基于熒光聚合物傳感技術(shù)的爆炸物探測(cè)

■ 文/李緯 梁必武 張玉東 鮑中斌 祝勝康

1.公安部第一研究所 2.湖南華南光電科技股份有限公司3.中電長(zhǎng)城圣非凡信息系統(tǒng)有限公司

關(guān)鍵字：化學(xué)傳感器 熒光共軛聚合物 爆炸物探測(cè)

1 引言

炸藥作為一種在軍事和民用工業(yè)上具有廣泛用途的爆炸物，在人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展中有著重要的作用。軍事上，炸藥可以用來(lái)制作槍彈、炮彈的發(fā)射藥和火箭、導(dǎo)彈的推進(jìn)劑及其他驅(qū)動(dòng)裝置的能源，是彈藥重要組成部分；民用工業(yè)上，炸藥可以用來(lái)礦山開(kāi)采、建筑物爆破等多個(gè)方面。然而非法使用炸藥，將炸藥作為實(shí)施爆炸恐怖活動(dòng)及其他違法犯罪，則會(huì)給人類(lèi)社會(huì)帶來(lái)巨大危害。例如：美國(guó)“9 ·11”恐怖襲擊事件、中國(guó)烏魯木齊南站爆炸事件和法國(guó)巴黎恐怖襲擊事件，這些不僅給當(dāng)?shù)鼐用裆顜?lái)恐慌，更是造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和惡劣的社會(huì)影響。

爆炸物種類(lèi)繁多，其中大部分都是以某種炸藥成分與其他化學(xué)物質(zhì)混合制成混合爆炸物。根據(jù)爆炸物的化學(xué)成分大體可分為以下四大類(lèi)：硝基芳烴類(lèi)、硝銨類(lèi)、硝酸酯類(lèi)、過(guò)氧化物類(lèi)炸藥。已知的高能量爆炸物中最常見(jiàn)的是硝基類(lèi)爆炸物，包括苦味酸（PA）、2,4,6-三硝基甲苯（TNT）、2,4-二硝基甲苯（2,4-DNT）和 1,3-二硝基苯（1,3-DNT）和硝基烷烴類(lèi)化合物，如硝基甲烷（NM）。炸藥不僅具有極強(qiáng)的破壞性，過(guò)量炸藥的殘余物也會(huì)對(duì)人體健康和環(huán)境造成嚴(yán)重的危害。例如，苦味酸（PA） 常用于各種小規(guī)模醫(yī)療配方和防腐劑等。由于用途廣和具有高水溶性，苦味酸及其衍生物已成為主要的環(huán)境污染物。例如，美國(guó)環(huán)境保護(hù)署已將爆炸物列為環(huán)境污染物，飲用水中 PA 含量不能超過(guò) 0.001 mg/L，TNT含量不能超過(guò)2ppb，否則就會(huì)對(duì)人體造成毒害。因此從國(guó)防安全、軍事應(yīng)用、法醫(yī)鑒定、機(jī)場(chǎng)安檢、環(huán)境檢測(cè)等方面而言，開(kāi)發(fā)低成本、操作簡(jiǎn)單、便攜性強(qiáng)、靈敏度高和選擇性好的檢測(cè)方法非常重要。

2 爆炸物探測(cè)技術(shù)研究與應(yīng)用

爆炸物的種類(lèi)繁多，為了快速準(zhǔn)確地探測(cè)到炸藥，研究者開(kāi)發(fā)了各種材料和技術(shù)設(shè)備?？偨Y(jié)起來(lái)，大致可分為體探測(cè)技術(shù)和微痕量探測(cè)技術(shù)兩種。體探測(cè)是針對(duì)炸藥的整體進(jìn)行探測(cè)，主要的探測(cè)手段有X射線(xiàn)掃描成像、中子探測(cè)分析、核四極矩等。痕量測(cè)量是檢測(cè)炸藥在生產(chǎn)、運(yùn)輸過(guò)程中殘留下的微量痕跡。例如在生產(chǎn)運(yùn)輸中粘在車(chē)上、手上或物品上的炸藥粉末，這些痕跡雖然微量，但如果采用適當(dāng)?shù)奶綔y(cè)手段，是可以檢測(cè)出來(lái)的。目前，針對(duì)痕量檢測(cè)的方法有各種波譜技術(shù)和傳感技術(shù)。其中波譜檢測(cè)方法包括氣相色譜法（GC）、離子遷移法（IMS）、質(zhì)譜法（MS）等。傳感技術(shù)包括生物傳感技術(shù)、熒光聚合物傳感技術(shù)和懸臂梁微傳感技術(shù)等等。具體可參見(jiàn)圖1。

