基于太赫兹时域光谱的塑化剂定量分析北大核心CSCD

利用太赫兹时域光谱结合化学计量学对塑化剂定量检测技术进行了研究。提出了一种利用太赫兹透射光谱测量超薄液体样品光学常数的新方法。利用该方法,以一种典型塑化剂——邻苯二甲酸二丁酯(DBP)为例,采用内径为200μm的比色皿作为样品载体测量了不同浓度DBP-无水乙醇和DBP-乙醇-水溶液在太赫兹波段下的折射率和吸收系数。结果表明随着DBP含量的增加,DBP-乙醇溶液和DBP-乙醇-水溶液在太赫兹波段(0.2~1.1THz)的光学参数随DBP浓度均呈有规律的变化。根据吸收系数面积、平均折射率相对DBP浓度变化曲线建立了未知溶液DBP含量的预测模型。该研究表明太赫兹时域光谱技术可能成为快速检测白酒等含乙醇饮料中塑化剂含量的新方法。     

太赫兹时域光谱技术

太赫兹时域光谱技术是最新的太赫兹技术,它基于宽波段太赫兹脉冲,可同时获得太赫兹波形的幅度和相位信息,在材料的远红外物性研究中有重要应用。本文涉及太赫兹时域光谱技术的基本特征、发射、探测技术和主要应用。     

基于太赫兹光谱和机器学习算法的二元及三元混合物定量分析

利用太赫兹时域光谱系统测量了苯甲酸、山梨酸、木糖醇3种常用食品添加剂及其混合物的太赫兹吸收光谱,并选取了偏最小二乘回归（PLS）、最小二乘支持向量机（LS-SVM）及反向传播神经网络（BPNN）3种机器学习算法,对食品添加剂二元及三元混合物进行了定量分析。研究发现,在多元混合物的定量分析中,非线性模型LS-SVM及BPNN较线性模型PLS更具优势,且随着混合物成分的增加,非线性模型的优势愈趋明显;两种非线性模型中,LS-SVM较BPNN建模步骤固定,无需进行复杂的参数讨论与优化,可高效地实现多元混合物的定量分析;此外,观察分析物光谱特征发现,除算法适用性讨论外,分析物的光谱特征也会在一定程度上影响定量检测的精度。     

氨基酸的太赫兹光谱研究进展

太赫兹(THz)波是指频率从0.1到10 THz之间的电磁波.氨基酸分子间的振动模式(扭转,集体振动和氢键)大都处于THz波段,相比红外,氨基酸在THz波段体现出很多独特的吸收特征.因此对氨基酸的太赫兹光谱进行研究,有利于更全面地认识氨基酸的生物特性,也为进一步研究生物大分子蛋白质提供了借鉴.本文系统分析了太赫兹时域光谱技术在氨基酸领域应用的研究进展,总结了包括氨基酸的鉴定与识别、太赫兹指纹谱数据库的建立、振动模式指认及理论模型构建、太赫兹光谱与温度相关性以及基于THz光谱的定量分析等5个方面的研究内容.依据大量前人的研究成果,总结了20种基本氨基酸在0~6 THz的指纹谱数据库,针对当前的研究现状,提出了氨基酸太赫兹光谱研究方面仍存在的问题,为今后的研究工作提供了重要的指导价值.     

奶粉中山梨酸钾的太赫兹光谱检测

采用太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术测量了奶粉、山梨酸钾及其混合物在0.2?2.0 THz波段的光谱特性,得到了样品在室温氮气环境下的吸收谱和折射率谱。结果表明山梨酸钾在0.98 THz处存在明显的特征吸收峰。采用简单一元线性回归模型(SLR)对奶粉中山梨酸钾的含量进行了定量分析,结果表明吸收系数随着混合物中山梨酸钾含量的增大而增大。该研究对于食品质量安全检测具有重要意义。     

基于太赫兹光谱的乙二醇含水率检测方法研究

乙二醇水分含量检测标准方法为卡尔·费休法,该方法操作繁琐、耗时长,且存在人为误差等缺点,提出基于太赫兹时域光谱技术检测乙二醇中含水率的新方法,采用透射式太赫兹时域光谱系统对不同含水率(0～50)的乙二醇溶液进行测定,获得其时域光谱,计算得到不同含水率乙二醇样本的吸收系数和折射率;采用标准正态变换、Savitzky Golay平滑等方法组合对光谱数据进行预处理,基于处理后折射率和吸收系数建立PCR、PLSR、SVR三种预测模型,通过对比模型的相关系数和均方根误差,选出最优的定量分析模型。结果表明:在基于吸收系数建立的预测模型中,经SNV处理后乙二醇吸收系数的SVR模型预测性能最佳,其预测集R2与RMSEP分别为09941和000451;在基于折射率建立的预测模型中,经S G平滑预处理后乙二醇折射率的SVR模型预测性能最佳,预测集R2与RMSEP分别为09988和000507;均具有较高的预测精度。研究表明,文章实现了乙二醇含水率快速、无损和高精度检测,所提方法能为乙二醇质量快速评价提供技术指导,也为有机溶剂水分含量检测提供一种新思路。     

