基于太赫兹光谱技术与CS-SVM的转基因产品鉴别

提出了一种基于太赫兹(THz)光谱技术以及布谷鸟搜索(CS)算法优化支持向量机(SVM)的有效的转基因产品鉴别方法(CS-SVM)。实验采用太赫兹时域光谱(THz-TDS)系统测量了三种转基因大豆种子及其亲本样品在0.2~1.2 THz波段的THz光谱,并采用SVM方法对转基因和非转基因大豆种子进行了分类鉴别研究,其中SVM的两个重要参数(惩罚因子和核参数)采用CS算法进行优化。实验结果表明,应用THz光谱技术结合CS-SVM方法为转基因和非转基因生物的检测和识别提供了一种快速、无损和可靠的分析方法。     

基于太赫兹光谱技术与CS-SVM的转基因产品鉴别（英文）

提出了一种基于太赫兹(THz)光谱技术以及布谷鸟搜索(CS)算法优化支持向量机(SVM)的有效的转基因产品鉴别方法(CS-SVM)。实验采用太赫兹时域光谱(THz-TDS)系统测量了三种转基因大豆种子及其亲本样品在0.2~1.2THz波段的THz光谱,并采用SVM方法对转基因和非转基因大豆种子进行了分类鉴别研究,其中SVM的两个重要参数(惩罚因子和核参数)采用CS算法进行优化。实验结果表明,应用THz光谱技术结合CS-SVM方法为转基因和非转基因生物的检测和识别提供了一种快速、无损和可靠的分析方法。     

阿莫西林的太赫兹光谱研究

阿莫西林是一种青霉素类抗生素,由于其独特的药效,在临床和人们的日常生活中应用比较广泛。对于这类药物的真伪检测不仅关系到患者的身心健康,而且对于保护合法生产厂商利益打击假冒伪劣药品都极为重要。太赫兹(THz)波是一种新开发的电磁辐射,具有许多独特性质。利用基于太赫兹波的太赫兹时域光谱技术对3个不同厂家生产的阿莫西林胶囊进行了测试分析,得到了三种样品的太赫兹时域光谱,通过傅里叶变换,得到了它们的频域光谱,同时获得了它们的太赫兹吸收系数曲线和折射率曲线。测试结果表明三种样品在太赫兹波段存在明显的吸收峰,在0.20～1.60 THz之间,吸收峰的位置基本上是重合的,三种样品的折射率存在一定的差别。对阿莫西林太赫兹时域光谱的研究表明：太赫兹波在青霉素类药品的质量检查、药品生产过程中的质量控制以及假冒伪劣药品的打击方面有广阔的应用前景。     

宽频段太赫兹光谱技术的抗坏血酸和硫胺素研究

采用太赫兹时域光谱(THz-TDS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR),测量了L-抗坏血酸与硫胺素在0.10~3.50 THz的光谱特性。给出了两种维生素的分子模型,详细分析比较了抗坏血酸与硫胺素在两种方法测量下吸收光谱的异同。结果表明：利用太赫兹时域光谱和傅里叶红外光谱测得的特征吸收谱在0.70~3.00 THz完全吻合,而在较低频段0.30~0.50 THz,两种样品的傅里叶红外光谱展现了太赫兹时域光谱所没有的特征峰,同时硫胺素样品在8.00~12.00 THz范围内,8.75,8.85,9.00,9.30和10.30 THz出现指纹峰;研究了样品掺杂不同比例聚乙烯粉末时THz吸收光谱的差异,抗坏血酸对太赫兹吸收较弱,总结了两种维生素的折射率曲线与其吸收峰的对应关系;结果对抗坏血酸和硫胺素的分析识别以及维生素太赫兹光谱数据库的建立具有重要参考意义。     

几种油脂分子太赫兹谱分析技术的基础研究

为了探索脂类有机大分子对太赫兹（THz）辐射的吸收特征,以及使用THz对生物有机大分子实现检测和鉴别,使用透射型太赫兹时域光谱（THz-TDS）系统获得了七种植物油、两种调和油的太赫兹吸收光谱,得到它们的特征吸收参数,对比和分析了它们特征吸收峰的差异。结果表明：脂类有机大分子对THz辐射具有差异性吸收,具备在THz波段的识别基础,可通过THz技术进行鉴别和定性分析。     

