APARATO PARA LA DETECCIÓN DE SUSTANCIAS QUÍMICAS O BIOLÓGICAS Y MÉTODO PARA LIMPIAR EL APARATO.

Aparato para la detección de sustancias químicas o biológicas y método para limpiar el aparato. ANTECEDENTES Y SUMARIO DEL INVENTO El invento se refiere a un detector químico y biológico de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1. Además, el invento se refiere, también, a un método para indicar el momento en que es necesaria la limpieza de un instrumento analítico. Los dispositivos de detección de esta clase se utilizan en los portales de control de seguridad (SSP) que, con frecuencia, se encuentran en aeropuertos, en caminos de paso con protección de seguridad de edificios y similares. Los dispositivos se utilizan, principalmente, para detectar sustancias químicas o biológicas y, en particular, para evitar ataques terroristas con explosivos. En tales portales, una persona o un objeto es expuesto a una o más descar- gas de aire con el fin de desprender cualesquiera partículas de explosivo que puedan estar presentes en las prendas o en la superficie y llevarlas al detector usualmente construido como un espectrómetro de movilidad de iones (IMS). En la posición del detector, las partículas se convierten en fragmentos gaseosos - en particular óxidos de nitrógeno (NOX) - gracias a los cuales puede identificarse el explosivo. El documento US 5606264 A describe un sensor de humedad para módulos electrónicos. El propósito del sensor es la detección de agua que haya penetrado a través de módulos electrónicos herméticamente cerrados o encapsulados en plástico. Por tanto, el sensor tiene un par de conductores espaciados montados en un aislador dentro del encapsulado. Cuando en el encapsulado penetra humedad que contiene una pequeña cantidad de iones, los conductores son cortocircuitados y se detecta la humedad. En funcionamiento en la práctica, los sistemas antes mencionados tienen una alta tasa de falsas alarmas, lo que da lugar a problemas debido a los retrasos resultantes, en particular en el tratamiento de los pasajeros. Durante el funcionamiento de tales dispositivos, los detectores son expuestos a muchas sustancias con olores diferentes, que tienen tendencia a acumularse en las superficies internas de dichos portales, donde pueden ser convertidas en sustancias secundarias, y que, en el caso más desfavorable, pueden impedir una detección fiable de trazas de explosivos. Realizando mediciones, puede mostrarse que en las superficies internas de los portales pueden crearse, por adsorción de la humedad ambiente, delgadas capas de agua, así como, también por adsorción, dentro de los propios instrumentos analíticos. Tales capas de agua, a su vez, pueden absorber y acumular, de forma relativamente rápida, vapores que se disocien electrolíticamente y que, subsiguientemente, son emitidos muy lentamente de nuevo al am- biente. En este proceso de desorción, en el instrumento analítico puede formarse, particularmente, un fondo de NO2 gaseoso y/o de nitrato de amonio sólido. Ambas sustancias de traza pueden influir negativamente sobre la capacidad de detección de explosivos. Por tanto, un objeto del presente invento es proporcionar un dispositivo mejorado para la detección de sustancias químicas y biológicas, tal que se reduzcan o se eviten las distorsiones del detector a la hora de detectar sustancias químicas o biológicas. Estos y otros objetos y ventajas se consiguen mediante el detector de acuerdo con la reivindicación 1, y el método de acuerdo con la reivindicación 9. Más particularmente, el invento se basa en la idea de proporcionar un sensor en el interior del dispositivo que mida el grado de contaminación de las superficies así como, particularmente, el del instrumento analítico. Como resultado, este sensor de contaminación proporciona una señal mediante la cual puede determinarse la necesidad de limpiar el dispositivo (y, en particular, el instrumento analítico). Por tanto, pueden reducirse las falsas alarmas y puede deter- minarse un intervalo óptimo entre limpiezas, de forma que la limpieza sólo tendrá lugar cuando sea necesaria. Además, no se producen más distorsiones de los resultados de medición, de modo que el sensor puede, también, volver a utilizarse tras la limpieza. Pueden detectarse con prontitud contaminaciones en el instrumento analítico por adsorción de gases solubles en agua en el alojamiento del dispositivo o del portal. Se indica por tanto con prontitud la necesidad de realizar la limpieza del instrumento analítico. La condición de contaminación de capas de agua adsorbida en el interior del dispositivo y del instrumento analítico, respectivamente, se detecta por medio de un sensor de contaminación y durante la interpretación de los resultados analíticos se indican los problemas resultantes. Los procesos de limpieza en las superficies internas del dispositivo y del instrumento analítico, respectivamente, pueden iniciarse tan pronto como la señal de salida del sensor de contaminación supere un valor de umbral. En lo que sigue, se describirá con detalle el funcionamiento de un sensor de contaminación de acuerdo con el invento, dispuesto en el interior de un dispositivo para la detección de sustancias químicas o biológicas. Un sensor de este tipo consiste, por ejemplo, en un cristal de diamante con una superficie hidrogenada. 2   En principio, los cristales de diamante no impurificados son no conductores. Sin embargo, se ha encontrado que los diamantes sin impurificaciones dotados de superficies hidrogenadas, tienen una conductividad superficial de tipo P, que depende de la presencia de una delgada capa de agua adsorbida. Se estima que el grosor de esta capa es de, aproximadamente, 1 nm. Se ha encontrado que la medida de la conductividad superficial es función del valor del pH de la capa de agua adsorbida. Este último, a su vez, se ve influido por la presencia de vapores o gases que se disocien electrolíticamente en la atmósfera gaseosa ambiente. Como la humedad del aire puede depositarse por adsorción, en principio, sobre cualquier superficie, se ha encontrado que los procesos de disociación en la capa de humedad puede tener lugar sobre cualquier superficie, incluyendo en particular las superficies del portal de control de seguridad e, igualmente, en el interior de los instrumentos analíticos y los dispositivos de medición sin, no