原创《太赫兹技术在农产品无损检测中的应用进展》
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摘 要：太赫兹由于具有高穿透性、低能性、指纹谱特性、瞬态性、宽带性、相干性的特点,近年来得到了较快的发展和应用,成为无损检测的新技术,并被应用于国防、工业、通信、生物医学、农产品及食品等多个领域.本文首先介绍了太赫兹波及其特点,并分析了近年来太赫兹技术在农产品领域的应用新进展.最后,对其在农产品中的应用发展趋势进行了展望.
关键词：太赫兹；农产品；无损检测
中图分类号：S129 文献标识码：A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2018.20.059
1 太赫兹辐射及特点
1.1 太赫兹波
太赫兹（Terahertz,THz） 波通常指的是频率范围在0.1~10THz 的电磁波,其位于微波与红外波段之间,波长范围为30μm~3mm,介于微波与红外之间.THz 波在自然界中普遍存在,但由于缺乏有效的探测手段,直到20 世纪80 年代中期之前,对其研究非常有限,形成了所谓的“Thz Gap”.直到最近,THz 辐射的产生及探测技术日益成熟,促进了该技术的快速发展.
太赫兹无损检测技术备受关注,与太赫兹波的特性密不可分,正是这些特性使得太赫兹波在无损检测领域有着天然的优势,其特性主要有：高穿透性、低能性、指纹谱特性、瞬态性、宽带性、相干性等.
2 太赫兹技术在农产品无损检测中的应用
2.1 太赫兹技术在农产品质量安全检测中的应用
肖春阳等人采用太赫兹时域光谱技术测定奶粉中山梨酸钾含量,在室温氮气环境下山梨酸钾在0.98 THz 处存在明显的特征吸收,并采用简单一元线性回归模型对奶粉中山梨酸钾的含量进行了定量分析,结果表明太赫兹时域光谱技术可以应用于奶粉中山梨酸钾含量测定.Hao 等利用太赫兹时域光谱技术分析了除虫脲和氟氯氰菊酯,利用泛函数密度理论模拟方法验证检测结果.结果在0.2～22THz 内出现了特征吸收峰,说明该方法可以用于农产品中农药残留的检测.张琪等利用太赫兹时域光谱采用偏最小二乘法理论,成功实现对淀粉中丙烯酰胺含量的快速、无损检测.
2.2 太赫兹技术农产品品质检测中的应用
戚淑叶等采用太赫兹时域光谱无损检测研究核桃品质,利用联用透射和反射式太赫兹时域光谱系统,分别从物理、化学指标光谱响应特征差异入手,实现太赫兹无损检测核桃品质.
赵中原采用太赫兹技术研究了小麦品质无损检测,以正常小麦、虫蚀小麦、发霉小麦和发芽小麦为研究对象,基于多源信息融合的理论,提取多种太赫兹光谱对应频点的值作为证据,实现了对小麦品质的无损检测.Shiraga 等采用太赫兹时域光谱测量了葡萄糖、果糖、蔗糖和海藻糖,研究了氢键在水合状态和解构中的作用.
2.3 太赫兹技术在转基因农产品无损鉴别中的应用
谢丽娟等将太赫兹时域光谱技术应用于转基因稻米鉴别领域,利用时域光谱的峰谷时间特性成功实现了转基因稻米快速可靠的鉴别；刘建军等研究了多种转基因棉花在0.2~2THz频段内的太赫兹时域光谱特性,实现了对转基因棉花的有效识别,为转基因棉花品种的鉴别提供了新的方法和思路；在后继研究中,该团队又提出了太赫兹时域光谱技术与劈裂共振环相结合的检测方法,成功实现了对转基因甜菜及其亲本的鉴别；同年,张文涛等对8 种转基因棉花和3 种转基因大豆开展研究,在获取0.3~1.5THz 频段内的特征吸收谱基础上,结合主成分特性分析法实现了转基因棉花种子和转基因大豆的快速鉴别,且具有极高的准确度；刘伟等实现了对转基因水稻种子的高效识别.
3 展望
由于太赫兹辐射的光谱分辨特性,安全性及其好透视性,使得太赫兹技术能对农产品进行快速无损检测,因而太赫兹技术在农产品质量安全检测和品质检测方面具有很好的应用前景.目前为止,还有大部分物质的太赫兹波段的光学特性需要继续研究,随着各种物质在太赫兹波段光谱图库的建立,太赫兹光谱解析技术不断完善与成熟,太赫兹技术在农产品中的应用会继续扩大.应进一步的探寻低成本的适用于农产品无损检测的太赫兹系统,开发基于太赫兹技术的便携式仪器,逐步走出实验室,将其应用到现场快速检测中,成为农产品快速无损检测的未来发展趋势.
无损检测论文参考资料：
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