[科普中国]-炸药探测器

概述

炸药探测器也叫毒品炸药探测仪炸药探测器在不打开检测对象的外包装的情况下，就可探测对象内是否含有炸药、毒品及违禁的化学物品。它的主要用户是机场、警察、海关、监狱、公安、政府重要部门，用于安全检查，所要探测的物品是：

·搜查非法毒品

·对旅客、行李和包裹进行检查，检看是否携带和藏匿各种不同的爆炸物

·对爆炸现场进行法医分析

·探测地下未爆炸的军火

炸药探测器是能嗅闻炸药发出的微量蒸气的仪器，它是用来探测炸弹等武器的，主要用在邮政系统对邮件的不拆开检查，机场和海关对旅客的不接触检査核对行李的不开包检查，以及公安、军队对住所、车辆、道路和公共场合的检查等。它利用了所有固体都有释放出微量蒸气到空气中去的原理，对于没有金属的单纯炸药和伪装成一般物品形状的炸药具有较高的探测能力。1

工作原理1．基本原理

在探测毒品、炸药时，所能收集到的物质样本是非常少，一般的物理化学方法，不能有效的对样品进行分析判断，目前，只能采用“离子迁移光谱”法来识别各种物质。其探测的基本原理是基于以下一些事实：

·很多化学物质会散发出蒸气或颗粒，这些蒸气或颗粒会被它们与之接触的材料（衣服、行李、皮肤、容器、纸张等等）表面吸附或粘附。

·这些痕量物质可通过真空吸附的方式或通过擦拭表面的方式收集起来。

·这些化学物质即使是数量极少的残留物也可通过加热的办法从其颗粒上解吸下来（将它们变成蒸气）。

·气化后的物质可被离子化（转化成带电的分子）。

·在电场中，离子将漂向电场的某一极，其漂流的速度取决于离子的结构和大小。在有效控制电场强度的情况下，每种离子都有一个特定的移动速度，其速度象人的指纹一样，可用来识别产生每种离子的原始物质。

犯罪嫌疑人接触过炸药或毒品后，在手的皮肤上会沾有这些炸药或毒品的微小颗粒。当嫌疑人在接触其他物质时,如箱子、包裹或衣服，通过指纹将微粒污染到这些物质的表面。在常温下,这些微小颗粒会自然挥发出蒸汽，检测人员通过取样工具,在这些物质表面采集这些微小颗粒或蒸汽，利用毒品炸药探测器进行分析。由于探测器的灵敏度极高，只要有任何蛛丝马迹即可发现并报警。

2．IMS原理介绍

IMS的英文全称是Ion Mobility Spectrometry，中文翻译为离子迁移光谱技术。

为一个基本的“离子迁移光谱”（IMS）探测器。要分析的样品被加热，使所收集的化学物质气化；然后，气化后的化学物质由一个干净的干燥空气流作为载体，带入一个反应区。反应区有一个弱的放射性离子化源，即一个镍63（63Ni）β-射线发射器。β-粒子与样品流中的气体颗粒碰撞，会形成正离子和负离子。爆炸物形成负离子，多数毒品如海洛因和可卡因形成正离子。

沿IMS的整个长度施加有一个电场。这一电场的极性可为正，也可为负，由被检测物质的类型来确定。正确极性的离子被允许通过一个控制删的开口从反应区向漂流区运动。

不同的离子以不同的、但却是特有的速度进行漂流，并在不同的漂流时间内到达收集器的电极。这样，具有不同质量的三种离子（X、Y和Z）将产生的漂流图谱，或称波形图，在该图上，X离子最先到达，漂流时间最短。

3．ITMS原理介绍

ITMS的英文全称是Ion Trap Mobility Spectrometry，其中I表示离子；T表示俘获；M表示漂移；S表示质谱，中文翻译为离子俘获漂移质谱技术

工作原理为：通过真空吸附或擦拭的方法，将极微量的炸药成分采集到炸药探测器的入口中，经加热气化后，与特殊化学试剂结合，经微量放射源的作用，产生化学-电离反应。电离后的样品带电分子进入电离门，通过电离门后面的电场，使其加速漂移至样品收集器的极靶上，并记录下离子在电场中的飞行时间。因为不同物质的分子其电离带电特性不同，以及分子质量不同，所以到达极靶的时间也不同，根据对各离子飞行时间的记录，判断该物质的成分。

T（TRAP），即俘获离子检测技术，为Ion Track Instruments公司的专利技术，在设计上它增加了一个可以高速开启的电离门，使离子一束一束的进入电场，并分别对他们的飞行进行记录，计算机将这些记录进行逻辑叠加，用以消除记录过程中的噪音，增加有效信号的正确性，从而大幅度的增加了灵敏度，降低了误报率。

该炸药探测器的另一个专利技术是在仪器前端增加了一种半透膜，它可以有效的阻挡外界环境中的杂质对仪器的干扰，只让需要的物质通过，从而降低了仪器的误报率、缩短了仪器的清洁时间，有效的降低了杂质抑制器的消耗。同时半透膜在前端还可起到有用物质的吸附、聚集作用，这样也提高了仪器的灵敏度。

炸药物质探测技术利用炸药特有的理化性质和非炸药的性质差异，也可制成探测隐蔽炸药的仪器。2

X射线探测技术各种物体对X射线的吸收特性是不一致的，因此，当X射线透射物体后，可在荧光屏上出现物质内部不同密度分布的图像。这种通常的X射线照相技术对检查具有金属壳体的炸弹是很有效的，但很难发现无明显吸收特性的炸药物质。巍峨提高识别炸药的能力，1978年（Reder）研究了计算机层面双能级X射线照相法探测炸药。2

