增白剂中吊白块含量的太赫兹光谱定性与定量检测

利用太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术在室温下分别对吊白块(甲醛次硫酸氢钠)、增白剂(过氧化苯甲酰)及其混合物进行了光谱测量,获得了在0.2~1.5 THz波段的吸收谱和折射率谱。结果表明增白剂在太赫兹波段存在明显的特征吸收峰,可以作为其在太赫兹波段的指纹特征用于物质识别;另外,混合物中吊白块含量越高,吸收系数越小,折射率越大。采用偏最小二乘(PLS)方法对增白剂中掺杂吊白块的含量进行了定量分析,结果表明增白剂中的吊白块含量与太赫兹吸收系数具有较高的相关性,相关系数为0.999 8,均方根误差(RMSE)为1.21%,检出限优于2.0%。研究表明THz-TDS技术可以用于食品领域中快速、无损检测增白剂中严禁使用的吊白块。     

小麦粉中偶氮甲酰胺的太赫兹时域光谱检测

利用太赫兹时域光谱(terahertz time-domain spectroscopy,THz-TDS)技术对偶氮甲酰胺(小麦粉添加剂)、小麦粉及两者混合物进行测试,获得其在0.20~2.00 THz波段的吸收谱与折射率谱。结果显示,偶氮甲酰胺在1.93THz处存在1个明显的特征吸收峰,可用于物质识别。此外,随着混合物中偶氮甲酰胺含量的减少,样品的吸收系数逐渐上升,折射率逐渐下降。通过偏最小二乘法(partial least squares,PLS)对小麦粉中偶氮甲酰胺的含量进行定量分析。结果表明,混合物中偶氮甲酰胺含量与吸收系数、折射率都有良好的线性关系,其中基于吸收系数PLS模型相关系数可达到0.999 9,标准误差为0.06%,检出极限可达0.11%,最大绝对偏差小于0.19%。     

小麦粉中掺杂滑石粉的太赫兹光谱检测

利用太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术在室温下分别对小麦粉、滑石粉及其混合物进行了光谱测量,获得了它们在0.2～1.5 THz波段的吸收谱和折射率谱.结果表明滑石粉在太赫兹波段存在明显的特征吸收峰,可以作为其在太赫兹波段的指纹特征用于物质识别;另外,混合物中滑石粉含量越高,吸收系数越小.采用偏最小二乘(PLS)方法对小麦粉中滑石粉的含量进行了定量分析,结果表明小麦粉中的滑石粉含量与太赫兹吸收系数具有较高的相关性,相关系数为0.993 9,均方根误差为1.48％,检出限优于2.0％.     

THz-TDS技术在淀粉中明矾含量的定量分析应用研究

应用太赫兹时域光谱(Terahertz time-domain spectroscopy,THz-TDS)技术实现淀粉中食品添加剂明矾含量的定量分析。通过太赫兹时域光谱系统获取纯淀粉和纯明矾以及其混合样品的时域光谱与频域光谱,并计算获得混合样品的吸收系数谱与折射率谱。采用偏最小二乘法在混合样品的吸收系数与样品中明矾的质量份数之间建立相应的数学模型,通过模型进行预测实现混合样品中明矾的定量分析。经模型预测结果表明混合样品的吸收系数与样品中明矾的质量份数之间的相关性达到99.1%,预测精度可以达到98.2%以上。通过实验研究采用THz-TDS系统采集样品光谱信息并通过建立PLS数学模型对混合样品的吸收系数与样品中明矾的质量份数进行建模分析能够达到定量分析淀粉中明矾含量的目的。     

太赫兹光谱法检测面粉中过氧化苯甲酰含量

检测40个不同过氧化苯甲酰含量的面粉样品的太赫兹时域谱,获得其在0.2~2.0 THz频段内的频域谱、折射谱及吸收谱。时域谱表明,与参考信号相比,添加过氧化苯甲酰的面粉样品,其太赫兹波幅值出现了不同程度的降低,面粉样品的频域信号出现了不同程度的延迟现象。频域谱表明面粉样品中过氧化苯甲酰的含量越高,其频域谱的幅值越大,对太赫兹波的吸收强度越小,过氧化苯甲酰在一定程度上降低了面粉样品对太赫兹波的吸收。折射谱表明随着频率的增加,折射率逐渐降低,随着面粉中过氧化苯甲酰的含量增加,面粉样品的折射率随之增大。吸收谱表明面粉样品中的过氧化苯甲酰在1.6 THz处存在一个较为明显的特征吸收峰。因此,太赫兹光谱可用于面粉中过氧化苯甲酰的特征识别。利用40个面粉样品的吸收谱数据作为输入变量,分别采用偏最小二乘(partial least squares,PLS)、支持向量回归(support vector regression,SVR)及最小二乘支持向量回归(least squares support vector regression,LS-SVR)建立校正模型,其中PLS和SVR模型得到的决定系数(R2)都低于0.9,相对标准偏差(relative standard deviation,RSD)都大于10%,而LS-SVR模型的R2为0.986,RSD为4.30%,结果表明太赫兹光谱分析技术可以用于检测面粉中过氧化苯甲酰含量。     

