摘要

　　化生放核等危害物進行恐怖攻擊行動，常造成重大傷亡，此類攻擊行動是目前國土安全最大隱憂。輻射及化學戰劑攻擊事件，早期評估及研判工作非常重要，特別是毒物鑑定與資訊蒐集。 未來毒劑分析技術發展可分為兩方面，其一，各類型毒劑衍生物及環境降解物分析技術，其二，逐步建立毒劑於生物體內代謝產物檢測技術，以精準研判毒物種類。 輻射污染鑑定方面，利用微量金屬分析及輻射能譜分析技術，可增加微量輻射毒劑研判準確性。

關鍵詞： 化生放核、衍生 物、降解物 。

1. 前言

　　 1996 年中共兩位現役上校軍官─喬良與王湘穗提出「超限戰」一書，書中討論許多非軍事之準戰爭行動，其中包括運用爆炸、毒氣等破壞手段進行都市游擊與騷亂之「恐怖戰」；核彈攻擊或核設施破壞製造輻射外洩事件之「原子戰」，施放生化製劑進行攻擊之「生化戰」等。這些論點除了給予國際恐怖份子許多新的攻擊想法，也提醒我們，中共在傳統軍事武力作戰之外，也可能利用突襲或恐怖攻擊方式，對我國土安全造成威脅，特別是核生化武器運用方面，常可造成國土重大危害，是最受矚目的攻擊方式。

　　他山之石可為借鏡，就國際趨勢而言，恐怖攻擊威脅來源仍是以化、生、放、核、爆等攻擊為主，特別是在前蘇聯解體後，核生化武器管制鬆散，讓恐怖組織可輕易取得化、生、放、核攻擊武器。 2004 年美國曾討論許多國土安全威脅情境，其中包括數十項輻射、生物及化毒方面攻擊情境 [1] 。美國在 911 之後，特別加強國內重要公共設施與場所的安全警戒，作為其「防恐」計畫的重要環節。舉凡重要橋樑、鐵路、油管、發電廠、水庫、淨水廠等公共設施，甚至醫院，無不加強巡邏警戒。民營的迪士尼樂園、電影城等觀光重點，也各自強化安全措施。美國國土安全部經風險評估後，提出十五種重大危害國土安全的情境，包括： [2]

( 一 ) 生物方面：計有吸入性炭疽病、流感、鼠疫、食物下毒、境外動物疾病等五種威脅。
( 二 ) 毒化物方面：計有工業毒物、神經毒氣、氯氣儲槽爆炸、起泡劑等四種威脅。( 三 ) 放射性物質方面：計有輻射髒彈、微型核彈等二種威脅。
( 四 ) 天然災害方面：計有地震、颶風 ( 颱風 ) 等二種威脅。
( 五 ) 爆裂物攻擊。
( 六 ) 網路駭客攻擊。

　　參酌美國國土安全部所提十五種威脅情境，檢討國內可能面臨多元化核、化攻擊形式，在核輻射攻擊方面：包括「引爆輻射彈攻擊地鐵、捷運站、機場等人群聚集處，造成重大傷亡」、「劫持飛行器或爆裂物攻擊核電廠製造輻射擴散」、「引爆核彈形成電磁脈衝 (EMP) 破壞癱瘓通訊系統及各類裝備」等；在化毒攻擊方面：包括「以沙林等化武攻擊總統府、國會、聯合辦公大樓，癱瘓指揮中樞」、「以爆裂物或射擊武器破壞天然氣儲存槽和化學槽車，製造化災」、「在港口劫持並且破壞化學油輪製造海上毒物污染事件」等。

　　一旦國內發生這類恐怖攻擊行動，不論其原因屬於戰爭性或非戰爭性，國軍各單位必將動員支援應變工作。對核、化事件言，早期精準的評估及研判非常重要，特別是毒物鑑定與資訊蒐集工作，本篇文章將就毒物分析及鑑定技術方面做探討。

 2. 化學毒劑鑑定技術之探討

2.1 現場偵檢儀器介紹

　　化學兵部隊執行化學毒劑偵檢任務，主要針對戰場上化學毒劑施放或都會中化學武器攻擊事故，可執行現場毒物偵檢之設備很多，除簡易之 M8 偵檢紙、 M256 偵檢片外，直讀式儀器包括 M 8A 1 、 ChemPro 100(i) 、 M90 、 JCAD 、 RAID-XP 等毒氣偵檢 ( 警報 ) 器。近年來也採購精密之攜帶式氣相層析質譜儀及化學遠距遙測偵檢器等設備，可 於事故現場精準研判毒劑種類。未來另添購之核生化偵檢車，可大幅提升現場偵檢能力 (量) 。偵檢紙及偵檢片等屬簡易偵檢方法，本文中不做進一步介紹，其他各項儀器性能如表 1. 所示，從表一中可發現 M 8A 1 、 ChemPro 100 、 M90 、 JCAD 等直讀式偵檢器之偵檢原理雖然不同，但對神經性、糜爛性及血液性等不同戰劑皆具良好偵檢性能，且由於體積小、攜帶方便，故廣為世界各國部隊使用 [3,4] 。

