英语原文共 14 页
传感器——探测爆炸物的有效方法
苏曼·辛格
印度西孟加拉邦杜尔加普尔马奇大道中央机械工程研究所，2006年7月13岁日收到；2007年2月7日收到修订表格；2007年年2月7日接受，2007年年2月fifteen日在线提供
摘要
探测爆炸物和与爆炸物有关的非法材料是防止恐怖活动和检查其对健康有害影响的一个重要领域。在过去,基于不同的原理,已经开发了许多不同的方法来探测爆炸物。传感器是能够模仿犬类系统地检测方法之一,也是已知最可靠的检测方法。本综述的目的是提供关于传感器的全面知识和信息,这些传感器根据不同的传导原理工作，从电化学传感器到免疫传感器，用于检测爆炸物，因为爆炸物对国家的健康和安全构成威胁。这篇综述主要集中在近5年来发展起来的传感器上，并且是通过对现有文献的总结而编写的2007年爱思唯尔公司保留所有权利。
关键词以下内容:炸药；爆炸物相关化合物；传感器
内容
1 .导言
2 .检测方法
2.1 .电化学传感器
2.2 .质量传感器
2.2.1 .表面声波传感器
2.2.2 .微型悬臂传感器.
3 .光学传感器
3.1 .光纤传感器
3.2 .分光光度法
[注]:缩写:ERC，爆炸相关化合物；注意，ntirobenzene硝基甲苯；梯恩梯，2，4，6 -三硝基甲苯；2，4 -二硝基甲苯；硝化甘油；乙二醇二硝酸酯；PETN，季戊二醇四硝酸酯；三硝基三氮杂环己烷HMX，四硝基四氮杂环辛烷；四酰基,四硝基-不-甲基苯胺；六亚甲基三邻二胺；三丙酮三过氧化物；二硝基苯；三硝基苯、三硝基苯；三硝基苯酚；高效液相色谱-紫外、高压液相色谱-紫外可见光谱；光辅助电化学检测；气相色谱/质谱法；气相色谱/质谱/质谱、气相色谱-串联质谱；超临界流体萃取；毛细管电泳；羟异丁酸；萘磺酸；固相萃取；发光二极管；辣根过氧化物酶；水银薄膜；玻碳电极；声表面波；ppb，十亿分之一；ppt，万亿分之一；ppm，百万分之几；石英晶体微量天平；蘸笔纳米光刻；橡树岭国家实验室；硝基芳烃2 ADNT，2 -氨基- 4，6 -二硝基甲苯；4个ADNT，4 -氨基- 2，6 -二硝基甲苯；2，6 DANT，2，6 -二氨基- 4 -硝基甲苯；麻省理工学院、麻省理工学院；半导体有机聚合物；麦芽糖结合蛋白；硝酸还原酶；麦芽糖结合蛋白——硝基还原酶；北PPB-(3-吡咯- 1 -基-丙基)- 4，4 -联吡啶；固相微萃取；酶联免疫吸附试验；免疫亲和纯化；三硝基苯磺酸；表面等离子共振；牛血清白蛋白；大鼠,反应性自主测试；遥控潜水器,遥控车辆；核四极共振；离子非线性漂移光谱仪；简易爆炸装置；国家药物管制政策办公室；飞行时间,飞行时间；激光诱导击穿光谱；激光诱导等离子体光谱学；二甲基甲酰胺- 4甲基丙烯酰氨基查尔酮。
3.2.1 .基于吸收的检测
3.2.2 .基于光致发光的检测
3.2.3 .基于荧光的检测
3.2.4 .基于激光诱导击穿光谱的检测
3.2.5 .基于四赫兹光谱的检测
3.2.4.生物传感器
结论
1 .介绍
爆炸物被定义为一种物质（化学物质或核物质)，它可以被引发以经历非常快速的自蔓延分解,导致形成更稳定的物质、释放热量或产生突然的压力效应。