基于太赫兹时域光谱技术的饼干水分定量分析

目的探究太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术无损检测饼干中水分含量的可行性,为在线设备研发提供理论基础。方法选取表面平整的薄片饼干样品,利用透射模式,通过对测得的时域谱、频域谱以及菲涅尔公式计算得到的折射率和吸收谱与饼干水分含量的化学值建立线性关系及模型,进而对饼干中的水分含量进行了测定。结果吸收系数谱的偏最小二乘(PLS)模型相关系数为0.97518,预测均方根误差为0.00595,优于其他谱图的建模效果。结论该技术可以用于测定饼干中的水分含量。     

植物油的太赫兹时域谱分析

利用太赫兹(THz)时域谱技术测量了山茶油、麻油、橄榄油在0.3~1.5 THz范围内的THz波时域谱,使用迭代算法来计算分析三种植物油的折射率、吸收系数等重要的光学参数。结果表明三种植物油的吸收系数在此波段存在显著差异,三种植物油的平均折射率分别为1.458,1.468和1.452,植物油的折射率随着频率的增加而逐渐减小。该研究成果对于太赫兹时域光谱技术应用于不同的植物油成分及质量评价具有重要意义。     

基于太赫兹光谱的小麦粉中滑石粉测定技术

利用太赫兹时域光谱技术测量了小麦粉与滑石粉的混合样品在0.2～3.0 THz范围内的太赫兹波时域谱,对测试得到的时域信号进行傅立叶变换,得到样品信号与参考信号频域的振幅,再进一步提取测试样品的吸收系数和折射率。研究发现,随着滑石粉在样品中所占质量分数增加,样品的吸收系数和折射率都增大。6种测试小麦粉样品的平均折射率分别为1.62,1.68,1.71,1.72,1.73和1.81。试验结果表明,利用太赫兹技术可以测定出小麦粉中是否含有滑石粉,说明该技术在食品安全检测领域具有潜在的实用价值和十分重要的意义。     

太赫兹波谱检测面粉增白剂的研究

提出了利用太赫兹时域光谱技术对不同等级面粉和过氧化苯甲酰进行检测的方法,通过分析它们在0.2～1.5 THz频段内的频域谱、吸收系数和平均折射率可以很好地检测出面粉中是否含有过氧化苯甲酰增白剂.实验证明检测方法具有检测周期短、检测精度高、操作简单的特点.     

太赫兹时域光谱识别4种食用油真实性的研究

采用太赫兹时域光谱系统(THz-TDS),研究了4种食用油(黑芝麻油、芝麻油、小磨香油和花生油)在0.2~1.6 THz波段的延时特性和折射率特性。使用主成分分析法(PCA),根据累计贡献率的大小提取光谱的特征数据。提取了4个主成分(累计贡献率大于95%)作为一个支持向量机(SVM)模型的输入用于识别食用油的种类。结果表明:结合主成分分析法,通过选择合适的支持向量机核函数及其参数,食用油种类识别的正确率可达到93%;通过与主成分回归(PCR)、偏最小二乘回归(PLS)和后向(BP)神经网络方法的比较,支持向量机结合主成分分析(PCA-SVM)方法具有更突出的分类性能,同时也说明了采用太赫兹时域光谱,结合化学计量学方法精准鉴别食用油种类的可行性。     

衰减全反射太赫兹时域光谱法快速分析脯氨酸溶液

文章研究了基于衰减全反射技术的太赫兹时域光谱用于对脯氨酸溶液进行定量识别的可行性。将脯氨酸配制成不同浓度的样品溶液,并对其在0.3～1THz频率下的光谱信息进行分析处理,通过计算获得该频段内样品的吸收图谱,对吸收图谱进行对比分析后选用0.5THz处的浓度-吸收系数关系通过简单线性回归分析建立拟合回归模型,得出回归方程的R~2为0.96,RMSE为4.23。通过建立的拟合回归模型对预测样品的浓度进行计算得出预测值,将预测值与真值之间建立拟合回归模型,得出回归方程的R~2为0.99,RMSE为0.51。研究表明,通过基于衰减全反射技术的太赫兹时域光谱法对脯氨酸溶液进行定量分析结果准确可靠,提供了利用太赫兹时域光谱技术对食品中液态样品浓度测定分析的新方式。     

