Die vorliegende Erfindung betrifft ein Analysesystem und ein bibliotheksunabhängiges Analyseverfahren zum qualitativen Nachweis und zur Klassifizierung energetischer Materialien, insbesondere zum Nachweis von Explosiv- und Sprengstoffen sowie für komplexe Stoffzusammensetzungen, welche in IEDS (Improvised Explosive Devices) Verwendung finden.

Bedingt durch das stetige Ansteigen der weltweiten Warenströme ist auch das Bedürfnis nach effizienten und sicheren Methoden angewachsen, welche eine eindeutige Identifizierung und Charakterisierung unbekannter Stoffe ermöglichen. Diese Anforderungen gelten prinzipiell für die Prüfung jedweder Art von Waren, aber in besonders hohem Maße für diejenigen Gruppen an Substanzen, deren unsachgemäße Handhabung für den Anwender eine unmittelbare Gefahr darstellt. Aus diesem Grund sind leistungsfähige Analysensysteme insbesondere zur Untersuchung potentiell explosiver Stoffe und Stoffgemische wichtig, welche innerhalb kürzester Zeit signifikante Aussagen über das konkrete Gefahrenpotential und gegebenenfalls eine Zuordnung der unbekannten Substanz zu spezifischen Klassen an energetischen Materia- lien erlauben.

Standardmäßig erfolgt die Detektion von Explosiv-/Gefahr Stoffen mittels spektroskopischer (z.B. IR-, Raman-, MS-) Methoden. Die eingesetzten Geräte verfügen über eine Spektrenbibliothek bekannter Substanzen und Substanzmischungen. Entspricht das Spektrum der Probe einem bekannten Spektrum aus der Bibliothek, so wird dem Benutzer diese Information und der Grad der Übereinstimmung der Spektren mitgeteilt. Variationen in der Probenvorberei- tung sowie geringfügige Änderungen in der chemischen Rezeptur können jedoch die Spektralcharakteristik derart verändern, dass eine sichere Identifizierung der Probe nicht mehr möglich ist. Weitergehende Detektionsmethoden für energetische Materialien nutzen hingegen nicht nur die statischen, spektroskopischen Eigenschaften der Substanzen, sondern führen dynamische Messungen durch, in welchen zur Identifizierung die Probeneigenschaften als Funktion sich ändernder Umgebungsbedingungen detektiert werden. So wird beispielsweise in der US 6,406,918 Bl ein Gerät offenbart, welches energetische Substanzen (Explosivstoffe) anhand eines gemessenen Wärmeflusses (vergleichbar mit DSC-Messungen) beurteilt. Auch in dieser Methode wird gegen substanzspezifische Datensätze mit thermoanalytischen Kenngrößen wie Schmelz- und Zersetzungspunkt einer Datenbank abgeglichen. Diese physikalisch/chemischen Größen sind jedoch durch die Probenmorphologie und -Zusammensetzung beeinflusst und für energetische Materialien nur bedingt charakteristisch.

Ein in der US 2010/0240140 AI beschriebenes Gerät arbeitet bibliothekfrei und detektiert berührungslos die Strahlungsenergie und -Intensität von Partikeln, welche beim Heizen durch Zersetzung entstehen (thermischer Fingerprint). Dieses Gerät ist primär für die Spurendetek- tion ausgelegt und kann nur feste Proben verarbeiten. Zudem können mittels dieses Gerätes nur Substanzen detektiert werden, die stark exotherm reagieren. Explosionsfähige flüssige Stoffsysteme mit leichtflüchtigen Bestandteilen wie Nitroglyzerin oder Wasserstoffperoxid oder Substanzen welche eine entropiedominierte Reaktion zeigen (beispielsweise TATP), können methodenbedingt nicht zuverlässig detektiert werden. Einen weiteren Aufbau zur qualitativen Analyse energetischer Materialien wird beispielsweise in der Publikation von Maurer et al. in„Sensors and Actuators B", 215 (2015) 70-76 beschrieben. Das System unterzieht den unbekannten Stoff einem Aufheizvorgang und nutzt durch Sensoren ermittelte Sensorsignale für Druck- und Temperaturmaxima zur Detektion. Es werden jedoch ausweislich nur unzureichende Detektionsraten erreicht und wichtige Explosivstoffe können gar nicht detektiert werden. Zudem gestattet der dargestellte Aufbau nicht die gleichzeitige Aufzeichnung von Drucksignalen und Signalen chemischer Sensoren weil die Probenkammer zum Sensorarray offen durchströmt wird. Das einzige Heizelement ist planar und bietet keine Möglichkeit des Einschlusses der Proben vor der Untersuchung. Leichtflüchtige Explosivstoffe wie NGL verdampfen bereits nach der Probenzufuhr und verändern zusammen mit Verunreinigungen aus der Probenkammer die Basislinie für die Berechnung der Peakintensitäten. Die kommerziell erhältlichen Geräte sind meistens nur stationär betreibbar, kostenintensiv in Anschaffung und Betrieb und erfordern zudem den Einsatz von Fachpersonal. Die Systeme ermöglichen prinzipiell eine Identifikation von Explosivstoffen, allerdings nur in den Fällen, in welchen für genau diese Zusammensetzung Referenz spektren in entsprechenden Bibliotheken vorhanden sind. Diese Voraussetzungen sind in der Regel für energetische Materialien in IEDS (Improvised Explosive Devices) nicht erfüllt, da diese Substanzen oft in Heimlaboren mit wechselnden Zusammensetzungen hergestellt werden. Die einzelnen Rezepturen unterscheiden sich erheblich voneinander und die Anzahl neuer Synthesekomponenten wächst stetig. Derartige Substanzen stellen heutzutage eine Hauptbedrohung dar und können von bibliothekgestützten Geräten nicht sicher erkannt werden.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein System und ein Verfahren bereitzustellen, welches in der Lage ist, energetische Materialien sicher zu identifizieren und welches zudem kostengünstig und ohne Einsatz von Fachpersonal betrieben werden kann. Gelöst wird die Aufgabe durch ein System und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben. Das erfindungsgemäße System zur qualitativen Analyse energetischer Materialien umfasst mindestens

