论文部分内容阅读
太赫兹技术是一项崭新的技术,不论是基础理论还是仪器均处在初级阶段。从事太赫兹应用研究的学者远远少于仪器研发,研究食品应用的少之又少,可参考借鉴的论文文献凤毛麟角。而由太赫兹基本理论得知,太赫兹时域光谱技术在食品检测领域显示出了良好的应用前景。为此,本研究以糖和蜂蜜作为研究对象,从太赫兹时域光谱技术在糖和蜂蜜中检测基础开始研究,对检测流程各环节分别进行了基础性实验、认知和分析,逐一对基本理论、信息采集、光学参数选择、特征提取、模型构建等方面进行了深入探讨,从而为太赫兹时域光谱技术的实际检测奠定理论基础,具体研究结果如下:1.太赫兹时域光谱在信息采集过程中受到多种因素限制。探讨了采集模式、压片制备条件、参考信号、扫描次数等影响因素,重点讨论了不同基质材料对于糖类物质样品的太赫兹吸收系数谱的影响和对所构建不同糖种类鉴别模型的影响,发现聚四氟乙烯对于太赫兹波吸收较小,预处理后建立SIMCA模型的糖类鉴别结果更优,可以作为聚乙烯的替代产品,同时,聚氯乙烯、面粉和大米粉通过MSBC处理后构建的SIMCA模型鉴别结果可以接受,说明其也可作为替代产品的候选。2.不同光学参数包含了物质的不同信息。以糖溶液作为研究对象,获取并探讨了不同浓度、不同种类糖溶液的吸收系数、复折射率和复介电常数等不同的光学参数,发现不同糖溶液的吸收系数谱未呈现特征吸收峰,其吸收系数随着浓度增加而逐渐降低;双糖吸收系数和复折射率随着浓度增加而变化的幅度大于单糖;在1.0 THz处,消光系数与糖溶液浓度之间的一元线性模型的拟合效果最优;复介电常数虚部在0.3-2.2 THz呈下降趋势,在2.2-3.0 THz呈上升趋势,符合水溶液的双德拜模型。3.提取吸收系数、吸收系数谱斜率和吸收系数谱面积三个特征建立SLR模型和MLR模型,比较了不同吸收系数谱特征在蜂蜜真实性评价中的应用情况,发现采用吸收系数谱面积构建的SLR模型和MLR模型均比其他两种特征构建的模型更优,说明太赫兹吸收系数谱的面积可以作为一种特征进行太赫兹吸收系数谱数据分析。4.基于数据级、特征级和决策级三级别对蜂蜜真实性进行了研究。发现采用数据级融合光学参数构建PLS模型优于单一光学参数建立的预测模型;通过SCARS方法筛选得到单一光学参数的特征频率,再融合形成特征级光学参数,构建的模型优于数据级融合模型和单一光学参数模型;通过基于理想解法对单一光学参数模型预测结果赋予不同的权重,进行决策融合,其结果均差于数据级和特征级融合模型结果。5.基于模式识别法对洋槐蜜、荆条蜜和枸杞蜜进行了鉴别研究。采集了不同品种蜂蜜样品的太赫兹时域光谱和吸收系数谱,并采用PCA、CA、PLS-DA和LS-SVM-DA等不同模式识别模型进行分析,发现LS-SVM-DA较适用于太赫兹技术鉴别蜂蜜品种。同时,采用了连续投影算法(SPA)讨论了不同频段中有效信息,发现0.5-1.5 THz频段上有效信息较多,说明在特定情况下,选择窄频太赫兹时域光谱系统和合适的数据处理方法可以满足实际应用需求。