基于衰减全反射式太赫兹时域光谱技术的食用油光谱特性研究

食用油是人类营养和能量的重要来源,为人体提供必需的脂肪酸,研究食用油在太赫兹波段光学特性,对食用油成分分析及品质评价具有重要价值。衰减全反射式太赫兹时域光谱技术是一种新型的太赫兹时域光谱技术,通过样品与倏逝波的相互作用,获取样品的太赫兹光谱。与透射式或反射式太赫兹时域光谱技术相比,该技术能有效地避免测量食用油等液体样品时样品池对光学参数的影响,并能获得样品的精确光学参数。分别利用透射式太赫兹时域光谱技术和衰减全反射式太赫兹时域光谱技术测量了大豆油的吸收光谱。结果表明,与透射式太赫兹时域光谱技术相比,衰减全反射式太赫兹时域光谱技术能更有效地提取大豆油的吸收系数、吸收峰分布等光学特性。进一步利用衰减全反射式太赫兹时域光谱技术研究了大豆油、核桃油、葡萄籽油在太赫兹波段的光学特性,获得了三种食用油在1~1.8 THz范围内的折射率谱和吸收光谱。利用密度泛函理论计算了食用油中四种主要成分(软脂酸、硬脂酸、油酸和亚油酸)在太赫兹波段的振动、转动模式,理论计算结果同实验测量结果吻合较好。研究表明,在太赫兹波段食用油的吸收峰与所含脂肪酸分子种类与含量有关,其主要来源为脂肪酸分子的低频振动和转动。研究成果对食用油成分定性定量分析及品质检测等具有指导意义。     

几种油脂分子太赫兹谱分析技术的基础研究

为了探索脂类有机大分子对太赫兹（THz）辐射的吸收特征,以及使用THz对生物有机大分子实现检测和鉴别,使用透射型太赫兹时域光谱（THz-TDS）系统获得了七种植物油、两种调和油的太赫兹吸收光谱,得到它们的特征吸收参数,对比和分析了它们特征吸收峰的差异。结果表明:脂类有机大分子对THz辐射具有差异性吸收,具备在THz波段的识别基础,可通过THz技术进行鉴别和定性分析。     

组氨酸和精氨酸的太赫兹光谱研究

采用太赫兹时域光谱(THz-TDS)测试和理论模拟相结合的方法，研究了组氨酸和精氨酸在THz波段的光谱特性.THz-TDS测试的有效光谱范围为0.2—2.8 THz，在该波段得到样品的特征吸收峰分别位于0.88，1.64，2.23 THz(组氨酸)和0.99，1.47，2.60 THz(精氨酸)；运用Gaussian03半经验理论PM3和AM1算法，计算了两种分子在0.1—10.0 THz波段的振动吸收谱，结果表明它们在该波段均具有多个特征吸收，其中在0.2—2.8 THz波段的吸收峰位与实验吸收峰位相互对应并且符合较好；给出了与光谱特征吸收对应的分子振转模型，为认识分子对THz波的响应机制提供了帮助，也为分子鉴别及更宽有效光谱区的实验测试研究提供了科学依据. 关键词： 太赫兹(THz) 半经验理论 THz时域光谱 氨基酸     

光谱匹配算法应用于鸡血藤与大血藤的太赫兹光谱区分

鸡血藤和大血藤是药效、产地不同而外形极相似的两种不同的藤茎类药材,使用时极易混淆。利用太赫兹时域光谱技术获得测试样品太赫兹频谱,并结合光谱匹配算法分辨五种不同产地、不同批次的鸡血藤和大血藤。因中药化学成分的复杂性导致其不同成分的特征频谱发生相互的混叠,使得鸡血藤和大血藤的太赫兹时域数谱均没有出现明显的特征峰。重复实验测试同一样品同一位置10次,通过计算得到不同频率下光谱数据的标准差。数据在0.2～1.3 THz范围内有较好的稳定性。对光谱数据进行二阶微分处理,使光谱间的微小差异得以显现。选取0.2～1.3 THz以及0.2～2范围内的光谱数据进行对比研究,分别使用相关系数法、分段编码法、光谱角法和信息散度法四种光谱匹配算法对实验数据所属类别进行判定。数据分析结果：在0.2～1.3 THz范围内,光谱角算法对鸡血藤与大血藤的太赫兹光谱数据有最好的分类效果,对两类中药样品总计100组数据的分类正确率达到95%。为易混中药的鉴定区分提供了一种新的技术与方法。     

