一種爆炸物的檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種對衡量的爆炸物進行現(xiàn)場快速、靈敏、準確的檢測新方法。以離子遷移譜為基本檢測技術，采用負離子模式，熱解析進樣方式，建立了離子遷移譜分析痕量黑火藥，以及同時有效分離黑火藥及硝銨類炸藥的分析方法。本發(fā)明通過調節(jié)載氣濕度、摻雜劑位置、篩選摻雜劑、優(yōu)化摻雜濃度，同時提高檢測的分離度和靈敏度，實現(xiàn)了對黑火藥等含硫易爆物和含氮類炸藥的高靈敏檢測，檢出限達到pg量級。
【專利說明】一種爆炸物的檢測方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種對Pg量級的黑火藥等含硫易爆物和硝銨炸藥進行現(xiàn)場快速、靈敏、準確的檢測新方法。以離子遷移譜為基本檢測技術，采用負離子模式，熱解析進樣方式，建立了離子遷移譜分析痕量黑火藥，以及同時有效分離黑火藥及硝銨類炸藥的分析方法。本專利論述了配有熱解析進樣器的離子遷移譜，通過調節(jié)載氣濕度、摻雜劑位置、篩選摻雜齊U、優(yōu)化摻雜濃度，同時提高檢測的分離度和靈敏度，測定質量校正曲線實現(xiàn)了對痕量爆炸物的高靈敏檢測。
【背景技術】
[0002]和平與發(fā)展已成為當今世界的主題。然而恐怖襲擊活動時有發(fā)生，由爆炸引發(fā)人員傷亡和大范圍恐慌仍然是恐怖分子采用的主要襲擊方式。由于黑火藥及三硝基甲苯(TNT)等硝基化合物因其爆炸威力大和價格便宜而經(jīng)常被恐怖分子使用，如果能夠迅速檢測出空氣中的痕量爆炸物，就可以跟蹤、確定爆炸物的位置，從而防止爆炸的發(fā)生。因此，快速、靈敏的檢測隱藏的痕量爆炸物具有非常重要的意義。
[0003]離子遷移譜(1n Mobility Spectrometry, IMS)技術20世紀70年代出現(xiàn)的一種快速分離檢測技術，與傳統(tǒng)的質譜、色譜儀器相比，具有結構簡單，靈敏度高，分析速度快，結果可靠的特點。能夠在大氣環(huán)境中對微量物質進行檢測，適于現(xiàn)場使用。目前我們研究的IMS已經(jīng)廣泛應用在化學戰(zhàn)劑、毒品、爆炸物探測、環(huán)境監(jiān)測、有毒氣體監(jiān)測、火災監(jiān)測、水污染監(jiān)測和食品監(jiān)測等領域。
[0004]目前我們已申請多個專利關于用離子遷移譜檢測爆炸物方面，如201210222589.0，介紹氯代烴類化合物在離子遷移譜檢測炸藥中的應用，以二氯甲烷做添加劑，改變了空氣峰的位置，使之向前遷移l-2ms。黑火藥和含硫化合物原本與空氣峰重合，這樣實現(xiàn)了黑火藥和含硫化合物與背景信號的有效分離。減少了黑火藥和含硫化合物的誤報和漏報。
[0005]本專利旨在進一步探索Pg量級的黑火藥等爆炸物的檢測方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了同時提高檢測的分離度和靈敏度，實現(xiàn)對黑火藥等含硫易爆物和含氮類炸藥的高靈敏檢測。本發(fā)明采用的技術方案為:
[0007]在爆炸物樣品的離子遷移譜檢測過程中，將四氯化碳做添加劑添加到離子遷移譜的開放式氣路的漂氣中，氯代烴類化合物可以將反應離子峰位前移從而增加其與爆炸物的產(chǎn)物離子峰的分離度。通過調節(jié)載氣濕度、摻雜劑位置、篩選摻雜劑、優(yōu)化摻雜濃度提高檢測靈敏度的功能。
[0008]所述離子遷移譜的開放式氣路是指，環(huán)境的空氣作為載氣和漂氣分別從載氣入口和漂氣入口通入離子遷移譜內(nèi)，并由離子遷移譜的氣體出口流出；氣體出口流出的氣體不進行循環(huán)利用，而直接進行收集或經(jīng)凈化后排入大氣中。[0009]離子遷移譜的電離源可以是鎳源或紫外燈電離源；通過離子遷移譜檢測儀試驗，負離子模式遷移譜檢測儀里獲得理想檢測信號。