a) ein Gehäuse

b) Detektoren/Sensoren zur Erfassung physikalisch/chemischer Parameter innerhalb des Ge- häuses,

c) eine Steuer- und eine Auswerteeinheit und

d) eine Probenheizung,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Probenheizung einen Probenraum ausbildet, welcher eine Probe mindestens teilweise um- schließt und die Probe von mindestens zwei unterschiedlichen Seiten aufheizt. Überraschenderweise wurde gefunden, dass ein derartig ausgebildetes System in der Lage ist, eine Vielzahl unterschiedlicher energetischer Materialien eindeutig und reproduzierbar bestimmten (Gefahr)Stoffklassen zuzuordnen. Das System kann ohne Substanzbibliotheken arbeiten und dementsprechend auch IEDS mit veränderlichen Rezepturen verlässlich bestimmen. Die Ana- lyse ist zudem äußerst kosteneffizient, da ein sicherer Betrieb auch durch nicht geschultes Personal möglich ist. Ohne durch die Theorie gebunden zu sein ergibt sich die höhere Analysengenauigkeit durch Verwendung eines Heizsystems, welches eine gleichmäßigere und höhere Aufheizrate für das gesamte Probenvolumen bereitstellt. Im Stand der Technik werden hingegen Heizsysteme verwendet, welche die Probe nur von einer Seite her aufheizen. An diesen Stand-der-Technik-Systemen ist nachteilig, dass die gesamte Probe oder einzelne, leicht flüchtige Anteile der Probe beim einseitigen Erhitzen in die Gasphase übergehen und so der thermische Kontakt zur Heizfläche verschlechtert/verändert wird. Als Konsequenz erfolgt oft eine Verdampfung anstatt einer Zündung der Probe, wobei ein signifikanter Druckaufbau in unmittelbarer Nähe des Probenmaterials nicht möglich ist. Des Weiteren kann sich durch das partielle Verdampfen der Wärmeübertrag auf die Probensubstanz verschlechtern, sodass die Temperatur der Probe signifikant von der Temperatur der Heizung abweicht. Es können sich Temperaturunterschiede ergeben, welche insbesondere auch eine Funktion der Probenzusammensetzung und des betrachteten Temperaturintervalls sein können. Diese Nachteile füh- ren in der Praxis zu einer schlechten Zuordnung der gemessenen Daten zu möglichen Substanzgruppen und insgesamt zu einer nur ungenügenden Reproduzierbarkeit der Messergebnisse. Durch den erfindungs gemäß mindestens zweiseitigen Wärmeübertrag auf das Probenmaterial im Probenraum lassen sich insgesamt höhere und reproduzierbarere Heizgeschwin- digkeiten der Probe erreichen, da der Energietransport proportional zum Verhältnis Kontakt- fläche Heizer zu Probenoberfläche ist. Dementsprechend können in der erfindungs gemäßen Ausgestaltung in der Probe höhere Reaktionsgeschwindigkeiten erzeugt werden. Beispielsweise brennen pyrotechnische Sätze bei freier Zündung unter Flammenbildung ab, wohingegen es unter den erfindungsgemäßen Heizbedingungen zu einer heftigen Deflagration kommt. Deshalb können z.B. Nitramine mit den bisherigen Systemen (Stand der Technik) unter Verwendung nur geringer Probenmengen nicht oder nur unzureichend über ihre Reaktionswärme oder Druckentwicklung als explosionsfähige Stoffe erkannt werden. Der Energieeintrag über mehrere Heizflächen führt zudem auch zu einer Verringerung der Vorzugsrichtung von Schmelz-, Verdampfungs- und/oder Sublimationsprozessen, sodass ein Verlassen der aktiven Heizfläche und/oder ein Herabsetzen der Reaktionsgeschwindigkeit der Probe verringert werden. Es wird also unter„realeren" oder funktionsgerechteren Messbedingungen beobachtet, welches insbesondere für sich zersetzende Substanzgemische vorteilhaft ist. Flüchtigere Substanzen werden also im Vergleich zu einem einseitigen Heizungsaufbau nicht so gerichtet aus der Probe ausgedampft, sondern bleiben im günstigsten Fall durch einen geschlossenen Hei- zungsaufbau im Probeninneren eingeschlossen. Im Falle einer thermisch induzierten Reaktion reagiert also die ursprüngliche Probenzusammensetzung und nicht eine veränderte Substanz, welche um die flüchtigeren Substanzen abgereichert ist. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Systems liegt zudem darin, dass bei Bedarf auch größere Probenmengen zur Analyse verwendet werden können. Durch das homogenere Aufheizen erhält man eine gleichmäßi- gere Temperaturverteilung trotz größerer Probenvolumina, so dass, wie oben beschrieben, die Nachteile der Stand-der- Technik- Systeme keine Rolle spielen. Durch größere Probenmengen lassen sich insbesondere auch bei eher entropisch dominierten Reaktionen signifikante Messergebnisse erhalten. Eine qualitative Analyse energetischer Material beinhaltet, dass eine unbekannte Substanzprobe einem bekannten energetischen Material oder einer bestimmten Substanzklasse energetischer Materialien zugeordnet werden kann. Eine mögliche qualitative Aussage ist demzufol- ge auch, dass die Probe kein energetisches Material aufweist/ist. Mögliche Substanzklassen energetischer Materialien können auch exotherme, explosive oder thermische Substanzen sein. Daneben ist es aber auch möglich, dass das System Daten bereitstellt, welche eine direkte Zuordnung der unbekannten Probe zu einer bestimmten chemisch definierten Substanzklasse zulässt.

Energetische Materialien im Sinne der Erfindung sind energetische oder hochenergetische Materialien wie beispielsweise primäre oder sekundäre Sprengstoffe, Treibstoffe und pyrotechnische Erzeugnisse mit militärischen oder zivilen Anwendungsbereich. Die energetischen Materialien können bei Raumtemperatur sowohl eine feste wie auch eine flüssige Konsistenz aufweisen.

