CN103884770B

CN103884770B - 一种爆炸物的检测方法

Info

Publication number: CN103884770B
Application number: CN201210559527.9A
Authority: CN
Inventors: 李海洋; 梁茜茜; 王新; 周庆华; 陈创; 王祯鑫; 李杨
Original assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Current assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority date: 2012-12-19
Filing date: 2012-12-19
Publication date: 2016-12-28
Anticipated expiration: 2032-12-19
Also published as: CN103884770A

Abstract

本发明公开了一种对痕量的爆炸物进行现场快速、灵敏、准确的检测新方法。以离子迁移谱为基本检测技术，采用负离子模式，热解析进样方式，建立了离子迁移谱分析痕量黑火药，以及同时有效分离黑火药及硝铵类炸药的分析方法。本专利通过调节载气湿度、掺杂剂位置、筛选掺杂剂、优化掺杂浓度，同时提高检测的分离度和灵敏度，实现了对黑火药等含硫易爆物和含氮类炸药的高灵敏检测，检出限达到pg量级。

Description

一种爆炸物的检测方法

技术领域

本发明涉及一种对pg量级的黑火药等含硫易爆物和硝铵炸药进行现场快速、灵敏、准确的检测新方法。以离子迁移谱为基本检测技术，采用负离子模式，热解析进样方式，建立了离子迁移谱分析痕量黑火药，以及同时有效分离黑火药及硝铵类炸药的分析方法。本专利论述了配有热解析进样器的离子迁移谱，通过调节载气湿度、掺杂剂位置、筛选掺杂剂、优化掺杂浓度，同时提高检测的分离度和灵敏度，测定质量校正曲线实现了对痕量爆炸物的高灵敏检测。

背景技术

和平与发展已成为当今世界的主题。然而恐怖袭击活动时有发生，由爆炸引发人员伤亡和大范围恐慌仍然是恐怖分子采用的主要袭击方式。由于黑火药及三硝基甲苯(TNT)等硝基化合物因其爆炸威力大和价格便宜而经常被恐怖分子使用，如果能够迅速检测出空气中的痕量爆炸物，就可以跟踪、确定爆炸物的位置，从而防止爆炸的发生。因此，快速、灵敏的检测隐藏的痕量爆炸物具有非常重要的意义。

离子迁移谱（Ion Mobility Spectrometry，IMS）技术20世纪70年代出现的一种快速分离检测技术，与传统的质谱、色谱仪器相比，具有结构简单，灵敏度高，分析速度快，结果可靠的特点。能够在大气环境中对微量物质进行检测，适于现场使用。目前我们研究的IMS已经广泛应用在化学战剂、毒品、爆炸物探测、环境监测、有毒气体监测、火灾监测、水污染监测和食品监测等领域。

目前我们已申请多个专利关于用离子迁移谱检测爆炸物方面，如201210222589.0，介绍氯代烃类化合物在离子迁移谱检测炸药中的应用，以二氯甲烷做添加剂，改变了空气峰的位置，使之向前迁移1-2ms。黑火药和含硫化合物原本与空气峰重合，这样实现了黑火药和含硫化合物与背景信号的有效分离。减少了黑火药和含硫化合物的误报和漏报。

本专利旨在进一步探索pg量级的黑火药等爆炸物的检测方法。

发明内容

为了同时提高检测的分离度和灵敏度，实现对黑火药等含硫易爆物和含氮类炸药的高灵敏检测。本发明采用的技术方案为：

在爆炸物样品的离子迁移谱检测过程中，将四氯化碳做添加剂添加到离子迁移谱的开放式气路的漂气中，氯代烃类化合物可以将反应离子峰位前移从而增加其与爆炸物的产物离子峰的分离度。通过调节载气湿度、掺杂剂位置、筛选掺杂剂、优化掺杂浓度提高检测灵敏度的功能。

所述离子迁移谱的开放式气路是指，环境的空气作为载气和漂气分别从载气入口和漂气入口通入离子迁移谱内，并由离子迁移谱的气体出口流出；气体出口流出的气体不进行循环利用，而直接进行收集或经净化后排入大气中。

离子迁移谱的电离源可以是镍源或紫外灯电离源；通过离子迁移谱检测仪试验，负离子模式迁移谱检测仪里获得理想检测信号。

漂气中四氯化碳掺杂浓度控制范围为0.2~170ppm。0.2~1.0ppm的四氯化碳掺杂在漂气中优势明显，既可以避免掺杂于载气中时出现的空气峰的干扰，又可以通过调节掺杂浓度保证黑火药和含硫化合物与背景信号的有效分离。因为掺杂剂添加于漂气中时，若掺杂浓度过高，则掺杂剂中性分子会与反应离子发生团聚，导致反应离子峰的后移和峰变形、拖尾的现象。

