KR101694717B1

KR101694717B1 - 적외선 광으로 화학물질을 검출하는 방법

Info

Publication number: KR101694717B1
Application number: KR1020107008014A
Authority: KR
Inventors: 알. 앤드류 맥길; 크리스 켄드지오라; 로버트 퍼스텐버그; 마이클 파판토나키스; 제임스 에스 호르위츠; 그래햄 케이 허블러
Original assignee: 더 거번먼트 오브 더 유나이티드 스테이츠 오브 아메리카 에즈 레프리젠티드 바이 더 세크러테리 오브 더 네이비
Priority date: 2007-10-24
Filing date: 2008-10-21
Publication date: 2017-01-10
Anticipated expiration: 2028-10-21
Also published as: US20100044570A1; US20120091344A1; WO2009055370A1; KR20100075500A; EP2201360B1; US8222604B2; EP2201360A4; US8101915B2; US20120247230A1; US8421018B2; EP2201360A1; AU2008317008A1

Abstract

본 발명은, 일반적으로 하나 이상의 해당 분석물을 분석물을 크게 분해시키지 않으면서 하나 이상의 특정 흡수 밴드에 조정된 IR 공급원을 사용하여 선택적으로 여기하고, 방출되는 광자를 분석물을 여기하기 전과 여기하는 동안 또는 여기한 직후에 이루어지는 IR 검출기 신호와 비교함으로써 분석물이 존재하는지를 결정함에 의한 비접촉 또는 스탠드 오프 화학물질 검출 방법에 관한 것이다. 본 발명의 또 다른 실시예는 하나 이상의 해당 분석물을 분석물을 크게 분해시키지 않으면서 하나 이상의 특정 흡수 밴드에 조정된 IR 공급원을 사용하여 선택적으로 여기하는 단계를 포함하며, 상기 분석물이 증기 운무를 발생시키기 위해 충분히 여기되고 상기 운무는 분석물의 존재를 검출하기 위해 시험되는, 비접촉 또는 스탠드 오프 화학물질 검출 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 비접촉 또는 스탠드 오프 검출 시스템을 제공한다.

Description

적외선 광으로 화학물질을 검출하는 방법{DETECTION OF CHEMICALS WITH INFRARED LIGHT}

본 발명은, "화학적 또는 생화학적 검출 방법"이라는 발명의 명칭으로 2007년 10월 24일 앤드류 맥길 등에 의해 출원된 미국 가출원 번호 제 61/135,531호의 우선권을 주장한다.

본 발명은, 일반적으로 화학 또는 생화학적 검출에 관한 것이고, 보다 구체적으로는, 하나 이상의 선택된 적외선 흡수 밴드와의 입사 적외선 광 공명에 의한 선택적인 가열에 의한 분자 또는 이온 검출 및 상기 입사광에 의해 생성된 증기 또는 광의 검사에 관한 것이다.

저증기압 분석물은 폭약, 오용약 및 화학전 작용제와 같은 응축된 물리적 상태에서 통상적인 기술을 사용하여 비접촉 또는 스탠드 오프 방식으로 검출하기가 어렵다. 이들 물질의 취급은 접촉 표면(예를 들어, 문 손잡이, 주머니, 손, 용기 등)에 잔류하는 미량의 오염물질을 남기기 때문에, 예를 들어 공항 휴대용 수하물 스크리닝에서 후속 분석을 위한 분석물의 입자 또는 잔류물을 들어올리기 위해 수동 지렛대가 종종 사용된다. 그러나, 각각의 가능한 수상한 물체 및 컨테이너의 수동 지렛대를 사용하는 것은 종종 비실용적이거나 불편하고, 비밀 검출을 방해한다.

화학전 작용제와 같은 오염물질의 휴대용 검출을 위한 현재의 그리고 최근의 기술의 요약은 문헌 [Michael W. P. Petryk in his article entitled "Promising Spectroscopic Techniques for the Portable Detection of Condensed-Phase Contaminants on Surfaces," found in Applied Spectroscopy Reviews, 42: 287~343, 2007]에 개요가 기술되어 있다. 더욱이, 버브(Bubb) 등의 미국 특허 제 6,998,156호에는 적외선을 사용하여 목표 물질을 증발시키는 방법이 기술되어 있다.

폭약 또는 약제의 미량 검출을 위해, 입자가 일부 물리적 수단에 의해 수집된 후에 분석 또는 검출을 위해 증기로 열적으로 전환되는 한은 현재의 기술이 대표적으로 잘 작용한다. 샘플링 기술은 폭약의 입자로 오염될 수 있는 선택된 수개의 표면으로부터의 입자의 비선택적 제거를 이용하며, 입자를 이온 이동 분광계(IMS) 또는 다른 폭약 검출 시스템(EDS)에 경계를 이룬 가열도니 표면 상에 전달한다. 이전에, 이는 어느 것도 임의의 상당한 스탠드 오프 거리에 대한 물질 선택성도 아니고 실용적도 아닌 물리적 마찰 과정 또는 강제 공기 제거를 필요로 하며, 검출 과정에 부과되는 상당한 시간 및 인사 비용을 추가할 수 있다. 그 외에, 입자로서 표면으로부터 입자의 물리적 제거의 효율은 사용되는 기술, 입자를 제거하기 위한 사람의 훈련 수준 및 오염된 표면의 마찰 또는 오염된 표면 물질 또는 표면 거칠기에 의존한다.

검출을 위해 폭약의 미량 샘플을 가열하는 공지된 방법은 비선택성 방식으로 가열되는 광대역 IR 공급원을 포함한다. 이러한 접근법은 선택성 가열 과정보다 더 많은 전력을 소비하며, 일반적으로 발생되는 모든 것을 열원에 의해 가열한다. 이는 시험되는 물질에서 모든 휘발성 화학물질의 증기상에서 일반적 배경 수준을 증가시키고, 특히 시험되는 기판 물질 또는 추가의 오염물질이 가죽, 목재 또는 식품과 같은 복잡한 천연 기원인 경우에 단일 클러터 또는 오류 검출의 증가를 결과할 수 있다.

레이저 유도 파괴 분광법(LIBS)은 대안적 레이저 기본 기술이지만, 이는 상당히 더 높은 전력을 필요로 하고 해당 샘플 및 이것이 잔류하는 표면의 파괴를 결과한다. LIBS를 위해 사용되는 레이저는 대표적으로 단파장(UV 내지 근 IR)을 갖는 고전력(10 mJ 이상)이며, 사람이 노출될 경우의 환경에 대해 또는 시험되는 기판의 통합성에 대해 안전한 것으로 고려되지 않는다. LIBS는 여기원으로서 고에너지 레이저 펄스를 사용하여 물질을 제거하여 이를 원소 성분으로 환원시키는 일종의 원자 방출 분광법이다. LIBS는 고체, 액체 또는 기체의 물리적 상태와 무관하게 임의의 물질을 분석할 수 있다. LIBS가 원소를 검출하기 때문에, 많은 물질의 존재에서 이의 선택성은 불확실하며 물질의 혼합물이 존재할 경우에 혼란될 수 있는 원소의 신호비에 의존한다. 예를 들어, 질소는 많은 폭약 중에 존재하지만, 이는 또한 면 또는 양모 섬유 또는 임의의 단백 물질에서 보편적이다.