根据结构和性能,爆炸物分为许多类型。基本上,爆炸物分为低爆炸物和高爆炸物，两种类型又进一步分为不同的形式。低爆炸品或推进剂以相对较低的速度（厘米秒)燃烧,而高爆炸品以千米秒的速度引爆。低爆炸品包括推进剂、无烟火药、黑火药、烟火剂等。化学反应的传播速度如此之快,以至于物质中的反应速度超过了声速。高爆炸药根据它们在爆炸序列中的作用又被分为两组,即初级炸药和次级炸药。初级炸药，包括叠氮化铅和苯乙烯酸铅,极易引发,通常被称为“引发炸药”，因为它们可用于点燃次级炸药。次要爆炸物,包括硝基芳烃和硝胺,在军事地点比主要爆炸物普遍得多。次级炸药通常被用作主要炸药或辅助炸药,因为它们被配制成仅在特定条件下引爆。次级炸药可大致分为基于硝基芳烃的熔注炸药，如三硝基甲苯(梯恩梯)、二硝基甲苯(DNT)和基于粘合剂和结晶炸药的塑料粘合炸药，如六氢- 1，3，5三硝基嗪(黑索今）。
方案1 .基于结构和性能的炸药分类。
痉挛炸药是指柔性或弹性片状的爆炸材料，由一种或多种纯形式的高爆药配制而成,其蒸汽压在25℃时小于10帕。这种炸药由粘合剂材料配制而成，这样形成的混合物在正常室温下具有延展性和柔性。军事上用作推进剂和炸药的高能材料主要是含有硝基(NO2)的有机化合物。这些高能材料的三大类是硝基芳烃（如梯恩梯)。硝胺（如黑索今)和硝酸酯（如硝酸纤维素和硝酸丝氨酸)。然而,爆炸物有六个主要化学类别。
炸药的连续测量是优选的，因为它在受污染场地的表征或修复过程中提供适当的反馈,并在以前的处置方法（如武器制造、储存和非军事化)造成污染的情况下提供快速警告。不仅如此,由于爆炸物在安全威胁中的相关作用,爆炸物的识别和量化已经成为一个新出现的重要的关注主题。人们普遍认为，在法医、反恐活动和全球扫雷项目中，探测爆炸性化合物是一项非常重要的任务。因此，已经作出了大量努力来开发创新和有效的传感器,能够在时间和地点上监测爆炸物。阿斯伯里等人指出了爆炸物分析在两个不同领域的重要性。一是威胁非法使用这些化合物危害国家安全,造成国家混乱，从而鼓励恐怖活动。随着恐怖主义威胁的增加,对可靠和快速的行李检查方法的需求也在增加。从小型邮包到大型集装箱和卡车等各种尺寸物体中爆炸物的有效扫描现在正成为反恐活动的一个重要方面。所有这些问题导致了开发爆炸物探测系统的重要意义。另外，另一个威胁是人们越来越担心与从军事基地和前弹药厂向环境中释放爆炸物相关的健康风险。硝基芳香化合物的一个重要特征是它们能快速渗透皮肤。在急性接触时它们会导致高铁血红蛋白的形成,在慢性接触时会导致贫血2，4，6 -三硝基甲苯（梯恩梯)炸药可轻易进入地下水供应,浓度超过2纳克/毫升时被环境保护局列为有毒物质,因为它对所有生物都有有害影响。它会导致肝损伤和再生障碍性贫血。
炸药的六个主要化学类别序列号化合物类别示例符号公式常见于以下：(1)脂肪族硝基硝基甲烷-硝酸肼-硝酸镍燃料和两部分炸药的液体成分芳香族硝基化合物，硝基苯硝基甲苯硝基甲苯C 2，4，6 -三硝基甲苯，黑索今等份的组合物乙,太安等份的喷托石；（2）2，4 -二硝基甲苯，7hno 6hno；(3)硝酸酯，硝酸甘油乙二醇二硝酸酯季戊二醇四硝酸酯。某些炸药和药物。一些炸药导爆索,防粘片,橡胶炸药,单基无烟火药,双基无烟火药,三基无烟火药的主要成分硝化纤维；(4)硝胺三硝基三氮杂环己烷3HNOC-4，四元军用炸药,配有梯恩梯女王陛下炸药四硝基-四氮杂环辛烷HMX碳四硝基-n -甲基苯胺四基丙4 HNO 7 HNO；(5)硝酸钾-含有硫和木炭的黑色粉末硝酸铵-氢硝酸铵燃料油(ANFO)含燃料油,硝基碳硝酸盐(NCN)含油
酸式盐 )4NO；(6)过氧化物或一级炸药六亚甲基三邻二胺HMTD三氯丙酮三邻TATP。
