2023年10月11日
高能炸药是一种具有爆炸性的危险物质，在一定的外部激励下，可在较短时间能释放大量的热量和气体，破坏力极强，军民用途前景广阔。但如果被恐怖分子不当使用，将直接造成重大人员伤亡、财产损失等负面影响。因此，对于机场、海关等政府部门，有效、快速地检测和鉴别高能炸药以及与其具有相似分子结构的一般有机物已成为国际社会面临的紧迫问题。本文为解决上述问题提出了一种仅消耗微克级样品量的基于纳秒激光诱导等离子体光谱（LIPS）技术的化学计量学快速解析策略。通过在二维光谱主成分空间中进行分波段k均值聚类分析。依据统计指标Davies-Bouldin index (DBI)揭示了炸药和一般有机物差异最明显的LIPS光谱波段为455 nm到690 nm。即C2二聚体是鉴别高能炸药和与其结构类似的一般有机物的重要辐射粒子。官能团中的碳原子趋向于参与C2二聚体发射，而环中的碳更倾向于促进CN自由基发射。此外，还首次明确了C2发射强度、氧平衡（OB）和芳香指数（AI）之间的定量相关性。最后仅选用特征波段光谱数据，依托支持向量机（SVM）算法，完成十种材料（5种高能炸药和5种与其结构类似的有机物）的准确识别和分类，准确度高达99%。由此可见，纳秒LIPS光谱可作为化学探针，用于检测高能炸药与有机样品之间的结构差异，从而有效鉴别它们。本文提出的简单、快速、可靠的原位识别与分类测量方法在便携式系统和工业应用方面具有很大的发展潜力。
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