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近年来,太赫兹光谱技术在安全检查、生物医学、食品检测、资源探测等领域展现了巨大的应用潜力,其中对农产品中农药残留进行检测是当前的研究热点之一。为此,系统地阐述了太赫兹光谱技术在农药检测领域的最新研究进展,梳理了太赫兹光谱实验仪器和理论计算方法,从农药的鉴定与识别、农药指纹数据库的建立、农药的定量与定性分析、农药的理论计算四个方面出发,对近年来国内外学者在该领域取得的研究结果进行总结,同时分析了目前存在的问题和今后的研究方向,对太赫兹光谱技术在农药检测领域的应用前景做出展望。
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第
卷
第
期
激 光 与 光 电 子 学 进 展
年
月
Laser
&
O
p
toelectronics
Pro
g
ress
Jul
y
太赫兹光谱技术在农药检测领域的研究进展
马 卿 效
,
李 春
,
李 天 莹
,
章 龙
,
蒋 玲
南京林业大学信息科学技术学院
江苏
南京
摘要
近年来
太赫兹光谱技术在安全检查
生物医学
食品检测
资源探测等领域 展现 了巨大 的应 用潜力
其中 对
农产品中农药残留进行检测是当前的研究热点之一
为此
系统地阐述了太赫兹光 谱技 术在农 药检 测领域 的最 新
研究进展
梳理了太赫兹光谱实验仪器和理论计算 方法
从 农药 的鉴 定 与识 别
农 药指 纹数 据 库的 建立
农 药的 定
量与定性分析
农药的理论计算四个方面出发
对近年来国内外学者在该领域取得 的研 究结果 进行 总结
同时 分析
了目前存在的问题和今后的研究方向
对太赫兹光谱技术在农药检测领域的应用前景做出展望
关键词
光谱学
太赫兹光谱
农药
定量定性分析
指纹数据库
理论计算
中图分类号
文献标志码
doi
:
.
/
LOP.
Research
Pro
g
ress
of
Terahertz
S
p
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py
in
the
Field
of
Pesticide
Detection
Ma
Qin
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Chun
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Lin
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Science
and
Technolo
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Nan
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Forestr
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Universit
y
Nan
j
in
g
Jian
g
su
China
Abstract
Ke
y
words
OCIS
codes
收稿日期
修回日期
录用日期
基金项目
国家自然科学基金
江苏省自然科学基金
E-mail
E-mail
引
言
农药是农林 业领域广泛 使用的一种 化学药品
主要用于防治病虫害及调节植物生长
然而
为盲目
提高产量及抑制病 虫害
农药的违 禁 使用及过 量 使
用问题频出
因此
实现农药 的 准确鉴定 及 进行农
药的定性定量研究变得越来越重要
现有的农药检
测方法众多
但在检测周期
检测精度等方面存在不
足
随着太赫兹源 以 及太赫兹 探 测器的迅 速 发展
太赫兹光谱技术在农药检测领域展现出巨大的应用
潜力
与传统辐 射 源 相 比
太 赫 兹 辐 射 具 有 强 穿 透
性
瞬态 性
宽带性
相干性
安全性
低能性等诸 多
优势
同 时
太 赫 兹 频 段 蕴 含 丰 富 的 生 物 分 子 信
息
许多生物分子的振动
转动都发生在太赫兹频段
内
结合量子化学理论
可实现物质吸收光谱的理论
计算及深入剖析太赫兹吸收峰的振动来源
此外
将化学计量学方法 与太赫兹 光 谱信息相 结 合
可进
一步实现农药的定量与定性分析
激 光 与 光 电 子 学 进 展
目前
国内外已有 众多学者将 太赫兹光谱 技术
应用于农药检测研究
本文分析比较了太赫兹时域
光谱系统及傅里叶 变换红外 光 谱系统的 优 劣
介绍
了化学计量学方法与量子化学方法在农药检测领域
的应用
从农药的鉴定与识别
农药指纹数据库的建
立
农药的定性与定量研究
农药的理论计算四个方
面对已有研究成果 进行总结
同时指出 太 赫兹光谱
技术在农药检测方 面存在的 问 题
对今后的 研 究方
向具有重要的指导意义
实验仪器与理论研究方法
2.1
实验方法及仪器
目前太赫兹光谱检测较常用的两种仪器是太赫
兹时域光谱仪和傅 里叶变换 红 外光谱仪
两者均可
获得样品在太赫兹 频段内的 光 学参数
两种仪器 的
光路原理图如图
所示
太赫兹时域 光 谱 仪
是 一 种 基 于 时
域信号的太赫 兹 光 谱 检 测 技 术
为 相 干 探 测 技 术
典型的太赫兹时域光谱 系 统由
部分组成
飞秒激
光器
太赫兹辐射产生装置
太赫兹辐射探测装置和
时间延迟系统
主要工作原理是飞秒激光入射到太
赫兹辐射产生装置 激发太赫 兹 脉冲
太赫兹脉 冲 经
过透射光路或者反射光路获得含有样本信息的太赫
兹信号
对比样本信 号 与太赫兹 脉 冲在自由 空 间传
播同样距离的参考 信号
观察太赫 兹 波经过样 品 后
的相位及振幅信息的变化
计算得到样品的折射率
吸收系数
介电常数等参数
傅里叶变换红 外 光谱仪
采 用 迈 克 耳 孙
干涉仪完成干涉调频
干涉仪的输出部分有两束光
两束相干光被加和
移动动镜 可 改变两光 束 的光程
差
从而产生干涉得到干涉图
对干涉图进行傅里叶
余弦变换便可得样品的太赫兹光谱数据
太赫兹时域光谱仪可直接获得幅值
相位
功率
谱等信息
而傅里叶 变 换红外光 谱 仪需对干 涉 图进
行傅里叶反变换
信息提取相对复杂
同时太赫兹时
域光谱仪辐射源稳 定性较高
后者辐射 源 覆盖频段
宽
能检测 微 弱 信 号
信 噪 比 方 面
在 低
于
时占优
而
在
以上频段内更
具优势
两种检测 技术在工 作 频段
辐射源特 点 等
方面各具特色
特点总结见表
图
仪器光路图
太赫兹时域光谱仪
傅里叶变换红外光谱仪
表
基于太赫兹光谱技术的农药检测方法比较
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