圖1 爆炸物探測(cè)技術(shù)分類(lèi)

2.1 體探測(cè)爆炸物檢測(cè)技術(shù)

在各種體探測(cè)方法中，X射線(xiàn)的應(yīng)用最為廣泛。X射線(xiàn)的主要探測(cè)方法有衍射法和CT法。CT法是利用X射線(xiàn)進(jìn)行三維斷層掃描以構(gòu)建爆炸物圖形，這種方法可以對(duì)探測(cè)的爆炸物進(jìn)行定位。吳萬(wàn)龍等人對(duì)CT技術(shù)檢測(cè)爆炸物的原理進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。中國(guó)民航大學(xué)孫毅剛構(gòu)建了關(guān)于CT檢測(cè)爆炸物的圖像去噪新算法，根據(jù)爆炸物探測(cè)成像中噪聲特點(diǎn), 結(jié)合小波包分析和快速中值濾波進(jìn)行去噪, 采用改進(jìn)的閾值消噪方法處理小波包分解系數(shù), 運(yùn)用快速中值濾波替代傳統(tǒng)的中值濾波算法減少運(yùn)算量, 節(jié)省運(yùn)算時(shí)間, 提高行李的檢測(cè)速度。根據(jù)研究結(jié)果得出, 與小波包分析、快速中值濾波去噪等去噪算法相比, 構(gòu)建的新算法具有更好的去噪效果。

中子探測(cè)法是體探測(cè)家族重要的成員，在爆炸物探測(cè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。中子探測(cè)的原理是利用中子束流檢測(cè)物質(zhì)中碳、氨、氧等輕量元素的含量鑒別是否存在爆炸物。常見(jiàn)的中子探測(cè)法包括：熱中子活化法、快中子活化法、脈沖快中子分析法、熱中子斷層掃描法四種。

總體而言，體探測(cè)爆炸物方法雖然廣泛用于實(shí)踐，技術(shù)較為成熟，但因其存在體積龐大、價(jià)格昂貴、操作復(fù)雜和靈敏度較低等缺點(diǎn)，并不能完全滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用。

2.2 微痕量爆炸物檢測(cè)技術(shù)

爆炸物在生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸過(guò)程中不可避免地要留下痕跡，這些痕跡雖然極其輕微，但仍可以為炸藥的探測(cè)提供間接證據(jù)。這些痕跡通常會(huì)附著在接觸炸藥的物品上，例如汽車(chē)、門(mén)把手等。另外，埋藏在地下的地雷等爆炸物也會(huì)揮發(fā)出氣體。一般爆炸物的飽和蒸汽壓都非常低，例如，DNT和TNT的飽和蒸汽壓分別是100ppb和5ppb，如此低的濃度對(duì)傳感器的靈敏度提出了很高的要求，檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)該具備空氣采樣和壓縮提純功能。常用的探測(cè)方法有紅外吸收光譜技術(shù)、氣相色譜法、質(zhì)譜法、化學(xué)傳感器、生物傳感法、MEMS傳感等。

2.2.1 化學(xué)傳感技術(shù)

化學(xué)傳感技術(shù)的原理是利用化學(xué)材料與被檢測(cè)物之間的接觸引起電信號(hào)或者光信號(hào)的變化。目前，熒光聚合物傳感技術(shù)由于其響應(yīng)速度快、檢測(cè)靈敏度及選擇性高被越來(lái)越多的研究人員關(guān)注。熒光聚合物技術(shù)最早來(lái)源于美國(guó)MIT的Swager教授在研究分子導(dǎo)線(xiàn)傳感器領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展后應(yīng)用于炸藥探測(cè)領(lǐng)域。