载气和漂气的湿度控制范围为0~0.1ppm；在此湿度范围内，可以使黑火药和含硫化合物与空气峰完全重合分离至部分重合。

爆炸物的痕量线性范围为1.0~400pg；

爆炸物为含硫易爆物或含氮爆炸物，含硫易爆物为黑火药、爆竹、枪弹药，含氮爆炸物为TNT、ANFO、RDX、PETN。

本发明的优点如下：

1.由单独的离子迁移谱对含黑火药等无机成分的爆炸物的检测鲜少报道，本专利结合热解析进样方式，使黑火药中含有的硫磺得到气化，将四氯化碳掺杂在漂气气路中，既保证了分离度，又提高了检测灵敏度，与现有的报道相比，至少提高了100倍。

2．本专利的检测方法不仅适用于黑火药等含硫爆炸物，同时适用于含氮类的军用炸药，检测灵敏度均达到pg量级。

附图说明

图1为负离子模式下空气试剂离子峰(RIP)、化学添加剂离子峰和硫磺产物离子峰（PIP）随不同湿度变化的离子迁移谱图；

图2为负离子模式下掺杂剂分别置于载气和漂气中对痕量硫磺（＜400pg）检测差异的离子迁移谱图；

图3为不同氯代烃化学添加剂（二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳）掺杂于漂气中对硫磺检测分离度的影响的离子迁移谱图；

图4为不同浓度四氯化碳对硫磺检测影响的离子迁移谱图；

图5为硫磺的定量校正曲线图；

图6为负离子模式下离子迁移谱、四氯化碳做化学添加剂检测含硫易爆品（黑火药、爆竹等）的离子迁移谱图；

图7为负离子模式下离子迁移谱、四氯化碳做化学添加剂检测黑火药（硫）和TNT、AN的离子迁移谱图。

具体实施方式

所述离子迁移谱仪：以电离源为放射性⁶³Ni源，紫外光电离源和放电电离源。所述的离子迁移谱仪主要包括进样装置、电离源、迁移管、离子门、迁移区、信号接收与检测系统和气路干燥系统。进样装置主要包括热解析器、取样片和载气输送管路。载气输送管路由四氟管或金属管和两通转接头组成。取样片可以为采样纸、金属栅网、聚四氟片或聚四氟乙烯耐高温专用取样布。

图1-7给出一些实验谱图对本发明给与说明。这些谱图的实验条件均为：实验时迁移管温度保持在100℃，进样器温度180℃，载气（空气)、漂气（空气）气流分别为400mL/min、600mL/min。

用进样针取1-10μL，0.01-1ppm炸药样品溶液。在负离子模式下以离子迁移谱仪为检测仪器，化学添加剂掺杂在漂气中，载气携带样品进入离子迁移谱的电离区；样品在电离区被电离成正、负离子，通过周期性开启的离子门，进入由均匀电场构成的漂移区，在漂移区得到分离与检测。不同化合物的迁移率常数有差异，在漂移区移动的速度不同，它们到达检测器的时间不同。测量离子到达探测器的时间和峰强度，就可以确认化合物种类，并且根据峰的信号强度确定其含量。

实施例1

图1为负离子模式下空气试剂离子峰(RIP)、化学添加剂（CH₂Cl₂）离子峰和硫磺（5.0ng）产物离子峰（PIP）随不同湿度变化的离子迁移谱图。实验时迁移管温度100℃，进样器温度180℃，载气（空气）和漂气（空气）气流分别为400mL/min和600mL/min，载气气路中CH₂Cl₂浓度为7ppm。从图中可以看出，在相对湿度为0%，即绝对湿度低于0.1ppm时，三峰之间的分离度最佳。RIP出现在4.92ms,与PIP峰（5.04ms）部分重叠，而CH₂Cl₂的化学添加剂信号峰迁移到5.04ms，改变了空气峰的位置，能与S的PIP峰完全分开。说明在低湿度下（＜0.1ppm）,为了有效识别黑火药（S），化学添加剂的掺杂很有必要。

实施例2

图2为负离子模式下掺杂剂分别置于载气和漂气中对痕量硫磺（300pg）检测差异的离子迁移谱图。实验时迁移管温度100℃，进样器温度180℃，载气（空气）和漂气（空气）气流分别为400mL/min和600mL/min，湿度控制在0.1ppm以下，二氯甲烷化学添加剂分别添加于载气和漂气中，气路中CH₂Cl₂浓度为7ppm。检测结果说明了对于痕量（＜400pg）的硫磺检测,将化学添加剂置于漂气中更具优势。因为既可以避免将其置于载气中出现的空气峰干扰，又可以增强硫磺的检测信号。但是二氯甲烷作为化学添加剂置于漂气中，会是其与硫磺的PIP的分离度降低。