1.M 8A 1 毒氣警報器一般用於被動式化學毒劑監測及警示，較少用於主動式偵檢。

2.ChemPro 100(i) 、 M90 及 JCAD 偵檢器常用於事故現場偵檢，從偵檢能力及使用限制中可發現這些偵檢器受限於設計原理及內建資料庫數量，除表中所列化學毒劑種類外，對於工業毒化物的偵檢能力較薄弱，另需清除儀器內毒劑才可恢復連續偵檢之功能，無法連續檢測。就未知化學毒劑鑑定目的言，這類型偵檢器僅能顯示毒劑類別及濃度高低，無法鑑別化學毒劑結構及劑量讀值，也就無法執行精準定性及定量分析。

3.攜帶式氣相層析質譜儀（ Hapsite ）是利用質譜分析技術對有機分子進行分析，分析能力超過其他直讀式毒氣偵檢器，除可偵檢化學毒劑外，亦可支援工業化毒偵檢，圖 1 為執行彈藥庫火災檢測任務。該型儀器偵檢能力強，可達 ppb(10 -9 ) 等級，若搭配濃縮裝置可達到 ppt(10 -12 ) 等級，它主要是偵檢揮發性有機氣體，若要執行半揮發性有機物分析，則須搭配頂空進樣前處理設備。另因電池電力限制，每次可操作時間僅約兩小時，將限制作業時間。此型儀器與實驗室使用之氣相層析質譜儀最大差異在於它已經模組化，許多儀器參數都已固定，操作者無法調整，這樣設計雖可提高操作者之便利性，但亦會犧牲部分檢測功能。

圖 1 .以 Hapsite 氣相層析質譜儀檢測不明氣體

4.化學遠距遙測偵檢器 (RAPID) 是利用被動式紅外光譜遙測技術，利用遙測方式對毒區實施偵檢，可偵檢 13 種化學毒劑、 15 種工業毒化物及 13 種模擬試劑，偵檢能力達 ppm(10 -6 ) 等級，此儀器可偵知污染方向，兩具偵檢器搭配使用，可準確研判毒區範圍。

表 1. 各型偵檢 ( 警報 ) 器功能及使用限制表

2.2 實驗室分析儀器介紹

　　實驗室分析儀器應用大致可分為定性及定量分析，定性分析目的是確認樣品所含化學物質種類，定量分析是確認樣品中所含化學物質濃度，為達此目的，分析樣品中所含之成分必須先分離後再以各類型感測器 (Sensor) 偵測。氣相及液相層析儀就是運用層析管柱分別將氣體及液體分離之設備，各種不同化學成分經分離後，再以不同感測器完成定性及定量分析工作。化學毒劑多屬於有機化學物質，理論上，一般實驗室用於分析有機物之儀器皆可運用於化學毒劑分析鑑定，表 2. 所列為實驗室較常用之分析儀器，每種儀器都有它的功能及使用限制，如氣相層析儀主要是用於分析各種有機氣體，他的優點包含可搭配多種感測器，對樣品分析能力及解析度高，且技術成熟，已具備完整之質譜資料庫可供比對，是目前分析鑑定儀器功能最好的設備之一，但它也有缺點，僅能分析氣體且無法分析會熱裂解樣品，樣品需做複雜前處理。故對於化學毒劑鑑定需求，需要深入了解每項儀器應用原理及檢測能力，才能建立完整之檢測系統。以下就重要儀器做簡要介紹。

2.2.1 質譜儀

　　質譜儀是一種測量荷質比 ( 質量 / 電荷 ) 的分析儀，它可獲得未知物分子量及可能結構。質譜儀主要分為兩部份，電離方式及質量分析方式，其中離子化方須視分析樣品特性，可選擇電子碰撞（ EI ）、化學電離（ CI ）、光電離（ PI ）、電噴灑法（ ESCI ）、大氣壓力游離法（ APCI ）等方式；質量分析方式因樣品差異導致其分子量大小有所不同，搭配離子化模式可選擇靜電磁扇區質譜、四極柱質譜、時間飛行質譜、離子阱質譜、迴旋共振質譜 [5] 。以化學毒劑特性，氣相層析質譜儀選擇電子碰撞再以四極柱質譜分析方式較佳，其電子碰撞能量固定，所得到質譜圖已有完整資料庫提供比對，可減少人員判斷工作負荷並提高辨識度。液相層析質譜儀 ( 如圖 2.) 可選擇電噴灑法再以四極柱質譜分析，此型儀器對化學毒劑分析能力更強，唯並無資料庫可供比對，需要更專業之判斷能力才能獲得較佳結果。

