以沙林毒氣為例，沙林，學(xué)名甲氟膦酸異丙酯，英文名稱Sarin，是二戰(zhàn)期間德國納粹研發(fā)的一種致命神經(jīng)性毒氣，化學(xué)式：(CH3)2CHOOPF(CH3)，無色無味，通過過度刺激肌肉和重要器官影響神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生致命效果。沙林可以通過呼吸道或皮膚黏膜侵入人體，殺傷力JQ，一旦散發(fā)出來，可以使1.2公里范圍內(nèi)的人死亡和受傷^[2]。它分液態(tài)和氣態(tài)兩種形式，一滴針眼大小的沙林毒氣液體就能導(dǎo)致一名成人很快死亡。

        中毒后表現(xiàn)為瞳孔縮小、呼吸困難、支氣管痙攣和劇烈抽搐等，嚴(yán)重的數(shù)分鐘內(nèi)死亡。梭曼化學(xué)名稱為JFL酸頻哪酯，英文名Soman，1944年，德國諾貝爾獎(jiǎng)金獲得者理查德•庫恩博士SC合成了梭曼。梭曼吸入毒性是沙林的2-4倍，皮膚毒性是沙林的5-10倍。它可通過呼吸道吸入，也可通過皮膚吸收等途徑殺傷人畜，或使食物和水源染毒，經(jīng)消化道進(jìn)入體內(nèi)。人若吸入幾口高濃度的梭曼蒸氣后，在一分鐘之內(nèi)即可致死，中毒癥狀與沙林相似。梭曼的另一特點(diǎn)是中毒作用快且無TX解藥，因此有“最難防治的毒劑"之稱^[3]。光氣的學(xué)名叫二氯碳酰，是一種無色、有爛干草味的氣體，由英國化學(xué)家戴維首先于1812年合成。光氣劇毒，是一種強(qiáng)刺激；窒息性氣體。吸入光氣引起肺水腫；肺炎等，具有致死危險(xiǎn)。光氣是一氧化碳與氯氣在日光下合成，為無色氣體，它能傷害人體呼吸器官，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致人體死亡。

神經(jīng)性毒氣沙林、梭曼和窒息性毒氣光氣嚴(yán)重威脅到了人類的身心健康和人身安全。近幾年，各大媒體頻繁報(bào)道突發(fā)性毒氣泄漏事件，人們對(duì)于突發(fā)性毒氣泄漏給予越來越多的關(guān)注。世界范圍內(nèi)KB主義猖獗，毒氣也可能成為KBFB利用的工具。在現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)中，對(duì)毒氣的使用更是屢見不鮮。然而對(duì)于此類劇毒氣體傳統(tǒng)的檢測(cè)方法大多因測(cè)試時(shí)間長，測(cè)試儀器操作繁雜，不易現(xiàn)場(chǎng)使用等特點(diǎn)而得不到推廣，世界各發(fā)達(dá)一直在進(jìn)行毒氣檢測(cè)的新方法、新技術(shù)、新儀器的研發(fā)，力求提供現(xiàn)代化的檢測(cè)手段，保障和軍隊(duì)避免受到生化襲擊威脅，監(jiān)測(cè)毒氣泄漏和環(huán)境污染。由于微型氣體檢測(cè)儀的操作者是現(xiàn)場(chǎng)人員，而非化工人員，為了能夠在較大的地域內(nèi)對(duì)毒氣進(jìn)行快速檢測(cè)，這就要求毒氣檢測(cè)儀必須具有響應(yīng)速度快、操作簡(jiǎn)單、微型化、便攜式的特點(diǎn)。因此研制出一種微型、可靠、價(jià)格低廉的毒氣檢測(cè)儀對(duì)毒氣種類的識(shí)別和痕量濃度的快速、準(zhǔn)確檢測(cè)工作具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 氣體檢測(cè)的研究現(xiàn)狀分析

