电子质量2018年第06期总第375期 太赫滋技术及其在食品检测中的应用 Terahertz Technology and Its Application in Food Testing 邓晓，张元.康飞字（河南工业大学信息科学与工程学院，河南郑州45000） ence and Technology,He 摘要：太林楚铝射的频率范用为0.1210THz之间，使其处于光学和电子学的交界处，其具有携带丰宫的 信息量，任光子使量特性，高时空相干性等特性，太林弦具有潜在的研究和使用价值。近年米，太赫蕊技术 从多个实验室研究转向实际应用中，包括航空航天，馨炸物检测，医学检测，同时也在农产品及食品质量礼 测中得以应用，并取得良好的研究成果。该文从太赫兹光诸简介，太赫兹光谱的特性及关键技术，并以食 检测的取得成果为例，分析总结了太赫兹技术，从而得出了太赫兹技术具有潜在的研究价值也可以在现 太术，结格，食品量，于 文标识码 编号.1003.0107201806.0051-04 Abstract:The frquency ofterahertz radaton ranes between 0.1 THZ-10 THZ make its n the border ofonti make its have carry abundant info ion low photon energy feature.character of high spatia and temporal coherence.potentally terahertz research and use value.In recent years.terahert sults,for the to hertz technobogy.thus obtained the terahertz technology ha Document code:A Articl D:100.0107201806.0051-04 0引言 术已相当成熟，对于太赫兹波段的研究仍是一个”空 太赫兹波属于电磁波谱中红外波和微波之间的波 白，这就是科学家所谓的“太赫兹 近年来， 段，通常被称为远红外波段：位于电子和光子能量之间 快的激光技术迅速发展，也使得太赫兹技术取得突破性 因此属于电子学和光学的交叉学 的进展，太赫兹技术和设备的完善，使得太赫兹技术和 兹的产生和探测设各不够成熟，造成】 应用领域更加广泛，太赫兹技术及其应用领域成为太赫 世纪八十年代对太赫兹的探测和研究具有局限性 兹光谱研究的热点，被列为未来改变世界的十大技术之 然而，电磁波端中，位于太赫效两端的红外波和微波技 一，被称为"21世纪为太赫兹时代”。图1所示为z波 段示意图。 光波 租装颜限然”x 图1T2波段示室图 基金项目：河南省高等学校重点科研项目计划08A5100) 作者简介：邓晓州192-人女.硕士研究生，所究方向为电服波探测技术.T波探测技术，粮食信息处理.Emm止15617207457@63.cmm 张元1%-人男，博士，教授，研究方向为电波探测技术z探测技术，粮食信息处理，通讯作者 51 21994-2018 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
电子质量 2018 年第 06 期(总 第 375 期) 太赫兹技术及其在食品检测中的应用 Terahertz Technology and Its Application in Food Testing 邓晓娟,张元,廉飞宇（河南工业大学信息科学与工程学院,河南 郑州 450001） Den g Xiao - J u an,Zh an g Yu an,Lian Fei- yu (College of information Science and Technology,He Nan university of technology,Henan Zhengzhou 450001） 摘 要：太赫兹辐射的频率范围为 0.1THz- 10THz 之间，使其处于光学和电子学的交界处，其具有携带丰富的 信息量，低光子能量特性，高时空相干性等特性，太赫兹具有潜在的研究和使用价值。近年来，太赫兹技术正 从多个实验室研究转向实际应用中，包括航空航天，爆炸物检测，医学检测，同时也在农产品及食品质量检 测中得以应用，并取得良好的研究成果。该文从太赫兹光谱简介，太赫兹光谱的特性及关键技术，并以食品 检测的取得成果为例，分析总结了太赫兹技术，从而得出了太赫兹技术具有潜在的研究价值也可以在现实 中得以应用。 