圖 2 . 液相層析串聯質譜儀毒化物分析

表 2. 實驗室分析儀器應用原理及優缺點分析

2.2.2 液相色層分析儀 (LC)

　　液相色層分析儀是利用液相層析將不同化學物質分離的技術，原理是利用液體移動相攜帶樣品流經固定相，藉由不同化學物質在固定相和移動相之間的分配係數不同，造成各成分移動速率不同，而達到分離之目的，示意圖如圖 3 所示。分析時需依照待分析物特性選擇適合的層析方法及層析管柱，包含正相層析、逆相層析、離子交換層析、凝膠層析、親和層析等不同分離方式，樣品經分離後可搭配可見光 / 紫外光感測器、螢光感測器、折射率感測器、質譜儀等不同感測器 [6] 。以化學毒劑特性，較常使用為逆相層析管柱，並搭配可見光 / 紫外光感測器。相較於氣相層析儀，液相層析能夠分析極性、非揮發性或熱不穩定之試樣；水溶液試樣可省略萃取等前處理流程，增加分析速度。

圖 3. 色層分析示意圖

2.2.3 氣相層析儀 (GC)

　　氣相層析儀原理與液相層析儀類似，為利用氣體作為移動相之層析方法，其中載流氣體僅扮演攜帶功能並不具分離效果，典型之氣相層析儀組成如圖 4 所示，氣相層析主要分離之功能由管柱材質及管柱溫度所決定，依管柱性質可區分為：氣液相層析 (GLC) 及氣固相層析 (GSC) 。氣相層析儀可搭配感測器包含熱傳導度感測器 (TCD) 、火燄離子化感測器 (FID) 、電子捕捉感測器 (ECD) 、氮磷感測器 (NPD) 、火燄光度感測器 (FPD) 、質譜儀（ MS ）等，依所需分析樣品之結構或性質上差異去選擇感測器，通常分析化學毒劑常使用感測器為氮磷偵檢器、火焰光度感測器及質譜儀。

2.2.4 紅外線光譜儀 (FTIR)

　　紅外線光譜儀係 利用紅外光和分子作用所產生的分子振動，藉偵測分子官能基振動能量以判別其結構。紅外光譜也被稱為分子的指紋，因分子的官能基可對應到特定譜峰位置 [7] ，如表 3 所示，如烯鍵之紅外光吸收波長位置於 1650 至 167 0， 此位置可判斷分子中含有烯鍵結構，故依據此紅外光譜可協助判斷分子的官能機結構。

表 3. 紅外線光譜之官能基的差異對應譜峰位置

2.2.5 核磁共振光譜儀（ NMR ）

　　核磁共振光譜儀是判斷分子結構重要工具，其原理是根據奇數的質子數或質量數，利用原子核的核自旋 (nuclear spin) ，藉由改變磁場，可獲得核磁共振圖譜，圖譜可知化學鍵結位置及原子數量 [8] 。

2.3 化學毒劑鑑定方式探討

　　化學毒劑分析鑑定方式可分為直接偵檢法及衍生物推導法兩種方式，直接偵檢法顧名思義就是直接偵檢化學毒劑並鑑別毒劑化學結構，此方式可在毒劑雲來臨前利用遙測方式偵檢，也可在毒氣到達時立即偵檢或透過採樣於實驗室進行精密分析；而衍生物推導法則是化學毒劑施放後，透過測定環境中殘留之副產物反推其原始結構，因化學毒劑在環境中會經水解或光解，所生成之副產物化學穩定性較高，可長時間存在於環境中，易於被偵檢。另偵檢毒劑經人體吸收後所產生之代謝產物，亦可協助推導出原毒劑種類，這是未來可行的鑑定方式之一。

2.3.1 直接偵檢法

直接偵檢法係指直接分析出化學毒劑種類，現行作法常以現場偵檢為主，實驗室分析為輔，尤其緊急應變時，未必有足夠時間進行實驗室分析，若能於第ㄧ時間現場即可檢出化學毒劑，就可據以執行防護、搶救、醫療等應變措施，同時再輔以實驗室精密儀器確認，並依結果修正後續應變行動。

　　使用於現場偵檢儀器須具備直接鑑別化學毒劑之能力，目前化學兵所使用之直讀式儀器就能滿足這個需求，但因這些儀器是特別針對化學毒劑偵檢所設計，具專一性，其功能無法偵檢其它化學物質，即使儀器有訊號反應，因資料庫並未建立該資料訊息，也就無法判別化學物質種類，故在使用 ChemPro 100(i) 等化學毒劑偵檢器時，須清楚認知它僅能辨識資料庫內之化學毒劑，若災害現場儀器無反應，僅能表示沒有本儀器能偵檢的化學毒劑存在，並不代表沒有其它毒化物存在。現場化學毒劑偵檢器因體積小、操作快速、方便、專一性高、技術要求較低等優點，尚可滿足目前化學兵任務需求。另考量未來國軍建構 指管通資情監偵 ( C4ISR) 系統 之發展遠景，未來購案裝備需能整合於 C4ISR 系統中，才能與戰管中心資訊相連結。