氢化大豆油中反式脂肪酸的太赫兹光谱分析

利用太赫兹(THz)光谱技术对氢化大豆油中反式脂肪酸(TFAs)进行分析。通过傅里叶变换将氢化大豆油的THz时域谱变换为频域谱,利用光学参数计算出折射率谱和吸收谱。为了研究氢化大豆油中TFAs在太赫兹波段的吸收特性,选择密度泛函理论(DFT)中的RB3LYP和6-311G (d, p)基组对氢化大豆油中的几种主要的反式油酸和反式亚油酸进行几何构型优化及振动频率计算,为氢化大豆油中TFAs的组成和定性分析提供理论依据。利用LS-SVR建立氢化大豆油中TFAs含量的预测模型,并与PLS和SVR模型比较,结果表明LS-SVR效果最佳, RMSEP为0.3246, R2为0.9792,RSD为3.81%,能够满足实际检测需求。采用PSO算法对LS-SVR模型参数进行优化,并与GS和GA优化方法比较,选择出最佳参数组合。优化后的LS-SVR模型的RMSEP为0.0763,R2为0.9989,RSD为0.90%,显著提高了预测精度。本研究为利用太赫兹光谱技术实现氢化大豆油中TFAs的快速检测奠定基础。     

基于太赫兹时域光谱技术的面粉品质快速无损检测研究

太赫兹(THz)波能够穿透大多数干的介电材料(塑料、陶瓷、衣物等),可实现对带包装物品的质量检测。为了研究THz光谱技术对带包装面粉的无损检测,首先对不带包装面粉进行太赫兹时域谱可行性分析及建模研究。对101份不同种类的面粉样本,用Tera Pulse 4000的太赫兹脉冲光谱仪采集了其太赫兹时域谱,对光谱预处理后,用偏最小二乘法(PLS)算法建立了面粉中3个指标水分、灰分、面筋的定量分析模型。各模型的预测相关系数都在0.89以上,研究结果表明,通过太赫兹时域光谱技术对面粉品质进行无损、快速检测具有可行性,对下一步太赫兹光谱技术直接对带包装的面粉进行检测研究奠定了坚实的基础。     

几种化学纤维的太赫兹时域光谱研究

 为了解化学纤维在太赫兹波段的光学特性,尝试通过太赫兹时域光谱测试技术和自由空间电光采样方法,获得几种化学纤维(涤纶、芳纶、维纶)的透射光谱,进而计算他们在0.2～1.0 THz频段的吸收系数和折射率。实验结果表明：纤维在太赫兹频段存在特征频谱响应,可以用来探测分子的结构信息和振动情况。所得结果表明,不同化学纤维在远红外区域的光谱存在差异,太赫兹光谱可以作为红外光谱的互补技术鉴别不同的化学纤维。     

太赫兹时域光谱在高油玉米检测中的应用初探

目的 采用太赫兹时域光谱在透射模式下对不同品种玉米品质进行探测。方法 分别得到样品不同部位的时域谱、吸收谱和折射率曲线, 探究玉米籽粒测定部位、平滑度、品种等因素对所得谱图的影响, 进而分析太赫兹波段对玉米种子进行油分无损检测和品种判别的可行性。结果 未制成标样的玉米样品难以得到有效谱图, 而标样中种胚在太赫兹波段未出现特征吸收。为进一步深入研究胚乳的太赫兹吸收, 对玉米种子的胚乳进行了傅里叶红外光谱测定, 结果表明不同品种的玉米胚乳谱在太赫兹谱区存在明显差异, 且存在特征吸收。结论 为进一步判别高、低油玉米品种以及其主要成分的太赫兹检测等提供参考。     

太赫兹时域光谱检测高油玉米油分初探

目的采用太赫兹时域光谱在透射模式下对不同品种玉米品质进行探测。方法分别得到样品不同部位的时域谱、吸收谱和折射率曲线,探究玉米籽粒测定部位、平滑度、品种等因素对所得谱图的影响,进而分析太赫兹波段对玉米种子进行油分无损检测和品种判别的可行性。结果未制成标样的玉米样品难以得到有效谱图,而标样中种胚在太赫兹波段未出现特征吸收。为进一步深入研究胚乳的太赫兹吸收,对玉米种子的胚乳进行了傅里叶红外光谱测定,结果表明不同品种的玉米胚乳谱在太赫兹谱区存在明显差异,且存在特征吸收。结论为进一步判别高、低油玉米品种以及其主要成分的太赫兹检测等提供参考。     

