[发明专利]一种基于散射类比的太赫兹光谱定量分析方法

摘要

本发明涉及一种基于散射类比的太赫兹光谱定量分析方法，属于太赫兹光谱应用技术领域。本发明对三个不同浓度的纯聚乙烯（PE）压片样品进行太赫兹时域光谱检测，获取其太赫兹吸收谱后进行平均计算，用平均计算后的PE太赫兹吸收谱来表征散射效应；分别获取混合物样品及混合物中的各成分单质的太赫兹吸收谱；实验测得的样品的太赫兹吸收谱实际由样品本身对太赫兹波的吸收以及散射效应造成的衰减两部分组成，据此建立实验测得的混合物样品的太赫兹吸收谱模型；依据类比散射的原理，建立混合物样品的太赫兹吸收谱与混合物中各成分的太赫兹吸收谱及PE太赫兹吸收谱之间的关系；利用最小二乘算法，计算得到混合物中各成分的浓度。

主权项

一种基于散射类比的太赫兹光谱定量分析方法，其特征在于，该分析方法包括以下步骤：1)对三个不同浓度的纯聚乙烯PE压片样品进行太赫兹时域光谱检测，获取其太赫兹吸收谱并进行平均计算，并用平均计算后的PE太赫兹吸收谱来表征散射效应；2)分别对混合物样品及混合物中的各成分单质进行太赫兹时域光谱检测，获取其太赫兹吸收谱；3)实验测得的样品的太赫兹吸收谱包含两部分，即样品本身对太赫兹波的吸收以及由于散射效应造成的衰减，据此建立实验测得的混合物样品的太赫兹吸收谱模型；4)依据散射类比的原理，对所述步骤3)中的混合物样品的太赫兹吸收谱模型进行变换，得到变换后的混合物样品的太赫兹吸收谱模型，从而建立混合物样品的太赫兹吸收谱与混合物中各成分的太赫兹吸收谱及PE太赫兹吸收谱之间的关系；5)利用最小二乘算法，计算得到混合物中各成分的浓度；所述步骤3)中的混合物样品的太赫兹吸收谱模型为：αmix_e(ωi)=c1·α1_e(ωi)+c2·α2_e(ωi)+…+cn·αn_e(ωi)‑(c1·α1_s(ωi)+c2·α2_s(ωi)+…+cn·αn_s(ωi)‑αmix_s(ωi))   (1)其中ωi是频率，αmix_e是通过实验得到的混合物样品的太赫兹吸收系数，αmix_s是混合物样品的散射系数，下标1，2，...，n表示混合物中的各种成分，下标e表示通过实验所得，下标s表示样品的散射系数，即α1_e是通过实验得到的第一种成分的太赫兹吸收系数，α2_e是通过实验得到的第二种成分的太赫兹吸收系数，α1_s是第一种成分的散射系数，α2_s是第二种成分的散射系数，以此类推；c1是第一种样品在混合物中的浓度，c2是第二种样品在混合物中的浓度，以此类推；所述步骤4)中的散射类比的原理为：α1_s(ωi)＝k1·αPE(ωi)α2_s(ωi)＝k2·αPE(ωi)……αn_s(ωi)＝kn·αPE(ωi)αmix_s(ωi)＝kmix·αPE(ωi)       (2)其中αPE是平均后的PE的吸收系数，k1，k2，...，kn，kmix是混合物中各成分及混合物与散射相关的无量纲的系数；混合物样品的太赫兹吸收谱模型为：αmix_e(ωi)＝c1·α1_e(ωi)+c2·α2_e(ωi)+…+cn·αn_e(ωi)‑(c1·k1·αPE(ωi)+c2·k2·αPE(ωi)+…+cn·kn·αPE(ωi)‑kmix·αPE(ωi))＝c1·α1_e(ωi)+c2·α2_e(ωi)+…+cn·αn_e(ωi)‑K·αPE(ωi)       (3)K＝c1·k1+c2·k2+…+cn·kn‑kmix          (4)其中K是一个与散射相关的无量纲的系数；所述步骤5)中的最小二乘算法为：令则公式(3)可表示为：MIX＝A·C                (5)其中MIX为混合物样品的吸收系数矩阵，A为混合物中各成分单质及PE的吸收系数矩阵，C为包含散射系数K的混合物中各成分的浓度矩阵；则有：C＝(A′·A)‑1·A′·MIX         (6)。