化學偵檢裝備現狀及發展趨勢

摘要：偵檢是化學事故處置的一個關鍵環節，在化學事故應急決策和處置中具有重要的作用。當前消防部隊配備了許多不同的偵檢裝備。這些偵檢裝備原理多樣，每種偵檢儀只能用于偵檢特定的危險化學品，使用范圍受限，而且還需要到事故現場進行取樣，危險性大。因此化學偵檢裝備的發展趨勢將是可靠、靈敏和安全和使用范圍較寬。傅立葉變換紅外光譜技術基于物質的光譜特性和遙測技術，具有分辨力高、測量波段寬、靈敏度高、響應時間快以及遙測等優點，是化學偵檢裝備的發展趨勢。

關鍵詞：應急決策；應急處置；化學事故；偵檢；傅立葉變換紅外光譜技術

隨著社會經濟的快速發展，危險化學品應用范圍越來越廣，重要程度越來越大，其生產、存儲、運輸等規模也越來越大，潛在的火災爆炸隱患更大。一旦發生化學事故，不僅造成嚴重的人員傷亡和財產損失，而且往往引發社會恐慌，甚至造成環境污染等嚴重社會事件。2004年4月6日，重慶市天原化工廠氯氣泄漏爆炸事故造成9人死亡，15萬人緊急疏散。2013年6月3日，吉林省德惠市寶源豐禽業公司液氨泄漏燃燒爆炸事故，造成121人死亡，90多人中毒受傷。尤其是2015年8月12日天津港瑞海公司危險品倉庫特別重大火災爆炸事故更是造成了大量的人員傷亡和巨大的經濟損失，在國內外產生了廣泛的影響。

化學事故發生以后，對其進行應急處置是降低化學事故危害的有效措施。《中華人民共和國消防法》第三十七條規定：公安消防隊、專職消防隊依照國家規定承擔重大災害事故和其他以搶救人員生命為主的應急救援工作。《公安消防部隊執勤戰斗條令》第八十一條規定：公安消防部隊依照國家規定承擔危險化學品事故和其他以搶救人員生命為主的應急救援工作。因此對化學事故進行救援是消防部隊的法定義務。

在化學事故處置過程中，偵檢是其中的關鍵環節。偵檢就是使用偵檢器材對化學事故現場泄漏的危險化學品進行檢測，辨別泄漏的危險化學品種類，測定其染毒程度的技術。因此偵檢的主要任務就是確定泄漏物質的種類，測量泄漏物質的濃度，同時實時檢測泄漏物質濃度的變化。

偵檢是化學事故處置的首要問題。偵檢的目的是便于有針對性地做好個人安全防護，確定事故現場危險區范圍，及時采取撤離、疏散措施和處置措施，便于中毒人員的醫療救治。由于危險化學品的種類繁多，不同的危險化學品，其物理化學性質和毒性都各不相同，危害方式和程度也不同，處置的方法、技術和使用的工具也不一樣，即對于不同的化學事故要采取特定的處置方法。所以，在化學事故處置中，確定泄漏的危險化學品種類和濃度分布是首要的任務。只有確定了泄漏的是何種危險化學品及其在空間的分布，才能進行科學的決策，才能采取有針對性的人員防護措施、防火防爆措施，堵漏措施和后期的洗消方法，科學地進行處置。

一、現狀

（一）偵檢裝備

我國消防部隊的化學偵檢技術及其裝備是隨著消防特勤隊伍的建立而逐漸發展起來的。1995年3月18日日本東京地鐵發生了震驚世界的沙林毒氣襲擊事件，隨后我國為了應對化學事故的現場處置任務，先后在北京、上海、重慶等30個大城市組建了消防特勤隊伍，消防部隊的化學偵檢裝備建設開始發展。尤其是從2006年開始，先后有12輛核生化偵檢車配備到部隊，這在我國消防特勤隊伍的建設中具有里程碑式的意義，在化學事故應急處置中也正在發揮著重要的作用。

我國消防部隊偵檢器材的配備按照《城市消防站建設標準》（建標152-2011）進行統一配備。2011版《城市消防站建設標準》規定了消防特勤消防站偵檢器材配備標準，共有有毒氣體探測儀、軍事毒劑偵檢儀、可燃氣體檢測儀、水質分析儀、電子氣象儀、無線復合氣體探測儀、生命探測儀、消防用紅外熱像儀、漏電探測儀、核放射探測儀、電子酸堿測試儀、測溫儀、移動式生物快速偵檢儀、激光測距儀和便攜危險化學品檢測片等15種偵檢裝備，規定其中水質分析儀、無線復合氣體探測儀、核放射探測儀和移動式生物快速偵檢儀等5種偵檢器材為由各地消防根據實際需要進行配備，其余10種偵檢器材是特勤消防對必配的。其中，有毒氣體探測儀和可燃氣體探測儀是普通消防中隊必配的化學偵檢器材，也是消防部隊常見的兩種化學偵檢設備。

