未知物中有毒有害物质检测方案(激光拉曼光谱)

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公共安全中的化学问题研究进展108 综述与知识介绍109 便携式红外毒剂探测器进展 李 伟 文小艳?李善茂 汪吉章 王 鑫 (防化指挥工程学院分析中心 北京 102205；华北科技学院基础部 廊坊 065201) 摘 要 本文介绍了国外便携式红外毒剂探测器的进展，主要介绍了 TruDefender FT 手持式红外不明化学物质鉴定仪、GASMET系列现场傅立叶变换红外气体分析仪、M-IR 便携式傅立叶红外固液分析仪等红外探测器的性能，并对探测器的发展方向进行了展望。 关键词 化学毒剂 便携式红外探测器 Chemical Warfare Agents Infrared In -site Sensing System Li Wei， Wen Xiaoyan’， Li Shanmao'， Wang Jizhang'， Wang Xin' (Analytical Center， Command and Engineering Institute of Chemical Defense， Beijing 102205；‘North China Institute of Science and Technology， Langfang 065201) Abstract Infrared in-site sensing systems for chemical warfare agents are described. TruDefenderFT infrares instrument， CASMET series FTIR instrument and M- IR instrument are discussed in detail.KeywordsCChemical warfare agent， FTIR 1 引言 近年来，随着国际政治环境的变化，防范化学恐怖和保障化学安全越来越成为公共安全领域中的一个重要方面。如何现场快速鉴定分析可疑样品、确定有毒有害化学物质种类和含量就成为化学工作者面临的迫切课题。红外仪器是利用分子中特定基团和化学键对红外辐射的特征吸收对物质进行定性和定量分析的方法，可以有效地快速完成对毒剂和有毒有害物质分析的任务。近期发展起来的便携式红外检测鉴定仪器对于战场、抢险救灾、事故灾害、卫生防疫、消防等恶劣现场环境快速检测鉴定未知化合物或确认有毒有害化合物具有重要的意义。 2 原理 红外吸收光谱是物质的分子吸收了红外辐射后，引起分子的振动-转动能级的跃迁而形成的光谱，因为出现在红外区，所以称之为红外光谱。利用红外光谱进行定性、定量分析的方法就称之为红外吸收光谱法。由于红外光谱反映了分子中特定基团和化学键的特征吸收，因此，它是一种极为有用的并被广泛应用的鉴定有机化合物和确定分子结构的分析方法。 红外吸收光谱分析方法主要是依据分子内部原子间的相对振动和分子转动等信息进行测定。不同的化学键或官能团，其振动能级从基态跃迁到激发态所需要的能量不同，因此要吸收不同的红外光。物理吸收不同的红外光，将在不同波长上出现吸收峰，从而形成红外光谱。 傅立叶变换红外光谱(FTIR)的原理是由光源发出的红外光经过固定平面反射镜后，由分光器分成两束，其中50%的光透射到可调凹面镜，另外50%的光反射到固定平面镜。可调凹面镜移动至两束光的光程差是半波长的偶数倍的时候，这两束光发生相长干涉，干涉图由红外检测器捕获，再经过计算机傅立叶变换处理后得到红外光谱图。 3 典型的便携式红外毒剂探测器 (1)TruDefenderrFFT手持式红外不明化学物质鉴定仪(如图1所示)。TruDefenderFT是一款坚固耐用的手持式红外化学物质鉴定设备，可以在现场对包括药品原料及成品、工业原材料、爆炸物、毒剂、毒品、白色粉末在内的化学物质进行鉴定。其主要特点： 图1 TruDefender FT 手持式不明化学物质鉴定仪 可以直接对不明化学物质或工业原料进行检测，大大缩短了响应时间。TruDefender FT在几秒钟内便可显示鉴定结果。自带的危险化学品数据库可为用户提供安全和相应的处置信息，进一步加快了对不明化学品的响应时间。拥有专利技术的化学计量学软件无须用户的干预和判断，就可以给出明确的最终结果。同时混合物自动分析功能增强了不明化学物质的分析能力，并免去了额外的谱图分析工作。便于操作。直观的、菜单式的操作界面，通过简单的培训即可熟练使用。易于维护。TruDefender FT 自成一体，不需要定期的维护保养或者校正，也不需要使用任何其他耗材。多种电源选择。TruDefender FT 可以使用自带的可充电电池，也可以使用外部电源或者一次性电池(见表1)。 表1 TruDefender FT鉴定仪的技术参数 重量 小于1.4kg 光学系统 钻石全反射系统 尺寸(长×宽×厚) 196mm x112mmx53mm 电池 可充电锂电池； SureFireTM一次性电池；>2h使用 时间 光谱范围 650cm-~4000cm- 外部电源 外部电源适配器(100V~240 V AC，50/60 Hz) 光谱分辨率 4cm (2)GASMET 现列现场傅立叶变换红外气体分析仪“(如图2所示)。 