化學(xué)偵檢裝備現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

摘要：偵檢是化學(xué)事故處置的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在化學(xué)事故應(yīng)急決策和處置中具有重要的作用。當(dāng)前消防部隊配備了許多不同的偵檢裝備。這些偵檢裝備原理多樣，每種偵檢儀只能用于偵檢特定的危險化學(xué)品，使用范圍受限，而且還需要到事故現(xiàn)場進(jìn)行取樣，危險性大。因此化學(xué)偵檢裝備的發(fā)展趨勢將是可靠、靈敏和安全和使用范圍較寬。傅立葉變換紅外光譜技術(shù)基于物質(zhì)的光譜特性和遙測技術(shù)，具有分辨力高、測量波段寬、靈敏度高、響應(yīng)時間快以及遙測等優(yōu)點，是化學(xué)偵檢裝備的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：應(yīng)急決策；應(yīng)急處置；化學(xué)事故；偵檢；傅立葉變換紅外光譜技術(shù)

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，危險化學(xué)品應(yīng)用范圍越來越廣，重要程度越來越大，其生產(chǎn)、存儲、運輸?shù)纫?guī)模也越來越大，潛在的火災(zāi)爆炸隱患更大。一旦發(fā)生化學(xué)事故，不僅造成嚴(yán)重的人員傷亡和財產(chǎn)損失，而且往往引發(fā)社會恐慌，甚至造成環(huán)境污染等嚴(yán)重社會事件。2004年4月6日，重慶市天原化工廠氯氣泄漏爆炸事故造成9人死亡，15萬人緊急疏散。2013年6月3日，吉林省德惠市寶源豐禽業(yè)公司液氨泄漏燃燒爆炸事故，造成121人死亡，90多人中毒受傷。尤其是2015年8月12日天津港瑞海公司危險品倉庫特別重大火災(zāi)爆炸事故更是造成了大量的人員傷亡和巨大的經(jīng)濟(jì)損失，在國內(nèi)外產(chǎn)生了廣泛的影響。

化學(xué)事故發(fā)生以后，對其進(jìn)行應(yīng)急處置是降低化學(xué)事故危害的有效措施。《中華人民共和國消防法》第三十七條規(guī)定：公安消防隊、專職消防隊依照國家規(guī)定承擔(dān)重大災(zāi)害事故和其他以搶救人員生命為主的應(yīng)急救援工作。《公安消防部隊執(zhí)勤戰(zhàn)斗條令》第八十一條規(guī)定：公安消防部隊依照國家規(guī)定承擔(dān)危險化學(xué)品事故和其他以搶救人員生命為主的應(yīng)急救援工作。因此對化學(xué)事故進(jìn)行救援是消防部隊的法定義務(wù)。

在化學(xué)事故處置過程中，偵檢是其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。偵檢就是使用偵檢器材對化學(xué)事故現(xiàn)場泄漏的危險化學(xué)品進(jìn)行檢測，辨別泄漏的危險化學(xué)品種類，測定其染毒程度的技術(shù)。因此偵檢的主要任務(wù)就是確定泄漏物質(zhì)的種類，測量泄漏物質(zhì)的濃度，同時實時檢測泄漏物質(zhì)濃度的變化。

偵檢是化學(xué)事故處置的首要問題。偵檢的目的是便于有針對性地做好個人安全防護(hù)，確定事故現(xiàn)場危險區(qū)范圍，及時采取撤離、疏散措施和處置措施，便于中毒人員的醫(yī)療救治。由于危險化學(xué)品的種類繁多，不同的危險化學(xué)品，其物理化學(xué)性質(zhì)和毒性都各不相同，危害方式和程度也不同，處置的方法、技術(shù)和使用的工具也不一樣，即對于不同的化學(xué)事故要采取特定的處置方法。所以，在化學(xué)事故處置中，確定泄漏的危險化學(xué)品種類和濃度分布是首要的任務(wù)。只有確定了泄漏的是何種危險化學(xué)品及其在空間的分布，才能進(jìn)行科學(xué)的決策，才能采取有針對性的人員防護(hù)措施、防火防爆措施，堵漏措施和后期的洗消方法，科學(xué)地進(jìn)行處置。