[0010]漂氣中四氯化碳摻雜濃度控制范圍為0.2?170ppm。0.2"l.0ppm的四氯化碳摻雜在漂氣中優(yōu)勢明顯，既可以避免摻雜于載氣中時出現(xiàn)的空氣峰的干擾，又可以通過調節(jié)摻雜濃度保證黑火藥和含硫化合物與背景信號的有效分離。因為摻雜劑添加于漂氣中時，若摻雜濃度過高，則摻雜劑中性分子會與反應離子發(fā)生團聚，導致反應離子峰的后移和峰變形、拖尾的現(xiàn)象。
[0011]載氣和漂氣的濕度控制范圍為(T0.1ppm ;在此濕度范圍內(nèi)，可以使黑火藥和含硫化合物與空氣峰完全重合分離至部分重合。
[0012]爆炸物的痕量線性范圍為1.(T400pg ；
[0013]爆炸物為含硫易爆物或含氮爆炸物，含硫易爆物為黑火藥、爆竹、槍彈藥，含氮爆炸物為 TNT、ANFO、RDX、PETN。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點如下:
[0015]1.由單獨的離子遷移譜對含黑火藥等無機成分的爆炸物的檢測鮮少報道，本專利結合熱解析進樣方式，使黑火藥中含有的硫磺得到氣化，將四氯化碳摻雜在漂氣氣路中，既保證了分離度，又提高了檢測靈敏度，與現(xiàn)有的報道相比，至少提高了 100倍。
[0016]2.本專利的檢測方法不僅適用于黑火藥等含硫爆炸物，同時適用于含氮類的軍用炸藥，檢測靈敏度均達到Pg量級。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為負離子模式下空氣試劑離子峰(RIP)、化學添加劑離子峰和硫磺產(chǎn)物離子峰(PIP)隨不同濕度變化的離子遷移譜圖；
[0018]圖2為負離子模式下?lián)诫s劑分別置于載氣和漂氣中對痕量硫磺(< 400pg)檢測差異的離子遷移譜圖；
[0019]圖3為不同氯代烴化學添加劑(二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳)摻雜于漂氣中對硫磺檢測分離度的影響的離子遷移譜圖；
[0020]圖4為不同濃度四氯化碳對硫磺檢測影響的離子遷移譜圖；
[0021]圖5為硫磺的定量校正曲線圖；
[0022]圖6為負離子模式下離子遷移譜、四氯化碳做化學添加劑檢測含硫易爆品(黑火藥、爆竹等)的離子遷移譜圖；
[0023]圖7為負離子模式下離子遷移譜、四氯化碳做化學添加劑檢測黑火藥(硫)和TNT、AN的離子遷移譜圖。
【具體實施方式】
[0024]所述離子遷移譜儀:以電離源為放射性63Ni源，紫外光電離源和放電電離源。所述的離子遷移譜儀主要包括進樣裝置、電離源、遷移管、離子門、遷移區(qū)、信號接收與檢測系統(tǒng)和氣路干燥系統(tǒng)。進樣裝置主要包括熱解析器、取樣片和載氣輸送管路。載氣輸送管路由四氟管或金屬管和兩通轉接頭組成。取樣片可以為采樣紙、金屬柵網(wǎng)、聚四氟片或聚四氟乙烯耐高溫專用取樣布。[0025]圖1-7給出一些實驗譜圖對本發(fā)明給與說明。這些譜圖的實驗條件均為:實驗時遷移管溫度保持在100°c，進樣器溫度180°C，載氣(空氣)、漂氣(空氣)氣流分別為400mL/min.BOOmT,/miη η
[0026]用進樣針取1-10μ L，0.01-lppm炸藥樣品溶液。在負離子模式下以離子遷移譜儀為檢測儀器，化學添加劑摻雜在漂氣中，載氣攜帶樣品進入離子遷移譜的電離區(qū)；樣品在電離區(qū)被電離成正、負離子，通過周期性開啟的離子門，進入由均勻電場構成的漂移區(qū)，在漂移區(qū)得到分離與檢測。不同化合物的遷移率常數(shù)有差異，在漂移區(qū)移動的速度不同，它們到達檢測器的時間不同。測量離子到達探測器的時間和峰強度，就可以確認化合物種類，并且根據(jù)峰的信號強度確定其含量。
[0027]實施例1
