農(nóng)藥具有預(yù)防農(nóng)作物病蟲害的能力,在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中發(fā)揮著重要作用。隨著農(nóng)藥的大規(guī)模使用,農(nóng)藥殘留引發(fā)的食品安全問題日益突出。在農(nóng)作物生長(zhǎng)的不同階段,生產(chǎn)者混合使用多種農(nóng)藥,導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品上存在多種農(nóng)藥成分殘留。因此,迫切需要開展對(duì)多種農(nóng)藥和食品基質(zhì)混合物的定量分析研究。太赫茲(Terahertz,THz)光譜作為近年來不斷發(fā)展的新型光譜技術(shù),能夠便捷、無損、有效地探測(cè)材料的物理及化學(xué)信息,在檢測(cè)領(lǐng)域引起廣泛關(guān)注。本文基于太赫茲時(shí)域光譜(Terahertz time-domain spectroscopy,THz-TDS)技術(shù),分別利用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法、Voigt擬合結(jié)合偏最小二乘(Partial Least Squares,PLS)方法,對(duì)面粉基質(zhì)中吡蟲啉和多菌靈的定量分析方法進(jìn)行深入研究。主要研究?jī)?nèi)容總結(jié)如下:1、農(nóng)藥THz吸收光譜分析及吸收光譜基線校正方法研究。分析吡蟲啉、多菌靈的純物質(zhì)吸收光譜及兩種農(nóng)藥和面粉混合物的吸收光譜,并對(duì)吸收光譜基線校正方法進(jìn)行研究。本文采用基于非對(duì)稱最小二乘平滑的多光譜基線校正(Multiple Spectra Baseline Correction,MSBC)方法校正基線。結(jié)果表明,該算法可有效消除光譜上的散射效應(yīng)并提高太赫茲光譜的信噪比,提高了模型預(yù)測(cè)精確度。2、基于THz-TDS技術(shù)結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)方法對(duì)吡蟲啉、多菌靈與面粉基質(zhì)的混合物進(jìn)行定量檢測(cè)研究�；赑LS、主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)、支持向量機(jī)(Support Vector Machine,SVM)及PCA-SVM方法構(gòu)建回歸模型,建立樣品吸收光譜和濃度的關(guān)系。通過交叉驗(yàn)證對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化,根據(jù)均方根誤差(RMSE)和相關(guān)系數(shù)(R)評(píng)估模型性能。最后,對(duì)4種模型的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較和分析。結(jié)果表明,利用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法結(jié)合THz-TDS技術(shù)可對(duì)面粉基質(zhì)中多種農(nóng)藥成分同時(shí)進(jìn)行快速定量分析。3、基于Voigt擬合結(jié)合PLS方法對(duì)面粉基質(zhì)中多種農(nóng)藥同時(shí)進(jìn)行定量分析。首先,采用MSBC方法對(duì)混合物光譜進(jìn)行基線校正,并利用Voigt函數(shù)對(duì)校正后的光譜進(jìn)行擬合。然后,將樣本分為校準(zhǔn)集和預(yù)測(cè)集,并利用校準(zhǔn)集建立模型,進(jìn)而對(duì)預(yù)測(cè)集進(jìn)行定量分析。在不同校準(zhǔn)集情況下,分別將校正光譜和Voigt擬合光譜作為PLS模型的輸入,預(yù)測(cè)樣品中吡蟲啉和多菌靈的濃度。最后,對(duì)Voigt擬合結(jié)合PLS方法的預(yù)測(cè)結(jié)果與單獨(dú)使用PLS方法的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較。結(jié)果表明,當(dāng)校準(zhǔn)集為小樣本時(shí),Voigt擬合結(jié)合PLS方法得到了較好的預(yù)測(cè)結(jié)果。該論文有圖42幅,表7個(gè),參考文獻(xiàn)106篇。
【學(xué)位單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：S481.8
【部分圖文】：

