可视化传感体系的构建及在过氧化爆炸物检测中的应用研究

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过氧化爆炸物因制备原料易得、价格低廉、制备方法简单、爆炸威力大,且爆炸后残留物少,在恐怖主义活动中经常可以看见其身影,于是过氧化爆炸物的检测受到普遍关注。然而,过氧化爆炸物的结构与传统爆炸物的结构不同,是一种不含金属、不含发色团和硝基基团,且紫外吸收微弱且热稳定性差的过氧化物,其检测成为难点问题。基于化学比色法检测过氧化爆炸物,可以实现检测技术兼具简单、快速、直观、准确、实时、选择性高、检测限低等特点,成为爆炸物检测最具潜力的技术之一。过氧化爆炸物主要的官能团是R-O-O-R(过氧键),对于过氧化爆炸物来说,过氧化氢(H2O2)是一种典型的标记化合物,因为H2O2不仅是合成过氧化爆炸物的原料,而且是过氧化爆炸物紫外光分解的产物,检测过氧化氢(H2O2)对过氧化爆炸物检测有重要意义。因此,本研究利用酸催化使过氧化爆炸物分解产生过氧化氢,显色底物与过氧化氢发生络合反应的原理,基于化学比色法的特异性显色试剂,配合纳米复合水凝胶膜基底以及比色传感器阵列技术,实现对过氧化爆炸物的特异性快速检测。主要研究内容包括如下三部分:1、基于化学比色法,开发了一种三过氧化三丙酮(Triacetone triperoxide,简称TATP)特异性显色试剂。其检测原理主要是将TATP酸催化分解成丙酮和过氧化氢,显色底物与过氧化氢发生络合反应产生颜色变化。不但对检测试剂进行了酸度和浓度调控,而且考察了检测试剂的检测限、抗干扰性和稳定性。检测试剂的裸眼检测限可达6微克,与爆炸物现场可能遇到的相似物与各种爆炸物及原料均不发生反应,且保质期可达65天;由于制备TATP的原料多种多样,本研究采用九种不同的制备方法制备TATP,对其得到的九种产物进行了结构分析和检测,并采用检测试剂对其进行了检测,发现九种产物都发生了变色反应,但颜色深浅不同。检测试剂可实现对TATP特异性、快速准确的检测。2、采用物理交联的方法,以聚乙烯醇为成膜剂,加入纳米级有机硅酸镁锂,增强水凝胶膜的机械性能,又加入聚乙二醇作为成孔剂制造多孔结构,制备得到了纳米复合多孔水凝胶膜,并对纳米复合多孔水凝胶膜的结构及性能进行了表征。在可见光的范围内,纳米复合多孔水凝胶膜的透明度可达99%;纳米复合水凝胶膜力学性能优异,杨氏模量可达6.77 MPa。采用纳米复合多孔水凝胶薄膜作为基底,结合TATP特异性显色试剂制备成了TATP比色传感器,可实现对TATP粉末以及饱和蒸气的快速可穿戴式的检测。3、利用化学比色的原理,研究了过氧化爆炸物的交叉特异性显色试剂,开发了九种基于过氧化爆炸物的检测试剂;并配合显色试剂构建了3×3的比色传感器阵列。采用比色传感器阵列对过氧化爆炸物进行了检测,并通过逻辑判别对实验数据进行了分析。结果表明,比色传感器阵列可实现对过氧化爆炸物的快速检测和识别。
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