（二）儀器類別

我國消防部隊使用的偵檢器材可以分為便攜式偵檢儀、氣體偵檢管和偵檢片等三類。

1.便攜式檢測儀

消防部隊配備的便攜式檢測儀主要包括水質分析儀、可燃氣體檢測儀、有毒氣體探測儀和有毒氣體探測儀等。

水質分析儀是在被檢測的水樣中加入一種特殊催化劑，使水樣中的危險化學品發生化學變色反應，然后利用光譜分析儀的偏光原理進行分析和鑒定。目前常用的水質分析儀是麥爾克SQ118，能夠定性分析水中氰化物、甲醛、硫酸鹽、氟、苯酚、二甲苯酚、硝酸鹽、磷、氯、鉛等物質。

可燃氣體檢測儀的測量原理是催化燃燒式原理，即電壓輸出與氣體濃度成正比關系。可燃氣體檢測儀的傳感器內檢測電路一般采用惠更斯電橋電路。可燃氣體檢測儀主要用于偵檢化學事故現場可燃氣體或蒸氣，如氫、甲烷、汽油、液化石油氣和乙炔等可燃氣體。

消防部隊常用的有毒氣體檢測儀為奧德姆MX21，能夠測定可燃氣（甲烷、煤氣、丙烷、丁烷等31種）、毒氣（一氧化碳、硫化氫、氯化氫）、氧氣和有機揮發性氣體等四類。

軍事毒劑偵檢儀主要用于偵檢氣態和液態的神經性毒劑和霉爛性毒劑，沙林GB、梭曼GD、維埃克斯VX、介子氣HD等。常用的軍事毒劑偵檢儀為GT-AP2C，其工作原理是利用毒劑份子中含有的有機磷或有機硫元素，在高溫燃燒時產生的特有光譜而進行檢測的。

2.氣體檢測管

氣體檢測管的工作原理是被檢測氣體通過檢測管時，檢測劑和被測氣體發生定量化學反應并變色，其色變的長度或程度與被測氣體濃度成正比。根據變色長度或程度來判定物質的濃度。根據這種測量原理，氣體檢測管可以分為比長型檢測管和比色型檢測管兩大類。

氣體檢測管是一種簡單、快速的定量偵檢器材。在已知有害氣體或液體蒸氣種類的條件下，利用氣體檢測管可在1～2分鐘內，根據檢測管色變的長度或程度，來確定氣體或蒸氣的濃度。

3.偵檢紙

消防部隊另外一類常用的偵檢手段是偵檢紙。偵檢紙是將特定的指示劑均勻地涂抹或浸漬在試紙上制成的。常見的偵檢紙有酚酞試紙、氯化鈀試紙、藍色石蕊試紙、紅色石蕊試紙等。偵檢紙可以檢測氨氣、一氧化碳、酸性氣體和酸性氣體等。

使用偵檢紙進行檢測，優點是便于攜帶和使用方便，可對多種氣體進行定性和半定量偵檢，缺點是易受環境干擾，且易失效。

二、存在問題

目前的偵檢器材，在實際使用中存在的問題主要表現在：

（一）儀器原理多樣

消防部隊要求配備的偵檢器材種類多樣，產品型號各不相同，其偵檢原理也多樣，有基于電化學方法的，有基于電氣方法的，還有基于光學方法的。電化學方法的原理是使待測危險化學品與偵檢儀的電極發生反應，從而產生與待測危險化學品濃度相關的電信號。電氣方法中又分為基于半導體的方法和基于催化燃燒的方法。常見光學方法有紅外吸收法、光學干涉法和氣相色譜法等。核生化偵檢車就配備了色譜偵檢儀。

但是一般的消防員學歷水平不高，對于這些原理、方法、偵檢技術的掌握還存在一些困難。在現實中，一般的消防員只能掌握少量的偵檢器材的用法，對一些高端的偵檢儀則很難駕馭。

（二）使用范圍受限

一種偵檢儀只能偵檢特定的危險化學品，有的偵檢儀即使可以用來偵檢多種危險化學品，在使用中也需要采用不同的偵檢方法，而且是根據危險化學品的類別來采取特定的偵檢方法的。但是在化學事故現場，有時是不知道泄漏物質的種類的，因此存在偵檢儀檢測物質不準確的問題，有時即使能夠檢測，偵檢的速度也較慢，對化學事故的應急決策和處置造成一定的影響。

