太赫茲技術在農產品無損檢測中的應用進展

摘要：太赫茲由于具有高穿透性、低能性、指紋譜特性、瞬態性、寬帶性、相干性的特點，近年來得到了較快的發展和應用，成為無損檢測的新技術，并被應用于國防、工業、通信、生物醫學、農產品及食品等多個領域。本文首先介紹了太赫茲波及其特點，并分析了近年來太赫茲技術在農產品領域的應用新進展。最后，對其在農產品中的應用發展趨勢進行了展望。

關鍵詞：太赫茲；農產品；無損檢測

中圖分類號： S129 文獻標識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2018.20.059

1 太赫茲輻射及特點

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輻射的產生及探測技術日益成熟，促進了該技術的快速發展。

太赫茲無損檢測技術備受關注，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域有著天然的優勢，其特性主要有：高穿透性、低能性、指紋譜特性、瞬態性、寬帶性、相干性等。

2 太赫茲技術在農產品無損檢測中的應用

2.1 太赫茲技術在農產品質量安全檢測中的應用

肖春陽等人采用太赫茲時域光譜技術測定奶粉中山梨酸鉀含量，在室溫氮氣環境下山梨酸鉀在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行了定量分析，結果表明太赫茲時域光譜技術可以應用于奶粉中山梨酸鉀含量測定。Hao等利用太赫茲時域光譜技術分析了除蟲脲和氟氯氰菊酯，利用泛函數密度理論模擬方法驗證檢測結果。結果在0.2～22THz內出現了特征吸收峰，說明該方法可以用于農產品中農藥殘留的檢測。張琪等利用太赫茲時域光譜采用偏最小二乘法理論，成功實現對淀粉中丙烯酰胺含量的快速、無損檢測。

2.2 太赫茲技術農產品品質檢測中的應用

戚淑葉等采用太赫茲時域光譜無損檢測研究核桃品質，利用聯用透射和反射式太赫茲時域光譜系統，分別從物理、化學指標光譜響應特征差異入手，實現太赫茲無損檢測核桃品質。趙中原采用太赫茲技術研究了小麥品質無損檢測，以正常小麥、蟲蝕小麥、發霉小麥和發芽小麥為研究對象，基于多源信息融合的理論，提取多種太赫茲光譜對應頻點的值作為證據，實現了對小麥品質的無損檢測。Shiraga等采用太赫茲時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和解構中的作用。

2.3 太赫茲技術在轉基因農產品無損鑒別中的應用

謝麗娟等將太赫茲時域光譜技術應用于轉基因稻米鑒別領域，利用時域光譜的峰谷時間特性成功實現了轉基因稻米快速可靠的鑒別；劉建軍等研究了多種轉基因棉花在0.2～2THz頻段內的太赫茲時域光譜特性，實現了對轉基因棉花的有效識別，為轉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，該團隊又提出了太赫茲時域光譜技術與劈裂共振環相結合的檢測方法，成功實現了對轉基因甜菜及其親本的鑒別；同年，張文濤等對8種轉基因棉花和3種轉基因大豆開展研究，在獲取0.3～1.5THz頻段內的特征吸收譜基礎上，結合主成分特性分析法實現了轉基因棉花種子和轉基因大豆的快速鑒別，且具有極高的準確度；劉偉等實現了對轉基因水稻種子的高效識別。

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，使得太赫茲技術能對農產品進行快速無損檢測，因而太赫茲技術在農產品質量安全檢測和品質檢測方面具有很好的應用前景。目前為止，還有大部分物質的太赫茲波段的光學特性需要繼續研究，隨著各種物質在太赫茲波段光譜圖庫的建立，太赫茲光譜解析技術不斷完善與成熟，太赫茲技術在農產品中的應用會繼續擴大。應進一步的探尋低成本的適用于農產品無損檢測的太赫茲系統，開發基于太赫茲技術的便攜式儀器，逐步走出實驗室，將其應用到現場快速檢測中，成為農產品快速無損檢測的未來發展趨勢。

參考文獻

[1]肖春陽，李鵬鵬，葛宏義.奶粉中山梨酸鉀的太赫茲光譜檢測[J].太赫茲科學與電子信息學報，2017，15（05）：728-732.

[2]張琪，方虹霞，張慧麗，等.太赫茲時域光譜技術測定淀粉中的丙烯酰胺[J].中國食品學報，2017，17（03）：276-281.

[3]戚淑葉，張振偉，趙昆，等.太赫茲時域光譜無損檢測核桃品質的研究[J].光譜學與光譜分析，2012，32（12）：3390-3393.

[4]趙中原.基于THz技術的小麥品質無損檢測研究[D]. 河南工業大學，2016.

[5]謝麗娟，徐文道，周萬懷.基于THz時域光譜的峰谷位鑒別轉基因稻米的方法：中國， 201210553025.5 [p]. 2013-04-10.

[6] Liu J， Li Z， Hu F， et al. A THz spectroscopy nondestructive identification method for transgenic cotton seed based on GA-SVM[J]. Optical and Quantum Electronics， 2015， 47（02）：313-322.

[7] Liu J， Li Z， Zhao Y， et al. Split ring resonators： using the redshift of terahertz responses peak to identify transgenic products with similar spectral characteristics[J]. Optical and Quantum Electronics， 2015， 47（07）：1819-1828.

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。