　　實驗室分析儀器分析能力較強，相對的操作技術要求也較高 ( 如圖 5.) ，從樣品採樣、前處理、分析條件設定、圖譜結果研判等階段，都必須具備嚴格品管要求，才可能得到預期結果。由於實驗室儀器並非專一性設計，所以針對化學毒劑鑑定必須仰賴豐富之分析經驗，這些經驗來自於平時對毒化物分析技術蒐整或已知的檢測方法建置等，最佳的方式當然是以化學毒劑標準品實施分析，建立每一種儀器之標準分析方法。另外，其它實驗室毒化物分析經驗或期刊論文中所建立分析方法亦可參考運用。

圖 5 .氣相層析質譜儀毒化物分析

2.3.2 衍生物推導法

　　衍生物推導法是藉由偵檢化學毒劑衍生之副產物，以推測所存在之化學毒劑。ㄧ般來說，化學毒劑散佈過程會因爆炸受熱而大量損失，如沙林、所門、太奔在 150 ℃ 以上會明顯分解，這些戰劑一經施放散布，會在短時間飄散，再經過一段時間後，空氣中就很難測得戰劑存在，若以化學兵部隊現行支援作戰方式或應援方式，到達戰劑施放點需要一段時間，有可能現場直讀式儀器已無法有效偵檢毒劑種類。化學毒劑在環境中會受自然環境影響，如水解或光解成其它副產物，這些副產物通常較穩定，可長時間存在水中或泥土中，圖 6. 為 VX 神經性戰劑水解後之副產物化學結構 [9] ， VX 經水解後會生成 EMPA 、 MPA 等化合物，透過 EMPA 及 MPA 檢測，可推導出 VX 戰劑存在，此種檢測方式僅有實驗室之精密儀器才有能力執行，圖 7. 即為利用液相層析串聯質譜儀分析 VX 戰劑衍生物之質譜圖，從圖中可判別 EMPA 及 MPA 的存在。因此，建立化學毒劑副產物標準分析方法對化學毒劑鑑定有極大助益。

圖 6. VX 神經戰劑水解副產物 [9]

圖7. 利用液相層析串聯質譜儀分析 VX 戰劑衍生物質譜圖

2.4 化學毒劑鑑定流程

2.4.1 實驗室鑑定流程

　　化學武器公約組織（ OPCW ）對於化學毒劑分析實驗室有一套完整之要求規範，包含樣品採集、樣品處理、儀器設備性能、檢測方法及品管要求等不同規範，認為 須與化學毒劑標準品相符或有兩種分析方法以上之圖譜證明，才能確認化學毒劑種類 。一般化學毒劑鑑定流程如圖 8. 所示，此流程包含四個步驟 [10] ：

　　步驟一：為樣品採樣，採樣可分為氣體、液體及土壤三大類，採樣點選擇及採樣技術對結果影響很大，有一句常說的諺語「 Garbage in and garbage out 」可以清楚解釋採樣在分析時之重要性，若所採集之樣品不具代表性或沒有採到汙染物，縱使儀器分析能力再強，也無法有效分析鑑別。

　　步驟二：為樣品製備，一般精密分析儀器都需經過適當之前處理，不能直接將高濃度污染物進行分析，因為高濃度污染物會導致系統阻塞及系統嚴重污染，造成儀器損壞或分析誤差，而不同儀器有不同前處理方法，如以氣相層析質譜儀（ GC/MS ）進行有機毒化物分析時，為測量水中或土壤中有機毒化物含量，通常利用有機溶劑進行萃取，運用各種萃取技術將汙染物分離，並經過濾處理及定量後才能進行分析。同時此步驟也需製備品管樣品、參考樣品及空白樣品以進行定性及定量分析。

　　步驟三：為儀器檢測分析，包含定性分析、定量分析及結構鑑定，第一階段先對特定元素分析，重要儀器設備包含氣相層析質譜儀、氣相層析儀、液相層析質譜儀、毛細管電泳分析儀、核磁共振光譜儀等，如某些戰劑含有氮、磷、硫等元素，就可以利用使用氣相層析儀搭配氮磷偵檢器（ GC/ NPD ）或電子捕捉偵檢器（ GC/ ECD ）量測氮、磷、硫等元素含量，搭配參考樣品、品管樣品及分析滯留時間，可初步研判戰劑種類並完成定量分析，第二階段主要執行定性分析，重要儀器設備包含氣相層析質譜儀、液相層析質譜儀、氣相層析紅外線光譜儀、核磁共振光譜儀 等，如質譜儀可分析化學物質分子量，搭配二次質譜 ，藉由量測化學物分子量及其碎片產物，再比對資料庫，可判別化學結構。

