煤炭中氢含量与挥发分的太赫兹时域光谱研究

本文应用太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)研究了具有一系列不同氢含量和挥发分的煤炭标准物质在太赫兹波段的光学性质.结果表明,煤炭样品的氢含量与挥发分在太赫兹波段内的吸收系数和介电常数实部均存在负线性关系,符合成矿理论中氢含量与挥发分的真实关系,预示了太赫兹波谱技术将在煤质氢含量及挥发分的研究方面提供了高效的实验方法.     

岩石的太赫兹光谱特性研究

本文以太赫兹时域光谱分析技术为手段,研究了侵入岩、喷出岩、沉积岩样品的太赫兹波段光谱特性,在0.3～1.4THz光谱区域间得到了样品的光学参数,并结合偏光显微镜图片分析了样品的吸收系数和折射率值.结果表明,针对样品的结构、成分、类型的不同,透射光谱均出现了不同的吸收和折射特性.通过太赫兹光谱包含的特征信息可以对不同岩石初步进行定性分析,从而为利用太赫兹技术进一步分析岩石的成因、演化特性及其与矿化的关系提供依据和方法.     

利用太赫兹时域光谱系统检测水中污染物纯品

利用太赫兹时域光谱技术对22种水中污染物的纯品进行了检测,其中包括除草剂、化肥、塑化剂等。通过理论计算获得了上述样品在太赫兹波段的折射率和吸收系数。结果表面,2,4-二氯苯氧乙酸钠（2,4-D钠盐）和苯磺隆两种除草剂在太赫兹波段存在特征吸收峰,这些数据有利于应用太赫兹时域光谱技术对水中污染物进行检测和鉴别。     

液态一元醇的太赫兹时域光谱研究

太赫兹波可以与极性液体中的氢键网络产生强的相互作用,作用越强吸收越强。鉴于此性质,利用太赫兹时域光谱技术对甲醇、乙醇、正丙醇在0.1~1THz波段内的太赫兹光谱进行了检测,发现其吸收光谱随分子极性的差异有显著的区别,并从中提取出了一元醇的吸收系数、折射率、介电常数等光学参数。在此基础上还利用对样品介电常数敏感的微孔金属片,通过产生的共振峰漂移进一步对不同一元醇进行了检测,结果表明太赫兹光谱技术结合微结构器件在液态化学及生物样品检测方面有潜在的应用价值。     

用太赫兹时域光谱定性鉴别十六烷值增进剂的产品性能

十六烷值增进剂是目前用途最为广泛的石油添加剂之一,用以提高柴油的点火性能。目前市场上的十六烷值增进剂种类繁多,质量难免参差不齐。本文将三种不同种类的十六烷值增进剂按不同的体积比添加到0#柴油中,通过对比样品的十六烷值增长率和太赫兹吸收光谱,表明太赫兹时域光谱作为一种快速、无损的检测手段,能够有效的预测十六烷值增进剂对柴油自燃性的提升效果,可以用于在线质量检测。     

原油中硫含量的太赫兹时域光谱检测

原油中硫含量的快速检测对于原油的安全生产、运输、加工和环境保护均具有十分重要的意义.本文运用太赫兹时域光谱技术对不同硫含量的原油进行了实验测量,经过计算得到了样品的吸收谱和折射率谱.通过对这些光谱进行分析,结果表明太赫兹时域光谱不仅能够有效的检测出原油中的硫含量,还能实现对原油中物质的溶解程度进行定性的预测.     

汽油中烃类物质的太赫兹时域光谱研究

本文应用太赫兹时域光谱技术研究了在室温氮气环境下催化裂化汽油中芳烃、烯烃的光学性质,以芳烃中二甲苯、均三甲苯及烯烃中二异丁烯为例,分析了含有不同浓度二甲苯、均三甲苯和二异丁烯的催化裂化汽油在太赫兹波段的光谱效应。结果表明,汽油中不同浓度的芳烃和烯烃具有不同的吸收谱和折射率特性。根据太赫兹光谱包含的特征信息能够对汽油中芳烃、烯烃成分进行定性分析,从而为汽油中烃含量的定量检测做基础。     

三种橡胶材料的太赫兹光谱研究

本文利用太赫兹时域光谱技术研究了氯丁橡胶、丁腈橡胶和三元乙丙橡胶在0.2～1.8 THz频段的光学性能和光谱特性,得到了三种橡胶的时域谱、折射率谱和吸收谱,进而计算橡胶在0.2～1.8 THz频段的吸收系数和折射率,结果表明可以通过吸收系数与折射率来区分不同种类的橡胶。这种方法为认识橡胶对太赫兹波的响应机制提供了科学依据,有望为橡胶材料鉴别提供一种有效的分析手段。     

