太赫兹光谱技术在毒品检测中的应用研究

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1、万方数据第33卷，第9期2013年9月光谱学与光谱分析SpectroscopyandSpectralAnalysisV01．33，No．9，pp2348—2353September，2013太赫兹光谱技术在毒品检测中的应用研究和挺，沈京玲。北京市太赫兹波谱与成像重点实验室，太赫兹光电子学教育部重点实验室，首都师范大学物理系，北京100048摘要综述了近年来将太赫兹光谱技术应用于毒品检测与识别方面的研究成果：利用自主研发的可移动式小型太赫兹时域光谱仪作为实验平台，建立了含有38种纯度在90％以上的毒品太赫兹光谱数据库；用密度泛函理论进行了光谱解析；讨论了干涉以及包装物对光谱的影响；结合

2、人工神经网络、支持向量机等方法对毒品光谱进行定性识别；同时，研究确定毒品纯度和有效成份含量的理论和实验方法。关键词太赫兹光谱技术；毒品检测；光谱识别；人工神经网络；光谱分析中图分类号：0657．3文献标识码：ADOI：10．3964／]．issn．1000—0593(2013)09—2348—06引言THz时域光谱技术(terahertztimedomainspectroscopy，THz-TI)s)是20世纪90年代发展起来的一种新型光谱测量技术，使用频率介于红外和微波之间(频率在0．1～10THz范围内)的相干电磁辐射脉冲作为探测源，利用电光取样或光电导取样的方法直接记录THz辐

3、射场的振幅时间波形，通过傅里叶变换得到测量信号振幅和相位的分布，进而获得材料在THz波段的复折射率，即色散及吸收等信息，从而得到材料的物理和化学性质。能够应用太赫兹时域光谱技术进行毒品检测是基于下列两个事实：(1)多数毒品在太赫兹波段具有特征吸收；(2)多数包装材料如纸张、织物、塑料、木头，对太赫兹波是透明的。将二者结合起来，使太赫兹技术非常适于进行毒品的无损检测。自2005年以来，致力于将太赫兹技术用于毒品的检测和识别，取得了一系列研究成果。将从下面几个方面介绍这些研究成果：毒品太赫兹光谱测量；对毒品进行分子层次的结构指认；分析干涉以及包装物等对测量毒品太赫兹光谱的影响；毒品纯度和

4、有效成份含量分析和识别方法。1实验部分1．1太赫兹时域光谱系统和样品典型的太赫兹时域光谱实验系统主要由飞秒脉冲激光器、THz发射元件、THz探测元件和时间延迟控制系统等组成[1]。为了将毒品太赫兹检测技术推向实用化，自主设计并搭建了一套可移动式小型太赫兹时域光谱系统(THz-TI)s)。该系统区别于其他传统TDS系统的地方在于其可任意移动并且兼顾小型集成化。系统信噪比为120，动态范围为3000，频谱有效带宽为0．2～2．6THz，完全可以承担对物质光谱的测量。将该系统用于毒品检测，完成了38种毒品光谱的测量，并将结果与以往其他系统上的测量数据进行比较，得到了一致的结果，证明了系统的

5、可靠性。毒品样品及其制备：所有毒品样品，包括纯品和街头毒品均来自公安部第一研究所，其中纯品的纯度超过99％。样品均为固态，实验时根据需要将样品制备为片状(直径为10．omm，厚度为o．6～1-0mm的薄片)或者粉末状。1．2毒品数据库毒品数据库存放了38种毒品的太赫兹光谱数据，包括吸收谱和折射率谱，这些毒品的种类名称分别是：MA，MDA，M眺dA，03单乙酰吗啡、乙酰可待因、海洛因、硫酸氨维他命、吗啡、咖啡因、可待因、氯胺酮、盐酸麻黄碱、06单乙酰吗啡、HCI罂粟碱、HCI可卡因、HCl伪麻黄碱、HCl甲基麻黄碱、杜冷丁、巴比妥、苯巴比妥、异戊巴比妥、安眠酮、阿普唑仑、咪哒唑仑、三唑

6、仑、安非他明、HCl二氢埃托啡、硫酸可待因、磷酸可待因、盐酸美沙酮、盐酸甲基安非他明、安定、硝西泮、氯硝西泮、卡马西平、安乃近、速可收稿日期：2012-11—02。修订日期：2013—03—23基金项目：国家(973计划)项目(2007CB310408)，北京市自然科学基金、北京市教育委员会科技发展计划重点项目(KZ200610028016)，北京市教育委员会科技发展计划项目(KM200910028005)和北京市自然科学基金项目(4102016)资助作者简介：和挺，1984年生，首都师范大学物理系博士研究生e-mail：hetin954@grnail．com*通讯联系人e-mail

7、：sjl—phy@mail．cnu．edu．cn万方数据第9期光谱学与光谱分析2349眠、舒乐安定。本数据库毒品的种类是目前国际上最多的。比较了同一个样品在不同太赫兹时域光谱仪、以及傅里叶红外光谱仪上进行测量的结果，并且和国际上已经发表的数据进行比较，得到了一致的结果，从而确认了光谱数据的可靠性。2毒品太赫兹光谱分析2．1密度泛函理论对于毒品太赫兹光谱的分析，采用了密度泛函理论(Ⅸ叮)。这一理论在分子和固体的电子结构研究中有广泛的应用。密度泛函方法包括局域