　　步驟四：此步驟為數據分析， 與化學毒劑標準品相符或兩種分析方法以上之圖譜證明，即可確認化學毒劑種類 。若沒有符合此要求，則需綜整各種儀器分析結果，並據以推測可能化學結構，執行此步驟分析時，需要對每樣儀器分析結果有清楚的認知及判讀能力，如儀器分析條件、層析圖譜、總離子圖譜、質譜圖、二次質譜圖、滯留時間 … 等等，若無法完成戰劑鑑定作業，對未知物則需以合成或比對參考樣品方式再重新執行分析。

圖 8. 未知化學毒劑鑑定流程

2 .4.2 實例分析

　　實驗室化學毒劑分析有許多著名案例，其一是兩伊戰爭所檢測出之化學毒劑。兩伊戰爭所使用之神經毒氣是由瑞典國家防禦研究院 ( National Defence Research Institute) 及瑞士的實驗室 ( AC Laboratory) 檢出，其採樣方式是以活性碳吸附空氣中毒劑，在樣品製備時以有機溶劑萃取及純化，並加入參考樣品比對，儀器分析主要是利用氣相層析質譜儀測出分子量及樣品滯留時間，從離子碎片推測可能化學結構，再比對參考樣品後可判斷戰劑種類。另一種方法係以核磁共振光譜俵 ( 13 C -NMR 及 31 P-NMR) 鑑定結構位置，兩種儀器檢測結果重覆確認後即可判別戰劑種類。第二個例子是東京地鐵沙林毒氣事件，是由日本科學警察研究所分析地鐵車廂殘留不純沙林樣品，樣品是採集殘留液體以溶劑純化處理，再利用 GC 及 GC/MS 等 儀器進行分析，分析時檢測出沙林、沙林副產物、溶劑、沙林前驅物等化學物質，結果研判透過質譜、滯留時間比對，再加上沙林副產物及沙林前驅物結構，推測出存在有沙林毒劑 [11] 。

　　為進一步說明判讀方法，假設對一未知樣品是否含有化學毒劑執行分析，使用 LC/MS 及 NMR 儀器，以 LC/MS 分析時，依儀器檢測流程，將採集到的樣品經 0.22 微米過濾錠過濾，並等比例溶於乙腈溶劑中，使用 C-18 逆向層析管柱，以電子噴灑法將樣品離子化，再設定質譜分析參數，分析過程需微調移動相組成、梯度流速、氣體流量、氣化溫度、離子化條件和質譜分析條件等參數，方可得到較佳之 LC/MS 圖譜，圖 9. 所示為 LC/MS 圖譜 [12] ，圖譜中存在 (M+H) + 、 (MH+ACN) + 與二聚體的 ( 2M +H) + 的波峰，可判斷具有 140 分子量的化合物存在，而沙林分子量為 140 ，可初步判別可能有沙林存在，另外質譜儀也可進行二次質譜分析，針對分子量 141 位置再給予一能量，藉由觀察分子碎片，也可協助判斷分子結構。

圖 9. 沙林的 LC/MS 質譜 圖

　　分子量確認後再以 NMR 進行定性分析，圖 10. 為沙林的 1 H-NMR 圖譜 [13] ，沙林上有三種不同化學位移氫原子，以 TMS 為參考標準時，其化學位移分別在 0.9ppm (s, P-CH 3 ) 、 1.16ppm (d, O-CH) 和 3.57ppm(m, -CH 3 ) ，積分比為 3 ： 6 ： 1 ，偶合數可觀查出分別有 2 個及 6 個 H 相互影響，依此可確定 H 的位置及數量。圖 11. 為沙林的 13 C -NMR 圖譜，沙林上有三種不同位置之碳原子，以 TMS 為參考標準時其化學位移分別在 12.4ppm(P-CH 3 ) 、 24.3ppm(O-CH) 和 71.3ppm(-CH 3 ) ，積分比為 1 ： 2 ： 1 ，依此資訊可確定 13 C 的數量及位置。綜整兩種儀器分析結果， LC/MS 可獲知未知物之分子量及可能結構，配合 1 H-NMR, 13 C -NMR 圖譜的化學位移、積分比和分裂峰，可以確定相關化學結構位置，兩種儀器分析結果使我們可以確定待測物有神經毒劑沙林的存在。

