随着分析测试技术和电子技术的发展, 便携式分析测试和探测设备已经成熟, 并在安全检查和刑事技术等领域发挥了重要作用。尤其便携式拉曼、便携式红外、便携式X射线荧光、便携式X射线衍射、便携式气质联用以及离子迁移质谱等设备具有方便携带、检测精度高、检测目标范围广的特点, 在爆炸现场对炸药残留物、炸药原药（原材料）、助燃剂及爆炸装置中金属、塑料等材质的关键组件遗留物（导线熔融物、包装物或控制部件残片等）现场快速检验具有重要的应用价值。在现场快速检验设备中, 便携式拉曼光谱仪、便携式红外光谱仪、便携式X射线衍射仪、便携式气质联用仪以及离子迁移质谱仪均具有携带方便、操作简单、高效准确等特点, 对有机炸药检测均具有很好的效果^[2]。

便携式拉曼光谱仪是以拉曼散射效应为基础, 通过光源照射物质分子产生振动光谱来测试物质, 每一种物质都有特征拉曼谱峰, 即特异的指纹图谱, 因此可实现对有机炸药直接无损探测。便携式拉曼光谱仪具有无需制样、无接触、快速检出等特点, 可对有机炸药或透明包装的有机炸药进行检测。由于拉曼光谱为发射光谱, 对于高热感度炸药和深色炸药, 易使炸药在激光照射下吸收能量过高发生燃烧和爆炸。便携式红外光谱仪是通过吸收分子不停地作振动和转动运动而产生的红外光谱来检测物质, 能够对常见炸药进行快速定性分析。由于红外光谱是吸收光谱, 可对黑色或深色炸药进行安全检测^[3]; 但由于检测需要将待检炸药样品与光谱仪的晶体反射面紧密接触, 对于高摩擦感度炸药, 易因挤压造成燃烧和爆炸。便携式X射线衍射仪是利用晶体物质在X射线照射作用下, 在满足一定条件（布拉格定律）情况下, 可形成明暗相间的条纹（德拜环）从而产生衍射, 构成晶体唯一且确定的结构指纹谱, 并与标准谱图比对分析, 进行物相的定性和定量分析。便携式气质联用仪将气相色谱的高分辨能力和质谱检测器的定性能力相结合, 既可利用气相色谱的高效毛细管柱将复杂的混合物组分分离, 又可通过质谱检测提供化合物的分子量信息和结构信息, 并将所得各组分质谱图与参考谱库检索匹配快速鉴别挥发性有机物; 还可根据内标法或外标法对待测组分进行定量分析, 以满足临场快速检验工作中快速定性和定量的需求。离子迁移质谱仪是利用离子在迁移管电场的作用下, 以各自不同的速度向检测器发生迁移并最终在检测器上形成电流脉冲, 从而产生以迁移时间为横轴、以电流强度为纵轴的离子迁移谱图。由于迁移的速度和质量、体积大小和所带电荷有关, 在图谱上就可以通过不同位置的尖峰来区分不同的物质。

对于炸药的快速检验, 以上快速检验设备具有很强的互补性, 有效组合可基本实现对常见炸药的成分认定和定性分析。如便携式拉曼光谱仪可对有机炸药无损直接检测, 但对深色、高热感度炸药的检验具有一定的限制; 便携式红外光谱仪可对深色炸药进行安全检测, 但不适用于高摩擦感度炸药检验; 便携式X射线衍射仪可对晶体结构的无机和有机炸药进行有效检测; 便携式气质联用仪不仅可对有机炸药原药进行检测, 在炸药爆炸残留物临场检验方面也具有重要的应用前景; 离子迁移质谱炸药探测器不仅可对有机炸药原药进行快速检测, 而且还可应用于高通量痕量炸药快速探测。

为了准确认识现场快速检验设备对TATP炸药的临场检验的有效性和主要特征, 笔者选用了多款具有代表性的现场快速检验设备, 进行了实验测试研究。

2.1 便携式拉曼光谱仪检验

便携式拉曼光谱仪同类型产品较多, 对常见有机炸药探测均具有很好的效果, 但在探测精度和标准谱图数据库完备性方面具有很大不同。TATP炸药测试实验选用了Truscan便携式拉曼光谱分析仪（Thermo Scientific）, 其光谱范围最大可达到250~2875cm^-1, 激光输出功率在25~350 mW（可调）范围内, 波长为785 nm, 比对数据库采用Chemical library（Thermo Scientific）。经激光直接照射取样, 该设备可报警并显示检测结果为TATP, 识别时间小于30 s。拉曼光谱对比结果见图1。

