有毒氣體快速檢測(cè)手段綜述

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1、有毒氣體快速檢測(cè)手段綜述陳富強(qiáng)屮煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司重慶4000371引言和平與發(fā)展是當(dāng)今世界的兩人主題。然而由于民族的、宗教的和社會(huì)各階層之間的利益不同所引發(fā)的矛盾和沖突從沒停止過，不斷發(fā)生的局部戰(zhàn)爭(zhēng)和恐怖主義襲擊活動(dòng)，特別是人規(guī)模殺傷性武器的使用對(duì)III:界安全和人類和平造成了巨大威脅?；瘜W(xué)武器具冇成本低、容易制造和使用隱蔽的特點(diǎn)，因此，很容易成為戰(zhàn)爭(zhēng)和恐怖襲擊使用的大規(guī)模殺傷性武器。世界各國政府都積極尋求快速冇效的方法來檢測(cè)空氣中的化學(xué)毒劑，以便發(fā)生襲山事件時(shí)能夠及時(shí)迅速使污染區(qū)的人員進(jìn)行有序的疏散

2、，從而減少傷亡。我國也同樣面臨著各種分裂勢(shì)力利用化學(xué)武器進(jìn)行恐怖主義襲擊的威脅。2常用檢測(cè)方法針對(duì)化學(xué)武器的檢測(cè)方法與技術(shù)已進(jìn)行了大量的開發(fā)與研究。常用的方法有氣、液相色譜及其與質(zhì)譜的聯(lián)用、火焰光度法、紅外光譜技術(shù)、表面聲波技術(shù)、電化學(xué)方法及離子遷移譜分析技術(shù)等。色譜技術(shù)檢測(cè)靈敏度高，但檢測(cè)周期較長，需要20-30分鐘；質(zhì)譜技術(shù)分辨率高，但是苛刻的真空環(huán)境限制其在戶外使用。對(duì)于室外快速檢測(cè)中，基于火焰光度法及紅外光譜等技術(shù)的儀器更加便攜，可以進(jìn)行實(shí)吋檢測(cè)。2.1火焰光度法火焰光度法（也稱火焰光譜法，F(xiàn)PDs）是一

3、種原子光譜技術(shù)，它是基于激發(fā)態(tài)的原子或原子團(tuán)回到較低能量狀態(tài)吋產(chǎn)生的一種發(fā)光現(xiàn)象。這是一項(xiàng)重要的化學(xué)戰(zhàn)劑檢測(cè)技術(shù)，并且已經(jīng)過L<:期的實(shí)際應(yīng)用。對(duì)激發(fā)態(tài)的硫和磷原子發(fā)出的特征光譜檢測(cè)已經(jīng)應(yīng)用于化學(xué)戰(zhàn)劑的識(shí)別與鑒定，如Prongin公司的AP2C氣體檢測(cè)器?；谠庸庾V技術(shù)的檢測(cè)器也可以用于含硫、磷、砷或其它能發(fā)出特征光譜的原子的物質(zhì)的檢測(cè)。FPDs對(duì)化學(xué)武器的檢測(cè)限在ppb至ppm量級(jí)。FPDs對(duì)所有的含磷和含硫化合物都會(huì)產(chǎn)生信兮響應(yīng)。從這個(gè)意義上講它只是一種半選擇性的檢測(cè)器。如果沒冇對(duì)樣品中的化合物采取分離手段

4、，僅靠FPDs是無法判斷其檢測(cè)的信號(hào)是來自化學(xué)武器還是其它含硫/磷的化合物，如殺蟲劑、汽車尾氣和石油產(chǎn)品等。2.2紅外光譜技術(shù)紅外光譜(IR)技術(shù)是基于被測(cè)物對(duì)特定波訟紅外光譜的吸收。分子屮的功能團(tuán)都以一定頻率在振動(dòng)，它們的振動(dòng)頻率處于IR光譜的頻率范圍。分子吸收了異有相同頻率的IR光波能量以后，其功能團(tuán)的振動(dòng)就會(huì)被激發(fā)到一個(gè)更高的能級(jí)。特定的功能團(tuán)只能吸收特定頻率的IR光譜。通過測(cè)定被吸收光譜的頻率，就可以確定分子結(jié)構(gòu)。樣品濕度的變化會(huì)造成虛假的紅外吸收信號(hào)，也會(huì)對(duì)干擾檢測(cè)的校正。目前IR檢測(cè)器對(duì)化學(xué)武器的檢測(cè)

