von Holger Müller, Arne Saathoff und Jörn Sandersfeld {nomultithumb}

Im Jahr 2002 wurden „Neue Strategie[n] zum Schutz der Bevölkerung in Deutschland“ durch den Bund und die Bundesländer entwickelt, um gegen viele mögliche Szenarien gewappnet zu sein. Dabei sind folgende Versorgungsstufen und deren Zuständigkeit festgelegt worden:

Versorgungsstufe I: Normierter alltäglicher Schutz

Versorgungsstufe II: Standardisierter, flächendeckender Schutz

Versorgungsstufe III: Erhöhter Schutz f. gefährdete Regionen und Einrichtungen

Versorgungsstufe IV: Sonderschutz mit Hilfe von Spezialkräften

Bei den Versorgungsstufen I bis III fällt die Zuständigkeit den Kommunen bzw. dem jeweiligen Bundesland zu. Für die Versorgungsstufe IV ist alleine der Bund verantwortlich.

Abb. 1: Stufenkonzept CBRN-Abwehr, Quelle: BBK

Die Notwenigkeit einer speziellen Einheit zu den adäquaten und qualitativ-hochwertigen Nachweisen von Stoffen wurde durch ein

Bundesamt für Bevölkerungsschutz und Katastrophenhilfe (BBK)-Forschungsprojekt von der TU Hamburg und der Feuerwehr Hamburg festgestellt.[A]

In der nebenstehenden Abbildung wird ersichtlich wie die Gefahrenabwehr bei CBRN-Lagen (Einsatzlagen mit Chemische, Biologische, Radioaktive und Nukleare Gefahren) aufbaut ist.

Definition

Die Analytische Task Force (ATF) ist eine mobile Spezialeinheit des Bundes zur chemischen Analytik von Gefahrstoffen.

Sollten die darunterliegenden Versorgungsstufen der Länder schon eingesetzt bzw. erschöpft sein, kann die ATF angefordert werden. Sie ist kein Ersatz der örtlich eingesetzten Einheiten, sondern dient als Zusatzkomponente und bleibt der örtlichen Einsatzleitung unterstellt.

Als Personal der ATF werden kommunale, meist hauptamtliche Kräfte eingesetzt, die als z.B. Chemiker oder Chemie-Ingenieure hochqualifiziert sind.

Außerdem ist ein großes Netzwerk von Experten aus Industrie und Instituten im Hintergrund tätig, um die Einsatzkräfte vor Ort zu unterstützen.

Aufgaben

• Detektion und Identifikation gefährlicher Substanzen und Substanzgemische (Luft, Wasser, Boden)

• Überwachung großer Areale mittels Fernerkundung

• Lokalisation und Identifikation luftgetragener Schadstoffe

• Situationsbewertung basierend auf Analyseergebnissen und toxikologischen Aspekten

• Einschätzung der Lageentwicklung

• Empfehlung

Im Einsatz

Anforderung

Stellt der Einsatzleiter vor Ort den Bedarf einer ATF fest, kann er diese über das Gemeinsame Lage- und Meldezentrum des Bundes und Länder (GMLZ) anfordern.

Die Unterstützung vor Ort durch die ATF kann durch folgende Stufen erfolgen: [ähnlich wie TUIS (Transport-Unfall-Informations- und Hilfeleistungssystem der deutschen chemischen Industrie)]

• Fernmündliche Beratung

• Entsendung deines Beraters mit Erkundungsteam zum Einsatzort

Einbindung

Folgende Abbildung erläutert die Einbindung der ATF an der Einsatzstelle:

Abb. 2: Einbindung der ATF am Einsatzort, Quelle: BBK

Standorte

Abb. 3: Standorte der ATFs, Quelle: BBK

Bis 2010 gab es vier Standorte der ATF mit „Prototyp-Charakter“: jeweils eine Task

Force bei den Berufsfeuerwehren Hamburg und Mannheim, beim

Landeskriminalamt in Berlin und im Institut der Feuerwehr von Sachsen-Anhalt.