2.2.1.1 熒光聚合物傳感技術(shù)原理

在共軛聚合物中存在著 π 電子共軛體系， π 鍵被分成成鍵軌道 π 和反鍵軌道 π*，每一個(gè)軌道可以容納兩個(gè)自旋方向不同的電子。其中 π 軌道充滿(mǎn)，稱(chēng)作價(jià)帶；π* 軌道無(wú)電子，稱(chēng)作導(dǎo)帶，價(jià)帶和導(dǎo)帶之間的能量差叫做帶隙 Eg。一般而言，其能隙的范圍在1.5eV～3eV 之間，因此具有半導(dǎo)體的性質(zhì)。激發(fā)電子躍遷到基態(tài)的過(guò)程會(huì)發(fā)射比激發(fā)光波長(zhǎng)更長(zhǎng)的熒光，如圖2所示。

圖2 光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移熒光淬滅原理

傳統(tǒng)的熒光小分子材料作為傳感材料，只有與淬滅劑直接接觸的熒光分子才會(huì)發(fā)生淬滅且效果不太明顯。而共軛聚合物中的共聚單元通過(guò)共價(jià)鍵構(gòu)成鏈狀結(jié)構(gòu)，共軛聚合物的 HOMO 能量較高，受激發(fā)的電子可以在 π共軛所產(chǎn)生的通道上沿整個(gè)分子鏈離域，使共軛聚合物的分子鏈結(jié)構(gòu)具有了“分子導(dǎo)線(xiàn)”的特征。離域電子很容易和帶有受體性質(zhì)的基團(tuán)或物質(zhì)發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移等作用，這種電荷轉(zhuǎn)移作用可以使電子和空穴發(fā)生分離，從而導(dǎo)致共軛聚合物熒光被淬滅。根據(jù)聚合物發(fā)射熒光的變化就可以了解聚合物對(duì)不同環(huán)境或物質(zhì)的敏感度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同環(huán)境或物質(zhì)的傳感。共軛聚合物的“分子導(dǎo)線(xiàn)”結(jié)構(gòu)使得當(dāng)電子受體結(jié)合到鏈上的任何一個(gè)位點(diǎn)時(shí)就會(huì)阻礙整條鏈上的電子或能量流動(dòng)，從而改變其熒光特性，即一個(gè)淬滅劑可能淬滅整條共軛聚合物鏈發(fā)出的熒光，產(chǎn)生增強(qiáng)的電子傳遞淬滅效果，如圖 3 所示。這一獨(dú)特的光電性質(zhì)可極大地放大熒光傳感信號(hào)，使得熒光共軛聚合物傳感技術(shù)成為目前國(guó)際上靈敏度最高的微痕量分子檢測(cè)技術(shù)。

圖3 小分子和共軛聚合物大分子的熒光淬滅機(jī)理

吳洪濤研究合成的二維超支化熒光聚合物，分析研究了化合物的紫外吸收和熒光發(fā)射光譜,同時(shí)探究了隨著苦味酸加入聚合物熒光光譜的變化曲線(xiàn)。結(jié)果表明該超支化的熒光聚合物對(duì)苦味酸的響應(yīng)性能可實(shí)現(xiàn)超級(jí)淬滅效應(yīng)。具體示例如圖4所示。

圖4 超支化共軛聚合物 的“超級(jí)淬滅效應(yīng)”視圖

Han等研究了二代叔丁基咔唑樹(shù)枝狀分子的干膠薄膜對(duì)爆炸物蒸氣的傳感性能。在凝膠過(guò)程中，樹(shù)枝狀分子芳基單元之間的 π-π 相互作用自組裝成一維的纖維，并互相纏結(jié)交錯(cuò)，形成層狀結(jié)構(gòu)的三維多孔網(wǎng)絡(luò)干膠薄膜。在 TNT 和 DNT 蒸氣中，薄膜熒光的淬滅效率分別可達(dá)到77%和 91%。

