现场侦检装备在应对化学威胁中的应用与发展

近年来,国内外不断发生的化学恐怖袭击和化学事故仍然是当今人类生存、国家安全所面临的重大威胁。化学侦检是防化应急处置与救援的眼睛,熟练掌握和正确使用侦检装备是应对化学威胁、降低损失和伤亡的关键因素。基于化学传感等技术的侦检装备具有响应快速、智能便携的特点,并且在远程监测和实时值守等方面具有优势。该文针对涵盖电化学传感器、质量敏感型传感器、红外传感器、拉曼传感器、离子迁移谱仪、火焰光度检测器、光致电离检测器、远程遥测传感装备等在内的现场侦检装备,从原理、性能、优势和不足等方面进行了概述,重点阐述了侦检装备在应对化学威胁方面的最新进展,并对其发展趋势、应用前景进行了展望,以期为化学侦检装备在应对化学威胁中的深入研究与应用提供参考。     

K_2(9~1∑~+_g)高位电子态与H_2碰撞中H_2的能量分布

光学-光学双共振激发K2到91∑+g高位态,研究了K2(91∑+g)与H2的电子-振转碰撞能量转移。利用相干反斯托克斯(CARS)光谱技术探测H2的振转态分布,扫描CARS谱表明H2在(1,1)、(2,1)、(2,2)、(3,1)、(3,2)、(3,3)和(3,5)能级上有布居。由时间分辨CARS轮廓得到H2各振转能级上粒子数之比,得到H2的平均振动能和平均转动能分别为9063cm-1和388cm-1。从91∑+g→11∑+u、11∑+u→11∑+g、33∏g→13∑+u跃迁的时间分辨激光感应荧光(LIF)强度得到它们的自发辐射率和碰撞转移率。在H2压强为3×103Pa时,K2(91∑+g)与H2的碰撞转移能为16930cm-1。H2的平均振转能占平均转移能的56%。     

高位振动态RbH(Х1Σ+,v″≧15) 与CO2碰撞转移中的能量相关性

研究了高位振动态RbH(Х1Σ+,v″=15-21)与CO2碰撞转移过程。脉冲激光激发RbH至高位态,利用激光感应荧光 光谱(LIF)得到RbH(Х1Σ+,v″)与CO2的猝灭速率系数,。利用激光泛频光谱技术,测量了CO2(0000,J)高转动态分布。得到了转动温度,从而获得了平均转动能和转动能的变化<ΔErot>,发现。对于v"=16,证实了振动—振动能量转移的4-1近共振过程。在一次碰撞条件下,通过速率方程分析,得到RH(v")-CO2振转速率系数。对于v"=15,J=32-48,速率系数在1.25-0.33×10-13cm3s-1.之间,对于v"=21,速率系数在2.47-1. 53×10-13cm3s-1之间,其能量相关性是明显的。     

高位振动态RbH(X1∑+,v″≧15)与CO2碰撞转移中的能量相关性

研究了高位振动态RbH(X1∑+,v″=15～21)与CO2碰撞转移过程.脉冲激光激发RbH至高位态,利用激光感应荧光光谱(LIF)得到RbH(X1∑+,v″)与CO2的猝灭速率系数kv″(CO2),kv″=21(CO2)=2.7kv″=15(CO2).利用激光泛频光谱技术,测量了CO2(0000,J)高转动态分布,得到了转动温度,从而获得了平均转动能＜Erot＞和转动能的变化＜△Erot＞,发现＜△Erot＞v″=21≈2.9＜△Erot＞v″=15.对于v″=16,证实了振动—振动能量转移的4-1近共振过程.在一次碰撞条件下,通过速率方程分析,得到RH(v″)-CO2振转速率系数.对于v″=15,J=32-48,速率系数在1.25-0.33×10-13 cm3 s-1.之间;对于v″=21,速率系数在2.47-1.53×10-13 cm3 s-1之间,其能量相关性是明显的.     

高位振动态RbH（X1∑+,v"≥15）与CO2碰撞转移中的能量相关性

研究了高位振动态RbH（X¹∑⁺,v″=15～21）与CO₂碰撞转移过程.脉冲激光激发RbH至高位态,利用激光感应荧光光谱（LIF）得到RbH（X¹∑⁺,v″）与CO₂的猝灭速率系数k_v″（CO₂）,k_v″=21（CO₂）=2.7k_vⁿ=15（CO₂）.利用激光泛频光谱技术,测量了CO₂（00⁰,J）高转动态分布,得到了转动温度,从而获得了平均转动能rot>和转动能的变化<△E_rot>,发现<△E_rot>_v″=21≈2.9<△E_rot>_v″=15.对于v″=16,证实了振动—振动能量转移的4-1近共振过程.在一次碰撞条件下,通过速率方程分析,得到RH（v″）-CO₂振转速率系数.对于v″=15,J=32-48,速率系数在1.25-0.33×10^-13cm³s^-1.之间;对于v″=21,速率系数在2.47-1.53×10^-13cm³s^-1之间,其能量相关性是明显的.     