Nun sind weitere Standorte wie bei den Berufsfeuerwehren München, Köln und Dortmund hinzugekommen. Dies macht insgesamt 7 ATFs innerhalb Deutschlands. Der Aktionsradius einer ATF beträgt etwa 200 km.

Zeitlicher Ablauf

Die folgende Abbildung zeigt den zeitlichen Ablauf der einsetzbaren Einheiten bei einer CBRN-Lage:

Abb. 4: Zeitlicher Ablauf bei CBRN-Lage, Quelle: BBK

Praktische Erfahrung

Die Schlagfertigkeit und die hohe Leistungsfähigkeit der ATF konnte bei zahlreichen Übungen unter Beweis gestellt werden, wie z.B.:

• EUDREX 2004 (Österreich)

• EURATECH 2005 (Frankreich)

• EUDANEX und BIOTECT 2006 (Dänemark)

• EU-LUX 2007 (Luxemburg)

• VAR 2008 (Frankreich)

Aber auch zahlreiche Einsätze konnten erfolgreich absolviert werden:

• Fußball WM 2006

• G8-Gipfeltreffen 2007 Heiligendamm

• Fußball EM 2008

• NATO-Doppelgipfel 2009

• Leichtathletik WM 2009

Ausstattung

Fahrzeuge

Eine ATF besteht idealerweise aus einem Einsatzleitwagen (ELW ATF), zwei ABC-Erkundungskraftwagen (ABC-ErkKW) und einem Gerätewagen (GW ATF).

Durch die unterschiedlichen Gegebenheiten an den verschiedenen AFT-Standorten können die Fahrzeugkomponenten voneinander abweichen.

Abb. 5: MLK = Mess-Leit-Komponente, Quelle: picasaweb.google.com, NATO-Gipfel Analytische Task Force

Abb. 6: ABC-Erdungskraftwagen und Dekon-P, Quelle: picasaweb.google.com, NATO-Gipfel Analytische Task Force

Kommunikationstechnik

Die krisensichere Kommunikationstechnik einer ATF muss die Fähigkeit besitzen auch große Datenmengen (z.B. Messergebnisse) zu versenden.

Auf den zwei Laptops mit drahtlosem Internetzugang sind die Steuersoftware der Messgeräte, sowie Software zum Management von Schadenslagen (z.B. Ausbreitungsberechnung von CBRN-Lagen) impliziert. Zur Abgesetzten Messung bietet der ELW ATF eine WLAN-Anbindung zwischen den Messgeräten und den PCs.

Messtechnik

Die Geräteausstattung der ATF ist den komplexen Gefahren- und Einsatzszenarien angepasst. Neben Strahlenmesstechnik, Wasser-Schnelltests, Ex-Messgeräten, Gasprüfröhrchen sowie weiterer Mess- und Labortechnik ist das Herz der ATF die folgende Ausstattung:

• FT/IR-Fest/Flüssig-Spektrometer (HazMat ID)

• Gefahrstoffdetektorarray (GDA2)

• FT/IR-Fernerkundungsgerät (SIGIS 2)

• mobiler Gaschromatograph/Massenspektrometer (GC/MS) EM 640

• Ionenmobilitätsspektrometer (IMS)

• Photoionisationsdetektor (PID)

• zwei Kombinationsmessgeräte zur Detektion von toxischen Chemikalien

Diese Messgeräte werden aufgrund ihrer Einzigartigkeit näher beschrieben:

Infrarot-Spektrometer für feste und flüssige Proben (HazMatID)

Die ATF verwendet ein ATR-FT-Infrarotspektrometer für die Ermittlung von unbekannten Feststoffen und Flüssigkeiten. Es handelt sich dabei um das HazMatID, ein Messgerät zur Ermittlung von unbekannten festen und flüssigen Substanzen. Dieses ist transportabel und befindet sich dafür in einem Koffer. Das Messgerät verfügt über einen netzwerkfähigen Touchscreen-Computer und einem Messfeld. Der Benutzer braucht bei der Anwendung lediglich den Anweisungen auf dem Touchscreen zu folgen, um eine erfolgreiche Messung durchzuführen. Der Aufbau ist so ausgeführt, dass eine Dekontamination ohne Probleme durchgeführt werden kann.

