太赫兹光谱在三七检测中的应用

崔恩娜,张国永,靳雪婷,尚安琦,王亚桫,牛化锋,邓佳程

山东协和学院  山东济南  250000

摘要 太赫兹光谱技术是一种新兴的光谱分析方法，其在三七研究领域具有广泛的应用潜力。本文综述了太赫兹光谱技术在三七辨别是否掺假中的应用，并探讨了该技术在中草药质量评估、成分分析和相互作用研究等方面的优势和挑战。通过对相关研究论文的综合分析，我们可以发现太赫兹光谱技术在三七研究中的前景，为进一步开展相关研究提供了参考。

关键词 太赫兹光谱技术；三七；检测

引言

三七是中草药当中种类最多、应用最广的部分药材，生产和消费量都很大。然而在中医药市场中还经常爆出中草药的质量问题，影响中医治疗的效果，甚至危害消费者的健康安全。这也成为中医发展壮大和国际化进程的主要瓶颈。加强中草药质量管理，提高中草药的检测水平，是亟待解决的问题。然而，在大批量中草药检测的过程中，传统的中草药检测方法难以实现快速、高效的检测需求。太赫兹技术的应用为中草药行业带来了创新的机会，促进了行业的发展和升级。太赫兹检测设备和技术的开发和应用，需要更多的研发和工程努力，以降低设备成本、简化操作流程并提供更易于使用的解决方案。开发门槛低、精度高、速度快且可靠的三七粉掺假检测技术能够满足相关部门企业和市场需求。

太赫兹光谱技术位于电磁谱中红外光和微波之间，频率范围为0.1 THz到10 THz。太赫兹光谱技术具有非破坏性、无辐射危害和较好的穿透性等特点，适用于中草药的分析与检测。它不仅可以鉴定中草药中的主要成分，还能够研究中草药的晶体结构和微观相互作用等信息。

1   太赫兹技术

1.1太赫兹源和探测器

太赫兹检测系统包括源和探测器两个重要部分。图２（ａ）和（ｂ）所示为常见的太赫兹辐射产生方法：光导天线技术通过光激发，在半导体基上的两个金属电极之间产生载流子，进而生成太赫兹辐射；而光整流技术则是利用脉冲激光与非线性晶体的相互作用产生太赫兹波。太赫兹探测器依据探测原理不同，分为热效应、光电效应、电子学效应等多种类型。光导天线中探测光束激发电导介质产生自由载流子，再利用载流子产生的光电流与太赫兹辐射成正比的特性测得瞬时电场，如图２（ｃ）所示；而电光采样技术则使用ＺｎＴｅ等电光晶体，利用偏振控制系统获得太赫兹辐射波形信息，如图２（ｄ）所示。

图２ 利用（ａ）光导天线和（ｂ）光整流产生太赫兹波；利用（ｃ）光导天线和（ｄ）电光采样探测太赫兹波

1.2太赫兹光谱

太赫兹光谱所涵盖的频率范围对于许多物质的研究至关重要。在太赫兹波段，物质的电子、晶格振动和电磁波与介质相互作用，产生特征性的吸收、透射和反射现象。通过测量和分析这些特征，可以获得关于物质的结构、组成和相互作用的信息。太赫兹光谱的测量通常通过将样品暴露在太赫兹辐射源产生的太赫兹波束中，并测量经过样品后的传播光强度的变化。通过对样品在不同频率（或波长）上的吸收或透射进行测量和分析，可以得到太赫兹光谱，其中包含有关样品的信息。