Bonifácio等利用酰胺化反應(yīng)，制備了苝染料外殼的一代和四代聚脲樹(shù)枝狀分子。苝染料 π-π 堆積和核心脲基輔助的氫鍵作用，形成構(gòu)象受限的三維排列，產(chǎn)生TNP 和 TNT 分子識(shí)別的自印記通道，可以在復(fù)雜的硝基芳烴混合物中識(shí)別 TNT 和 TNP。檢測(cè)限響應(yīng)范圍可達(dá)到在 20×10-6～38. 5×10-6g。

2.2.1.2 熒光聚合物傳感技術(shù)在安檢工作中的應(yīng)用

美國(guó)Swargr研究小組報(bào)道了基于碟烯衍生物的熒光聚合物，該共軛聚合物材料對(duì)TNT、DNT反應(yīng)非常靈敏，主要原因是大側(cè)基pentipycene的剛性結(jié)構(gòu)阻礙了固態(tài)狀態(tài)下PPE主鏈的π-堆積，避免熒光自淬滅現(xiàn)象，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。在固態(tài)堆積狀態(tài)下，形成的多孔結(jié)構(gòu)和分子通道有利于爆炸分子擴(kuò)散到聚合物薄膜中，因此對(duì)硝基芳香烴類(lèi)爆炸物表現(xiàn)出較高的選擇響應(yīng)性和檢測(cè)靈敏度。該聚合物在30s內(nèi)，室溫下 TNT飽和蒸汽淬滅50%左右。美國(guó)的Nomadics公司與該小組合作，推動(dòng)了聚合物探測(cè)器的產(chǎn)業(yè)化，該公司開(kāi)發(fā)的FIDO系列便攜式爆炸物探測(cè)器已投入市場(chǎng)，且部分產(chǎn)品己被美軍部隊(duì)裝配，如6所示。

圖5 pentipycene衍生物-PPE結(jié)構(gòu)和聚合物孔隙與分析物結(jié)合的示意圖（A）及PPE1的分子結(jié)構(gòu)（B）

圖6 Fido基于聚合物傳感技術(shù)的歷代產(chǎn)品

2015年，通過(guò)校企合作，設(shè)計(jì)合成了X-PPV材料，以該聚合物材料制備的傳感器件可針對(duì)硝基類(lèi)炸藥（TNT、DNT）、硝銨類(lèi)炸藥（RDX、PETN）、奧克托今和黑火藥等30多種炸藥開(kāi)展痕量檢測(cè)。特別是對(duì)氣態(tài)TNT顯示了極高的靈敏度，達(dá)到10-15g，其熒光淬滅效果如7所示。其中，2017年設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)型號(hào)為HWX-16B的便攜式炸藥探測(cè)器經(jīng)國(guó)家權(quán)威部門(mén)認(rèn)證，在探測(cè)限和檢測(cè)種類(lèi)等關(guān)鍵性指標(biāo)上都達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。目前該產(chǎn)品已被廣泛應(yīng)用于新疆公路檢查站、核電站和公安系統(tǒng)，且客戶(hù)反饋良好。如圖8所示。

圖7 X-PPV材料加入TNT前后熒光淬滅對(duì)比

圖8 HN-HWX16B、HN-HWX16C系列產(chǎn)品

為對(duì)爆炸物探測(cè)儀產(chǎn)品升級(jí)，增加檢測(cè)爆炸物種類(lèi)，目前正在積極研究一種含四苯乙烯的芳香化合物，其具有較大的共軛結(jié)構(gòu)，電荷離域范圍廣，而且其獨(dú)特的三維構(gòu)型有利于構(gòu)建良好的聚集結(jié)構(gòu)，對(duì)PA具有顯著的熒光淬滅效果。該化合物在探測(cè)功能領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景、實(shí)用性強(qiáng)、推廣應(yīng)用價(jià)值高。具體如圖9所示。

圖9 含四苯乙烯的芳香化合物對(duì)PA的熒光淬滅效果圖

2.2.2 波譜技術(shù)

波譜檢測(cè)法包括氣相色譜法（GC）、離子遷移法（IMS）、質(zhì)譜法（MS）等。波譜探測(cè)技術(shù)因?yàn)榫哂刑綔y(cè)速度快、靈敏度高、探測(cè)范圍廣等特點(diǎn)，已在爆炸物探測(cè)中得到初步應(yīng)用，并將成為痕量爆炸物探測(cè)發(fā)展的新方向。