关键词：太赫兹技术；特性；食品质量；无损检测 中图分类号：TS207.3 文献标识码：A 文章编号：1003- 0107(2018)06- 0051- 04 Ab st ract: The fre q ue nc y of te ra he rtz ra diation ra nge betwee n 0.1 THZ- 10 THZ,ma ke its in the b orde r of optic s a nd electronic s,ma ke its ha ve ca rry a b unda nt information,low p hoton e ne rg y feature,c ha racte r of hig h s patial a nd temp oral c ohe re nce,p ote ntially te ra he rtz re sea rc h a nd use value.In rece nt yea rs,te ra he rtz tec hnolog y is from multiple la b oratory re sea rc h into p ractice,including ae ros pace,e xplosive detection,me dical te sting,a s well a s to a p plication in a g ric ultural p rod ucts a nd food q uality te sting,a nd ac hie ve d g ood re s ults.Ba se d on the intro d uction of te ra he rtz s pectrum,te ra he rtz s pectrum c ha racte ristic s a nd ke y tec hnologie s,a nd in food detection re s ults,for e xample,a nalysis s umma rize d the te ra he rtz tec hnolog y,thus obtaine d the te ra he rtz tec hnolog y ha s the p ote ntial re sea rc h value ca n als o be a p plie d in reality. Ke y w o rd s: THz tec hnolog y;Cha racte ristic;Food q uality;Nonde structive te sting CLC n um be r: TS207.3 Docum e nt co de: A Article ID：1003- 0107(2018)06- 0051- 04 0 引言 太赫兹波属于电磁波谱中红外波和微波之间的波 段，通常被称为远红外波段；位于电子和光子能量之间， 因此属于电子学和光学的交叉学科。 之前太赫兹的产生和探测设备不够成熟，造成上 世纪八十年代对太赫兹的探测和研究具有局限性[1- 2]。 然而，电磁波端中，位于太赫兹两端的红外波和微波技 术已相当成熟，对于太赫兹波段的研究仍是一个 " 空 白 "，这就是科学家所谓的 " 太赫兹空隙 "。近年来，超 快的激光技术迅速发展，也使得太赫兹技术取得突破性 的进展，太赫兹技术和设备的完善，使得太赫兹技术和 应用领域更加广泛，太赫兹技术及其应用领域成为太赫 兹光谱研究的热点，被列为未来改变世界的十大技术之 一，被称为 "21 世纪为太赫兹时代 "。图 1 所示为 THz波 段示意图。 基金项目：河南省高等学校重点科研项目计划(18A510003) 作者简介：邓晓娟(1992- )，女，硕士研究生，研究方向为电磁波探测技术、THz 波探测技术、粮食信息处理，E- mail:15617207457@163.com； 张元(1961- )，男，博士，教授，研究方向为电磁波探测技术、THz 波探测技术、粮食信息处理，通讯作者。 图 1 THz 波段示意图 51
太赫兹技术及其在食品检测中的应用邓晓线，等 由于太赫兹波段的特殊性，使其具有诸多不同的特 因此研究太赫兹光谱对于物理学的研究具有非常重才 性，这使得太赫兹技术在傅里叶远红外光谱技术和微波 的意义。太赫兹成像技术包括近场成像、太赫兹连续波 技术得到互补作用，太赫兹很多领域军事及工业领域有 成像技术等等，可以应用与生物学、医学领域等等。太赫 相当重要的作用，经过不断地拓展研究将会在生物学 兹光普技术是利用飞秒招快激光来获取太林兹的相干 医药学、农业方面取得突破性的进展。 探测技术。这项技术是通讨太林兹脉冲在样品上的投射 或反射，直接非取样品的时域信息，然后讲行傅用叶鸡 】太赫兹技术及其发展 换得出领域分布波形，通过分析和计算与频谱有关的数 太赫兹技术主要包括太赫兹光诺技术和太赫兹成 据得出被检测样木的光学参数（如吸收系数和折射率）。 