由于THz波能穿透塑料、纤维、纸张、陶瓷等介质, 可以对隐藏在这些介质之下的爆炸物进行探测。王新柯等^[1]在信封、纺织物和塑料制品隐藏和非隐藏条件下, 分别测定了梯恩梯、黑索金、奥克托今三种炸药和食盐、白糖、淀粉、人工牛黄、白参五种干扰物在0.2~2.6 THz频段内的光谱, 提取出各类物质太赫兹光谱的指纹特性。陈涛等^[2]将炸药特征吸收峰作为分类识别的特征参数, 运用模糊模式识别方法对其太赫兹特征吸收谱进行了分类和识别, 在泡沫隐藏下, 仍能将塑胶炸药PE4（主成分为黑索金）和白糖区分开来。

对隐藏炸药的探测可以分为两种情况。一种是对有形的爆炸物, 可以直接利用太赫兹成像技术进行探测, 对爆炸物和人体等不同介质和对象, THz波可发生不同的发射、透射、反射等光学行为, 在形成的二维或三维的人像上, 爆炸物的形状、大小和位置等信息就直观地显现出来。另外一种是炸药呈流散或软包装状态, 没有显著的形状特征, 此时需要借助太赫兹光谱技术进行探测识别, THz波与待测物质发生吸收、折射、反射等作用, 安检仪探测其反馈信号, 提取物质光谱信息, 进而获得物质成分信息, 由于很多炸药的分子振动、转动能级处于太赫兹波段, 因而能被探测、识别。

基于太赫兹成像技术的太赫兹人体安检仪有主动式和被动式两种, 或称有源式和无源式。早期发展的是被动式太赫兹人体安检仪, 该设备本身不发射THz波, 只被动地探测被测对象发射的THz波, 代表设备是中国电科三十八所的博微太赫兹人体安检仪, 目前此设备已经投入市场, 据报道, 其分辨率达2 cm, 检测时间< 3 s, 成像视场为1.9 m× 0.8 m^[3], 被动式太赫兹人体安检仪存在一些问题, 如背景干扰大, 提取信息少等。目前的研究热点是主动式太赫兹人体安检仪, 该设备主动地发射THz波, 并接受经过被测对象散射、反射或透射的信号, 对被测对象进行成像, 这种主动式安检仪一般采用相干探测, 利用振幅和相位等可以获知待测物更多的信息, 代表设备有华讯方舟于2016年G20安保期间投入使用的太赫兹人体安检仪, 报道称其能够在2.8 s内完成人体360 ° 立体透视成像^[4]。

THz波的波长与空气中悬浮颗粒的尺度相差很远, 散射效应非常微弱, 因此THz波可以在浓烟、雾霾等复杂环境下进行远距离成像, 另外, 与毫米波等长波相比, 其波长短, 分辨率相应的比较高, 用于爆炸现场的远距离探测具有优势。但是, 水分子对THz波的强吸收, 极大地削弱了太赫兹信号的传递, 显著影响有效传输距离, 对远距离探测造成不利影响, 这也是太赫兹技术在实际应用中所要解决的关键难题之一。然而, Liu等^[5]发现尽管水蒸气对黑索金的太赫兹光谱中的多数特征峰具有极强的湮没作用, 但即使在30 m远距离下, 其0.82 THz的特征吸收峰仍然可以辨认, 这使黑索金的远距离太赫兹探测成为可能。据闻, 目前美国陆战队已经配备了一种基于太赫兹技术的非接触式炸药探测设备, 能对几米开外的包覆炸药进行探测识别, 上海理工大学的朱亦鸣教授团队也正在研发一种类似设备, 已经取得一定进展。

测定炸药的太赫兹光谱是进行炸药探测识别和检验鉴定的基础, 目前主要运用的是太赫兹时域光谱法（Terahertz-time domain spectroscopy, THz-TDS）, 它比傅里叶变换红外光谱法灵敏度高, 具有透射、反射、衰减全反射等测量模式, 能获得物质光谱和结构信息以及折光率、吸收系数、消光系数等光学特性。

Wilkinson等^[6]首次报道了TATP炸药的太赫兹吸收谱和折射率, 该炸药是一种相对较新的炸药, 制备和引爆都相对简单, 是近几年恐怖袭击常用的炸药, 其检测探测方法研究具有重大实践意义。另外, Wilkinson等^[7]还研究和比较了黑索金纯晶体和PBXIH-137 材料（主成分为黑索金）的太赫兹吸收特性, 发现二者光谱在不同品质下均存在差别。除实验测定外, 研究者往往还会通过炸药分子结构建模, 仿真其太赫兹吸收光谱, 并将二者进行比对验证。Allis等^[8]利用密度泛函理论对β -奥克托今进行了模拟计算, 发现固态密度泛函理论计算所得的结果能很好地重现试验值, 而由于晶体堆积效应和氢键的形成, 孤立分子模拟计算的结果则与实验值出入较大。