图 1

Fig.1

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	图 1 TATP炸药（结晶体）拉曼光谱比对图Fig.1 Comparison of Raman spectra of TATP explosives (crystals)

2.2 便携式红外光谱仪检验

TATP炸药测试实验采用TruDefender便携式红外光谱分析仪（Thermo Scientific）, 其光谱范围可达到4000~650 cm^-1, 分辨率可达4 cm^-1。由于便携式红外光谱仪需要将待检炸药样品压紧后采样, 对高摩擦感度炸药检测时应取微量样品进行测试, 以保证安全。因此, 对于TATP炸药检测, 首先提取微量样品置于检测器上, 经缓慢压紧后, 再进行检测, 检测结果为TATP, 识别时间小于40 s。红外光谱对比结果见图2。

图 2

Fig.2

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	图 2 TATP炸药（结晶体）红外光谱比对图Fig.2 Comparison of infrared spectra of TATP explosives (crystals)

2.3 便携式X射线衍射仪检验

Terra便携式X 射线衍射仪（Inxitu）采用了最新的2D-XRD和样品振动技术, 减少了压片制片, 最小检测样品量为15mg。其测量角度范围为8~55^o, 测量精度为0.001^o。

首先将TATP少量样品碾磨制粉, 使用100 目滤筛过滤, 然后将其放入样品室检测收集数据。并使用国际通用数据库PDF2 及Xpowder分析软件, 在预先建立标准谱图的基础上, 对采集的数据进行搜索匹配, 得出了TATP物相部分拟合谱图（见图3）。

图 3

Fig.3

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	图 3 TATP物相部分拟合谱图Fig.3 Comparison of Raman spectra at the objective phase of TATP explosives

2.4 便携式气相色谱-质谱联用仪检验

便携式气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）具有操作简便、快速的特点, 对易挥发、高溶解性的有机炸药和助燃剂具有较高的分析灵敏度、准确度和较低的方法检出限。该类设备主要采用微型环状离子阱质谱技术或线性四极杆质谱技术, 可将GC的高效分离与MS的准确定性相结合, 采用了固相微萃取、吸附-热解析等多种进样方式。

对TATP炸药检测, 采用了Mars-400Plus便携式气相色谱-质谱联用仪（聚光科技）, 进样方式为注射器进样。检测结果经采用NIST数据库检索比对, 结果正确, 检测时间约为3min。总离子流色谱图（TIC）及质谱比对结果见图4、5。

图 4

Fig.4

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	图 4 TATP炸药TIC色谱质谱图Fig.4 TIC chromatographic and mass spectrum of TATP explosives

图 5

Fig.5

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	图 5 TATP质谱比对结果图Fig.5 Comparison of the mass spectrums between TATP explosives

2.5 离子迁移质谱仪检验

目前离子迁移质谱检验炸药设备在国内安检部门使用比较广泛, 同类产品较多, 主要用于对痕量炸药的快速检测。笔者利用B220炸药探测器（Implant Sciences）对TATP炸药进行了试纸擦拭取样法检测。实验结果表明该设备可报警并准确识别出TATP炸药, 识别时间小于25 s, 比对结果见图6。

图 6

Fig.6

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	图 6 TATP炸药（结晶体）离子迁移谱比对图Fig.6 Comparison of ion mobility spectra of TATP (crystals)

对于TATP炸药的现场快速检验, 便携式拉曼光谱仪、便携式红外光谱仪、便携式X射线衍射仪、便携式气相色谱-质谱联用仪以及便携式离子迁移质谱仪五种现场快速检验设备均可在建立TATP标准图谱的基础上完成对TATP炸药成分的快速定性检验。其中, 便携式拉曼光谱仪、便携式红外光谱仪以及便携式离子迁移质谱仪探测速度最快, 能直接预警并给出比对结果; 便携式衍射仪和便携式气相色谱-质谱联用仪可通过图谱分析对TATP混合物进行解析; 便携式拉曼光谱仪可以实现无损直接检测。在实际工作中, 对TATP 炸药高通量和具有非透明包装物条件下的快速检测, 还缺乏相应的技术和手段, 但随着太赫兹探测、中子探测、X射线能谱等技术的发展与应用, 以及对TATP炸药系统化、深入化的研究, 更多的现场快速检验技术和高通量探测技术逐渐应用于实战, 将为TATP炸药等过氧化物炸药的有效防控提供更有效地技术支持和手段。