路林超采用超快速液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜（UFLC-MS/MS）分析方法對(duì)梯恩梯（TNT）、黑索金（RDX）、奧克 托 金（HMX）、特 屈 兒（CE）、太 安（PETN）、硝化甘油（NG）六種有機(jī)炸藥進(jìn)行定性定量分析。采用有機(jī)溶劑提取的方法對(duì)爆炸殘留物或有機(jī)炸藥原體進(jìn)行前處理，應(yīng)用以氯化銨為流動(dòng)相緩沖鹽的超快速液相色譜法分離，采用多離子監(jiān)測(cè)（MRM）模式分析，結(jié)合測(cè)試方法的精密度檢出限和線(xiàn)性關(guān)系。結(jié)果 TNT、RDX、HMX、CE、PETN、NG六種有機(jī)炸藥分離效果良好,在10～500ng/mL范圍內(nèi)線(xiàn)性關(guān)系良好,檢出限濃度為0.2～5ng/mL?？梢哉J(rèn)定，本方法準(zhǔn)確、快速、靈敏、高效，對(duì)六種有機(jī)炸藥均有較好的檢驗(yàn)效果，適用于TNT、RDX、HMX、CE、PETN、NG的 定 性 定 量 檢 驗(yàn)，并可應(yīng)用于日常相關(guān)案件檢驗(yàn)鑒定工作。

溫萌以25mg/L丙酮作為摻雜劑，發(fā)明了一種基于丙酮-輔助光電離離子遷移譜檢測(cè)TATP的方法。優(yōu)化電場(chǎng)強(qiáng)度和進(jìn)樣口溫度等參數(shù)后，TATP的線(xiàn)性范圍為5100ng，檢測(cè)限可達(dá)1.2ng。利用飛行時(shí)間質(zhì)譜對(duì)反應(yīng)試劑離子和產(chǎn)物離子進(jìn)行分析，確定反應(yīng)試劑離子主要是丙酮二聚體離子[(CH3)2CO]2H+，產(chǎn)物離子為T(mén)ATP的碎片離子m/z91[(CH3)2C(O)OO]H+。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種新型非放射性電離源離子遷移譜能夠?qū)崿F(xiàn)痕量TATP過(guò)氧化物爆炸物的高靈敏檢測(cè)。

2.2.3 生物傳感技術(shù)

生物傳感器是對(duì)生物物質(zhì)敏感并將其濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的儀器，是由固定生物敏感材料作為識(shí)別元件（包括酶、抗體、抗原、微生物、細(xì)胞、組織、核酸等生物活性物質(zhì)）與適當(dāng)?shù)睦砘瘬Q能器（如氧電極、光敏管、場(chǎng)效應(yīng)管、壓電晶體等）及信號(hào)放大裝置構(gòu)成的工作分析工具或系統(tǒng)。該技術(shù)是生物活性材料（蛋白質(zhì)、生物膜等）與物理化學(xué)換能器有機(jī)結(jié)合的一門(mén)交叉學(xué)科技術(shù)，是發(fā)展生物技術(shù)必不可少的先進(jìn)檢測(cè)方法和監(jiān)控方法，也是對(duì)物質(zhì)分子快速、微量的分析方法。生物傳感器的研究起源于20世紀(jì)60年代，1967年Updike和Hicks把葡萄糖氧化酶（GOD）固定化膜和氧電極組裝在一起，制成了世界上第一個(gè)生物傳感器，即葡萄糖酶電極。到20世紀(jì)80年代末，對(duì)生物傳感器研究已基本成熟。此后，包括酶?jìng)鞲衅鞯纳飩鞲衅餮芯恐饾u快速發(fā)展起來(lái)，用一種或多種酶作為分子識(shí)別元件的傳感器，如酶-底物、酶-輔酶、抗原-抗體、激素-受體等，固定化后都可能作為分子識(shí)別元件來(lái)選擇性地測(cè)量響應(yīng)。另外，除了生物大分子以外，還可以用細(xì)胞器、細(xì)胞、組織、微生物等具有對(duì)環(huán)境中某些成分識(shí)別功能的元件作為識(shí)別元件，甚至可以用人工合成的受體分子與傳感器結(jié)合來(lái)測(cè)定環(huán)境對(duì)象。