目前国内外炸药太赫兹光谱研究的对象, 见诸报道的多是黑索金、梯恩梯、奥克托今等军用猛炸药, 涉及工业硝铵类炸药和烟火药等无机炸药的文献报道非常少, 而公共安全方面, 特别是国内, 涉案炸药更多的却是无机炸药, 因此, 相关研究者应该更多地聚焦于无机炸药太赫兹光谱研究, 才能更好地将太赫兹技术应用于公共安全和刑事技术领域。Witko等^[9]研究了两种常见爆炸物硝酸钾和硝酸铵在常温（274 K）和低温（78 K）下的太赫兹光谱, 发现硝酸钾在100 cm^-1 (3 THz)以下具有特征吸收, 而硝酸铵在常温下没有响应, 只在78 K温度下出现几个窄强峰。黄平等^[10]研究了烟火药中氯酸钾、高氯酸钾和硝酸钾三种常用氧化剂在0.2~2.5 THz波段的太赫兹吸收光谱, 获得其特征吸收峰, 实验测量值与理论计算结果一致性较好。除上述两篇文献外, 关于无机炸药太赫兹光谱研究鲜有报道, 这固然是因为工业硝铵炸药和烟火药等在太赫兹波段没有或者只有很弱的特征响应, 但目前光谱仪的带宽太窄和灵敏度太低也是重要原因。目前炸药太赫兹光谱测定的带宽多在
3 T以下, 在光源不断改进的基础上, 应开展更宽频域的炸药太赫兹光谱研究, 将太赫兹波段与远红外波段无缝连接。例如, Leahy-Hoppa等^[11]测定了梯恩梯、黑索金、奥克托今、太安的宽频太赫兹吸收谱, 发现在3~6 THz的频段内, 四种炸药均出现新的可识别的特征频带, 这有助于几种炸药的鉴别。另外, 太赫兹光谱仪的源功率、探测器灵敏度和数据处理方式也都需要优化提升, 才能检测和提取到炸药分子更多的太赫兹特征峰。

具有明显太赫兹光谱响应的炸药多为有机物, 具有一定的蒸汽压。在实际应用中, 如果能够利用太赫兹技术对炸药或其标记物的气体进行高灵敏探测, 将是一种颠覆性的进展, 但实际上仅有少数研究者对几种极易挥发的炸药及示踪剂展开了研究。Robert等^[12]
测定了145 ℃下2, 4-DNT气体的太赫兹特征吸收谱, 其在0.05~1.5 THz内有较多的吸收峰。Elizabeth等^[13]
研究了常温常压下硝基甲烷气体的在不同压强（浓度）和测定距离下的太赫兹吸收谱, 并确定了硝基甲烷的检出限为52.7 ppm, 由于硝基甲烷具有较大的蒸汽压和较强的偶极矩, 因此非常适合作为太赫兹远程探测的标记物。Ewelina等^[14]研究了2, 3-二甲基- 2, 3-二硝基丁烷的太赫兹光谱, 这是美国炸药生产中最为常用的一种示踪剂, 在我国, 炸药生产中添加示踪剂也是一种必然趋势, 该研究发现, 在室温下, 2, 3-二甲基-2, 3-二硝基丁烷的太赫兹光谱图在10~90 cm^-1（0.3~2.7 THz）波段内具有两个显著的特征峰, 可以用于对其进行探测和鉴别。液体炸药方面, 目前重要公共场所最为常用的X射线安检仪很容易对其漏检, 而太赫兹技术理论上能够通过物质光谱识别解决这一问题。但事实上, 关于液体炸药太赫兹光谱研究的文献非常少, 常见容器的材质对液体炸药的太赫兹光谱的影响也缺乏研究。

环境因素如湿度、温度、压强等, 样品状态如颗粒度、均一度、厚度、物质晶型等因素会对分子的微观化学环境产生影响, 进而影响物质的太赫兹光谱特征。这种影响是否为必然, 有多大, 有无规律, 能否规避, 如何通过后续处理而减小或消除, 是需要研究的问题, 否则太赫兹检测炸药技术在真实环境中的应用只能是纸上谈兵。Lepodise等^[15]研究了2, 4-二硝基甲苯在7~245 K的宽温度范围下的太赫兹光谱, 发现在低于室温时, 一些新的太赫兹吸收峰出现, 并且原有的吸收峰随温度降低出现红移或蓝移等现象, 强度也随之降低, 这些变化并没有呈现出系统性、规律性。另外, Barber等^[16]也发现奥克托今、 黑索金、太安不同晶面在10~80 cm^-1（0.3~2.4 THz）范围内的太赫兹吸收谱, 受温度影响变化很大。Pereverzev等^[17]采用两种分子动力学方法分别研究了太安在0、1、2、3 GPa下的太赫兹光谱, 计算结果表明, 随压强升高, 太安的太赫兹光谱出现整体蓝移、强度降低的现象。目前获得的太赫兹光谱数据, 许多是在样品经过严格处理之后得到的, 如研磨成均一粉末, 添加高密度聚乙烯, 高压压片并高温干燥, 在氮气氛围下测定, 姚宝岱等^[18]研究了黑索金和奥克托今两种猛炸药的太赫兹吸收谱, 不添加聚乙烯粉、不通氮气, 与添加聚乙烯粉和通氮气相比, 二者光谱的走势均基本一致, 只是谱线出现震荡, 吸收峰位置出现微弱漂移。