       相關(guān)學(xué)者很早就開始對(duì)毒氣檢測(cè)方法和檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了研究，20世紀(jì)30年代起，國外就開始進(jìn)行研究開發(fā)氣體傳感器的工作，當(dāng)時(shí)主要是用于廠礦和家庭的煤氣、液化石油氣、天然氣以及瓦斯等有害氣體的檢測(cè)、控制和報(bào)警，并取得突出的成就；進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來，隨著科學(xué)技術(shù)以及社會(huì)的發(fā)展，涌現(xiàn)出了各種毒氣檢測(cè)的新技術(shù)和新方法。在毒氣檢測(cè)的發(fā)展歷程中，曾出現(xiàn)過三大類檢測(cè)方法：濕化學(xué)法、基于氣體傳感器的傳統(tǒng)檢測(cè)法(不使用分光鏡)和光學(xué)檢測(cè)法(借助分光鏡)。

國外的毒氣檢測(cè)技術(shù)具有多樣性的特點(diǎn)，其中基于光譜分析的檢測(cè)技術(shù)是當(dāng)前比較流行的一種檢測(cè)技術(shù)，該方法具有檢測(cè)范圍廣、精度高、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，可滿足定性、定量檢測(cè)等不同檢測(cè)需求，其檢測(cè)精度最高可達(dá)到ppb級(jí)。

差分吸收光譜技術(shù)(DOAS)的雛形于20世紀(jì)70年代由Noxon提出，而后Platt和Perner又將該技術(shù)推廣并應(yīng)用于對(duì)流層大氣的研究，由于其具有連續(xù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，DOAS技術(shù)從此便在國外迅速發(fā)展，在大氣污染監(jiān)測(cè)、火山氣體檢測(cè)和煙氣環(huán)境監(jiān)測(cè)等中應(yīng)用廣泛。它是指，當(dāng)光在大氣中傳輸時(shí)，根據(jù)痕量污染氣體成分在紫外和可見光波段的吸收光譜特征來反演其種類和濃度。目前，在氣體污染物在線實(shí)時(shí)檢測(cè)領(lǐng)域，美國AIM公司擁有發(fā)散紫外DOAS測(cè)量技術(shù)，包括開路式、探頭式和抽取式氣體檢測(cè)儀，基于發(fā)散紫外DOAS測(cè)量技術(shù)的產(chǎn)品有AIM-9050、AIM-9060和AIM-9070，AIM-9070如圖1所示；還有意大利ETG公司的UV Sentinel紫外大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)儀，也采用了發(fā)散紫外DOAS測(cè)量技術(shù)，如圖2所示。

      20世紀(jì)90年代中期，David W. T. Griffith和Bo Galle利用用于外場(chǎng)測(cè)量的開放光程傅里葉變換紅外光譜(FTIR)系統(tǒng)檢測(cè)環(huán)境氣體，開始了使用FTIR系統(tǒng)檢測(cè)大氣環(huán)境的研究；而后，Rainer Haus和Klaus Schafer用FTIR研究大氣痕量氣體發(fā)射和吸收光譜。FTIR系統(tǒng)中，紅外光源發(fā)射的輻射光經(jīng)準(zhǔn)直后以平行光出射，歷經(jīng)幾百米光程后由望遠(yuǎn)系統(tǒng)接收，然后再經(jīng)干涉儀后匯聚到紅外探測(cè)器上進(jìn)行信號(hào)的獲取。干涉儀是FTIR系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件，接收的光束分成兩束分別射向兩面反射鏡，一面反射鏡可以前后移動(dòng)，并使兩束光產(chǎn)生相位差，相位差由光譜的組分決定，同時(shí)，具有相位差的兩束光干涉產(chǎn)生信號(hào)幅值變化，由探測(cè)器探測(cè)到干涉圖后，經(jīng)快速傅里葉變換得到氣體組分的光譜數(shù)據(jù)。根據(jù)氣體對(duì)特定波長的入射光的吸收作用，由該波長處的吸收峰值可以得到氣體的濃度。

