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(guó)納粹研發(fā)的一種致命神經(jīng)性毒氣，化學(xué)式：(CH3)2CHOOPF(CH3)，無(wú)色無(wú)味，通過(guò)過(guò)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(guò)呼吸道或皮膚黏膜侵入人體，殺傷力JQ，一旦散發(fā)出來(lái)，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(guó)諾貝爾獎(jiǎng)金獲得者理查德•庫(kù)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(guò)呼吸道吸入，也可通過(guò)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(wú)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(wú)色、有爛干草味的氣體，由英國(guó)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(wú)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(lái)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(zhǎng)，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(guó)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(lái)，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(guò)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(guó)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(guó)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(lái)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(guó)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(zhǎng)的入射光的吸收作用，由該波長(zhǎng)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(lái)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(wèn)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(guó)外的毒氣檢測(cè)研究，國(guó)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(guò)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(guó)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(wèn)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(wèn)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(guó)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。