obstante, causar simultáneamente efectos que puedan medirse. La capacidad de almacenamiento de recubrimientos de agua adsorbida podría detectarse exponiendo un sensor de HD (diamante hidrogenado) a diferentes vapores de carácter ácido y básico. En este caso, tiene lugar una reacción del sensor ante dos exposiciones sucesivas a vapores de HNO3 y a vapores de NH4OH. En el primer caso, sobre el ácido se desarrollan vapores de NO2 (es decir, gases reactivos), que están presentes en todas partes en concentraciones variables en forma de gases de combustión. En el último caso, se generan vapores de NH3. El NH3 puede aparecer en el aire ambiente como resultado de emisiones agrícolas. Además, el NH3 está relacionado químicamente con el gran grupo de aminas presentes en muchas sustancias adoríferas. En este caso, se ha encontrado que los vapores que contienen ácidos y los vapores que contienen bases, reaccionan fuertemente y de manera opuesta en lo que respecta a la conductividad eléctrica de un sensor de HD. Se ha encontrado, también, que la absorción de esta contaminación por vapores en la capa de humedad adsorbida tiene lugar muy rápidamente. En este caso, la recuperación de la señal del sensor se produce muy lentamente, lo que puede reconocerse por una caída de la señal al aproximarse al punto neutro (pH=7). La lenta caída tras una exposición concluida puede explicarse por la hidratación de los iones NO3 - que sigue al proceso de disolución (hidratación = formación de una esfera de coordinación de dipolos de agua alineados alrededor del ión NO3 - central). Esta hidratación hace que la nueva evaporación del NO2 absorbido sea más difícil. En conexión con las superficies del portal, esto quiere decir que el NO2 presente en el entorno en bajas concentraciones se acu- mula en las capas de humedad adsorbida sobre las paredes y que, en el futuro, puede ser liberada de nuevo durante largos períodos de tiempo. Por tanto, consideraciones similares se aplican, también, al caso de una exposición a NH3. En particular, la absorción de NH3 tiene lugar, de nuevo, muy rápidamente y, en contraste, la liberación se produce muy lentamente. El hecho de que la resistencia del sensor se aproxime de nuevo a la resistencia base del sensor después de la exposición al NH3, sugiere un efecto de neutralización. Investigaciones adicionales con otras sustancias muestran que, en función de las sustancias, pueden producirse reacciones, de distinta intensidad. En conjunto, los exámenes han mostrado que en el caso del NO2 son de esperar reacciones particularmente intensas que enmascaran... [Seguir leyendo]

1. Un detector (1) químico y biológico, comprendiendo dicho detector: un instrumento analítico (2) para detectar sustancias químicas o biológicas y para proporcionar información relativa a la presencia, cualitativa o cuantitativa, de las sustancias; y un sensor de contaminación (3) para medir un grado de contaminación contenida en humedad en el instrumento analítico del dispositivo; caracterizado porque el sensor de contaminación (3) tiene, en todo momento, una película de humedad (5) en, al menos, una superficie y está provisto de medios para medir un cambio del valor del pH de la película formada por la humedad. 2. El detector (1) químico y biológico de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la película de humedad (5) está sobre una superficie semiconductora del sensor de contaminación (3); puede medirse un valor de pH de la película de humedad; y las sustancias son disociables en la película de humedad (5). 3. El detector (1) químico y biológico de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el valor del pH de la película de humedad (5) es cambiado por la disociación; y se genera una transferencia de carga en el semiconductor, de tal modo que el sensor de contaminación (3) forma un sensor de pH que funciona como sensor de valor de umbral. 4. El detector (1) químico y biológico de acuerdo con la reivindicación 3, que comprende además un transductor que mide la transferencia de carga en el semiconductor. 5. El detector (1) químico y biológico de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el sensor de contaminación (3) es un sensor de HD. 6. El detector (1) químico y biológico de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el sensor de contaminación (3) tiene un cristal de diamante con una superficie hidrogenada que tiene conductividad superficial. 7. El detector (1) químico y biológico de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el dispositivo comprende un arco de seguridad para detección de sustancias en personas y/u objetos. 8. El detector (1) químico y biológico de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el instrumento analítico (2) está previsto como un espectrómetro de movilidad de iones (IMS). 9. Un método para indicar el momento en que es necesaria una limpieza de un instrumento analítico para la detección de agentes químicos o biológicos constituido por un detector químico y biológico, teniendo el detector un sensor de contaminación que mide el grado de contaminación contenida en la humedad del instrumento analítico, en el que la contaminación contenida en la humedad puede consistir en sustancias interferentes, en el que el momento para limpiar el instrumento analítico y/o el dispositivo se determina midiendo un cambio del valor del pH de una película de humedad presente en todo momento en, al menos, una superficie del sensor de contaminación, y se ofrece como información. 10. El método de acuerdo con la reivindicación 9, en el que la limpieza se realiza por desorción térmica de la película de humedad. 11. El método de acuerdo con la reivindicación 9, en el que la limpieza se realiza por regeneración superficial; y para la regeneración superficial se utilizan oxidantes, incluyendo al menos uno de entre ozono generado eléctricamente y H2O2 añadido dosificado. 12. El método de acuerdo con la reivindicación 9, en el que la limpieza se realiza iluminando una superficie semiconductora provista de la capa de humedad utilizando luz ultravioleta. 13. El método de acuerdo con la reivindicación 9, en el que las superficies internas del detector están recubiertas con TiO2 nanocristalino y la limpieza de las superficies internas del detector y/o del instrumento analítico se lleva a cabo por oxidación fotocatalítica. 6   7