化學戰劑遙測技術綜述

摘要：本文綜述了國內外化學戰劑遙測的各種方法，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戰劑遙測技術的發展趨勢進行了討論，指出了在化學戰劑監測領域中主被動結合是其主要的發展方向。

關鍵詞：化學戰劑 遙測 主動監測

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

生化戰劑遙測技術面臨的三個關鍵技術難題是：（1）由于生化戰劑毒性大，濃度很低時就可以達到攻擊效果，所以探測器的靈敏度是非常重要的一個參數；（2）由于生化戰劑的種類繁多，在實際作戰中通常會混合使用，單一的檢測一種戰劑不能起到全面預警的效果，所以在一個系統中同時檢測多種生化戰劑是關鍵；（3）非接觸檢測不但給防御提供了更長的時間，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重要環節。

1 主要檢測方法

1.1 聲表面波法

聲表面波是沿彈性表面傳播的聲波結構，其振幅隨壓電材料的不同而不同，指數也有不同的衰減。當氣體的濃度不一樣時，膜層的質量會發生改變，從而引起聲表面波的改變。通過檢測對應的聲表面波頻率，計算推導可以得出反應氣體的濃度數據，從而判斷化學戰劑的濃度信息。普通的聲表面波的靈敏度可以在1μg/m3左右，響應時間為秒級。聯合使用的化學戰劑檢測器的原理是多個聲表面波探測器的混合使用。其存在的主要缺點是需要采樣，將戰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過半滲透膜去除雜質。然后進入反應管。在反應管中，樣品被β射線電離，產生離子，在電場的作用下，離子飛出離子門。控在電場的作用下，離子沿電極的方向飛出，依賴于離子的質量、大小和電荷。不同物質的離子是不同性質的，所以，在同一電場下作用效果也不同。因此，整個飛出長度的工作時間也不同。通常其定量檢測0.001μg/m3痕量氣體分子，響應時間也是秒級的。其存在的主要缺點是需要對樣品電離，屬于接觸式檢測，不符合遙測的要求。

1.3 質譜分析法

質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，產生離子束，最終用質量分析器鑒別其濃度的量。在質量分析器中，利用電磁轉換的特性，將它們的質譜圖求出，從而求解濃度。再通過氣體的質量反演化學戰劑的種類及濃度信息。其存在的主要缺點是需要采樣分析，并且常常與色譜[22]聯用，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，分析化學戰劑。中子與被測的元素產生反應，即核捕獲。在發生捕獲反應過程中，發出r射線。每種原子對應的射線特征是不同的，所以可以通過射線特性求解其濃度。這種檢測儀的響應時間也是秒級的。其對煙霧劑的檢測靈敏度最高，對含氯的化學戰劑檢測效果非常好，其次為含磷的化學戰劑。這主要取決于他們的化學特性。其存在的主要缺點是檢測范圍主要是煙霧劑，對于非氯，磷的化學戰劑沒有什么效果。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 紫外激光器誘導熒光檢測法

紫外激光器誘導熒光檢測是用紫外光經狹縫照射樣品，由消色差透鏡及濾波器把對應的紫外光采集到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。當紫外光照射到有特殊的化學鍵或生物鍵的物質上時，會產生熒光效應。不同的物質在被照射時會產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劑的種類及濃度。其存在的主要缺點是被檢測物必須是對紫外光敏感的物質，能夠激發出熒光的才能使用此種方法；并且產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行時間調制的，也有用Sagnac進行空間調制的。這種方法也是最基本的方法，通常在實驗室中使用，對于氣體探測時用氣室作為容器，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，還沒有針對混合戰劑定性定量的報道。被動式紅外光譜檢測：不主動發射紅外激光，只接受被動的紅外光信號，通過對接收的紅外光譜信息進行分析，反演待測氣溶膠中戰劑種類及濃度。優點是被動探測，不易被發現，可以應用于遙測領域；缺點是受外界干擾大，對環境的適應能力差，需要有環境的模型才能較好實現判斷；并且被動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行圖像處理來反演待測氣溶膠中戰劑種類及濃度的方法也是如此。其優點是應用范圍廣，可以遙測；缺點是在用于氣溶膠的遙測中，不能簡單采用漫反射模型，因為大氣湍流等干擾的因素不能被忽略，模型的建立就至關重要，算法復雜，但精度相對較高，比較適合化學戰劑遙測。

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，然后對光譜進行分析可以反演待測戰劑的種類及濃度信息。因為在此波段對絕大多數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，但目前主要應用于分子鑒定、化學物質定性定量；由于水分在THz也有較強的吸收特性，并且其波段也不在大氣傳輸窗口內，屬于較新的領域，所以國內外還未見到有用于化學戰劑遙測的相關報道；并且成本高昂，不采用此種方法。

2 結語

對于化學戰劑的研究方法有很多，其中可以獲取高精度測量結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、光譜分析檢測技術等。綜上所述，化學戰劑檢測主要的發展方向是要將主被動探測形式相結合，同時，提高抗干擾能力。

參考文獻

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[2] 邊歸國.化學戰劑的分析測試進展[J].分析測試技術與儀器，2004，10（2）：87-92.