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。     

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.     

不同猪肉组织在太赫兹衰减全反射光谱中的特性差异

为了探讨太赫兹(THz)光谱无损检测猪肉品质的可行性,采用衰减全反射(ATR)模式采集猪脂肪、肌肉和皮肤3种新鲜组织的THz光谱,获取3种组织在0.2~2.0THz范围的折射率和消光系数。结果表明:在0.2~1.6THz低频段猪肉不同组织的THz光谱差异较明显,含水量是影响新鲜组织对THz波吸收的主要因素。利用不同组织在THz波段的光学特性差异,可以无损快速鉴别组织类型。通过建立同种猪肉组织的THz光谱与猪肉品质的关系模型,能够实现猪肉品质的无损检测。     

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。     

太赫兹时域光谱技术测定淀粉中的丙烯酰胺

目的:利用太赫兹时域光谱(terahertz time-domain spectroscopy,THz-TDS)技术对丙烯酰胺、淀粉及两者混合物进行定性、定量检测。方法:通过采集时域光谱数据,获得丙烯酰胺、淀粉及两者混合物在THz波段的吸收谱与折射率谱;采用偏最小二乘法(partial least squares,PLS)对淀粉中丙烯酰胺的低浓度含量进行回归拟合分析。结果:丙烯酰胺在1.33 THz处有一个明显的特征吸收峰,可用于物质识别;随着混合物中丙烯酰胺质量的增加,样品的吸收系数和折射率都呈现逐渐下降的趋势。由回归模型分析可得,混合物中丙烯酰胺质量含量与吸收系数、折射率都有良好的线性关系,其中基于折射率的PLS模型相关系数可达0.9994,标准误差0.1335%,检出极限0.4402%,定量限1.334%,最大绝对偏差小于0.2497%。结论:THz-TDS技术具有检测结果可靠的优点,可用于淀粉中丙烯酰胺含量的快速、无损检测,为太赫兹光谱检测食品中的有害添加物提供了理论基础。     

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。     

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。     

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。     

光谱预处理对太赫兹光谱预测猪肉K值的影响

采用太赫兹（terahertz,THz）光谱分析技术无损检测猪肉的新鲜度K值,但水会强烈吸收THz波,从而严重影响THz波对肉的检测。考察预处理方法对削弱水的干扰、提升THz光谱检测猪肉K值的模型性能的影响。分别采用多元散射校正、标准正态变量变换、一阶微分、二阶微分4?种预处理方法对衰减全反射光谱进行预处理,基于反向传播人工神经网络回归算法建立猪肉K值的THz光谱预测模型,比较研究4?种预处理方法后的模型预测精度。研究表明：一阶微分预处理方法效果最好,能够消除光谱基线漂移,提高光谱质量。与原始光谱相比,模型的预测集相关系数（Rp）从0.34提高到0.75,预测集均方根误差从20.24%降低到14.36%。因此,选择合适的光谱预处理技术对提高模型预测精度非常重要,采用一阶微分预处理后的THz光谱数据建立反向传播人工神经网络模型能够无损检测猪肉的新鲜度K值。     

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。     

基于太赫兹反射成像技术的花生空果无损检测

目的 基于太赫兹反射成像技术(Terahertz Reflection Imaging Method, THz-RIM)实现花生空果无损检测,为太赫兹技术在农产品及食品快速无损检测中的应用奠定基础。方法 利用太赫兹脉冲光谱仪TeraPulse 4000及反射成像附件和采集软件,在0.2 mm采集步长下对去壳花生仁进行太赫兹反射成像预实验,确定出正式实验的图像颜色模式为hot模式。人为制备若干个花育36号满仁花生果样本和空果样本(仅有一粒花生仁),在与预试验相同的条件下采集样本光谱图像,以时域/频域2点外相加成像(Integrated Time Slice)重构方式进行图像重构, 突出花生空果样本图像的显著几何特征。结果 通过太赫兹反射图像可以实现满仁与花生空果样本的检测区分,但图像细节仍然比较模糊,需进一步提高图像清晰度。采用数字图像方法进行图像增强,利用OpenCV-Python提高图像的亮度、色度、对比度及锐度。提升对比度后的图像可观测度最高,且空果图像中黑色部分面积占比最大,与含仁部分对比最为明显,可以实现空果及满仁花生果的快速区分。结论 探索结果表明,THz波对花生外壳具有良好的穿透性,利用THz-RIM技术结合OpenCV-Python数字图像处理方法进行花生空果无损检测具有可行性,利用太赫兹光谱技术对油料作物内部品质进行无损检测研究具有极大潜力。     

食用油储存期品质变化的太赫兹光谱无损识别

为研究食用油在储存期间的品质变化情况，利用太赫兹衰减全反射技术对不同氧化程度的食用油进行无损识别。首先探究储存条件对食用油品质的影响情况，进一步根据国家定义食用油品质的标准将样品分为新鲜油、可食用油和不宜食用油，采集各类油品的太赫兹时域光谱，经数据预处理后采用欧氏距离匹配法进行聚类分析，并采用线性判别分析法进行样本分类，其中欧氏距离匹配法识别食用油折射率谱，准确率为95.65%；线性判别分析法识别吸收系数谱数据，准确率为91.00%，经比较两模型识别准确率理想，分析效果良好。该研究首先得出储存条件对食用油品质的影响规律，以论证太赫兹衰减全反射技术在分析食用油储存期品质变化方面的可行性，实现了食用油品质的快速无损检测；也可为太赫兹光谱技术深入应用于食用油多种属性的研究提供一定参考依据。     

太赫兹时域光谱检测谷粒中储粮害虫的研究

快捷方便检测粮粒中是否有储粮害虫及其种类,对储粮害虫虫情调查和监测,实现粮库中储粮害虫的准确检测和口岸害虫快速检测检疫具有重要实践意义。以最主要的初期性害虫玉米象为例,对玉米象、谷壳、米粉样品进行了太赫兹时域光谱测试,获得了样品在0.2~1.6 THz波段的折射率和吸收光谱,分析了这些样品的特征吸收谱,并利用PLS-DA方法对含有玉米象和不含玉米象的谷粒样品的太赫兹光谱进行鉴别分析,结果表明用0.2~1.6 THz范围内的THz吸收光谱结合PLS-DA方法对校正样本建立判别模型,其校正和验证结果与实际分类变量的相关性高,交叉验证均方根误差(RMSECV)和预测均方根误差(RMSEP)都小于0.150,建立的PLS-DA分类模型对检测样本的判别准确率为100%,为检测粮粒中是否有储粮害虫提供快速方便的鉴别分析方法。     

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。     

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。     

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。     

太赫兹波谱技术在木材工业中的应用

介绍了太赫兹波谱技术的基本特性,针对国外太赫兹波谱技术在木材工业中的应用研究现状,进行了分析。介绍了利用太赫兹时域光谱技术进行木材光学特性及含水率测定方法研究;介绍了利用太赫兹成像技术在木结构内部隐藏缺陷的无损检测等方向的研究成果。提出现阶段太赫兹波谱技术在木材工业领域的应用发展方向。     

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％.