Das erfindungsgemäße System weist ein Gehäuse auf, welches das gesamte System zur Umgebung hin mechanisch isolieren kann. Das Gehäuse kann an einer oder mehreren Stellen über Öffnungen, wie beispielsweise Ventile oder Klappen, mit der Umgebung verbunden sein. In bestimmten Ausgestaltungen ist es zudem möglich, dass innerhalb des Gehäuses weitere Kompartimente zur mechanischen oder thermischen Isolierung angeordnet sind. Beispielsweise können bestimmte Sensorengruppen oder die Probenheizung durch zusätzliche Wände innerhalb des Gehäuses mechanisch isoliert werden. Zweckmäßigerweise weist das Gehäuse im Inneren Sensoren zur Analyse der Probe vor, während oder nach dem Aufheizen auf. Insbesondere kann das Gehäuse derart mechanisch stabil ausgebildet sein, dass selbst bei der Untersuchung großer Substanzmengen keine Gefahr einer mechanischen Zerstörung des Systems gegeben ist. Des Weiteren kann das Gehäuse auch Mittel zur sicheren Lagerung po- tentiell gefährlicher Verbrennungsprodukte sowie geeignete Filteranlagen aufweisen, welche das Betriebspersonal vor schädlichen Einflüssen von Reaktionsprodukten schützt.

In dem erfindungs gemäßen System bildet die Probenheizung einen Probenraum aus, welcher eine Probe mindestens teilweise umschließt. Dies bedeutet, dass die Probenheizung erfindungsgemäß eine dreidimensionale, nicht flächige Form aufweist, welcher die Probe von mehr als einer Seite umfasst. Die Probenheizung kann dabei unterschiedliche dreidimensionale Strukturen, wie beispielsweise einen Kubus, Rinne, Senke, Konus, Quader, Zylinder ausbilden, welche mit der Probensubstanz befüllt werden. Zudem sind auch Probenheizungen mit irregulären, dreidimensionalen Strukturen denkbar. Diese können sich beispielweise dadurch ergeben, dass die Probe auf eine ebene Metallfolie gegeben und die Folie durch Verdrehen oder Rollen zu einem (irregulären) Zylinder oder anderen Körpern geformt wird. Eine Probenheizung welche nur eine Fläche ausbildet auf welcher eine Probe oberflächlich aufgegeben wird ist hingegen nicht im Sinne der Erfindung. Die Probenheizung wird dabei zumindest von dem Gehäuse umschlossen. Es ist aber auch möglich, dass die Probenheizung und damit der Probenraum durch weitere Abschirmungen zum Gehäuse hin mechanisch isoliert sind. Die Probenheizung kann über Aufhängungen mit dem Gehäuse verbunden sein. Die Aufhängungen können die Versorgung der Probenheizung mit Stromkabeln und/oder Steuer- und Messleitungen beinhalten. Auf diese Art kann die Probenheizung vom Gehäuse thermisch und me- chanisch weitgehend entkoppelt werden. Dies kann zu höheren Aufheizraten führen. Zudem erlaubt diese Anordnung saubere Nullmessungen ohne Fehlerquellen direkt vor dem Aufheizen und liefert somit ein sauberes Untergrundspektrum, welches zu einer genaueren spektroskopischen Identifizierung der Reaktionsprodukte beitragen kann. Aus der Probe austretende, flüchtige Substanzen können mit diesem Aufbau Untergrundmessungen nicht verfälschen.

Als Probe lassen sich mit dem erfindungsgemäßen System sowohl feste, flüssige wie auch pastöse Substanzen untersuchen. Die einsetzbaren Probenmengen können als Funktion der Probenraumgröße frei gewählt werden und die Menge liegt zweckmäßigerweise im Bereich einiger Milligramm bis hin zu 1 g. Üblicherweise können Probenmengen von 0,5 bis zu 25 mg, bevorzugt 1 mg bis zu 10 mg eingesetzt werden.

Die Detektoren/Sensoren zur Erfassung physikalisch/chemischer Parameter können bei- spielsweise die durch den eingebrachten Stoff freigesetzte Energie in Form von Strahlungsintensitäten (als Funktion der Wellenlänge), quasistatischem Druck und Druckwellen als Funktion der Zeit und/oder der Proben- oder Heizungstemperatur aufzeichnen. Zudem können dem Fachmann geeignete Analysensysteme, wie beispielsweise IR-, Raman-, UV-, NIR-, LLS, NMR-Systeme zur qualitativen Bestimmung der Reaktionsprodukte eingesetzt werden. Des Weiteren können chemische Sensoren zur Messung des chemischen Hintergrundes und zur Charakterisierung flüchtiger Reaktionsprodukte zum Einsatz kommen. Diese Sensoren können beispielweise weitere chemische Reaktionspartner aufweisen und die Präsenz bestimmter Substanzklassen durch einen Farbumschlag anzeigen. Die Detektoren können dabei sowohl innerhalb des Probenraumes und/oder innerhalb des Gehäuses angeordnet sein. Dies bedeutet, dass sowohl der Probenraum selbst, das Gehäuse oder beide Kompartimente getrennt voneinander mit Sensoren ausgestattet sein können. Die Sensoren können auch innerhalb des Gehäuses in weiteren Kammern untergebracht sein, welche über steuerbare Leitungen mit dem restlichen Volumen des Gehäuses und/oder der Um- gebung verbunden sind. Durch die Ausstattung des Probenraums mit Sensoren ist es möglich, die noch unzersetzte Probe im Zuge des Aufheizprogrammes analytisch zu erfassen. Die im Gehäuse angeordneten Detektoren können insbesondere zur Untersuchung der Reaktionsprodukte nach einer potentiellen Zündung genutzt werden. Es ist aber auch möglich, für den Fall, dass der Probenraum gegenüber dem Gehäuse nicht mechanisch isoliert ist, dass explizit schon aus der Probe ausdampfende, flüchtige Bestandteile über die Detektoren im Gehäuse analysiert werden. Diese Untersuchungen können bei bestimmten Substanzklassen die Erkennungsgenauigkeit erhöhen. Zudem ist es möglich, dass die Detektoren das Gehäuse- und/oder den Probenraum vor, während und nach dem Aufheizen überwachen. Die Steuer- und Auswerteeinheit sind insbesondere dazu vorgesehen, die Heizung, die Detektoren, einen möglichen mechanischen Verschluss des Probenraumes, mögliche Ventile im und am Gehäuse zu steuern und zu regeln und die Verarbeitung der gemessenen Daten zur Identi- fizierung der Probe zu gewährleisten. Insbesondere beinhaltet dies die Festlegung von Grenzwerten, bei deren Überschreitung eine zuverlässige Zuordnung der untersuchten Probe zur Klasse der explosionsfähigen Stoffe und Stoffmischungen eindeutig möglich ist (bibliotheksunabhängiger Auswertealgorithmus). Hierbei kann bevorzugt nicht die Kenntnis über die chemische Identität der Substanzen, sondern vielmehr die primär pro Zeit abgegebene Energie in Form von Wärme und Arbeit (leistungsbezogene Parameter), der Eintritt der reaktionsspezifischer Ereignisse und das durch chemische Sensoren aufgezeichnete Muster der Reaktionsprodukte in der Gasphase als Auswertekriterien herangezogen werden. Insbesondere kann über letztere Parameter eine Zuordnung zu Gefahrenklassen in Anlehnung an das Sprengstoffgesetz erfolgen.

