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      北京時間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12日發生爆炸。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，以爆炸品為主要威脅手段的恐怖襲擊持續威脅著人類社會的和平發展。通過技術手段提前檢測出“埋伏”的炸藥是反恐的重要手段之一。

      所以科學家們發明了形形色色的炸藥檢測器，比如這貨你肯定知道：

      別笑，這是事實。自從二戰以來嗅探犬就廣泛用于爆炸物的檢測。不過你說這不算，這就抖機靈，動物又不是機器。

      筆者要說：還真有把動物做成機器檢測炸藥的。比如這貨：

      看見里面的小蜜蜂了吧？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，小蜜蜂的喙部就會擴張，遮擋的光束信號就發生變化，以此產生電信號報警。

      小蜜蜂怎么會有這么這么逆天的功能呢？實際上這個機器是美國國防部下屬研究項目的一種爆炸物檢測原型機。蜜蜂也必須是經過培訓才能上崗的，培訓方式也很簡單，跟巴普洛夫訓練他家的狗的一樣。先讓蜜蜂聞爆炸物的氣味，如果其喙部擴張就會吃到預先抹在其觸角上的糖，長此以往訓練，蜜蜂就建立了爆炸物氣味——喙部擴張——有糖吃這樣一個條件反射。這個原型機可以以此檢測出TNT、塑膠炸藥、PE-4和C-4炸藥。

      不過后來因為這種原因，美國國防部并沒有推廣使用這種檢測器，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，前面就當熱熱身。下面我們就嚴肅地討論一下這個問題。可以確定的是，不用動物一樣可以檢測出炸藥來，畢竟嗅探犬也有累的時候，小蜜蜂也有不按套路出牌的時刻。

      首先，炸藥成分怎么采集？

      要知道，接觸過爆炸物的嫌疑人周身肯定會不會避免地殘留有粉末，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。不過較真的小伙伴說了，那嫌疑人洗個澡、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器采集的樣本就是空氣樣本，只要附近有爆炸物，這些檢測器可以做到比嗅探犬還靈敏地識別出極其微量的爆炸物的“氣味”，當然所謂的氣味化學本質上來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在他的炸藥包上貼上標簽。

      要回答這個問題，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。

      從本質上來說，它們就是一些有機物小分子，只不過就是因為極不穩定被開發成炸藥了。只要通過現代物理、化學手段檢測出這些成分即可，并且這些手段非常靈敏，總結起來，大概可以分成兩類：

      1.利用炸藥化學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？就如同我們區別張三與李四主要就是依靠他們表現出來的外貌，這里“外貌”就是這個人的特征信息，而我們區別不同種類的分子就是依靠它們在不同測試手段下所測試出來的“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人，看“譜圖”就能確定是哪種分子。化學專業的人知道，其實這就是有機分子結構鑒定的基礎。

      我們以離子遷移譜為例進行說明，現在大多數炸藥檢測儀的都是依靠此技術。

      首先，采集到的氣體樣本被離子化，然后進入有電場存在漂移管，在漂移管中的漂移時間和分子質量是相關的，這個“譜圖”的表現形式就是儀器采集到的不同質量數的強度，如果某一個數值和某種已知爆炸物成分相吻合，那么就有理由強烈懷疑附近有爆炸物存在。

      就如同不僅可以通過人的外貌區分不同的人，通過他的聲音、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。

      現在的技術已經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.利用炸藥化學成分參與的物理、化學反應所產生的“可視化”信號。

      “可視化”是指所產生的變化現象可以被人類直接或者間接的觀察到。

      直接的現象就是指這些物理、化學變化的反應現象比較明顯，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，很多還是內置了定量的儀器）。比如下圖就是具有熒光性質的納米粒子陣列，與不同濃度的TNT蒸氣接觸后產生化學反應，會使得其熒光強度發生不同程度的猝滅。有的顯色也不一定是熒光顯色，普通的顏色變化也可。這些都已經有商業化產品。

      間接的現象是指產生的物理、化學變化可能肉眼還無法識別，但是可以通過信號放大或者轉化，產生電流、電壓、導電性質等變化。因此，基于這樣的設計原理的產品可以說是五花八門。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導致電容變化產生的信號。

      總體來講，當今的爆炸物檢測也只能檢測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，依據現有的檢測原理絕大部分現有的爆炸物檢測儀都是無能為力的。不過考慮到軍工業上終極大殺器是核武器的現狀，以及絕大多數恐怖分子較低的文化程度，筆者倒不認為他們會開發出全新的炸藥，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 化學加 2016-1-15同時發出

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