1.3太赫兹成像

在太赫兹成像中，首先需要使用太赫兹辐射源产生太赫兹波。常见的太赫兹辐射源包括激光和电子束等。太赫兹波经过一个样品或物体后，会与该样品相互作用，被吸收、透射或反射。这些与样品相互作用后的太赫兹波会被一个太赫兹探测器捕捉，并转换成电信号。获取到的电信号经过放大和处理后，会得到一系列的太赫兹波幅度和相位数据。这些数据包含了物体的吸收、透射和反射特征，反映了物体的电磁响应。在图像重建过程中，使用数学算法和图像处理技术对太赫兹波的幅度和相位数据进行分析和处理，以恢复出物体的空间分布信息。常见的图像重建方法包括时域成像和频域成像。最后，通过将重建的图像进行显示和分析，可以观察和解释物体的特征。可以使用图像处理技术来增强对比度、去除噪声等，以获得更清晰的图像。

2  太赫兹技术在三七检测中的应用

太赫兹技术在中草药检测中可以对产品的质量和安全性进行全面的评估。通过对中草药的成分、污染物、重金属等进行快速检测，可以确保中草药产品符合相关标准和法规。 太赫兹技术的应用为中草药行业带来了创新的机会，促进了行业的发展和升级。太赫兹检测设备和技术的开发和应用，提供了研发、生产、销售等环节的人员和资源，推动了相关产业链的发展。 因此研究太赫兹无损检测技术这个项目孕育而生。太赫兹光谱技术是一种新兴的非破坏性测试方法，具有透射、反射或散射样品并获取其物质特性的能力。太赫兹辐射的频率位于电磁波和红外波段之间，对物质的振动和转动态提供了独特的敏感性，因此在分析材料的成分、结构和特性方面具有优势，使得三七检测的操作更易、精度更高、效率更快。

3  太赫兹技术在三七检测中的问题与展望

3.1 三七检测中太赫兹应用局限

太赫兹光谱的分辨率相对较低，通常在数百GHz到几THz范围内。这可能导致在一些复杂草药中无法准确分辨出每个成分的细节结构，特别是在存在重叠峰的情况下。。由于太赫兹辐射对水分和固态样品的敏感性较低，为了获得准确的数据，可能需要对样品进行特殊处理或制备，例如制备均匀的样品表面、去除水分等。太赫兹光谱提供的数据复杂且多样，解释和分析可能较为困难。3.12三七检测中太赫兹应用展望

3.2.1 无破坏性检测

太赫兹技术能够实现对中草药的非接触性、无破坏性的检测，无需对样品进行物理处理或破坏性取样。这种非侵入性的检测方法能够保持中草药的完整性和原样性，避免了传统检测中可能引起的样品污染和损坏，为中草药的质量评估提供了更准确和可靠的数据。

3.2.2高速检测

相比传统的化学分析方法，太赫兹技术可以实现实时或几秒钟级的检测，极大地提高了中草药检测的效率和 Throughput. 太赫兹光谱技术具有快速获取光谱数据的能力，可进行高通量的草药检测。通过对太赫兹辐射的吸收、反射、透射等进行分析，可以获得中草药的成分、结构、水分、污染物含量、重金属等多方面的信息。这使得中草药的质量评估更加全面和综合。

4  结论

太赫兹光谱技术作为一种新兴的分析方法，在中草药研究领域具有广阔的应用前景。它可以用于中草药的质量评估、成分分析和相互作用研究等方面，为中草药的研究和开发提供了一种快速、高效和非破坏性的分析方法。然而，太赫兹光谱技术在中草药研究中还面临一些挑战，如样品制备的标准化、数据库的建立等。只有克服这些挑战，发展更高性能和更可靠的太赫兹光谱技术，才能更好地推动中草药研究的进展。

参考文献

[1] 欧阳爱国, 蔡会周, 李斌, 刘刚. 玉米粉中苯甲酸的太赫兹光谱定量检测研究[J]. 激光技术, 2020, 44(04): 478-484.  

[2] 胡军, 刘燕德, 孙旭东, 欧阳爱国, 蔡会周, 刘洪量. 基于 LS-SVM 和 THz 光谱技术的面粉中苯甲酸检测研究[J]. 光谱学与光谱分析, 2019, 39(11): 3566-3570.