圖 10. 沙林的 1 H-NMR 圖譜

圖 11. 沙林的 13 C -NMR 圖譜

3. 輻射毒劑鑑定技術探討

　　輻射偵測任務包含輻射劑量率偵測、微量輻射污染偵測、核種分析鑑定、污染區標示等作業，化學兵在輻射專業領域已取得原能會輻射偵測防護業及輻射防護訓練業專業認證，平時可提供國軍各級部隊輻射偵測技術服務及協助建置輻射防護相關措施，戰時可支援部隊輻射偵測、污染區界定及除污成效評估等任務。在反恐制變方面，針對輻射髒彈恐佈攻擊，配合各作戰區立即動員協助處理，快速準確量測輻射污染區，擬定污染區除污方法，可有效降低輻射髒彈攻擊危害。

3.1 現場偵檢儀器介紹

　　輻射線必須使用偵測儀器才能偵測到，雖然國軍部隊已使用 AN/VDR- Ⅱ輻射偵測器如圖 12. ，其功能偏重於軍事用途核子武器射線偵測作業，因應輻射防護及偵測為化學兵專業部隊遂行任務之一，化學兵學校為國軍輻射防護及偵測訓練搖籃，另增購各式現地偵測用輻射偵測器，以滿足各項作業需求，主要儀器 計有 充氣式偵檢器 及閃爍偵檢器 二大類，分述如下：

圖 12.AN/VDR- Ⅱ 輻射偵測器

3.1.1 充氣式偵檢器

　　工作原理為當輻射通過充氣式偵檢器時，與內部氣體分子或偵檢器的壁材發生游離作用，生成電子與帶正電荷的離子，此電子和正電荷離子稱為離子對 。由於偵檢器內有外加電場高壓，因此電子朝中央陽極絲移動，正電荷離子朝周圍的陰極壁移動，因而產生可測得的電子脈衝信號。 信號的強弱與發生的頻度代表輻射的能量和輻射的強度。使氣體分子產生一離子對所需能量稱為平均游離能 W 值，此值依氣體種類而異。充氣式偵檢器密封的管中充滿特定氣體，管中央之正電極為金屬細絲，通常連接高壓正電，並與管壁絕緣，而管壁為負電極並接地。 依儀器度量之工作電壓可分為 游離腔、 比例計數器及蓋革計數器三種，分述如下

3.1.2 游離腔

　　當輻射穿過薄窗進入游離腔，使腔內空氣游離，產生離子對，負離子被正電極的金屬絲吸收如圖 13. 所示，填充的氣體通常為一大氣壓之空氣或氬氣。游離腔如圖 14. 所示的優點為對於高劑量率的偵測很準 確。缺點為靈敏度差，對低微劑量率不易測到。

圖 13. 游離腔工作原理 [14]

圖 14.Smart 1ON 游離腔

3.1.3 比例計數器

　　比例計數器外形多為圓筒形，管內充一種稱為 P-10 之氣體，內含 90% 氬氣及 10% 甲烷。比例計數器幾乎總是以脈衝的型式操作，且利用比例區氣體增殖的特性如圖 15. 所示，增加氣體中產生的二次離子對數目，因而在相同輻射強度下，比例計數器產生的脈衝高度比游離腔大得多。本軍化學兵部隊使用之 LB123 比例式偵檢器，如圖 16. 所示，用於核安演習量測人體表面有無污染之輻射偵檢器 。

圖 15. 比例計數器工作原理 [14]

圖 16. LB123 比例式偵檢器

3.1.4 蓋革計數器

　　又名為 G-M 計數器或蓋革管，蓋革計數器係於 1928 年由蓋革和牟勒 0 兩 人所設計，具有構造簡單、靈敏度高、價廉和易於操作等優點。蓋革計數器的構造亦為密封之金屬筒，以鍍石墨之管壁作為陰極，筒內充稀有氣體如氦、氬氣，通常壓力小於 1 大氣壓。

　　蓋革計數器的特點為，祇要有一個輻射粒子進入筒中，筒中的氣體即被全部游離，並產生一個很大的脈衝，且與入射粒子的種類及能量無關，故蓋革計數器無法辨別輻射種類與輻射能量。目前本軍一般部隊持有 AN/VDR- Ⅱ 輻射偵測器如即是 蓋革偵檢器，另化校防研中心使用之 EP15 手提式污染偵測器如圖 17. 所示及長柄式輻射偵測器如圖 18. 所示皆為蓋革計數器。

圖 17. EP15 手提式污染偵測器

圖 18. 長柄式輻射偵測器

充氣式偵檢器依不同的特性與用途之間的比較如表 4. 所示，使用時須先了解度量的目地與儀器性能，方能達到最佳的結果。

表 4 . 充氣式偵檢器之比較 [15]

