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      北京時(shí)間2016年1月12日，土耳其最大城市伊斯坦布爾市中心的蘇丹艾哈邁德廣場(chǎng)12日發(fā)生爆炸。伊斯坦布爾市政府公布消息稱，爆炸造成10人死亡，15人受傷。

      一直以來(lái)，以爆炸品為主要威脅手段的恐怖襲擊持續(xù)威脅著人類社會(huì)的和平發(fā)展。通過(guò)技術(shù)手段提前檢測(cè)出“埋伏”的炸藥是反恐的重要手段之一。

      所以科學(xué)家們發(fā)明了形形色色的炸藥檢測(cè)器，比如這貨你肯定知道：

      別笑，這是事實(shí)。自從二戰(zhàn)以來(lái)嗅探犬就廣泛用于爆炸物的檢測(cè)。不過(guò)你說(shuō)這不算，這就抖機(jī)靈，動(dòng)物又不是機(jī)器。

      筆者要說(shuō)：還真有把動(dòng)物做成機(jī)器檢測(cè)炸藥的。比如這貨：

      看見(jiàn)里面的小蜜蜂了吧？把它卡在那讓它的喙部遮擋住下面的光束，一聞到爆炸物的氣味，小蜜蜂的喙部就會(huì)擴(kuò)張，遮擋的光束信號(hào)就發(fā)生變化，以此產(chǎn)生電信號(hào)報(bào)警。

      小蜜蜂怎么會(huì)有這么這么逆天的功能呢？實(shí)際上這個(gè)機(jī)器是美國(guó)國(guó)防部下屬研究項(xiàng)目的一種爆炸物檢測(cè)原型機(jī)。蜜蜂也必須是經(jīng)過(guò)培訓(xùn)才能上崗的，培訓(xùn)方式也很簡(jiǎn)單，跟巴普洛夫訓(xùn)練他家的狗的一樣。先讓蜜蜂聞爆炸物的氣味，如果其喙部擴(kuò)張就會(huì)吃到預(yù)先抹在其觸角上的糖，長(zhǎng)此以往訓(xùn)練，蜜蜂就建立了爆炸物氣味——喙部擴(kuò)張——有糖吃這樣一個(gè)條件反射。這個(gè)原型機(jī)可以以此檢測(cè)出TNT、塑膠炸藥、PE-4和C-4炸藥。

      不過(guò)后來(lái)因?yàn)檫@種原因，美國(guó)國(guó)防部并沒(méi)有推廣使用這種檢測(cè)器，這就是后話了。

      想想小蜜蜂也是夠可憐的，不能去采花蜜反而要軟禁在這小盒子里遭這罪。

      好了，前面就當(dāng)熱熱身。下面我們就嚴(yán)肅地討論一下這個(gè)問(wèn)題?？梢源_定的是，不用動(dòng)物一樣可以檢測(cè)出炸藥來(lái)，畢竟嗅探犬也有累的時(shí)候，小蜜蜂也有不按套路出牌的時(shí)刻。

      首先，炸藥成分怎么采集？

      要知道，接觸過(guò)爆炸物的嫌疑人周身肯定會(huì)不會(huì)避免地殘留有粉末，所以就可以依靠擦拭等方式采集到這些粉末，即便它的含量非常低。不過(guò)較真的小伙伴說(shuō)了，那嫌疑人洗個(gè)澡、里里外外換上新衣服不就完了。

      的確是這樣，所以也有很多炸藥探測(cè)器采集的樣本就是空氣樣本，只要附近有爆炸物，這些檢測(cè)器可以做到比嗅探犬還靈敏地識(shí)別出極其微量的爆炸物的“氣味”，當(dāng)然所謂的氣味化學(xué)本質(zhì)上來(lái)講就是爆炸物在其平衡蒸汽壓中的那些極微量的分子。

      然后就是，怎么證明含有炸藥？

      偽裝在人群中的恐怖分子又不會(huì)在他的炸藥包上貼上標(biāo)簽。

      要回答這個(gè)問(wèn)題，就得知道炸藥是什么。下圖所列就是目前軍用炸藥的主要成分。

      從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，它們就是一些有機(jī)物小分子，只不過(guò)就是因?yàn)闃O不穩(wěn)定被開(kāi)發(fā)成炸藥了。只要通過(guò)現(xiàn)代物理、化學(xué)手段檢測(cè)出這些成分即可，并且這些手段非常靈敏，總結(jié)起來(lái)，大概可以分成兩類：

