基于太赫兹频段的电磁波检测冬虫夏草质量的方法与流程

本发明涉及食品药品安全技术领域，特别涉及一种基于太赫兹频段的电磁波检测冬虫夏草质量的方法。

背景技术

由于自然环境变化、化学农药和肥料的使用，致使不同产地的中药材品质正在退化，同时一些假冒劣质的药材乘机混入中医药临床应用中，这些因素困扰和制约了中医临床的疗效和中药制剂的质量。对中药药材的质量，尤其是名贵中药材，例如冬虫夏草的质量，进行识别、鉴定、控制与优选是不可忽视的环节。我国传统中药材的识别鉴定有眼观、鼻闻、口尝、手摸、水火试等方法。随着科学技术的发展，上世纪中叶出现了借助现代物理与化学原理的仪器分析方法对中药材进行鉴别，如薄层色谱法、高效液相色谱法、显微鉴定法。但中药材成分复杂，样品需经提取分离或者制作切片标本。因此，对于冬虫夏草，传统的检测方法前期处理非常复杂，检测周期较长。

技术实现要素：

基于此，有必要针传统的检测方法检测冬虫夏草时检测周期长的问题，提供一种基于太赫兹频段的电磁波检测冬虫夏草质量的方法。

一种基于太赫兹频段的电磁波检测冬虫夏草真伪的方法，用于根据冬虫夏草的对照品检测冬虫夏草的待测样品的质量，所述太赫兹频段的电磁波的频段在预设范围内；所述方法包括：

检测所述对照品对所述太赫兹频段的电磁波的吸收光谱；其中，所述对照品的吸收光谱为指纹谱；

检测所述待测样品对所述太赫兹频段的电磁波的吸收光谱；其中，所述待测样品的吸收光谱为样品谱；

比较所述样品谱和所述指纹谱，得到比较结果，以根据所述比较结果判断所述待测样品是否为冬虫夏草的真品。

上述方法，用太赫兹频段的电磁波分别照射冬虫夏草的对照品和待测样品，相应得到冬虫夏草的对照品对太赫兹频段的电磁波的吸收光谱和待测样品对太赫兹频段的电磁波的吸收光谱。然后比较对照品的吸收光谱和待测样品的吸收光谱。这样便能够根据比较结果判断待测样品是否为冬虫夏草的真品，检测冬虫夏草的过程快捷，检测周期较短，检测方便。

在其中一个实施例中，所述比较所述样品谱和所述指纹谱，得到比较结果，以根据所述比较结果判断所述待测样品是否为冬虫夏草的真品的步骤包括：

从所述指纹谱中获取所述对照品的特征吸收峰的频率；

从所述样品谱中获取所述待测样品的特征吸收峰的频率；

比较所述待测样品的特征吸收峰的频率和所述对照品的特征吸收峰的频率，在所述待测样品的特征吸收峰的频率和所述对照品的特征吸收峰的频率一致时，所述样品谱和所述指纹谱一致，所述待测样品为真品。

在其中一个实施例中，所述对照品或所述待测样品在检测台上进行检测，所述检测台是全反射三棱镜，所述全反射三棱镜包括第一侧面、第二侧面和第三侧面，所述第一侧面和所述第二侧面相互垂直；所述对照品或所述待测样品位于所述全反射三棱镜的第三侧面上。

在其中一个实施例中，所述检测所述对照品对所述太赫兹频段的电磁波的吸收光谱的步骤之前包括：

在所述检测台空载时，从所述全反射三棱镜的第一侧面向所述第三侧面发射所述太赫兹频段的电磁波；其中，所述太赫兹频段的电磁波为探测波，所述探测波在所述全反射三棱镜的第三侧面上的入射角大于或等于临界角；