2太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)19干燥研磨稱量混合壓片圖2-10樣品制備過程Figure2-10Samplepreparationprocess首先，為減小樣品中水分對(duì)THz吸收的影響，將所有樣品在313K溫度條件在真空干燥箱中干燥至少1小時(shí)以去除水分。然后，將干燥后的粉末樣品放在瑪瑙研缽中研磨，盡量減小粉末的顆粒使樣品能充分研磨。對(duì)于混合物樣品，計(jì)算得到每種組分物質(zhì)的質(zhì)量，并利用電子天平稱量出所需質(zhì)量的每種物質(zhì)。然后，將稱量好的物質(zhì)小心放置在瑪瑙研缽中均勻混合。最后，對(duì)混合物進(jìn)行壓片處理，使用液壓機(jī)在20MPa的壓力下壓制約1分鐘左右。壓制成的樣品片是圓盤形的，其直徑約為13mm，厚度為1-2mm，厚度可以使用電子臺(tái)式千分尺測(cè)量。樣品壓制成功后，將樣品密封在帶有標(biāo)簽的袋子中保存以備實(shí)驗(yàn)使用。實(shí)驗(yàn)所用的瑪瑙研缽和液壓機(jī)如圖2-11所示。圖2-11瑪瑙研缽及液壓機(jī)Figure2-11Theagatemortarandhydraulicpress2.3.2參數(shù)提取折射率和吸收系數(shù)是用來表示材料光學(xué)性質(zhì)的重要參量，在基于太赫茲技術(shù)對(duì)農(nóng)藥殘留檢測(cè)的研究中具有關(guān)鍵作用。太赫茲光透過農(nóng)藥固體樣品的示意圖如圖2-12所示，在農(nóng)藥樣品和空氣的兩個(gè)接觸界面，太赫茲光波發(fā)生反射效應(yīng)和折射效應(yīng)，并且遵守菲涅爾方程[86]。圖2-12中，0E()與()SE分別為太赫茲光波透過固體農(nóng)藥樣品前、后的頻域光譜，airN和SN分別表示氮?dú)夂娃r(nóng)藥樣品的復(fù)折射率，d為固體農(nóng)藥樣品的厚度。箭頭表示太赫茲光波透過樣品的傳遞方向，在農(nóng)藥樣品內(nèi)部，太赫茲光束的傳播遵守光波傳輸方程。在實(shí)驗(yàn)中，為獲得最佳的太赫茲光譜，樣品需達(dá)到一定的厚度。若樣品過薄，入射到樣品的太赫茲

碩士學(xué)位論文22圖2-13太赫茲實(shí)驗(yàn)平臺(tái)Figure2-13Terahertzexperimentalplatform太赫茲光路平臺(tái)如圖2-14所示，太赫茲光路平臺(tái)接收由Vitesse-800-5鈦藍(lán)寶石飛秒激光器激發(fā)的飛秒脈沖，并通過λ/2波片和分束鏡將其分為兩束。其中，一束為用于產(chǎn)生太赫茲光波的泵浦光束，另一束為用于探測(cè)太赫茲波形的探測(cè)光束。由于分束鏡的分束作用，進(jìn)入THz-TDS系統(tǒng)的光束功率僅約為飛秒激光器輸出功率的十分之一。通過電腦端控制步進(jìn)電機(jī)而驅(qū)動(dòng)延遲系統(tǒng)，泵浦光束聚焦于GaAs光導(dǎo)天線上，從而激發(fā)出太赫茲光束。此時(shí)，需要將頻率為12-19KHz、初始電壓為0.1-0.15V的正弦電壓通過功率放大器放大加在GaAs光導(dǎo)天線上。然后，太赫茲光束通過一對(duì)拋物面鏡集中在待測(cè)樣本上，并且太赫茲光在透過樣本后攜帶有樣品信息。飛秒激光脈沖經(jīng)分束鏡形成的探測(cè)光束在透過ITO玻璃后，與載有樣本信息的太赫茲光束共焦在電光晶體ZnTe上。此時(shí)，由于THz脈沖的電場(chǎng)具有線性電光效應(yīng)，對(duì)ZnTe晶體的折射率進(jìn)行調(diào)制，進(jìn)而使得探測(cè)光束的偏振態(tài)發(fā)生變化。當(dāng)THz光束沒有產(chǎn)生時(shí)，ZnTe晶體不存在雙折射現(xiàn)象，則透過ZnTe晶體的探測(cè)光束其偏振方向不變。因此，可通過調(diào)整λ/4波片，使探測(cè)光束的偏振態(tài)變?yōu)閳A偏振。從而，透過沃拉斯頓棱鏡的探測(cè)光分成兩束光強(qiáng)相等且方向垂直的偏振分量。然后，利用兩個(gè)光電二極管對(duì)兩偏振分量進(jìn)行檢測(cè)。此時(shí)，差分光電二極管測(cè)得的電流信號(hào)為零，則可實(shí)現(xiàn)調(diào)平衡。當(dāng)產(chǎn)生THz光束后，THz脈沖的電場(chǎng)使電光晶體ZnTe具有雙折射特性。從而，透過ZnTe晶體的探測(cè)光束其偏振方向隨之發(fā)生改變。在探測(cè)光束透過λ/4波片后，其偏振態(tài)變?yōu)闄E圓偏振，則探測(cè)光穿透沃拉斯頓棱鏡后變?yōu)閮蓚�(gè)強(qiáng)度不等的偏振分量。因此，由差分光電二極管測(cè)得的差分電流信號(hào)不再為零，且電流信號(hào)?