一、現(xiàn)狀

（一）偵檢裝備

我國消防部隊的化學(xué)偵檢技術(shù)及其裝備是隨著消防特勤隊伍的建立而逐漸發(fā)展起來的。1995年3月18日日本東京地鐵發(fā)生了震驚世界的沙林毒氣襲擊事件，隨后我國為了應(yīng)對化學(xué)事故的現(xiàn)場處置任務(wù)，先后在北京、上海、重慶等30個大城市組建了消防特勤隊伍，消防部隊的化學(xué)偵檢裝備建設(shè)開始發(fā)展。尤其是從2006年開始，先后有12輛核生化偵檢車配備到部隊，這在我國消防特勤隊伍的建設(shè)中具有里程碑式的意義，在化學(xué)事故應(yīng)急處置中也正在發(fā)揮著重要的作用。

我國消防部隊偵檢器材的配備按照《城市消防站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》（建標(biāo)152-2011）進(jìn)行統(tǒng)一配備。2011版《城市消防站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定了消防特勤消防站偵檢器材配備標(biāo)準(zhǔn)，共有有毒氣體探測儀、軍事毒劑偵檢儀、可燃?xì)怏w檢測儀、水質(zhì)分析儀、電子氣象儀、無線復(fù)合氣體探測儀、生命探測儀、消防用紅外熱像儀、漏電探測儀、核放射探測儀、電子酸堿測試儀、測溫儀、移動式生物快速偵檢儀、激光測距儀和便攜危險化學(xué)品檢測片等15種偵檢裝備，規(guī)定其中水質(zhì)分析儀、無線復(fù)合氣體探測儀、核放射探測儀和移動式生物快速偵檢儀等5種偵檢器材為由各地消防根據(jù)實際需要進(jìn)行配備，其余10種偵檢器材是特勤消防對必配的。其中，有毒氣體探測儀和可燃?xì)怏w探測儀是普通消防中隊必配的化學(xué)偵檢器材，也是消防部隊常見的兩種化學(xué)偵檢設(shè)備。

（二）儀器類別

我國消防部隊使用的偵檢器材可以分為便攜式偵檢儀、氣體偵檢管和偵檢片等三類。

1.便攜式檢測儀

消防部隊配備的便攜式檢測儀主要包括水質(zhì)分析儀、可燃?xì)怏w檢測儀、有毒氣體探測儀和有毒氣體探測儀等。

水質(zhì)分析儀是在被檢測的水樣中加入一種特殊催化劑，使水樣中的危險化學(xué)品發(fā)生化學(xué)變色反應(yīng)，然后利用光譜分析儀的偏光原理進(jìn)行分析和鑒定。目前常用的水質(zhì)分析儀是麥爾克SQ118，能夠定性分析水中氰化物、甲醛、硫酸鹽、氟、苯酚、二甲苯酚、硝酸鹽、磷、氯、鉛等物質(zhì)。

可燃?xì)怏w檢測儀的測量原理是催化燃燒式原理，即電壓輸出與氣體濃度成正比關(guān)系。可燃?xì)怏w檢測儀的傳感器內(nèi)檢測電路一般采用惠更斯電橋電路。可燃?xì)怏w檢測儀主要用于偵檢化學(xué)事故現(xiàn)場可燃?xì)怏w或蒸氣，如氫、甲烷、汽油、液化石油氣和乙炔等可燃?xì)怏w。

消防部隊常用的有毒氣體檢測儀為奧德姆MX21，能夠測定可燃?xì)猓淄椤⒚簹狻⒈椤⒍⊥榈?1種）、毒氣（一氧化碳、硫化氫、氯化氫）、氧氣和有機(jī)揮發(fā)性氣體等四類。

軍事毒劑偵檢儀主要用于偵檢氣態(tài)和液態(tài)的神經(jīng)性毒劑和霉?fàn)€性毒劑，沙林GB、梭曼GD、維埃克斯VX、介子氣HD等。常用的軍事毒劑偵檢儀為GT-AP2C，其工作原理是利用毒劑份子中含有的有機(jī)磷或有機(jī)硫元素，在高溫燃燒時產(chǎn)生的特有光譜而進(jìn)行檢測的。

2.氣體檢測管

氣體檢測管的工作原理是被檢測氣體通過檢測管時，檢測劑和被測氣體發(fā)生定量化學(xué)反應(yīng)并變色，其色變的長度或程度與被測氣體濃度成正比。根據(jù)變色長度或程度來判定物質(zhì)的濃度。根據(jù)這種測量原理，氣體檢測管可以分為比長型檢測管和比色型檢測管兩大類。

