CN108226089A - 太赫兹检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种太赫兹检测方法，用于物质识别，包括：以太赫兹波重复至少两次测试待测样品，获得相应吸收谱。将吸收谱平滑处理，标定吸收谱的峰值位置。根据标定吸收谱的峰值位置，确定待测样品的太赫兹本征吸收峰位置。将确定的太赫兹本征吸收峰与数据库内预存的数据比较，则判定待测样品真假。上述方法操作简单，准确获得太赫兹本征吸收峰，且对待测样品无任何损害。
Description
技术领域
本发明涉及太赫兹物质识别技术领域，特别是涉及太赫兹检测方法。
背景技术
太赫兹波是指频率在0.1～10THz，波长范围0.03～30mm之间的电磁辐射，其波段位于微波与红外之间，是宏观电子学向微观光子学的过渡区域，由于缺乏有效的产生和探测手段一直未能得到较好的利用。太赫兹在电磁波谱的位置比较特殊导致其有许多独特性质：THz波段光子的能量约为1～10mev，不会对生物组织产生有害的电离辐射，相较于可见光与红外光谱，其穿透能力更强，且不易受瑞利散射的影响可用于生物成像、医疗诊断等；太赫兹辐射具有相干性，能够直接得到所测物质的振幅和相位信息从而计算所测物质的折射率与吸收系数等；许多生物大分子的振动和转动频率都处在太赫兹频段，所以利用太赫兹辐射可以对生物分子进行指纹识别，从而检测物质所含成分的差异。
发明内容
基于此，提供一种太赫兹检测方法。
一种太赫兹检测方法，用于物质识别，包括：
以太赫兹波重复至少两次测试待测样品，获得相应吸收谱；
对吸收谱进行平滑处理，标定吸收谱的峰值位置；
根据标定吸收谱的峰值位置，确定待测样品的太赫兹本征吸收峰位置；
将确定的太赫兹本征吸收峰位置与数据库内预存的数据比较，以判定待测样品真假。
在其中一个实施例中，所述确定待测样品的太赫兹吸收峰位置，包括：
将重复测试的多条谱线中所标定吸收谱的峰值位置进行比对；
判断重复测试的多条谱线中所标定的吸收峰位置是否重合。
在其中一个实施例中，所述判断重复测试的多条谱线中所标定的吸收峰位置是否重合的步骤包括：
如果标定的吸收峰位置重合，则将标定的吸收峰位置作为太赫兹本征吸收峰位置。
在其中一个实施例中，所述判定待测样品真假的步骤包括：通过比较太赫兹本征吸收峰位置与数据库内数据是否重合，判定待测样品的真假。
在其中一个实施例中，所述相应吸收谱由太赫兹光谱仪装置测量得到。
在其中一个实施例中，所述太赫兹光谱仪装置包括：
载物台，用于承载待测样品；
激光器，用于产生脉冲光；
分束片，用于将脉冲光分为泵浦光和探测光；
太赫兹辐射端，设置在所述泵浦光所在光路，所述泵浦光辐射到太赫兹辐射端产生太赫兹波；
抛物面镜，用于接收所述太赫兹波并准直聚焦至所述载物台的样品承载位置，并将透过样品的太赫兹波准直聚焦；
太赫兹接收端，设置在经准直聚焦的透过样品的太赫兹波的传播路径上以及所述探测光所在光路上，接收所述太赫兹波以及所述探测光，产生检测信号；处理模块，接收所述检测信号，并经相应处理最终显示出太赫兹吸收谱。
在其中一个实施例中，所述太赫兹光谱仪装置还包括样品仓，用于为样品检测提供预定的气体环境。
在其中一个实施例中，所述太赫兹光谱仪装置测得相应吸收谱的步骤包括：
将样品仓充满氮气，在载物台上为空载时，使用太赫兹光谱仪装置测得的信号作为参考信号，进而测得参考信号吸收谱；
将待测样品放入样品仓，经过相应的处理得到待测样品吸收谱。
在其中一个实施例中，所述待测样品制成压片。
