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高效爆炸物探测技术解析

时间:2023-06-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:为了打击和防范爆炸恐怖犯罪,保护人民生命和财产不受侵害,世界各国政府和科研机构越来越重视爆炸物探测技术的研究和发展。图9-1爆炸物探测技术分类图9-2离子迁移谱爆炸物探测仪气相色谱技术。

高效爆炸物探测技术解析

危爆品识别关系到人质与警察的安全,也关系到行动方案的选择问题。纵观自2002年10月23日莫斯科轴承厂工人文化宫爆炸劫持人质案件以来的所有大型恐怖袭击事件,如何在现场环境复杂、时间紧急、信息不畅的情况下,识别恐怖分子所使用的炸药、爆炸装置以及爆炸装置的发火原理,就成为反爆炸恐怖技术上首要解决的问题。恐怖分子常用的炸药包括:RDX、TNT、黑火药、TATP等。

为了打击和防范爆炸恐怖犯罪,保护人民生命和财产不受侵害,世界各国政府和科研机构越来越重视爆炸物探测技术的研究和发展。

1.有机爆炸物探测

有机爆炸物探测主要分为三类:①以蒸汽/微粒为代表的化学探测技术;②以X射线、中子等介质为代表的物理探测技术;③以及以警犬、微生物等为代表的生物探测技术。具体见图9-1。

(1)离子迁移谱技术。该技术是通过分析离子的迁移率来区分不同分子,从而实现不同分子种类的高灵敏度探测,主要利用分子离化和迁移技术。离子迁移谱在进行物质种类探测时,待测物质通过载气口进入到电离反应区,待测物分子在机器内部离子源的作用下,发生离化反应,产生离子。离子在内部设定电场的作用下开始移动,在离子门的周期性启动过程中,按照先后顺序进入内部漂移区,由于不同荷质比的离子在电场中的迁移速率不同,从而使得不同离子能够有效分离,再完成离子收集即可达到检测目的。离子迁移谱探测仪(图9-2)检测灵敏度很高,可以达到痕量级,目前已经被广泛应用于毒品、爆炸物和环境检测等领域

图9-1 爆炸物探测技术分类

图9-2 离子迁移谱爆炸物探测仪

(2)气相色谱技术。该技术是利用载气(通常为氮气)流气体作为流动相,加热色谱柱,不同物质的挥发性不同,利用离子挥发的不同顺序,即可将不同成分的离子分开,再经过检测器确认物质种类和数量。该技术要求待测物质可以被汽化,还可以被检测器捕捉到。由于大部分爆炸物,具有热不稳定性和难汽化的特点,特别是有的硝基化合物类爆炸物,电负性极强,气相色谱技术很难应用于爆炸物的汽化分离。因此,运用气相色谱检测技术,核心的问题就是如何选择恰当的检测器。目前,实验室应用较多的检测器有以下几种:火焰光感检测器、电子捕获类检测器、氮磷类检测器、氢火焰离化检测器等。

(3)高效液相色谱技术。该方法是利用不同物质相容性质存在差异性,以液体溶剂为流动相,实现不同物质分离和表征的目的。优点主要是检测灵敏度高、分析速度快、还可以进行准确的定量分析。它与质谱联合使用,可以实现对大部分有机物的分离和检查任务。对于热稳定性比较差、分子量高、溶沸点高等气相色谱难以分离检测的物质,理论上都能够采用液相色谱技术来进行分离检测。

(4)质谱分析技术。该方法通过检测物质离子的荷质比,实现对不同物质检测的目的,可以得到待测物质准确的分子量,可用来分析元素组成、同位素的同分异构体、各种有机化合物的构造等。质谱仪主要由质量分析器、离子化器合检测器三部分组成。目前,应用比较广泛的质谱仪主要有:电感耦合等离子体质谱仪、二次离子质谱仪、辉光放电质谱仪、液质联用仪、气质联用仪等。质谱分析技术由于具有较高的灵敏度,应用范围非常广,分析化学涉及的各个领域基本上都可以采用这项技术。

(5)X射线探测技术。该方法利用X射线照射到待测物质时发生瑞利散射、光电吸收、康普顿散射和电子对效应,可以得到待测物质的特征信息。该方法不仅能够对人体、车辆和箱包中隐藏的毒品、爆炸物、管制刀具等违禁物品进行检测,还可以检测液体炸药和片状炸药,特别是含有大量碳、氢、氧和氮的物质。目前,广泛使用的X射线探测技术主要有:X射线散射法、X射线透射法、X光电子能谱法、双能X射线检测法、X射线CT等,如图9-3所示。

图9-3 便携式X光机爆炸物探测仪

(6)中子探测技术。该技术使用中子作为轰击粒子,通过向被检测物发射中子束,来实施检测的一种活化分析方法,可以对物质含有的元素进行准确的定性和定量分析。爆炸物的组成成分多种多样,但是,大多数都含有较多的碳、氢、氧和氮元素,中子束可以穿透绝大多数的物质,并且还不会对照射物质产生物理损伤。利用中子束轰击爆炸物,与其中的碳、氢、氧和氮元素产生反应,释放出不同的射线,通过捕捉不同的射线,进而分析出待测物质中各元素的组成和含量,与已知的标准含量比对,即可以作为判断爆炸物种类的依据。常用的中子活化分析技术主要包括:脉冲快中子分析法、快中子分析法、热中子分析法、脉冲快中子和热中子结合分析法。

