[发明专利]一种硝基芳烃类爆炸物的检测方法

说明书

本发明涉及一种对硝基芳烃类爆炸物的传感检测方法。该方法采用分子印迹聚合膜和半导体材料修饰的复合膜气体传感器为检测设备，其特性在于其表层膜中存在能够选择性吸附硝基芳烃类爆炸物分子的印迹孔穴。当硝基芳烃类爆炸物分子占据印迹孔穴时，会限制氧气分子到达底层薄膜，使响应强度减弱。本方法就是以能与半导体材料产生高响应度的氧气分子作为实际与传感器反应的对象，传感器对氧气响应数值的大小与印迹孔穴被占据的数量有关，即与环境中硝基芳烃类爆炸物的浓度呈现正相关关系。本发明所涉及的检测方法原理简单、易于实现大面积推广，可实现对硝基芳烃类爆炸物快速、灵敏、准确的检测，可有望灵活地用于各种公共场所混合爆炸物的快速探测。

技术领域

发明涉及一种对痕量硝基芳烃类爆炸物的现场快速、灵敏、准确的检测方法。该方法采用分子印迹聚合膜修饰的半导体复合膜传感器为检测设备，该传感器的复合膜底层为n型半导体（二氧化锡、三氧化二铁等）薄膜，表层为以间苯二酚为功能单体，以三氨基三硝基苯为伪模板分子，电聚合形成的分子印迹聚合膜。该检测方法以半导体材料在高温下与空气中的氧气反应从而发生电阻值的改变为基本检测原理，辅以分子印迹技术，使得该方法能对硝基芳烃类爆炸物有特异性识别能力。

背景技术

迈进新世纪，人类文明有了更高的发展，但恐怖活动并没有随着新千年的到来而消失，反而更加频繁。在恐怖活动中，爆炸仍然是恐怖分子使用的主要方式，恐怖分子利用各种隐藏爆炸物进行讹诈、劫机，制造机毁人亡、火车爆炸等恐怖悲惨事件。为了避免这些悲剧事件的发生和保证人民生命财产安全，机场、码头、火车站等公共场所必须能有效地查出行李和包裹中的隐藏爆炸物。硝基芳烃类爆炸物如2,4,6-三硝基甲苯（TNT）因其爆炸威力大和价格便宜，常被恐怖分子使用，并且大多数爆炸物都含有硝基芳烃类化合物。目前，痕量硝基芳烃类爆炸物的检测可以通过电化学方法、离子迁移谱法、生物传感法以及光学方法等进行，但其存在检测灵敏度低、设备造价昂贵等不足。因此，开发具有响应速度快、灵敏度高、检测范围广、识别性能好、功耗低、成本低廉的爆炸物检测方法尤为必要。

半导体气体传感器是由金属氧化物半导体气敏材料做成的检测元件，自问世以来，以其制作简单、成本低廉、响应速度快、使用寿命长以及对可燃性气体和某些有毒气体具有较高的灵敏度等优点而得到广泛应用，现已成为世界上产量最大、应用最广的传感器。基于电阻型半导体气敏传感器的痕量检测技术快速发展，为硝基芳烃类爆炸物的痕量检测提供了新的思路和方法。但是，以单一的金属氧化物为气敏材料的半导体气敏传感器对于硝基芳烃类化合物的响应度低而且选择性差，不能够满足实际环境下痕量硝基芳烃类爆炸物的检测。

分子印迹技术能人工合成对模板分子具有选择性的分子印迹聚合物（MIPs）。由于MIPs与模板分子具有“锁-钥”的关系，具有高选择性和高强度（耐有机溶剂、耐酸碱、即耐热）的优点。由于其对痕量物质的富集作用，近年来得到快速发展，已广泛应用于各种领域，尤其在物质的分离、富集、纯化与传感器领域显示出卓越的性能。分子印迹的基本原理是在适当的分散介质（通常是弱极性有机溶剂）中，模板分子与功能单体依靠相互之间的共价键作用力进行预组装，或者依靠相互之间的非共价作用力（氢键、离子交换、静电引力、范德华力、疏水作用、金属螯合及空间位阻效应等）进行自组装，形成稳定的可逆复合物；加入交联剂后，在引发剂引发下，经光、热或者电场等作用发生聚合，形成具有刚性和柔性的多孔三维立体功能聚合材料，将模板-单体复合物固定在聚合物中。最后通过除去模板分子，从而获得具有与模板分子的大小、形状及功能基团互补的三维孔穴及由功能单体所衍生的功能残基为结合位点的MIPs。在适当的介质中，当此分子印迹聚合物再遇到模板分子或模板分子的结构类似物时，将对其发生特异性的识别作用。