运用太赫兹时域光谱技术定量分析柴油的含硫量

测量柴油样品的太赫兹时域光谱并对其含硫量进行了定量计算.在0.2 ～1.5 THz范围内,柴油的吸收系数随着太赫兹频率和硫含量呈规律性递增.基于这一变化关系建立起了硫含量与太赫兹吸收系数和频率的多元非线性模型,通过测量柴油的太赫兹光谱代入此模型即可计算出柴油的硫含量.这一结果为太赫兹时域光谱技术应用于柴油含硫量的无损快速检测奠定了理论基础,显示出巨大的应用前景.     

基于Tchebichef图像矩的氧化锌太赫兹光谱定量研究

为了提高多组分混合物太赫兹光谱定量分析的准确性和稳定性,将Tchebichef图像矩结合偏最小二乘回归(PLS)的建模方法引入到太赫兹光谱定量分析中,以橡胶添加剂氧化锌、白炭黑与丁腈橡胶的混合物为实验样本,对混合物中的氧化锌进行定量分析.获取样本太赫兹吸光度数据后,用3维光谱自构建方法构建样本的3维光谱,利用Tchebichef图像矩提取样本3维光谱灰度图的特征信息,然后用PLS建立定量模型对氧化锌进行定量分析.结果表明,由本方法得到的样本预测集相关系数和均方根误差分别为0.9993和0.0351,与用PLS和支持向量回归直接对吸光度数据进行建模的方法相比,结果更加准确和稳定.本方法能够对混合物中氧化锌进行准确、稳定的定量分析,为多组分混合物太赫兹光谱定量分析提供了新思路.     

肝脏和肺组织的太赫兹光谱成像

与红外辐射、X射线、核磁共振、超声波等传统医疗诊断技术相比,太赫兹技术具有能量低、空间分辨力高和带宽宽等独特分析能力,成为人体成像或人体组织癌症诊断技术的补充技术。分别对肝脏和肺的正常组织与肿瘤组织做了太赫兹光谱检测与太赫兹成像研究,通过肝脏的光谱检测与成像实验总结出相关经验,使得肺癌组织太赫兹成像得到了明显的效果,并且发现肺癌肿瘤组织在1.0 THz~1.75 THz频率范围内的太赫兹成像能够明显区分出正常组织与肿瘤组织,且频率越高,成像分辨力越高。     

激光诱导击穿光谱技术定量分析原油金属元素

为了对原油中金属元素含量进行分析,利用激光诱导击穿光谱技术分别采用Na光谱的积分强度、峰值强度作定标曲线对高温灼烧后的原油中的Na进行了定量分析。实验中选取Na Ⅰ 588.995nm,Mg Ⅰ 383.230nm,Al Ⅰ 308.215nm,K Ⅰ 404.414nm,Ca Ⅰ 364.441nm,Fe Ⅱ 273.955nm作为分析线对原油样品灼烧后的6种元素进行分析,测得其质量分数分别为0.0592,0.0029,0.0212,0.0019,0.0072,0.1686,并得出了定标曲线的线性相关系数及检出限。结果表明,选用积分强度作定标曲线效果更好;激光诱导击穿光谱技术测量结果与X射线荧光光谱技术对Na的测量结果相对误差为6.28%;激光诱导击穿光谱技术可应用于原油中金属元素含量的测量。     

基于THz-TDS技术定量分析煤炭中的灰分和挥发分

为提高煤炭中灰分、挥发分定量分析的效率,减少污染,提出一种基于太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术的煤炭灰分、挥发分定量分析方法。研究煤炭太赫兹吸收特性与灰分的关系,结果表明,煤炭的太赫兹有效频谱范围为0.2~2.2 THz,在0.2~2.2 THz没有明显的吸收峰,灰分含量是影响太赫兹波段吸收特性的主要因素;对比预处理方法、支持向量机(SVM)模型和偏最小二乘(PLS)模型对预测效果的影响,采用样品数的3/4建立模型,其余1/4作为外部验证集进行验证,结果表明,Savitzky-Golay平滑和移动窗口平均(MAF)平滑对外部验证集的预测效果没有提升;SVM模型对灰分、挥发分的预测效果优于PLS模型。灰分、挥发分的SVM模型的外部验证集的相关系数(Rp)分别为0.933、0.724;预测均方根误差(RMSEP)分别为3.223、5.772。太赫兹技术结合SVM算法对煤炭灰分、挥发分进行预测,可将分析时间缩短至10 min内,提升分析效率。     