氢分子振动态与铯分子基态碰撞中转动-振动能量转移

利用受激拉曼泵浦将H2激发到v=1,J=3态,研究了H2(1, 3)态与Cs2分子碰撞(1, 3)态的弛豫及Cs2(X1+g)振动态的激发过程。利用相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)检测H2的振转态分布,由CARS峰值得到密度比[H2(1, 3)]/[H2(0, 3)]和[H2(1, 1)]/[H2(1, 3)],由H2(v=0)振转态的Boltzmann分布确定H2(0, 3)的密度,由此得到[H2(1, 3)]和[H2(1, 1)]态的密度。激光诱导荧光光谱(LIF)确定被碰撞激发的Cs2(X1+g, v=11-15)各态。利用单模半导体激光作瞬时光吸收,对于v= 11, 12, 13, 14和15,积分吸收系数(单位：106cm-1s-1)分别是6.5,7.9,7.0,6.1和4.7,结合H2(1, 3)的密度,得到H2(1, 3)Cs2(X1+g, v)的转移速率系数,对于v=11-15,分别是(单位：10-13cm-1s-1)1. 40. 6,1.70. 7,1.50. 6,1.30.5和1.00. 4。利用吸收线Doppler增宽测量分别得到了Cs2(X1+g, v=11-15)的平动能。     

NaK高位6~1∑~+态与H_2碰撞中转移能配置

脉冲激光激发NaK 2~1Σ~+←1~1Σ~+跃迁,单模Ti宝石激光器激发2~1Σ~+至高位态6~1Σ~+,研究了6~1Σ~+与H_2碰撞中的碰撞转移。3D→4P(1.7μm)和5S→4P(1.24μm)荧光发射说明了预解离和碰撞解离的产生。在不同的H_2密度下,通过以上能级的荧光测量得到了预解离率,碰撞解离及碰撞转移速率系数Γ_(3D)~P=(5.3±2.5)×10~8 s~(-1),Γ_(5S)~P=(3.1±1.5)×10~8 s~(-1),k_(3D)=(3.7±1.7)×10~(-11)cm~3·s~(-1),k_(5S)=(2.9±1.4)×10~(-11)cm~3·s~(-1),k_(4P→4S)=(1.1±0.5)×10~(-11)cm~3·s~(-1),k_(3D→4P)=(6.5±3.1)×10~(-12)cm~3·s~(-1),k_(5S→4P)=(4.1±1.9)×10~(-12)cm~3·s~(-1)在不同H_2密度下,记录时间分辨荧光,由Stern-Volmer公式得到6~1Σ~+→2~1Σ~+,2~1Σ~+→1~1Σ~+的自发辐射寿命分别为(28±10)ns和(15±4)ns。6~1Σ~+→2~1Σ~+6~1Σ~+→1~1Σ~+及2~1Σ~+→1~1Σ~+分子态间与H_2的碰撞转移速率系数分别为(1.8±0.6)×10~(-11)cm~3·s~(-1),(1.6±0.5)×10~(-10)cm~3·s~(-1)和(6.3±1.9)×10~(-11)cm~3·s~(-1)。转移到H_2的振动、转动和平动能各占总转移能的0.58,0.03和0.39。主要能量转移至振动和平动能,支持6~1Σ~+-H_2间的共线型碰撞机制。     

多视场宽时域仿生极高速成像

现有极高速成像系统存在元件复杂、系统庞大以及视场受限的问题。基于螳螂虾小眼和复眼结构提出一种结构紧凑的极高速成像方法，可应用于多种视场和时间范围。仿生极高速成像仿生微绒毛阵列结构，以条纹结构光照明和空间角分复用为基础，实现图像的压缩和瞬态事件时序图像的重现。仿生螳螂虾小眼结构，可以实现视场极高速成像；而复眼系统结构上有小眼系统拼接组成，可以突破限制现大视场极高速成像。时间延迟结构与照明成像光路分离，可以实现飞秒至皮秒时间尺度的瞬态事件记录。因此，仿生多视场极高速成像理论上可以应用于各种视场的成像，仿真实验的摄影频率可以达到1.2×10¹³帧/s，还原图像分辨率可以达到80.6 lp/mm。仿生极高速成像为大范围、群体性瞬态事件的探测提供了可能，例如光在散射介质中的传播、随机运动等，并且其结构紧凑，为极高速成像仪器的小型化、轻量化打下基础。