[发明专利]利用基于核磁共振的测量值检测容器中的危险物质

说明书

相关申请

本专利申请要求2011年9月19日提交的名称为“APPARATUS AND METHOD TO DETECT HAZARDOUS MATERIALS IN BOTTLES AND OTHER CONTAINERS”的美国临时专利申请序列号61/627,115的优先权，该专利申请以引用方式整体并入本专利申请。

发明背景

1.技术领域

本发明整体涉及核磁共振(NMR)技术，更具体地讲，涉及利用NMR无创检查未打开的容器以筛查液体爆炸物和爆炸性前体的方法。

2.相关领域

在过去几十年中，涉及爆炸物（包括简易爆炸装置(IED)）的恐怖袭击的威胁越来越多。由于此威胁的增多，对安全的忧虑现在也更为突出并延伸到机场、海港、火车站、监狱、使馆以及许多其他安全保卫及非安全保卫设施。

一种最早知道的爆炸物是火药，它是一种由硝酸钾、木炭和硫磺构成的固体爆炸物。然而，液体爆炸物也可由可用于正当目的并因此可合法获得且轻易得到的常见化学品制成。简易爆炸物可以是氧化剂和燃料的混合物，氧化剂向化学反应提供氧，而燃料则提供与氧发生爆炸性反应的要素。

虽然液体形式的爆炸物对冲击高度敏感，但是它们可通过以下方式在密封容器中运输：配制将化合物保持在更稳定状态的溶液，或在单独的容器中运输形成爆炸物所需的组分。一般来讲，液体爆炸物比固体爆炸物在化学上更容易结合并更容易点燃。

多种含氮的和基于过氧化物的化合物用于形成自制爆炸物，通常，液体爆炸物可分成含有过氧化物化合物或元素氮。过氧化氢在安检处尤其受人关注，因为它可以用作爆炸性前体。过氧化氢与诸如木材、纸张或油的可燃物的接触导致自燃或燃烧。当与诸如糖、醇或丙酮的材料混合时，结果将是发生强烈爆炸。过氧化氢在化学上与水类似，因而是走私爆炸性前体的理想候选目标。

微量蒸气检测器可用于筛查容器中的爆炸物，但是这些仪器需要与容器内的化合物直接接触。此外，乳液和浆液类化合物（诸如硝酸铵）具有低蒸气压，这使得它们更难以通过微量蒸气检测器加以检测。已证实诸如拉曼和红外光谱的光学检测技术可有效检测某些危险液体，但是需要照射样品并因而受到容器壁的不透明度的限制。

已证实核磁共振(NMR)是区分已知液体和未打开容器中的改变液体之间的预期参数的有效方法，也就是说，从而确保在瓶签上指定的液体与瓶装物匹配。然而，该方法基于内容验证，这需要有关于所关注的所有化合物的NMR响应的广泛知识基础。因此，执行这样的方法不切实际，因为知识数据库极其广泛并不断变化。

因此，需要一种以高准确度和低假警报发生率快速、有效且低成本地检测总是存在于液体爆炸物中的那些元素的方法。

发明概要

根据以上情况，提供了一种利用核磁共振(NMR)技术检测未打开的、非金属容器中爆炸性前体（例如过氧化氢(H₂O₂)）和氮(N)的存在性而无需打开所述容器的方法。容器中的液体中前体和/或N的存在性通过以下方式测定：将容器置于静磁场中，用频率对应于质子NMR（或氢，¹H NMR）和¹⁴N NMR的电磁脉冲激发液体中的某些NMR活性原子核（氢或¹H和¹⁴N），以及通过射频(RF)探头接收自由感应衰减(FID)信号（即，基于响应FID的RF信号（NMR测量信号））。激发脉冲被构造成使得能够检测容器中的液体中爆炸性前体（如过氧化氢）和氮（即，氮或含氮化合物）的存在性，并包括短RF脉冲的序列。所用的常见脉冲序列是Carr-Purcell-Meiboom-Gill(CPMG)序列。前体和氮的存在性通过检测并评价NMR测量信号振幅和弛豫时间而测定，其中弛豫时间包括自旋-自旋弛豫时间(T₂)，自旋晶格驰豫时间(T₁)，和间隔回波时间(T_E)的函数，诸如有效多脉冲序列信号衰减时间(T_2eff)，例如在CPMG型脉冲序列期间。