化學(xué)戰(zhàn)劑遙測技術(shù)綜述

摘要：本文綜述了國內(nèi)外化學(xué)戰(zhàn)劑遙測的各種方法，介紹了不同方法的工作特性及適合場合。對各種方法存在的問題和化學(xué)戰(zhàn)劑遙測技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行了討論，指出了在化學(xué)戰(zhàn)劑監(jiān)測領(lǐng)域中主被動(dòng)結(jié)合是其主要的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：化學(xué)戰(zhàn)劑 遙測 主動(dòng)監(jiān)測

中圖分類號：TN216 文獻(xiàn)標(biāo)識a碼：A 文章編號：1674-098X（2012）09（c）-0019-01

生化戰(zhàn)劑遙測技術(shù)面臨的三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)難題是：（1）由于生化戰(zhàn)劑毒性大，濃度很低時(shí)就可以達(dá)到攻擊效果，所以探測器的靈敏度是非常重要的一個(gè)參數(shù)；（2）由于生化戰(zhàn)劑的種類繁多，在實(shí)際作戰(zhàn)中通常會(huì)混合使用，單一的檢測一種戰(zhàn)劑不能起到全面預(yù)警的效果，所以在一個(gè)系統(tǒng)中同時(shí)檢測多種生化戰(zhàn)劑是關(guān)鍵；（3）非接觸檢測不但給防御提供了更長的時(shí)間，并且更安全，而用遙測代替采樣必然帶來大量的噪聲信息，所以提高信噪比也是一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

1 主要檢測方法

1.1 聲表面波法

聲表面波是沿彈性表面?zhèn)鞑サ穆暡ńY(jié)構(gòu)，其振幅隨壓電材料的不同而不同，指數(shù)也有不同的衰減。當(dāng)氣體的濃度不一樣時(shí)，膜層的質(zhì)量會(huì)發(fā)生改變，從而引起聲表面波的改變。通過檢測對應(yīng)的聲表面波頻率，計(jì)算推導(dǎo)可以得出反應(yīng)氣體的濃度數(shù)據(jù)，從而判斷化學(xué)戰(zhàn)劑的濃度信息。普通的聲表面波的靈敏度可以在1μg/m3左右，響應(yīng)時(shí)間為秒級。聯(lián)合使用的化學(xué)戰(zhàn)劑檢測器的原理是多個(gè)聲表面波探測器的混合使用。其存在的主要缺點(diǎn)是需要采樣，將戰(zhàn)劑置于探測器上才能檢測，屬于接觸式檢測，不符合遙測的要求。

1.2 離子遷移譜法

離子遷移譜是將樣品微粒經(jīng)過半滲透膜去除雜質(zhì)。然后進(jìn)入反應(yīng)管。在反應(yīng)管中，樣品被β射線電離，產(chǎn)生離子，在電場的作用下，離子飛出離子門?？卦陔妶龅淖饔孟?，離子沿電極的方向飛出，依賴于離子的質(zhì)量、大小和電荷。不同物質(zhì)的離子是不同性質(zhì)的，所以，在同一電場下作用效果也不同。因此，整個(gè)飛出長度的工作時(shí)間也不同。通常其定量檢測0.001μg/m3痕量氣體分子，響應(yīng)時(shí)間也是秒級的。其存在的主要缺點(diǎn)是需要對樣品電離，屬于接觸式檢測，不符合遙測的要求。

1.3 質(zhì)譜分析法

質(zhì)譜分析是一種物理方法，將試樣中各部分電離后，形成不同的離子群，通過加速電場的作用，產(chǎn)生離子束，最終用質(zhì)量分析器鑒別其濃度的量。在質(zhì)量分析器中，利用電磁轉(zhuǎn)換的特性，將它們的質(zhì)譜圖求出，從而求解濃度。再通過氣體的質(zhì)量反演化學(xué)戰(zhàn)劑的種類及濃度信息。其存在的主要缺點(diǎn)是需要采樣分析，并且常常與色譜[22]聯(lián)用，屬于接觸式檢測，不符合遙測的要求。

1.4 同位素中子光譜檢測儀

中子光譜檢測儀利用放射性元素作為中子源，分析化學(xué)戰(zhàn)劑。中子與被測的元素產(chǎn)生反應(yīng)，即核捕獲。在發(fā)生捕獲反應(yīng)過程中，發(fā)出r射線。每種原子對應(yīng)的射線特征是不同的，所以可以通過射線特性求解其濃度。這種檢測儀的響應(yīng)時(shí)間也是秒級的。其對煙霧劑的檢測靈敏度最高，對含氯的化學(xué)戰(zhàn)劑檢測效果非常好，其次為含磷的化學(xué)戰(zhàn)劑。這主要取決于他們的化學(xué)特性。其存在的主要缺點(diǎn)是檢測范圍主要是煙霧劑，對于非氯，磷的化學(xué)戰(zhàn)劑沒有什么效果。并且雖然無需采樣但探測距離受到限制，不符合遙測的要求。