图2所示为HzDs系统示意图。 像技术，太赫兹光谱技术富有丰富的化学和物理信息 图2THz-TDs系统示意图 太赫兹所处的特殊位留，使其且有非常重要作用。 2太赫兹波的特性 在学术和应用领域备受各个国家的重视。在美国、日本 及欧洲国家尤 为显 太抹兹品一种具有代热的辐射源.该技术领域品 个具有重要的交叉领域，对于技术创新、国家安全等拐 在美国有十所大学在研究Tz,特别是美国国家实 供了一个极大的机调国。这酒白干太林兹的独特性质： 验室也在投入对Tz的研究。美国国家基金会、能源部 (瞬态性：太赫兹脉冲的脉宽在皮秒量级，有利于 和国家卫生协会等从90年代就开始投入对太赫兹的研 对各种物质进行时间的辨别研究如液体、半导体、超号 究工作。 体、生物品：还能够有效的抑制背景噪声，提高信噪H 0)旧本于2005年1年8日，公布了日本十年的科 远高于傅里叶变换红外光谱技术，进而且具有良好的 学战略计划，将T技术列为十大项目之首 稳定性。 2在英国的剑桥大学、里兹大学等十几所大学以及 2很多极性分子的动和转扬率在T日z波段内 德国的若干所大学都积极开展对Hz的研究工作。欧 转，因此波表现出较强的吸收和诰振如水分子，氨 洲国家还利用欧盟资金组织了一个跨国家的学科参加 分子等。通过它们的特征普分析可以得出物质成分或者 的大型合作项目。 进行产品质量控制，太裤兹光谱技术在研究极性分子方 3在亚洲国家和区域，国立新加坡大学、台湾大学 面有广阔的应用前景。Hz辐射对于非极性物质，能用 较低的损耗穿透物质如陶瓷、型料、脂肪、布料等。Hz 可以无损穿诱墙壁、布料等，可以用来对已经包装过的 兹自由激光装置，在四川光成都首次亮相。经检验，实 物品进行质量检和安全拾 验真实可靠切稳定运行。我国太赫兹源从此进入了自由 )湘干性：太赫兹相干测量技术测量出电场的振幅 电子激光时代。此装置可以在太赫兹频率为1.99Tz 和相位，可以方便提取样品的折射率和吸收系数可以大 241THz和2.92Hz三个频率点正常云行，平均功率可 大简化运算过程，提高可靠性和精确度 超过10W,最大值可达到17.9W:微脉冲峰值功率超过 (4资帮性：太林兹歌冲通常只包含若干个周期电础 0.5MW,最高实现0,84MN 。通过调节电子束和磁场强 震荡，但单个的脉冲频带范围比较宽，可以在较大范围 可以实现输出激光连续可调。CFEL装置是依托科技音 内分折特性 支持的国家重大仪器设备开发专项”相干太赫兹源科学 仪器设备开发”项目。作为一种新型的相干太赫兹源，此 5低能性：太赫兹光子能量比较 只有毫电子伏 特，与X射线相比它不会破坏被检测物，因此可以被用 装置在材料学、生物学、医学等领域有广泛的应用前景。 来做无损检测。 52 21994-2018 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
由于太赫兹波段的特殊性，使其具有诸多不同的特 性，这使得太赫兹技术在傅里叶远红外光谱技术和微波 技术得到互补作用，太赫兹很多领域军事及工业领域有 相当重要的作用，经过不断地拓展研究将会在生物学、 医药学、农业方面取得突破性的进展[3] 。 1 太赫兹技术及其发展 太赫兹技术主要包括太赫兹光谱技术和太赫兹成 像技术，太赫兹光谱技术富有丰富的化学和物理信息， 因此研究太赫兹光谱对于物理学的研究具有非常重大 的意义。太赫兹成像技术包括近场成像、太赫兹连续波 成像技术等等，可以应用与生物学、医学领域等等。太赫 兹光谱技术是利用飞秒超快激光来获取太赫兹的相干 探测技术。这项技术是通过太赫兹脉冲在样品上的投射 或反射，直接获取样品的时域信息，然后进行傅里叶变 换得出频域分布波形，通过分析和计算与频谱有关的数 据得出被检测样本的光学参数 (如吸收系数和折射率)。 图 2 所示为 THz- TDs 系统示意图。 图 2 THz-TDs 系统示意图 太赫兹所处的特殊位置，使其具有非常重要作用。 在学术和应用领域备受各个国家的重视。在美国、日本 及欧洲国家尤为显著。 在美国有十所大学在研究 THz, 特别是美国国家实 验室也在投入对 THz 的研究。美国国家基金会、能源部 和国家卫生协会等从 90 年代就开始投入对太赫兹的研 究工作。 (1)日本于 2005 年 1 年 8 日，公布了日本十年的科 学战略计划，将 THz 技术列为十大项目之首。 (2)在英国的剑桥大学、里兹大学等十几所大学以及 德国的若干所大学都积极开展对 THz 的研究工作。欧 洲国家还利用欧盟资金组织了一个跨国家的学科参加 的大型合作项目。 (3)在亚洲国家和区域，国立新加坡大学、台湾大学、 台湾清华大学都开展对 THz 的研究，并发表了多篇论 文。在中国科学家自主研发的国内首台高平均功率太赫 兹自由激光装置，在四川光成都首次亮相。