2太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)23步的處理。圖2-14太赫茲光路平臺(tái)Figure2-14Terahertzopticalpathplatform在利用透射型THz-TDS系統(tǒng)對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)量分析時(shí)，實(shí)驗(yàn)過程主要分為以下幾步：（1）打開設(shè)備。首先打開激光控制器，然后打開步進(jìn)電機(jī)、鎖相放大器和計(jì)算機(jī)。（2）調(diào)整和優(yōu)化光路。調(diào)整系統(tǒng)中的光學(xué)器件使其中心保持一致，調(diào)整λ/2波片，使飛秒激光能夠良好入射光路。調(diào)整ITO玻璃的角度，使探測(cè)光束和太赫光束保持共線集中一點(diǎn)于電光晶體。調(diào)整λ/4波片，使探測(cè)器能較好的檢測(cè)到探測(cè)光波。（3）填充氮?dú)狻橄諝庵械乃羝麑?duì)太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)的影響，需要往罩在太赫茲輻射通過光路的箱體內(nèi)充入氮?dú)猓趯?shí)驗(yàn)過程中濕度需要保持在4%的恒定值。（4）調(diào)零。通過調(diào)整λ/4波片，使差分檢測(cè)裝置的輸出電流為零。（5）采集信號(hào)。當(dāng)不放置樣品時(shí)，采集空氣信號(hào)當(dāng)做參考信號(hào)。然后，在樣品架上放置樣品并采集樣品信號(hào)。實(shí)驗(yàn)時(shí)需要設(shè)置樣品臺(tái)的位置并調(diào)整樣品位置，使太赫茲光能較好的穿過樣品。更換樣品時(shí)，要不斷往箱內(nèi)充入氮?dú)獠⒂^察箱內(nèi)濕度，符合實(shí)驗(yàn)要求再繼續(xù)測(cè)量樣品。為減小隨機(jī)誤差，每測(cè)量三個(gè)樣品前需要測(cè)一次參考信號(hào)，每個(gè)參考信號(hào)和樣品信號(hào)都需要測(cè)量三次，最后計(jì)算三次測(cè)量信號(hào)的平均值。（6）關(guān)閉設(shè)備。實(shí)驗(yàn)后，依次關(guān)閉功率放大器、步進(jìn)電機(jī)、鎖相放大器、
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前8條

1 廖曉玲;王強(qiáng);谷小紅;陳錫愛;;基于THz-TDS的碳纖維復(fù)合材料無損檢測(cè)[J];激光與紅外;2015年10期

2 蘇建峰;鐘茂生;陳晶;郭昕;陳勁星;梁震;劉建軍;;氣相色譜-質(zhì)譜法與氣相色譜法測(cè)定茶葉及茶葉加工品中295種農(nóng)藥多殘留[J];分析測(cè)試學(xué)報(bào);2015年06期

3 李向軍;楊曉杰;劉建軍;;基于反射式太赫茲時(shí)域譜的水太赫茲光學(xué)參數(shù)測(cè)量與誤差分析[J];光電子·激光;2015年01期

4 李津蓉;戴連奎;阮華;;基于譜峰分解的拉曼光譜定量分析方法[J];化工學(xué)報(bào);2012年07期

5 陳蕊;張駿;李曉龍;;蔬菜表面農(nóng)藥殘留可見-近紅外光譜探測(cè)與分類識(shí)別研究[J];光譜學(xué)與光譜分析;2012年05期

6 曹丙花;范孟豹;荊勝羽;;基于太赫茲波時(shí)域光譜技術(shù)的紡織材料鑒別和分類技術(shù)研究[J];光譜學(xué)與光譜分析;2010年07期

7 張朝暉;呂洛冬;尹怡欣;上野佑子;Rakchanok Rungsawang;味戶克裕;;基于太赫茲吸收波譜的氨基酸定量分析[J];分析科學(xué)學(xué)報(bào);2007年06期

8 楊宏,張鐵橋,王樹峰,龔旗煌;鈦藍(lán)寶石飛秒超快光譜技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)展[J];物理學(xué)報(bào);2000年07期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前9條

1 覃斌毅;太赫茲光譜結(jié)合化學(xué)計(jì)量在農(nóng)作物農(nóng)藥殘留快速檢測(cè)中的應(yīng)用研究[D];西安電子科技大學(xué);2018年

2 馬冶浩;基于太赫茲時(shí)域光譜的人體組織病變檢測(cè)若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2017年

3 葉龍芳;基于光整流的太赫茲源與新型太赫茲導(dǎo)波結(jié)構(gòu)研究[D];電子科技大學(xué);2013年

4 張秀玲;中國農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留成因與影響研究[D];江南大學(xué);2013年

5 田曉光;基于飛秒激光激勵(lì)半導(dǎo)體材料的太赫茲源與探測(cè)技術(shù)[D];華中科技大學(xué);2011年

6 黃君冉;用于農(nóng)藥殘留檢測(cè)的壓電免疫生物傳感器的研究[D];浙江大學(xué);2010年

7 曹丙花;基于太赫茲時(shí)域光譜的檢測(cè)技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2009年

8 何明霞;生物組織與微納材料太赫茲時(shí)域光譜特性研究[D];天津大學(xué);2007年

9 張同軍;基于太赫茲時(shí)域光譜的生物分子檢測(cè)技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2007年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 劉云云;高效液相色譜法同時(shí)測(cè)定農(nóng)作物中吡蟲啉和多菌靈殘留量[D];青島科技大學(xué);2015年

2 焦麗娟;太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)在農(nóng)藥殘留檢測(cè)方面的應(yīng)用研究[D];天津大學(xué);2014年

3 閆旭;農(nóng)藥多殘留酶聯(lián)免疫分析方法研究[D];南京農(nóng)業(yè)大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2876560