不同糖类化合物的太赫兹光谱特性

选取对人体有重要作用的三种糖类化合物,采用高分辨率太赫兹时域光谱系统与傅里叶变换红外光谱系统,在较宽的频谱范围内,对样品进行测谱分析;实验发现无水葡萄糖在1.10,1.30,1.45,1.79,1.88,1.97,2.08,2.40,2.55,2.70,2.84 ,2.96,3.24,3.64和4.23 THz频率处存在特征吸收,无水果糖在1.09,1.33,1.65,2.14,2.62,2.97,3.24,4.75,6.97,7.35,7.98,8.36,9.16,9.32,9.53和9.73 THz频率处存在特征吸收,无水半乳糖在2.21,2.33,2.70,2.82,3.17,3.42,3.93,4.51,5.07,5.96,6.60,6.91,8.03,8.71和9.01 THz频率处存在特征吸收。对掺杂不同比例葡萄糖、果糖、半乳糖与聚乙烯样品的实验结果做定量分析,发现在测得的上述特征吸收频率处,随化合物样品质量分数的增加,样品的吸收系数或吸光度呈线性递增。实验进一步得到无水葡萄糖与无水果糖在2.96 THz存在共同的特征吸收,无水葡萄糖与无水半乳糖在2.33,2.70和2.82 THz三处存在共同的特征吸收,无水果糖与无水半乳糖在8.00 THz处存在共同的特征吸收,而无水葡萄糖、果糖、半乳糖三者在3.20 THz处存在共同的特征吸收。三种化合物具有相同的分子式,所以三者都具有的3.20 THz特征吸收频率主要源于分子内相互作用,反应同分异构体相同的化学键或者基团。三者特征吸收频率的差异主要源于分子结构以及分子间相互作用的不同,代表同分异构体结构以及分子间振动模式的差异。通过分析三种糖类样品的实验测量结果,预测了葡萄糖在4.70,5.30,5.60,5.98,7.03,7.85,8.26,8.71和9.01 THz处存在特征吸收。基于密度泛函理论,采用CASTEP量子化学计算软件对三种化合物进行理论模拟,对样品在THz波段的特征吸收进行指认,计算得到的结果与实验结果吻合,这表明了CASTEP晶体模拟软件在化合物的THz光谱模拟方面应用的可行性。     

生物医学检测中太赫兹光谱技术的算法研究

基于太赫兹波的非电离、非侵入性、高穿透性、高分辨率和光谱指纹特征,太赫兹光谱技术在生物医学领域具有巨大潜力.基于太赫兹光谱技术和不同的分析算法,不同研究小组实现了对混合物样品的定性、定量识别.然而,实际的生物混合物样品中通常包含水在内的不同成分,进而导致光谱的信噪比较差,导致最终的光谱分析结果误差较大.对于此类问题,降...     

基于LabVIEW的“马吕斯定律验证”实验

对基于PASCO的＂马吕斯定律验证＂实验进行了改进。利用编写的LabVIEW程序控制PASCO实验系统的ScienceWorkshop 750数据采集器,同时结合光传感器CI-6504验证马吕斯定律,实验数据用Origin软件进行处理,所得实验曲线与理论关系符合较好。     

虚拟仪器实现光谱测试的数据采集和处理

为了增强光谱测试系统的数据采集和分析处理能力,对新兴的基于微型计算机的测试仪器技术———虚拟仪器作了研究,并将其引入光谱测试中。以编译型的可视化图形编程环境ＬａｂＶＩＥＷ（实验室虚拟仪器工程平台）作为开发平台,开发出用于光谱测试和光谱数据处理的虚拟仪器系统。对光源和光探测器的光谱特性进行测试的实例表明,在ＬａｂＶＩＥＷ上构建的虚拟仪器提高了光谱测试的自动化程度、精确度和测试效率。虚拟仪器在光电检测中的应用具有广阔的发展前景     

