目前，隨著各種恐怖事件的不斷發(fā)生，安全保衛(wèi)工作越來越受到重視，爆炸物品種繁多、隱藏手段多樣，檢測工作非常困難，因此及時有效的將經(jīng)過偽裝、隱藏在行李中的爆炸物檢測出來，已經(jīng)成為國際上一項緊迫而艱巨的任務。
常見的爆炸物檢測方法有：離子遷移光譜技術(shù)、紫外熒光技術(shù)、質(zhì)譜分析技術(shù)、核磁共振技術(shù)、中子技術(shù)、X射線成像技術(shù)、γ射線成像技術(shù)等，但每種檢測方法都有一些優(yōu)缺點。拉曼光譜可實現(xiàn)爆炸物的遠程、高靈敏度、無損傷、微痕量的檢測，在爆炸物領(lǐng)域有巨大的應用市場[1-4]。
本文將拉曼光譜技術(shù)應用到爆炸物檢測領(lǐng)域，重點分析了顯微激光共聚焦拉曼光譜技術(shù)、表面增強拉曼光譜技術(shù)、便攜式拉曼光譜技術(shù)在爆炸物檢測分析領(lǐng)域的應用。
拉曼散射效應是一種由分子和晶格振動導致的非彈性散射，1928年，印度物理學家拉曼首次發(fā)現(xiàn)散射光頻率改變現(xiàn)象，因而稱為拉曼散射。拉曼光譜技術(shù)分為以下幾種：傅里葉變換拉曼光譜技術(shù)、激光共焦顯微拉曼光譜技術(shù)、激光共振拉曼光譜技術(shù)、高溫拉曼光譜技術(shù)、表面増強拉曼光譜技術(shù)和便攜式拉曼光譜技術(shù)等等。
每種拉曼光譜在其應用領(lǐng)域均有其獨特優(yōu)勢，其中，共焦顯微拉曼光譜技術(shù)可以實現(xiàn)樣品微區(qū)的剖層分析；空間偏移拉曼光譜技術(shù)能夠有效抑制包裝材料的拉曼干擾，實現(xiàn)了對透明或半透明介質(zhì)內(nèi)不同深度樣品分析；表面增強拉曼光譜技術(shù)可以實現(xiàn)爆炸物的痕量檢測；便攜式拉曼光譜儀能夠現(xiàn)場在線監(jiān)測，具有快速、便捷、準確率高、高度安全性等優(yōu)勢。
激光顯微共焦拉曼光譜技術(shù)(Confocal Raman microscopy)是將拉曼光譜與顯微分析結(jié)合起來的一種分析技術(shù)，在光路中采用共焦模塊消除樣品離焦區(qū)域的雜散光干擾，確保只收集采樣焦點薄層微區(qū)信號。激光共焦顯微拉曼光譜儀是目前實驗室中最常見的拉曼儀器，一般配置顯微鏡共聚焦成像系統(tǒng)，方便用戶觀測物體的微觀形貌，體積較大，適用于高精度測量。
北京卓立漢光儀器有限公司自主研發(fā)的Finder Vista激光顯微共聚焦拉曼光譜儀就是依據(jù)共焦原理自主開發(fā)設(shè)計的。通過調(diào)節(jié)激光聚焦深度，可以實現(xiàn)對樣品表面、及內(nèi)部的物質(zhì)分析。激光配置高倍光學顯微鏡，不僅可以直觀獲得爆炸物的微觀二維形貌，還可以將激光光斑直徑聚焦到微米量級，排除周圍雜質(zhì)的干擾，獲得微區(qū)精確分析。科研級深制冷CCD探測器的使用，保證了光譜的高靈敏度、高分辨率，確保不錯過任何一個光譜信息。儀器如圖1所示：
圖1 Finder Vista 激光顯微共聚焦拉曼光譜儀
2009年，E.Al等報導了利用共聚焦顯微拉曼光譜技術(shù)原位檢測隱藏在衣物上的爆炸物（PETN、TNT、硝酸銨）及爆炸物中間體（HMTA、季戊四醇）。
Esam M. A. 等利用共焦拉曼光譜法測量衣物纖維里的TNT，在不需對樣品預處理的情況下，檢測精度可以達到皮克量級，檢測時間小于90s。
王俊生利用實驗室常見的激光顯微共聚焦拉曼光譜儀對塊體炸藥進行檢測，并歸屬出不同炸藥分子的拉曼峰所對應的振動模式。
2009年，Leonardo C等使用氬離子激光器產(chǎn)生的514.5nm，488nm激光波長研究了TNT，二硝基甲苯（DNT），RDX的遠程拉曼和顯微拉曼，研究結(jié)果顯示：顯微拉曼光譜與測試距離7m時拉曼譜圖一致，證實了遠距離測試的準確性和可行性[4]。
3.表面增強拉曼光譜技術(shù)