라만 분광법은 공지 또는 비공지 샘플의 광학적 확인 및 정의에 대한 최근의 표준이다. 이는 분석물의 부호 진동 방식에 결합되고, 적외선 분광법에 상보적이다. 이의 주된 단점은 대표적으로 단지 하나의 광자가 샘플 상에 입사되는 매 100만개 광자에 대해 라만 산란됨으로 인한 비효율성이다. 더욱더, 라만은 등방성이며, 이는 산란광이 이동하는 방향이 바람직하지 않음을 의미한다. 이는 스탠드 오프 방향에 대한 그 응용성을 제한한다. 고정된 수집 광 직경에 대해, 광자 수집 효율은 검색 하에 샘플에 대한 거리의 제 2 전력에 비례하여 감소한다. 최종적으로, 라만 효율은 사람의 존재하에 사용하기에 눈에 안전하지 않은 높은 광자 에너지 광을 사용하여 최적화된다.

광-열적 분광법은 스탠드 오프 검출에 사용되는 또 다른 잠재적 수단이다. 이 기술에서, 샘플은 주기적 방식으로(기계적 단속기를 사용하여) 비공명의 눈에 안전하지 않은 레이저(일반적으로, 근-IR의 가시 파장)으로 가열된다. 검출된 신호는 IR 검출기(또는 일부 다른 수단)에 의해 측정되는 가열된 신호의 진폭 및 레이저 가열에 대한 위상각 시프트로 구성된다. 상기 방법은 적합한 가열을 달성하기 위해 여기 단계에서 그리고 훨씬 더 작은 레이저 전력으로 정확한 분석물 특이성을 허용하는 IR 방사선의 흡수의 공명 특성의 장점을 취하기 않기 때문에 부분적으로 본 발명과 상이하다.

폭약을 검출하는 한 가지 방법은 IMS에 연결된 광대역 열원을 사용한다. 이 방법의 하나의 문제점은 표면의 전체 조성 및 가능하게는 더 깊은 표면이 가열되어, 분석물의 정확한 검출을 더 어렵게 만든다는 점이다. 폭약, 마약 및 다른 화학물질을 검출하는 또 다른 방법은 레이저원을 사용하여 입자를 제거한 후, 이들을 수집하고 후속적으로 이들을 분석하는 것이다. 불행히도, 제거 과정은 분석물을 손상시켜서, 부가 신호 클러터 및 기본 분석물 신호의 가능한 감소를 결과할 수 있으며, 이 방법은 분리 수집 단계를 필요로 한다.

상기 언급된 문제점은 분석물을 크게 분해시키지 않으면서 하나 이상의 특정 흡수 밴드에 조정된 IR 공급원을 사용하여 하나 이상의 해당 분석물을 선택적으로 여기하고, 방출된 광자를 분석물을 여기하기 전과 여기하는 동안 또는 여기한 직후에 이루어진 IR 검출기 신호와 비교함으로써 분석물이 존재하는지를 결정함으로써 눈에 안전할 수 있는 비접촉 또는 스탠드 오프 화학물질 검출 방법을 제공하는 본 발명으로 해결된다. 본 발명의 또 다른 실시예는 분석물을 크게 분해시키지 않으면서 하나 이상의 특정 흡수 밴드에 조정된 IR 공급원을 사용하여 하나 이상의 해당 분석물을 선택적으로 여기시킴으로써 눈에 안전할 수 있는 비접촉 또는 스탠드 오프 화학물질 검출 방법을 제공하며, 여기에서 분석물은 증기 운무(vapor plume)를 발생시키도록 충분히 여기되고, 운무는 분석물의 존재를 검출하기 위해 시험된다. 해당 분석물은 폭약, 폭약에 대한 첨가제, 약제, 화학전 작용제, 생화학물질 또는 생물학전 작용제일 수 있다. 또한, 본 발명은 눈에 안전한 방식으로 작동될 수 있는 비접촉 또는 스탠드 오프 화학물질 검출 시스템을 제공한다.

본 발명은 종래 기술보다 많은 장점을 갖는다. 이는 스탠드 오프 거리에서 검출할 수 있으며, 사람이 존재하는 영역에서 표적물에 안전하게 향할 수 있다. 이는 복잡한 매트릭스에서 물질을 선택적으로 표적화시킬 수 있다. 이는 다양한 물질 (예를 들어, 폭약, 약제 및 화학제)를 동시에 검출할 수 있다. 이는 비디오 플레임 속도로 또는 더 빠르게 검출할 수 있다. 이는 손으로 보유할 수 있다. 이는 존재하는 사람이 진행중인 검출 과정을 인식하지 못하도록 작동할 수 있다. 이는 정상적인 물리적 마찰 또는 입자 제거 기술을 사용하여 제거하기가 어려울 정도로 표면에 끼워진 입자를 효율적으로 증발시키거나 프로브로 찾을 수 있다.

폭약 및 IED와 같은 장치의 스탠드 오프 검출을 위해, 광자 검출은 다른 방법과 비교하여 수가지 고유 장점을 갖는다. 이들 장점은 매우 높은 검출 속도, 현재의 레이더 및 통신 시스템과의 제로 간섭 및 긴 거리 스탠드 오프 감지의 가능성을 포함한다. LIBS 및 라만과 같은 수가지 다른 모든 광학 기술이 스탠드 오프 검출을 위해 제안되었지만, 이들은 요구되는 파장 및 세기가 눈 및 피부, 또는 심지어는 도장된 자동차와 같은 시험되는 표면에 안전하지 않다는 사실이 단점이다.

하나 보다 많은 레이저(다분광 방식) 또는 심지어는 연속 회전 레이저(고분광 방식)를 사용함으로써, 공명 및/또는 비공명 여기의 조합을 사용하여 추가의 선택성이 달성될 수 있다. 수집 측면에서, 해당 분석물에 대해 특징적인 열 밴드 부분만을 검출함으로써 추가의 선택성이 달성될 수 있다. 더욱더, 본 발명은 작고, 사람 눈에 대해 비가시적이고 안전한 광을 제공하고 손에 보유한 장치에서의 설치에 도움을 주는 레이저원(예를 들어, QCL)을 사용한다. 또한, 레이저 가열에 대한 분석물의 일시적 반응이 주기적 가열에 대한 반응 대신에 측정되어, 긴 열상수로 인해 광열 이미지화를 사용하여 검출하기가 어려운 불량 분말/입자(폭약 미립 잔류물과 같은)의 검출과 관련된 문제점을 해결할 뿐만 아니라 빠른 검출을 위한 수단을 제공한다. 또한, 작은 스폿에 적절히 초점을 이루는 경우(레이저 방사 조도를 증가시키기 위해)에 공명 적외 레이저원의 사용은 분석물이 부분적으로 또는 완전히 증발되도록 할 수 있으며, 광학 기본일 수 있고 증발 과정으로 일제히 발생되는 증기를 프로브로 찾을 수 있는 복잡한 IMS 검출기 또는 다른 적합한 증기 검출기에 의해 검출되어, 증기가 다른 수단에 의해 저농도 상태로 확산하거나 이동하기 전에 증기의 농도가 높은 경우의 기간 동안 검색을 허용하게 될 수 있다. 본 발명의 실시예는 비접촉성 또는 스탠드 오프일 수 있으며, 특히 시험하기 위한 물질의 고체 입자를 제거하기 위한 기판의 물리적 마찰 또는 공기 분사를 수반하는 접촉 기술과 비교하여 현재 이용가능한 검출 방법보다 장점을 제공한다.

본 발명의 상기 및 다른 특징 및 장점은 하기의 상세한 설명, 첨부된 특허청구의 범위 및 첨부 도면을 참조하여 더 잘 이해될 것이다.

본 발명은, 눈에 안전할 수 있는 비접촉 또는 스탠드 오프 화학물질 검출 방법을 제공하는 효과를 갖는다.