玉米粉中苯甲酸的太赫兹光谱定量检测研究

为了检测玉米粉中苯甲酸的含量,控制苯甲酸在玉米粉中使用量,提高食品安全等级,采用太赫兹光谱技术对玉米粉中苯甲酸含量进行定量研究,获得了玉米粉中不同质量分数的苯甲酸在0.5THz～3THz的光谱数据。采用偏最小二乘、最小二乘支持向量机和多元线性回归构建光谱模型,未参与建模的样品用来进行模型评估,并利用预测集相关系数R_p和预测集均方根误差e_RMSEP对模型进行了评价。结果表明,最小二乘支持向量机模型评价能力最强,预测集相关系数R_p=0.9958,预测集均方根误差e_RMSEP=0.0057。说明太赫兹技术结合化学计量学方法可以用于定量检测玉米粉中苯甲酸的含量。     

原油交接计量误差分析

在原油动态计量和静态计量过程中,造成油品计量误差主要有立式金属罐容积计量误差、计量器具误差、人为操作误差、化验过程造成的误差等4个方面的因素。本文在分析各种误差产生原因的基础上．总结、分析了在实习期间对原油计量方面的一些认识,并结合安塞油田的实际情况,提出了一些可降低误差的意见。     

基于太赫兹精密波谱的麻精药物艾司唑仑定性定量分析测定

开发了一种基于太赫兹波谱技术的艾司唑仑快速检测方法,以期解决高效液相色谱法(High Performance Liquid Chromatography,HPLC)在检测过程中的前处理繁琐、样品损耗、耗时长和成本高等问题.首先,采用密度泛函理论(Density Functional Theory,DFT)方法,预测 了艾司唑仑在 0.9～20.0 THz 频段内的分子振动模式,建立了定性分析方法.其次,通过分析艾司唑仑含量与太赫兹特征峰的相关性,构建了高拟合度的定量分析模型.然后对22例不同厂家生产的艾司唑仑药品进行了太赫兹波谱解析,并结合支持向量回归(Support Vector Regression,SVR)算法,实现了与HPLC方法相比平均绝对误差(Mean Absolute Error,MAE)仅为1.12％的准确定量.该方法具有操作简便、分析速度快、成本低廉和无损检测等优点,为特殊药品的质量控制提供了一种新的分析策略,具有推广至其他麻精药物质量评价研究的潜力.     

2-巯基苯并噻唑的太赫兹时域光谱定量研究

为了减少由于橡胶促进剂2-巯基苯并噻唑(MBT)掺假而导致橡胶制品质量不过关的问题,提出利用太赫兹时域光谱技术对MBT的有效含量进行定量研究。利用太赫兹透射测量得到MBT和聚乙烯混合物在0.3THz～1.4THz的吸收特征谱,提出了一种基于最小二乘支持向量回归(LS-SVR)的MBT定量检测模型,将LS-SVR模型分别与偏最小二乘模型和支持向量机回归模型进行比较,得到模型预测集均方根误差分别为1.1330%,2.5583%和2.3869%。结果表明,LS-SVR的定量模型可取得更好的效果,其精度更高,稳定性更好。本研究为MBT定量检测提供了新的快速且有效的方法。     

基于太赫兹时域光谱技术与PCA-SVM的转基因大豆油鉴别研究

太赫兹时域光谱（THz-TDS）技术是基于飞秒超快激光技术的THz波段光谱测量新技术,具有较强的光谱分辨本领以及良好的透视性和安全性,在物质检测方面具有广泛的应用价值。文中在采用太赫兹时域光谱技术对转基因大豆油光谱检测的基础上结合主成分分析方法（PCA）及支持向量机（SVM）,构建PCA-SVM模型对转基因大豆油进行鉴别。首先,从样品在太赫兹波段测得的时域光谱中得到其吸光度光谱;然后,将其作为输入源导入PCA-SVM模型中,剔除冗余数据、降低数据维数并鉴别。实验结果表明,所建立的PCA-SVM模型能准确识别校验集,可以准确地对转基因大豆油进行鉴别。研究结果表明：太赫兹时域光谱技术可以实现转基因大豆油的快速、无损检测,在食品安全领域有广泛的应用前景。     

新型双远场电磁聚焦测厚仪系统

为了提高测厚仪测量石油套管的精度,根据发射电磁场原理,改变了线圈电磁场在石油套管内外的分布,使该测厚仪在不用推靠系统的条件下,提高了仪器的检测灵敏度;采用了远场低频双发射及阵列接收探头的结构,提高了仪器水平方向的分辨率。提出了能够快速准确地提取测得数据幅值的包络线法,实现了在输入样本中增加数据变化率的自适应BP神经网络算法。实验结果表明,该仪器具有测量精度高、速度快、水平方向的分辨率高的优点,而且结构简单便于生产推广。