在其中一个实施例中，所述待测样品为果糖与高密度聚乙烯按质量比1:4均匀混合压片制成。
上述太赫兹检测方法，以太赫兹波重复测试至少两次待测样品，获得相应吸收谱，对吸收谱平滑处理，标定吸收谱的峰值位置，通过标定吸收谱的峰值位置对比，确定待测样品的太赫兹本征吸收峰位置，进而将确定的太赫兹本征吸收峰位置与数据库内预存数据比较，判定待测样品真假。上述方法操作简单，准确获得太赫兹本征吸收峰，且对待测样品无任何损害。
附图说明
图1为本发明的实施例的太赫兹检测方法的流程图；
图2为本发明的实施例的太赫兹光谱仪装置图；
图3为图1中步骤200的一种实现方法的流程图；
图4为图1中步骤300的一种实现方法的流程图；
图5为本发明的实施例的对得到的吸收谱进行平滑后的曲线图；
图6为图1中步骤400的一种实现方法的流程图；
图7为本发明的实施例的两个吸收谱所标定的峰值位置进行比较的曲线图；
图7a为图7中A点的局部放大图；
图7b为图7中B点的局部放大图。
具体实施方式
请参见图1所示，一种太赫兹检测方法，用于物质识别，具体流程包括步骤100～500：
步骤100：制备待测样品。
在本实施例中，所制备的待测样品为标准品且浓度含量适中。所述待测样品为果糖与高密度聚乙烯按质量比1:4均匀混合制成压片。
步骤200：以太赫兹波重复至少两次测试待测样品，获得相应太赫兹吸收谱。
在其中一个实施例中，如图2所示，所述吸收谱通过太赫兹光谱仪装置210测得。所述太赫兹光谱仪装置210包括：飞秒激光器211、分束片212、太赫兹辐射端213、抛物面镜214、太赫兹接收端215、处理模块216、样品仓217、载物台218，所述太赫兹辐射端213、抛物面镜214、太赫兹接收端215以及载物台218放置于样品仓217内。待测样品放置在载物台218上。所述飞秒激光器211辐射出飞秒激光，分束片212接收飞秒激光并将其一分为二，一束为泵浦光，另一束为探测光，所述泵浦光和所述探测光沿不同的光路传播。所述太赫兹辐射端213设置在所述泵浦光所在光路，所述泵浦光辐射到太赫兹辐射端213产生太赫兹波，所述抛物面镜214位于所述太赫兹波的传播方向上，所述抛物面镜214接收所述太赫兹波并准直聚焦后打在载物台218的样品所承载位置，并将待测样品透射后的太赫兹波准直聚焦后传输至所述太赫兹接收端215。所述太赫兹接收端215设置在所述探测光所在光路，所述探测光辐射到太赫兹接收端215，同时太赫兹接收端215接收来自太赫兹辐射端213产生的经抛物面镜214准直聚焦后的太赫兹波，在太赫兹脉冲的驱动下产生检测信号即微弱的电流信号。所述处理模块216接收检测信号并对检测信号进行相应处理后得到太赫兹吸收谱。在本发明所述实施例中，所述激光器的类型不限，只要能够产生光脉冲即可。
采用所述太赫兹光谱仪装置210测得相应太赫兹吸收谱，如图3所示，包括如下步骤：
步骤201：将样品仓217充满氮气，在载物台上为空载时，使用太赫兹光谱仪装置210测得的信号作为参考信号，进而测得参考信号吸收谱；
步骤202：将待测样品放入样品仓217，得到该样品的一条太赫兹吸收谱，在不改变测量过程的条件下，重复测试多次，得到样品的多条测试后的太赫兹吸收谱，并保存结果。在本实施例中，测试次数选用两次，故重复测量得到该样品的第二条太赫兹吸收谱，并保存结果。
步骤300：对吸收谱进行平滑处理，标定吸收谱的峰值位置。
在其中一个实施例中，如图4所示，对得到的样品的多条太赫兹吸收谱做如下相同的操作，包括以下步骤：
步骤301：对得到的吸收谱进行平滑操作；