（三）存在安全風險

目前消防部隊配備的偵檢器材，即使是核生化偵檢車，在化學事故現場偵檢中，都需要消防員到事故現場進行采樣，然后才能進行檢測。為了保護消防員的安全，在不了解泄漏現場危險化學品的性質的情況下，需要對偵檢人員采取最高等級的防護。也就是說，消防員需要著一級化學防化服進行偵檢。若防護不到位，將可能對偵檢人員造成傷害。

因此，目前消防部隊配備的偵檢儀器存在檢測程序復雜、不易掌握，儀器原理多樣、適用范圍不宜確定，儀器集成度高、操作難度大以及對偵檢人員專業素質要求高等問題，在實際應用中受到一定的限制。同時由于危險化學品種類繁多、性質各異，現有救援裝備種類較少、實用性不強，造成偵檢效果不是十分理想。

三、發展趨勢

為了有效地處置化學事故，對偵檢的要求是準確、快速、靈敏、簡便和安全。準確是指準確查明泄漏的危險化學品的種類和濃度。只有準確知道泄漏物質的種類，才能確保采取的措施更可靠與完善。快速是能夠快速偵檢；快速檢測便可能快速處置，將化學事故造成的不良后果減至最小。靈敏是指偵檢方法要靈敏，以便能發現低濃度的危險化學品。簡便是指采用的分析手段簡捷，設備易于操作掌握與維護修理。安全是指在偵檢過程中，不會對消防員或其他公眾造成傷害。

根據對化學災害事故偵檢的要求，現場使用的偵檢儀器應具備便攜性、可靠、靈敏和安全等特點。便攜性要求偵檢器材要輕便、防震，便于攜帶；可靠性要求偵檢儀檢測準確、測量數據穩定；靈敏性要求偵檢儀抗干擾能力強，能夠檢測所偵檢的危險化學品物質，測量范圍較廣；安全性則要求能防止各種不安全因素對偵檢人員的傷害等。

基于以上幾點要求，偵檢裝備的發展趨勢將是檢測范圍更廣、檢測精度更高和檢測裝備便攜化以及偵檢中的安全性更高。檢測范圍廣要求同一種偵檢儀能夠同時對多種危險化學品進行檢測，檢測精度高要求偵檢儀靈敏，對泄漏的微量危險化學品就能夠偵檢；便攜化則要求偵檢儀便于攜帶，安全性則要求在事故現場進行偵檢時不會對人員產生傷害，同時也不會對事故現場產生危害。

目前利用高新技術，如紅外光譜技術等進行化學偵檢已經成為一種發展趨勢。將紅外光譜技術應用于偵檢中，最具有前途的是傅里葉變換紅外光譜技術（FourierTransformInfraredSpectroscopy，FTIR）。FTIR技術將紅外技術和遙測技術相結合，具有分辨力高、測量波段寬、響應時間快以及遙測等優點，因此能夠解決目前偵檢器材中存在的問題，將是較為理想的化學偵檢方式。

FTIR技術分為主動式和被動式兩種遙測方式。主動式FTIR技術可實現遠距離的遙測，且信噪比較高。但是主動式FTIR需要一個人工光源，因此在實際應用中對于固定場所的檢測比較合適，而在對于場所不確定的事故現場檢測，則應用范圍首先。被動式FTIR技術以自然環境或泄漏的危險化學品氣體為紅外輻射源，測得危險化學品的發射譜或吸收譜，并以此來分析泄漏物質的種類和濃度等信息。由于不需要人工光源，因此對于事故現場危險化學品的偵檢將更加方便。

在國家科技支撐計劃項目的支持下，我們擬研究FTIR技術在化學偵檢中的應用，建立典型危險化學品紅外精細光譜數據庫，開發危險化學品識別軟件平臺等問題，以實現在化學事故現場，采取遙測方法，實時探測泄漏危險化學品的紅外光譜，實現對泄漏物質的快速偵檢，并對事故處置進行快速決策。

四、結語

我國消防部隊配備了多種偵檢裝備。這些偵檢裝備原理多樣、使用范圍各不相同，在化學事故處置中需要到現場進行采樣，具有一定的危險性。因此需要開發安全可靠、使用范圍寬，能同時偵檢多種危險化學品的偵檢裝備，同時還不需要消防員到事故現場采樣。FTIR技術具備基于物質的紅外特性，只要有該物質的紅外精細光譜，就能用比對的方法進行識別，同時FTIR技術具有遙測功能，在實際偵檢中，安全性能較高，能夠彌補當前偵檢裝備的不足。因此基于FTIR的化學偵檢裝備將是化學偵檢的一個發展趨勢，具有很好的發展前景。