GASMET 系列傅 立叶变换红外气体分析仪包括40154020、4030、4035等一系列仪器，是芬兰设计生产的现场快速气体分析仪器，主要用于战场、抢险救救、事故灾害、卫生防疫、消防等恶劣现场环境。GASMET 傅立叶变换红外气体分析仪无须样品预处理，内置抽气泵直接抽取现场环境气体或样品。由于连接了不同长度的导管，可以抽取人员不易到达地方的样品。 GASMET 软件可以提供多种光谱库进行检索、匹配和扣除等功能，实现多种未知气体样品的快速定性和半定量。 图2 GASMET 系列现场傅立叶变换红外气体分析仪 表2 GASMET分析仪的技术参数 重量 11.5kg 扫描速度 10 次/s 尺寸(长×宽×厚) 433mm x425mm x185mm 采样流量 2L/min 光程长 9.8m 软件性能 连接掌上电脑时可同时分析25个气体组分，选择 Calemet专业软件时，可分析50种气体组分 检出限 ppm及 响应时间 通常<120s，取决于气体流量和测量时间 检测精度 相应量程的±2% 工作温度 环境温度：短时间0℃~40℃，长时间5℃~30℃，非 冷凝 扫描范围 900cm-~4200cm 存储温度 -20℃~60℃，非冷凝 分辨率 8cm 电源 12V DC 或 110/220V AC 图3 M-IR便携式傅立叶红外固液分析仪 (3)M-IR便携式立立叶红外固液分析仪(如图3所示)。M-IR便携式傅立叶红外化学物质鉴定系统，是设计专门用于火灾、地震、爆炸等重大污染事故和在极端环境下对各种 化学物质进行现场快速定性分析的高度一体化工具，可以在数秒钟之内对固体、液体、粉末状、黏稠状样品进行快速定性分析。M-IR结构设计非常紧凑、坚固；体积小巧、重量轻；所有的部件集成在便携式手提箱中；防爆、防水设计，操作简单，即开即用，现场快速得出结果。M-IR采用ATR 光谱技术，包含了14000多种有毒有害物质图库，是对污染环境的未知化学物质现场定性最有利的工具。仪器配置的丰富的红外指纹图库可以更快速地给出未知物的鉴定结果；此外，使用者可以非常方便地把其特别关心的物质加到指纹谱库中，使仪器具有更广泛的用途。其主要特点： 可快速识别未知的化学或生物样品；使用简单，无须专业培训即可操作；无须样品前处理；几秒钟即可得到检测结果；防爆、防水，可整体洗消，可在极其恶劣的环境中使用；可进行无线数据传输；可根据需要随时添加图库。 表3 M-IR 分析仪的技术参数 重量 13kg 环境适应性 系统满足IP67标准要求，防水防爆设计，进入重度污 染区检测后，可直接整体洗消 可使用多种红外参考谱库，如白色粉末谱库、爆炸物 尺寸(长×宽×厚) 410mm x340mm×180mm 参考谱库 谱库、危险化学品谱库、常规化学品谱库、农药谱库、 毒品谱库等 扫描范围 500cm--6000cm- 工作温度 -5℃~40℃ 分辨率 0.9cm ，一1 工作湿度 0~100%R. H.，可在极端湿度下工作 无须前处理，直接放在样 内置电池，连续4h 供电能力；12V DC 或 110V/240V 样品 品槽上，20s内就可得到 分析结果 电源 AC，50Hz~60Hz 采样技术 单反式金钢石衰减全反射 (ATR) 4 结语 TruDefender FT 手持式红外不明质学物质鉴定仪、GASMET系列傅立叶变换红外气体分析仪和M-IR 便携式傅立叶红外化学物质鉴定系统，可以分别对固、气、液相物质进行定性定量分析，基本代表了现今便携式现场快速红外毒剂检测系统的水平。今后的发展方向主要是能够实现单机对三种状态样品的定性定量分析，同时提高检测的灵敏度和仪器的稳定性能。 ( 参 考 文 献 ) ( [1] 陈培榕，邓勃.现代仪器分析实验与技术[M].北京：清华大学出版社，2002，103~105. ) ( [2 ： ] 吴征铠，唐敖庆.分子光谱光专论[M].济南：山东科学技术出版社，1999.150~163. ) ( [3 ] www. thermoscientific. com/ahura. ) ( [4] 边归国.傅立叶变换红外光谱法在突发性污染事故监测中的应用、干早环境监测.2003，17(4)：205~207. ) ?China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http：//www.cnki.net     近年来, 随着国际政治环境的变化, 防范化学恐怖和保障化学安全越来越成为公共安全领域中的一个重要方面。如何现场快速鉴定分析可疑样品、确定有毒有害化学物质种类和含量就成为化学工作者面临的迫切课题。红外仪器是利用分子中特定基团和化学键对红外辐射的特征吸收对物质进行定性和定量分析的方法, 可以有效地快速完成对毒剂和有毒有害物质分析的任务。近期发展起来的便携式红外检测鉴定仪器对于战场、抢险救灾、事故灾害、卫生防疫、消防等恶劣现场环境快速检测鉴定未知化合物或确认有毒有害化合物具有重要的意义。