Abb. 5: Kompakt für den Einsatz bereit ist das HazMatID in einem Koffer untergebracht, Quelle: BBK

Die Messungen des HazMatID erfolgt über einem Infrarotlicht. Es handelt sich dabei um die Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie. Für die Analyse reichen bereits geringe Mengen des Stoffes aus, um diese zu identifizieren. Dabei ist es egal, ob es sich um unbekannte Flüssigkeiten, Pulver oder Feststoffe handelt. Die Probe wird mit dem Infrarotlicht bestahlt, welche absorbiert oder reflektiert wird. Durch die Bestrahlung entsteht ein Infrarotspektrum, was eine sozusagen ein „Fingerabdruck“ des Stoffes ist. Dieser wird mit einer internen Datenbank verglichen und die Substanz dadurch erkannt. Die Datenbank verfügt über eine Auflistung von ca. 4.000 Substanzen. Diese umfassen u.a. Nerven- und Kampstoffe, toxische Industriechemikalien, Sprengstoffe und Treibladungen, üblichen Chemikalien und Pestizide, aber auch Rauschgifte und Vorstufen illegaler Drogen. Wird bei einer Messung in der Probe Proteine oder Proteinstrukturen entdeckt, kann möglicherweise eine biologische Kontamination vorliegen, worauf das Gerät hinweist. Dem Gerät ist es in einem begrenzten Umfang möglich Stoffgemische zu analysieren.

Bei der Auswertung der Stoffe verfügt das HazMatID über ein Programm zur Klassifizierung der chemischen Gefahren. Durch diese Software wird die Einsatzleitung bei ihrer Entscheidungsfindung unterstützt. Dieses soll helfen nicht falsch zu reagieren, damit das öffentliche Leben so unbeeinträchtigt wie möglich weiter laufen kann.[C]

Gefahrstoffdetektorenarray (GDA2)

Das Gefahrstoffdetektorarray, kurz GDA2, ist ein tragbares Messgeräte, um in Sekundenschnelle eine Detektion und Identifizierungen von Industriegiften und Kampfstoffen durchzuführen. Das GDA2 ist mit vier unterschiedlichen Sensoren für die Schadstoffanalyse ausgestattet.

Aufbau und Handhabung

Das GDA2 ist mit der Größe eines Schuhkartons und einem Gewicht von 4,2 kg für die Einsatzkräfte leicht zu handhaben und ist speziell für die Bedürfnisse im Bereich der Gefahrenabwehr entwickelt worden. In dem Messgerät befindet sich eine einzigartige Kombination von vier Sensoren. So besteht das Gerät aus einem Photoionisationsdetektor (PID), Ionenmobilitätsspektrometer (IMS) wie sie auch auf dem ABC-Erkundungskraftwagen (ABC-ErkKW) des Bundes zur Verfügung stehen. Zusätzlich sind zwei Halbleitersensoren und eine elektrochemische Zelle integriert. Durch ein eingebautes Display können Stoffkomponenten abgelesen werden.

Funktionsweise

Durch diese verschiedenen Messmethoden eignet sich das Gerät vor allem für die Feststellung von erhöhten gasförmigen Gefahrstoffkonzentrationen. Bei einer Messung eines Schadstoffes reagieren die einzelnen Sensoren unterschiedlich stark. Durch die Kommunikation der Sensoren kann so anhand einer Matrix eine Differenzierung des Schadstoffes vollzogen werden. Aus einer Datenbank ergeben sich dann entsprechende Vorschläge, um welchen Stoff es sich handelt. Dabei können die gemessenen Daten zusätzlich an ein extra dafür verwendetet Notebook gesendet werden, um eine komfortablere Auswertung zu ermöglichen. Eingeschränkt ist das GDA2 in der Lage, einzelne Substanzen zu identifizieren. Bei der Messung liefert das Gerät kontinuierliche Ergebnisse, so dass z.B. Verteilungsmuster des Gefahrstoffes bei einer Begehung an der Schadensstelle festgestellt werden kann.

