基于经验模态分解提高太赫兹频率分辨率的方法

太赫兹频率分辨率是影响物质鉴别的重要因素,但是由于太赫兹时域光谱系统中存在器件反射,使得参考信号和测量信号出现多个反射峰,时域信号长度截断导致频率分辨率很低。为了去除反射峰的影响,提出基于经验模态分解去除时域反射峰,从而提高太赫兹频率分辨率的方法。通过与太赫兹主峰的互相关定位时域反射峰,计算反射峰的上下包络和求平均值,获取本征模函数并代替反射峰,增加时域信号有效长度,提高太赫兹频域分辨率。空气中水蒸汽的太赫兹透射谱实验结果表明,该方法具有自适应去除多个反射峰的能力,对太赫兹时域信号修复效果良好,频率分辨率提高了12倍,而且未丢失有用的吸收谱信息,吸收峰的位置和个数与真实谱一致,很好地保留了太赫兹谱的鉴别能力。     

厚度误差对THz-TDS的测量不确定度分析

阐述了基于菲涅尔公式的透射式太赫兹时域光谱系统提取样品光学常数的方法和原理,分析了样品厚度误差对THz-TDS测量不确定度的影响,并建立了相应的不确定度模型。进行太赫兹时域光谱测量实验,提取硅片在太赫兹波段的折射率,并计算了误差对提取样品折射率的影响。结果表明,随着厚度误差的增大,系统测量偏差也随之增大。对于较厚样品,相同厚度误差对其测量结果影响较小。样品厚度为994μm时,在厚度存在1μm的测量误差情况下,系统测量折射率的偏差为0.001 2,接近模型的仿真值。实验结果验证了厚度误差对测量不确定度模型的有效性,了解了厚度误差对系统测量结果的影响情况,对测量过程及结果分析具有一定的指导意义。     

特征谱区筛选在多元混合物的太赫兹光谱定量分析中的应用

用特征谱区筛选法结合太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术对多元混合物成分含量进行了定量分析研究。实验利用太赫兹时域光谱系统测量了由乳糖一水合物(LAC)、对乙酰氨基酚(APAP)、可溶性淀粉(starch)以及微晶纤维素(MCC)四种材料组成的混合物样品的太赫兹吸收光谱,并分别尝试采用常规区间偏最小二乘(iPLS)、向后区间偏最小二乘(biPLS)、联合区间偏最小二乘(siPLS)和移动窗口偏最小二乘(mwPLS)四种特征谱区筛选法对多元混合物的太赫兹吸收光谱进行特征子区间优选,建立了太赫兹吸收谱与四元混合物中乳糖一水合物含量之间的定量回归模型。通过比较四种谱区筛选算法模型及全光谱偏最小二乘(PLS)模型所得结果,表明采用移动窗口偏最小二乘法建立的谱区筛选模型得到的结果相对最优,其交互验证均方根误差(RMSECV)、预测均方根误差(RMSEP)、校正集相关系数(R_C)和预测集相关系数(R_P)分别为0.980 3,1.114 1,0.996 0和0.995 1。实验结果表明,采用特征谱区筛选方法可以有效选择多元混合物太赫兹吸收光谱的特征区间,提高模型精度和降低模型复杂性,为实现多元混合物成分含量的快速检测提供了一种有效的方法。     

太赫兹时域光谱技术在危险品检测方面的应用

太赫兹波(terahertz, THz, T-ray)是指频率介于0.1～10 THz之间的电磁辐射,在电磁波谱上位于微波和远红外线之间。大多数爆炸物、毒品在此波段有特征吸收。与在公共安全领域检测武器、爆炸物、毒品等危险品的传统方法相比,太赫兹辐射能量低,不会产生电离辐射,也不会引起安全担忧。而且,太赫兹波对于衣物等大多数包装材料有很强的穿透力,对物质的检测可以做到高灵敏、无损伤和远距离,因此在反恐、毒品、安全检测等方面具有显著潜在优势。文章介绍了国内外太赫兹时域光谱技术(terahertz time domain spectroscopy, THz-TDS)在爆炸物及毒品检测方面的研究最新进展;详细讨论了黑索金(RDX)的研究现状,并初步探讨了影响实验结果的几种因素。     

几种塑料的太赫兹光谱检测

利用太赫兹时域光谱技术测量了聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯的太赫兹透射谱,研究其在0.2~2.6 THz频段的光谱特性,得到了在室温氮气环境下这些材料的太赫兹吸收谱和折射率色散特性.发现这五种塑料在太赫兹波段的折射率和吸收系数差异显著,折射率分别在1.35~1.85之间,聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯吸收很小,相比之下聚氯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯吸收很大,这为塑料种类的鉴别及高太赫兹透过率塑料衬底选择提供了依据.     