도 1은, 본 발명의 3가지 실시예에 대한 개략도로서, (a)는 IR 공급원 및 IR 검출기를 사용하는 검출을 나타내고; (b)는 IR 공급원 및 증기 검출기를 사용하는 검출을 나타내고; (c)는 IR 공급원, 프로빙 광원 및 검출 시스템을 사용하는 검출을 나타낸다.
도 2는, 니트로글리세린, 2,4,6-트리니트로톨루엔(TNT) 및 RDX의 화학 구조를 나타낸다.
도 3은, 습공기, 2,4-디니트로톨루엔(24DNT), TNT 및 RDX의 IR 투과 스펙트럼을 나타낸다. 1600 cm^-1(6.25 미크론)에서의 N-O 흡수 스트레칭 방식은 공기에 대한 불규칙 투명 윈도우 내에 있다. 또한, 확대된 공기 투명 윈도우에 있는 7.41㎛, 11.0㎛, 12.62㎛ 및 13.65㎛에서 분할된 흡수 밴드가 하일라이팅된다.
도 4는, 습공기의 IR 스펙트럼 흡수 성질을 나타낸다.
도 5는, N-O 스트레치에 대한 IR 레이저 커플링으로 기화된 2,3-디메틸-2,3-디니트로부탄(DMNB)에 대한 적외선 스펙트럼을 나타낸다. 6.45 미크론으로 조정된 IR 레이저는 즉시 DMNB를 증발시키고, 수집된 물질은 필수적으로 출발 물질과 분광적으로 동일한 것으로 나타났다.
도 6은, 6.25 미크론으로 조정된 레이저 빔에 대한 노출 직후에 24DNT의 고체 조각의 섬광 촬영 역조명 사진을 나타낸다. 기화된 24DNT는 레이저 펄스 14 밀리 초 후에 고체 24DNT 위에 운무(plume)로 분명하게 보인다. 적절한 플레이트에 수집된 증발 전의 24DNT 및 증발 후의 24DNT의 섬광 촬영 시험은 24DNT가 증발 과정 동안 분해되지 않음을 확인한다.
도 7은, 6.3 미크론에서 입사광을 갖는 QCL로 조명한 폴리에틸렌 기판 상에 미량으로 석출되는 RDX의 열적 이미지이다.
도 8은, 6.3 미크론에서 5 mW/㎟ 입사광을 갖는 QCL로 조명한 금 거울 기판 상에 미량으로 석출되는 RDX의 열적 이미지를 나타낸다. 도 8(a)는 레이저를 차단한 이미지이고, 8(b)는 레이저를 적용한 이미지이고, 8(c)는 중심에서 RDX 위치 및 공간 분포를 명백하게 규정하는 미분 이미지이다.
도 9는, 각각 수평 및 수직 레터 RDX 및 TNT로서 석출되고, 레이저가 아닌 열총(heatgun)에 의해 조명된 RDX 및 TNT를 갖는 투명 플라스틱 기판의 이미지를 나타낸다.
도 10은, 실시예 4에 사용되는 주파수를 하일라이팅하는 RDX 및 TNT의 IR 투과 스펙트럼을 나타낸다.
도 11은, 각각 수평 및 수직 레터 RDX 및 TNT로서 석출되고, 선택성이 아니거나 RDX 또는 TNT에 대해 흡수되는 파장에서 레이저에 의해 조명된 RDX 및 TNT를 갖는 투명 플라스틱 기판의 이미지를 나타낸다.
도 12는, 각각 수평 및 수직 레터 RDX 및 TNT로서 석출되고, TNT 구조에 대해 공명인 파장에서 레이저에 의해 조명된 RDX 및 TNT를 갖는 투명 플라스틱 기판의 이미지를 나타낸다.
도 13은, 각각 수평 및 수직 레터 RDX 및 TNT로서 석출되고, RDX 및 TNT 구조 둘 모두에 대해 상당히 흡수되는 파장에서 레이저에 의해 조명된 RDX 및 TNT를 갖는 투명 플라스틱 기판의 이미지를 나타낸다.
도 14는, 각각 수평 및 수직 레터 RDX 및 TNT로서 석출되고, RDX 구조에 대해 공명인 파장에서 레이저에 의해 조명된 RDX 및 TNT를 갖는 투명 플라스틱 기판의 이미지를 나타낸다.

본 발명에 따라, 주변 조건 하에 대표적으로 고체 입자로서 또는 박막 잔류물로서 존재하는 저증기압 분석물(예를 들어, 폭약, 폭약에 대한 첨가제, 약제, 화학전 작용제, 생화학물질 및 생물학전 작용제)는 비접촉 또는 스탠드 오프 거리에서 검출될 수 있다. 누군가가 불법 물질을 취급한 후에, 폭약 또는 약제의 입자는 사람이 접촉하는 대상물 및 표면 상에 지문을 통해 본의 아니게 전달되거나, 화학제의 방출 후에, 분산된 화학물질은 미량 잔류물로서 다양한 표면에 분포된다. 오염된 대상물 또는 표면은 IR 레이저 또는 여과 광원을 사용하여 활성적으로 또는 선택적으로 여기 (예를 들어, 가열)될 수 있어서, 해당 분석물의 하나 이상의 선택된 흡수 밴드(들)와 공명되도록 좁은 파장 범위가 사용되게 된다. 선택성 가열이 사용되어 해당 분석물의 가열을 최대화시키고 검출 응용에 관심이 없는 물질(예를 들어, 기판, 오염물질)에 대한 가열 또는 가능한 손상을 최소화시키며, 상당히 낮은 레이저 전력이 필요하다는 잇점이 추가된다. 레이저는 1 내지 20 미크론의 파장으로 하나 이상의 선택된 적외선 흡수 밴드(들)에 공명 방식으로 결합되어, 에너지 전달의 효율을 최대화시키고, 공통적으로 분해 생성물을 유도하는 전기적으로 여기된 상태를 방지한다.

해당 분석물의 검출은 적절한 분석 수단을 사용하여 달성될 수 있다. 예는 IR 검출기를 사용하여 열 또는 광 방출을 시험하고 가열에 의해 발생되는 증기 운무를 시험하는 것을 포함한다. 열 또는 광 방출을 사용하여, 주어진 대상물 또는 표면의 이미지와 같은 신호가 사용되어 해당 분석물을 검출한다. 가열 전에 취해진 이미지는 가열 동안의 이미지와 비교된다. 이미지 또는 가열 동안 취해진 이미지로부터 전에 취한 이미지를 감함으로써 발생되는 미분 이미지 사이의 차는 해당 분석물의 존재를 확인할 수 있다. 충분한 양의 증기를 발생시키기 위해 충분한 레이저 에너지가 사용되는 경우, 증기 운무는 원래의 IR 열원으로부터 분리되는 다양한 광학 수단에 의해 분석될 수 있다. 이는 흡광 현상 또는 LIDAR 또는 공동-링다운 기술을 통해 달성될 수 있다. 대안적으로, 발생되는 증기 운무는 IMS와 같은 기기 또는 기체 크로마토그래피와 같은 기술에 의해 분석될 수 있다.

도 1은 본 발명의 3가지 실시예에 대한 개략도로서, (a)는 IR 공급원 및 IR 검출기를 사용하는 검출을 나타내고; (b)는 IR 공급원 및 증기 검출기를 사용하는 검출을 나타내고; (c)는 IR 공급원, 프로빙 광원 및 광학 검출 시스템을 사용하는 검출을 나타낸다.