      1.利用炸藥化學(xué)成分的分子特征信息。

      包括但不限于離子遷移譜（IMS）、紅外光譜、拉曼光譜、太赫茲光譜。

      什么意思呢？就如同我們區(qū)別張三與李四主要就是依靠他們表現(xiàn)出來(lái)的外貌，這里“外貌”就是這個(gè)人的特征信息，而我們區(qū)別不同種類的分子就是依靠它們?cè)诓煌瑴y(cè)試手段下所測(cè)試出來(lái)的“譜圖”，這里“譜圖”就是這種分子的特征信息。所以，如同看外貌就知道是哪個(gè)人，看“譜圖”就能確定是哪種分子。化學(xué)專業(yè)的人知道，其實(shí)這就是有機(jī)分子結(jié)構(gòu)鑒定的基礎(chǔ)。

      我們以離子遷移譜為例進(jìn)行說(shuō)明，現(xiàn)在大多數(shù)炸藥檢測(cè)儀的都是依靠此技術(shù)。

      首先，采集到的氣體樣本被離子化，然后進(jìn)入有電場(chǎng)存在漂移管，在漂移管中的漂移時(shí)間和分子質(zhì)量是相關(guān)的，這個(gè)“譜圖”的表現(xiàn)形式就是儀器采集到的不同質(zhì)量數(shù)的強(qiáng)度，如果某一個(gè)數(shù)值和某種已知爆炸物成分相吻合，那么就有理由強(qiáng)烈懷疑附近有爆炸物存在。

      就如同不僅可以通過(guò)人的外貌區(qū)分不同的人，通過(guò)他的聲音、字跡、指紋等等。類似的，還可以用紅外光譜、拉曼光譜等提取到分子的其他特征信息。這里就不再詳述了。

      現(xiàn)在的技術(shù)已經(jīng)可以把這些儀器做的小型化，極大地提高的了儀器的可攜帶性與適用范圍。

      2.利用炸藥化學(xué)成分參與的物理、化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的“可視化”信號(hào)。

      “可視化”是指所產(chǎn)生的變化現(xiàn)象可以被人類直接或者間接的觀察到。

      直接的現(xiàn)象就是指這些物理、化學(xué)變化的反應(yīng)現(xiàn)象比較明顯，可以被人類肉眼直接觀察到（即便肉眼可以直接觀察，為了減少主觀影響因素，很多還是內(nèi)置了定量的儀器）。比如下圖就是具有熒光性質(zhì)的納米粒子陣列，與不同濃度的TNT蒸氣接觸后產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，會(huì)使得其熒光強(qiáng)度發(fā)生不同程度的猝滅。有的顯色也不一定是熒光顯色，普通的顏色變化也可。這些都已經(jīng)有商業(yè)化產(chǎn)品。

      間接的現(xiàn)象是指產(chǎn)生的物理、化學(xué)變化可能肉眼還無(wú)法識(shí)別，但是可以通過(guò)信號(hào)放大或者轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生電流、電壓、導(dǎo)電性質(zhì)等變化。因此，基于這樣的設(shè)計(jì)原理的產(chǎn)品可以說(shuō)是五花八門。比如可以利用平板電容器極板上的特殊涂層與爆炸物蒸氣的反應(yīng)導(dǎo)致電容變化產(chǎn)生的信號(hào)。

      總體來(lái)講，當(dāng)今的爆炸物檢測(cè)也只能檢測(cè)出使用最為廣泛的十幾種到幾十種爆炸物成分，如果恐怖分子研制出了成分全新的炸藥，依據(jù)現(xiàn)有的檢測(cè)原理絕大部分現(xiàn)有的爆炸物檢測(cè)儀都是無(wú)能為力的。不過(guò)考慮到軍工業(yè)上終極大殺器是核武器的現(xiàn)狀，以及絕大多數(shù)恐怖分子較低的文化程度，筆者倒不認(rèn)為他們會(huì)開(kāi)發(fā)出全新的炸藥，頂多在配方比例上折騰折騰。

參考資料：

Bogue, R., Detecting explosives and chemical weapons: a review of recent developments. Sens. Rev. 2015, 35 (3), 237-243.

Bogue, R., Terrorism and military actions pose the ultimate challenge to gas sensing. Sens. Rev. 2011, 31 (1), 6-12.

Caygill, J. S.; Davis, F.; Higson, S. P. J., Current trends in explosive detection techniques. Talanta 2012, 88, 14-29.

Sun, X.; Wang, Y.; Lei, Y., Fluorescence based explosive detection: from mechanisms to sensory materials. Chemical Society Reviews 2015, 44 (22), 8019-8061.

Gao, D.; Wang, Z.; Liu, B.; Ni, L.; Wu, M.; Zhang, Z., Resonance Energy Transfer-Amplifying Fluorescence Quenching at the Surface of Silica Nanoparticles toward Ultrasensitive Detection of TNT. Analytical Chemistry 2008, 80 (22), 8545-8553.

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官微 化學(xué)加 2016-1-15同時(shí)發(fā)出

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