In der Datenbank sind nahezu alle relevanten flüchtigen Stoffe (Einsatz-Toleranz-Werte) integriert, um so auch bei unbekannten Stoffen optisch und akustisch zu warnen. Dieses Gerät wird aber nicht nur bei den Feuerwehren verwendet, sondern auch bei Polizei, Militär und den Chemiebetrieben.[D]

Messeigenschaften

Durch die einzelnen Messtechniken kann das GDA breitbandig toxische Komponenten, wie z.B. Benzol, Phosgen, Vinylchlorid und Chlorbenzol erfassen. Das integrierte Ionenmobilitätsspektrometer (IMS) ist in der Lage nicht nur Ammoniak, anorganische saure Gase, halogenierte Gase und halogenierte Komponenten zu messen, sondern kann zudem für die Erfassung von Kampfstoffen eingesetzt werden. Dabei können folgende Kampfstoffe ermittelt werden:

• Nerven: Tabun, Sarin, Soman, GF, VX

• Haut: S-Lost, N-Lost, Lewisit

• Blut: AC

Abb. 6: Einsatzbeispiel für das GDA2, Quelle: BBK

Infrarot-Ferndetektionsgerät (SIGIS 2)

Als FT-IR-Fernerkundungsgerät verwendet die ATF von der Firma Sigma ElectroOptics das SIGIS2. Es ist ein Infrarot-Fernerkundungsgerät, welches aus einer Kombination einer Videokamera und eines Infrarotspektrometers. Für Einsätze in der Dunkelheit kann auf ein Nachtsichtgerät zurückgegriffen werden, welches ebenfalls zur Ausstattung des SIGIS2 gehört. Das Messgerät kann Gefahrstoffwolken detektieren. Dabei wird der Gefahrstoff in dem Videobild farblich dargestellt. Dieses ist bis zu einer Entfernung von 5 km möglich. Das Gerät arbeitet dabei annähernd in Echtzeit und ermöglicht so Ort und Zugrichtung einer Gefahrstoffwolke. Dabei wird das Infrarot-Spektrum mit der internen Datenbank verglichen, identifiziert und farbig dargestellt. Stoffe, die sich nicht der Datenbank befinden werden als Warnung „Unbekannter Stoff“ deklariert und eben farblich dargestellt.

Abb. 7: SIGIS 2, Quelle: Airsense Analytics GmbH	Abb. 8: Ergebnisdarstellung im SIGIS 2; Identifikation von Ammoniak, Quelle: Airsense Analytics GmbH

Mobiler Gaschromatograph/ Massenspektrometer (GC/MS)

Abb. 9: GC/MS, Quelle: www.bdal.com

Auf allen von der Bundesrepublik Deutschland beschafften ATF-Einsatzleitwagen ist ein mobiles Gas-Chromatograph-Massenspektrometer (GCMS) verlastet. Bezeichnet wird es als „Enhanced Environmental Mass Spectrometer“ (E²M) der Firma Bruker.

Das E²M ist ein kompaktes und robustes System, welches in kürzester Zeit, vor Ort zuverlässige Identifizierungen von organischen Stoffen aus Boden, Luft und Wasser ermöglicht. Das Gerät verfügt über eine Stoffbibliothek von über 160.000 Substanzen, auf welche das Gerät die Substanz misst und identifiziert.[E]

Funktion
Das GC/MS ist ein Gerät, in welchem zwei voneinander unterschiedliche Arbeitsvorgänge ablaufen. Diese Vorgänge sind hintereinander geschaltet und teilen sich in die Teile Gas-Chromatographen (Auftrennung des Stoffgemisches) und das Massenspektrometer (Identifizierung der einzelnen Komponenten) auf.