1.5 紫外激光器誘導(dǎo)熒光檢測法

紫外激光器誘導(dǎo)熒光檢測是用紫外光經(jīng)狹縫照射樣品，由消色差透鏡及濾波器把對應(yīng)的紫外光采集到CCD探測器上，對CCD探測器的圖像而言，其中包含了樣品的組分及濃度信息。當(dāng)紫外光照射到有特殊的化學(xué)鍵或生物鍵的物質(zhì)上時(shí)，會(huì)產(chǎn)生熒光效應(yīng)。不同的物質(zhì)在被照射時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同波長的熒光從而有不同的熒光光譜；不同的濃度對熒光光譜的分布也有不同的影響。所以可以通過得到的熒光光譜反演待測戰(zhàn)劑的種類及濃度。其存在的主要缺點(diǎn)是被檢測物必須是對紫外光敏感的物質(zhì)，能夠激發(fā)出熒光的才能使用此種方法；并且產(chǎn)生的熒光是非常微弱的，不符合遙測的要求。

1.6 利用紅外光譜的各種方法

大多是基于邁克爾遜干涉儀進(jìn)行時(shí)間調(diào)制的，也有用Sagnac進(jìn)行空間調(diào)制的。這種方法也是最基本的方法，通常在實(shí)驗(yàn)室中使用，對于氣體探測時(shí)用氣室作為容器，其探測精度可以做得很高；在遙測中也有應(yīng)用，但目前只見到針對單一氣體檢測或分別檢測多種氣體的，還沒有針對混合戰(zhàn)劑定性定量的報(bào)道。被動(dòng)式紅外光譜檢測：不主動(dòng)發(fā)射紅外激光，只接受被動(dòng)的紅外光信號，通過對接收的紅外光譜信息進(jìn)行分析，反演待測氣溶膠中戰(zhàn)劑種類及濃度。優(yōu)點(diǎn)是被動(dòng)探測，不易被發(fā)現(xiàn)，可以應(yīng)用于遙測領(lǐng)域；缺點(diǎn)是受外界干擾大，對環(huán)境的適應(yīng)能力差，需要有環(huán)境的模型才能較好實(shí)現(xiàn)判斷；并且被動(dòng)遙測的信號非常微弱，所以探測精度不高。其中通過對紅外光譜成像儀采集到的圖像進(jìn)行圖像處理來反演待測氣溶膠中戰(zhàn)劑種類及濃度的方法也是如此。其優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)用范圍廣，可以遙測；缺點(diǎn)是在用于氣溶膠的遙測中，不能簡單采用漫反射模型，因?yàn)榇髿馔牧鞯雀蓴_的因素不能被忽略，模型的建立就至關(guān)重要，算法復(fù)雜，但精度相對較高，比較適合化學(xué)戰(zhàn)劑遙測。

1.7 THz激光光譜探測法

THz激光光譜探測法是利用介于遠(yuǎn)紅外與微波之間的光譜波段，其頻率為1THz～300GHz。同樣，基本原理也是將其通過待測樣品，從而得到光譜圖，然后對光譜進(jìn)行分析可以反演待測戰(zhàn)劑的種類及濃度信息。因?yàn)樵诖瞬ǘ螌^大多數(shù)極性與非極性分子都有較高的探測精度，可以得到更為精確的光譜，但目前主要應(yīng)用于分子鑒定、化學(xué)物質(zhì)定性定量；由于水分在THz也有較強(qiáng)的吸收特性，并且其波段也不在大氣傳輸窗口內(nèi)，屬于較新的領(lǐng)域，所以國內(nèi)外還未見到有用于化學(xué)戰(zhàn)劑遙測的相關(guān)報(bào)道；并且成本高昂，不采用此種方法。

2 結(jié)語

對于化學(xué)戰(zhàn)劑的研究方法有很多，其中可以獲取高精度測量結(jié)果的方法不適合野外工作，操作步驟繁瑣；適合野外工作的主要以采用紅外光的探測形式，包括特征吸收檢測技術(shù)、光譜分析檢測技術(shù)等。綜上所述，化學(xué)戰(zhàn)劑檢測主要的發(fā)展方向是要將主被動(dòng)探測形式相結(jié)合，同時(shí)，提高抗干擾能力。

參考文獻(xiàn)

[1] 戴杰，丁擎全，王春勇，等.國外化學(xué)毒劑紅外遙測系統(tǒng)的狀態(tài)及發(fā)展方向[J].紅外技術(shù)，2003，25（2）：46-52.

[2] 邊歸國.化學(xué)戰(zhàn)劑的分析測試進(jìn)展[J].分析測試技術(shù)與儀器，2004，10（2）：87-92.