经检验，实 验真实可靠切稳定运行。我国太赫兹源从此进入了自由 电子激光时代。此装置可以在太赫兹频率为 1.99THz、 2.41THz、和 2.92THz 三个频率点正常运行，平均功率可 超过 10W，最大值可达到 17.9W；微脉冲峰值功率超过 0.5MW，最高实现 0.84MW。通过调节电子束和磁场强度 可以实现输出激光连续可调。CTFEL装置是依托科技部 支持的国家重大仪器设备开发专项 " 相干太赫兹源科学 仪器设备开发 " 项目。作为一种新型的相干太赫兹源，此 装置在材料学、生物学、医学等领域有广泛的应用前景。 2 太赫兹波的特性 太赫兹是一种具有优势的辐射源；该技术领域是一 个具有重要的交叉领域，对于技术创新、国家安全等提 供了一个极大的机遇[4] 。这源自于太赫兹的独特性质： (1)瞬态性：太赫兹脉冲的脉宽在皮秒量级，有利于 对各种物质进行时间的辨别研究如液体、半导体、超导 体、生物品；还能够有效的抑制背景噪声，提高信噪比 远高于傅里叶变换红外光谱技术，进而且具有良好的 稳定性。 (2)很多极性分子的振动和旋转频率在 THz 波段内 转，因此 THz 波表现出较强的吸收和谐振如水分子、氨 分子等。通过它们的特征普分析可以得出物质成分或者 进行产品质量控制，太赫兹光谱技术在研究极性分子方 面有广阔的应用前景。THz 辐射对于非极性物质，能用 较低的损耗穿透物质如陶瓷、塑料、脂肪、布料等。THz 可以无损穿透墙壁、布料等，可以用来对已经包装过的 物品进行质量检测和安全检查。 (3)相干性：太赫兹相干测量技术测量出电场的振幅 和相位，可以方便提取样品的折射率和吸收系数可以大 大简化运算过程，提高可靠性和精确度。 (4)宽带性：太赫兹脉冲通常只包含若干个周期电磁 震荡，但单个的脉冲频带范围比较宽，可以在较大范围 内分析光谱特性。 (5)低能性：太赫兹光子能量比较低只有毫电子伏 特，与 X 射线相比它不会破坏被检测物，因此可以被用 来做无损检测。 太赫兹技术及其在食品检测中的应用 邓晓娟,等 52
电子质量2018年第06用总第375期) (6吸水性：太抹兹辐射容易被水吸收，因此可以通 对密封句梦的三维成像」 过检测生物体内部水分的含量和正产的相比较可以发 理并确定异常的位置。 3.2太赫兹技术在食用油检测中的应用 沂年来，在合品负害事件中地沟油对人体的危害 是相当严重的，因此遏制地沟油重返餐桌对人体造 内，所以根据太赫兹的指纹谱，太赫兹光谱成像技术可 危害，不仅政府部门的责任，我们每个人都应该提高警 以辨别物体的形貌，分析物体的物理和化学性质，为反 恐、排爆、组毒提供了理论依据和相关技术。 惕四。近年来对地沟油的检测有多种方法简单的方法不 够全面，而复杂的方法对与高度提纯的地沟油，缺乏精 确的检测，不能作为地沟油检测的有效手段。截止2012 3太赫兹技术在食品质量检测方面的应用 年1月政府部门征集到了300多种地沟油检测的方法 随着科技的飞速发展，人们的生活水平也有了显著 经评估就这些方法均不能完全精确的检测地沟油，其成 的提升。人们对日常生活的要求及食品质 量的关注度花 功率最多在75%以上网 越来越高。因此，保证食品的质量是必要的。这就需要拉 近年来太赫兹光谱技术的发展和日渐成熟的技术 术来支持食品的质量检测。当下，备受科学界研究者漏 结合其独特的性质，对生物分子的相应具有特异性，因 目的太赫兹技术，其完善的理论成果和技术支持能很好 此为地沟油的检测提供了有效的途径。宝日玛测量了 运用于食品质量检测.如对油的质量（未使用油和地浓 扑通的食用油和多种地沟油的太赫兹光谱得出了试验 油的区分)、肉类、农药残留、食品添加剂 样品在0.16-0.96THz频域的折射谱和吸收谱，定性分析 实验性的使用 测的果虫 点说明太赫 技术在食品质量检测方面的应用是可行的。 步结合统计的方法 鉴别地沟油和植物油，利用0.161.30THz的频域吸收 3.1太赫兹技术在肉制品检测中的应用 进行聚类分析。随机选择两种地沟油作为验证，其余的 在日常生活当中，辨别肉品质的优劣通过观察肉的 样品进行聚类，采用概率神经网络方法对验证样品进行 颜色、亮度、大理石纹来确定肉的好坏。这是直观的判断 符合人们的要求的肉制品才具有良好使用价值。 两组检测地沟油的实 ,将反复完 沟油和未使用过的植物油（伏豆油对比做实彩全实 品信息记录并对 ,最终获得样品的 种油在太赫兹波段的折射率和吸收率有明显的差异，它 们的吸收率明显不同，熟油（地沟油）有两个吸收峰分别 赫兹图像。太赫兹成像具有较强的穿透力、光子能量 低、可区分样品的结构和种类、对水分子的吸收比较敏 在1.33IHz和1.47Hz处，植物油（大豆油）没有吸收峰 感、可得到高分辨率的图像。 变化比较平稳。