淺析掌上激光拉曼光譜儀檢測液體危險(xiǎn)化學(xué)品

范允寧 孫林林 李鑫 賈成莉

摘 ?要：拉曼光譜技術(shù)在實(shí)際使用前，不需要處理待測樣品，而且操作十分便利，并不會(huì)受到干擾，所以在生物醫(yī)藥、環(huán)境監(jiān)測、材料學(xué)等領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。本文對掌上激光拉曼光譜儀檢測液體危險(xiǎn)化學(xué)品進(jìn)行淺析，并且對不同種類液體危險(xiǎn)化學(xué)品進(jìn)行了檢測，考察了會(huì)影響拉曼光譜儀檢測結(jié)果的相關(guān)因素，包括檢測液體積、容器材質(zhì)、積分時(shí)間、光照條件等，對分析條件進(jìn)行了優(yōu)化，對不同危險(xiǎn)化學(xué)品拉曼光譜峰進(jìn)行譜圖分析，能夠更具峰值強(qiáng)弱、峰位、峰數(shù)量等識別液體，在碼頭、火車站、客運(yùn)站、飛機(jī)場等人流密集處有良好的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：掌上激光拉曼光譜儀;液體;危險(xiǎn)化學(xué)品

在飛機(jī)場、商場、火車站等人流密集地區(qū)法律法規(guī)明令禁止攜帶危險(xiǎn)化學(xué)品，以免造成社會(huì)恐慌，威脅到公眾生命安全，而且相關(guān)部門還要對旅客隨身攜帶的物品進(jìn)行安全檢查。現(xiàn)階段，在進(jìn)行安全檢查時(shí)是利用X射線安檢機(jī)實(shí)現(xiàn)的，工作人員能夠通過圖像看到箱包中的物品，并且根據(jù)日常的工作經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌驈男螒B(tài)、外觀對物品的安全性進(jìn)行判斷。但是在觀察危險(xiǎn)化學(xué)品時(shí)會(huì)給工作人員的判斷力造成一定困難，導(dǎo)致工作人員無法準(zhǔn)確判斷物品屬性，而且X射線安檢機(jī)占地面積大，難以攜帶，只能進(jìn)行靜態(tài)安檢。針對于這些問題，掌上激光拉曼光譜儀給出了答案，除了具備更加精準(zhǔn)、快速、無損等優(yōu)勢外，而且重量輕，占地面積小，使用范圍十分廣泛，可以對劇毒、易燃易爆等危險(xiǎn)化學(xué)品進(jìn)行良好檢測。

1.實(shí)驗(yàn)部分

1.1儀器

所需要的儀器包括掌上激光拉曼光譜儀一臺，激發(fā)波長為785nm，積分時(shí)間為200ms，光譜的采集范圍是300至2300cm-1，而且激光的輸出功率為60-70mw。

1.2試劑

本次所應(yīng)用到的試劑很多，包括環(huán)已烷、正庚烷、正已烷、四氯化碳、二氯甲烷、1，1，2-三氯乙烷、二硫化碳、二甲苯、丙酮、冰乙酸、1，1，1-三氯乙烷、乙二醇、N，N-二甲基甲酰胺、丙三醇、異丙醇、石油醚、1，4-二氧六環(huán)、四氫呋喃、1，2-丙二醇、乙醚、異戊醇、二甲基砜、苯甲酸乙酯、一縮二乙二醇、鄰苯二甲酸丁酯、乙酸丁酯、2-丁酮、濃鹽酸、甲醇、正丁醇、芐腈、濃硫酸、二乙胺等。

1.3激光曼光譜儀檢測

在1.5mL的玻璃瓶中加入溶劑為500μL的待測溶液，并將放入溶液的玻璃瓶放置在掌上激光拉曼光譜儀的采樣窗口上，將積分時(shí)間設(shè)置為200ms，最后對其進(jìn)行檢測。

2.結(jié)果與討論

2.1容器材質(zhì)

將塑料試管以及玻璃樣品瓶作為容器，對這兩個(gè)空容器進(jìn)行檢測，并沒有檢測到拉曼光譜峰，緊接著將500μL的環(huán)乙烷溶液分別加入到塑料試管以及玻璃樣品瓶中，對二者進(jìn)行檢測，并且對重疊圖譜進(jìn)行比較。進(jìn)過觀察可知，塑料試管以及玻璃樣品瓶中正已烷檢測譜圖大致一樣，相似度接近95%，這就表示塑料試管以及玻璃樣品瓶不會(huì)對檢測結(jié)果產(chǎn)生過多影響。所以，為了使操作更加便捷，就可以選擇容積為1.5mL的玻璃樣品瓶當(dāng)做容器。

在飛機(jī)場、商場、火車站等人流密集地區(qū)進(jìn)行安檢時(shí)醬油、陳醋、飲料、酒等一般是由塑料瓶或玻璃瓶進(jìn)行包裝的。在此次研究中，分別做了兩次檢測，第一次是對原包裝中的液體進(jìn)行檢測，第二次是將溶液取出后置入容積為1.5mL的玻璃樣品瓶中進(jìn)行檢測，在對兩次檢測結(jié)果進(jìn)行比對后發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)的塑料試管以及玻璃樣品瓶不會(huì)對檢測結(jié)果產(chǎn)生過多影響，所以對于透明度好、厚度較小的包裝瓶可以對其進(jìn)行直接檢測，使操作過程更加快捷，更加方便，可以在極短的時(shí)間內(nèi)快速完成檢測嫌疑物品的任務(wù)。但是也有一些酒和飲料是由棕色玻璃瓶包裝的，對這種溶液進(jìn)行檢測會(huì)使玻璃樣品瓶的檢測結(jié)果與實(shí)際檢測結(jié)果出現(xiàn)偏差，其原因是由于棕色瓶子自身會(huì)形成拉曼光譜峰。所以為了減少檢測誤差，就要建立完善的拉曼光譜樣品庫，在此過程中要對玻璃樣品瓶以及原包裝中的溶劑進(jìn)行檢測，形成兩個(gè)不同的數(shù)據(jù)庫，這樣可以使檢測結(jié)果更加可靠、更加科學(xué)。