Gas-Chormatograph

Abb. 10: GC, Quelle, www.wikipedia.de

Um die Substanz im Gas-Chromatographen auftrennen zu können wird eine ca. 20 m lange Glassäule eingesetzt, welche in einem temperierbaren Ofenraum eingebaut und von inerten Trägergasen wie z.B. Sickstoff oder Helium durchström wird. Außerdem ist diese Säule von innen mit einer definierten stationären Phase ausgekleidet, hierzu werden oft spezielle Silikone verwendet.

In den Gasstrom wird dann das, im beheizten Injektor verdampfte Stoffgemisch eingespritzt und durch das Trägergas transportiert. Die einzelnen Komponenten verweilen nun, je nach Polarität und Dampfdruck der einzelnen Gasmoleküle unterschiedlich lange an der stationären Phase der Säule. Am Ausgang der Säule ist ein Detektor verbaut, welcher den Austrittszeitpunkt sowie die Menge der Substanz misst.

Massenspektrometer
Die nun getrennten Stoffe gelangen nun vom Gas-Chromatographen in das Massenspektrometer, in dem sie durch eine Strahlenquelle ionisiert werden. Durch die Ionisation werden die einzelnen Moleküle in Ionenbruchstücke zerlegt. Dann werden diese kleinen Bruchstücke beschleunigt und zu einem Ionenstrom gebündelt. Das Massenspektrometer trennt nun die Ionen nach Verhältnis der Masse zur Ladung und wertet die Bruchstückmuster aus. Durch dieses Verfahren können auch sehr kleine Mengen identifiziert werden.

Ionenmobilitätsspektrometer (IMS)

Das Ionen-Mobilitäts-Spektrometer ist in der Lage elektronegative, elektropositive und polare Stoffe in der Luft zu detektieren. Um schnelle, präzise Aussagen treffen zu können, verfügt das IMS über eine interne Stoffbibliothek in welcher die, für den Gefahrenabwehrbereich, wichtigsten Stoffe enthalten sind. Das IMS wurde ursprünglich für die chemische Kampfstoffdetektion im militärischen Bereich entwickelt und eingeführt.

Aufbau und Handhabung
Das IMS, welches im Rahmen der ATF als RAID-1 (Rapid Alarm and Identification Device) bekannt und eingesetzt wird ist ein Spür- und Warngerät, welches beim überschreiten gewisser Stoffkonzentrationen optische und akustische Warnsignale gibt.

Durch den Batteriebetrieb und die leichte Bauweise ist es ohne Weiteres möglich das Gerät im Gelände zu tragen, um vor Ort Messungen durchführen zu können. Das Gerät wird über Folientaster bedient und zeigt über einen LCD-Bildschirm die gemessenen Konzentrationen sowie Identitäten der Stoffe an.

Abb. 11: IMS, Quelle: BBK	Abb. 12: IMS, Quelle: BBK

Funktion
Mittels einer Dosiergaspumpe wird die Umgebungsluft in das Gerät gesaugt und gelangt dann durch eine 75°C warme Membran, welche einen konstanten Feuchtigkeitsgehalt in der Messröhre gewährleistet, in den Reaktionsraum. Hier wird die

Abb. 13: Reaktions- und Driftraum des IMS, Quelle: www.wikipedia.de

eingesaugte Umgebungsluft (Luft & Gefahrstoffe) durch Einstrahlung energiereicher Elektronen ionisiert. Die entstandenen Ionen verlassen den Reaktionsraum durch ein Schaltgitter und gelangen in den Driftraum. Die durchströmenden, aufgeladenen Ionen werden in diesem Raum durch die Kollision mit den Driftgasmolekülen abgebremst. Entscheidend ist, dass große Moleküle stärker als kleine Moleküle abgebremst werden – dies geschieht ausschließlich auf Grundlage der physikalischen Reibungskraft. In Folge dieser Erkenntnis bewegen sich kleine Moleküle in der Regel mit einer höheren Geschwindigkeit, das bedeutet, dass man die verschiedenen Ionen durch ihre unterschiedliche Geschwindigkeit voneinander unterscheiden kann, dieser Unterschied wird dann vom Gerät als Ionenmobilitätsspektrum aufge-zeichnet und anschließend ausgewertet.