[0028]圖1為負離子模式下空氣試劑離子峰(RIP)、化學添加劑(CH2Cl2)離子峰和硫磺(5.0ng)產(chǎn)物離子峰(PIP)隨不同濕度變化的離子遷移譜圖。實驗時遷移管溫度100°C，進樣器溫度180°C，載氣(空氣)和漂氣(空氣)氣流分別為400mL/min和600mL/min，載氣氣路中CH2Cl2濃度為7ppm。從圖中可以看出，在相對濕度為0%，即絕對濕度低于0.1ppm時，三峰之間的分離度最佳。RIP出現(xiàn)在4.92ms,與PIP峰(5.04ms)部分重疊，而CH2Cl2的化學添加劑信號峰遷移到5.04ms,改變了空氣峰的位置，能與S的PIP峰完全分開。說明在低濕度下(< 0.1ppm)，為了有效識別黑火藥(S)，化學添加劑的摻雜很有必要。
[0029]實施例2
[0030]圖2為負離子模式下?lián)诫s劑分別置于載氣和漂氣中對痕量硫磺(300pg)檢測差異的離子遷移譜圖。實驗時遷移管溫度100°c，進樣器溫度180°C，載氣(空氣)和漂氣(空氣)氣流分別為400mL/min和600mL/min,濕度控制在0.1ppm以下,二氯甲燒化學添加劑分別添加于載氣和漂氣中，氣路中CH2Cl2濃度為7ppm。檢測結果說明了對于衡量(< 400pg)的硫磺檢測，將化學添加劑置于漂氣中更具優(yōu)勢。因為既可以避免將其置于載氣中出現(xiàn)的空氣峰干擾，又可以增強硫磺的檢測信號。但是二氯甲烷作為化學添加劑置于漂氣中，會是其與硫磺的PIP的分離度降低。
[0031]實施例3
[0032]圖3為不同氯代烴化學添加劑(二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳)摻雜于漂氣中對硫磺(300pg)檢測分離度的影響的離子遷移譜圖。實驗時遷移管溫度100°C，進樣器溫度180°C，載氣(空氣)和漂氣(空氣)氣流分別為400mL/min和600mL/min，漂氣氣路中化學添加劑濃度為IOppm,濕度控制在0.1ppm以下。從圖中可以說明，四氯化碳作為化學添加劑摻雜于漂氣中，可以獲得最佳的分離度。這是由于在遷移管中的四氯化碳中性分子與Cl離子的結合能力最弱，因而避免了出現(xiàn)峰位右移和峰展寬的現(xiàn)象。
[0033]實施例4
[0034]圖4為不同濃度四氯化碳對硫磺檢測影響的離子遷移譜圖。實驗時遷移管溫度IOO0C，進樣器溫度180°C，載氣(空氣)和漂氣(空氣)氣流分別為400mL/min和600mL/min，濕度控制在0.1ppm以下，漂氣氣路中四氯化碳濃度為別為0.2-60ppm。從圖中可以說明，低濃度的四氯化碳(0.2ppm-l.0ppm)摻雜于漂氣中對低濃度硫磺檢測時優(yōu)勢明顯，顯示出非常完美的峰型，峰結構對稱，峰信號強。
[0035]實施例5[0036]圖5為硫磺的定量校正曲線圖。實驗時遷移管溫度100°C，進樣器溫度180°C，載氣(空氣)和漂氣(空氣)氣流分別為400mL/min和600mL/min，漂氣氣路中四氯化碳濃度為別為0.2-60ppm。將0.67ppm的四氯化碳摻雜于漂氣中，濕度控制在0.1ppm以下。從圖中可以說明，對硫磺的檢測質量在20pg?200pg之間有較好的線性關系，之后隨著濃度的增加，檢測信號趨于飽和。根據(jù)20pg對應的信號，由3倍信噪比計算所得的最低檢出限為1.0pgo
[0037]實施例6
[0038]易爆品實際樣品的取樣方式:將黑火藥等易爆品取一顆粒置于鋁箔紙上，碾磨成粉，取遷移譜檢測確認潔凈的取樣布粘取少許，待測。
[0039]在負離子模式下以離子遷移譜儀為檢測儀器，樣品氣體被載氣攜帶進入離子遷移譜的電離區(qū)，載氣的流量為400mL/min ;樣品在電離區(qū)被電離成正、負離子，通過周期性開啟的離子門，進入由均勻電場構成的漂移區(qū)，在漂移區(qū)得到分離與檢測。實驗時遷移管溫度IOO0C，進樣器溫度180°C，載氣(空氣)和漂氣(空氣)氣流分別為400mL/min和600mL/min。將0.67ppm的四氯化碳摻雜于漂氣中,濕度控制在0.1ppm以下。
