一種基于太赫茲光譜的固體農(nóng)藥鑒別方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于太赫茲光譜的固體農(nóng)藥鑒別方法。其步驟如下：1)應(yīng)用太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)對(duì)純度大于99％的固體農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行檢測，獲得各樣品的太赫茲時(shí)域信號(hào)，然后計(jì)算各樣品的吸收光譜，固體農(nóng)藥是：六氯苯，三氯殺螨砜，亞胺硫磷和敵百蟲；2)對(duì)各樣品的吸收光譜進(jìn)行歸一化處理，消除噪聲和漂移的影響，用于各樣品光譜分類；3)利用C-支持向量機(jī)(C-SVM)對(duì)各樣品太赫茲吸收光譜進(jìn)行識(shí)別。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)藥的快速、無損檢測，具有實(shí)驗(yàn)樣品前處理簡單，易操作，重復(fù)性好，數(shù)據(jù)處理簡單，檢測結(jié)果準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種基于太赫茲光譜的固體農(nóng)藥鑒別方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鑒別農(nóng)藥的方法，尤其涉及一種基于太赫茲光譜的固體農(nóng)藥鑒別 方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，農(nóng)藥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著不可替代的作用。大量且種類繁 多農(nóng)藥對(duì)于保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，減少勞動(dòng)力的投入具有重要意義。然而，農(nóng)藥的大量使用在發(fā)揮 積極作用的同時(shí)，也對(duì)生態(tài)環(huán)境造成污染及破壞，同時(shí)農(nóng)藥在農(nóng)產(chǎn)品及食品中的殘留日益 成為一個(gè)影響人類安全的社會(huì)問題。
[0003] THz時(shí)域光譜技術(shù)是近年來涌現(xiàn)出來的遠(yuǎn)紅外光譜檢測新技術(shù)。THz時(shí)域光譜系 統(tǒng)（THz-TDS)的樣品制備簡單，能夠避免色譜等技術(shù)中復(fù)雜的前處理過程。THz-TDS系統(tǒng) 采用的光電取樣探測技術(shù)是一種相干探測技術(shù)，能直接測量THz電場完整的幅度和相位信 息，無需借助于Kromers-Kronig關(guān)系即可獲得樣品的吸收系數(shù)和折射率。同時(shí)電光探測技 術(shù)還使THz波對(duì)黑體輻射（熱背景）不敏感，因此系統(tǒng)具有非常高的信噪比。THz-TDS系統(tǒng) 可以實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的快速檢測，只需幾十秒即可得到樣品的THz光譜。太赫茲電磁輻射光子能 量較低，ITHz的太赫茲波其光子能量只有大約4meV，與X射線相比低了很多，不會(huì)使被檢測 物質(zhì)發(fā)生光致電離。太赫茲波可以穿透很多非極性分子構(gòu)成的物質(zhì)，如塑料制品、紙箱、布 料等包裝材料，這一特性可以應(yīng)用于對(duì)包裝內(nèi)的物品進(jìn)行檢測。因此，THz時(shí)域光譜技術(shù)在 農(nóng)藥的快速準(zhǔn)確檢測方面具有廣闊的前景。
[0004] 歸一化就是把數(shù)據(jù)樣本歸為統(tǒng)一的模式下，避免數(shù)據(jù)的大小不一，歸一后的值為 0?1。簡單的說，歸一就是同意標(biāo)準(zhǔn)，消除噪聲和漂移的影響。