Als Probenheizungen können prinzipiell sämtliche dem Fachmann bekannte Heizquellen genutzt werden. Zu diesen Heizquellen können beispielsweise Flächenheizungen oder Heizdrähte gehören. Die Flächenheizungen können gleichzeitig den Probenraum darstellen, d.h., dass die Probe beispielsweise in einen Probenraum gefüllt wird, welcher durch eine, zwei oder mehrere Flächenheizungen aus Metallfolien gebildet wird. Werden zur Erhitzung der Probe Drähte eingesetzt, so können diese beispielsweise durch Wendeln oder Biegen in eine geeignete Form gebracht werden. Es ist möglich, dass die Probe dann direkt auf die Heizwendel oder die Metallfolie gegeben wird, oder aber, dass ein weiteres Material (z.B. Metallblech) die Wendel von der Probensubstanz separiert. Im Falle nicht flächiger Heizelemente (z.B. Heiz- drähte) reicht es aus, wenn die Heizdrähte mindestens 30% der betrachteten Fläche abdecken. Das Erwärmen der Probe kann dabei über das Durchleiten eines elektrischen Stromes durch die Heizwendel oder die Flächenheizungen erfolgen. Prinzipiell ist es aber auch möglich, dass Strahlungsheizungen eingebaut werden. Heizwendel können aus einer Legierung mit einem spezifischen Widerstand zwischen 1- 10 ^" Qm und 5· 10 ^~6 Qm und einem Schmelzpunkt von beispielsweise > 600 °C bestehen. Als Materialien kommen beispielsweise Konstantan, Manganin oder Chromnickel in Frage. Der Draht kann durch Biegen in unterschiedliche Geometrien gebracht werden und auf diese Art und Wiese können neben der Geometrie auch unterschiedlich dimensionierte Probenräume bereitgestellt werden. Zum Aufbau einer kegelförmigen Heizung kann der Draht zu einer wendeiförmigen Heizungs struktur gewickelt werden, welche aus kreisförmigen Windungen mit unterschiedlichem Innendurchmesser besteht. Der Innendurchmesser nimmt in eine Rich- tung von Windung zu Windung zu. Dadurch entsteht eine kegelförmige Wicklung mit einer Öffnung, die durch die Windung mit dem größten Durchmesser gebildet wird. Diese Öffnung zeigt nach oben. In die kegelförmige Wicklung kann dann ein passender Hohlkegel aus einer Metallfolie eingesetzt. Die Probe wird in diesen hohlen Kegel eingefüllt. Die Probenheizung kann aber auch als elektrische Widerstandsheizung mit einer Folie als elektrisches Widerstandsheizelement ausgebildet sein. Für das Aufheizen kann eine Folie aus einer Legierung mit einem spezifischen Widerstand zwischen lxlO ^"6 Qm und 5x10 ^~6 Qm und einem Schmelzpunkt von > 600 °C eingesetzt werden. Mögliche Materialien sind zum Beispiel Konstantan, Manganin oder Chromnickel. Die Folie kann zugunsten einer möglichst hohen Aufheizrate möglichst dünn ausgewalzt sein (beispielsweise < 40 μιη Schichtdicke). Die Folie kann in der Mitte gefaltet oder geknickt werden, wobei die Falte oder der Knick das Probenmaterial aufnehmen kann. In dieser Ausgestaltung ist sichergestellt, dass sich das Probenmaterial an der Stelle sammelt, wo der thermische Kontakt maximal ist. Die Probe wird von mindestens drei Seiten aufgeheizt und zudem sorgt die Falte für einen zumindest teilwei- sen Einschluss der Probe, welches einem Abdampfen flüchtiger Substanzen zu den Seiten partiell entgegenwirkt. Als elektrische Kontakte zur Stromquelle können zusätzliche Metallstreifen, beispielsweise aus Kupferfolie, dienen, welche um die Enden der Probenheizung gewickelt und dann zu- sammengepresst werden. Alternativ kann eine Metallfolien-Probenheizung auch mittels mechanischer Klemmen oder Kontaktfedern an eine Stromquelle angeschlossen werden. Mög- lieh ist beispielsweise eine Variante in welcher die Flächenheizung mittels vier Kontaktfedern fixiert wird. Die Kontaktfedern stellen die elektrische Verbindung zur Heizungssteuerung/Stromversorgung her und können gleichzeitig zur mechanischen Fixierung des Heizelements dienen. So können beispielsweise jeweils zwei Kontaktfedern auf jeder Seite der Probenheizung elektrisch mit einem Anschluss der Heizungssteuerung/Stromversorgung verbun- den werden. Der elektrische Anschluss kann entweder über temperaturbeständige Schraubbzw. Lüsterklemmen oder über Kabelschuhe (Verschraubung mit den Befestigungslöchern) hergestellt werden. Die Befestigung über Kontaktfedern kann ein schnelles Auswechseln der Probenheizung ermöglichen. Die Probenheizung kann dabei entweder direkt zwischen die Kontaktfedern geschoben oder die oberen Kontaktfedern hochgeklappt werden. Im letzteren Fall wird die Probenheizung zuerst auf die unteren Kontaktfedern gelegt. Dann werden die oberen Kontaktfedern heruntergeklappt und mechanisch verriegelt. Durch das Zusammenschieben/drehen der Kontaktfedern wird die Probe in der Probenheizung eingeschlossen.