目前, 市面上已有的便携式光谱仪尚不多见, 如美国zomega公司生产的Micro-Z迷你型太赫兹时域光谱仪系列产品, 在国内, 中船重工七一七所控股的的海之洋红外股份有限公司也研发出了JIR-PTS型便携式太赫兹时域光谱仪系列产品, 后者的尺寸仅为常见的A4文件盒大小, 重量也仅在几千克量级, 频谱较宽, 还具备透射、反射和衰减全反射等多种测量模式, 适用于多种样品和场景。此外, 英国的Tereview、日本的Advantest、中国的清华大学等多家国内外企业和科研单位, 也在进行便携式太赫兹时域光谱仪的研发工作。相关科研单位尤其是刑事技术研究部门, 需要紧密跟踪、充分结合当下太赫兹源、太赫兹探测器等核心硬件的研发成果, 研制出更便携、更灵敏、更稳定、更优越的设备。

进行炸药探测或检验鉴定的基础工作是获得炸药的标准太赫兹光谱数据, 并建立相应数据库。目前炸药太赫兹光谱数据很多, 早期炸药太赫兹光谱的研究者, 如SPARTA公司的Matthew, 约翰霍普金斯大学的Michael, 伦斯勒理工学院的张希成, 剑桥大学的Baker等人, 以及国内首都师范大学、上海理工大学、工程物理研究院等单位, 均获得了多种炸药样品的太赫兹谱图数据, 但是这些数据缺乏兼容性和可比性, 其光谱测定时所用的设备、样品、制样方法、数据处理方式、数据质量、光谱带宽等不尽统一。随着研究和交流的深入, 主流设备的定型, 测试方法的成熟, 研究者们需要有意识地将现有数据进行整合处理并建立统一实用的炸药太赫兹光谱数据库。

目前采用太赫兹光谱技术, 进行炸药标记物鉴别、炸药晶型分析、炸药含水量分析、炸药老化监测、混合炸药半定量分析均已见诸报道, 这表明在炸药精细分析方面, 太赫兹光谱有时可能具有比其他分子光谱法更为优越之处。事实上, 红外和拉曼光谱等分子光谱法进行物质检验鉴别, 往往只能获得分子振动和转动相关的部分结构信息, 而太赫兹技术作为拉曼和红外的互补手段, 可用于分析分子内、分子间、分子与环境之间的弱相互作用, 如氢键、大分子的骨架振动（构型弯曲）、偶极子的旋转和振动以及晶体中晶格的低频振动, 据此探究分子更为精细的结构及化学环境信息。研究者需要充分发挥太赫兹波这一优势, 通过精细分析, 为炸药的鉴别和溯源提供新的手段。

早期的炸药太赫兹光谱研究往往在实验室条件下, 通过严格的制样过程, 利用透射式测量模式来获取炸药的吸收光谱, 这种方法所获得的数据, 往往只适用于前期理论研究。随着仪器性能的改善、测量模式的改进和理论研究的成熟, 目前应该加快研究真实环境下实际样品的反射、漫反射等测量模式, 这种光路设计更利于太赫兹探测设备的研发, 需要解决的是提高源的功率、改进检测器灵敏度、建立反射光谱数据库、优化算法数据降噪等问题。

目前, 太赫兹技术及设备仅探索式地应用于涉爆案事件中的安检、搜爆等环节, 在现场勘查和物证鉴定中的应用尚属空白, 研究对象也仅限于炸药本身, 尤其是军用猛炸药, 而危险化学品、易制爆商品、炸药示踪剂、爆炸装置材质、助燃剂、毒害气体等的太赫兹光谱研究比较少见。但是, 随着仪器设备性能的优化完善, 以及理论化学模拟计算的辅助作用, 物质的太赫兹光谱、特征峰归属和机理越来越透彻, 逐渐具备进行物质检验鉴定的条件。刑事技术人员需要适时切入, 并研究、建立相关物质的太赫兹检验鉴定方法, 应用于涉爆案事件现场勘查和爆炸物证司法鉴定, 以期服务于侦查和诉讼。