太赫茲技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品無損檢測中的應(yīng)用進(jìn)展

摘要：太赫茲由于具有高穿透性、低能性、指紋譜特性、瞬態(tài)性、寬帶性、相干性的特點(diǎn)，近年來得到了較快的發(fā)展和應(yīng)用，成為無損檢測的新技術(shù)，并被應(yīng)用于國防、工業(yè)、通信、生物醫(yī)學(xué)、農(nóng)產(chǎn)品及食品等多個(gè)領(lǐng)域。本文首先介紹了太赫茲波及其特點(diǎn)，并分析了近年來太赫茲技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品領(lǐng)域的應(yīng)用新進(jìn)展。最后，對其在農(nóng)產(chǎn)品中的應(yīng)用發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：太赫茲；農(nóng)產(chǎn)品；無損檢測

中圖分類號(hào)： S129 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A DOI編號(hào)： 10.14025/j.cnki.jlny.2018.20.059

1 太赫茲輻射及特點(diǎn)

1.1 太赫茲波

太赫茲（Terahertz，THz）波通常指的是頻率范圍在0.1～10THz的電磁波，其位于微波與紅外波段之間，波長范圍為30μm～3mm，介于微波與紅外之間。THz波在自然界中普遍存在，但由于缺乏有效的探測手段，直到20世紀(jì)80年代中期之前，對其研究非常有限，形成了所謂的“Thz Gap”。直到最近，THz輻射的產(chǎn)生及探測技術(shù)日益成熟，促進(jìn)了該技術(shù)的快速發(fā)展。

太赫茲無損檢測技術(shù)備受關(guān)注，與太赫茲波的特性密不可分，正是這些特性使得太赫茲波在無損檢測領(lǐng)域有著天然的優(yōu)勢，其特性主要有：高穿透性、低能性、指紋譜特性、瞬態(tài)性、寬帶性、相干性等。

2 太赫茲技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品無損檢測中的應(yīng)用

2.1 太赫茲技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測中的應(yīng)用

肖春陽等人采用太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)測定奶粉中山梨酸鉀含量，在室溫氮?dú)猸h(huán)境下山梨酸鉀在0.98 THz處存在明顯的特征吸收，并采用簡單一元線性回歸模型對奶粉中山梨酸鉀的含量進(jìn)行了定量分析，結(jié)果表明太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)可以應(yīng)用于奶粉中山梨酸鉀含量測定。Hao等利用太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)分析了除蟲脲和氟氯氰菊酯，利用泛函數(shù)密度理論模擬方法驗(yàn)證檢測結(jié)果。結(jié)果在0.2～22THz內(nèi)出現(xiàn)了特征吸收峰，說明該方法可以用于農(nóng)產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留的檢測。張琪等利用太赫茲時(shí)域光譜采用偏最小二乘法理論，成功實(shí)現(xiàn)對淀粉中丙烯酰胺含量的快速、無損檢測。

2.2 太赫茲技術(shù)農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測中的應(yīng)用

戚淑葉等采用太赫茲時(shí)域光譜無損檢測研究核桃品質(zhì)，利用聯(lián)用透射和反射式太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)，分別從物理、化學(xué)指標(biāo)光譜響應(yīng)特征差異入手，實(shí)現(xiàn)太赫茲無損檢測核桃品質(zhì)。趙中原采用太赫茲技術(shù)研究了小麥品質(zhì)無損檢測，以正常小麥、蟲蝕小麥、發(fā)霉小麥和發(fā)芽小麥為研究對象，基于多源信息融合的理論，提取多種太赫茲光譜對應(yīng)頻點(diǎn)的值作為證據(jù)，實(shí)現(xiàn)了對小麥品質(zhì)的無損檢測。Shiraga等采用太赫茲時(shí)域光譜測量了葡萄糖、果糖、蔗糖和海藻糖，研究了氫鍵在水合狀態(tài)和解構(gòu)中的作用。

2.3 太赫茲技術(shù)在轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品無損鑒別中的應(yīng)用

謝麗娟等將太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)應(yīng)用于轉(zhuǎn)基因稻米鑒別領(lǐng)域，利用時(shí)域光譜的峰谷時(shí)間特性成功實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)基因稻米快速可靠的鑒別；劉建軍等研究了多種轉(zhuǎn)基因棉花在0.2～2THz頻段內(nèi)的太赫茲時(shí)域光譜特性，實(shí)現(xiàn)了對轉(zhuǎn)基因棉花的有效識(shí)別，為轉(zhuǎn)基因棉花品種的鑒別提供了新的方法和思路；在后繼研究中，該團(tuán)隊(duì)又提出了太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)與劈裂共振環(huán)相結(jié)合的檢測方法，成功實(shí)現(xiàn)了對轉(zhuǎn)基因甜菜及其親本的鑒別；同年，張文濤等對8種轉(zhuǎn)基因棉花和3種轉(zhuǎn)基因大豆開展研究，在獲取0.3～1.5THz頻段內(nèi)的特征吸收譜基礎(chǔ)上，結(jié)合主成分特性分析法實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)基因棉花種子和轉(zhuǎn)基因大豆的快速鑒別，且具有極高的準(zhǔn)確度；劉偉等實(shí)現(xiàn)了對轉(zhuǎn)基因水稻種子的高效識(shí)別。

3展望

由于太赫茲輻射的光譜分辨特性，安全性及其好透視性，使得太赫茲技術(shù)能對農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行快速無損檢測，因而太赫茲技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測和品質(zhì)檢測方面具有很好的應(yīng)用前景。目前為止，還有大部分物質(zhì)的太赫茲波段的光學(xué)特性需要繼續(xù)研究，隨著各種物質(zhì)在太赫茲波段光譜圖庫的建立，太赫茲光譜解析技術(shù)不斷完善與成熟，太赫茲技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品中的應(yīng)用會(huì)繼續(xù)擴(kuò)大。應(yīng)進(jìn)一步的探尋低成本的適用于農(nóng)產(chǎn)品無損檢測的太赫茲系統(tǒng)，開發(fā)基于太赫茲技術(shù)的便攜式儀器，逐步走出實(shí)驗(yàn)室，將其應(yīng)用到現(xiàn)場快速檢測中，成為農(nóng)產(chǎn)品快速無損檢測的未來發(fā)展趨勢。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：喬曉利，博士，助理研究員，研究方向：太赫茲無損檢測技術(shù)。