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质谱蒸汽探测令机场安检更轻松

发布时间:2017/11/30 00:00

  在机场中,美国运输平安办理局(TSA)的工作职员扫描检测你的手和笔记本电脑等等物品时所利用的手艺恰是“痕量检测”的一种情势——离子迁徙谱(ion mobility spectroscopy)。在几秒钟以内,样品起首被汽化成了化学离子,然后探测器再经由过程其份子巨细和外形来辨认其是不是为爆炸物,而若是确切是爆炸物就会触发警报。

接触式取样可所以一种很是有用的体例,但其条件是可骇份子必需在达到攻击方针前接管安检

  但当待测对象较多时,这类手段就变得既费时又吃力,并且其有用性很大水平上依靠于工作职员的取样程度。另外,这类手艺还需要接触式取样,也就是说安检职员不能不接触到那些有可能存在残留物的物体概况。是以,当犯警之徒不筹算经由过程安检,他们的小我物品也没有机遇被搜寻时,这类手艺就毫无用武之地了。

  还有一些安检小队则依托练习过的狗,操纵它们活络的嗅觉来嗅出爆炸物。可是例行摆设探测犬的背后意味着极其沉重的后勤和练习工作。与此同时,直接用狗近身检测也可能使某些特别文化布景的搭客感应反感。

  因而,研究职员久长以来都致力于开辟一种新型的,可以像犬类一样“嗅”出爆炸物蒸汽的化学探测手艺。不外这些年来良多测验考试都因为活络度不敷而掉败了。针对这个题目,我们的研究小组已从事了近20年的研究工作而且获得了很大的进展。

  在机在线质谱场里,炸弹嗅探犬是安检职员的好拍档

  愈来愈活络

  想要设计一种能与狗鼻子相匹敌的手艺,其最大的难点在于尽大部门爆炸物的饱和蒸气压都很是很是的低。某个材料的“均衡蒸气压”从底子上说是在一个特定温度的抱负前提下,空气中该材料的含量有几多(也就是可供探测的含量有几多)。

  全球的戎行遍及利用的含氮有机火药(如TNT,RDX和PETN)的均衡蒸汽压只有万亿分之一摆布。换句话说,若是想要在现实的工作情况中(如机场中拥堵繁忙的登机区)靠得住地嗅出这些爆炸物的蒸汽,探测器的活络度必需到达万万亿分之一(ppq)的程度。

  可是这已跨越了痕量检测装备的能力规模。要知道,具有325ppq的探测程度就相当于可以或许在全部地球的规模内找到一棵特定的树。

  不外,近期的研究已将探测程度推动到了万万亿分之一如许的规模。在2008年,一个国际小组利用一种称为二次电喷雾电离质谱阐发的进步前辈电离手艺,到达了比探测TNT和PETN所需的万亿分之一更优的探测程度。

  在2012年,我们在美国承平洋西北国度尝试室(PNNL)的研究组经由过程利用大气流管质谱阐发(AFT-MS)成功对均衡蒸气压低于25ppq的RDX蒸汽进行了直接、及时的探测。

  质谱仪的活络度取决于有几多方针份子可以或许被电离并转移进进质谱仪以供探测。这个进程进行的越充实,其活络度就会越高。我们的AFT-MS设计的出格的地方就在于它操纵时候来最大化爆炸物蒸汽份子与离子源发生的空气离子之间产生碰撞的概率。恰是这些空气离子与爆炸物份子之间反映的水平决议了活络度的凹凸。AFT-MS的利用,让我们在今天有能力探测到一系列均衡蒸气压低有机质谱于10ppq程度的爆炸物。

完善简练的AFT-MS装配道理示意图

  下一步:投进现实利用

  是以,我们今朝研发出来的爆炸物化学探测仪器已没必要再受制于接触式取样,而是可以和犬类一样往“嗅”出火药的味道。

  该仪器为平安查抄供给了使人振奋的新的可能性:第一,它具有与犬类类似的爆炸物蒸汽探测的能力,第二,它可以持续不中断地工作。痕量探测的取样不再需要直接接触待测的可疑物品。而工程师则可以设计出一种非侵进的“穿行式”爆炸物探测装配,一如那些我们常见的金属探测器。

PNNL的研究职员Robert Ewing正在往探测器中放置痕量蒸汽样品

  这项手艺真实的立异的地方在于其极高的活络度,这使得它可以对蒸汽羽流进行直接探测。是以我们不消再先搜集爆炸物颗粒,然后再将其气化(好比在曩昔的痕量探测手艺中,为了掏出人们身上的颗粒而利用噪音很是大的空气喷嘴)。此刻,更高的活络度意味着当搭客们穿行而过期,我们就可以够对空气中的爆炸物份子进行持续不竭的采样了。

  该手艺手段毫无疑问会让机场安检变得更轻松,同时还能大大进步安检口的吞吐能力,改良搭客们的体验。我们也能够将该类型的装配置于机场航站楼或其他公共举措措施的进口处,火药一旦进进这栋建筑便可以立即被探测到(而不是仅仅当火药经由过程安检口时才能探测),这明显将大大进步公共场合的平安性。

  经由过程增添一个扫描器可用的信息自力模块,该蒸汽探测机能也能够增强平安性。今朝,包罗X射线和毫米波成像等在内的大大都安检手艺都是基于对异常状态的不雅测,也就是说TSA的工作职员们会从影象中找出那些看起来外形可疑的物体。而蒸汽探测手艺可觉得他们供给一辉光放电质谱个可以或许辨认特定化学品的全新东西。

统一地址、统一时候进行两种检测——操纵质谱仪进行的蒸汽探测和操纵今朝摆设的全身扫描仪进行的视觉成像

  两种手艺的整合将为我们供给一种左右开弓的爆炸物探测手段:当检测一小我或包裹时,我们既可以或许不雅察爆炸物的影象,又可以“闻”到它披发出的蒸汽羽流。就比如若是你想认出一个久未碰面的人,你极可能既需要看一看他的近照,同时还需要听一听他的声音,而不是只需要这两样信息中的一种。

  遭到了狗鼻子那壮大探测能力的开导,我们已在成长能与之比肩的探测手艺的道路上获得了可喜的进展。这类以爆炸物为方针的蒸汽探测手艺既可以有用进步公共场合的平安系数,又可让安检情况变得不那末扰人。下一步的研究则是在继续优化这项手艺的同时尽可能下降其本钱,终究目标是让这些探测器可以或许在你身旁的每座机场中大显身手。

 

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