由于熟油（地沟油）的特殊成分，使其折射 率和吸收率不稳定，由此差异可以检测出地沟油。其二 根据浙江大学应义斌6教授指建的关于太赫兹被 成像系统，对猪肉样本太赫兹的信号是非常小的，这样 对未使用过的花生油、轻微烹炸过的花生油、多次烹州 的信号很容易受自身携带的太赫兹脉 过的花生油进行了时域谱的分析得出花生油烹炸的衫 锁相放大器的信息不能正确地接受和放大，而搭建的 数越多，其时域谱时延越大，幅度逐渐变小。最后将花生 油的时域普进行傅里叶变换，得出的太赫兹频域普不 赫兹差异光谱系统可以直接测量参考脉冲和信号脉 同.随着亨炸次影的增加，太桔兹频整成隆低格势可 之间的不同从而获得样品的光普太赫兹成像样品不是 固定的。锁相放大器可以直接测量样品和参考样品的差 由此实验得出利用太赫兹光谐技术利用其不同性 异来获得样品的太赫兹光普 利用太赫兹技术对肉制品进行质量检测，由于瘦内 沟油将是 有效的 方法可以快速 对太精整射线吸 而对于肥肉而言几乎是透明的，可不 实现检测地沟油。 用此特性对使用太赫兹装置来区分肉的肥瘦：太赫兹辐 射的光子能量十分场低的一般只有几毫伏特，可以对人 3.3太林兹技术在合品漆加剂检测中的应用 体和其它生物进行无损检测网：太赫兹辐射对水的穿透 根据我国卫生法1995年)的规定，食品添加剂石伟 力很弟可以利用此特性确定含水量，对于已包梦好的合 乐改善食品得色·香味等品质，以及为防腐和加工工艺 品可以确定水的含量来判断其新宜程度。此外，不仪 的需要而加入食品中的人工合成或天然物质。由于其作 可以获得样品的光谱强度，也可以获得相位信 用商家使用食品添加剂来保证食物的口感和保存时间 53 1994-2018 China Academic Joumal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.enki.net
电子质量 2018 年第 06 期(总 第 375 期) (6)吸水性：太赫兹辐射容易被水吸收，因此可以通 过检测生物体内部水分的含量和正产的相比较可以发 现并确定异常的位置。 (7)指纹谱性：太赫兹光谱技术富有丰富的化学和物 理信息，很多极性分子的振动和旋转频率在 THz 波段 内，所以根据太赫兹的指纹谱，太赫兹光谱成像技术可 以辨别物体的形貌，分析物体的物理和化学性质，为反 恐、排爆、缉毒提供了理论依据和相关技术。 3 太赫兹技术在食品质量检测方面的应用 随着科技的飞速发展，人们的生活水平也有了显著 的提升。人们对日常生活的要求及食品质量的关注度也 越来越高。因此，保证食品的质量是必要的。这就需要技 术来支持食品的质量检测。当下，备受科学界研究者瞩 目的太赫兹技术，其完善的理论成果和技术支持能很好 运用于食品质量检测，如对油的质量(未使用油和地沟 油的区分)、肉类、农药残留、食品添加剂等等。在这里就 实验性的使用太赫兹技术检测的结果重点说明太赫兹 技术在食品质量检测方面的应用是可行的。 3.1 太赫兹技术在肉制品检测中的应用 在日常生活当中，辨别肉品质的优劣通过观察肉的 颜色、亮度、大理石纹来确定肉的好坏。这是直观的判断 符合人们的要求的肉制品才具有良好使用价值。 太赫兹成像技术通过透射谱和反射谱来实现对样 品信息记录并对其进行分析和处理，最终获得样品的太 赫兹图像[5- 6]。太赫兹成像具有较强的穿透力、光子能量 低、可区分样品的结构和种类、对水分子的吸收比较敏 感、可得到高分辨率的图像。 根据浙江大学应义斌[6- 7]教授搭建的关于太赫兹波 成像系统，对猪肉样本太赫兹的信号是非常小的，这样 的信号很容易受自身携带的太赫兹脉冲中的噪声干扰， 锁相放大器的信息不能正确地接受和放大，而搭建的太 赫兹差异光谱系统可以直接测量参考脉冲和信号脉冲 之间的不同从而获得样品的光谱太赫兹成像样品不是 固定的。锁相放大器可以直接测量样品和参考样品的差 异来获得样品的太赫兹光谱。 利用太赫兹技术对肉制品进行质量检测，由于瘦肉 对太赫兹射线吸收而对于肥肉而言几乎是透明的，可利 用此特性对使用太赫兹装置来区分肉的肥瘦；太赫兹辐 射的光子能量十分场低的一般只有几毫伏特，可以对人 体和其它生物进行无损检测[7- 8]；太赫兹辐射对水的穿透 力很差可以利用此特性确定含水量，对于已包装好的食 品可以确定水的含量来判断其新宣程度[9- 10]。此外，不仅 可以获得样品的光谱强度，也可以获得相位信息，实现 对密封包装的三维成像。 3.2 太赫兹技术在食用油检测中的应用 近年来，在食品危害事件中地沟油对人体的危害也 是相当严重的，因此遏制地沟油重返餐桌对人体造成 危害，不仅政府部门的责任，我们每个人都应该提高警 惕[11]。近年来对地沟油的检测有多种方法简单的方法不 够全面，而复杂的方法对与高度提纯的地沟油，缺乏精 确的检测，不能作为地沟油检测的有效手段。