易燃易爆危化品DSC鉴别方法研究及初步谱库的建立

摘要

非法处理、携带与运输易燃易爆危化品会对社会公共安全造成极大的威胁，能够对这些物质进行快速检出和鉴别可为危化品的监管与控制提供极大的便利。为了对易燃易爆危化品进行快速准确鉴别，本文提出了基于差示扫描量热法(DSC)的鉴别方法。 首先，本文分析了样品质量与温升速率对线性升温DSC谱图的影响，基于DSC测量原理以及热分析动力学对这些影响进行了定量计算，为根据不同测试条件下的线性升温DSC谱图进行物质鉴别提供了理论基础。此外，为了验证线性升温DSC谱图对具有相似分子结构易燃易爆危化品的鉴别能力，选取了3类易燃易爆危化品进行验证测试，并基于Friedman法以及Malek法计算了热分解活化能Ea以及指前因子A，采用量子化学方法优化计算了分子空间构型、活性键键解离能以及前线轨道能级差△E，从引发键的角度研究了具有相似分子结构的易燃易爆危化品热分解特性以及DSC谱图的变化规律。最后，为了实现根据DSC谱图对易燃易爆危化品进行鉴别，分别建立了DSC谱图外推法和BP神经网络法，并基于Sqlite3数据库建立了相应的DSC谱图库。 研究结果表明当温升速率β相同时，DSC谱图在同一转化率处的热流q与样品质量m成线性关系;当样品质量相同时，相同转化率处温度的倒数1/T与温升速率的对数ln(β)成线性关系、热流q与温升速率β成线性关系。通过对3类易燃易爆危化品的热分解特性研究得出线性升温DSC谱图对具有相似分子结构的易燃易爆危化品具有很好的鉴别能力。此外，根据量子化学计算结果得出对于偶氮类以及有机过氧类易燃易爆危化品来说，分子内活性键的键解离能越大，则起始分解温度越高;分子内前线轨道能级差越大，则对应的热分解活化能越高。最后，多种易燃易爆危化品的DSC鉴别结果表明DSC谱图外推法以及BP神经网络法可根据不同测试条件下的DSC谱图实现对易燃易爆危化品的鉴别，并且具有较高的鉴别准确率。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1研究背景及意义

1．2国内外研究进展

1．2．2线性升温DSC谱图影响因素研究进展

1．2．3具有相似分子结构化合物的热分解特性变化规律研究进展

1．2．4 DSC谱图匹配识别方法以及谱图库建立研究进展

1．3本文研究内容

2线性升温DSC谱图影响因素研究

2．1线性升温DSC测试原理

2．2测试条件对线性升温DSC谱图的影响

2．2．1样品质量对线性升温DSC谱图的影响

2．2．2温升速率对线性升温DSC谱图的影响

2．3本章小结

3具有相似分子结构的易燃易爆危化品DSC谱图变化规律

3．1研究方法与研究对象

3．2实验部分

3．2．2量子化学计算方法

3．3计算结果与讨论

3．3．1线性升温DSC测试结果与分析

3．3．2热分解动力学计算

3．3．3分子稳定空间构型

3．3．4键解离能计算

3．3．5前线轨道能级差计算

3．4本章小结

4易燃易爆危化品DSC鉴别方法研究

4．1．1 DSC谱图外推法简介

4．1．3 DSC谱图相似度匹配识别方法

4．1．3 DSC谱图外推法实现易燃易爆危化品鉴别流程

4．1．4 DSC谱图外推法物质鉴别结果

4．2基于BP神经网络实现易燃易爆危化品的鉴别

4．2．1 BP神经网络原理简介

4．2．2 DSC谱图数据预处理

4．2．3 BP神经网络鉴别结果与分析

4．3 DSC谱图库与谱图检索识别系统

4．4．1 DSC谱图库与谱图检索系统

4．4．2 DSC谱图识别系统

4．5本章小结

5结论与展望

5．1主要结论

5．2论文不足与展望

致谢

参考文献

附录