氣體檢測管是一種簡單、快速的定量偵檢器材。在已知有害氣體或液體蒸氣種類的條件下，利用氣體檢測管可在1～2分鐘內(nèi)，根據(jù)檢測管色變的長度或程度，來確定氣體或蒸氣的濃度。

3.偵檢紙

消防部隊另外一類常用的偵檢手段是偵檢紙。偵檢紙是將特定的指示劑均勻地涂抹或浸漬在試紙上制成的。常見的偵檢紙有酚酞試紙、氯化鈀試紙、藍(lán)色石蕊試紙、紅色石蕊試紙等。偵檢紙可以檢測氨氣、一氧化碳、酸性氣體和酸性氣體等。

使用偵檢紙進(jìn)行檢測，優(yōu)點是便于攜帶和使用方便，可對多種氣體進(jìn)行定性和半定量偵檢，缺點是易受環(huán)境干擾，且易失效。

二、存在問題

目前的偵檢器材，在實際使用中存在的問題主要表現(xiàn)在：

（一）儀器原理多樣

消防部隊要求配備的偵檢器材種類多樣，產(chǎn)品型號各不相同，其偵檢原理也多樣，有基于電化學(xué)方法的，有基于電氣方法的，還有基于光學(xué)方法的。電化學(xué)方法的原理是使待測危險化學(xué)品與偵檢儀的電極發(fā)生反應(yīng)，從而產(chǎn)生與待測危險化學(xué)品濃度相關(guān)的電信號。電氣方法中又分為基于半導(dǎo)體的方法和基于催化燃燒的方法。常見光學(xué)方法有紅外吸收法、光學(xué)干涉法和氣相色譜法等。核生化偵檢車就配備了色譜偵檢儀。

但是一般的消防員學(xué)歷水平不高，對于這些原理、方法、偵檢技術(shù)的掌握還存在一些困難。在現(xiàn)實中，一般的消防員只能掌握少量的偵檢器材的用法，對一些高端的偵檢儀則很難駕馭。

（二）使用范圍受限

一種偵檢儀只能偵檢特定的危險化學(xué)品，有的偵檢儀即使可以用來偵檢多種危險化學(xué)品，在使用中也需要采用不同的偵檢方法，而且是根據(jù)危險化學(xué)品的類別來采取特定的偵檢方法的。但是在化學(xué)事故現(xiàn)場，有時是不知道泄漏物質(zhì)的種類的，因此存在偵檢儀檢測物質(zhì)不準(zhǔn)確的問題，有時即使能夠檢測，偵檢的速度也較慢，對化學(xué)事故的應(yīng)急決策和處置造成一定的影響。

（三）存在安全風(fēng)險

目前消防部隊配備的偵檢器材，即使是核生化偵檢車，在化學(xué)事故現(xiàn)場偵檢中，都需要消防員到事故現(xiàn)場進(jìn)行采樣，然后才能進(jìn)行檢測。為了保護(hù)消防員的安全，在不了解泄漏現(xiàn)場危險化學(xué)品的性質(zhì)的情況下，需要對偵檢人員采取最高等級的防護(hù)。也就是說，消防員需要著一級化學(xué)防化服進(jìn)行偵檢。若防護(hù)不到位，將可能對偵檢人員造成傷害。

因此，目前消防部隊配備的偵檢儀器存在檢測程序復(fù)雜、不易掌握，儀器原理多樣、適用范圍不宜確定，儀器集成度高、操作難度大以及對偵檢人員專業(yè)素質(zhì)要求高等問題，在實際應(yīng)用中受到一定的限制。同時由于危險化學(xué)品種類繁多、性質(zhì)各異，現(xiàn)有救援裝備種類較少、實用性不強(qiáng)，造成偵檢效果不是十分理想。

三、發(fā)展趨勢

為了有效地處置化學(xué)事故，對偵檢的要求是準(zhǔn)確、快速、靈敏、簡便和安全。準(zhǔn)確是指準(zhǔn)確查明泄漏的危險化學(xué)品的種類和濃度。只有準(zhǔn)確知道泄漏物質(zhì)的種類，才能確保采取的措施更可靠與完善。快速是能夠快速偵檢；快速檢測便可能快速處置，將化學(xué)事故造成的不良后果減至最小。靈敏是指偵檢方法要靈敏，以便能發(fā)現(xiàn)低濃度的危險化學(xué)品。簡便是指采用的分析手段簡捷，設(shè)備易于操作掌握與維護(hù)修理。安全是指在偵檢過程中，不會對消防員或其他公眾造成傷害。