陳章構(gòu)建了一種使用熒光銀納米簇檢測(cè)三硝基甲苯的生物傳感器。使用單鏈DNA（ss DNA）合成熒光銀納米簇，利用Ag+離子與ss DNA上胞嘧啶結(jié)合的特性，使用硼氫化鈉還原Ag+離子，獲得不同粒徑大小的銀納米簇，合成的銀納米簇具有理想的熒光特性，再利用三硝基甲苯對(duì)銀納米簇?zé)晒獯銣缱饔迷恚瑢?shí)現(xiàn)了對(duì)模擬環(huán)境樣品中三硝基甲苯的檢測(cè)。該研究方法簡(jiǎn)單易行，為三硝基甲苯的檢測(cè)提供了可行的思路。檢測(cè)原理如圖10所示。

圖10 三硝基甲苯檢測(cè)原理圖

Mattoussi將TNT抗體修飾到量子點(diǎn)表面，結(jié)合熒光能量共振原理，實(shí)現(xiàn)了異性檢測(cè)TNT。Altstein將TNT抗體固定于溶膠-凝膠矩陣中，結(jié)合酶聯(lián)免疫技術(shù)實(shí)現(xiàn)了TNT特異性檢測(cè)。Goldman使用熒光免疫法，通過(guò)TNT、修飾有熒光染料的TNT和TNT抗體之間競(jìng)爭(zhēng)性反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)環(huán)境樣品中TNT的檢測(cè)。

2.2.4 MEMS技術(shù)

MEMS爆炸物檢測(cè)技術(shù)通常采用靈敏度較高的硅梁作為敏感結(jié)構(gòu)。硅梁與爆炸物樣品直接接觸, 通過(guò)熱激勵(lì)或光激勵(lì),使爆炸物發(fā)生反應(yīng),引起硅梁的溫度、位移、應(yīng)力、諧振頻率等物理量發(fā)生變化, 并用光學(xué)或電學(xué)方法進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)被測(cè)硅梁的物理量不同, 將其分為測(cè)溫法、位移法、壓阻法、諧振法四種。孔德義采用MEMS技術(shù)完成了敏感陣列的制作，該敏感陣列由12個(gè)硅梁組成，在每個(gè)硅梁上均制作有加熱元件和測(cè)溫元件。加熱元件用來(lái)將硅梁加熱到爆炸物的熔點(diǎn)溫度，測(cè)溫元件則用來(lái)測(cè)量爆炸物微粒熔解吸熱所引起的硅梁溫度變化，根據(jù)測(cè)溫元件的輸出信號(hào)可以判斷硅梁上是否有爆炸物微粒，進(jìn)而識(shí)別出其種類(lèi)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該敏感陣列能夠檢測(cè)出微克量級(jí)的TNT和黑索金微粒 。

湖南大學(xué)機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)院微納制造與微系統(tǒng)技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)提出了一種基于電極質(zhì)量負(fù)載超靈敏的聲表面波敏感機(jī)制，并采用新型電子束納米加工工藝，結(jié)合自主推導(dǎo)的專(zhuān)用鄰近效應(yīng)修正公式，研制出了超高頻超靈敏的聲表面波MEMS傳感器，實(shí)現(xiàn)了微質(zhì)量超靈敏探測(cè)和TNT爆炸物的低濃度檢測(cè)。具體檢測(cè)過(guò)程如圖11所示。

圖11 TNT探測(cè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程示意圖

2.2.5 聲表面波技術(shù)

聲表面波傳感技術(shù)通過(guò)利用壓電晶體的上述特性，在壓電襯底上沉積叉指電極，組成聲表面波(Surface Acoustic Wave)器件，簡(jiǎn)稱(chēng)SAW。目前大多數(shù)SAW傳感器的工作原理主要是利用SAW器件的質(zhì)量敏感效應(yīng)。當(dāng)SAW器件吸附其它物質(zhì)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致SAW器件的頻率發(fā)生變化，頻率變化的多少與器件吸附物質(zhì)的量有關(guān)，故傳感器一般通過(guò)響應(yīng)值的大小來(lái)確定待測(cè)氣體的濃度值。

