导爆管的示踪剂溯源方法研究.pdf

爆破器材E x p l o s i v eM a t c r i a ] s 第4 1 卷第4 期 导爆管的示踪剂溯源方法研究‘ 段红珍∞钱华∞万方①潘峰∞杨祖一④刘大斌① ①南京理工大学化工学院 江苏南京，2 1 0 0 9 4 ②中北大学理学院化学系 山西太原，0 3 0 0 5 1 ③国家民用爆破器材质量监督检验中心 江苏南京，2 1 0 0 9 4 ④中国爆破器材行业协会 北京，1 0 0 0 8 9 [ 摘要]为了能使导爆管具有良好的可溯源特性，研究了示踪剂在导爆管中的添加方法以及检测方法，通过改 变示踪剂的组分及其添加量，得到含有不同种类示踪剂的导爆管，利用电感耦合等离子发射光谱对爆前和爆后样 品中的示踪剂配比及含量进行研究，探讨了导爆管的装药均匀性、导爆管取样长度、导爆管取样位置对爆后测试结 果的影响。结果表明，导爆管的装药均匀性及取样位置对示踪效果影响较小，长度为1 0 e m 的导爆管取样量可以保 证检测结果的有效性，半定量设计配比法可以有效地解决导爆管的溯源问题。 [ 关键词]塑料导爆管 示踪剂溯源特性电感耦合等离子发射光谱仪 I C P [ 分类号] T J 4 5 7 引言 爆破器材和炸药溯源问题，是当前刑事技术方 面的一个重要课题[ 1J ，在不同厂家生产的导爆管导 爆药上加载不同的示踪信息，使导爆管在传爆后仍 可通过对残留物的分析测试，实现对其生产厂家的 准确溯源，这是涉爆案件侦破的主要手段。目前所 采用的信息加载方法有两个其一是在导爆管外壁 上采用塑料喷码的办法加注生产厂家的信息旧剖；其 二是在导爆药中添加示踪剂【4 J 。前者是在导爆管 传爆后目视识读其管壁的信息，但由于其在塑料导 爆管流通和使用过程中很易被磨损擦除，或被犯罪 分子人为刮除，故可能会造成溯源失败；后者是在导 爆管导爆药中添加示踪元素，导爆管传爆后所添加 的示踪元素仍保留在导爆管残留物中，通过化学测 试手段便可以实现准确溯源。本文研究的内容就是 关于示踪元素的选择和导爆管爆后溯源的测试方 法。 通过在导爆药中添加惰性示踪剂，制得具有示 踪功能的可溯源导爆管，是一种有效的解决方案。 本文主要研究了示踪剂的添加及检测方法，确定了 合适的示踪剂种类、示踪剂添加量以及分析检测方 法。通过对导爆管炸后残留物进行检测，可实现对 导爆管准确、快速的溯源。 1 试样准备及测试方法 1 ．1 示踪剂的选择原则 所选择的示踪剂，在导爆管使用前，能够保持优 良的安定性、与导爆药的相容性以及在导爆管内壁 的粘附性；在导爆管使用中，示踪剂不对导爆管的传 爆和点火性能产生影响，同时又不被导爆药形成的 爆轰波所毁灭；在导爆管使用后，留在管内的示踪剂 的残留物质能够被特定的检测方法所鉴别，以满足 导爆管溯源的需要H J 。 1 ．2 导爆管试样的制备 试验样品导爆管试样的外径为 3 ．0 - 4 - 0 ．1 F I I I T I ，内径为 1 ．5 0 ．1 m m ；管壁材料为上海石化生 产的N 2 1 0 型低密度聚乙烯；导爆药基础配比为超 细黑索今铝粉 7 5 2 5 。 1 ．3 试验方法 选择惰性金属氧化物或金属盐类化合物作为示 踪剂，其中本文所用的示踪剂以A 、B 、C 等代码代 替，以金属元素的检测为识别方法。 检测仪器S P S 8 0 0 0 型电感耦合等离子发射光 谱仪 I C P 。 导爆管的制备将黑索今与超细铝粉以7 5 2 5 的比例均匀混合，作为导爆药的母体，再外加一定比 例的示踪剂，均匀混合，然后进行导爆管的拉制 装 药量1 4m g ／r 1 1 ，每种导爆管拉制3 0 0m 备用呤剖。 2 示踪剂的添加与检测方法 收稿日期2 0 1 2 - 0 2 - 2 9 基金项目公安部重点研究项目 2 0 0 9 2 1 Y J N J I F 0 3 2 作者简介段红珍 1 9 7 1 一 ．女。博士，副教授，主要从事纳米材料制备及性能测试方面的研究。E - m a i l d u a n l a z 2 0 0 0 t 6 3 ．c o i n 通讯作者刘大斌 1 9 6 3 一 ，男。教授，博导，主要从事含能材料的制备与应用研究。E m a i l d a b i n 6 3 r i p ．s l n a ．