基于LabVIEW的太赫兹时域光谱数据处理

太赫兹波段位于红外与微波之间。太赫兹时域光谱技术是一种随着超快激光技术的发展而新兴的、非常有效的相干探测技术,其应用前景已为世界公认。目前各实验室使用的多是基于MatLab和Origin软件处理太赫兹光谱实验数据,但这难以与数据采集程序相结合,所以迫切需要一种更加简便快捷的数据分析手段以适应太赫兹技术的发展。LabVIEW作为一种图形化编程语言具有许多优势。本文概述了太赫兹技术及太赫兹时域光谱,介绍了利用LabVIEW提取太赫兹时域光谱数据并进行分析的方法,通过实例并与其它两种工具处理的结果进行了比较,三种方法的结果完全吻合,证明了这种方法的可靠性。与数据采集程序相结合,我们的工作为太赫兹光谱实验提供了有力的数据分析工具。     

基于返波管的葡萄糖太赫兹光谱研究

搭建了一套以返波振荡器(BWO)为辐射源的太赫兹透射式系统。通过高莱探测器、数字锁相放大器等完成测试信号的探测和存储,在LabVIEW编程环境下,完成配合系统硬件工作的软件平台的编写,利用VISA模块实现对下位机的参数设置以及数据采集工作。利用这套系统进行了单频和扫频实验,分别测试了不同葡萄糖溶液浓度的透过率。结果表明,葡萄糖溶液对太赫兹波有透过特征峰,不同浓度葡萄糖溶液对太赫兹波的吸收不一样。该研究为以后基于BWO的太赫兹生物传感器研究提供了参考。     

基于太赫兹衰减全反射光谱法的无创血糖检测研究

结合太赫兹时域光谱系统,利用棱镜衰减全反射技术,设计了一种太赫兹衰减全反射光谱法的无创血糖检测系统。借助德拜模型分析了皮肤中含水量变化会影响皮肤在太赫兹波段的弛豫作用,得到皮肤复折射率与皮肤含水量的关系,利用菲涅耳公式给出了计算皮肤复折射率实部和虚部的方法。将太赫兹光谱法测得的人体大拇指皮肤复折射率的实部与虚部,与口服葡萄糖耐量试验实际测得的人体血糖浓度进行对比,得到了人体手指皮肤的太赫兹反射谱以及复折射率与人体血糖浓度成正相关的关系,为太赫兹应用于无创血糖浓度检测提供了参考。     

基于太赫兹技术的格列美脲粉尘检测研究

制药车间的药物粉尘成为当前一种新的污染源,其对从业人员的健康有着很大的危害。选用糖尿病药物格列美脲作为研究对象,通过太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术对其纯品制成的压片进行吸收光谱测量,测量结果显示,该药物在0.1～2 THz波段有多个明显的特征吸收峰。将格列美脲生成气溶胶以模拟车间环境,为了减少水汽的影响,通过微孔滤膜干燥法和Nafion膜干燥法分别对其进行干燥处理。结果表明,与纯品压片的吸收光谱相比,两种方法都能很好地识别被测物大多数的特征吸收峰,给制药车间的药物粉尘检测提供了很好的实验参考。     

基于太赫兹波谱的液体极性测量

太赫兹波能与极性液体的氢键发生强烈的共振吸收作用,分子极性越大,吸收作用越强。基于此特性,在0.2～1.0 THz波段利用太赫兹时域光谱技术对甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇四种一元醇液体的极性进行检测研究。根据测量得到的四种液体太赫兹波谱数据,得出了液体的极性与其太赫兹波谱的关系式,再利用此关系式求得四种液体的计算值。通过对四种液体极性的标准值和计算值比对,验证了所得液体极性求取公式的有效性。研究结果表明,四种不同液体的时域光谱因分子的极性差异有显著的不同,所用的液体极性测量方法能够对液体的极性进行快速有效的检测与鉴别,可为其他液体极性的检测提供参考。     