截止 2012 年 1 月政府部门征集到了 300 多种地沟油检测的方法， 经评估就这些方法均不能完全精确的检测地沟油，其成 功率最多在 75%以上[12]。 近年来太赫兹光谱技术的发展和日渐成熟的技术 结合其独特的性质，对生物分子的相应具有特异性，因 此为地沟油的检测提供了有效的途径。宝日玛[13]测量了 扑通的食用油和多种地沟油的太赫兹光谱得出了试验 样品在 0.16- 0.96THz 频域的折射谱和吸收谱，定性分析 地沟油和植物油在不同频率上的光谱差异。詹洪磊[14]等 利用宝日玛得到的光谱信息进一步结合统计的方法来 鉴别地沟油和植物油，利用 0.16- 1.30THz 的频域吸收谱 进行聚类分析。随机选择两种地沟油作为验证，其余的 样品进行聚类，采用概率神经网络方法对验证样品进行 判定，并成功将两种油判定为地沟油。廉飞宇[15- 16]等做了 两组检测地沟油的实验：其一，将反复烹炸过的熟油(地 沟油)和未使用过的植物油(大豆油)对比做实验发现两 种油在太赫兹波段的折射率和吸收率有明显的差异，它 们的吸收率明显不同，熟油(地沟油)有两个吸收峰分别 在 1.33THz 和 1.47THz 处，植物油(大豆油)没有吸收峰， 变化比较平稳。由于熟油(地沟油)的特殊成分，使其折射 率和吸收率不稳定，由此差异可以检测出地沟油。其二 对未使用过的花生油、轻微烹炸过的花生油、多次烹炸 过的花生油进行了时域谱的分析得出花生油烹炸的次 数越多，其时域谱时延越大，幅度逐渐变小。最后将花生 油的时域谱进行傅里叶变换，得出的太赫兹频域普不 同，随着烹炸次数的增加，太赫兹频谱成降低趋势[17]。 由此实验得出利用太赫兹光谱技术利用其不同性 质来区分出地沟油的方法是可行的。太赫兹技术检测地 沟油将是一种有效的方法，未来使用这种方法可以快速 实现检测地沟油。 3.3 太赫兹技术在食品添加剂检测中的应用 根据我国卫生法(1995 年)的规定，食品添加剂石伟 乐改善食品得色·香味等品质，以及为防腐和加工工艺 的需要而加入食品中的人工合成或天然物质。由于其作 用商家使用食品添加剂来保证食物的口感和保存时间， 53
太赫技术及其在食品检测中的座用邓晓娟，等 过量的加入食品添加剂来实现其盈利的目的。人们长期 刘桂锋，赵红卫，葛敏，等太赫兹时域光谱技术在危 使用这具有过量食品添加剂的物质其身体健康将会受 品检测方面的应用)光谱学与光谱分析，2008,285 到严重的威助。因此，我们要严厉打击这种影响身心健 966-969. 康的行为。因此，因此需要开发操作简单，检测时间短， 4]牧凯军，张振伟，张存林太赫兹科学与技术)中国电 可以实现快速无损检测来完成食品质量安全的检测。太 子科学研究院学报，2009.43221-230.237. 赫兹技术提供了食品质量检测的新技术。 5Fattinger C.Grischkowsky D.Point source terahertz optics 太赫兹技术在添 剂领城的应用检是近几年研 究的热点。小a0等研究了羟基苯甲酸甲酯的透射光 6Knipper R,Brahm A,Heinz E.et al.THz absorption in 对羟基苯甲酸甲酯在78K时能够发现太赫装的吸收 fabric and its impact on body scanning for security 峰，并根据函数密度理论模拟太赫兹光谱。张曼等针 application ITEEE Transactions on Terahertz Science 材"麦乐恋透加中有一种化学成分特丁基对苯 and Technology.2015.5(61:999-1004. 酚含量超标，应用太赫兹无损拾技术对其做定性识 刀用来凿素珍肉品品质的无检测方法肉类研 别。测得该化学成分在0.2-22Tz的吸收率和折射率 200881：66-69 曲线，并将其不同比例与面粉均匀混合，测得混合物形 ⑧]王亚磊，赵茂程，汪希伟太赫兹波光谱成像技术在肉 面粉在02-2.2THz的吸收谱， 同时对TBHQ进行理谄 制品检测中的应用农业工程，2013,3(4)6466 的模拟对比。通过该实验说明太赫兹波检测TBHQ是可 [9Harsha SS,Laman N,Grischkowsky D.High resolution 行的，为拾测食品添加剂担供了一种新型手段。夏整口 waveguide THz-TDS of melamine [Cl.2008 Conference on 等利用THZ TDs技术分别对品白块，增白剂及其混合 Lasers and Electro-Optics and 2008 Conference on Ouan 物进行光谐检测，并获得了三者在0.2-1.5T的吸收 um Electronics and Laser Science.2008:1-2. 