e o m 万方数据 2 0 1 2 年8 月 导爆管的示踪剂溯源方法研究段红珍等 综合考虑成本、传爆及点火可靠性、检测灵敏度 等因素，选取l O 种示踪剂，对不同示踪剂增加量的 导爆管进行爆速的测定，发现当添加量≤1 5 ％，导爆 管的爆速都不会发生显著的变化，同时符合上述的 示踪剂的选择原则，因此，本文所选的组合添加剂可 以作为导爆管内的示踪剂。 2 ．1 方案设计 初步选取1 0 种含有不同元素的添加物作为备 选成分，以字母A J 作为此1 0 种添加剂的代号，通 过相容性试验及添加剂本身的综合性质，从中确定 7 种综合性能满足要求的示踪剂单元组分。 ．从7 种示踪剂中选取l 一3 种不同单元组分组 合作为一个配方添加到导爆药中，可构成c ； c ； C ； 6 1 组配方，能够满足目前国内4 0 余家导爆管 生产厂家的需求。每一种金属元素在导爆药中只有 2 种状态存在与不存在。参照示踪剂配伍表，即可 确定导爆管的生产厂家。 2 ．2 检测手段 由于残留物的检测是以金属元素的检测为识别 方法，理论上只要能检测出金属元素的测试方法均 可作为此示踪的检测方法，比如原子吸收光谱法和 化学分析法。但是由于样品中金属元素的种类较多 且含量较低，而使用原子吸收光谱仪测定需事先清 楚导爆管中残余金属离子的种类，利用化学分析法 因含量低而检测结果误差大。为提高检测效率，需 采用一次性能检测出多种元素的方法，于是探索采 用I C P 电感耦合等离子发射光谱仪 进行检测的可 行性。 电感耦合等离子发射光谱仪 I n d u c t i v e l yC o u ． p i e dP l a s m aS p e c t r o m e t e r 是目前用于原子发射光谱 的主要光源。I C P 具有环形结构、温度高、电子密度 高、惰性气氛等特点，用它做激发光源具有检出限 低、线性范围广、电离和化学干扰少、准确度和精密 度高等分析性能。因此，针对爆后溯源示踪剂量少、 准确度要求高的特点，I C P 是一种适合的检测手 段‘9 1 。 2 ．3 设计配比 确定示踪剂总量占导爆药总质量的5 ％，当采 用3 种添加剂时，每种添加剂各占1 ．7 ％；当采用2 种添加剂时，每种添加剂各占2 ．5 ％；当采用1 种添 加剂时，该添加剂占5 ％。为了节约试验成本，采用 如下试验方法将1 0 种备选示踪剂等质量比混合均 匀，各按I ％的添加量加入到导爆药中，则惰性添加 剂的总量为1 0 ％。混合均匀后拉制导爆管，起爆后 对其进行检测。 分析认为如果该方法能可靠地检测出这1 0 种 备选示踪剂中固定的7 种，则这7 种添加物所形成 的6 1 种配方在最终工业化溯源中一定能确保检出。 这是因为在目前的试验中，l O 种添加物的总量为 1 0 ％，每种添加物的含量为l ％；而在最终的配方 中，金属添加物的总量为5 ％，且种类最多为3 种， 每种添加物的含量均不低于1 ．7 ％。如果试验阶段 在1 0 种添加物干扰的情况下1 ％的添加量都能准 确测定，那么最多仅有3 种添加物、添加量不小于 I ．7 ％的情况下一定能准确得以分辨。 2 ．4 检测结果 截取1 0c m 长度的爆后导爆管，沿中心剖开，并 截成数段I 一2c m 的小段，用3 5 ％的稀硝酸溶解， 浸泡，加热回流2h ，定容后待测。 2 ．4 ．1 装药均匀性及爆轰波对测试结果的影响 为考察导爆管装药时示踪剂分布的均匀性，以 及爆轰波对其分布的影响，对所制的导爆管在起爆 前和起爆后的示踪剂分布进行了检测，结果如表1 以金属含量来表示 。 表1 装药均匀性及爆轰波对测试结果的影响 m g L ’1 添加剂掣趟辫等鲨筹 表1 中，1 。一3 ’为未起爆样品管的测试数值。 其中D 、E 、F 、G 在稀硝酸中的溶解性不是很好，因此 检测值偏低。由数据可知，示踪剂分布较均匀，且各 号样本之问数据具有良好的平行性，证明混合效果 良好。 4 ’- 6 ’为起爆后样品管的测试数值。示踪元素 分布在一定范围内有所波动，但平行性良好，不会对 示踪效果产生影响。 2 ．4 ．2 导爆管取样长度对测试结果的影响 导爆管取样的长度决定了测试结果的可信度。 为了验证1 0c m 的取样长度是否合理，分别对2 0 c m 、5c m 的爆后样品导爆管进行检测，结果见表2 。 由表2 可知，7 ’、8 。