在機(jī)場(chǎng)中，美國(guó)運(yùn)輸安全管理局(TSA)的工作人員掃描檢測(cè)你的手以及筆記本電腦等等物品時(shí)所使用的技術(shù)正是“痕量檢測(cè)”的一種形式——離子遷移譜(ion mobility spectroscopy)。在幾秒鐘之內(nèi)，樣品首先被汽化成了化學(xué)離子，然后探測(cè)器再通過(guò)其分子大小和形狀來(lái)識(shí)別其是否為爆炸物，而如果確實(shí)是爆炸物就會(huì)觸發(fā)警報(bào)。

接觸式取樣可以是一種非常有效的方式，但其前提是恐怖分子必須在到達(dá)襲擊目標(biāo)前接受安檢

　　但當(dāng)待測(cè)對(duì)象較多時(shí)，這種手段就變得既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，而且其有效性很大程度上依賴(lài)于工作人員的取樣水平。此外，這種技術(shù)還需要接觸式取樣，也就是說(shuō)安檢人員不得不接觸到那些有可能存在殘留物的物體表面。因此，當(dāng)不法之徒不打算通過(guò)安檢，他們的個(gè)人物品也沒(méi)有機(jī)會(huì)被搜查時(shí)，這種技術(shù)就毫無(wú)用武之地了。

　　還有一些安檢小隊(duì)則依靠訓(xùn)練過(guò)的狗，利用它們靈敏的嗅覺(jué)來(lái)嗅出爆炸物?？墒抢胁渴鹛綔y(cè)犬的背后意味著極為繁重的后勤和訓(xùn)練工作。與此同時(shí)，直接用狗近身檢測(cè)也可能使某些特殊文化背景的旅客感到反感。

　　于是，研究人員長(zhǎng)久以來(lái)都致力于開(kāi)發(fā)一種新型的，可以像犬類(lèi)一樣“嗅”出爆炸物蒸汽的化學(xué)探測(cè)技術(shù)。不過(guò)這些年來(lái)很多嘗試都由于靈敏度不夠而失敗了。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我們的研究小組已經(jīng)從事了近20年的研究工作并且取得了很大的進(jìn)展。

　　在機(jī)場(chǎng)里，炸彈嗅探犬是安檢人員的好拍檔

　　越來(lái)越靈敏

　　想要設(shè)計(jì)一種能與狗鼻子相匹敵的技術(shù)，其最大的難點(diǎn)在于絕大部分爆炸物的飽和蒸氣壓都非常非常的低。某個(gè)材料的“平衡蒸氣壓”從根本上說(shuō)是在一個(gè)特定溫度的理想條件下，空氣中該材料的含量有多少(也就是可供探測(cè)的含量有多少)。

　　全世界的軍隊(duì)普遍使用的含氮有機(jī)炸藥(如TNT，RDX和PETN)的平衡蒸汽壓只有萬(wàn)億分之一左右。換句話(huà)說(shuō)，如果想要在實(shí)際的工作環(huán)境中(如機(jī)場(chǎng)中擁擠忙碌的登機(jī)區(qū))可靠地嗅出這些爆炸物的蒸汽，探測(cè)器的靈敏度必須達(dá)到千萬(wàn)億分之一(ppq)的水平。

　　可是這已經(jīng)超過(guò)了痕量檢測(cè)設(shè)備的能力范圍。要知道，擁有325ppq的探測(cè)水平就相當(dāng)于能夠在整個(gè)地球的范圍內(nèi)找到一棵特定的樹(shù)。

　　不過(guò)，近期的研究已經(jīng)將探測(cè)水平推進(jìn)到了千萬(wàn)億分之一這樣的范圍。在2008年，一個(gè)國(guó)際小組使用一種稱(chēng)為二次電噴霧電離質(zhì)譜分析的先進(jìn)電離技術(shù)，達(dá)到了比探測(cè)TNT和PETN所需的萬(wàn)億分之一更優(yōu)的探測(cè)水平。

　　在2012年，我們?cè)诿绹?guó)太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(PNNL)的研究組通過(guò)使用大氣流管質(zhì)譜分析(AFT-MS)成功對(duì)平衡蒸氣壓低于25ppq的RDX蒸汽進(jìn)行了直接、實(shí)時(shí)的探測(cè)。

　　質(zhì)譜儀的靈敏度取決于有多少目標(biāo)分子能夠被電離并轉(zhuǎn)移進(jìn)入質(zhì)譜儀以供探測(cè)。這個(gè)過(guò)程進(jìn)行的越充分，其靈敏度就會(huì)越高。我們的AFT-MS設(shè)計(jì)的特別之處就在于它利用時(shí)間來(lái)最大化爆炸物蒸汽分子與離子源產(chǎn)生的空氣離子之間發(fā)生碰撞的幾率。正是這些空氣離子與爆炸物分子之間反應(yīng)的程度決定了靈敏度的高低。AFT-MS的使用，讓我們?cè)诮裉煊心芰μ綔y(cè)到一系列平衡蒸氣壓低于10ppq水平的爆炸物。