본 발명은 특정 적외선(IR) 파장의 공명 흡수에 근거하여 폭약, 약제 및 화학제와 같은 저증기압 분석물을 검출하기 위한 수단을 제공한다. 검출될 수 있는 폭약 또는 폭약의 성분의 이루 예는 24DNT, TNT, RDX, HMX, TETRYL, PETN, NG, EGDN, DMNB, 질산암모늄, 질산우레아, ANFO, TATP 및 H₂O₂를 포함한다. 검출될 수 있는 약제의 일부 예는 헤로인, 코카인, 바르비투레이트, LSD 및 대마를 포함한다. 검출될 수 있는 화학제의 일부 예는 신경 작용제(G), 수포 작용제(H), 혈액 작용제, 무능력 작용제 및 최루가스를 포함한다. 상기 시스템은 사실상 통상적 물질(예를 들어, TNT, RDX, PETN 및 ANFO) 및 비통상적 물질(예를 들어, 트리아세톤트리퍼옥사이드 또는 TATP 및 H₂O₂) 고체 또는 액체 상태를 포함하는 유기 또는 무기(이온성) 폭약을 포함하는 임의의 폭발성 형태를 포함하는 임의의 물질에 적용될 수 있으며, 이는 공통 파장에서 프로브로 찾아지고 질소-산소 결합(N-O)을 함유하며, 공통적으로 사용되는 폭약의 대부분에 존재하는 모든 유기 에너지 물질을 동시에 검출하기 위해 사용될 수 있다(도 2 참조). 또한, 무기 질산염 및 과산화물계 폭약에 대해, 시스템은 질산염 이온 및 과산화물 구조 각각의 특징인 흡수 스펙트럼에서의 피크 또는 그 근처에서의 파장으로 조정될 수 있다. 부류 A 약제를 검출하기 위해, IR 공급원은 탄소-질소 결합의 특징인 흡수 스펙트럼에서의 피크 또는 그 근처에서의 파장에 조정될 수 있다. 저증기압 분석물 이외에, 본 발명은 또한 더 높은 증기압 분석물을 검출할 수 있다.

니트로기 중의 N-O 밴드는 중간 및 긴 IR 파장에서의 천연 공명 주파수(대칭적 및 반대칭적)를 갖는다. 유기계 24DNT, TNT 및 RDX 화학물질의 투과 스펙트럼은 이들이 도 3에 도시된 바와 같이 6.25㎛ 근처에서 공통 흡수 밴드를 나타냄을 보여준다. 상기 N-O 스트레치 밴드 및 수가지 다른 밴드는 공기의 투과 윈도우 내에 불규칙적으로 존재하여(도 4 참조), 이들을 공기 스탠드 오프 검출 응용에 적합하게 만든다.

대부분의 폭약의 증기압이 매우 낮고 대표적으로 실온에서 1조당 수부 미만에 있기 때문에, 공업용 화학물질 또는 화학제의 운무에 적용되는 통상적인 광학 스탠드 오프 검출 기술은 크게 유용하지 않다. 또한, 폭약의 증기압은 C4와 같은 폭약을 함유하는 복합체에서 크게 감소될 수 있고, 복잡한 포장으로 인해 차폐될 수 있다. 그러나, 폭약의 표면 오염 및 고체 상태에서의 이의 지속성은 폭약 샘플에 도 3에서 하일라이팅된 공명 흡수 파장 중 하나 이상을 조사함으로써 스탠드 오프 또는 비접촉 검출을 위해 이용될 수 있다. 이들 파장에서, 광학 에너지의 결합 효율은 파장이 수 cm^-1 떨어져 있는 경우보다 1000배가 넘을 수 있다. 이들 흡수 피크의 임의의 것을 표적화하는 것은 폭발성 물질의 빠르고 선택적인 가열을 가능하게 한다.

대상물의 온도가 증가함에 따라, 이것이 방출하는 IR 방사선의 양이 증가하여, IR 이미지가 국소적 온도 변화를 표시하게 된다. 공업용, 의료용 및 군용 응용은 상기 기술을 사용하며, 일부 파장에서 우수한 대기 투과로 인해, 원격 이미지화가 또한 가능하다. 미량의 폭약 잔류물은 공명 IR 흡수 파장에서 조명될 경우에 국소적으로 가열될 것이고 IR 카메라에 의해 관찰될 수 있다.

분석물이 발견되는 표면의 열적 특성이 공지된 경우, 가열 정도 및 냉각 시간 둘 모두의 지식이 경보 알고리즘에서 입력으로서 사용될 수 있다. 예들 들어, 문 손잡이와 같은 금속성 기판(빠른 냉각) 상에서의 선택된 파장에서의 더 높은 가열은 플라스틱 또는 섬유 기판(느린 냉각) 상에서의 동일한 가열량보다 경보 알고리즘에서 더 무거운 중량(즉, 아마도 폭약 잔류물을 함유함)을 운반한다.

본 발명의 하나의 실시예 하에서, 주어진 장면의 IR 열적 이미지화는 IR 펄스(카메라 검출 파장 범위 밖)에 의한 조명에 의해 향상되어 분석물 또는 해당 분석물과 공명적으로 상호작용한다. 레이저를 적용하지 않은 이미지를 레이저를 적용한 이미지와 비디오 프레임 속도로 비교함으로써, 폭약 잔류물을 직접 확인할 적합도가 높은 미분 이미지가 발생될 수 있다.

가열에 사용하기 위한 공명 IR 흡수 파장은 폭약에 대해 공통적이어야 하지만, 다른 식으로 무명, 종이, 플라스틱, 금속 등과 같은 가능한 기판 물질 중에서 희귀해야 한다. 추가로, 추가 IR 파장을 이용함으로써, 폭약의 종류를 확인하기 위해 시스템 선택성을 증가시킬 뿐만 아니라 폭약의 다른 종류 또는 부류를 프로브로 찾기 위한 시험이 수행될 수 있다. 일반적으로, 상기 접근법은 눈에 안전하고 조밀하다는 점에서 다른 광학적 기술보다 장점을 제공한다.

열적 이미지화는 해당 폭약 잔류물 내에서 공명 흡수로 인한 가열 신호에 의해 향상된다. 상기 실시예에 대해, 강력한 중간-IR 레이저원 및 민감성 IR 초점면 어레이가 사용될 수 있다. 이들은 둘 모두 오늘날 상용화되고 있으며, 가까운 미래에 증가된 성능을 제공해야 한다.

IR 공급원은 펄스 레이저, 연속 레이저, 광대역 광원, 여과된 광대역 광원, 스위핑된 공급원, 처프(chirped) 공급원, 가변 공급원 또는 조정 가능 공급원과 같은 당분야에 공지된 임의의 공급원일 수 있다. 바람직하게는, 양자 캐스케이드 레이저(QCL)가 IR 광자 공급원으로서 사용될 수 있다. QCL을 사용하는 장점은 하기의 장점을 포함한다: 이는 특정 작용기의 표적화를 허용하는 단일 파장 출력을 제공할 수 있다. 이는 실온에서 작동할 수 있으며, 현재의 장치는 1 와트 CW 이하의 출력을 제공할 수 있고, 이는 상용화될 수 있다. 더욱이, 펄스는 더 높은 피크 전력, 시간별로 더 적은 레이저 및 감소된 냉각 요건에 대해 연속 파(CW)보다 바람직하다. 이는 정상 작동에서 소모성 물질을 필요로 하지 않는 안정한 레이저원이다. 이는 대량 생산에서 고수율, 저비용 및 고품질로 다이를 생성시키기 위해 반도체 웨이퍼로부터 미세가공될 수 있다. QCL 다이의 저비용 및 소형 특징은 손에 보유되는 기기의 개발을 위해 바람직하다. 현재, λ=6㎛ QCL이 T=340 K(63℃) 이하에서 연속파(CW) 방식으로 입증되었다. 장치는 실온에서 640 mW CW의 출력 및 100 K로 냉각될 때에 1.6 와트보다 높은 출력을 가질 수 있다. 폭약의 흡수 밴드에 조정될 수 있는 레이저에서의 이들 출력은 QCL을 폭약의 비접촉 또는 스탠드 오프 증발 및 검출에 사용되는 콤팩트 검출기를 위한 가능한 기술로 만든다.

