基于非制式爆炸物的恐怖袭击事件严重威胁世界人民的生命和财产安全。然而，由于非制式爆炸物主要由难挥发无机盐组成，这使得开发能够应用于现场快速检测非制式爆炸物的技术成为世界科研人员亟需攻克的难题。本论文从比色检测非制式爆炸物的化学反应机理入手，开发水凝胶作为比色载体，通过溶剂置换法赋予水凝胶比色检测性能，制备出比色水凝胶；以比色水凝胶为传感单元集成出比色水凝胶传感阵列，并建立比色逻辑门实现了对非制式爆炸物的快速、准确识别；构建出可以直接检测悬浮颗粒的比色人工嗅觉系统，概念验证了检测难挥发物质的可行性。论文的主要研究内容和结果分为以下四个部分：1、典型非制式爆炸物的比色反应设计——实现非制式爆炸物的比色检测基于不同物质具有不同化学属性，针对典型的非制式爆炸物原料（铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐和次氯酸盐）本身特有的化学性质，设计出对其特异的比色反应。针对铵盐可以改变溶液pH值的特性，以强有机碱将pH值调至最佳，再以百里酚蓝为指示剂实现了对铵盐的比色检测，对铵盐的紫外-可见吸收检测限和裸眼检测限分别为30.74 nM和100 µM。针对NO3-在强质子酸中可生成具有强硝化能力的活泼质点NO2+的特点，利用NO2+硝化2’,5’-二乙氧基苯酰替苯胺而进入酰胺基对位和烷氧基邻位，实现了对硝酸盐的比色检测，对NO3-的裸眼检测限低至10 µM。同时，针对NO2-同样可以产生具有硝化能力的活泼质点NO+的特点，实现了对NO2-比色检测，裸眼检测限达300 µM。针对次氯酸盐在碱性条件下具有极强氧化性的特点，设计将氯化铵氧化为亚胺进而与水杨酸盐生成蓝色的亚胺醌式结构，实现了对次氯酸盐的检测，紫外-可见吸收检测限和裸眼检测限分别为25.36 nM和4 µM。所开发的比色反应稳定性好、绿色无毒、操作简便。2、次氯酸盐比色水凝胶传感器的检测性能研究——构建新型比色传感器为了克服液体比色反应对人和环境不友好以及固体比色反应的检测范围较窄的缺点，以比色反应分子与水凝胶结合。同时，考虑到大部分比色反应需要一定的酸碱环境以及降低水凝胶对比色信号的干扰，水凝胶需具有抗酸碱性能并为无色透明。通过改变水凝胶交联方式，以化学交联得到了可以抵抗15 M的NaOH和1 M的硫酸腐蚀的抗酸碱水凝胶。通过进一步调控水凝胶的微观结构，降低了其对光的散射和反射，得到了透明度高达99.8%的水凝胶。进一步以次氯酸盐反应为例，验证了构建比色水凝胶的可行性，检测限达51 ng/mm2。利用二苯甲酮对弹性体表面进行活化和除氧，获得了具有优异保水性能的比色水凝胶传感器。3、比色逻辑门的建立及检测性能研究——实现对硝酸盐基非制式爆炸物的识别针对硝酸盐可分别与硫、铵盐和尿素制备出黑火药、硝铵和硝酸脲等非制式爆炸物的特点，通过比色传感器的结构以及判断逻辑设计，达到了对硝酸盐基非制式爆炸物的快速、准确识别。将硝酸盐、硫、铵盐和尿素的比色反应分子加载到水凝胶，制备出四种比色水凝胶传感单元。通过微通道的设计，实现了对待测物溶液一次加样即可在四个比色传感单元同时作用。基于比色水凝胶阵列的各个传感单元是否发生特异性颜色变化，建立YES/NO门，快速判断是否有非制式爆炸物，进一步通过分子解码逻辑门判断具体的非制式爆炸物名称或其原料组分。此外，基于水凝胶和PDMS柔性材质的特点，在实现了对纳克级可疑物的擦拭取样的同时，实现了采样和检测的一体化，极大简化了现场检测的操作步骤。该比色逻辑门的建立，对简化比色传感器阵列结构、建立快速准确判断非制式爆炸物的逻辑算法，提供了重要参考。4、比色人工嗅觉系统的构建及其检测性能研究——实现对非制式爆炸物悬浮颗粒的检测首次提出并成功构建了比色人工嗅觉系统，将传统电子鼻的重复使用性能、生电鼻的特异性和比色鼻的完全不依赖生物组织的优点结合在一起，并且克服了其共同缺点——无法检测不挥发物质。利用该比色人工嗅觉系统成功实现了以NaClO、KClO3、NaClO4、尿素和KNO3五种非制式爆炸物为代表的悬浮微粒的比色识别。此外，其不仅充分展现出高灵敏性，检测限低至39.4 pg，而且对KClO3、NaClO4、KNO3和尿素的响应极为迅速，检测时间小于1 s。同时，对日用粉末物品，水溶性阴离子及阳离子具有优异的抗干扰性。最后，该工作概念验证了检测悬浮颗粒的可行性，为解决检测难挥发物质的世界难题提供了理论和实验基础。