在20岁世纪fifty年代之前，就有肿瘤坏死因子相关的工人死于再生障碍性贫血和中毒性肝炎的报道，其他偶然的影响包括白细胞增多或白细胞减少、周围神经炎、肌肉疼痛、心脏异常、肾刺激和膀胱肿瘤。这些化合物通常难以进行生物处理，并留在生物圈中,由于对人类、鱼类、藻类和微生物的毒性和诱变作用，它们构成了污染源。蒸汽或灰尘会刺激粘膜,导致打喷嚏、咳嗽和喉咙痛。然而，相对较少的微生物被描述为能够使用硝基芳香族化合物作为氮或碳作为能源。为了应对这些问题,迫切需要一种仪器,能够在短时间内以高精度、低成本地在痕量水平上检测常用爆炸物。
探测爆炸性化合物是一项非常重要的任务，有助于减少平民中地雷造成的持续死亡，并跟踪和定位爆炸材料。但是由于爆炸物由许多具有不同挥发性的化学物质组成，并且压力极低（例如梯恩梯、黑索今、奥克托今、河豚和矮牵牛)，因此它们的检测是一项非常复杂的任务。此外,恐怖分子在材料中装入炸药,这进一步阻止了蒸汽的逸出。如文献中所报道的,通过在塑料中密封，有效蒸汽压可以降低1000倍。表2给出了一些炸药的蒸汽压以及其他一些化学和物理性质。
除了政府机构的物理检查外,检查还使用固定仪器、便携式仪器和嗅探犬。根据具体情况，使用一种或多种这些技术。目前使用的检测爆炸物最有效的方法是嗅狗。最近的研究表明,嗅狗不仅对特定的化学气味做出反应,而且对构成爆炸物或麻醉剂的多种气味的组合做出反应。但是狗也受到一些限制，比如维护和训练它们的成本高,需要熟练的管理人员，它们不能24岁小时工作,行为和情绪变化。尽管在爆炸物的实时检测方面取得了惊人的进展，但这个问题仍然是具有挑战性的任务之一。研究人员正在努力寻找方法来改善当前的技术以及试图开发新的检测方法，这将是用户友好的，将允许速度、可靠性、选择性和灵敏度。
2 .检测方法
检测对目标或某些目标相关材料的存在给出警报。检测可以通过现有的仪器来实现,但大多数使用的仪器要么体积大,要么过于复杂,无法操作,要么缺乏灵敏度。此外，传统方法包括现场样品收集和将样品运送到经过认证的实验室，由训练有素的科学家进行分析。因此,为了确保爆炸物/爆炸物相关材料的准确、快速和经济的监测或检测,需要开发便携式、易于操作和低成本的传感器。根据可获得信号的来源,最常用的爆炸物检测传感器可大致分为:(1)电化学传感器，(2)质量传感器，(3)光学传感器和(4)生物传感器。这些传感器的分类主要基于主要的物理和操作机制。
在这篇综述文章中,试图积累过去5年来在基于传感器的爆炸物探测方法的发展方面所做的研究,这些爆炸物或者作为隐藏材料或者作为水和土壤的污染物。
2.1 .电化学传感器
电化学传感器包括那些检测由电流通过与化学物质相互作用的电极引起的信号变化的传感器。它们可以分为三类:(1)电位测量（电压测量)，(2)电流测量（电流测量)和(3)电导测量（电导率测量)。这种方法不同于其他电学方法，因为测量涉及炸药或其降解产物的化学改性。这种方法有一定的特异性。电化学方法的基本要求是一种可移动的电解质，一旦电子被移出或注入到被检测的化学物质中,就能保持电荷平衡。硝基芳香族炸药固有的氧化还原特性使其成为电化学检测的理想候选物。
