用于爆炸物远程探测的隔离LIBS

分离技术作为一种有价值的远距离材料分析方法，受到越来越多的重视。在观察环境中的有害污染物或残余爆炸材料时，这一点尤其重要，在这些情况下，分析人员最好与被调查材料保持安全距离。

据González et.al[1]报道，马拉加大学分析化学系JJ Laserna教授的团队开展了一项工作，探索了在模拟“真实环境”场景的情况下使用孤立激光诱导击破光谱(孤立LIBS)检测爆炸物残留。他们研究了通过汽车、建筑物或各种容器的窗户探测简易爆炸材料(IEM)的可行性。利用望远镜系统将高功率脉冲激光聚焦到材料上的一个点上，产生微等离子体。同一台望远镜收集了等离子体发出的光，然后在使用强化CCD相机的先进时间门控的光谱仪中进行分析。

图1实验使用的TELELIBS传感器系统示意图

检测危险污染物、简易炸药(IED)、自制炸药(HME)或核副产品的能力由于近几十年来风险的增加而变得越来越重要。在他们的工作中，Gonzalez和同事们开始测试用TELELIBS传感器进行这种测量的可行性，并评估势垒位置及其组成可能对测量质量的影响。在联合工作中，该小组研究了大气湍流对光束到达和离开目标[2]的传播的影响，在那里他们表明，几十米以上的测量可能受到大气湍流的显著影响。

马拉加小组使用的典型实验装置的示意图如图1所示。它由一个望远镜组成，它从激光中获取光，并将其聚焦到通常30米远的目标上。两个Nd:YAG激光器在1064 nm的基本波长下使用，以10 Hz的速度提供5 ns长的脉冲，能量为800 mJ。两个激光输出被安排在空间和时间上重叠，以使目标的整体辐照度翻倍。

用同一望远镜采集微等离子体的发射光，并通过二色镜传输到600 μ m芯径的纤维中。激发源通过二色镜反射到望远镜中，而返回的原子发射光通过镜子传输，然后耦合到光纤中，传输到摄谱仪。采用czerney - turner光谱仪(Shamrock 303i)和增强CCD相机(iStar DH740-25F-03)检测发射。在任何LIBS实验中，试图收集可分辨的原子发射线光谱的主要挑战之一是拒绝在激光脉冲入射期间和随后等离子体羽流演变时发生的宽频带连续谱。这种广泛的连续体倾向于在早期支配发射，导致很少或没有明显的原子线数据。然而，ICCD允许相机的采集延迟一段时间，以拒绝这个早期连续体。在这项工作中，400 ns的延迟和9µs的曝光或集成时间被使用。

被调查的物质包括氯酸钠(NaClO3)、二硝基甲苯(DNT)、三硝基甲苯(TNT)和一些塑料炸药(C2和H15)。在光束路径上放置了一些屏障材料，包括透明玻璃、一些有色玻璃和无色PMMA(一种聚合物材料)。研究小组研究了目标与势垒距离对测量信号与背景比(S/N)的影响，以及势垒材料的光学特性的影响，从而解释了激发激光的透过率和返回的等离子体发射。使用了一套化学计量工具来分析光谱数据，以确定爆炸物残留的存在与否。

图2:Laserna组使用的LIBS-Raman组合系统示意图。

A激光，B聚焦光学，

C -望远镜，D -电源，

E延迟发生器，F摄谱仪，

G纤维，H陷波滤波器，I型笔记本电脑。

选择了许多光谱波段和原子/离子发射线用于指纹识别和随后的爆炸物质识别:这些特征包括CN波段(388.3 nm)、C2波段(471.5 nm、516.5 nm和563.5 nm)和Al (I)谱线(469.4 nm)等。检测残留物的能力是由测量系统的“灵敏度”和“特异性”决定的。灵敏度与系统在爆炸材料存在的情况下识别其存在的能力有关，即系统在需要时标记出该材料的存在。专一性是指它只在爆炸物存在的情况下识别爆炸物的能力，即系统不会在不应该的情况下标记爆炸物的存在。González和同事通过测量不同屏障材料对不同残留物的敏感性来评估他们系统的能力。通过增加激光发射次数，可以在不影响特异性的情况下将检测灵敏度提高到100%。

Gonzalez和同事们成功地演示了使用隔离或TELELIBS技术通过不同类型的窗口或插入的屏障探测爆炸材料的可行性，只要从传感器系统到目标有一个清晰的视线。他们还证明，相对较少的激光射击需要确保高水平的检测能力和区分不同残留物的手段，而且相对于目标和传感器的屏障位置对分析不重要。这类工作的一个关键促成因素是iStar ICCD相机提供的高灵敏度和门控通用性。随着对安全、方便和快速检测环境中简易爆炸装置和其他有害污染物方法的需求增长，对隔离分析技术的研究和验证取得了很大的进展。

最近，该小组演示了同时使用对峙LIBS/对峙Raman来分析这些材料