龍吟通過(guò)將兩種強(qiáng)氫鍵酸性硅氧烷聚合物 DKAP 和PLF涂覆到434MHz SAW傳感器上，研究了SAW傳感器對(duì)2,4-DNT的敏感性以及選擇性。通過(guò)對(duì)比分析，表明DKAP的SAW傳感器具有相當(dāng)快的響應(yīng)速度、穩(wěn)定的可逆性、高靈敏度，對(duì)2,4-DNT蒸氣檢測(cè)具有良好選擇性。通過(guò)進(jìn)一步提高DKAP-SAW 傳感器對(duì)硝基化合物蒸汽的敏感性，將極大推進(jìn)其實(shí)際應(yīng)用。

3 危險(xiǎn)爆炸物儀器設(shè)備

近年來(lái)，爆炸物檢測(cè)儀器越來(lái)越多，而且各有優(yōu)缺點(diǎn)。對(duì)防爆安檢隊(duì)伍而言，對(duì)炸藥探測(cè)儀的最佳需求是啟動(dòng)時(shí)間快、靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間短、重量小、使用和維護(hù)方便。

靈敏度高及要求檢測(cè)下限應(yīng)該達(dá)到1ppt數(shù)量級(jí)；響應(yīng)速度快即在有炸藥存在的情況下，測(cè)試反應(yīng)的時(shí)間應(yīng)該在5秒以?xún)?nèi)即可發(fā)出警報(bào)；重量要求控制在2kg以?xún)?nèi)，既便于單兵攜帶，也方便與排爆機(jī)器人組合實(shí)施遙控檢測(cè)；使用、維護(hù)方便即要求炸藥探測(cè)儀的預(yù)熱時(shí)間盡量少，如果檢測(cè)到炸藥，經(jīng)短時(shí)間清洗即可進(jìn)行第二次檢測(cè)；沒(méi)有檢測(cè)到炸藥的情況下，可以連續(xù)檢測(cè)，而且可以直接對(duì)空氣采樣，也可用普通紙張、布料擦拭被檢測(cè)物品，然后對(duì)擦拭紙（或布料）進(jìn)行檢測(cè)，使用費(fèi)用低。

4 結(jié)語(yǔ)

良好的公共安全是人類(lèi)健康文明和諧生活的保障。爆炸物檢測(cè)是當(dāng)前國(guó)際社會(huì)迫切關(guān)注的問(wèn)題之一。在眾多的爆炸物探測(cè)技術(shù)中，就開(kāi)發(fā)前景而言，熒光淬滅爆炸物傳感技術(shù)具有檢測(cè)速度快 、靈敏度高、穩(wěn)定性好、傳感器成本低 、體積小、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是目前爆炸物微痕量檢測(cè)和探測(cè)的最先進(jìn)技術(shù)之一，目前已有多家公司采用該技術(shù)開(kāi)發(fā)不同系列產(chǎn)品。未來(lái)，另一個(gè)趨勢(shì)是進(jìn)一步理解熒光方法對(duì)爆炸物檢測(cè)的傳感機(jī)理及傳感材料與傳感性能之間的關(guān)系。迄今為止，在爆炸物檢測(cè)中使用的大多數(shù)熒光傳感材料是通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行研發(fā)，因此，比較理想的方法是使用理論預(yù)測(cè)( 如分子軌道) 以合理設(shè)計(jì)傳感材料。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，將模擬和理論研究用于具有更佳電子結(jié)構(gòu)和可預(yù)測(cè)傳感性能材料的合理設(shè)計(jì)和合成顯得尤為重要。除了研究傳感材料之外，理解分析物分子是如何擴(kuò)散到傳感薄膜并與發(fā)色團(tuán)發(fā)生相互作用是理論研究的另一個(gè)方向。另外，隨著智能化的發(fā)展，傳感儀器可以具備連接網(wǎng)絡(luò)的功能，信息可以上傳到云端服務(wù)器，便于統(tǒng)籌管理，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)，與其他設(shè)備無(wú)縫銜接，真正做到“一站式”解決問(wèn)題。