检测由所述第二侧面出射的参考反射波，得到所述参考反射波的光谱；

所述检测所述对照品对所述太赫兹频段的电磁波的吸收光谱的步骤包括：

从所述全反射三棱镜的第一侧面向所述对照品发射所述探测波；其中，所述探测波在所述全反射三棱镜的第三侧面上的入射角大于或等于临界角；

检测由所述第二侧面出射的对照反射波，得到所述对照反射波的光谱；

比较所述参考反射波的光谱和所述对照反射波的光谱，得到所述对照品对所述电磁波的吸收光谱；

所述检测所述待测样品对所述太赫兹频段的电磁波的吸收光谱的步骤包括：

从所述全反射三棱镜的第一侧面向所述待测样品发射所述探测波；其中，所述探测波在所述全反射三棱镜的第三侧面上的入射角大于或等于临界角；

检测由所述第二侧面出射的样品反射波，得到所述样品反射波的光谱；

比较所述参考反射波的光谱和所述样品反射波的光谱，得到所述待测样品对所述电磁波的吸收光谱。

在其中一个实施例中，所述参考反射波的光谱为参考时域太赫兹光谱；所述对照反射波的光谱为对照时域太赫兹光谱；所述样品反射波的光谱为样品时域太赫兹光谱；

所述比较所述参考反射波的光谱和所述对照反射波的光谱，得到所述对照品对所述电磁波的吸收光谱的步骤包括：

将所述参考时域太赫兹光谱进行傅里叶变换，得到参考频域太赫兹光谱；

将所述对照时域太赫兹光谱进行傅里叶变换，得到对照频域太赫兹光谱；

根据所述参考频域太赫兹光谱和所述对照频域太赫兹光谱，计算所述对照品对所述电磁波的吸收光谱；

所述比较所述参考波的光谱和所述样品反射波的光谱，得到所述待测样品对所述电磁波的吸收光谱的步骤包括：

将所述样品时域太赫兹光谱进行傅里叶变换，得到样品频域太赫兹光谱；

根据所述参考频域太赫兹光谱和所述样品频域太赫兹光谱，计算所述待测样品的对所述电磁波的吸收光谱。

在其中一个实施例中，所述根据所述参考频域太赫兹光谱和所述对照频域太赫兹光谱，计算所述对照品对所述电磁波的吸收光谱的步骤包括：

根据所述参考频域太赫兹光谱和所述对照频域太赫兹光谱，计算所述对照品对所述电磁波的吸收系数；其中，所述对照品的吸收系数反映所述对照品的吸收光谱；

所述根据所述参考频域太赫兹光谱和所述样品频域太赫兹光谱，计算所述待测样品的对所述电磁波的吸收光谱的步骤包括：

根据所述参考频域太赫兹光谱和所述样品频域太赫兹光谱，计算所述待测样品的对所述电磁波的吸收系数；其中，所述待测样品的吸收系数反映所述待测样品的吸收光谱。

在其中一个实施例中，所述检测所述对照品对所述太赫兹频段的电磁波的吸收光谱的步骤之前包括：

将所述对照品研成粉末状，并将粉末状的所述对照品放置在所述检测台上；以及

所述检测所述待测样品对所述太赫兹频段的电磁波的吸收光谱的步骤之前包括：

将所述待测样品研成粉末，并将所述待测样品的粉末放置在所述检测台上。

在其中一个实施例中，所述对照品的粉末和所述待测样品的粉末至少能过200目筛。

在其中一个实施例中，所述太赫兹频段的电磁波的频谱范围在0至1.5thz范围内。

在其中一个实施例中，所述检测台在工作时，所述检测台所在的环境为真空环境或惰性气体环境。

附图说明

图1为一实施例的基于太赫兹频段的电磁波检测冬虫夏草真伪的方法的流程示意图；

图2应用图1的方法检测的对照品的太赫兹吸收光谱图；

图3为应用图1的方法检测的待测样品一的太赫兹吸收光谱图；

图4为应用图1的方法检测的待测样品二的太赫兹吸收光谱图；

图5应用图1的方法检测的待测样品三的太赫兹吸收光谱图；

图6应用图1的方法检测的待测样品四的太赫兹吸收光谱图；

图7为一实施例中的检测台的示意图；

图8a为一实施例中检测对照品对太赫兹频段的电磁波的吸收光谱的方法的流程示意图；

图8b为一实施例中检测待测样品对太赫兹频段的电磁波的吸收光谱的方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

一种基于太赫兹频段的电磁波检测冬虫夏草真伪的方法，用于根据冬虫夏草的对照品检测冬虫夏草的待测样品的质量。太赫兹频段的电磁波的频段在预设范围内。太赫兹频段的电磁波的频段在检测冬虫夏草的有效范围。本实施方式中，太赫兹频段的电磁波波通常指的是0.1thz至10thz频段的电磁波，介于远红外和微波之间。本实施方式中，提供冬虫夏草的几种待测样品，包括待测样品一、待测样品二、待测样品三及待测样品四。其中，对照品为冬虫夏草某一产地、某一时期的真品。待测样品一、待测样品二、待测样品三及待测样品四的产品标识上标明的产地与日期均与对照品相同，以确保检测结果的准确。应用本实施方式的技术方案检测待测样品一、待测样品二、待测样品三及待测样品四的真伪。本实施方式中，可以借助于太赫兹时域光谱仪对冬虫夏草的各样品进行检测。