的2 0 c m 管检测值分布较 万方数据 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s第4 1 卷第4 期 表2 导爆管取样长度对测试结果的影响 m g L 一1 添加剂掣学竽等等燮笋 注在I C P 测试中，需将待测溶液中金属离子的浓度稀释 至仪器最佳检测范I I 内 0 ．0 5 0 ．5 0r a g ／L 。因此不同样品 的稀释倍数可能不同，只可将同组数据进行对比，考察其平 行性；非同组数据无对比性。 好，数据间比例与1 0c m 管检测值类似，证明1 0c m 的检测长度足以提供有效的数据，不需要增加检测 长度。9 。、1 0 。的5 c m 管检测值分布不均，分析认为， 由于5c m 管内示踪添加剂含量很少，示踪添加物分 布的随机性增加，各添加物之间难以保持稳定的比 例，不利于对管内示踪添加物进行分析和识别。考 虑到爆炸现场的取样难度，取样长度应在不影响检 测准确度的情况下尽可能短，故取样长度定为l O c m o 2 ．4 ．3 取样位置对测试结果的影响 由于爆轰波的作用，示踪剂在导爆管内爆后的 分布不是绝对均匀的，尤其是起爆始端和起爆末端。 为考察取样位置对测试结果的影响，分别选取了爆 后导爆管始端、中端和末端进行测试，结果如表3 所 示。 表3 取样位置对测试结果的影响 m g L 一1 表3 中，为了确定导爆管不同段位中示踪元素 的分布情况，取爆后管的起爆端和末端各两段，分别 标记为1 1 ’、1 2 和1 5 ’、1 6 。，同时取中部两段标记为 1 3 ’、1 4 ’。1 l ’、1 2 。和1 5 ’、1 6 ’的数据对比表明．无论 是起爆端还是传爆末端，各种添加剂均保持了良好 的平行性，示踪信息均有效保存，元素分布的变动较 小。证明检测样本在导爆管内的位置对结果影响很 小，加之取样仅需1 0c m 长度，故溯源时所需样本的 可选择范围很大。 2 ．4 ．4 异常元素的剔除 由表1 一表3 数据可知，D 、G 、J 的含量异常，与 其它元素相比没有规律性。其原因主要是原材料以 及生产中存在特定杂质或其它因素，以上情况不可 避免，但杂质种类较为固定，仅有3 种，可以从备选 示踪添加物中除去，剩余的7 种示踪元素完全满足 溯源要求。 3 结论 将A 、B 、C 、E 、F 、H 、I 这7 种惰性金属氧化物或 盐类粉末中每1 - 3 种等质量混合在一起，示踪剂总 量占导爆药总质量的5 ％，共可提供6 1 组配方。每 组配方对应一个导爆管生产厂家，并录入数据库，可 完全满足辨别国内现有4 0 余家导爆管生产厂商的 要求。 采用I C P 对导爆管中添加的示踪剂进行检测， 可保证溯源的可靠性，实现快速溯源。 参考文献 [ 1 ] T i a nF ．F ．，Y uJ ．，H uJ ．H 。，e ta 1 ．D e t e r m i n a t i o no f E - m u l s i o nE x p l o s i v e sw i t hS p a n - 8 0 硇E m u h k G e rb yG a s C h r o m a t o g r a p h y - m a s sS p e c t r o m e t r y [ J ] ．J ．C h r o m a t o g r ． A ，2 0 1 1 ，1 2 1 8 2 2 3 5 2 1 - 3 5 2 8 ． [ 2 ] 杨祖一，闫正斌，亓希国．爆破器材流向信息标识和识 读方式研究[ J ] ．爆破器材，2 0 0 4 ，3 3 增刊 1 0 9 ．1 1 4 ． [ 3 ] 李月明，陈波．工业雷管编码技术之比较[ J ] ．爆破器 材，2 0 0 4 ，3 3 增刊 1 1 4 ．1 1 7 ． [ 4 ] 段红珍，钱华，万方，等．示踪剂的添加对导爆管传爆 性能的影响[ J ] ．爆破器材，2 0 1 2 ，4 1 2 5 - 7 ． [ 5 ] 何中其，彭金华，刘大斌，等．导爆管传爆性能设计与 参数分析[ J ] ．爆破器材，2 0 1 0 ，3 9 3 1 - 3 ． [ 6 ] 荆术祥，钱华，刘大斌，等．装药量对塑料导爆管传爆 性能的影响[ J ] ．爆破器材，2 0 1 0 ，3 9 5 4 6 ． [ 7 ]刘大斌．塑料导爆管的起爆、传爆及输出性能研究 [ D ] ．南京南京理工大学，2 0 0 2 ． [ 8 ] 杨耀华．