania próbek materiałów wybuchowych, ale może być również stosowana do zastosowań środowiskowych, jądrowych lub kryminalistycznych. Próbki, ponownie, powinny być opracowywane tak, aby odpowiadały rzeczywistym zastosowaniom, a w przypadku pozostałości cząstek odpowiedni byłby ten sam rodzaj suchego transferu z teflonu. W przypadku zanieczyszczeń powierzchniowych pochodzących ze źródeł innych niż przenoszenie cząstek, takich jak kondensacja z pary, bardziej odpowiednie mogą być różne rodzaje próbek.

Obecnym ograniczeniem tej techniki jest brak możliwości zmiany kierunków podczas próbkowania. Bieżąca konfiguracja pozwala na ruch tylko w jednym kierunku, a zatem nie może kontrolować zmian kierunku, które zwykle występują podczas próbkowania obiektów w terenie. Obecnie odpowiadamy na tę potrzebę, włączając ruch x - y i pozwalając na określone wzorce próbkowania, aby wypełnić obszar.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Tester poślizgu / odklejania	Imass	TL-2300	zastępuje TL-2200 używany w protokole
drukarki 3D	Stratasys	Connex500	Żywica VeroWhite jako materiał do drukowania
stalowy z gwintem	McMaster-Carr	7786T14	przycięty na wymiar dla żądanej wagi, wielu dostawców internetowych dostępnych
filcowy lub gumowy			materiał podkładowy w uchwycie na chusteczki, wiele online dostępni dostawcy
Podłoże PTFE	SPI Supplies	01426-AB	Bytac o szerokości 1 cala Ochraniacz na ławkę i półkę, z podkładem aluminiowym, przycięty na wymiar
Rozwiązanie RDX	Cerilliant Analytical Reference Standards	ERR-001S	1,000 mg/mL w acetonitrylu
Drukarka atramentowa	MicroFab Technologies, Inc.	jetlab4 xl-B
Izotopowo oznakowany RDX	Cambridge Isotope Laboratories	CLM-3846-S	Do wewnętrznego wzorca analitycznego
2 ml szklana fiolka	Restek	21140 /24670
Metanol	Sigma Aldrich	14262	Chromasolv grade
ETD chusteczka 1	DSA Detekcja	DSW8055P	Ionscan 500 DT chusteczka
ETD 2	DSA Wykrywanie	ST1318P	Itemiser DX chusteczka
Balistyczna tkanina nylonowa	Seattle Fabrics	1050 Denier Ballistics Tkanina
w celu uzyskania próbki