임의의 열적 이미지화 하드웨어가 사용될 수 있다. 예를 들어, IR 카메라(예를 들어 시판용 FLIR 카메라)가 사용되어 장파 적외선(LWIR) 광을 수집하고 분석할 수 있다. 상기 하드웨어의 장점은 하기의 장점을 포함한다: 이는 미세가공된 볼로미터 열적 이미지화 어레이이고, 저전력 작동을 위해 냉각되지 않고, 열적 가열로부터 발생되는 파장을 포함하는 7~12㎛ 밴드에 반응하며, 작고 경량이다. 더욱이, 망원경 렌즈가 사용되어 스탠드 오프 거리 능력을 증가시킬 수 있다.

IR 검출기는 단일 채널 또는 다중 채널 검출기일 수 있다. 또한, IR 검출기에 들어가는 광은 해당 분석물에 대해 선택성이 되도록 여과될 수 있다.

키르히호프의 법칙에 따라, 분석물의 열방출 스펙트럼은 이들의 흡수 스펙트럼과 상관한다. 검출이 일어나는 경우에 열 밴드 중의 흡수 피크에서 증가된 방출도 수준의 장점을 위하기 위해, 이들 분석물 특이적 파장을 통과시키고 모든 다른 것들은 차단하도록 적합한 광학 필터가 설계될 수 있다. 상기 방식에서는, 분석물에 기인한 신호만이 수집되고, 신호 대 잡음비는 증가된다. 선택적 여기와 선택적 수집 둘 모두를 조합시킴으로써, 주어진 분석물의 검출 한계 및 검출 선택성이 크게 증가할 수 있다.

증기 운무를 발생시키는데 충분한 IR 광이 있는 경우, 상기 운무를 시험하기 위해 광학 기술이 사용될 수 있다. 증기는 IR 공급원, 가시광 공급원, UV 공급원, IR 검출기, 가시광 검출기, UV 검출기, 회절 격자, 필터 휠, 미켈슨 간섭계, 레이저 캐비티, 적분구 또는 임의의 다른 적합한 장치를 사용하여 시험될 수 있다. 분석물의 존재는 IR 흡수, IR 역산란, IR 열적 발광, 라만 분광법, LIBS 또는 임의의 다른 적합한 기술을 사용하여 결정될 수 있다.

증기 운무가 발생되는 경우, 이는 현재 이용가능하거나 여전히 발견하려는 증기 검출의 임의의 수단에 의해 검출될 수 있다. 이들은 이온 이동성 분광법, 질량 분광법, 기체 크로마토그래피, 화학 발광, 표면 초음파, 중량측정, 미량천칭 또는 결정 공명을 포함한다.

본 발명은 100 mW/cm² 정도인 최대 누과성 노출 범위보다 훨씬 낮은 예기 IR 방사조도를 가지고 고유적으로 눈에 안전할 수 있다. 그 자체로, 상기 시스템에 대해, 의심되는 IED를 주사할 뿐만 아니라, 사람(예를 들어, 의복, 피부, 안경, 신발, 모자, 모발 포함), 항공 탑승 통과물, 운반 기구, 수하물, 소하물 등을 주사하기 위해서와 같은 많은 용도가 구상될 수 있다. 폭약을 취급하는 사람이 접촉하는 모든 것이 적합한 표적이다.

2가지 이상의 레이저가 사용되어 민감성 및 선택성을 증가시키고 시험되는 분석물의 범위를 확대시킬 수 있다. 공명 상태(on-resonance) 및 공명 비킴 상태(off-resonance) 방식으로 사용되는 다중 레이저는 종종 광대역이 파장과 무관한 열을 흡수하기 때문에 발생할 수 있는 폴스 포지티브를 제거함으로써 시스템의 선택성을 향상시키게 된다. 공명 상태 및 공명 비킴 상태에 대한 신호와 인접 파장 사이의 차를 관찰하면 광대역 IR 흡수제인 물질로부터의 작용을 제거하고 폴스 포지티브를 방지하는 데에 도움을 줄 것이다. 2개의 미분 신호 사이의 차가 적으면, 해당 분석물은 존재하지 않는 것으로 결론지어진다. 공명 상태 및 공명 비킴 상태에서 신호간 차이를 비교하기 위해, 미분 신호의 차 또는 공명 상태 및 공명 비킴 상태 미가공 신호간 차이가 비교된다. 적용되는 알고리즘의 특성은 시험되는 기판 물질에 의존한다.

본 발명은 이동 및 정지 응용에 적용될 수 있다. 이동 응용에 대해, 레이저는 표적물 상으로 향하여, 검출기/레이저가 이동함에 따라, 레이저는 카메라가 여전히 해당 표적물 상으로 향하게 된다. 이동할 수 있는 표적물에 대해, 정지 또는 이동 레이시이저 및 카메라는 해당 표적물 상으로 유사하게 향할 수 있다.

또 다른 대안은 단일 원소 광전도성 적외선 검출기(예를 들어, 수은-카드뮴- 텔루르화물)를 사용하는 것이다. 상기 대안의 장점은 더 높은 민감성(더 긴 스탠드 오프 거리를 허용함), 증가된 검출기 속도(더 빠르게 이동하는 대상물을 주사하도록 함) 및 더 비싼 검출기의 결합이다. 또한, 더 높은 검출기 속도는 열이 기판(이른바, 열 발광체)에 전달되기 전에 공명 가열(밀리 초 미만 범위) 직후의 열적 펄스의 프로빙을 허용하여, 전체 열적 신호에 대한 기판의 기여를 추가로 감소시킬 것이다. 상기 접근법은 또한 바람직한 측정 표적물에서 기구를 조준하기 위해 사용자 계면에서 크로스-헤어 레퍼런스를 갖는 가시광 카메라 또는 가시적 광학을 포함하는 것이다.

예 1

디메틸니트로부탄(DMNB)의 작은 샘플을 감압하에 챔버 내측의 오목 스테인레스강 지지체에 위치시키고, 6.45 미크론으로 조정된 레이저 빔과 연결되도록 위치시켰다. DMNB는 폭약의 생성에 첨가되고 일부 통상적인 폭약과 동일한 작용기를 갖는 표지자이다. 이를 본 실험을 위해 매우 유사한 스펙트럼 성질을 갖는 실제 폭약에 대한 의태물 또는 대용물로서 선택하였다. 사용되는 레이저는 사용자가 광범위한 파장을 선택하도록 하는 조정 가능 자유 전자 레이저이었다. 레이저의 작동 특징은 하음과 같다: 6.45 미크론의 파장, 2.8 GHz에서의 1 ps 펄스의 6 밀리초 펄스 트레인, 30-40 마이크로 J/cm₂.

DMNB 표적물 상으로 레이저 빔을 향하게 한 직후에, 물질의 가시성 운무를 방출했다. 상기 물질의 일부를 FTIR에 의한 특징화를 위해 인접 기판 상에 수집하였다. 도 5에 도시된 바와 같이, 수집된 물질은 출발 DMNB 표적 물질과 같은 스펙트럼 신호를 가져서, 레이저 에너지가 임의의 현저한 화학적 분해 없이 DMNB 내로 결합됨을 입증하였다. 운무의 가시적 시험 및 수집된 물질의 토포그래피로부터, 증기 및 미립자 둘 모두를 DMNB 표적물로부터 방출시켰다. 이들 결과를 달성하기 위해 필요한 레이저 세기는 30-40 마이크로 J/cm²이었다.