浅析影响导爆管传爆及点火性能的因素[ J ] 。 火工品，2 0 0 3 2 4 4 - 4 6 ． [ 9 ] 曹刚．大型仪器在水处理吸附方面的应用[ J ] ．化学工 程与装备，2 0 1 1 1 0 1 7 8 - 1 7 9 ． 万方数据 2 0 1 2 年8 月 导爆管的示踪剂溯源方法研究段红珍等 1 5 T r a c i n gS o u r c eT e c h n o l o g yf o rS h o c k - c o n d u c t i n gT u b e D U A NH o n g z h e n ①⑦，Q l X NH u a ∞，W A NF a n g ①，P A NF e n g ①③，Y A N GZ 蛳固，L I UD a b i n ④ ①S c h o o lo fC h e m i c a lE n g i n e e r i n g ，N j i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y J i a n g s uN 删i n g ，2 1 0 0 9 4 ②D e p a r t m e n to fC h e m i s t r y ，S c h o o lo fS c i e n c e ，N o n l lU n i v e r s i t yo fC h i n a S h a n x iT a i y n a n ，0 3 0 0 5 1 ③N a t i o n a lQ u a l i t yS u p e r v i s i o na n dI n s p e c t i o nC e n t e rf o rI n d u s t r i a lE x p l o s i v eM a t e r i a l so fC h i n a J i a n g s uN a n j i n g ，2 1 0 0 9 4 ④C h i n aE x p l o s i v eM a t e r i a l sT r a d eA s s o c i a t i o n B e i j i n g ，1 0 0 0 8 9 [ A B S T R A C T ] A i m i n gs te f f e c t i v e l yt r a c i n gt h es o u r c eo fs h o c k c o n d u c t i n gt u b e ，t n t c e ra d d i n gm e t h o da n dt h ed e t e c t i o n m e t h o dw e l ℃s t u d i e di nt h i sp a p e r ．S h o c k c o n d u c t i n gt u b e sw i t hd i f f e r e n tt r a c e r sa n dd o s a g e sw e r ep r e p a r e db yc h a n g i n g t r a c e rc o m p o n e n ta n di t sm a s s ．T h ep r e p a r e ds h o c k c o n d u c t i n gt u b e sb e f o r ed e t o n a t i o na n da f t e rd e t o n a t i o nw e r et e s t e db y I n d u c t i v e l yC o u p l e dP l a s m am e t h o d ．T h ei n f l u e n c eo fd o p i n gu n i f o r m i t y ，s h o c k - c o n d u c t i n gt u b es a m p l i n gl e n g t ha n ds a n l _ p l i n gl o c a t i o no nt h et e s tr e s u l ta f t e rd e t o n a t i o nw a sd i s c u s s e d ．