实施例3

图3为不同氯代烃化学添加剂（二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳）掺杂于漂气中对硫磺（300pg）检测分离度的影响的离子迁移谱图。实验时迁移管温度100℃，进样器温度180℃，载气（空气）和漂气（空气）气流分别为400mL/min和600mL/min，漂气气路中化学添加剂浓度为10ppm，湿度控制在0.1ppm以下。从图中可以说明，四氯化碳作为化学添加剂掺杂于漂气中，可以获得最佳的分离度。这是由于在迁移管中的四氯化碳中性分子与Cl离子的结合能力最弱，因而避免了出现峰位右移和峰展宽的现象。

实施例4

图4为不同浓度四氯化碳对硫磺检测影响的离子迁移谱图。实验时迁移管温度100℃，进样器温度180℃，载气（空气）和漂气（空气）气流分别为400mL/min和600mL/min，湿度控制在0.1ppm以下，漂气气路中四氯化碳浓度为别为0.2-60ppm。从图中可以说明，低浓度的四氯化碳（0.2ppm-1.0ppm）掺杂于漂气中对低浓度硫磺检测时优势明显，显示出非常完美的峰型，峰结构对称，峰信号强。

实施例5

图5为硫磺的定量校正曲线图。实验时迁移管温度100℃，进样器温度180℃，载气（空气）和漂气（空气）气流分别为400mL/min和600mL/min，漂气气路中四氯化碳浓度为别为0.2-60ppm。将0.67ppm的四氯化碳掺杂于漂气中，湿度控制在0.1ppm以下。从图中可以说明，对硫磺的检测质量在20pg~200pg之间有较好的线性关系，之后随着浓度的增加，检测信号趋于饱和。根据20pg对应的信号，由3倍信噪比计算所得的最低检出限为1.0pg。

实施例6

易爆品实际样品的取样方式：将黑火药等易爆品取一颗粒置于铝箔纸上，碾磨成粉，取迁移谱检测确认洁净的取样布粘取少许，待测。

在负离子模式下以离子迁移谱仪为检测仪器，样品气体被载气携带进入离子迁移谱的电离区，载气的流量为400mL/min；样品在电离区被电离成正、负离子，通过周期性开启的离子门，进入由均匀电场构成的漂移区，在漂移区得到分离与检测。实验时迁移管温度100℃，进样器温度180℃，载气（空气）和漂气（空气）气流分别为400mL/min和600mL/min。将0.67ppm的四氯化碳掺杂于漂气中，湿度控制在0.1ppm以下。

图6为负离子模式下离子迁移谱、四氯化碳做化学添加剂置于漂气中，检测含硫易爆品（黑火药、爆竹等）的离子迁移谱图。从图中可以说明，以四氯化碳掺杂于漂气的方法，可以实现用离子迁移谱对痕量黑火药、爆竹（黄、灰成分）的检测，其产物离子峰与硫磺出峰位置一致。将硫磺作为黑货药的有效成分在迁移谱仪中进行系统研究是合理的。

图7为负离子模式下离子迁移谱、四氯化碳做化学添加剂置于漂气中，检测黑火药（硫）和TNT、AN的离子迁移谱图；爆炸物的质量分别为500pg。从图中可以说明，本文方法不仅可以成功检测含硫易爆品（黑火药），且可以同时检测AN、TNT与黑火药（S）的混合物。且检测灵敏度得到提高。

Claims

1.一种爆炸物的检测方法，其特征在于：

在爆炸物样品的离子迁移谱检测过程中，将四氯化碳做添加剂添加到离子迁移谱的开放式气路的漂气中，爆炸物为含硫易爆物或含氮爆炸物。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述离子迁移谱的开放式气路是指，环境的空气作为载气和漂气分别从载气入口和漂气入口通入离子迁移谱内，并由离子迁移谱的气体出口流出。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：离子迁移谱的电离源是镍源或紫外灯电离源；通过离子迁移谱检测仪试验，负离子模式迁移谱检测仪里获得理想检测信号。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：漂气中四氯化碳掺杂浓度控制范围为0.2～170ppm。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：漂气中四氯化碳掺杂浓度控制范围优选为0.2～1ppm。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

载气和漂气的湿度控制范围为0～0.1ppm。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：爆炸物的痕量线性范围为1.0～400pg。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

含硫易爆物为黑火药、爆竹或枪弹药；

含氮爆炸物为TNT、ANFO、RDX或PETN。