基于多个太赫兹时域光谱系统的物质识别方法

提出了一种基于多个太赫兹时域光谱系统(THz-TDS)的物质识别方法。将来自不同THz-TDS的光谱数据,通过小波变换去除基线及噪声等干扰信息,并用3次样条插值将不同的采样频率映射到相同的频率上,从而得到标准化后的光谱数据。将此光谱作为支持向量机(SVM)的特征向量,选择合适的核函数并用网格搜索法寻找最优SVM参数,最终得到98.33%的识别准确率。该方法对于准确识别物质具有重要的参考价值。     

Broadband terahertz spectroscopy of amino acids

Broadband spectra of 20 L-amino acids were obtained at room temperature by terahertz time-domain and infrared spectroscopy. The intensity of terahertz absorption peaks varied with the concentrations of amino acids, and the optimum proportion for each amino acid was obtained. An absorption spectral database of 20 L-amino acids was established from 0 to 6 THz. The associations between terahertz absorption peaks and molecular structures of amino acids were analyzed. The terahertz spectra for L-alanine were compared with the calculated results based on density functional theory using two basis sets that were reliably consistent.     

甲醇气体的太赫兹时域波谱研究

为了探究甲醇气体在太赫兹波段的共振特性,利用太赫兹时域光谱对甲醇气体进行了测量,得到了其时域波形,观测到了自由感应衰变这一现象。根据朗博-比尔定律对气体吸收谱的计算得到转动谱线间隔,并对自由感应衰变这一现象进行了深入的解释,这些结果对于太赫兹波段的气体检测、分析和识别具有参考价值。     

太赫兹双梳光谱中重复频率差影响的研究

太赫兹双梳光谱技术因其高频率分辨率和高灵敏度等优点,近年来成为一种有力的光谱测量技术。为了提高光谱系统的探测性能,本文分析了双梳光谱技术在时域和频域中的采样原理及方法,基于两台飞秒激光器搭建了一套重复频率可调的太赫兹双梳光谱系统。通过改变一台光频梳的重复频率,系统地研究了不同重复频率差对太赫兹双梳光谱系统性能的影响。结果表明有效范围内的重复频率差越小,探测到光谱质量越高。当重复频率差为10 Hz时,太赫兹双梳光谱系统的探测性能最佳。此研究为太赫兹双梳光谱技术选择最合适的重复频率差提供了方法。     

太赫兹光谱技术在药物定性定量检测上的应用

为判断药物的真伪,检查药物的纯度,以及克服目前化学药物定性定量检测中耗时长、损耗样本、操作繁琐等缺陷,提出了一种基于太赫兹光谱技术的快速且能准确定性和定量药物的检测方法。基于太赫兹吸收光谱,提取了氯雷他定、消旋卡多曲的特征峰频点以及峰下面积差特征,并通过这些信息来对药物进行定性与定量检测。实验结果表明：在定量检测中,太赫兹光谱技术具有高的稳定性及检测精度;质量分数梯度变化的线性拟合相关系数达到99.8%;在结合主成分分析法（principal component analysis,PCA）对其他药物的检测中,太赫兹光谱技术定性检测准确率可达100%,定量检测误差小于0.01。这些结果可为后续药物的快速、准确和无损检测提供参考。     

神经递质与代谢物混合物的太赫兹波谱的识别与量化

针对神经细胞中常见的三种神经递质(γ-氨基丁酸,L-谷氨酸,盐酸多巴胺)以及两种代谢产物(肌酸,肌醇),运用太赫兹时域光谱系统(THz-TDS)对上述物质各自的纯品进行了特征谱线测量。测量结果表明,这五种物质在远红外波段具有明显且独特的吸收谱线,而同一种物质不同浓度的吸收系数符合朗伯-比尔定律。此外,从这五种物质中任取几种进行不同比例的混合,并对混合物的谱线进行了测量,通过最小二乘法等算法倒推,可以对每一种物质的含量及比例进行准确推定。结果表明,物质含量推定的准确率,两种物质混合时为97%以上,三种物质混合时为95%以上,四种物质混合时为94%以上。这一结果对于癌细胞的早期诊断和治疗具有重要意义。     

基于石墨烯太赫兹调制器的研究

利用石墨烯的电导率可以通过电压调节的特性,研究了一种基于单层石墨烯的太赫兹调制器。为了提高太赫兹-石墨烯相互作用强度,调制器采用一种石墨烯-金属复合结构。全波电磁数值仿真结果表明,在反射工作模式下,该器件在3.5 THz的调制深度大于90%。采用平面半导体工艺,实现了调制器原型器件,并对其反射谱进行了测试,实验数据与仿真结果相符,这为以后实现高质量的太赫兹调制器奠定了基础。