饮用水中抗生素残留检测方法研究进展

抗生素作为一种杀灭或抑制细菌生长的药物,在食品、临床、兽药、农业等方面得到了广泛的应用。然而抗生素的大量应用导致其残留物进入地表水,进而污染自来水厂水源,而标准的水处理不能将其完全清除,从而对人体产生较大的危害,引起过敏、发热、耐药性甚至再生障碍性贫血等症状。因此,针对饮用水中抗生素残留检测的研究引起了人们广泛的关注。本文对近年来可应用于饮用水中抗生素残留分析方法(高效液相色谱、太赫兹时域光谱技术、免疫分析法、表面增强拉曼光谱法)的研究进展进行了综述,并对今后抗生素残留检测的发展方向作了展望。     

A novel method to measure dielectric properties of materials in terahertz spectroscopy

We present a simple method to obtain the optical and dielectric properties of samples without reference measurement in the reflection-type terahertz time-domain spectroscopy. The dielectric properties of the samples of silicon and gallium arsenide were examined. The optical and dielectric properties of the samples were measured through only simple configuration, without the misplacement error. The obtained dielectric functions of the samples in reflection geometry are in good agreement with that predicated by the theory. The main advantage of this method over other methods is its simplicity and accuracy and ease for application of the reflection systems with different incident angle.     

甲硝唑、替硝唑和奥硝唑药品的远红外与太赫兹吸收光谱研究

甲硝唑、替硝唑和奥硝唑为5′-硝基咪唑类化合物,常用于抗厌氧菌和抗滴虫治疗。运用太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术在室温环境中测量了三种药品在0.9～19.5THz波段的光谱特性,得到其指纹谱。另外,通过探测替硝唑参照品和不同厂家、不同批次替硝唑药片在太赫兹波段的光谱信息,结合相关系数法、阵列相关系数法等信息处理技术对光谱信号进行数据挖掘;最终建立了一种能够快速、有效、系统地鉴定替硝唑片活性成分和稳定性的分析方法。研究结果为此类药品生产和销售质量的规范化和现代化提供了可视化途径。     

基于样片厚度精确估计的THz吸收系数谱算法

利用太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)提取物质在太赫兹波段的吸收系数谱是太赫兹应用的一个重要方面。由于样品的吸收系数与其厚度存在着复杂的非线性关系,而厚度又不便于直接准确测量,往往造成吸收系数谱的失真。根据Duvillaret等用于LiNbO3的厚度估计方法,改进了谷氨酰胺(Gln)与组氨酸(His)在0.3～2.6THz(1THz=1012 Hz)波段的吸收系数谱的测定和计算。为了说明改进后的吸收系数谱的合理性,设计了一系列实验对比了同种氨基酸在不同浓度下吸收系数的线性符合程度。结果表明,改进后计算出的氨基酸吸收系数与浓度之间存在更好的线性关系,符合Lambert-Beer定律的描述,这为进一步的定量分析奠定了基础。     

太赫兹时域光谱的α/β型HMX定量研究

α/β型HMX为同分异构体,物理化学特性有较大差异。为了对α/β型HMX混合物进行定量研究,利用太赫兹时域光谱技术,对α/β型HMX单质与一定比例混合物进行了检测与分析。获得单质α/β型HMX在0.2~2 THz频段标准太赫兹吸收谱,采用线性拟合对α/β型HMX混合的太赫兹吸收谱进行分析建立预测方程,并预测未知样品。结果表明:α/β型HMX混合物在0.82 THz处的吸收强度与α型HMX的含量有较好的线性关系。α/β型HMX混合物在0.82 THz处的吸收特性可以用来进行α/β型HMX的定量检测。