太赫兹光谱技术快速识别与检测大米中沙蚕毒素类农药残留

建立透射式太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术结合主成分分析(PCA)对大米中3种沙蚕毒素类农药(杀螟丹、杀虫磺和杀虫单)残留进行快速识别和检测。基于聚乙烯为基质获取杀螟丹、杀虫磺和杀虫单的THz特征吸收峰,进行物质识别和定量分析。以大米为基质,分别添加杀螟丹、杀虫磺和杀虫单,借助PCA分析进行检测和识别。结果表明,杀螟丹、杀虫磺和杀虫单的THz吸收谱图中存在特征吸收峰(1.95,1.19,1.70 THz),为物质识别提供了依据。在0.002%~16.667%范围,1.95,1.19,1.70 THz处特征峰吸收值与质量分数具有良好的线性关系,相关系数均高于0.9599。以大米粉为基质,PCA分析实现了对0.002%~16.667%添加范围THz吸收谱的完全区分以及0.002%低质量分数添加下3种沙蚕毒素类农药的识别。透射式THz-TDS技术可实现农产品中沙蚕毒素类农药残留的快速识别与检测,试验结果为该技术在农产品中农药残留的检测提供了试验依据。     

玉米中黄曲霉毒素B1的太赫兹时域光谱检测与识别

针对近红外和传感器方法检测精度差的问题,采用太赫兹时域光谱技术,研究了黄曲霉毒素B1对太赫兹波的响应。首先研究了玉米中黄曲霉毒素的提取过程和保存方法,根据B1溶液在不同频率范围内的光学参数(主要是折射率和吸收系数)的不同,对B1溶液的太赫兹光谱进行定性分析,利用一种改进的多重D-S证据理论对其进行了识别。试验和分析结果表明,利用太赫兹时域光谱技术结合信息融合技术能够对不同浓度的黄曲霉毒素B1溶液进行精确识别,为以后建立黄曲霉毒素太赫兹谱库和快速检测食品中的黄曲霉毒素提供了理论依据。     

天然彩丝与染色丝在红外与太赫兹波段的光谱研究

探索采用中红外光谱、远红外光谱与太赫兹时域光谱技术,对白厂丝、天然彩丝、天然染料染色丝、合成染料染色丝进行结构分析,并建立起能够区分天然彩丝与染色丝的方法。研究结果表明,在中红外与远红外光谱图中都有相同位置的特征吸收峰,说明这四种蚕丝纤维的结构相似,都有相同的基团与官能团,利用中红外光谱技术不能对其进行有效区分。在远红外波段根据这四种蚕丝纤维的吸收系数和吸收峰相对强度,可以对其进行区分。太赫兹时域光谱测试结果也表明,可以根据这四种蚕丝纤维的吸收系数与折射率的差异,对其进行区分。     

陈皮黄酮类化合物的太赫兹指纹谱检测与密度泛函理论解析

为了研究陈皮中黄酮类化合物太赫兹波段的指纹特征与其结构信息之间的变化关系,利用太赫兹时域光谱技术并结合密度泛函理论对陈皮中黄酮类化合物的太赫兹吸收光谱进行了仿真模拟和实验分析。首先,利用黄酮类化合物压片实验得到了在0.2～2.0 THz频段中橙皮苷、川陈皮素和橘皮素的太赫兹吸收谱,发现橙皮苷在1.63和1.89 THz处呈现出2个明显特征吸收峰,川陈皮素在0.42、0.66、0.97和1.51THz处具有4个特征吸收峰,橘皮素在0.41、0.53和1.03THz处可以观察3个吸收峰,接着,基于密度泛函理论的B3LYP杂化泛函方法,采用6-31G(d, p)和6-311G(d, p)基组对陈皮中橙皮苷、川陈皮素和橘皮素等典型黄酮类化合物分子进行太赫兹振动光谱的模拟计算。结果表明,酮类化合物的吸收峰大部分来自于其二面角的扭转振动,最大比例分别为13.0%、17.0%和25.2%。该研究揭示了酮类化合物太赫兹特征峰的响应机理,对开展陈皮中黄酮类化合物的太赫兹光谱快速检测具有重要的参考价值。