图1为一实施例的基于太赫兹频段的电磁波检测冬虫夏草真伪的方法的流程示意图。图2应用图1的方法检测的对照品的太赫兹吸收光谱图。图3为应用图1的方法检测的待测样品一的太赫兹吸收光谱图。图4为应用图1的方法检测的待测样品二的太赫兹吸收光谱图。图5应用图1的方法检测的待测样品三的太赫兹吸收光谱图。图6应用图1的方法检测的待测样品四的太赫兹吸收光谱图。基于太赫兹频段的电磁波检测冬虫夏草真伪的方法包括：

步骤s120，检测对照品对太赫兹频段的电磁波的吸收光谱。

具体地，对照品的吸收光谱为指纹谱。本实施例中，太赫兹时域光谱仪可以向对照品发射太赫兹频段的电磁波(该电磁波为探测波)，并检测对照品透射的电磁波或对照品反射的电磁波。通过比较透射的电磁波与探测波的光谱，或者比较对照品反射的电磁波与探测波的光谱，得到对照品对太赫兹频段的电磁波的吸收光谱。

步骤s140，检测待测样品对太赫兹频段的电磁波的吸收光谱。

具体地，待测样品的吸收光谱为样品谱。与指纹谱的检测方式一致，太赫兹时域光谱仪可以向待测样品发射上述探测波，并检测待测样品透射的电磁波或反射的电磁波。通过比较待测样品透射的电磁波与探测波的光谱，或者比较待测样品反射的电磁波与探测波的光谱，得到待测样品对太赫兹频段的电磁波的吸收光谱。对于待测样品一、待测样品二、待测样品三及待测样品四的吸收光谱可以分别测量。

步骤s160，比较样品谱和指纹谱，得到比较结果，以根据比较结果判断待测样品是否为冬虫夏草的真品。

具体地，可以比较样品谱和指纹谱是否一致。若一致，则证明待测样品是冬虫夏草的真品。若不一致，则待测样品是假的冬虫夏草。进一步地，可以从指纹谱中获取对照品的特征吸收峰的频率。从样品谱中获取待测样品的特征吸收峰的频率。然后比较待测样品的特征吸收峰的频率和对照品的特征吸收峰的频率。在待测样品的特征吸收峰的频率和对照品的特征吸收峰的频率一致时，样品谱和指纹谱一致，待测样品为真品。否则，待测样品不是真品。如图2所示，对于冬虫夏草的对照品而言，冬虫夏草在1.01thz、1.12thz频率位置存在特征吸收峰。对应地，1.01thz、1.12thz即为该对照品的特征吸收峰的频率。如图3至图6所示，待测样品一的特征吸收峰的频率为1.01thz、1.12thz。待测样品二的特征吸收峰的频率为1.01thz、1.12thz。待测样品三的特征吸收峰的频率为1.01thz、1.12thz。待测样品四在在0至1.5thz的频谱范围内没有出现冬虫夏草的特征吸收峰。因此，可以判定待测样品一、待测样品二、待测样品三是冬虫夏草的正品。而待测样品四为冬虫夏草的赝品。

上述方法，利用太赫兹频段的电磁波检测冬虫夏草的真伪。上述方法，用太赫兹频段的电磁波分别照射冬虫夏草的对照品和待测样品，相应得到冬虫夏草的对照品对太赫兹频段的电磁波的吸收光谱和待测样品对太赫兹频段的电磁波的吸收光谱。然后比较对照品的吸收光谱和待测样品的吸收光谱。这样便能够根据比较结果判断待测样品是否为冬虫夏草的真品，检测冬虫夏草的过程快捷，检测周期较短，检测方便且为无损检测。另外，利用太赫兹频段的电磁波检测冬虫夏草的过程避免了传统鉴别方法的前期化学成分的提取等前期工作，从而避免了冬虫夏草的化学成分的变质，使得检测结果准确。