报道了一种用于检测海洋环境中梯恩梯的移动式遥控水下电化学传感系统。这种潜水、脉冲伏安、三电极电化学传感器安装在具有视觉检测能力的遥控地面车辆上。方波伏安图用于扫描。检测方案基于爆炸分子上硝基芳香基团的逐步还原,首先还原成羟胺,然后再将羟胺转化成胺基。还原电位为特定炸药的方法提供了选择性,单位时间所需的电流决定了目标炸药在水介质中的浓度。已获得成功的现场测试数据，可与实验室仪器测量的数据相媲美。基因工程硝基还原酶也被用来开发电流型生物电化学传感器,用于爆炸物的检测。结果表明,检测水平在万亿分之一范围内，masunaga等人试图使用表面极化控制方法检测硝基甲苯和硝基甲苯等芳香族硝基化合物作为炸药，该方法测量爆炸性化合物吸附的电极表面的电化学阻抗。潜艇的检测极限使用该系统可以达到米级。此外，为了提高对芳香族硝基化合物的特异性和敏感性，以蒽为芳烃对电极表面进行修饰，使其与芳香族硝基化合物形成电荷转移络合物。该方法在制造地雷探测传感器中得到应用。
丝网印刷厚膜电极也被用于制造伏安传感器，用于测量梯恩梯和黑索今。该电化学系统的检测限通过与使用SDB商场膜的固相萃取(固相萃取)方案耦合而显著提高。这项工作导致了一种检测、使用和优化丝网印刷碳电极的新方法的发展,用于检测各种基质中的梯恩梯、黑索今和代谢物。还试图用辣根过氧化物酶去除梯恩梯。该反应在电化学填充床流动反应器中进行，该反应器在原位生成的过氧化氢的帮助下以循环间歇模式操作。以固定在网状玻碳电极上的辣根过氧化物酶作为工作电极，能够催化梯恩梯在水溶液中的最佳条件，使用通过在玻碳电极上电化学沉积制备的聚屈里膜，用方波溶出伏安法分析黑索今。观察到两个线性浓度范围以下内容:一个在0.2 - 10毫克升的较低RDX浓度范围内，另一个在10 - 100毫克升的较高RDX浓度范围内。检测限为0.12毫克升,累积时间为120秒。应用该方法测定了几种土壤样品中的黑索今。还尝试使用基于方波伏安操作的电化学流动系统在线监测海洋环境中的痕量梯恩梯。系统显示检测限降至25 ppb水平，它对梯恩梯浓度的突然变化反应迅速,即600次/小时。
文献中描述了一种电流分析法,用于筛选硝基芳香炸药或有机磷神经毒剂化合物的总含量,以及这些化合物的详细色谱分离和鉴定。该方法基于单通道微芯片平台。在这种方法中,来自电活性干扰的潜在干扰（在总检测中可能会发出错误警报)预计可以忽略不计。除此之外，还开发了一种基于毛细管电泳微系统的电流测量装置，用于分离和测定梯恩梯和其他常见硝基芳香族炸药。该系统能够分析土壤提取物和地下水中的爆炸成分。用该系统获得的结果通过美国环境保护局推荐的液相色谱方法进行了验证。通过微电极与毛细管电泳芯片的耦合，该系统可以实现高灵敏度和低成本。马普尔和拉库塞将光辅助电化学检测与紫外吸光度检测系统结合起来，用于测定环境样品中的爆炸物。该系统利用在线固相萃取技术进行样品预处理。爆炸物的检测限从0.0007到0.4不等。
然而,电化学传感器灵敏度有限,需要可移动的电解质。此外,电极很容易被污染。导电聚合物涂层在这方面有所帮助；然而,这也给传感器带来了更多的复杂性。
2.2 .质量传感器
这些装置通常将感兴趣的化学物质吸附到表面上，并且该装置检测质量的变化。检测可通过沿表面传播的声波的变化（声表面波器件)或通过实际弯曲或质量累积时器件形状的变（微悬臂器件)来完成。
2.2.1 .表面声波传感器
表面声波传感器通过测量微小石英晶体声波中的干扰来检测化学物质。产生并允许传播限制在压电基底材料表面的声波。如果蒸汽存在于同一表面,那么波和蒸汽中的物质将相
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