步骤302：把平滑后的吸收谱的峰值位置标定出来。
在本实施例中，以重复测量两次获得两条太赫兹吸收谱为例，使用的平滑软件为MATLAB，如图5所示，A实线为实际得到的待测样品的吸收谱即未做平滑处理，B实线为经过平滑后的吸收谱，此处的平滑操作可以去除吸收谱频段0.1THZ-0.8THZ位置间的一些波纹噪声并使得吸收谱高频段2.5THZ-4.0THZ位置间的噪声峰有所减少，这样在提取待测样品的本征吸收峰时就减少了许多不必要的干扰。当然，根据设计需要，所述平滑软件可以为其他软件，例如origin软件，只要能够实现对曲线的平滑处理即可。
如图5中的十字标志，可以看出此时标出的吸收峰不仅含有物质的本征吸收峰还有高频段的噪声峰。
步骤400：根据标定吸收谱的峰值位置，确定待测样品的太赫兹本征吸收峰位置。如图6所示，包括以下步骤：
步骤401：将重复测试的多条谱线中所标定吸收谱的峰值位置进行比对；
步骤402：判断重复测试的多条谱线中所标定的吸收峰位置是否重合。
判断重复测试的多条谱线中所标定的吸收峰位置是否重合的步骤包括：如果标定的吸收峰位置重合，则将标定的吸收峰位置作为太赫兹本征吸收峰位置。
在其中一个实施例中，如图7所示，以两次重复测量样品为例，在得到两条标定峰值位置的吸收谱后，对两条吸收谱线中所标定的峰值位置进行比对。由图7可知，两条吸收谱线均为平滑后的吸收谱，由于是同一待测样品进行的两次测试，故吸收谱线基本重合。将两个吸收谱中所标定的吸收峰的峰值位置进行比较，判断两条谱线中所标定的吸收峰位置是否重合。若标定的峰值位置重合，则标定的吸收峰位置为该待测样品的太赫兹本征吸收峰位置。如图6所示，十字代表平滑后果糖1的的峰值标定，圆代表平滑后果糖2的峰值标定，图7a中所示频率为1.6958THZ位置,标定的峰值位置重合，则频率为1.6958THZ位置为该待测样品的一个本征吸收峰。图7b所示，两条谱标定的吸收峰位置不重合，说明该位置即标定的吸收峰位置属于噪声。由于噪声的出现位置随机，也正是根据噪声特性进一步准确提取出待测样品的本征吸收峰位置。
步骤500：将确定的太赫兹本征吸收峰位置与数据库内预存数据比较，以判定待测样品真假。
所述数据库预存数据为所收集的标准品的太赫兹本征吸收峰，保存其相应太赫兹本征吸收峰的相关数据。
所述判定待测样品真假的步骤包括：通过比较太赫兹本征吸收峰位置与数据库内数据是否重合，判定待测样品的真假。
在本实施例中，测得待测样品为浓度20％的果糖，其本征吸收峰为1.6958THZ、2.1141THZ、2.3980THZ。将本征吸收峰与数据库作比对发现，该吸收峰中1.6958THZ、2.1141THZ、2.3980THZ与果糖的数据库吸收峰重合度最高，故根据这三个本征吸收峰判断待测样品为果糖。
上述太赫兹检测方法，以太赫兹波重复至少两次测试待测样品，获得相应吸收谱，对吸收谱进行平滑处理，并标定出相应峰值位置，进而实现太赫兹本征吸收峰的提取。方法操作简单，对待测样品无损且更加有效的避免吸收谱内噪声影响。将确定的太赫兹本征吸收峰位置与数据库内预存的数据比较，以判定待测样品真假。
当待测样品浓度含量较高，即所测得待测样品的太赫兹吸收谱出现饱和，此时利用该方法依旧可以有效提取待测样品的本征吸收峰，只是提取的本征吸收峰位置出现偏移，因此需要在数据库中进行相应的修改与添加，之后便可以进行有效识别。