一实施例中，在检测对照品对太赫兹频段的电磁波的吸收光谱之前，先用研钵将对照品研成粉末，并将对照品的粉末放置在检测台上。例如，对照品的粉末至少能过200目筛，对照品的粉末与检测台充分接触。在检测待测样品对太赫兹频段的电磁波的吸收光谱之前，先用研钵将待测样品研成粉末，并将待测样品的粉末放置在检测台上。待测样品的粉末至少能过200目筛。待测样品的粉末与检测台充分接触。这样，可以使得对照品或待测样品较细，且与检测台充分接触，使得检测结果较为准确。并且将对照品或待测样品放置在检测台上，也可以使得检测结果稳定。

进一步地，在检测时，可以将对照品和检测台放入样品仓内进行检测，将待测样品和检测台分别放入样品仓内进行检测。该样品仓内的环境为真空环境或惰性气体环境。这样，在检测时，样品仓内不存在吸收太赫兹频段的电磁波的物质，因此，可以使得检测结果更精确。在实际检测的过程中，样品仓内可以充入氮气，排出空气和水汽。

图7为一实施例中的检测台的示意图。图8a为一实施例中检测对照品对太赫兹频段的电磁波的吸收光谱的方法的流程示意图。图8b为一实施例中检测待测样品对太赫兹频段的电磁波的吸收光谱的方法的流程示意图。如图7所示，对照品200或待测样品在检测台上进行检测(图7中检测台上以对照品200为例)。检测台是全反射三棱镜100。全反射三棱镜100为硅晶。这样，可以尽量避免检测台对太赫兹频段的电磁波的吸收，使得检测结果准确。全反射三棱镜100包括第一侧面110、第二侧面120和第三侧面130。对照品200或待测样品位于全反射三棱镜100的第三侧面130上。

本实施例中，检测对照品200对太赫兹频段的电磁波的吸收光谱的步骤，即步骤s120之前包括：

在所述检测台空载时，从所述全反射三棱镜100的第一侧面110向所述第三侧面130发射所述太赫兹频段的电磁波。

检测由所述第二侧面120出射的参考反射波，得到所述参考反射波的光谱。

具体地，所述太赫兹频段的电磁波为探测波300，所述探测波300在所述全反射三棱镜100的第三侧面130上的入射角大于或等于临界角。也即在理论上，探测波300在第三侧面130上应该发生全反射。探测波300在全反射三棱镜100的内部的传播过程如下：探测波300从检测台的第一侧面110入射至检测台内，电磁波在检测台的第一侧面110的入射角为90度。探测波300入射至第一侧面110，入射角为θ，θ的值为35°。θ的值不限于此，也可以为其它数值，如45°。探测波300到达第三侧面130并发生反射，该反射为理论上的全反射。但是实际光路传播的过程中，检测台会吸收部分光能量。因此，由第三侧面130反射的反射光最终由第二侧面120出射，第二侧面120出射的光波能量比探测波能量小。第二侧面出射的光波为参考反射波，出射角为90°。本实施例中，参考反射波的光谱为参考时域太赫兹光谱，设参考反射波的光谱能量为er(t)。上述检测台也叫衰减全反射(attenuatedtotalreflection，atr)装置。

如图8a所示，检测对照品200对太赫兹频段的电磁波的吸收光谱的步骤，即步骤s120包括：

步骤s122,从全反射三棱镜100的第一侧面110向对照品200发射探测波。

具体地，探测波300在全反射三棱镜100的第三侧面130上的入射角大于或等于临界角。也即在理论上，探测波300在第三侧面130上应该发生全反射。探测波300在全反射三棱镜100的内部的传播过程如下：探测波300从检测台的第一侧面110入射至检测台内，电磁波在检测台的第一侧面110的入射角为90度。探测波300入射至第三侧面130，入射角为θ，θ的值为35°。θ的值不限于此，也可以为其它数值，如45°。探测波300到达第三侧面130并发生反射，该反射为理论上的全反射。但是实际光路传播的过程中，光束到达第三侧面后会穿透到对照品200中，在该过程中对照品对吸收光波，因此，第三侧面反射的反射光的强度小于参考反射波。第三侧面反射的反射光由第二侧面120出射，第二侧面出射的光为对照反射波。

步骤s124,检测由第二侧面120出射的对照反射波，得到对照反射波的光谱。

具体地，由第三侧面130反射的电磁波从检测台的第二侧面120射出检测台，以便于太赫兹时域光谱检测系统的其它部件检测对照品200的反射波，该反射光为对照反射波。对照反射波的光谱为对照时域太赫兹光谱，对照时域太赫兹光谱的能量为e1(t)。