2.2檢測液的體積

將10μL到100μL的乙醇溶劑分成不同段加入到玻璃樣品瓶中，并且將其放置在掌上激光拉曼光譜儀的采樣窗口上進(jìn)行檢測，如果樣品量比較少，會(huì)使得檢驗(yàn)不具備良好的重現(xiàn)性，在乙醇溶劑小于40μL時(shí)，不能得到拉曼光譜信號;當(dāng)乙醇溶劑為60μL時(shí)，要想檢測出乙醇就要進(jìn)行準(zhǔn)確聚焦，需要工作人員具備較高的技術(shù)水平;當(dāng)乙醇溶劑超過500μL時(shí)，將其放置在拉曼光譜儀的采樣窗口就能進(jìn)行快速檢測。所以在進(jìn)行檢測時(shí)，將500μL的待測溶劑加入到玻璃樣品瓶中即可。

2.3光照條件

在不同的光照條件下進(jìn)行檢測，分別為室內(nèi)、暗室以及光照下通過掌上激光拉曼光譜儀對乙醇進(jìn)行檢測。經(jīng)過觀察后可知，在暗室中對乙醇進(jìn)行檢測，譜圖基線十分平滑，不會(huì)有過多起伏，而且峰型比較好;在室內(nèi)對乙醇進(jìn)行檢測，譜圖基線的噪聲具有明顯變化，而且和目標(biāo)物特征峰進(jìn)行比對可知強(qiáng)度較弱，可以將影響忽略不計(jì);在光照下對乙醇進(jìn)行檢測，譜圖基線出現(xiàn)一定變動(dòng)，而且基線的噪聲也隨之增高，此外和目標(biāo)物特征峰進(jìn)行比對可知強(qiáng)度逐步降低，噪聲會(huì)對目標(biāo)物特征峰產(chǎn)生一定干擾，這就表示在光照環(huán)境下會(huì)對拉曼光譜產(chǎn)生較大影響，會(huì)讓結(jié)果與實(shí)際情況出現(xiàn)誤差，所以最好要避開光照條件。

2.4積分時(shí)間

積分時(shí)間從10ms到1000ms分成5個(gè)時(shí)間段，對乙醇拉曼光譜進(jìn)行檢測，從檢測過程中可以看出，在積分時(shí)間不斷增長期間，譜圖基線噪聲正在一點(diǎn)點(diǎn)降低，而且平滑度也在不斷提升。但有一點(diǎn)需要注意，那就是當(dāng)積分時(shí)間在200ms或者更多時(shí)，拉曼光譜圖變化并不明顯，所以積分時(shí)間可以選擇在200ms時(shí)為最佳。

2.5不同液體危險(xiǎn)化學(xué)品拉曼光譜分析

取不同液體危險(xiǎn)化學(xué)品各500μL，講這些試劑加入到容積為1.5mL的玻璃樣品瓶中進(jìn)行檢測，檢測環(huán)境為暗室環(huán)境，積分時(shí)間為200ms。對甲醇以及丙酮分別進(jìn)行了檢測，檢測內(nèi)容包括優(yōu)級純、分析純以及色譜純這三種拉曼光譜，經(jīng)過比較可知分析純和以上純度的光譜圖并無太大區(qū)別，幾乎可以將雜質(zhì)干擾不計(jì)入到檢測結(jié)果之內(nèi)，所以采集拉曼光譜的數(shù)據(jù)試劑為分析純。專家在對拉曼光譜進(jìn)行深入研究后表示拉曼光譜為分子振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)光譜，但是因?yàn)榫哂胁煌姆肿咏Y(jié)構(gòu)，使得振動(dòng)方式存在較大差異。通過拉曼光譜數(shù)據(jù)能夠?qū)Ψ肿诱駝?dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)情況進(jìn)行判斷，這樣就能夠?qū)Ψ肿游镔|(zhì)特征進(jìn)行良好判斷。在此次研究的不同液體危險(xiǎn)化學(xué)品中，除了濃鹽酸拉曼光譜外，其余液體危險(xiǎn)化學(xué)品都檢測出了拉曼特征峰，在峰位、峰的數(shù)量上都有很大不同，這樣就能對這些化學(xué)品實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)鑒定。

結(jié)束語：

綜上所述，本文對掌上激光拉曼光譜儀檢測液體危險(xiǎn)化學(xué)品進(jìn)行了深入分析，檢測了約40余種液體危險(xiǎn)化學(xué)品，分析結(jié)果顯示最佳檢測條件是500μL液體放入到容積為1.5mL的玻璃樣品瓶中，將其放置在掌上激光拉曼光譜儀的采樣窗口上進(jìn)行檢測，設(shè)置200ms的積分時(shí)間，由于液體不同，所以在拉曼光譜峰強(qiáng)度、峰位、數(shù)量上都有不同，所以借助掌上激光拉曼光譜儀能夠快速、準(zhǔn)確識別液體危險(xiǎn)化學(xué)品，可以在人員密集場所進(jìn)行良好應(yīng)用。

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