Zweckmäßigerweise wird die Leistung der Heizung so ausgelegt, dass Temperaturgradienten von mehreren 1000 K/s in der Probe erzeugt werden können. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Heizleistung der Probenheizung im Bereich von 1000 - 5000 K/s, bevorzugt 2000 - 4000 K/s liegen. Zur Versorgung der Probenheizung kann zweckmäßigerweise eine spannungsabhängige Konstantstromquelle verwendet werden. Durch eine von außen vorgegebene Steuerspannung kann der Strom durch die Probenheizung und damit seine Temperatur geregelt werden. Das ermöglicht hohe Heizraten ohne dass ein Schmelzen der Probenheizung befürchtet werden muss. Zur Bereitstellung des erforderlichen Stromes können Kondensatoren als temporäre Energiespeicher verwendet werden. Die ist vorteilhaft, da der Ladestrom für die Kondensatoren deutlich geringer ist als der Entladestrom und somit die Stromversorgung kleiner dimensioniert werden kann (kleinere Batterien/ Akkus bei mobiler Anwendung). Durch die Reduzierung der im System vorhandenen Energiemenge wird gleichzeitig die Brandgefahr deutlich verringert. Erfindungsgemäß wird die Probe von mindestens zwei unterschiedlichen Seiten aufgeheizt. Dies ist deshalb möglich, da die Probenheizung einen dreidimensionalen Raum ausbildet, welcher die Probe aufnimmt. Derart wird die Probe von der Probenheizung zumindest teilweise umschlossen. Es ist aber auch möglich, dass die Probenheizung die Probe vollständig einschließt. Zur Bestimmung der Anzahl an unterschiedlichen Seiten kann dabei die vorlie- gende Probenraumgeometrie als ein Kubus mit den Seitenpaaren unten-oben, vorne -hinten, rechte-linke Seite approximiert werden. Definitionsgemäß ist die obere Seite dabei die Seite aus welcher die Probe befüllt wird. Die Heizenergie muss demzufolge von mindestens zwei unterschiedlichen Seiten her auf die Probe einwirken. Anders ausgedrückt, es müssen mindestens zwei unterschiedliche Strahlungsrichtungen des oder der Heizkörper existieren, deren Strahlungsvektoren zum Probenmittelpunkt mindestens einen Winkel von 90° einschließen. Das Heizen aus unterschiedlichen Seiten kann dabei sowohl durch nur eine (z.B. gebogene) oder auch durch mehrere separierte Heizflächen erfolgen.

In einer ersten Ausgestaltung des Systems kann die Probenheizung die Probe von mindestens fünf unterschiedlichen Seiten aufheizen. Diese Heizgeometrie kann zu einer deutlich gleichmäßigeren Aufheizung der Probensubstanz beitragen, welches dazu führt, dass auch leicht flüchtige Substanzen eine geringere Tendenz zum gerichteten Ausdampfen aufweisen. Sie bleiben im Inneren der Probensubstanz eingeschlossen und dadurch erhält man ein Zündverhalten, welches dem der realen Situation deutlicher entspricht. Durch das Aufheizen von fünf unterschiedlichen Seiten ergibt sich zudem ein deutlich geringerer Temperaturgradient innerhalb der Probe. Dies kann dazu beitragen Zünd- oder Explosionstemperaturen genauer bestimmen zu können. Das Aufheizen von fünf unterschiedlichen Seiten bedeutet dabei, dass nur eine der Raumrichtungen der Probe nicht von einer Probenheizung aufgeheizt wird. Liegt beispielsweise eine kubische Probenraumgeometrie vor, so bleibt beispielsweise die Probe von oben her unbeheizt, während aus den anderen Raumrichtungen jeweils Heizenergie auf die Probe einwirkt. In einer weiteren Ausgestaltung des Systems kann die Probenheizung einen geformten Heizdraht oder eine geformte Metallfolie umfassen. Insbesondere diese Heizelemente haben sich als so flexibel und beständig erwiesen, dass sowohl ein Formen der Materialien durch beispielweise Biegen, Wendeln, Einkerben, Knicken, Rollen leicht möglich ist und hohe Heizleistungen erzeugt werden können. Dies kann zu einem gleichmäßigeren Aufheizen der Pro- ben unter hohen Heizraten beitragen.

Innerhalb eines weiteren erfindungs gemäßen Aspektes kann die Probenheizung ein Metallblech umfassen und der Probenraum durch Einkerben, Falten oder Knicken des Metallblechs ausgebildet werden. In dieser Ausgestaltung ist die Probe im direkten Kontakt mit dem Heiz- blech. Durch mechanische Einwirkung auf das Metallblech kann dabei eine dreidimensionale Vertiefung oder Raum ausgebildet werden, welcher mit einer Probe befüllt werden kann. Durch die mechanische Bearbeitung entsteht also ein Probenraum, welcher durch von mehreren Seiten von der Probenheizung umgeben ist. Im Falle einer Falte oder eines Knickes entsteht dabei in der Folie eine Rinne, welche insbesondere zur Untersuchung fester Proben ge- eignet ist. Im Falle einer Einkerbung, zum Beispiel durch eine mechanische Punktbelastung mit einem Dorn, kann beispielweise eine Kegelform ausgebildet werden, welche sich zur Untersuchung flüssiger Substanzen eignet.