[0040]圖6為負離子模式下離子遷移譜、四氯化碳做化學添加劑置于漂氣中，檢測含硫易爆品(黑火藥、爆竹等)的離子遷移譜圖。從圖中可以說明，以四氯化碳摻雜于漂氣的方法，可以實現(xiàn)用離子遷移譜對痕量黑火藥、爆竹(黃、灰成分)的檢測，其產(chǎn)物離子峰與硫磺出峰位置一致。將硫磺作為黑貨藥的有效成分在遷移譜儀中進行系統(tǒng)研究是合理的。
[0041]圖7為負離子模式下離子遷移譜、四氯化碳做化學添加劑置于漂氣中，檢測黑火藥(硫)和TNT、AN的離子遷移譜圖；爆炸物的質量分別為500pg。從圖中可以說明，本文方法不僅可以成功檢測含硫易爆品(黑火藥)，且可以同時檢測AN、TNT與黑火藥(S)的混合物。且檢測靈敏度得到提高。
【權利要求】
1.一種爆炸物的檢測方法，其特征在于: 在爆炸物樣品的離子遷移譜檢測過程中，將四氯化碳做添加劑添加到離子遷移譜的開放式氣路的漂氣中，氯代烴類化合物可以將反應離子峰位前移從而增加其與爆炸物的產(chǎn)物離子峰的分離度。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于: 所述離子遷移譜的開放式氣路是指，環(huán)境的空氣作為載氣和漂氣分別從載氣入口和漂氣入口通入離子遷移譜內(nèi)，并由離子遷移譜的氣體出口流出。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于:離子遷移譜的電離源可以是鎳源或紫外燈電離源；通過離子遷移譜檢測儀試驗，負離子模式遷移譜檢測儀里獲得理想檢測信號。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于:漂氣中四氯化碳摻雜濃度控制范圍為，0.2~170ppm。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于:漂氣中四氯化碳摻雜濃度控制范圍優(yōu)選為 0.2~lppm。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于: ，0.2^1.0ppm的四氯化碳摻雜在漂氣中優(yōu)勢明顯，既可以避免摻雜于載氣中時出現(xiàn)的空氣峰的干擾，又可以通過調節(jié)摻雜濃度保證黑火藥和含硫化合物與背景信號的有效分離； 因為摻雜劑添加于漂氣中時，若摻雜濃度過高，則摻雜劑中性分子會與反應離子發(fā)生團聚，導致反應離子峰的后 移和峰變形、拖尾的現(xiàn)象。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于: 載氣和漂氣的濕度控制范圍為(T0.1ppm ;在此濕度范圍內(nèi)，可以使黑火藥和含硫化合物與空氣峰完全重合分離至部分重合。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于:爆炸物的痕量線性范圍為1.(T400pg。
9.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于: 爆炸物為含硫易爆物或含氮爆炸物。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于: 含硫易爆物為黑火藥、爆竹或槍彈藥； 含氮爆炸物為TNT、ANFO、RDX或PETN。
【文檔編號】G01N27/64GK103884770SQ201210559527
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年12月19日 優(yōu)先權日:2012年12月19日
【發(fā)明者】李海洋, 梁茜茜, 王新, 周慶華, 陳創(chuàng), 王禎鑫, 李楊 申請人:中國科學院大連化學物理研究所