和折射谱。有分析可得增白剂在太赫兹波段存在李 收峰，这可以用太赫兹波段的指纹特征用于进行物质识 the Nutritional Components of Edible Oil by Terahertz Spe 别：另外随若混合物中吊白块含量的增加，吸收系数透 ctroscopy[]IEEE Transactionsn Instrumentation and Mea 渐下降，折射率逐渐增加：采用最小二乘LS法对增白 surement.2010.59(82094-2098 剂中吊白块的含量进行了定量分析。这些研究结果表明 「11何锦风.陈天鹏.钱平等，大麻籽油的特性及研究进展 太抹技术在食品添加剂中的应用合拔来按广 几中国油学报2008.23(4239.244 2黄群，麻成金，余佶，等茶叶籽油溶剂浸提及精炼研究 4结语 )中国粮油 学报.200 8,23(613 随着太赫兹技术的快速发展，其在食品检测检测刻 3宝日玛，赵昆，膝学明，等.地沟油的太赫兹波段光特 域也取得了进展。但是要实现未来食品中微量有害物质 性研究1中国油脂.2013.38461-65 的快速无损检测和相似物的检测，太赫兹设备真正应用 [14]詹洪磊.宝日玛，龙立爆，等，利用太赫兹技术和统计方 的实际中来成其发展来，主要表现在：太抹兹技术的日 法鉴别地沟油0.中国油脂.2015.404上52.54 渐成熟，系统设各逐渐稳定，成本降低。第一检测技术逐 [15]蒋玉英，葛宏义，廉飞字，等基于Tz技术的农产品品 渐成熟能实现快速检测。第三，进 步提高检测技术，使 质无损检测研究光谱学与光谱分析，2014348： 其技术走出实验 室真正应用于现实 047-205 。在未来不断地 太赫兹光技术进行研究，充分利用其特殊性来实现太 161廉飞宇，秦建平，牛波等.一种利用太赫兹波谱检测地 沟油的新方法几农业工程.2012.2637-40. 赫兹光谱技术的价值，更好地应用于生物学、医学以及 航空航天、军事事业中。在不久的将来太赫兹技术将会 [17IZhao G ZWang H.Liu L Met al.THz spectra of parabens atureln science china(lnformation sciences) 对人类做出巨大贡献 参考文献： [18]张曼，蔡禾，沈京玲.食品添加剂特丁基对苯二酚的 赫兹光谱及其检测分析)光谱学与光谱分析，2001,31 Bradley Ferguson,张希成.太赫兹科学与技术研究回 37h1809-1813. 物理， 03,32628629 19]夏辏，杜勇张慧丽，等增白剂中吊白块含量的太赫兹 2]许景周，张希成太赫兹科学技术和应用M北京：北京 光谱定性与定量检测中国粮油学报，2015,302103 大学出版社.2007：1-6. 106 54 ?1994-2018 China Academie Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.enki.net
过量的加入食品添加剂来实现其盈利的目的。人们长期 使用这具有过量食品添加剂的物质其身体健康将会受 到严重的威胁。因此，我们要严厉打击这种影响身心健 康的行为。因此，因此需要开发操作简单，检测时间短， 可以实现快速无损检测来完成食品质量安全的检测。太 赫兹技术提供了食品质量检测的新技术。 太赫兹技术在添加剂领域的应用检测是近几年研 究的热点。Zhao[17]等研究了羟基苯甲酸甲酯的透射光谱 对羟基苯甲酸甲酯在 7.8K 时能够发现太赫兹的吸收 峰，并根据函数密度理论模拟太赫兹光谱。张曼[18]等针 对 " 麦乐鸡 " 添加剂中有一种化学成分特丁基对苯二 酚含量超标，应用太赫兹无损检测技术对其做定性识 别。测得该化学成分在 0.2- 2.2Thz 的吸收率和折射率 曲线，并将其不同比例与面粉均匀混合，测得混合物和 面粉在 0.2- 2.2THz 的吸收谱，同时对 TBHQ 进行理论 的模拟对比。通过该实验说明太赫兹波检测 TBHQ 是可 行的，为检测食品添加剂提供了一种新型手段。夏燚[19] 等利用 THZ- TDs 技术分别对吊白块，增白剂及其混合 物进行光谱检测，并获得了三者在 0.2- 1.5THz 的吸收谱 和折射谱。有分析可得增白剂在太赫兹波段存在特征吸 收峰，这可以用太赫兹波段的指纹特征用于进行物质识 别；另外随着混合物中吊白块含量的增加，吸收系数逐 渐下降，折射率逐渐增加；采用最小二乘(PLS)法对增白 剂中吊白块的含量进行了定量分析。这些研究结果表明 太赫兹技术在食品添加剂中的应用会越来越广泛。 4 结语 随着太赫兹技术的快速发展，其在食品检测检测领 域也取得了进展。