In einer weiteren Ausgestaltung kann die Probenheizung ein Metallblech umfassen und durch Falten oder Knicken des Metallblechs ein geschlossener Probenraum ausgebildet werden. Durch die Ausbildung mehrerer Knicke auf einer Heizfolie/-blech und anschließendem Falten oder Verdrehen der Folie kann die Probe vollständig durch die Folie eingeschlossen werden. Dadurch wird im Rahmen des Aufheizens die Probe von allen Seiten aufgeheizt. Dies ermög- licht eine besonders schnelle und homogene Aufheizung des Probenmaterials. Zudem können flüchtigere Substanzen durch den mechanischen Einschluss nicht mehr entweichen und reagieren zusammen mit dem Rest der Probe. Diese Reaktionsführung ist dem realen System deutlich näher, da das Abdampfen flüchtiger Substanzen weitgehend verhindert wird.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des Systems kann die Probenheizung die Probe vollständig umschließen. Diese Ausgestaltung kann beispielsweise dadurch realisiert werden, indem die Probe in einen Probenraum gefüllt wird welcher von mindestens fünf Seiten beheizbar ausgestaltet ist. Nach dem Einfüllen der Probe wird die Öffnung dann mit einem weiteren Heizelement mechanisch verschlossen. Hierdurch kann die Probe gleichmäßig von allen Seiten aufheizt werden und es besteht nicht die Gefahr, dass flüchtige Substanzen schon vor der eigentlichen Reaktion durch einen Temperaturgradienten aus der Probe getrieben werden. Verschlossen bedeutet dabei insbesondere, dass die Probe von allen Seiten durch die Probenheizung umgeben ist, wobei die Probenheizung die Probe mechanisch gegen Gehäuse ab- schirmt. Weiterhin ist es auch möglich, dass eine Probe auf ein Heizblech gegeben wird und das Heizblech anschließend um die Probe durch Knicken, Falten, Rollen oder Kombinationen daraus gelegt wird. Als Resultat erhält man eine Probe, welche vollständig durch ein Heizblech umgeben ist. Durch diese Maßnahmen können die Messbedingungen und daraus folgend die Zuordnung einer unbekannten Probe zu einer definierten Gefahrstoffklasse deutlich verbessert werden. Insbesondere ist es auch möglich, durch diesen Aufbau höhere Heizgeschwindigkeiten bereitzustellen.

Des Weiteren kann in einem zusätzlichen Aspekt das Innere des Probenraums mindestens einen Druck- oder Kraftsensor umfassen. Prinzipiell ist es möglich, die Sensoren entweder im Gehäuse oder aber auch direkt an der Probenheizung, beispielweise im Probenraum anzuordnen. Im Falle eines Druck- oder Kraftsensors kann es aber vorteilhaft sein, die Messwerte in direkter Nachbarschaft zur Probe abzugreifen. Dies kann insbesondere in den Fällen, in welchen der Probenraum nach Befüllen mit der Probe mechanisch verschlossen wird dazu führen, dass deutlich reproduzierbarere Messwerte abgegriffen werden. Die Erhöhung der Reproduzierbarkeit kann darauf zurückgeführt werden, dass Werte aus einem deutlich geringeren Volumen erhalten werden, wohingegen bei einer Anordnung am oder im Gehäuse das Gehäusevolumen ebenfalls zu berücksichtigen ist. Auf diese Art und Weise können geringere Pro- benmengen untersucht werden. In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann das Totvolumen des Probenraumes nach Befüllen und nach Verschluss < 50 , bevorzugt < 40 % und des weiteren bevorzugt < 25 % des Probenraumvolumens betragen. Diese geringeren Totvolumina können dazu führen, dass entweichende Substanzen in höheren Konzentrationen vorliegen und besser detektiert werden können. Auf diese Art und Weise kann die Erken- nungsrate und die Sensitivität des Systems erhöht werden.

In einer weiteren Ausgestaltung des Systems können die Detektoren mindestens einen Druck- und einen optischen Sensor (bevorzugt eine Photodiode) umfassen. Insbesondere die Ausstattung des Probenraumes oder des Gehäuses mit Druck- und/oder optischen Sensoren haben zu guten Ergebnissen im Rahmen der Zuordnung energetischer Materialien zu bestimmten Sprengstoffklassen geführt. Dies könnte darauf zurückgeführt werden, dass über die gleichmäßigere Aufheizung der Probe deutlich stabilere Druckverläufe erhalten werden. Anscheinend ergeben sich auch reproduzierbarere Explosionsprodukte, welche anschließend über optische Sensoren eindeutig zugeordnet werden können. Zu den optischen Sensoren können dabei Photodioden und unter diesen insbesondere IR-Sensoren gezählt werden. Gerade diese Sensortypen sind in der Lage, signifikante chemische Eigenschaften der Reaktionsprodukte zu erfassen. Mittels dieser Ausgestaltung ergibt sich eine verbesserte Auswertung mit einem bibliotheksunabhängigen Aus wertealgorithmus . Innerhalb einer weiteren Ausgestaltung kann die Probenheizung konisch ausgestaltet sein. Eine konische Ausgestaltung der Probenheizung kann insbesondere bei der Untersuchung flüssiger Proben von Vorteil sein. Bedingt durch die Gewichtsverteilung als Funktion der Probenhöhe kann in dieser Geometrie ein gleichmäßigerer Einschluss flüchtiger Substanzen innerhalb der Probe gewährleistet werden. Dies kann zu einer höheren Detektionsrate beitragen.

Des Weiteren erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur qualitativen Analyse energetischer Ma- terialien mindestens umfassend die Schritte:

i) Aufgabe einer Probe in einen Probenraum,

ii) Aufheizen der Probe,

iii) Erheben physikalisch/chemischer Parameter als Funktion des Aufheizens und

iv) Auswerten der in iii) erhobenen Daten zur Identifizierung der Probe als energetische Mate- rial,

dadurch gekennzeichnet, dass

im Schritt ii) das Aufheizen der Probe von mindestens zwei unterschiedlichen Seiten erfolgt. Für dieses erfindungs gemäße Verfahren können dieselben Maßgaben und Definitionen verwendet werden, welche im Rahmen der Beschreibung des erfindungs gemäßen Systems ver- wendet wurden. Durch dieses Verfahren lassen sich auch diejenigen energetischen Materialien eindeutig bestimmter Substanzklasse zuordnen; welche mit den bisherigen Analyseverfahren nicht reproduzierbar zugänglich waren. Auf diese Art und Weise lassen sich sicher, schnell und kostengünstig unbekannte Substanzen auf ihr Gefährdungspotenzial hin untersuchen und qualitativ analysieren. Dieses Verfahren kann zudem auch von nicht geschulten Per- sonen durchgeführt werden.