3.1.5 閃爍偵檢器

　　閃爍偵檢器偵測輻射的作用原理為閃爍體吸收輻射後，將電子激發至激態並陷入活化體能階上，陷入活化體能階的電子回到基態，以螢光釋出過多的能量，螢光打到光電倍增管的光陰極上，光子被吸收並放出電子，電子向第一級次陽極加速而放大，產生 4 至 6 倍的二次電子，次陽極的電壓後一級比前一級高，因此電子逐級被吸收而放大，產生極多的電子，最後電極的輸出是電流脈衝，其強度正比於原始輻射的能量。閃爍體與輻射作用後所發射的可見光，可利用光電倍增管將可見光轉化為電子，再倍增放大，通常電子倍增放大率可達 10 7 至 10 8 。陽極輸出的電子數與入射輻射的能量成正比，增加閃爍偵檢器輻射度量的靈敏度。本軍化校所持有 DG-5 如圖 19. 所示及 AT-1121 如圖 20. 所示即為塑膠閃爍偵檢器，可用於量測低能量之光子及用於快速搜索輻射源。

圖 19. DG-5 塑膠閃爍偵檢器

圖 20.AT-1121 塑膠閃爍偵檢器

3.2 實驗室分析儀器介紹

3.2.1 高純鍺偵檢器 (HPGe 偵檢器 )

　　純鍺偵檢器偵測系統如圖 21. 所示，主要功能為計測放射性核種所釋出之特性加馬射線，用以鑑定核種 類別並度量其活度。高純鍺偵檢器是半導體偵檢器的一種 [16] ，半導體偵檢器的原理是將以電洞為主要載體的 p 型半導體，與以電子為主要載體的 n 型半導體結合在一起，形成 p-n 接面，之後加逆向偏壓於 p-n 接面半導體，即將 p 型半導體接電壓負端， n 型半導體接電壓正端。

　　以極高純度的鍺半導體材料所做出之偵檢器， 即稱為高純鍺偵檢器。 HPGe 偵檢器必須操作在低溫之下 ( 液態氮的沸點溫度 77K) ，以避免熱所產生的雜訊電流，影響偵檢器的解析度。 HPGe 是所有偵檢器中解析度最好的，廣泛應用於能譜分析與定量分析。

圖 21. 高純鍺能譜分析系統

3.2.2 阿伐能譜分析系統

　　阿伐粒子光譜計測系統如圖 22. 所示，包含偵測器 (detector) 、前段擴大器 (preamplifier) 、高解析度線性擴大器 (high-resolution linear amplifier) 、多頻道分析與資料收集器 (multi-channel analyzer and data acquisition unit) ，如圖 23. 所示。

　　水試樣和土壤經鈾分離後，電鍍於直徑 30m m ，厚度 0.12m m 的不銹鋼片上，以 Silicon Surface Barrier Detector (SDD) 阿伐能譜計測分析。矽面障偵檢器量半導體偵檢器的一種，它與低雜訊的前置放大器、放大器及多頻道分析儀相連接，可用來測量荷電粒子，如 α 、 p 、 e - 等， SDD 有許多優點 [17] 1. 良好的能量解析度 2. 對於 γ 射線的靈敏度低 3. 具有低背景值的優良性 . (background< 0.01c pm) 。

圖 22. 阿伐粒子光譜計測系統

圖 23. 阿伐粒子光譜系統組成

3.2.3 感應耦合電漿質譜儀 (ICP-MS)

　　感應耦合電漿質譜儀 (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry; ICP-MS) 如圖 24. 所示， 挾其快速、靈敏、同時多元素測定、加上良好的精密度和偵測線性範圍，迅速發展成為微量無機 [18] 元素分析領域中極為重要的技術。經由感應耦合電漿質譜儀的高效能分析能力，無論導入溶液、固體或漿狀樣品，濃度多可以分析至 ppb 、 ppt 等級或以下 [19] ，因此廣泛應用在材料、環境、地質、核子工程、臨床醫學、製藥和生物等領域上。

　　具備高游離效率的感應耦合電漿，主要形成一價離子，少數元素產生二次游離，而形成二價離子，成為質譜儀在元素分析上極為有效且穩定的離子源，配合使用各式樣品導入系統，可以增加元素測定的靈敏度和偵測極限；針對具背景干擾的難測定元素 [20] ，例如鈣、鐵、鉀，可以使用冷電漿 (Cold Plasma) 達到微量分析的能力。

　　感應耦合電漿質譜儀是一種多元素分析技術， 待測樣品 [21] 以酸性水溶液霧化 (Nebulization) 或固態剝蝕 (Ablation) 、氣化 (Vaporization) 方式，導入高溫氬氣電漿，產生的離子，抽入真空系統，經過質量分析器和離子偵測器，由質荷比和離子數分別確認元素，定量濃度。 [22] 68 種元素可以使用 NIST 標準溶液校正濃度，線性範圍大至 10 8 ，由接近 ppt 的偵測極限至 ppb 、 ppm 的濃度範圍均可準確定量。

