论文部分内容阅读
目前我国大约有600余种人工合成的化合物被用作杀虫剂、杀菌剂、除草剂、杀鼠剂、杀藻剂、植物生长调节剂等类农药,而且每年都有新的农药问世。由于农药种类繁多,仅凭感观和经验对所有种类农药进行分辨是不可能的,给农药的辨别带来困难。农药的大量使用在发挥积极作用的同时,也对生态环境造成污染及破坏,同时农药在农产品及食品中的残留日益成为一个影响人类安全的社会问题,食品安全问题越来越受到人们的关注。因此发展简单、快速、准确和无损的农药鉴别方法具有重要意义。太赫兹时域光谱技术是近些年发展起来的一种新型的光谱分析技术,该技术具有以下优点:所用波段处于微波和红外之间,有机分子的低频振动模式落在该波段范围内,具有指纹特性;太赫兹波可以穿透塑料制品、纸制品、布料、陶瓷等很多非极性分子构成的材料,可对包装内的物品进行无损检测;光子能量低,对活性分子几乎无光致电离作用;太赫兹光源稳定,环境中的热辐射对其影响很小,且其波长较长,散射作用较弱;采用相干测量技术,能够同时获得太赫兹瞬时电场的幅值和相位信息(传统的光谱技术只能直接获得幅值信息)。基于以上特性,该技术在农药的快速准确鉴别检测方面具有广阔的前景。本文应用太赫兹时域光谱技术,结合密度泛函理论和模式识别算法,以四种常用农药对研究对象,在光谱分析和分类方面做了一些研究工作。本文的主要工作如下:(1)本文利用太赫兹时域光谱系统对四种常用农药(三氯杀螨砜、敌百虫、亚胺硫磷和六氯苯)与三种蔬菜(菠菜、西蓝花和胡萝卜)的太赫兹光谱进行了检测分析,结果表明四种农药在0.3-2.2THz波段范围内均有不同的特征吸收,而且吸收峰的位置均不相同;在0.3-1.6THz波段范围内,三种蔬菜中,除了胡萝卜在1.44THz处有一个吸收峰外,其他两种均无吸收峰,三种蔬菜的吸收光谱与四种农药的吸收光谱均不相同。(2)本文利用Gaussian09量子化学计算软件包,以密度泛函理论的B3LYP/6-311+G**水平模拟计算了上述四种农药在太赫兹波段的理论振动光谱,并与实验得到的吸收光谱进行比对,对相匹配的吸收峰的振动模式进行了指认分析。(3)在以上研究的基础上,应用两种模式识别算法对四种农药的太赫兹吸收光谱进行分类:1)利用主成分分析方法提取四种农药吸收光谱的主成分,以第一、第二和第三主成分作为特征向量,利用C4.5决策树方法对农药进行分类。2)同样以第一、第二和第三主成分作为特征向量,利用支持向量机方法,对农药进行分类;然后利用支持向量机方法直接对四种农药的吸收光谱进行了分类。结果表明支持向量机方法优于C4.5决策树方法。论文应用太赫兹时域光谱技术对农药进行检测的研究工作进行了总结,并讨论了进一步研究的方向和需要改进的问题。