特征提取算法在福美双表面增强拉曼光谱定量分析中的应用

表面增强拉曼散射(SERS)技术具有快速、指纹效应与极低的检测限等优点,被越来越多地应用到有害污染物、有毒物质、危险物质的检测与分析中。在SERS光谱的测量过程中,易受基底、仪器、宇宙射线与测量环境等因素影响,出现波动现象,对后续的分析与检测造成较大的干扰。基于农药福美双SERS光谱数据,尝试利用多种特征提取算法,如主成分分析(PCA)、离散余弦变换(DCT)、非负因式分解(NMF) ,对光谱的主分量进行提取,以减弱光谱数据波动对其后续的定量分析结果的影响。然后将提取后的分量分别结合线性回归算法——偏最小二乘法回归(PLSR),非线性回归算法——支持向量机回归(SVR)建立定量模型。最后,利用5-折交叉验证方法对比不同特征提取算法在不同类型的回归算法下的效果。通过实验验证可知,SVR对福美双溶液的分析精度要明显高于PLSR,这主要是由于SERS光谱强度与被分析物浓度之间为非线性关系。同时针对两种类型回归算法,特征提取算法都能明显地提升了分析结果,主要是由于其提取了源数据的主体信息,去除干扰信息。其中在线性回归中使用PCA效果最佳,在非线性拟合中使用NMF结果最佳,分析误差最好时可降低近3倍。最优回归模型(NMF+SVR)的交叉验证均方误差(RMSECV)为0.0455 μmol·L-1(10-6 mol·L-1),达到国家对福美双的检测标准,为农药快速检测提供一种新的方法。     

高吸收型滤光片透过率均匀性测试系统

组建了高吸收型滤光片的透过率均匀性测试系统,硬件系统由光学系统、光电转换系统和信号采集控制系统3部分组成.设计了基于LabVIEW 8.0的软件系统,测试软件采用模块化方法编制.计算机控制二维电控转台移动待测滤光片,以标准衰减片的透过率为基准,系统全自动实时扫描测量样片多点透过率均匀性分布,并对样片中心点透过率作了详细误差分析.透过率动态测试范围0.001%～1%,测量相对误差小于0.1%.     

基于太赫兹光谱技术的光学系统设计及应用

太赫兹脉冲信号在频域上具有“指纹频谱”特性,利用该性质可以对物质进行定性分析。借助Zemax软件的光学分析与优化功能,设计了二次非球面TPX平凸透镜,提高了透镜对太赫兹波束的聚集能力;采用平凸透镜设计了太赫兹波束整形光学系统,并将该光学系统用于太赫兹时域光谱系统中,对盐酸莫西沙星和左氧氟沙星进行太赫兹光谱测试,经过算法处理后得到二者在频域上的吸收系数与折射率曲线。测试结果表明:左氧氟沙星的折射率在0.1 THz～3.5 THz波段要比盐酸莫西沙星高,但是盐酸莫西沙星的折射率变化更加平缓;盐酸莫西沙星在1.03 THz、1.92 THz、2.58 THz、2.84 THz处具有明显的吸收峰,左氧氟沙星在1.35 THz、1.96 THz、2.52 THz、2.73 THz处具有明显的吸收峰。     

基于电荷耦合器件的数字光谱分析仪的研究

光谱仪器是光学仪器中一种重要的组成类型。主要研究和搭建了基于电荷耦合器件(CCD)的数字光谱分析仪,将光学系统、CCD、数据采集卡和光谱分析软件组成完整的数字光谱分析系统,实现了系统的数字化、自动化、小型化和便携化。设计了光谱分析软件以实现光谱信号的采集、显示、处理、寻峰、标定和存取,开发了光谱分析类库（SAL）,提高了软件的可移植性,简化了后继软件开发。使用标准汞灯对数字光谱分析仪进行了标定,并使用激光笔发出的红光对软件的正确性进行了验证。该系统主要适用于现场远距离军用目标的实时探测,同时也可兼顾民用。实验结果表明,该数字光谱分析仪有较好的准确性及可重复性。     

The effect of two-photon absorption and optical excitation area on the generation of THz radiation

It was found experimentally that the THz radiation throughput based on optical rectification is strongly related to the optical excitation size in a ZeTe emitter. The factors affecting the THz radiation throughput are investigated in detail both experimentally and theoretically. By taking into account optical rectification, diffraction and two-photon absorption effects, a theoretical model is established to describe the emitting field intensity of THz radiation. There is excellent agreement between the theoretical results and the experimental data under high excitation power. Both theoretical and experimental results demonstrate that there is a trade-off between these three effects for THz radiation, and that in order to increase the THz radiation throughput based on optical rectification, one should choose suitable excitation size under a given pump power.     

基于LabVIEW的EAST纵场电源数据采集系统设计

基于LabVIEW软件和数据库设计了一套实时数据采集系统,实现了EAST纵场电源系统多信号的实时采集、数据处理、储存和历史查询。结果表明,设计的系统能够实现纵场电源系统状态的实时监控。