基于ITMS技术的炸药/毒品探测器和金属探测器集成的研究

　　引 言

　　近年来恐怖活动不断升级，严重危害着社会公共安全。各个国家对安全防范问题日益重视，采取了各种相应的措施来保证公共场所人们的生命财产安全。例如在重要的共场所分别配置金属探测门或炸药 / 毒品探测器，进行出入管理控制。金属探测门和炸药/ 毒品探测器作为安检中的主要设备，两者技术的集成是一个很有前景的研究。本文着重介绍了ITMS 炸药/ 毒品探测技术,并就炸药/ 毒品探测器和金属探测器的集成在技术和实践的可行性上进行了研究。

　　一.金属探测技术现状

　　金属探测在安防、工矿业检查、电子产品防盗等方面发挥着重要的作用，金属探测门更是各机场必备的安防设备。适应形势的需要，金属探测门不断地应用新的先进的技术，如用数字脉冲波代替连续波进行工作、探测区设计成多个互相重叠交叉的区域等，使其灵敏度、分辨率、稳定性等指标有了很大的提高，应用领域也随着产品质量的提高延伸到了多个行业。金属探测门的发展趋势是进一步提高的仪器探测的灵敏度和稳定性，降低检测的漏报率和误报率。

　　二.I T M S 炸药/ 毒品探测技术

　　炸药 / 毒品都是由碳、氧和大量氮原子组成的有机化合物。炸药 / 毒品的种类繁多，常见的炸药包括RDX(黑索金)、PETN(肽胺)、TNT(梯恩梯)、Semtex(赛姆塑胶炸药)、NG(硝化甘油);常见的毒品有海洛因、可卡因苯环利啶，甲基安非他命，大麻等。针对炸药 / 毒品的特性，当前炸药 / 毒品探测技术主要有X 射线法，色谱法如GC(气相色谱)，质谱法如IMS(离子迁移质谱),ITMS 等。

　　ITMS(Ion Trap MobilitySpectrometry) 离子捕获漂移质谱，它是以Ion Trap(离子阱)技术为基础的炸药/ 毒品探测方法。离子阱是一种能够囚禁离子的仪器，它起源于四极质谱技术，是由一环电极和上下两个端电极组成。如下图Paul阱结构示意图(左) 及等效图(右)

其内表面为满足一定光洁度的一组共扼旋转双曲面。将其置于超高真空中，就构成离子阱实验装置。在离子阱装置中根据施加在环、帽电极之间的囚禁场可分为射频离子阱( 在环极加一静电场，又称 P a u l阱) 和磁场离子阱( 在环极加一静磁场，又称Penning 阱)，以下以Paul阱为例介绍离子阱的工作原理。

        阱中的电势由环极相对于帽极的电压为U-Vcos Ωt，其中U、V 分别为囚禁场中直流和交流电压的幅度，Ω为射频( 囚禁场) 的频率。理想的Paul 阱中的势为四极势:

　　离子在r 和 z 方向囚禁离子的工作点。由式(2)可知，只有当满足一定的条件时，离子才能稳定的囚禁。在Paul 阱中, 离子受到囚禁射频场的作用，将以Ω频率振动，离子在两个振动半周期中所受的力不同，但平均的效果力使离子趋向阱中心场强最弱处，即被囚禁在离子阱的中心。其囚禁时间随离子的荷质比不同从几 s 到几十 h 。