基于太赫兹—衰减全反射光谱的甘氨酸溶液定量研究

采用太赫兹衰减全反射光谱,研究20～450cm-1范围内不同浓度甘氨酸水溶液的光谱信息,将光谱进行二阶导数预处理后,选择不同波数进行随机组合,确定最适三波数组合模型,并建立最适拟合三元线性回归方程。结果表明,分别在65.56,127.28,173.56,308.55cm-1处出现清晰的吸收峰;回归方程R2Adj为0.990 3,均方根误差为0.005 7,预测均方根误差为1.658 9。     

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。     

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。     

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。     

衰减全反射红外光谱测定番茄酱中番茄红素

利用衰减全反射红外光谱法测定番茄酱中番茄红素,选择1 700~950?cm-1作为样品的红外光谱分析波段,用二阶导数对原始红外光谱降噪后,进行偏最小二乘法回归分析,建立了回归方程,模型决定系数R2为0.970。经验证,其相对预测均方根误差为3.78,预测值与真实值的线性拟合决定系数为0.959 8,能较准确测定番茄酱中番茄红素含量。     

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。     

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THz-ATR技术的发芽葵花籽光谱分析研究

随着葵花籽发芽,其脂肪和蛋白质等营养物质的含量会减少,影响油脂产品的产量及品质。利用太赫兹时域光谱技术,分别结合支持向量机(Support vector machine,SVM)算法和极限学习机(Extreme learning machine,ELM)算法建立葵花籽发芽粒的定性识别模型,保障葵花籽的品质安全。实验过程首先对60粒葵花籽进行萌芽培养,之后从中随机选择30颗作为发芽粒样本,另选择30粒正常葵花籽样本,共计60粒实验样本。之后利用太赫兹衰减全反射技术采集0.3～3.6 THz范围内的实验样本光谱数据,经过快速傅里叶变换与加窗操作转换到频域中,通过提取光学常数得到样本的吸收系数光谱和折射率光谱,选取10～40 cm^–1和60～80 cm^–1 2个特征波段的折射率进行归一化预处理,分别结合SVM算法和ELM算法建立定性识别模型。实验结果表明,基于联合特征波段-SVM算法的定性模型与基于联合波段-ELM建立的定性识别模型对发芽粒识别正确率、正常粒识别准确率均为100%。相比ELM模型,SVM模型识别速度更快。研究结果表明,利用太赫兹时域...     

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。     

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。     

地沟油的太赫兹波段光谱特性研究

基于太赫兹电磁波与油脂大分子基团的共振反应及太赫兹时域光谱技术能够灵敏地反映化合物结构与环境的指纹特性,应用该技术测量了普通食用油与多种地沟油的光学参数,得到了样品在0.16 ～0.96 THz频域的吸收谱和折射谱,分析了样品在太赫兹波段的光学性质,提出了地沟油和普通食用油在不同频率下的光谱差异.实验结果表明,太赫兹光谱信息可作为辨别地沟油与合格食用油的理化指标,可为地沟油的快速鉴别提供科学依据.     

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。     

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。     

利用太赫兹技术和统计方法鉴别地沟油

基于普通食用油和地沟油的太赫兹吸收光谱,利用0.16~1.30 THz频域的吸收谱,进行聚类分析,8种地沟油组成一类,食用油自成一类。随机选择了2种地沟油作为验证样品,将其余油样进行聚类,采用概率神经网络法对验证样品进行判定,并成功将2种油判定为地沟油。结果表明,太赫兹时域光谱技术结合统计方法可推广成为鉴别地沟油的快速有效手段。     

基于太赫兹光谱快速检测大豆油中的磷脂酸含量

通过在一级大豆油中添加磷脂酸制备大豆油脂样品105个,测定它们的磷脂酸的含量。采集样品的太赫兹(Terahertz,THz)光谱,与参考信号相比,太赫兹波透过样品后在时间方面均产生不同程度的延迟,太赫兹波幅值出现不同程度的降低,磷脂酸的存在增加了大豆油脂样品对太赫兹波的吸收,样品中磷脂酸含量越高,其频域谱幅值越低,样品在1.58THz处有一个较为明显的特征吸收峰,可利用太赫兹光谱对样品中磷脂酸进行定性分析。利用一阶导数、二阶导数对经剔除异常样本后剩余的91个样品的吸收光谱进行预处理,以此作为输入变量,利用偏最小二乘(PLS)建立数学模型,模型的预测集决定系数(R2)为0.9980,预测集均方根误差(RMSEP)为0.0813,相对标准偏差(RSD)为8.16%,说明该方法可准确预测大豆油中磷脂酸的含量。     

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。     

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。     

基于太赫兹时域光谱的芝麻油品种识别研究

为了实现对芝麻油品种的快速鉴别,本文基于太赫兹时域光谱(THz-TDS)提出一种芝麻油品种识别的方法。选取0~2.5 THz范围内的光谱进行分析,通过主成分分析法(PCA)对时域光谱数据进行降维,选择前4个主成分(累计贡献率大于99%)代表原始数据,然后利用支持向量机(SVM)方法对不同品种芝麻油进行分类识别,分类时使用3种不同的核函数建模,并采用网格搜索算法获得最优模型及其模型参数。使用径向基核函数(参数为惩罚函数C=0.01,核函数系数γ=0.1)的模型识别率最高,达到100%,说明太赫兹时域光谱技术结合PCA和SVM方法可以快速可靠的进行食用油的识别,为食品安全的识别提供一种新的技术手段。     

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。