表面増強拉曼光譜技術(shù)（SERS， Surface-enhanced Raman spectroscopy）利用痕量分子吸附于Cu、Ag、Au等納米尺度的金屬材料上，其拉曼光譜信號可增強104-106倍。近年來SERS用于痕量分析方面的潛力被迅速開發(fā)，檢出限降至很低水平，獲得較好的痕量檢測結(jié)果。
在掃雷工作中，通過檢測地雷中在空氣中硝基爆炸物降解產(chǎn)物2，4-二硝基甲苯和1，3-二硝基甲苯的拉曼光譜，準確定位地雷位置，是定位地雷的一種無接觸式檢測手段。
K. Spencer 研究組利用電化學粗糙化處理的金箔作為SERS基底可以準確識別出濃度10ug/L及以上水平的2，4-二硝基甲苯蒸氣，借助特定的數(shù)據(jù)處理方法，檢測限可以達到5ug/L。2010年S. Botti等人以市售金屬銀膜作SERS基底，獲得了TNT、NG（硝化甘油）、TATP(三過氧化三丙酮)三種爆炸物的拉曼光譜，TNT的檢測限為200pg，NG的檢測限為400ng、TATP的檢測限為400ng，可見SERS技術(shù)在痕量爆炸物檢測方面得到廣泛應用。
SERS技術(shù)可以明顯提高拉曼技術(shù)的靈敏度和檢測限，但其基本原理涉及的許多方面仍然處于研究和爭論中，目前SERS技術(shù)在爆炸物識別領(lǐng)域的研究熱點主要是在基礎(chǔ)研究、實用儀器開發(fā)和應用等方面。
4.便攜式拉曼光譜技術(shù)
國土防御需要在線確認大量的未知化學物品，目前針對現(xiàn)場不明密封性固體、液體樣品和水中有毒有害物質(zhì)的快速檢測技術(shù)和手段仍處于空白。手持式拉曼光譜儀體積小巧，重量約1kg，手持操作即可現(xiàn)場檢測不明密封液態(tài)或固態(tài)潛在危險化學品，具有快速、便捷、準確率高、高度安全性等優(yōu)勢。由于在現(xiàn)場檢測時，操作人員往往不具備非常專業(yè)的化學及光譜分析知識，因此減少拉曼光譜分析過程中的人工干預，實現(xiàn)拉曼光譜數(shù)據(jù)處理與分析的自動化是手持拉曼光譜分析技術(shù)的關(guān)鍵。
北京卓立漢光儀器有限公司根據(jù)現(xiàn)場執(zhí)法的需求，自主開發(fā)設(shè)計“Finder Edge”手持式拉曼光譜儀，對毒品、易制毒化學品、爆炸物、易制爆化學品、違禁品等快速識別。軟件功能包含檢測、數(shù)據(jù)庫比對、數(shù)據(jù)傳輸、藍牙傳輸及打印、云計算及大數(shù)據(jù)處理等功能，該儀器對測試環(huán)境無要求，水和空氣環(huán)境下均可使用，其環(huán)境適應性和多種分析能力充分滿足了國土安全和防御要求。儀器如圖2所示：
圖2 Finder Edge手持式拉曼光譜儀
5.結(jié)論
拉曼光譜探測技術(shù)隨著科技的發(fā)展已經(jīng)較為成熟，目前已廣泛應用于食品檢測、化學物質(zhì)探測、生物醫(yī)學、物理材料、行政鑒定、珠寶玉石等多個領(lǐng)域。因拉曼光譜具備非接觸式、無損傷原位檢測，極大程度上保證了檢測人員和物證的安全，拉曼光譜的安檢應用也正逐漸市場化，利用拉曼光譜技術(shù)進行爆炸物檢測已成為國際性的研究熱點，在爆炸物的檢測方面具有很好的發(fā)展前景。隨著拉曼光譜新技術(shù)、新儀器的不斷出現(xiàn)，其在爆炸物的定性、定量分析中將發(fā)揮更大的作用。
參考文獻
[1] 唐前進, 邵杰. 遠距離爆炸物探測技術(shù)的研究與應用[J]. 中國安防, 2009, 40-45.
[2] 王紅球, 張麗, 王璐等. 拉曼光譜在安檢領(lǐng)域的應用[J]. 光散射學報, 2012, 24(4): 367-340.
[3] 成誠. 拉曼光譜分析技術(shù)在防爆安檢中的應用[J]. 中國安防, 2009, 50-53.
[4] 蔣忠亮, 張皋, 陳智群. 激光拉曼光譜在爆炸物識別中的研究進展[J]. 計測技術(shù), 2013, 33(3): 9-13.
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010-56370168