Im Verfahrens schritt iii) können physikalisch/chemische Parameter im Probenraum und/oder im Gehäuse als Funktion des Aufheizens erhoben werden. Die Erhebung der Daten während der Heizperiode schließt natürlich nicht aus, dass auch Daten vor und nach dem Heizen auf- genommen und zur qualitativen Bestimmung der Substanzen herangezogen werden. Insbesondere kann dies auf Leer-/Nullmessungen vor dem Aufheizen zur Bestimmung eines experimentellen Untergrundes bezogen werden. Des Weiteren können auch Daten nach dem Aufheizen, zum Beispiel durch Analyse abgekühlter Verbrennungsprodukte/-gase, zur qualitati- ven Einordnung der unbekannten Probe herangezogen werden. Die Sensoren können dabei sowohl in unmittelbarer Nähe zur Probe, beispielweise an der Probenheizung, im Probenraum oder aber auch innerhalb des Gehäuses angeordnet sein. Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens kann zudem beinhalten, dass nach dem Schritt i) und vor dem Schritt ii) der Probenraum (1) zum Gehäuse hin mechanisch isoliert wird. Die Umsetzung der Probe durch das Aufheizen erfolgt in dieser Ausgestaltung also im quasi-Einschluss. Dies kann beispielweise durch ein Einpressen der Probe in eine Wendelstruktur mit anschließendem Verschluss der Öffnung im Folienheizer erfolgen. Der mechani- sehe Verschluss oder die mechanische Isolierung kann dabei durch die Aufgabe unterschiedlicher, bevorzugter Weise inerter Materialien, wie Metall, Gummi, Kleber etc. erfolgen. Hierdurch wird zusätzlich gewährleistet, dass Bestandteile der Probe nicht übermäßig durch z.B. Verdampfung entweichen, sondern sich die gesamte Probe umsetzt. RDX, als Repräsentant der Nitramine, zeigt zum Beispiel mit diesem Aufbau bei der Umsetzung ein eindeutiges Drucksignal, was mit den vorher bekannten Heizsystemen ohne Verschluss nicht erreicht werde kann. Auch explosionsfähige Mischungen werden umgesetzt, da das Problem des vorzeitigen Entweichens einzelner Komponenten dank des Heizungsaufbaus umgangen wird. Die zu erreichende Endtemperatur und Heizgeschwindigkeit können im weiten Rahmen eingestellt werden. Des Weiteren wird die Probemenge automatisch durch die Heizungsgeometrien limitiert, was dazu führt, dass zu große oder zu kleine Probemengen ausgeschlossen sind. Im optimierten Volumenbereich der Heizung sgeometrie sind die Ergebnisse der Analyse mengenunabhängig, was die anschließende Klassenzuweisung mittels PCA erleichtert und deren Verlässlichkeit deutlich anhebt. Das System ist sowohl für Feststoffe als auch für Flüssigkeiten geeignet. In einer weiteren Ausgestaltung kann der Probenraum beispielsweise auch eine mechanische Klappe aufweisen, welche den Probenraum nach Einfüllen der Probe mit einem definierten Anpressdruck mechanisch isoliert. Es ergeben sich in diesem Fall dieselben Vorteile wie durch einen manuellen Verschluss des Probenraumes. Zusätzlich ist es möglich, dass die Klappe über das Steuersystem gesteuert wird. In einer weiteren Ausgestaltung kann die Klappe zudem mit einem Heizelement ausgerüstet sein. Dies kann dazu beitragen, die Probe von allen Seiten aufzuheizen.

In einer zusätzlichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Auswerten in Schritt iv) mindestens einen zeitabhängigen Vergleich der in das System eingetragenen zur vom System abgegebenen Energiemenge umfassen. Ohne durch die Theorie gebunden zu sein ist es wahrscheinlich auf die optimierte Heizungsgeometrie zurückzuführen, dass nur unter Berücksichtigung der Differenz zwischen eingetragener und emittierter Energie eine eindeutige Zuordnung energetischer Materialien zu bestimmten Substanzklassen möglich ist. Dieses Verfahren kann also auf den Einsatz teurer und sensibler chemischer Detektoren verzichten. Dies kann dazu beitragen das Verfahren kostengünstig zu halten. Die eingetragene Energie ist dabei im Wesentlichen die Heizenergie. Die vom System abgegebene Energie ist dabei die Strahlungsenergie und die mechanische Arbeit. Letztere Energien lassen sich einfach und reproduzierbar über Druck- und IR-Sensoren erfassen.

Innerhalb einer weiteren Charakteristik des Verfahrens kann das Auswerten in Schritt iv) mindestens unter Berücksichtigung der Lage und der Höhe von Temperatur- und/oder Druckmaxima während des Aufheizens erfolgen. Gerade die Auswertung der Temperatur- und Druckdaten in Bezug auf die Lage von Maxima und das Verhältnis der Höhe dieser Ma- xima zur Basislinie liefern einfache und reproduzierbare Parameter zur Zuordnung unbekannter Substanzen zu definierten Gefahrklassen in Anlehnung an das Sprengstoffgesetz. Dieses Verfahren kann bibliotheksunabhängig arbeiten und stellt Daten bereit, welche unabhängig zur eingesetzten Probenmenge sind. In einer weiteren Ausgestaltung kann die Zuordnung der Substanzen mittels einer Hauptkomponentenanalyse (PCA - prinicpal component analysis) obiger Parameter erfolgen.

Hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale des vorbeschriebenen Verfahrens wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Systems ver- wiesen. Auch sollen erfindungsgemäße Merkmale und Vorteile des erfindungs gemäßen Verfahrens auch für das erfindungs gemäße System anwendbar sein und als offenbart gelten und umgekehrt. Unter die Erfindung fallen auch sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmalen.