步骤s126,比较参考反射波的光谱和对照反射波的光谱，得到对照品200对电磁波的吸收光谱。

具体地，将参考时域太赫兹光谱进行傅里叶变换，得到参考频域太赫兹光谱。设太赫兹频段的电磁波的角频率为ω，则对er(t)进行傅里叶变换的公式如下：

er(ω)＝∫er(t)exp(-iωt)dt(1)

即参考频域太赫兹光谱的能量为er(ω)。

将对照时域太赫兹光谱进行傅里叶变换，得到对照频域太赫兹光谱。同理，对e1(t)进行傅里叶变换的公式如下：

e1(ω)＝∫e1(t)exp(-iωt)dt(2)

即对照频域太赫兹光谱的能量为e1(ω)。

根据参考频域太赫兹光谱和对照频域太赫兹光谱，计算对照品200对电磁波的吸收光谱。具体地，根据参考频域太赫兹光谱和对照频域太赫兹光谱，计算对照品200对电磁波的吸收系数。对照品200的吸收系数反映对照品200的吸收光谱。因此，由式(1)和式(2)可以得到对照品200的吸收系数与角频率ω之间具有特定的函数关系。吸收系数的计算方法如下：

根据吸收系数的表达式即可求得对照品200对探测波300的特征吸收峰的频率。由式(1)至(3)可以得到对照品200的吸收系数与角频率ω的关系图，该关系图可以参照图2。相应地，对照品200对探测波300的特征吸收峰的频率为1.01thz、1.12thz。

如图8b所示，检测待测样品对太赫兹频段的电磁波的吸收光谱的步骤，即步骤s140包括：

步骤s142，从全反射三棱镜100的第一侧面110向待测样品发射探测波300。

具体地，探测波300在全反射三棱镜100的第三侧面130上的入射角大于或等于临界角。本步骤与上述步骤s122类似。探测波300在第三侧面130上应该发生全反射。探测波300在全反射三棱镜100的内部的传播过程如下：探测波300从检测台的第一侧面110入射至检测台内，电磁波在检测台的第一侧面110的入射角为90度。探测波300到达第三侧面130并发生反射，该反射为理论上的全反射。但是实际光路传播的过程中，探测波300由第三侧面130反射时也有部分探测波300被待测样品吸收，即由第二侧面120出射的电磁波的能量小于参考反射波的能量。

步骤s144，检测由第二侧面120出射的样品反射波，得到样品反射波的光谱。

具体地，由第三侧面130反射的电磁波从检测台的第二侧面120射出检测台，以便于太赫兹时域光谱检测系统的其它部件检测待测样品的反射波，该反射光为样品反射波。样品反射波的光谱为样品时域太赫兹光谱，样品时域太赫兹光谱的能量为e2(t)。

步骤s146，比较参考反射波的光谱和样品反射波的光谱，得到待测样品对电磁波的吸收光谱。

具体地，将样品时域太赫兹光谱进行傅里叶变换，得到样品频域太赫兹光谱。同理，对e2(t)进行傅里叶变换的公式如下：

e2(ω)＝∫e2(t)exp(-iωt)dt(4)

即对照频域太赫兹光谱的能量为e2(ω)。

根据参考频域太赫兹光谱和样品频域太赫兹光谱，计算待测样品对电磁波的吸收光谱。具体地，根据参考频域太赫兹光谱和样品频域太赫兹光谱，计算待测样品对电磁波的吸收系数。待测样品的吸收系数反映待测样品的吸收光谱。因此，由式(1)和式(2)可以得到待测样品的吸收系数与角频率ω之间具有特定的函数关系。吸收系数的计算方法如下：

根据吸收系数的表达式即可求得待测样品对探测波300的特征吸收峰的频率。由式(1)、(4)和(5)可以得到待测样品的吸收系数与角频率ω的关系图，该关系图可以参照图3至图6中任一一幅。进一步地，比较待测样品的特征吸收峰的频率和对照品200的特征吸收峰的频率即可判断冬虫夏草的真伪。

上述方法中，在对参考时域太赫兹光谱、对照时域太赫兹光谱及样品时域太赫兹光谱进行傅里叶变换前，可对各时域光谱信号进行光谱预处理。例如可采用矩形穿函数对各时域信号进行处理，以及可以对上述各时域信号增补若干零值点，以获取较高的频域分辨率。另外，对各时域光谱信号进行光谱预处理时可以采用savitzky-golay算法，以滤除噪声、提高光谱的平滑性的同时可以确保信号的形状、宽度不变。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。