[0005] 支持向量機(jī)（SVM)是建立在統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論的VC維理論和結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)最小原理基礎(chǔ) 上的一種機(jī)器學(xué)習(xí)算法，根據(jù)有限的樣本信息在模型的復(fù)雜性（即對(duì)特定訓(xùn)練樣本的學(xué)習(xí) 精度）和學(xué)習(xí)能力（即無錯(cuò)誤地識(shí)別任意樣本的能力）之間尋求最佳折衷，以求獲得最好 的推廣能力。SVM著重研究在小樣本情況下的統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)問題，在解決小樣本、非線性及高維 模式識(shí)別中表現(xiàn)出許多特有的優(yōu)勢。它克服了其它機(jī)器鑒別技術(shù)無法解決的過學(xué)習(xí)、非線 性、維數(shù)災(zāi)難、局部最小點(diǎn)等問題，在文本分類、手寫文字識(shí)別、圖像分類、生物序列分析等 實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)出非常好的性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于太赫茲光譜的固體農(nóng)藥鑒別 方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)固體農(nóng)藥種類進(jìn)行簡單快速準(zhǔn)確無損檢測。
[0007] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0008] -種基于太赫茲光譜的固體農(nóng)藥鑒別方法，包括如下步驟：
[0009] 1)應(yīng)用太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)對(duì)純度大于99%的固體農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行檢測，獲 得各樣品的太赫茲時(shí)域信號(hào)，然后計(jì)算各樣品的吸收光譜，固體農(nóng)藥是：六氯苯，三氯殺螨 砜，亞胺硫磷和敵百蟲；
[0010] 2)對(duì)各樣品的吸收光譜進(jìn)行歸一化，消除噪聲和漂移的影響，用于各樣品光譜分 類。
[0011] 3)利用C-支持向量機(jī)（C-SVM)對(duì)各樣品太赫茲吸收光譜進(jìn)行識(shí)別。
[0012] 其中步驟1)的具體實(shí)施方法如下：
[0013] (1)將純度大于99%的六氯苯、三氯殺螨砜、亞胺硫磷和敵百蟲原藥及聚乙烯粉 末分別置于真空干燥箱中干燥2?3小時(shí)，然后將四種農(nóng)藥原藥分別與聚乙烯粉末以I : 1 的比例混合，稱取200mg，在紅外燈照射下在瑪瑙研缽中進(jìn)行充分研磨并混合均勻，用壓片 機(jī)在20MPa的壓力下將其壓成直徑為13mm，厚度I. 0?I. 5mm的圓盤形薄片，得到固體農(nóng)藥 實(shí)驗(yàn)樣品；
[0014] (2)在室溫和相對(duì)濕度小于1%的氮?dú)猸h(huán)境中，利用太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)分別對(duì) 空樣品架和放了實(shí)驗(yàn)樣品的樣品架進(jìn)行檢測，得到氮?dú)夂蛯?shí)驗(yàn)樣品的THz時(shí)域波形數(shù)據(jù)， 分別作為數(shù)據(jù)處理的參考信號(hào)和樣品信號(hào)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)樣品重復(fù)測量11次；
[0015] (3)對(duì)各參考信號(hào)和樣品信號(hào)分別進(jìn)行快速傅立葉變換，得到各參考信號(hào)和樣品 信號(hào)的太赫茲頻域數(shù)據(jù)；
[0016] (5)采用菲涅爾公式，計(jì)算各固體農(nóng)藥樣品的吸收系數(shù)，公式如下：
[0017]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于太赫茲光譜的固體農(nóng)藥鑒別方法，其特征在于它的步驟如下： 1) 應(yīng)用太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)對(duì)純度大于99%的固體農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行檢測，獲得各 樣品的太赫茲時(shí)域信號(hào)，然后計(jì)算各樣品的吸收光譜，固體農(nóng)藥是：六氯苯，三氯殺螨砜，亞 胺硫磷和敵百蟲； 2) 對(duì)各樣品的吸收光譜進(jìn)行歸一化處理，用于各樣品光譜分類。 3) 利用C-支持向量機(jī)（C-SVM)對(duì)各樣品太赫茲吸收光譜進(jìn)行識(shí)別。