圖 24. 感應耦合電漿質譜儀

3.3 輻射鑑定方式探討

　　輻射偵測方式可區分為直接偵測及間接偵測，直接偵測係指不必藉助於其他輔助設施，直接利用偵檢器偵測輻射的強度並以劑量率或累積劑量的模式表示；另一種為間接偵測，係指經藉助於各式各樣的取樣方法與不同的化學前處理等處理後所得的樣品，以適當計測系統計測所含放射性物質的活度，作為評估其對環境污染程度及攝入體內所造成的體內輻射劑量。

3.3.1 直接偵測

　　藉由手提式輻射偵測器至現場量測，量測現地輻射劑量率及累積劑量，可評估輻射劑量造成人員體外曝露危害，適時掌握輻射劑量變化，結合全球衛星定位及通訊傳輸系統，傳遞偵測讀值至應變指揮中心，對後續狀況處置提供有利的訊息，保障應變人員輻射安全。

3.3.2 間接偵測

　　直接偵測利用偵測器量測現場輻射劑量率及使用手提式能譜分析儀量測污染核種，但無法得知污染的活度，量測污染活度則須採集現地環境樣本如圖 25. 所示，藉由實驗室阿伐、貝他及加馬能譜分析如圖 26. 所示進一步確認核種種類及其活度，來評估對環境所造成的影響，及估算所造成人員之體內、外之劑量大小。核種種類達千種以上，手提式能譜分析儀僅能分析數十數，無法全數判斷，能須依賴實驗室使用之各類型輻射能譜分析儀。另核種依不同的毒性又可區分為低毒性、中毒性、高毒性及極高毒性四大類，在污染緊急更變處置程序會因不同的毒性有不同的處理方法，提供現場應變的重要資訊。現場採樣樣本低背景阿伐、貝他計讀，可精準得知污染濃度，劃分界定污染區範圍，並於污染區除污後評估除污效果，確保除污是否完全及地區輻射安全。

圖 25. 環境輻射污染採樣

圖26.樣品輻射能譜分析

3.4 實例分析

　　西元2006年發生以釙210毒殺俄羅斯間諜案件，該年11月之俄羅斯間諜李維寧科在英國因為接觸大量放射性物質釙210，即使在英國醫療團隊全力地搶救下，前俄羅斯間諜李維寧科最後仍無可救藥，不敵致命放射性物質釙210的毒殺，於當月23日死於英國倫敦由於殺人手法高明，至今仍無法確定殺手是誰，為什麼要用釙210殺人。 釙210因9.9999%釋放出5.3045MeV阿伐粒子，分析檢測儀器僅能以阿伐能譜來分析，檢測方法如下

3.4.1 分析前處理藉由電鍍方法將阿伐粒子所游離的氣體能夠集中作用在一個小體積內。

3.4.2 能譜校正利用標準射源實施能量、波形及效率校正。

3.4.3 將欲分析且包裝好的試樣，置於偵檢器頂端的固定位置。其放置位置應與所使用之校正射源所放置位置相同。

3.4.4 計測作業執行前，應先設定包括計測時間等計測條件參數。

3.4.5 當MCA 顯示計測完畢，即將量得能譜資料傳至個人電腦內由能譜分析軟體分析核種及其活度。

3.4.6 依據所存檔案分析核種並產出報告。

　　分析結果可將釙210阿伐能峰分離開，解析度介於25-30仟電子伏特如圖27.所示。波峰的解析度取決於許多因素，例如偵測器性能、兩個波峰能量的差異、放射線來源與偵測器距離、偵測視窗大小、腔體氣壓、放射線來源厚度。

圖 27. 釙 210阿伐能譜分 析 [23]

4. 結語 

　　未知化學毒劑鑑定需要精密儀器配合專業技術人力，才能精準鑑別出化學結構及含量，就化學兵任務需求，除了在核生化戰場上執行化學戰劑偵檢外，平時亦須支援毒化災應援檢測任務，這兩大任務皆須在短時間內精準判別毒化物種類，以利後續應變處理。目前已採購多種性能優異之現場直讀式儀器，可迅速執行化學毒劑初步檢測。實驗室方面也由核生化防護研究中心建置精密分析技術，未來毒劑分析技術發展可分為兩方面，其一，持續厚植各類型戰劑衍生物及環境降解物分析技術，其二，逐步建立毒劑於生物體內代謝產物檢測技術，以精進各類毒物分析技術。 在輻射毒劑鑑定方面，因應未來輻射髒彈攻擊及輻射下毒事件，除精進原有的技術能力外，須精研輻射能譜分析技術，並建置輻射毒劑在人體內蛻變核種檢測技術。精進 實驗室分析技術除仰賴新式分析儀器外，人力資源極其重要，純熟的化毒分析技術人才需要長期培養，方能建立全方位專業檢測能力。

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