完美簡(jiǎn)潔的AFT-MS裝置原理示意圖

　　下一步：投入實(shí)際使用

　　因此，我們目前研發(fā)出來(lái)的爆炸物化學(xué)探測(cè)儀器已經(jīng)不必再受制于接觸式取樣，而是可以和犬類(lèi)一樣去“嗅”出炸藥的味道。

　　該儀器為安全檢查提供了令人振奮的新的可能性：第一，它具有與犬類(lèi)相似的爆炸物蒸汽探測(cè)的能力，第二，它可以連續(xù)不間斷地工作。痕量探測(cè)的取樣不再需要直接接觸待測(cè)的可疑物品。而工程師則可以設(shè)計(jì)出一種非侵入的“穿行式”爆炸物探測(cè)裝置，一如那些我們常見(jiàn)的金屬探測(cè)器。

PNNL的研究人員Robert Ewing正在往探測(cè)器中放置痕量蒸汽樣品

　　這項(xiàng)技術(shù)真正的創(chuàng)新之處在于其極高的靈敏度，這使得它可以對(duì)蒸汽羽流進(jìn)行直接探測(cè)。因此我們不用再先收集爆炸物顆粒，然后再將其氣化(比如在過(guò)去的痕量探測(cè)技術(shù)中，為了取出人們身上的顆粒而使用噪音非常大的空氣噴嘴)?，F(xiàn)在，更高的靈敏度意味著當(dāng)旅客們穿行而過(guò)時(shí)，我們就能夠?qū)諝庵械谋ㄎ锓肿舆M(jìn)行連續(xù)不斷的采樣了。

　　該技術(shù)手段毫無(wú)疑問(wèn)會(huì)讓機(jī)場(chǎng)安檢變得更輕松，同時(shí)還能大大提高安檢口的吞吐能力，改善旅客們的體驗(yàn)。我們也可以將該類(lèi)型的裝置置于機(jī)場(chǎng)航站樓或者其他公共設(shè)施的入口處，炸藥一旦進(jìn)入這棟建筑就可以立刻被探測(cè)到(而不是僅僅當(dāng)炸藥通過(guò)安檢口時(shí)才能探測(cè))，這顯然將大大提高公共場(chǎng)所的安全性。

　　通過(guò)增加一個(gè)掃描器可用的信息獨(dú)立模塊，該蒸汽探測(cè)性能也可以加強(qiáng)安全性。目前，包括X射線(xiàn)和毫米波成像等在內(nèi)的大多數(shù)安檢技術(shù)都是基于對(duì)異常狀況的觀(guān)測(cè)，也就是說(shuō)TSA的工作人員們會(huì)從影像中找出那些看起來(lái)形狀可疑的物體。而蒸汽探測(cè)技術(shù)可以為他們提供一個(gè)能夠識(shí)別特定化學(xué)品的全新工具。

同一地點(diǎn)、同一時(shí)間進(jìn)行兩種檢測(cè)——利用質(zhì)譜儀進(jìn)行的蒸汽探測(cè)和利用目前部署的全身掃描儀進(jìn)行的視覺(jué)成像

　　兩種技術(shù)的整合將為我們提供一種雙管齊下的爆炸物探測(cè)手段：當(dāng)檢測(cè)一個(gè)人或者包裹時(shí)，我們既能夠觀(guān)察爆炸物的影像，又可以“聞”到它散發(fā)出的蒸汽羽流。就好比如果你想認(rèn)出一個(gè)久未謀面的人，你很可能既需要看一看他的近照，同時(shí)還需要聽(tīng)一聽(tīng)他的聲音，而不是只需要這兩樣信息中的一種。

　　受到了狗鼻子那強(qiáng)大探測(cè)能力的啟發(fā)，我們已經(jīng)在發(fā)展能與之比肩的探測(cè)技術(shù)的道路上取得了可喜的進(jìn)展。這種以爆炸物為目標(biāo)的蒸汽探測(cè)技術(shù)既可以有效提高公共場(chǎng)所的安全系數(shù)，又可以讓安檢環(huán)境變得不那么擾人。下一步的研究則是在繼續(xù)優(yōu)化這項(xiàng)技術(shù)的同時(shí)盡量降低其成本，最終目的是讓這些探測(cè)器能夠在你身邊的每一座機(jī)場(chǎng)中大顯身手。

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