同樣，還出現(xiàn)了可調(diào)諧激光二極管激光吸收光譜(TDLAS)技術(shù)、氣相色譜柱-離子遷移率譜(GC-IMS)氣體檢測(cè)技術(shù)和基于MDS(Metal Dielectric Semiconduct-or)傳感器的氣體檢測(cè)技術(shù)等等。TDLAS是最近發(fā)展起來的一種高靈敏、高分辨率的大氣痕量氣體吸收光譜檢測(cè)技術(shù)，國外基于TDLAS技術(shù)的氣體濃度檢測(cè)研究開展比較早，目前已實(shí)現(xiàn)對(duì)CH₄、H₂O、CO和CO₂等氣體的高靈敏度檢測(cè)；國外GC-IMS系統(tǒng)已經(jīng)被設(shè)計(jì)成便攜手持式裝置并投入使用，該裝置對(duì)許多化學(xué)組分都具有很好的敏感性以及相對(duì)較好的選擇性；基于MDS傳感器的氣體檢測(cè)技術(shù)也是目前國內(nèi)少有報(bào)道的一種檢測(cè)技術(shù)，該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)H₂S，NO₂，NH₃等多種氣體的檢測(cè)，精度可達(dá)到5～200ppb，但是由于檢測(cè)原理的限制，該技術(shù)的檢測(cè)范圍受到較大限制。

國外毒氣檢測(cè)方法的研究具有前沿性，技術(shù)和儀器也比較，但是一個(gè)突出的問題便是儀器價(jià)格昂貴，這影響了毒氣檢測(cè)儀器的推廣使用。

相對(duì)于國外的毒氣檢測(cè)研究，國內(nèi)研究起步較晚，各種檢測(cè)方法、技術(shù)和儀器相對(duì)較少，應(yīng)用于實(shí)際中的氣體檢測(cè)儀種類也不多，用途也相對(duì)集中，主要是針對(duì)已知?dú)怏w的檢測(cè)和控制?；诮饘贇饷魝鞲衅鞯臍怏w識(shí)別技術(shù)相對(duì)成熟，主要是利用一個(gè)帶有金屬氣敏傳感器的檢測(cè)電路對(duì)被測(cè)氣體進(jìn)行檢測(cè)，通過氣體作用于金屬傳感器，導(dǎo)致傳感器電阻性質(zhì)發(fā)生變化，從而對(duì)被測(cè)氣體進(jìn)行定性和定量檢測(cè)。這一技術(shù)又可以分為：?jiǎn)我粋鞲衅鳈z測(cè)技術(shù)和基于傳感器陣列的檢測(cè)技術(shù)兩種。

國內(nèi)只有少數(shù)單位對(duì)DOAS技術(shù)以及系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)研究和開發(fā)，中科院安徽光機(jī)所主持開發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的機(jī)動(dòng)車尾氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)——“可調(diào)諧紅外激光差分吸收汽車尾氣道邊監(jiān)測(cè)技術(shù)與系統(tǒng)研究"；天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院的吳楨等進(jìn)行了“DOAS系統(tǒng)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)處理"研究；在實(shí)際測(cè)量中，由于系統(tǒng)噪聲疊加在吸收光譜上，會(huì)影響測(cè)量精度，針對(duì)此問題，中科院安徽光機(jī)所的李素文等對(duì)“基于小波變換的差分吸收光譜數(shù)據(jù)處理方法"進(jìn)行了研究，提出利用軟閾值小波變換去躁，并得出軟閾值小波去躁可以提高差分吸收光譜系統(tǒng)的測(cè)量精度和降低檢測(cè)限的結(jié)論；被測(cè)氣體周圍環(huán)境對(duì)DOAS系統(tǒng)的測(cè)量精度有一定的影響，針對(duì)此問題，上海理工大學(xué)鄭海明和蔡小舒對(duì)“二氧化氮可見光區(qū)內(nèi)壓力對(duì)吸收特性的影響"做了研究；東南大學(xué)潔凈煤發(fā)電及燃燒技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的邵理堂等對(duì)“溫度對(duì)NO₂差分吸收光譜特性影響的實(shí)驗(yàn)研究"做了相關(guān)研究和論述；東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院的湯光華等對(duì)“差分吸收光譜法在線測(cè)量煙氣濃度實(shí)驗(yàn)研究"進(jìn)行了相關(guān)論述；國內(nèi)采用FTIR以及TDLAS技術(shù)技術(shù)對(duì)氣體濃度進(jìn)行檢測(cè)也處于起步階段，僅有少數(shù)學(xué)者進(jìn)行相關(guān)方面的研究。