T h er e s u l t si l l u s t r a t et h a tt h ei I l d u e n c e 8o fd o p i n gu n i f o r m i t y a n ds a m p K n gl o c a t i o na g ei n s i g n i f i c a n t ．I na d d i t i o n ．s a m p l i n gs h o c k - c o n d u c t i n gt u b eo f1 0c mc 鲫e n s u l Et h ev a l i d i t yo ft h e t o s tr e s u l t sa n dt h eh a l fq u a n t i t a t i v ed e s i g nm e t h o dc o u l de f f e c t i v e l ys o l v et h ep r o b l e mo ft h es h o c k - c o n d u c t i n gt u b et r a c e a - b i l i t y ． [ K E YW O R D S ] p l a s t i cs h o c k - c o n d u c t i n gt u b e ，t l s c e r ，t r a c es o l L r c ec h a r a c t e r i s t i c ，I n d u c t i v e l yC o u p l e dP l a s m a i c e 上接第l l 页 参考文献 [ 1 ] O l a hG ．，S q u i r eD ．C h e m i s t r yo fE n e r g e t i cM a t e r i a l s [ M ] 。S a nD i e g o A c a d e m i cP r e s sh c ，1 9 9 1 ． [ 2 ]孙荣康，任特生，高怀琳．猛炸药的化学与工艺学 [ M ] ．北京国防工业出版社，1 9 8 1 ． [ 3 ] 谢智勇，叶志文．M q 硝解均三嗪衍生物制备R D X [ J ] ．含能材料，2 0 1 0 ，1 8 5 5 4 4 - 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T f i a c e t y lh e x a h y d r o 一1 ，3 ，5 - t r i a z a i n e T R A T w a sp r e p a r e df r o ma e e t o n i t r i ha n d1 ，3 ，5 - t r i o x a n ei n t h ep r e s e n c eo fs u l f u r i ca c i d 舶c a t a l y s ta c c o r d i n gt oal i t e r a t u r ep r o c e s s 。a n dT R A Tw a st h e nn i t r a t e dw i t hN 2O s ／H N 0 3s t s n i t r a t i n ga g e n tt oR D XE x p e r i m e n tr e s u l t ss h o w e dt h a tw h e nt h er e a c t i o nt e m p e r a t u r ew 鹊5 0 ℃．r e a c t i o nt i m el ha n dm o - l a rr a t i oo fn N 2 0 2 n H N q n T R A T 6 6 0 1 ，t h ey i e l do f t h eR D Xw a su pt o8 7 ．4 ％．T h es t r U c t u r eo ft h e c o m p o u n dw a sc h a r a c t e r i z e db yN M Ra n dI R ．T h em a i ns i d ep r o d u c tw a gr e s e a r c h e da n dc o n f i r m e db yM S ， 【K E YW O R D S ] N 2 饥，R D X ，n i t r a t i o n ，m t p l o s i v e 万方数据