예 2

주변 실험실 조건 하에 시험 표면 상에 위치시킨 2,4-디니트로톨루엔(24DNT)의 작은 내인성 샘플을 6.25 미크론으로 조정된 레이저 빔에 노출시켰다. 24DNT는 하나 미만의 니트로기를 갖는 TNT와 구조적으로 매우 유사한 TNT의 천연 분해 생성물 및 TNT 중의 불순물이다. 이를 본 실험을 위해 예정된 시험에 바람직한 매우 유사한 스펙트럼 특성을 갖는 TNT에 대한 밀접한 대용물로서 선택하였다. 사용되는 레이저는 사용자가 광범위한 파장을 선택하도록 하는 조정 가능 자유 전자 레이저이었다.

14 mJ 펄스를 갖는 6.25 미크론으로 조정된 FEL은 24DNT 슬래브(1 cm 길이)를 쉽게 가열하고 부분적으로 증발시켰으며, 레이저로부터의 펄스 14 ms 후에, 방출되는 운무는 고체 표적물 상에서 가시적이었다. 일련의 스틸 섬광 촬영 역발광 사진을 밀접한 순서로 수집하여 24DNT의 샘플 상에 레이저의 효과를 기록하는 비디오를 발생시켰다. 스틸 사진 중 하나를 도 6에 나타내었다. 방출된 물질의 일부를 추가의 시험을 위해 인접 기판 상에 수집하였다. 수집된 물질의 후 분석은 이 물질이 24DNT 표적 물질고 같은 FTIR 스펙트럼을 가짐을 확인하였다. 레이저 에너지를 임의의 겉보기 분해 없이 24DNT 내로 결합시켰다.

예 3

평면 폴리에틸렌 및 금 기판 상에 분리적으로 증착시킨 RDX의 작은 미량 샘플을 6.30 미크론의 출력 파장을 갖는 양자 캐스케이드 레이저(QCL) 빔과 연결되도록 위치시켰다(주변 실험실 조건 하에). 레이저를 1~2 mm²의 표적물 상에 스폿 크기로 집중시켰다. QCL에 의한 노출 후에 RDX 샘플로부터 방출되는 임의의 광을 시험하기 위해, 적외선 카메라{7~12 미크론 범위에서 광에 민감한 FLIR로부터의 포톤 블록(Photon Block) 2}를 시험 기판으로부터 역으로 수용되는 임의의 적외선을 시험하기 위해 위치시켰다. RDX는 지뢰 및 다른 군사용 무기에서 공통적인 폭약이다. QCLDMS 상당한 출력(>50 mW)이 바람직한 파장에서 달성되도록 한다.

도 7은 6.3 미크론에서 QCL에 의해 조명되는(5 mW/mm²) 폴리에틸렌 기판 상에 미량으로서 증착시킨 RDX의 열적 이미지를 나타낸다. 레이저 빔을 RDX 표적물 상으로 향하게 한 직후에, 적외선이 검출되었으며, 이는 샘플이 가열되었음을 제시하는 것이다. 폴리에틸렌 기판을 사용하는 경우에, RDX 가열은 반사광 또는 다른 방출된 광의 배경에서도 가시적이다. 샘플의 취한 사진(흑색은 낮은 세기이고, 백색은 높은 세기임)에서, RDX가 존재하는 기판의 영역은 이들이 QCL 빔의 공명 흡수로 인해 가열되는 경우에 더 밝게 보였다. RDX가 없는 기판의 영역은 어둡게 유지되며, 이는 주변 온도를 제시하는 것이다. 레이저가 적용되지 않은 경우에, 이미지의 전체 영역은 어둡다. 1 피트의 스탠드 오프에서의 빠른 RDX 가열은 맑게 보였다.

금 거울 기판에 대해, RDX 샘플로부터 멀리 열전도는 더 높다. 미가공 수집 적외선 이미지의 검사에 의해 열적 가열을 관찰할 수 있지만, 이는 폴리에틸렌 기판 상에 수집된 이미지만큼 맑지 않았다. 이미지를 향상시키기 위해, 일련의 비디오 프레임을 수집하고, QCL 상에서 회전하기 직전의 이미지를 QCL 상에서 회전하기 직후의 프레임으로 감함으로써 미분 이미지를 산출하였다. 상기 미분 이미지화 접근법을 사용하여, 도 8에 나타낸 바와 같이 RDX가 위치하는지점을 확인하기 위해 훨씬 더 맑은 열적 이미지 사진을 얻었다.

상기 실험을 동일한 RDX 증착 폴리에틸렌 표적 샘플을 사용하여 반복하였지만, RDX를 100 mm2의 초점이 흐려진 스폿 크기를 사용하여 조명하였다. 상기 실험의 결과는 폭약이 평방 센티미터의 발자국 범위 이상으로 가시적임을 나타내었다.

RDX 증착 표면 위로 레이저를 횡단시키거나 래스터링시킴으로써, RDX를 시험한 전체 표면 위에서 표시할 수 있었다. 6.3 미크론에서 QCL 광을 RDX 샘플 내로 효율적으로 결합되고 RDX로부터 IR 광을 발생시키기에 충분한 작은 정도로 샘플을 열적으로 가열하였다. 열적 이미지를 비냉각 마이크로볼로미터 어레이 IR 검출기(FLIR 포톤 블록 II)로 획득하였다. RDX 샘플의 열적 가열은 매우 빠르고, 사용되는 IR 비디오의 시간 프레임 내에서 발생하였다. 30 프레임/s에서, 이는 상당한 열적 가열이 30 ms 내에 발생함을 제시하는 것이다. 레이저 노출 종료 후의 냉각은 더 기 시간에 걸쳐 발생할 수 있다. RDX(및 다른 분석물)에 대한 냉각 속도는 미량의 폭약을 확인하는 데에 도움을 줄 수 있다.

예 4

RDX 및 TNT를 함유하는 이중 분석물 샘플에 대해 선택성을 시험하였다. RDX를 레터 R, D 및 X의 형태로 투명한 플라스틱 기판 상에 수평으로 위치시켰다. 유사하게, TNT를 레터 T, N 및 T의 형태로 동일한 스테인레스강 표면 상에 수직으로 위치시켰다. 도 9는 레이저 없이 열총에 의해 조명된 샘플을 나타낸다. 도 10은 실시예에 사용되는 주파수를 나타낸다: v₁은 TNT 및 RDX 둘 모두에 대한 공명 비킴이고, v₂는 RDX가 아니라 TNT에 대해 공명 상태이고, v₃는 RDX 및 TNT 둘 모두에 대해 공명 상태이며, v₄는 TNT가 아니라 RDX에 대해 공명 상태였다. 도 11에 도시된 바와 같이, 레이저가 공명 비킴인 경우에 이미지가 나타나지 않았다. RDX가 아니라 TNT에 대한 공명 상태에서, 단지 TNT 레터만이 크게 가시적이었다(도 12). TNT가 아니라 RDX에 대한 공명 상태에서, TNT 및 RDX 레터 둘 모두가 가시적이었다(도 13). 최종적으로, TNT가 아니라 RDX에 대해 공명 상태에서, 단지 RDX 레터만이 크게 가시적이었다(도 14). 도면 중의 원은 레이저 스폿 크기를 나타낸다.