但是要实现未来食品中微量有害物质 的快速无损检测和相似物的检测，太赫兹设备真正应用 的实际中来就其发展来，主要表现在：太赫兹技术的日 渐成熟，系统设备逐渐稳定，成本降低。第二检测技术逐 渐成熟能实现快速检测。第三，进一步提高检测技术，使 其技术走出实验室真正应用于现实中。在未来不断地对 太赫兹光谱技术进行研究，充分利用其特殊性来实现太 赫兹光谱技术的价值，更好地应用于生物学、医学以及 航空航天、军事事业中。在不久的将来太赫兹技术将会 对人类做出巨大贡献。 参考文献： [1]Bradley Ferguson1,张希成.太赫兹科学与技术研究回 顾[J].物理,2003,32(5):286- 293. [2]许景周,张希成.太赫兹科学技术和应用[M].北京:北京 大学出版社,2007:1- 6. [3]刘桂锋,赵红卫,葛敏,等.太赫兹时域光谱技术在危险 品检测方面的应用[J].光谱学与光谱分析,2008,28(5): 966- 969. [4]牧凯军,张振伟,张存林.太赫兹科学与技术[J].中国电 子科学研究院学报,2009,4(3):221- 230,237. [5]Fattinger C,Grischkowsky D.Point source terahertz optics [J].Applied Physics Letters,1988,53(16):1480- 1482. [6]Knipper R,Brahm A,Heinz E,et al.THz absorption in fabric and its impact on body scanning for security application [J].IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology,2015,5(6):999- 1004. [7]孔宪琴,黄素珍.肉品品质的无损检测方法[J].肉类研 究,2008,(8):66- 69. [8]王亚磊,赵茂程,汪希伟.太赫兹波光谱成像技术在肉 制品检测中的应用[J].农业工程,2013,3(4):64- 66. [9]Harsha S S,Laman N,Grischkowsky D.High resolution waveguide THz- TDS of melamine[C].2008 Conference on Lasers and Electro- Optics and 2008 Conference on Quan tum Electronics and Laser Science,2008:1- 2. [10]Li J.Support Vector Regression for the Determination of the Nutritional Components of Edible Oil by Terahertz Spe ctroscopy[J].IEEE Transactions on Instrumentation and Mea surement,2010,59(8):2094- 2098. [11]何锦风,陈天鹏,钱平,等.大麻籽油的特性及研究进展 [J].中国粮油学报,2008,23(4):239- 244. [12]黄群,麻成金,余佶,等.茶叶籽油溶剂浸提及精炼研究 [J].中国粮油学报,2008,23(6):131- 135. [13]宝日玛,赵昆,滕学明,等.地沟油的太赫兹波段光谱特 性研究[J].中国油脂,2013,38(4):61- 65. [14]詹洪磊,宝日玛,戈立娜,等.利用太赫兹技术和统计方 法鉴别地沟油[J].中国油脂,2015,40(4):52- 54. [15]蒋玉英,葛宏义,廉飞宇,等.基于 THz 技术的农产品品 质无损检测研究 [J]. 光谱学与光谱分析,2014,34(8): 2047- 2052. [16]廉飞宇,秦建平,牛波,等.一种利用太赫兹波谱检测地 沟油的新方法[J].农业工程,2012,2(6):37- 40. [17]Zhao G Z,Wang H,Liu L M,et al.THz spectra of parabens at low temperature[J].Science China(Information Sciences), 2012,55(1):114- 119. [18]张曼,蔡禾,沈京玲.食品添加剂特丁基对苯二酚的太 赫兹光谱及其检测分析[J].光谱学与光谱分析,2001,31 (37):1809- 1813. [19]夏燚,杜勇,张慧丽,等.增白剂中吊白块含量的太赫兹 光谱定性与定量检测[J].中国粮油学报,2015,30(2):103 - 106. 太赫兹技术及其在食品检测中的应用 邓晓娟,等 54