核磁共振法核磁共振法主要包括一对磁铁（强磁场），射频振荡器与核磁共振接收器。将具有某些磁性原子核（如氨原子核）的试样置于磁核间隙内，并使之感受振荡器的辐射场，当振荡器频率与磁场强度达到某种特殊结合时，磁性核将发生射频能的吸收（共核），而共振信号可由接收器记录下来。2

粗略地说，不同分子结构中的氢核具有不同的共振特性。另外，核磁共振信号强度与样品的含氢量成正比。因此，利用这些特性，可以把炸药和非炸药区别开来。2

蒸气捕获炸药探测器蒸气捕获炸药探测器，即炸药雾气（蒸气）分析器。它是通过搜集并分析被检查物所在空间的空气中是否存在炸药的挥发成分来确定被检查物品是否为炸药的。3

基本工作原理蒸气捕获炸药探测器是以气相色谱分离原理为基础，利用电子捕获法作为检测炸药蒸气的手段来实现对炸药的探测的，其工作流程为：取样——预浓缩——气相色谱分析——电子捕获检测——信号处理——声光报警。3

1.取样。将被检测物品所在空间的气体样品抽入气体吸附—解吸附装置，并使之在已适当加热的物体上面移过。由于材料与温度的关系，此加热物体会对从上面移过的气体样品产生一种“吸附作用”，使气体样品的一些分子吸附于其表面。这个过程称之为取样。3

2.预浓缩。排出气体样品中不含炸药分子的蒸气体。3

3.气相色谱分析。挥发性炸药内一般都含有一种叫做有机硝酸盐分子的亲电物质。气相色谱分析的过程，就是对吸附在加热物体上的样品气体分子中的有机硝酸盐分子的洗提过程。通常使用惰性气体（如氩气）作“洗提气体”。工作时，使氩气每间隔几秒钟（通常为5~6秒）经过加热物体表面一次，通过氩气“脉冲”的洗提，将有机硝酸盐分子从其吸附的加热物体表面带走，送入检测器。3

4.电子捕获器。亲电物质置身于热电子环境中时，会捕获到一部分热电子。电子捕获检测器的核心是一热电子反应区。反应区是用很细的镍制成的线圈衬里，它放出的β粒子，对气体具有电离作用。让氩气流入反应区，然后从排气孔排出。在反应区，β粒子与氩气相互作用，速度减慢，使反应区内热电子的密度增加。给阳极施加电脉冲，即可以热电子电流的形式测出热电子的密度。当流经反应区的氩气不含有机硝酸盐分子等亲电物质时，输出电流为一稳定值；而当氩气为载有此亲电物质的混合气体时，亲电物质将捕获反应区内的热电子，使被测的电流降低，小于稳定值。以稳定值为基准，将被测热电流与之进行比较，便可得到检测信号电流。3

5.信号处理与报警显示。将检测信号电流变成模拟电压信号，经放大处理后显示，便可得知探测结果。3

类型1.便携式。炸药探测器多为便携式，用于手持检查随身行李物品、托运行李以及重要集散地的货物。

2.通道式。有行李箱道式和乘客通道式，可分别与X射线机、安全门组成双技术系统。3

注意事项使用蒸气捕获炸药探测器时应注意，这种炸药探测器只对含有较强挥发性成分的炸药有探测效果，对不含较强挥发性成分的炸药是无能为力的。此外，由于具有亲电性的物质很多，如许多化学物质，空气中的氧等，所以在使用电子捕获法检测炸药时，极容易受到一些非爆炸性物质的干扰，而产生的误报警。3

中子炸药探测仪近年来，不含较强挥发性成分的炸药，尤其是可塑性炸药，越来越多地被恐怖分子所使用。而这类炸药，利用蒸气捕获炸药探测器是很难探测出来的。为此人们又争相研究出用于探测不含较强挥发性成分的炸药的仪器。中子炸药探测仪即为其中较为成熟的一种。3

炸药一般都含有氮，含氮物质一旦被中子束照射到便立即放射出γ射线。不同含氮物质对中子的吸收不同，释放出的γ射线的能量也就各异。中子炸药探测仪基于这一原理，由中子发射机发射具有一定能量的中子，轰击被检物品内部物质的原子核，用探测器检测经中子照射后被检物品释放出γ射线，并加以计算机分析，进而判定炸药的存在。因可塑炸药中含氮原子的浓度特别高，所以具有较好的探测效果。

中子炸药探测仪外形酷似X射线机，可与X射线机联合使用，进行双重分析判定。中子束的穿透力比X射线还强，可穿透包括铅在内的任何物质，且不会对被检物品造成损害。3

定时炸弹探测器，俗称电子听诊器。 是一种用来发现隐蔽在行李物品内的炸弹定时装置的走动声音的探测仪器，主要用于机械定时炸弹的探测。它由探头、放大滤波器、耳机和控制器等部分组成。其工作原理与医学上所用的听诊器相似，即把人耳所不到的频率转换成音频并对微弱声音进行放大，使安检人员能听到被检物内机械定时装置的走动，基至石英振荡的声音。定时炸弹探测器的工作方式有接触式与非接触式两种。接触式是利用固体传感的原理传送振动波的，因此,，探测时，探头需直接接触被检査物体，声源与探头之问不能有空隙。而非接触式则是通过空气传播振动波的，探测时探头与被检物无需直接接触，可离开一定距离(一般在25厘米左右)。3