상기 설명은 본 발명의 바람직한 실시예의 설명이다. 본 발명의 사상 및 더 넓은 일면으로부터 벗어나지 않고 상기 설명에 비추어 다양한 변형 및 변동이 가능하다. 따라서, 본 발명은 상세하게 기술되는 것과는 다른 식으로 실시될 수 있다. 예를 들어 부정관사, 정관사 또는 "상기"를 사용하여 단수로 성분을 설명하기 위한 임의의 언급은 요소를 단수로 제한하는 것으로 구성되지는 않는다.

Claims

비접촉 화학 검출을 위한 방법으로서,
(a) 하나 이상의 해당 분석물을 상기 분석물을 화학적으로 분해하지 않으면서 적어도 하나의 특정 흡수 밴드에 조정된 IR 공급원을 사용하여 선택적으로 여기하는 단계와,
(b) 상기 분석물을 여기하기 전과 여기하는 동안 또는 여기한 직후 수집된 IR 검출기 신호와 방출된 광자를 비교하여 분석물이 존재하는지 결정하는 단계를
포함하고,
상기 분석물을 여기하는 동안 또는 여기한 직후 취해진 제 2 신호로부터 상기 분석물을 여기하기 전에 취해진 제 1 신호를 감하여 미분 신호가 생성되고, 상기 미분 신호를 사용하여 상기 분석물의 존재를 확인하는, 비접촉 화학 검출 방법.
제 1항에 있어서, 상기 방법은, 상기 분석물이 위치한 표면과 눈에 손상을 일으키지 않는, 비접촉 화학 검출 방법.
제 1항에 있어서, 상기 방법은 스탠드 오프(stand off)인, 비접촉 화학 검출 방법.
제 1항에 있어서, 상기 해당 분석물은 폭약, 폭약 첨가제, 약제, 화학전 작용제, 생화학물질, 및 생물학전 작용제로 이루어진 군으로부터 선택되는, 비접촉 화학 검출 방법.
제 1항에 있어서, 상기 IR 공급원은 펄스 레이저, 연속 레이저, 광대역 광원, 여과된 광대역 광원, 스위핑된 공급원(swept source), 처프 공급원(chirped source), 가변 공급원(variable source) 또는 조정 가능 공급원(tunable source)인, 비접촉 화학 검출 방법.
제 1항에 있어서, 상기 해당 분석물이 다중(multiple)이 될 때, 다중 IR 파장이 사용되는, 비접촉 화학 검출 방법.
제 1항에 있어서, 적어도 하나의 IR 파장이 상기 분석물에 대해 공명 상태(on-resonance)에 있고 적어도 하나의 IR 파장이 공명 비킴 상태(off-resonance)에 있는 경우 다중 IR 파장이 상기 해당 분석물의 검출 선택성을 향상시키기 위해 사용되는, 비접촉 화학 검출 방법.
제 1항에 있어서, 상기 IR 공급원은 1 내지 20 미크론의 범위 어디에서나 방출되는, 비접촉 화학 검출 방법.
제 1항에 있어서, 질소계 폭약을 검출하기 위해, 상기 IR 공급원이 N-O 결합의 흡수 스펙트럼 특징의 피크 또는 피크 부근의 파장으로 조정되고, 포스포네이트 에스테르 화학전 작용제를 검출하기 위해, 상기 IR 공급원이 P=O 이중결합 또는 C-O-P 결합의 흡수 스펙트럼 특징의 피크 또는 피크 부근의 파장으로 조정되며, 오남용 약물을 검출하기 위해, 상기 IR 공급원이 이차 또는 삼차 아민의 흡수 스펙트럼 특징의 피크 또는 피크 부근의 파장으로 조정되는, 비접촉 화학 검출 방법.
제 1항에 있어서, 상기 IR 검출기는 단일 채널 또는 다중 채널 검출기인, 비접촉 화학 검출 방법.
제 1항에 있어서, 상기 단계(b)에서 상기 IR 검출기 신호는 상기 분석물이 방출하는 파장을 통과하고 열 밴드의 나머지로부터 파장을 차단하는 광학 필터를 사용하여 상기 분석물에 대해 선택적으로 여과되는, 비접촉 화학 검출 방법.
비접촉 화학 검출을 위한 방법으로서,
분석물을 화학적으로 분해하지 않으면서 적어도 하나의 특정 흡수 밴드로 조정된 IR 공급원을 사용하여 하나 이상의 해당 분석물을 선택적으로 여기하는 단계를
포함하고,
상기 분석물은 증기 운무(vapor plume)를 발생시키기 위해 충분히 여기되고, 상기 운무는 상기 분석물의 존재를 검출하기 위해 시험되고,
상기 분석물을 여기하는 동안 또는 여기한 직후 얻어진 제 2 신호로부터 상기 분석물을 여기하기 전 얻어진 제 1 신호를 감하여 미분 신호가 발생하고, 상기 분석물의 존재를 확인하기 위해 미분 신호가 사용되는, 비접촉 화학 검출 방법.
제 12항에 있어서, 상기 방법은, 상기 분석물이 위치한 표면과 눈에 손상을 일으키지 않는, 비접촉 화학 검출 방법.
제 12항에 있어서, 상기 방법은 스탠드 오프인, 비접촉 화학 검출 방법.
제 12항에 있어서, 상기 해당 분석물은 폭약, 폭약에 대한 첨가제, 약제, 화학전 작용제, 생화학물질 및 생물학전 작용제로 이루어진 군으로부터 선택되는, 비접촉 화학 검출 방법.
제 12항에 있어서, 상기 IR 공급원은 펄스 레이저, 연속 레이저, 광대역 광원, 여과된 광대역 광원, 스위핑된 공급원, 처프 공급원, 가변 공급원 또는 조정 가능 공급원인, 비접촉 화학 검출 방법.
제 12항에 있어서, 상기 해당 분석물이 다중이 될 때 다중 IR 파장이 사용되는, 비접촉 화학 검출 방법.
제 12항에 있어서, 적어도 하나의 IR 파장이 분석물에 대해 공명 상태에 있고 적어도 하나의 IR 파장이 공명 비킴 상태에 있는 경우, 다중 IR 파장이 상기 해당 분석물의 검출 선택성을 향상시키기 위해 사용되는, 비접촉 화학 검출 방법.
제 12항에 있어서, 상기 IR 공급원은 1 내지 20 미크론의 범위 어디에서나 방출되는, 비접촉 화학 검출 방법.
제 12항에 있어서, 질소계 폭약을 검출하기 위해, 상기 IR 공급원이 N-O 결합의 흡수 스펙트럼 특징의 피크 또는 피크 부근의 파장으로 조정되고, 포스포네이트 에스테르 화학전 작용제를 검출하기 위해, 상기 IR 공급원이 P=O 이중결합 또는 C-O-P 결합의 흡수 스펙트럼 특징의 피크 또는 피크 부근의 파장으로 조정되며, 오남용 약물을 검출하기 위해, 상기 IR 공급원이 이차 또는 삼차 아민의 흡수 스펙트럼 특징의 피크 또는 피크 부근의 파장으로 조정되는, 비접촉 화학 검출 방법.
삭제
제 12항에 있어서, 상기 증기 운무는 IR 공급원, 가시광 공급원, IR 검출기, 가시광 검출기, 회절 격자, 필터 휠, 미켈슨 간섭계(Michelson interferometer), 레이저 캐비티(laser cavity) 및 적분구(integrating sphere) 또는 이들의 임의의 조합을 사용하여 검사되며, 상기 분석물의 존재는 IR 흡수, IR 역산란, IR 열 발광, 라만 분광법, LIBS 또는 이들의 임의의 조합을 사용하여 결정되는, 비접촉 화학 검출 방법.
