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隔离拉曼光谱技术应用于安全检查领域

发布时间:2023-04-23 13:36:18 浏览量:1467 作者:Leon

摘要

在安全领域遇到的爆炸威胁大多来自简易爆炸装置,这些装置很容易在任何地方制造,炸药通常包裹在包装中盒子,表面的残留含量很低,检测残留微量炸药是目前的研究课题。

正文


隔离拉曼光谱技术应用于安全检查领域


常用的探测炸药的方法有很多,如光谱探测技术(太赫兹拉曼、IR(红外辐射)等)、质谱法、传感器法、X射线光谱仪、LIBS(激光诱导击穿光谱)等,每种方法在探测炸药时都有其不可避免的缺点。例如,太赫兹光谱的优势是由不同的爆炸物质在太赫兹波段的吸收特性不同决定的,有了这一特性,就可以进行爆炸物的探测和鉴定。太赫兹对非金属和非极性介电材料具有较强的穿透能力,可以探测到隐藏在这些材料中的炸药。太赫兹能量较弱,对生物组织无害,可实现生物材料的无损检测。


但该技术的缺点是水分子对太赫兹的吸收能力很强,会限制检测范围。此外,太赫兹探测器装置结构复杂,体积大,制造成本高。拉曼光谱的优点是分析速度快、重复性好、精度好、波峰清晰、无需必要的预处理和无损。拉曼光谱的主要局限性是来自样品和背荧光,也受到微弱信号和瑞利散射的限制。


在这些技术中,拉曼光谱最适合用于遥感探测爆炸物。每种炸药分子都有其独特的拉曼光谱特征。根据这些独特的特性,可以发展对峙拉曼光谱技术,利用拉曼数据库对爆炸物进行识别。常用炸药有TNT, HMX, PETN, RDX, AN, TA TB等,但需要注意的是,同一爆炸物在不同探测系统、校准方法、系统误差或数据处理算法之间的拉曼频移是不同的。


隔离拉曼光谱最早应用于炸药的探测,它还广泛应用于文物探测、矿产勘查、行星表面物质勘查等领域。隔离拉曼系统由受激激光器、发射和收集路径、光谱仪、Iccd(强化电荷耦合装置)和控制系统组成。激光照射爆炸材料,受激拉曼散射光通过采集光路进入探测器,在激光、光谱仪、探测器等的控制下成像、采集光谱信息。在普通方式下,发射光路和收集光路是同一条,从而减少了能量的损失。激发波长和目标表面接收到的光能影响拉曼光谱的质量。拉曼散射强度与入射光波长的四次方成反比,荧光等杂散光的影响,在不同的激发波长下获得不同质量的拉曼光谱。在隔离拉曼系统中应用的激光源通常是紫外、可见光和近红外。


在532nm激发下,样品本身或背景的荧光可能会干扰拉曼信号,而在355nm和266nm激发下,干扰减弱,且266nm的信噪比优于355nm。但也有例外,对于RDX, 355nm的信噪比优于266nm。从灵敏度和抗扰动能力的角度来看,532 nm激光不是刺激拉曼信号的最佳选择,UV或DUV也是一种选择。采用紫外光源有以下三个优点:


1) 从拉曼信号强度与激发波长的关系来看,短波的拉曼信号较强;


2) 减少荧光干扰,当激发波长小于250nm时,处于无荧光区;


3)在紫外区可能发生共振或预共振,导致拉曼截面增强102~106倍。但紫外拉曼系统的制作成本相对较高。



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