(7)太赫兹光谱技术。太赫兹波就像其他无线电波一样,能够穿透纸张、纺织物和塑料等各类包装材料,同时能够获得待测物质的各种组成参数,得到隐藏物的太赫兹光谱图像,从而为待测物质的定性提供依据。太赫兹波是一种低能的非电离波,与一般的电磁波一样,穿透能力极强,而且对待测物几乎不会产生任何损伤,因此,特别适合运用于隐藏爆炸物的检测工作,可以远距离观察成像,是目前最安全的安检技术之一。太赫兹技术移动检查站如图9-4所示。(www.xing528.com)

图9-4 太赫兹技术移动检查站

(8)激光拉曼光谱技术。拉曼光谱是由分子产生的振动光谱,谱线的长度、位移以及数目的多少,与分子振动能级直接相关,不同种类物质的拉曼光谱具有唯一性,因此,该技术可以作为鉴别物质种类和分析物质组成的重要工具。使用普通光源照射物质,所产生的光谱散射强度低,很容易受到干扰,检测相对困难。而激光有着较好的稳定性和单向性,不同种类的物质在激光的作用下,所产生的拉曼光谱和散射强度具有特异性,可以用来进行物质的定性定量分析。该技术对待测物质的体积、状态和温度等情况要求不高,而且分析的速度特别快,对于液体爆炸物的检测同样有效。激光拉曼光谱仪如图9-5所示。

图9-5 激光拉曼光谱仪

(9)生物探测技术。该技术是当前国内外正在积极研究发展的一项新型检测方法,主要是通过微生物、动物植物感知到特定环境中的某种物质或挥发物,进行分析辨别的技术。该技术具有灵活性强、灵敏度高的优点,甚至还可以追查可疑物的源头,已经面世的产品中使用最多的是搜爆犬等。图9-6为警犬搜寻爆炸物。

2.无机爆炸物探测

无机爆炸物的检测方法主要有:化学点滴法、离子选择电极法、红外光谱法、毛细管电泳法、离子色谱法、扫描电镜/能谱仪法和X射线光电子能谱法等。

图9-6 警犬搜寻爆炸物

(1)离子色谱法。该方法是将待测样品在离子交换树脂上进行分离,利用电导检测器检测色谱分离后的离子,是爆炸残留物快速检测的一种有效方法。优点是:操作简单、线性范围宽、选择性好、灵敏度高等。离子色谱的线性范围很宽、准确性较好、保留时间基线漂移很小,可以对摩尔级别浓度的爆炸残留物无机离子进行准确的定性定量分析,而且具有较高的可靠性

(2)扫描电镜/能谱仪法。扫描电镜可以对爆炸残留物检材进行组成成分和物理形态分析,能谱仪利用不同物质的X光量子的能量各异,探测器接收能量后,自动换算成电脉冲讯号,再经放大器整形后,转入多道脉冲分析器,最后把脉冲数和脉冲高度图形清晰地显示在显像管上。利用该方法进行爆炸残留物检测,优点是检材用量少、放大倍数高、变化范围大,图像分辨率高、景深大,操作连续等,常用于枪击案件的现场检验。

(3)化学点滴分析法。该方法是对无机爆炸物和残留物进行检验分析的基本方法,由于该方法灵敏度低、选择性差,实验中必须要有两种方法以上得出的结果呈阳性,才能对检测样品中存在某种物质做出准确结论。可以作为一种辅助手段用于物质定性分析,与其他检测手段相互印证,对待测样品种类做出准确判断。

(4)红外光吸收光谱法。该方法是利用不同波长的红外射线照射在待测物上,一些特定波长的红外光谱被待测物吸收,形成特定的红外吸收光谱。每种物质都有独一无二的红外吸收光谱,因此,可以作为物质结构鉴定和定性分析的依据。其对爆炸物的检测具有检材用量少、对检材损失小、图谱特异性高、重现性好的优点,在爆炸物探测技术中得到格外的重视。

(5)离子选择电极法。该方法指带有敏感膜、能对离子或分子态物质有选择性响应的电化学传感器,利用传感器进行电位分析,进而对物质种类进行定性。利用该方法进行爆炸残留物中的无机物检测,具有操作简单、设备轻便、灵敏度高等优点,可以作为其他定性分析方法的一个补充,用作爆炸现场无机残留物检测。

(6)毛细管电泳分析法。该方法是由高压场强提供动力,以毛细管道为分离的通道,由于待测样品的各组分之间的分配系数和离散性不同而被逐步分离开的一种新型分离技术。该技术能将爆炸残留物中的无机物离子准确、快速的分离并检测出来,而且待测样品无须复杂的前处理过程,检测用量少,抗干扰能力强,是爆炸残留物中无机离子的重要检测方法之一。

(7)X射线光电子能谱法。该方法是运用元器件显微和电子材料进行检测分析的一种新型技术,可以用来测量原子内层电子的化学位移和束缚能,不仅能够提供分子/原子结构以及价态信息,还可以给出化合物的组成元素、分子结构、化学状态和含量等信息。由于其可以无损、快速检测出无机爆炸残留物的元素成分及含量,可以作为一种新型的无机物爆炸残留物检测方法,可与其他检测方法结合,准确探测无机爆炸物。

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