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于太赫茲光譜的固體農(nóng)藥鑒別方法，其特征在于所述 步驟1)具體實(shí)施方法為： (1) 將純度大于99%的六氯苯、三氯殺螨砜、亞胺硫磷和敵百蟲原藥及聚乙烯粉末分 別置于真空干燥箱中干燥2?3小時(shí)，然后將四種農(nóng)藥原藥分別與聚乙烯粉末以I: 1的 比例混合，稱取200mg，在紅外燈照射下在瑪瑙研缽中進(jìn)行充分研磨并混合均勻，用壓片機(jī) 在20MPa的壓力下將其壓成直徑為13mm，厚度I.O?I. 5mm的圓盤形薄片，得到固體農(nóng)藥實(shí) 驗(yàn)樣品； (2) 在室溫和相對(duì)濕度小于1%的氮?dú)猸h(huán)境中，利用太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)分別對(duì)空樣 品架和放了實(shí)驗(yàn)樣品的樣品架進(jìn)行檢測，得到氮?dú)夂蛯?shí)驗(yàn)樣品的THz時(shí)域波形數(shù)據(jù)，分別 作為數(shù)據(jù)處理的參考信號(hào)和樣品信號(hào)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)樣品重復(fù)測量11次； (3) 對(duì)各參考信號(hào)和樣品信號(hào)分別進(jìn)行快速傅立葉變換，得到各參考信號(hào)和樣品信號(hào) 的太赫茲頻域數(shù)據(jù)； (5)采用菲涅爾公式，計(jì)算各固體農(nóng)藥樣品的吸收系數(shù)，公式如下： <
公式中，η(ω)、α(ω)分別為折射率和吸收系數(shù)，p(ω)、φ(ω)分別為頻域樣品信 號(hào)和頻域參考信號(hào)的幅值比和相位差（rad)，其數(shù)值可由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到；d為測試樣品厚度 (mm);c為光速，3.OX108m/s;ω為角頻率（rad/s)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于太赫茲光譜的固體農(nóng)藥鑒別方法，其特征在于所述 步驟2):對(duì)頻率范圍為0. 3-2. 2THz的四種固體農(nóng)藥樣品的各次吸收光譜，共4X11組數(shù)據(jù) 進(jìn)行歸一化處理，歸一化公式為=v^ c-支持向量 -xVwJmax ~ XVW/min 機(jī)的輸入數(shù)據(jù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于太赫茲光譜的固體農(nóng)藥鑒別方法，其特征在于所述 步驟3):以歸一化的吸收光譜作為輸入，以RBF函數(shù)：K(X，Xi) =exp(IXIx-XiI2)作為 核函數(shù)，利用C-支持向量機(jī)對(duì)四種固體農(nóng)藥的吸收光譜進(jìn)行識(shí)別。在識(shí)別過程中，把每種 固體農(nóng)藥樣品的11組歸一化后的吸收光譜中的8組用于支持向量機(jī)的訓(xùn)練，其余3組用于 預(yù)測識(shí)別。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于太赫茲光譜的固體農(nóng)藥鑒別方法，其特征在于六 氯苯的指紋圖譜的特征吸收峰位于〇. 53,0. 64,0. 84,1. 05,1. 26,1. 53,1. 74,1. 95, 2. 05， 2. 15THz處。
6. 根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于太赫茲光譜的固體農(nóng)藥鑒別方法，其特征在于三氯 殺螨砜的指紋圖譜的特征吸收峰位于0. 35,0. 65,0. 96,1. 30,1. 57,1. 85, 2. 18THz處。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于太赫茲光譜的固體農(nóng)藥鑒別方法，其特征在于亞胺 硫磷的指紋圖譜的特征吸收峰位于〇. 90,1. 23,1. 68,1. 84,1. 98, 2.IlTHz處。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于太赫茲光譜的固體農(nóng)藥鑒別方法，其特征在于敵百 蟲的指紋圖譜的特征吸收峰位于1. 17,1. 56, 2. 06THz處。
【文檔編號(hào)】G01N21/31GK104237143SQ201310242987
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2013年6月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月8日
【發(fā)明者】黃翼虎, 馬吉祥, 劉文龍, 林其安, 王新龍, 張銀萍, 李秋陽 申請(qǐng)人:青島科技大學(xué)