关于一种离子迁移谱技术的爆炸物探测仪设计思

引言

当今世界和平与发展依然是国际社会的主旋律，但是民族分裂势力、宗教极端势力、暴力恐怖势力活动猖獗，传统的与非传统的安全威胁仍然存在并在局部呈现上升趋势。爆炸物的现场检测技术是安全防范的重要手段，正日益彰显出广泛的应用前景。

目前，世界上爆炸物探测技术主要分为两大类：即以蒸气/微粒探测为代表的化学型探测技术和以X射线、γ射线、中子等介质探测为代表的能量型探测技术。在以化学型探测技术为原理的爆炸物探测仪器中，普遍采用基于离子迁移谱技术的爆炸物探测仪器。

离子迁移谱（IMS）技术是20世纪中期发展起来的一种微量化学物质分析技术，基本原理是气相分子-离子反应、电场中离子的迁移率和根据迁移率的差异进行离子的分离和测定。其特点是，检测速度快，5～10秒内就可以完成分析，适合现场快速检测；分析样品广，既可用于气体样品检测，也可用于液体/固体样品分析；仪器体积小，便于携带，具有可靠性高、成本低的特点。

总之，这种利用常压条件下的离子迁移进行的化学表征是一种非常出色的微量物质鉴别方法，正在显示出越来越广泛的应用前景。基于此技术的分析仪器的生产在我国则刚刚起步，本文是笔者集多年现场实际应用的经验与感受，分析了离子迁移谱技术的需求，探讨了离子迁移谱分析仪器设计思想与故障维修方法，借此助力我国该类仪器的技术保障工作。

1 离子迁移谱工作原理

离子迁移谱技术探测爆炸物主要包括以下三个步骤：

图1 离子迁移谱原理图

1.1 样品采集

爆炸物同其他各种化学物质一样，都能或多或少地挥发出气态物质，可以通过气流采样；在制造爆炸物及伪装或包装过程中，爆炸物的微小颗粒会吸附在手上、包装箱、衣服上，可以通过试纸采样获得样品，插入到检测设备中进行检测。

1.2 电离过程

该过程是将采集到的爆炸物样品通过加热使其迅速气化，再将气化的待检测物质电离成离子，电离主要有以下方式：Ni63射线照射、激光照射（使电子的能级发生跃迁）、放电电离和光电离等。

1.3 探测过程

将电离的爆炸物离子送入迁移电场内，离子到达探测电极的时间称为迁移时间，相同质量电荷比的离子，其迁移时间也相同。因此，迁移时间是区分不同爆炸物离子的特征参数，利用计算机技术将被检测物迁移时间与标准品的迁移时间对比，即可对被检测物进行定性和定量[1]。

2 安检现场应用对爆炸物检测仪的需求探讨

利用离子迁移谱技术的爆炸物检测仪器，首先遵循了离子迁移谱技术的原理、技术特性以及化学测量仪器的共性，体现出高性能的特点，同时也要考虑到使用者、应用场所、环境、条件及检测物等诸多因素，体现出个性化、人性化的设计理念，从功能、操作、外观多方面进行个性化、人性化设计，综合考虑环境、使用现场、用户等诸多方面的实际需求，同时还要结合我国安防界对此种仪器的实际需求状况，突破域外的封锁禁锢，打造国货精品，更好地发挥仪器的特有能效，服务用户，保障安全。

离子迁移谱爆炸物探测仪，首先要在离子迁移管、循环气路及电离源方面提高其性能、稳定性和适应性，满足现场多样化、低运行成本、长时间检测的实际需求；其次在一仪器主要部件的设计上也要体现出鲜明的时代特色与先进的设计理念。以下提出一些设计思想。

2.1 同时检测正、负离子的离子迁移谱技术

由于化学性质的差异，含硝基类爆炸物的检测是采用负离子模式，而新型过氧化类爆炸物的检测是采用正离子模式，常见的离子迁移谱爆炸物检测仪是单一负离子或者正离子检测模式，在实际爆炸物筛查中，无法一次性完成正负模式爆炸物的同时检测。为了安检检测的可靠性与有效性，就需要一次进样同时检测正、负离子，主要有以下两种实现方式：

（1）单迁移管，在几十到几百毫秒的分析周期内，快速切换正负离子检测模式，单次进样分析即可同时获得样品的正、负离子谱图信息，实现硝基类和过氧化类爆炸物样品的单次同时检测。

（2）双迁移管，分别由正离子模式的迁移管和负离子模式的迁移管构成，具有双检测模式。检测样品一分为二，进入不同的迁移管内，分别同时检测负离子硝基类和正离子过氧化类爆炸物样品。

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