1 国民核生化灾害防护国家重点实验室, 北京 102205
2 西南科技大学环境友好能源材料国家重点实验室, 四川 绵阳 621010中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621010
近红外光谱涵盖了有机分子中C—H, N—H和O—H等含氢基团的倍频和合频产生的光谱, 提供了分子的结构、 组成、 状态等信息, 是研究有机物含氢基团振动的重要方法, 常用于食品、 农作物等的定性定量分析。 生化领域内所研究对象也都含有氢基团, 这些含氢基团吸收频率特征性强, 受分子内外环境影响小, 近红外光谱特性更稳定, 故可用于化学战剂和危险化学品检测。 沙林是一种神经性化学毒剂, 研究其结构、 化学特性及光谱性质时, 为保证安全, 实验中常用模拟剂样品代替测试, 但目前尚无公允的沙林毒剂近红外模拟剂。 采用密度泛函理论(DFT), 基于Gaussian程序包, 利用B3LYP/def2-SVP对沙林分子进行基态结构优化, 计算了沙林分子的精细结构和分子基频振动模式, 引入广义二阶微扰理论(GVPT2)建立了模拟生化毒剂近红外光谱的理论模型, 得到近红外振动峰与主要振动模式, 由倍频(Overtones)和合频(Combination Bands)振动绘制得到近红外光谱。 对沙林在近红外区域内的含氢基团进行解析, 对其特征峰进行指认, 得到沙林分子在1 150、 1 362和1 500 nm处的三个特征峰及其振动模式, 其中1 150 nm峰是由多个倍频和合频的组合振动贡献产生; 1 362 nm是一个较宽的吸收振动峰, 主要由分子中与C原子相连的原子合频和其他的非C, H原子产生的倍频或合频引起的; 1 500 nm位置的近红外振动峰主要由C8相关的振动模式贡献产生。 通过密度泛函理论建立沙林的近红外光谱理论模型, 通过实验验证了其理论模型的可行性, 为寻找其近红外光谱模拟剂提供理论支撑。
化学战剂 近红外光谱 含时密度泛函理论 Chemical warfare agents (CWA) Near infrared spectrum Time-dependent density functional theory (TDDFT) 光谱学与光谱分析
2023, 43(6): 1765
国民核生化灾害防护国家重点实验室, 北京 102205
在众多化学物质检测技术手段中, 红外检测技术由于具有非破坏性、 灵敏度高、 检测速度快、 准确性好等特点, 广泛应用于化工、 生物医学、 食品安全等领域。 量子点光谱仪是使用量子点代替光栅作为分光器件, 结合阵列探测器及光谱重构算法实现光谱检测的新型微型光谱仪, 具有体积小、 成本低等优点。 为了进一步提升现有量子点光谱仪和量子点器件检测化学物质的普适性, 为微小型近红外分光器件研制提供有效技术途径, 以危险化学品乙醇、 化学战剂模拟剂甲基膦酸二甲酯、 二氯甲烷为目标物, 通过将多种量子点材料与紫外固化胶混合后沉积在RGB点阵模块并固化, 制备了发射光谱波段为900~1 600 nm的近红外胶体量子点阵列。 采用经验模态分解方法提取输入光谱的高频信号以减小随机噪声干扰, 并基于最小二乘法建立了相应光谱重构算法。 实验结果表明, 近红外胶体量子点阵列制备方法简单, 成本低、 稳定性较好。 具有144条光谱通道的近红外胶体量子点阵列实现的重构光谱分辨率可以达到4.861 nm, 与标准吸收光谱相比, 其特征峰最小偏差仅为0.043%。 因此, 使用近红外胶体量子点阵列结合光谱重构算法可以实现气态、 液态目标物的光谱重构和检测识别。 未来, 通过增加阵列数量可有效提升重构光谱的光谱分辨率; 通过增加所选量子点材料, 还可以实现从紫外到红外波段范围内的光谱检测; 通过优化检测光路和重构算法参数提高目标物检测信噪比。
近红外光谱 量子点 危险化学品 化学战剂 重构算法 Near infrared spectroscopy Quantum dots Hazardous chemicals Chemical warfare agents Reconstruction algorithms 光谱学与光谱分析
2021, 41(11): 3370
中国工程物理研究院 核物理与化学研究所, 四川 绵阳 621900
为了检测标识不清的弹体内的装药成分是否含有化学战剂，建立了一套基于伴随α粒子技术的快中子化学战剂无损检测系统。系统的主要部分包括D-T中子源、α粒子探测器、γ探测器及其屏蔽体以及相应的电子学处理系统等。利用该系统对沙林、VX、芥子气和亚当氏剂四种具有代表性的化学战剂进行测量，获得了四种化学战剂的14 MeV中子诱发的特征γ谱。谱分析的结果表明，除了As元素外，P，F，S，Cl元素的特征γ峰清晰可见，说明采用这种方法可以实现化学战剂的无损检测。
化学战剂 无损检测 快中子 伴随粒子 chemical weapon nondestructive detecting fast neutron associated particle 强激光与粒子束
2016, 28(5): 054002
1 贵阳学院电子与通信工程学院, 贵州 贵阳 550005
2 西南技术物理研究所, 四川 成都 610041
概述了生物/化学战剂激光遥测主要技术的原理和特点，分析了国外利用差分激光雷达技术、拉曼光谱技术和激光诱导荧光技术对生物/化学战剂进行激光遥测的发展现状，重点介绍了光声光谱、拉曼荧光复合探测、量子级联激光器和红外焦平面阵列等新兴技术在生物/化学战剂激光遥测中的应用，指出了生物/化学战剂激光遥测技术的发展趋势。
测量 生物/化学战剂 激光遥测 差分激光雷达 拉曼光谱技术 激光诱导击穿光谱技术 激光与光电子学进展
2014, 51(3): 030002
生化战剂在恐怖主义活动和非**领域的非法使用对社会公共安全造成了严重的威胁。分析了基于米氏散射、瑞利散射、拉曼散射、吸收光谱和诱导荧光光谱信号的生化战剂激光侦察报警和快速检测技术的基本原理，说明了生化战剂激光侦检系统的关键技术，回顾了美、俄、德、法等国生化战剂激光侦检技术的发展情况。
遥感 生物战剂 化学战剂 激光侦检技术 激光与光电子学进展
2013, 50(2): 020001