Einige Ausführungsformen für erfindungs gemäße Ausgestaltungen werden in den nachfolgenden Beispielen wiedergegeben. Es zeigen schematisch die

Fig. 1 eine mögliche Probenraumgeometrie im Schnitt. Die schraffierten Flächen weisen die beheizbaren Flächen aus. Es werden die rechte und die linke Fläche des Probenraumes beheizt;

Fig. 2 eine mögliche Probenraumgeometrie im Schnitt. Die schraffierten Flächen weisen die beheizbaren Flächen aus. Es werden die rechte und die untere Fläche des Probenraumes beheizt;

Fig. 3 eine mögliche Probenraumgeometrie in der Aufsicht. Die schraffierten Flächen weisen die beheizbaren Flächen aus. Es wird die rechte, linke, die vordere und die hintere Fläche des Probenraumes beheizt;

Fig. 4 eine mögliche Probenraumgeometrie im Schnitt. Die schraffierten Flächen weisen die beheizbaren Flächen aus. Es werden die untere, rechte und die linke Fläche des Probenraumes beheizt;

Fig. 5 eine zylindrische Probenraumgeometrie in der Aufsicht. Die schraffierten Flächen weisen die beheizbaren Flächen aus. Für den Fall das der Boden und das Oberteil nicht beheizbar ausgestaltet sind, werden 4 Flächen beheizt;

Fig. 6 eine konische Probenraumgeometrie in der Aufsicht. Die schraffierten Flächen weisen die beheizbaren Flächen aus. Es werden 5 Flächen beheizt;

Fig. 7 eine mögliche Probenraumgeometrie im Schnitt. Die schraffierten Flächen weisen die beheizbaren Flächen aus. Für den Fall, dass die vordere und die hintere Fläche beheizbar aus- gestaltet sind, sind 6 Seiten des Probenraumes mit einer Heizung versehen. Die Oberseite des Probenraumes ist verschließbar ausgestaltet;

Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Aufbaus eines erfindungsgemäßen Systems zur qualitativen Analyse energetischer Materialien;

Fig. 9a-c eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Probenheizung in Form einer Flächenheizung. In den Schritten a)-c) ist ein Verschluss der Flächenheizung über eine beispielhafte Falttechnik gezeigt.

In der Figur 1 wird eine mögliche Heizungsgeometrie für einen rechteckigen Probenraum dargestellt. Der Probenraum (1) zur Aufnahme der Probe wird dabei durch unbeheizte (2) und beheizbare Flächen (3) umschlossen. In dieser Ausgestaltung kann die Probe durch die rechte und die linke Fläche aufgeheizt werden.

In der Figur 2 wird eine mögliche Heizungsgeometrie für einen rechteckigen Probenraum dargestellt. Der Probenraum (1) zur Aufnahme der Probe wird dabei durch unbeheizte (2) und beheizbare Flächen (3) umschlossen. In dieser Ausgestaltung kann die Probe durch die untere und die linke Fläche aufgeheizt werden.

In der Figur 3 wird eine mögliche Heizungsgeometrie für einen quadratischen Probenraum in der Aufsicht dargestellt. Der Probenraum (1) zur Aufnahme der Probe wird dabei durch die beheizbaren Flächen (3) umschlossen. In dieser Ausgestaltung kann die Probe durch die rechte, linke, vordere und hintere Fläche (3) aufgeheizt werden.

In der Figur 4 wird eine mögliche Heizungsgeometrie für einen rechteckigen Probenraum dargestellt. Der Probenraum (1) zur Aufnahme der Probe wird dabei durch die beheizbaren Flächen (3) unten, rechts und links umschlossen. In der Figur 5 wird eine mögliche Heizungsgeometrie für einen zylindrischen Probenraum dargestellt. Der Probenraum (1) zur Aufnahme der Probe wird dabei durch die beheizbaren Flächen (3) umschlossen. In dieser Ausgestaltung kann die Probe durch die vordere, hintere, rechte und linke Fläche (3) aufgeheizt werden.

In der Figur 6 wird eine mögliche Heizungsgeometrie für einen konischen Probenraum dargestellt. Der Probenraum (1) zur Aufnahme der Probe wird dabei durch die beheizbaren Flächen (3) umschlossen. In dieser Ausgestaltung kann die Probe durch die vordere, hintere, untere, rechte und linke Fläche (3) aufgeheizt werden. Die konische Heizungsform kann durch Wi- ekeln eines Heizdrahtes in Kreisen mit ansteigenden Durchmessern oder durch Falten eines Heizbleches in eine Kegelform erhalten werden.

In der Figur 7 ist eine Probenheizung dargestellt in welcher der Probenraum (1) allseitig durch beheizbare Flächen (3) umschlossen ist. Diese Ausgestaltung kann beispielweise durch einen mechanisch Steuer- und verschließbaren Deckel erreicht werden, welcher nach Befüllung des Probenraumes diesen verschließt. Es ist aber auch möglich, beispielweise ein Metallblech derart zu falten, dass nach Einfüllen der Probe das Metallblech die Probe vollständig umschließt. In der Figur 8 ist eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Detektorsystems (4) schematisch dargestellt. Das System (4) ist mit einer Zu- (5) und einer Abluftöffnung (5) mit der Umgebung verbunden, wobei die Luft im Detektorinneren mittels Gasleitungen (10), welche mit Ventilen versehen sein können, geleitet wird. In dieser Ausgestaltung ist die erfindungsgemäße Probenheizung (7) in einer separaten Explosionskammer (13) untergebracht. In dieser Kammer befinden sich auch Sensoren wie beispielweise Drucksensoren (8) und Photodioden (9). Die Probenheizung ist über elektrische Zuleitungen mit einer Stromversorgung und der Steuerung verbunden. Weitere Sensoren, wie beispielweise Gassensoren (12), können wiederum in einer geschlossenen Sensorkammer (11) untergebracht sein. In den Figuren 9a-c ist eine Probenheizung schematisch gezeigt, welche die Probe zur Analyse von jeder Seite aufheizt. Als Material kann beispielweise ein dünnes Heizblech (14) dienen, welches über äußere Kontaktstellen (16) verfügt. Das Blech kann im mittleren Bereich (15) durch Knicke (17) so vorkonditioniert werden, dass dieser Bereich eine Probe aufnehmen kann und sich anschließend über Falten des Bleches entlang der Knicke (Figur 9b) und Zusammenschieben eine Form (Figur 9c) ergibt, welche die Probe allseitig umschließt und mechanisch isoliert. Natürlich kann diese Situation auch über andere Faltungsmuster realisiert werden.