在本实施例中，以待测样品所含成分为果糖为例，若果糖浓度不同，其本征吸收峰的数量不同，当浓度过高，太赫兹吸收谱中本征峰的位置相应发生漂移，例如，其频率值为1.69THZ的吸收峰的位置可能漂移至1.8THZ或其他位置。因此根据设计需要，所述数据库进行相应的修改与添加，即所述数据库添加不同浓度的果糖的本征吸收峰，同时保证数据库里的本征吸收峰的实时更新。
当待测样品并非单一物质即含有多种成分，此时根据得到的本征吸收峰依旧可以进行判断。
在其中一个实施例中，待测样品包含葡萄糖和果糖两种成分，相应数据库在包含果糖的本征吸收峰的同时还存储葡萄糖的本征吸收峰，根据葡萄糖所特有的本征吸收峰判断待测样品内是否含有葡萄糖成分。
当然根据设计需要，数据库内可包含多种物质的本征吸收峰，例如葡萄糖、乳糖等。当待测样品包含多种物质时，可以根据物质的特定本征吸收峰，测得待测样品内所包含的物质。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种太赫兹检测方法，用于物质识别，其特征在于，包括：
以太赫兹波重复至少两次测试待测样品，获得相应吸收谱；
对吸收谱进行平滑处理，标定吸收谱的峰值位置；
根据标定吸收谱的峰值位置，确定待测样品的太赫兹本征吸收峰位置；
将确定的太赫兹本征吸收峰位置与数据库内预存的数据比较，以判定待测样品真假。
2.根据权利要求1所述的太赫兹检测方法，其特征在于，所述确定待测样品的太赫兹吸收峰位置，包括：
将重复测试的多条谱线中所标定吸收谱的峰值位置进行比对；
判断重复测试的多条谱线中所标定的吸收峰位置是否重合。
3.根据权利要求2所述的太赫兹检测方法，其特征在于，所述判断重复测试的多条谱线中所标定的吸收峰位置是否重合的步骤包括：
如果标定的吸收峰位置重合，则将标定的吸收峰位置作为太赫兹本征吸收峰位置。
4.根据权利要求1所述的太赫兹检测方法，其特征在于，所述判定待测样品真假的步骤包括：通过比较太赫兹本征吸收峰位置与数据库内数据是否重合，判定待测样品的真假。
5.根据权利要求1所述的太赫兹检测方法，其特征在于，所述相应吸收谱由太赫兹光谱仪装置测量得到。
6.根据权利要求5所述的太赫兹检测方法，其特征在于，所述太赫兹光谱仪装置包括：
载物台，用于承载待测样品；
激光器，用于产生脉冲光；
分束片，用于将脉冲光分为泵浦光和探测光；
太赫兹辐射端，设置在所述泵浦光所在光路，所述泵浦光辐射到太赫兹辐射端产生太赫兹波；
抛物面镜，用于接收所述太赫兹波并准直聚焦至所述载物台的样品承载位置，并将透过样品的太赫兹波准直聚焦；
太赫兹接收端，设置在经准直聚焦的透过样品的太赫兹波的传播路径上以及所述探测光所在光路上，接收所述太赫兹波以及所述探测光，产生检测信号；处理模块，接收所述检测信号，并经相应处理最终显示出太赫兹吸收谱。
7.根据权利要求6所述的太赫兹检测方法，其特征在于，所述太赫兹光谱仪装置还包括样品仓，用于为样品检测提供预定的气体环境。
8.根据权利要求7所述的太赫兹检测方法，其特征在于，所述太赫兹光谱仪装置测得相应吸收谱的步骤包括：
将样品仓充满氮气，在载物台上为空载时，使用太赫兹光谱仪装置测得的信号作为参考信号，进而测得参考信号吸收谱；
将待测样品放入样品仓，经过相应的处理得到待测样品吸收谱。
9.根据权利要求1所述的太赫兹检测方法，其特征在于，所述待测样品制成压片。
10.根据权利要求9所述的太赫兹检测方法，其特征在于，所述待测样品为果糖与高密度聚乙烯按质量比1:4均匀混合压片制成。
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