Schließlich werden die Ionen an der eingebauten Detektor-elektrode entladen und erzeugen damit einen Stromfluss, welcher geräteintern aufgezeichnet wird.

In einem letzten Schritt werden nun die gemessenen Werte mit der geräteintern abgelegten Stoffbibliothek verglichen, entstehen hierbei Ähnlichkeiten, lässt sich darauf schließen, dass ein gerätbekannter Stoff in der Umgebungsluft vorhanden ist, dieser vermutete Stoff wird dann über das LCD-Display angezeigt.

Messergebnisinterpretation

Für die Einzelstoffidentifikation eignen sich die Funktionen des IMS RAID-1 sehr gut, wobei nur die in der Stoffbibliothek hinterlegten Stoffe identifiziert werden können. Bei Stoffgemischen hängt die Stoffidentifikation von den Ionenreaktionen ab, in wie weit diese in Konkurrenz zueinander ablaufen.

Um eine sehr genaue Identifikation und Konzentration des Stoffes zu ermitteln muss jedoch mit einem professionellen Labor gearbeitet werden. Daher gehört zur weiteren Ausstattung des Fahrzeuges ein Probeentnahmesatz, mit dessen Hilfe gasförmige, flüssige und feste Proben genommen, gekennzeichnet und transportiert werden können.

Einsatzmöglichkeiten

Ursprünglich wurde das Gerät für die chemische Kampfmitteldetektion konzipiert und folge dessen auch nur mit der chemischen Kampfstoffbibliothek (CWA-Kampfstoffmodus) ausgerüstet. Das Gerät, welches sich auf den ATF – Einsatzleitwagen befindet ist eine erweiterte Version und nennt sich RAID-1. Auf diesem Gerät befindet sich neben dem Kampfstoffmodus zusätzlich die Betriebsart ITOX, zur Messung von Industriechemikalien.

Folgende Industriechemikalien können nachgewiesen werden:

• Ammoniak

• Chlor

• Blausäure

• Chlorierte Kohlenwasserstoffe

• Toluoldiisocyanat

• Essigsäure

Folgende chemische Kampfmittel können nachgewiesen werden:

• VX

• Soman

• Sarin

• Tabun

• Schwefel – Lost

• Stickstoff – Lost

• Lewisit

Schutzausrüstungen

Die Schutzausrüstungen der ATF unterscheiden sich in keinster Weise von denen, der kommunalen Einsatzkräfte.

Zusammenfassung

Die Analytische Task Force ist eine mobile, schlagkräftige und flexible Institution des BBK, welche bei sieben Berufsfeuerwehren flächendeckend in Deutschland verteilt ist. Sie bietet kompetente Beratung, angefangen von der telefonischen Beratung, bis zur Unterstützung an der Schadensstellte. Dabei kann die ATF innerhalb von nur zwei Stunden jede Stelle in Deutschland erreichen, um so bei Gefahrenabwehr zu unterstützen. Durch die Vielzahl an Messgeräten und dem technischen Gerät ist eine umfangreiche Detektion und Identifikation von Gefahrstoffen möglich. Dieses bietet ein hohes Maß an Sicherheit für die Bevölkerung in der Bundesrepublik Deutschland.

Literatur-/ Quellenverzeichnis

^A Matz et al.; Zivilschutzforschung, Neue Folge Band 49, 2001

^B BBK; Ausstattungskonzept Analytische Task Force, 2008

^C http://www.smithsdetection.com/

^D http://www.airsense.com/

^E http://www.bdal.com

Allgemein:

http://www.bbk.bund.de

http://www.wikipedia.de