危險化學品應急檢測技術新進展研究

周連仲，劉永江，傅蕾蕾

（1.黃島海關,山東青島266555;2.青島大港海關,山東青島266555）

危險化學品通常是指具備易燃、易爆、腐蝕等特性，且能夠對人們的健康造成威脅的危險化學藥品。在外界的壓力與作用條件下，危險化學品很容易因溫度過高、碰撞摩擦、管壁泄漏等原因造成對環(huán)境的破壞，進而影響到周邊人群的身體及心理健康[1]。很多危險化學品在泄漏之后不會有較為明顯的反應，而是不知不覺中危害人體，且化學機理的作用速度非常快，因此危險化學品的運輸或封存需要一定的檢測技術作為支撐，且這種檢測技術需要能夠快速產生反應。基于以上原因，很多化學品研究機構對危險化學品應急監(jiān)測技術的最新進展進行研究。

1 基于物質理化性質的檢測技術研究

通過物質本身的理化性質研究危險化學品的應急監(jiān)測技術，是最為直接簡單的應急監(jiān)測技術，可以不通過其他化學品的反應，直接以儀器分析出這些危險化學品的性質，主要包括光譜法和色譜法。這類檢測方法通常具備準確性高、對檢測物無污染無危害等特點，被廣泛使用在各個應急監(jiān)測技術中[2]。光譜法可以分為拉曼光譜法、紅外光譜法、熒光光譜法、磷光光譜法，以物質的粒子吸收特定光波后的躍遷行為作為衡量依據，根據物質的光譜確定物質的分子組成與原子結構。

拉曼光譜法主要是通過研究化學物質中的分子受到光照后的自然反射，將散射的光能與其在光譜中的振動頻率、振動角度相關聯(lián)形成一種特定的物質組成分析計算方法。在對于易爆品的檢測中，可以在不損害爆炸物的前提下通過拉曼光譜法快速檢測出危險化學品中分子的特征峰，然后根據峰值確定該化學品的原子結構，并推斷出其分子構造[3]。在研究人員具備足夠經驗的前提下，拉曼光譜法的檢測能夠展現(xiàn)出其他檢測方法所沒有的靈敏度，即使只是一點點爆炸過后的殘留蒸氣，拉曼光譜法也能得到該分子的特征峰。

紅外光譜法又被稱為紅外分光光度分析法，通過危險化學品的主要原子組成在吸收光譜中的電磁輻射，計算分析該化學品的分子結構。這種方法不僅僅能夠檢測出化學品的原子種類，還能夠得到各原子的數目比，進而求出其最簡分子式。這樣一來就能夠通過定量與定性的方式求出危險化學品的分子結構。在紅外光線照射危險化學品時，很多原子都會發(fā)生能級的躍遷，這樣的躍遷就會構造出特定的分子振動光譜。這種基于紅外光譜的新型應急監(jiān)測技術能夠擁有較傳統(tǒng)檢測技術更高的檢測準確率，誤差精度在平均4%～5%，一般便攜式的紅外光譜檢測儀都能夠擁有30種以上危險化學品的檢測能力[4]。通常可以將紅外光譜分為近紅外光譜區(qū)、中紅外光譜區(qū)、遠紅外光譜區(qū)等，其波長范圍及頻率如表1所示：

表1 紅外光譜波長頻率及范圍

由表1看出：通過不同的波長可以選擇遠紅外、中紅外、近紅外或普通可見光來測量紅外光譜，并記錄其波長曲線系數。通過圖像中的吸收峰及基團的振動頻率計算出危險化學品的分子結構與原子組成。

熒光光譜法是通過危險化學品中蛋白質分子自帶的熒光來標記化學物質的特殊部位，并通過熒光探針測定其分子構象，這種方法主要用于有機物的危險化學品應急監(jiān)測。熒光光譜法被使用的時間極早，但是大多數情況下只能通過笨重的儀器在實驗室中檢測。但是最新的應急監(jiān)測技術研制出了一個芯片式的紙質傳感器，能夠將大型儀器連通一個遠程的監(jiān)測裝置，通過這種芯片傳感器在現(xiàn)場采樣，然后由遠方的主機自動分析危險化學品的原子及分子組成。熒光光譜法通常能夠擁有更高的檢測靈敏度，可以發(fā)現(xiàn)相當微小的分子，且只需要極少一部分的危險化學品殘留氣息就能夠得到準確的數據。