5、靈敏度不高；理想條件下，僅為ppm量級(jí)。2.3表面聲波喪面聲波(SurfaceAcousticWave，SAW)技術(shù)利用壓Hi物質(zhì)表面形成的聲波，包括聲波的產(chǎn)生、控制、傳播和接受。1979年，Wohltjen和Dessy首次報(bào)道了采用SAW技術(shù)的化學(xué)傳感器。SAW器件可以實(shí)現(xiàn)小型化且成本低廉，靈敏度髙，能夠檢測(cè)到ppb級(jí)的化合物；動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍寬，可達(dá)六個(gè)數(shù)景級(jí)。但SAW器件檢測(cè)過程中存在吸附平衡和解吸附恢復(fù)過程，因此總的檢測(cè)時(shí)間都較長，數(shù)十秒至幾分鐘不等。屮于不能制備僅吸附一種化合物的聚合物膜，所以存在未知化合物

6、吸附到膜上發(fā)生誤報(bào)現(xiàn)象。2.4比色技術(shù)比色法檢測(cè)器的測(cè)量是利用FI標(biāo)物與顯色試劑反應(yīng)產(chǎn)生的顏色變化。該技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于許多不同領(lǐng)域。最常見的例子是用石蕊試紙(PH試紙)測(cè)試溶液的pH值，以及測(cè)量游泳池屮氯濃度的水質(zhì)測(cè)試包。比色法檢測(cè)技術(shù)爲(wèi)有很好的選擇性與靈敏度，其最低檢測(cè)限可達(dá)ppb級(jí)。與其他檢測(cè)技術(shù)相比，其不易受到干擾。其不利的一面是顯色反應(yīng)需要一定的操作和反應(yīng)時(shí)間，而且檢測(cè)不同化合物需要的顯色反應(yīng)也是不一樣的，并且其定量的可靠性較差。因此，通常將其作為其它類沏的、能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)儀器的補(bǔ)充。2.5離子遷移譜技術(shù)

7、離子遷移率譜(IonMobilitySpectrometry,IMS)是近幾十年發(fā)展起來的一種新型氣相分析和檢測(cè)技術(shù)，通過測(cè)定氣態(tài)特征離子在弱電場(chǎng)中的遷移率來檢測(cè)痕量化學(xué)物質(zhì)。從工作原理看，IMS技術(shù)與已經(jīng)發(fā)展成熟的TOF質(zhì)譜分析技術(shù)有相似之處，但不同點(diǎn)在于質(zhì)譜分析需要在高真空條件下進(jìn)行，而IMS運(yùn)行在常壓環(huán)境。因此，IMS無需笨重的真空系統(tǒng)，有利于IMS儀器的小型便攜化，非常適合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。與其它高靈敏度的分析儀器相比較，IMS儀器體積小，重量輕，耗能少，價(jià)格和對(duì)便宜，同時(shí)能在線檢測(cè)。正因?yàn)槿绱耍琁MS技術(shù)被預(yù)言

8、為21世紀(jì)分析領(lǐng)域屮正在覺醒的巨人。工作時(shí)被測(cè)樣品氣體分子隨載氣進(jìn)入離化區(qū)，被離化成相應(yīng)離子，然后在離化區(qū)弱電場(chǎng)的作用下M遷移區(qū)方M移動(dòng)，由于離子門絕大部分時(shí)間處于關(guān)閉狀態(tài)，其逆向的強(qiáng)電場(chǎng)阻止離子向遷移區(qū)進(jìn)一步移動(dòng)，離子在離子門前存儲(chǔ)起來。當(dāng)離子門開啟時(shí)，強(qiáng)逆向IL場(chǎng)消失，存儲(chǔ)在離子門前的離子在存儲(chǔ)區(qū)遷移電場(chǎng)的作用下進(jìn)入遷移區(qū)。由于離子門丌啟時(shí)間非常短暫，進(jìn)入遷移區(qū)前端的