根據(jù)對化學(xué)災(zāi)害事故偵檢的要求，現(xiàn)場使用的偵檢儀器應(yīng)具備便攜性、可靠、靈敏和安全等特點。便攜性要求偵檢器材要輕便、防震，便于攜帶；可靠性要求偵檢儀檢測準(zhǔn)確、測量數(shù)據(jù)穩(wěn)定；靈敏性要求偵檢儀抗干擾能力強(qiáng)，能夠檢測所偵檢的危險化學(xué)品物質(zhì)，測量范圍較廣；安全性則要求能防止各種不安全因素對偵檢人員的傷害等。

基于以上幾點要求，偵檢裝備的發(fā)展趨勢將是檢測范圍更廣、檢測精度更高和檢測裝備便攜化以及偵檢中的安全性更高。檢測范圍廣要求同一種偵檢儀能夠同時對多種危險化學(xué)品進(jìn)行檢測，檢測精度高要求偵檢儀靈敏，對泄漏的微量危險化學(xué)品就能夠偵檢；便攜化則要求偵檢儀便于攜帶，安全性則要求在事故現(xiàn)場進(jìn)行偵檢時不會對人員產(chǎn)生傷害，同時也不會對事故現(xiàn)場產(chǎn)生危害。

目前利用高新技術(shù)，如紅外光譜技術(shù)等進(jìn)行化學(xué)偵檢已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢。將紅外光譜技術(shù)應(yīng)用于偵檢中，最具有前途的是傅里葉變換紅外光譜技術(shù)（FourierTransformInfraredSpectroscopy，F(xiàn)TIR）。FTIR技術(shù)將紅外技術(shù)和遙測技術(shù)相結(jié)合，具有分辨力高、測量波段寬、響應(yīng)時間快以及遙測等優(yōu)點，因此能夠解決目前偵檢器材中存在的問題，將是較為理想的化學(xué)偵檢方式。

FTIR技術(shù)分為主動式和被動式兩種遙測方式。主動式FTIR技術(shù)可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離的遙測，且信噪比較高。但是主動式FTIR需要一個人工光源，因此在實際應(yīng)用中對于固定場所的檢測比較合適，而在對于場所不確定的事故現(xiàn)場檢測，則應(yīng)用范圍首先。被動式FTIR技術(shù)以自然環(huán)境或泄漏的危險化學(xué)品氣體為紅外輻射源，測得危險化學(xué)品的發(fā)射譜或吸收譜，并以此來分析泄漏物質(zhì)的種類和濃度等信息。由于不需要人工光源，因此對于事故現(xiàn)場危險化學(xué)品的偵檢將更加方便。

在國家科技支撐計劃項目的支持下，我們擬研究FTIR技術(shù)在化學(xué)偵檢中的應(yīng)用，建立典型危險化學(xué)品紅外精細(xì)光譜數(shù)據(jù)庫，開發(fā)危險化學(xué)品識別軟件平臺等問題，以實現(xiàn)在化學(xué)事故現(xiàn)場，采取遙測方法，實時探測泄漏危險化學(xué)品的紅外光譜，實現(xiàn)對泄漏物質(zhì)的快速偵檢，并對事故處置進(jìn)行快速決策。

四、結(jié)語

我國消防部隊配備了多種偵檢裝備。這些偵檢裝備原理多樣、使用范圍各不相同，在化學(xué)事故處置中需要到現(xiàn)場進(jìn)行采樣，具有一定的危險性。因此需要開發(fā)安全可靠、使用范圍寬，能同時偵檢多種危險化學(xué)品的偵檢裝備，同時還不需要消防員到事故現(xiàn)場采樣。FTIR技術(shù)具備基于物質(zhì)的紅外特性，只要有該物質(zhì)的紅外精細(xì)光譜，就能用比對的方法進(jìn)行識別，同時FTIR技術(shù)具有遙測功能，在實際偵檢中，安全性能較高，能夠彌補當(dāng)前偵檢裝備的不足。因此基于FTIR的化學(xué)偵檢裝備將是化學(xué)偵檢的一個發(fā)展趨勢，具有很好的發(fā)展前景。