磷光光譜法是一種主要用于重金屬檢測的危險化學品分析方法。通常情況下如果將處于基態(tài)狀態(tài)的分子激發(fā)至不穩(wěn)定的狀態(tài)，就能夠產生一種光子發(fā)光的現(xiàn)象，這種光就是熒光探針常用的檢測手法。磷光光譜法通常具備檢測壽命較長、發(fā)射波長可以任意調節(jié)等優(yōu)點，在檢測中擁有顯著性的優(yōu)勢。通過發(fā)光光譜就能夠直接判斷出被檢測的危險化學品是哪一種重金屬。

2 基于化學變化的檢測技術研究

通過化學變化檢測危險化學品主要是在危險化學品中添加一部分能夠與之反應的物質，然后通過反應后的顏色變化、味道變化、發(fā)光強度變化、沉淀氣體的生成等確定該危險化學品的組成結構[5]。近些年的新研究主要包括比色法、伏安法、電化學法、光能分析法等。

其中，比色法是通過向危險化學品中添加一些能夠改變顏色的物質，如向硫酸中滴加酸堿指示劑等，判斷其根本組成成分。這是一種十分實用的化學檢測方式，能夠不借助儀器直接通過眼睛觀察出很多結構簡單的化學成分，在重金屬元素、氣體、有機物等的檢測中具有相當重要的作用。這種應急檢測技術又被稱為試紙法，主要指通過將待檢測的物質滴加或沾在浸潤了其他檢測試劑的試紙上，將其顏色的變化與比色法相對比，判斷該危險化學品的種類。但是這種檢測方法只能檢測一些結構較為簡單的純凈物，而不能檢測出混合物的種類。在對比比色法的過程中，還可以直接確定該危險化學品的濃度范圍。

伏安法是一種電化學分析的方法，通過對比原電池與電解池之間的關系，得到電阻的測量方法，最后將通過電解被堆積到電極上的物質一一測量，得到該物質的種類。在這個過程中，可以通過繪制電流、電壓、電阻之間的關系曲線，來輔助判斷該堆積物質以及剩余物質的種類以及原子結構[6]。另外，還可以通過伏安法將危險化學品溶入水中以離子的形式存在，并通過一定的方式測得水中粒子的種類，進而判斷該危險化學品的種類。如在使用差分脈沖法電解出鉛、汞兩種物質時，可以直接從電極上得到這兩種物質的固體形態(tài)，但是當需要電解的物質為銅、鐵時，鐵就會轉變?yōu)殡x子形式融在水中。而銅則會以固體的形式存在，這些物質的存在形式都是由其物化形式決定的。因此，伏安法應急檢測技術主要可以通過將混合物形式的危險化學品分離的方式，分別測得該化學品的種類及原子結構。

電化學法主要是能夠在一定范圍內檢測有毒氣體，最早用于對氧氣的監(jiān)測，并表現(xiàn)出了極高的氣體敏感性。氣體之間達到一定濃度之后，就會產生一定形式的電信號，因此該方法通過記錄測量被測氣體與某特定氣體之間濃度比，測試其電信號的種類和電極組成，并逆向推導出危險化學品的種類。

化學發(fā)光分析法通過測量化學反應發(fā)生時的光波弧度，進而得到該化學變化雙方法反應物，并推斷出危險化學品的種類和分子結構。再對照記錄中分子的發(fā)光強度和光子弧度，計算待測物質的原子組成結構。在現(xiàn)在的危險化學品應急檢測技術中，為了更輕松地判斷出待測樣本的組成，研究人員設計了一種能夠直接測量光能強度的傳感器，直接得到危險品的種類名稱。

3 結束語

本文分別論述基于物質理化性質的應急檢測技術以及基于化學變化的應急檢測技術最新的研究進展。將近些年新得到的檢測技術分別進行簡要的分析，論述其使用方法、使用時需要注意的內容以及優(yōu)缺點。