제 12항에 있어서, 상기 증기 운무는 이온 이동성 분광법, 질량 분광법, 기체 크로마토그래피, 화학 발광, 표면 초음파, 중량측정, 미량천칭, 결정 공명 또는 이들의 임의의 조합에 의해 검사되는, 비접촉 화학 검출 방법.
비접촉 화학 검출을 위한 시스템으로서,
(a) 하나 이상의 해당 분석물에 특정한 적어도 하나의 특정 흡수 밴드로 조정된 IR 공급원과,
(b) IR 검출기를
포함하고,
상기 분석물은, 상기 분석물을 화학적으로 분해하지 않으면서 상기 IR 공급원을 사용하여 선택적으로 여기되고, 상기 분석물의 존재는 방출되는 광자를 상기 분석물을 여기하기 전과 여기하는 동안 또는 여기한 직후 수집된 IR 검출기 신호와 비교하여 결정되고,
상기 분석물이 여기된 직후 또는 여기되는 동안에 얻어진 제 2 열 신호로부터 상기 분석물이 여기되기 이전에 얻어진 제 1 열 신호를 감하여 미분 신호가 발생하고, 상기 분석물의 존재를 확인하기 위해 미분 신호가 사용되는, 비접촉 화학 검출 시스템.
제 24항에 있어서, 상기 검출은, 상기 분석물이 위치한 표면과 눈에 손상을 일으키지 않는, 비접촉 화학 검출 시스템.
제 24항에 있어서, 상기 검출은 스탠드 오프인, 비접촉 화학 검출 시스템.
제 24항에 있어서, 상기 해당 분석물은 폭약, 폭약에 대한 첨가제, 약제, 화학전 작용제, 생화학물질 및 생물학전 작용제로 이루어진 군으로부터 선택되는, 비접촉 화학 검출 시스템.
제 24항에 있어서, 상기 IR 공급원은 펄스 레이저, 연속 레이저, 광대역 광원, 여과된 광대역 광원, 스위핑된 공급원, 처프 공급원, 가변 공급원 또는 조정 가능 공급원인, 비접촉 화학 검출 시스템.
제 24항에 있어서, 상기 해당 분석물이 다중이 될 때, 다중 IR 파장이 사용되는, 비접촉 화학 검출 시스템.
제 24항에 있어서, 적어도 하나의 IR 파장이 상기 분석물에 대해 공명 상태에 있고 적어도 하나의 IR 파장이 공명 비킴 상태에 있는 경우, 다중 IR 파장이 상기 해당 분석물의 검출 선택성을 향상시키기 위해 사용되는, 비접촉 화학 검출 시스템.
제 24항에 있어서, 상기 IR 공급원은 1 내지 20 미크론의 범위 어디에서나 방출되는, 비접촉 화학 검출 시스템.
제 24항에 있어서, 질소계 폭약을 검출하기 위해, 상기 IR 공급원이 N-O 결합의 흡수 스펙트럼 특징의 피크 또는 피크 부근의 파장으로 조정되고, 포스포네이트 에스테르 화학전 작용제를 검출하기 위해, 상기 IR 공급원이 P=O 이중결합 또는 C-O-P 결합의 흡수 스펙트럼 특징의 피크 또는 피크 부근의 파장으로 조정되며, 오남용 약물을 검출하기 위해, 상기 IR 공급원이 이차 또는 삼차 아민의 흡수 스펙트럼 특징의 피크 또는 피크 부근의 파장으로 조정되는, 비접촉 화학 검출 시스템.
제 24항에 있어서, 상기 IR 검출기는 단일 채널 검출기 또는 다중 채널인, 비접촉 화학 검출 시스템.
제 24항에 있어서, 상기 분석물이 방출하는 파장을 통과하고 열 밴드의 나머지로부터 파장을 차단하는 광학 필터가 상기 IR 검출기와 사용되는, 비접촉 화학 검출 시스템.
비접촉 화학 검출을 위한 시스템으로서,
(a) 하나 이상의 해당 분석물에 특정한 적어도 하나의 특정 흡수 밴드로 조정된 IR 공급원과,
(b) 상기 분석물의 존재를 검출하기 위한 수단을
포함하고,
상기 분석물은, 상기 분석물을 화학적으로 분해하지 않으면서 증기 운무를 생성하는 IR 공급원을 사용하여 선택적으로 여기되고, 상기 분석물의 존재는 상기 증기 운무를 검사하여 결정되고,
상기 분석물을 여기하는 동안 또는 여기한 직후 얻어진 제 2 신호로부터 상기 분석물을 여기하기 이전에 얻어진 제 1 신호를 감하여 미분 신호가 발생하고, 상기 분석물의 존재를 확인하기 위해 미분 신호가 사용되는, 비접촉 화학 검출 시스템.
제 35항에 있어서, 상기 검출은, 상기 분석물이 위치한 표면과 눈에 큰 손상을 일으키지 않는, 비접촉 화학 검출 시스템.
제 35항에 있어서, 상기 검출은 스탠드 오프인, 비접촉 화학 검출 시스템.
제 35항에 있어서, 상기 해당 분석물은 폭약, 폭약에 대한 첨가제, 약제, 화학전 작용제, 생화학물질 및 생물학전 작용제로 이루어진 군으로부터 선택되는, 비접촉 화학 검출 시스템.
제 35항에 있어서, 상기 IR 공급원은 펄스 레이저, 연속 레이저, 광대역 광원, 여과된 광대역 광원, 스위핑된 공급원, 처프 공급원, 가변 공급원 또는 조정 가능 공급원인, 비접촉 화학 검출 시스템.
제 35항에 있어서, 상기 해당 분석물이 다중이 될 때, 다중 IR 파장이 사용되는, 비접촉 화학 검출 시스템.
제 35항에 있어서, 적어도 하나의 IR 파장이 상기 분석물에 대해 공명 상태에 있고 적어도 하나의 IR 파장이 공명 비킴 상태에 있는 경우, 다중 IR 파장이 상기 해당 분석물의 검출 선택성을 향상시키기 위해 사용되는, 비접촉 화학 검출 시스템.
제 35항에 있어서, 상기 IR 공급원은 1 내지 20 미크론의 범위 어디에서나 방출되는, 비접촉 화학 검출 시스템.
제 35항에 있어서, 질소계 폭약을 검출하기 위해, 상기 IR 공급원이 N-O 결합의 흡수 스펙트럼 특징의 피크 또는 피크 부근의 파장으로 조정되고, 포스포네이트 에스테르 화학전 작용제를 검출하기 위해, 상기 IR 공급원이 P=O 이중결합 또는 C-O-P 결합의 흡수 스펙트럼 특징의 피크 또는 피크 부근의 파장으로 조정되며, 오남용 약물을 검출하기 위해, 상기 IR 공급원이 이차 또는 삼차 아민의 흡수 스펙트럼 특징의 피크 또는 피크 부근의 파장으로 조정되는, 비접촉 화학 검출 시스템.
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제 35항에 있어서, 상기 증기 운무는 IR 공급원, 가시광 공급원, IR 검출기, 가시광 검출기, 회절 격자, 필터 휠, 미켈슨 간섭계, 레이저 캐비티 및 적분구 또는 이들의 임의의 조합을 사용하여 검사되며, 상기 분석물의 존재는 IR 흡수, IR 역산란, IR 열 발광, 라만 분광법, LIBS 또는 이들의 임의의 조합을 사용하여 결정되는, 비접촉 화학 검출 시스템.
제 35항에 있어서, 상기 증기 운무는 이온 이동성 분광법, 질량 분광법, 기체 크로마토그래피, 화학 발광, 표면 초음파, 중량측정, 미량천칭, 결정 공명 또는 이들의 임의의 조합에 의해 검사되는, 비접촉 화학 검출 시스템.
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