[发明专利]一种食用油光学参数的精确测定方法

说明书

技术领域

本发明属于食用油品质及成分分析检测技术领域，涉及一种食用油光学参数的太赫兹波精确测定方法。

背景技术

太赫兹(Terahertz or THz)波通常是指频率在0.1～10THz区间的电磁波，其光子的能量约为1～10meV，正好与分子振动及转动能级之间跃迁的能量大致相当。大多数极性分子如水分子、氨分子等对THz辐射有强烈的吸收，许多有机大分子(DNA、蛋白质等)的振动能级和转动能级之间的跃迁也正好在THz波段范围。因此，物质的THz光谱(包括发射、反射和透射光谱)包含有丰富的物理质和化学信息，其吸收和色散特性可以用来做爆炸物、药物等化学及生物样品的探测和识别，在物理学、化学、生物医学、天文学、材料科学和环境科学等方面具有重要的应用价值。

THz光谱和成像技术对生物分子、水、非极性物体等独特的作用形式，可使得这种新型检测技术在农产品与食品质量检测领域取得突破。从可见-荧光光谱、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外吸收光谱、到X射线成像分析等，光谱分析和成像技术是农产品和食品分析研究中不可缺少的重要手段。相对于近红外和中红外波段，THz辐射的优势在于其波长较长，物体的散射较小，THz辐射能透射大多数非极性物体，而只有极少的介质对近红外和中红外辐射是透明的。利用THz时域光谱技术(THz-TDS)可同时获得样品的折射率、吸收系数和介电常数等全面的光学参数，为定量和全面分析提供更多有用信息。THz作为一种新型的快速、无损、将来低廉的检测技术，可在农产品与食品检测领域获得广泛应用。

食用油是重要的农产品和食品原料，通过测量其THz时域谱可以计算得到吸收系数、折射率、介电常数等非常重要的光学参数，用于品质评价及成份分析，具有重要的实用价值。现有的食用油太赫兹波检测方法主要是把食用油放到测量容器(远红外石英比色皿)中进行测量。太赫兹波在远红外石英比色皿中传播时的多次反射和FP效应，都给测量结果带来很大的误差。当前利用比色皿测量食用油主要采用两种计算模型对食用油的光学参数进行分析。一种计算模型是不考虑测量容器的FP效应影响，存在一定误差，计算结果不精确，不利于精确测量和成分分析等定量检测场合；另外一种计算模型是考虑FP效应，利用含容器在内的三层传输函数模型，使用Nelder-Mead寻优法和信赖域平滑法拟合样品在太赫兹波段传输系数的测量值，从而得到食用油的折射率和吸收系数，这种计算模型虽然充分考虑了多层介质中THz波传播时的多次反射效应，提高了测量精度，但是对于实验测试数据的处理十分复杂，处理过程费时。

本发明提出了一种食用油光学参数的太赫兹波测量方法。利用纸片代替远红外石英比色皿，测试时，对浸泡过食用油的纸片进行测试，不需要把食用油装入远红外石英比色皿中，实验操作方便，不必在测试每个样品时都要清洗比色皿，避免了由于远红外石英比色皿不洁净和太赫兹波在远红外石英比色皿中传播时的多次反射和FP效应来测试误差。由于纸片很薄，不必考虑纸片的FP效应，测试数据处理简单精确。

发明内容

本发明目的是克服现有测量食用油太赫兹波时域谱实验操作繁琐，远红外石英比色皿产生的FP效应以及处理数据困难的缺点，提供一种简单的食用油光学参数太赫兹波测定方法。

食用油光学参数的太赫兹波精确测定方法包括如下步骤：

1)把0.8mm厚的干燥白色纸片浸泡到待测的食用油中；

2)在太赫兹时域谱透射测量装置上，测量干燥白色纸片时的太赫兹波脉冲随时间变化的时域波形E_r(t)，作为参考信号；

3)在太赫兹时域谱透射测量装置上，测量浸泡了食用油的纸片太赫兹波脉冲随时间变化的时域波形E_s(t)，作为样品信号；为了增加信噪比，每个食用油样品的太赫兹波脉冲随时间变化的时域波形E_s(t)取三次测量值的平均值；

4)对参考信号E_r(t)进行快速傅立叶变换，得到参考信号E_r(t)的太赫兹频率域波形

E_r(ω)＝A_r(ω)exp[-iφ_r(ω)]＝∫E_r(t)exp(-iωt)dt

式中A_r(ω)为参考信号电场的振幅，φ_r(ω)为参考信号电场的相位；

5)对样品信号E_s(t)进行快速傅立叶变换，得到样品信号E_s(t)的太赫兹频率域波形