CN106546556B - 一种基于太赫兹时域光谱鉴别仿瓷餐具优劣的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于检测技术领域，尤其涉及一种基于太赫兹时域光谱鉴别仿瓷餐具优劣的方法，该方法先采集已知优质仿瓷餐具和未知品质仿瓷餐具的太赫兹时域光谱，将太赫兹时域光谱转化为吸收系数谱；通过比较未知品质仿瓷餐具和已知优质仿瓷餐具的吸收系数进行鉴别，未知品质仿瓷餐具的吸收系数与已知优质仿瓷餐具的吸收系数越接近，品质越好；未知品质仿瓷餐具的吸收系数越大于已知优质仿瓷餐具的吸收系数，品质越差。本发明所述的方法无需样品前处理，不需破坏样品，可实现无损检测；检测结果不受餐具厚度、形状、颜色、花色的影响，实验操作简单、分析速度快。
Description
技术领域
本发明涉及光谱检测技术领域，尤其涉及一种基于太赫兹时域光谱鉴别仿瓷餐具优劣的方法。
背景技术
仿瓷餐具是以树脂为原料加工而成的用具，具有坚实、不易损坏的特点，很多食堂的餐具均以仿瓷餐具为主。我国标准要求规定仿瓷餐具的制作必须以密胺粉(即三聚氰胺甲醛树脂)为基材、以a纤维素为基料制作，但一些商家为了追逐更高的利润，以次充好，使用廉价的脲醛树脂代替三聚氰胺甲醛树脂为基材制作劣质餐具。脲醛树脂是由尿素和甲醛溶液在碱或酸催化下进行缩聚反应制得，使用过程中，会发生水解，释放甲醛，对人体健康造成危害。因此，建立仿瓷餐具优劣的检测方法是非常重要的。
目前仿瓷餐具检测主要参照国家标准，根据甲醛迁移量等指标鉴别餐具的优劣。除此之外，还有核磁共振，红外光谱等检测方法。对于理化指标的检测，存在实验操作过程复杂，耗时长，消耗大量化学试剂等缺点，而且上述方法均需要损坏待检测的餐具样品。
太赫兹波通常指的是频率在0.1THz～10THz之间的电磁波，其波段在微波和红外光之间，属于远红外波段。太赫兹波对非极性物质透过极强，可穿透塑料、纸张、布料等物质，获得透射光谱信息；而且太赫兹波能量较低，不易损坏被检测物质。由于三聚氰胺甲醛树脂和脲醛树脂的化学结构不同，极性不同，因此太赫兹波的透过性也会不同。
发明内容
本发明的目的是在于提供一种基于太赫兹时域光谱技术鉴别仿瓷餐具优劣的方法。该方法具有无损高效、简单快速的特点。
为了实现上述目的，具体采用如下技术方案：
(1)采集已知优质仿瓷餐具和未知品质仿瓷餐具的太赫兹时域光谱，将太赫兹时域光谱转化为吸收系数谱；
(2)通过比较未知品质仿瓷餐具和已知优质仿瓷餐具的吸收系数进行鉴别，当未知品质仿瓷餐具的吸收系数与已知优质仿瓷餐具的吸收系数接近，则为优质餐具，当未知品质仿瓷餐具的吸收系数越明显大于已知优质仿瓷餐具的吸收系数，则为劣质餐具。
由于三聚氰胺甲醛树脂和脲醛树脂的化学结构不同，其极性也不相同，二者对太赫兹波的吸收强弱存在差异，经研究发现，脲醛树脂的吸收系数高于密胺树脂，因此可以根据优劣餐具对太赫兹波的吸收强弱不同来对其品质进行鉴别。本发明所述的方法对三聚氰胺甲醛树脂餐具、脲醛树脂仿瓷餐具、掺杂有脲醛树脂的三聚氰胺甲醛树脂仿瓷餐具具有很好的鉴别能力。优选地，当餐具厚度为1-5mm时，鉴别效果更佳。
采用太赫兹技术对仿瓷餐具进行鉴别时，相同材质、不同厚度的餐具的太赫兹时域光谱完全不同，随着厚度的增加信号强度减弱并伴有时间延迟线性，因此，仅根据时域光谱无法实现仿瓷餐具优劣的鉴别。研究发现，将获得的时域光谱数据转化为吸收系数谱可以消除仿瓷餐具厚度对鉴别结果精准度的影响。进一步研究发现，采用太赫兹技术同样适用于不同颜色，不同花色的仿瓷餐具的鉴别。即，采用本发明所述的方法能够实现对普通市售不同颜色、不同花色、不同厚度的仿瓷餐具的鉴别。
上述方法中，将所述太赫兹时域光谱转化为吸收系数谱的方法为：将太赫兹时域光谱通过快速傅立叶变换得到太赫兹频域谱，并依据公式1-2计算得到吸收系数，然后以太赫兹波的频率为横坐标，吸收系数为纵坐标，绘制吸收系数谱，即得。
其中，α(ω)为样品的吸收系数，n(ω)为样品折射率，A(ω)为振幅信息；φ(ω)为相位信息；d为样品厚度；ω为光谱的角频率。
本发明采用透射扫描模式获取太赫兹时域光谱。太赫兹波照射样品的入射角为90°，具体操作时可根据仪器型号进行调整。
优选地，所述太赫兹波的频率为0-5THz，进一步优选为0.1-1.5THz。
优选地，所述太赫兹波的频率分辨率为7.6GHz。
优选地，所述太赫兹时域光谱的扫描次数为102-16384次，具体操作时可依据仪器型号进行调整。
优选地，每个样品的太赫兹扫描时间优选为6-10ms/次，具体操作时可依据仪器型号进行调整。
在一种优选的方式中，采用ADVANTEST太赫兹时域光谱仪测试时，采用的太赫兹波的频率为0.1-1.5THz，频率分辨率为7.6GHz，扫描次数为1024次。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可以相互组合，即得本发明各较佳实例。
本发明取得了如下积极效果：
(1)太赫兹波能穿透餐具树脂材料，获得光谱信息，无需样品前处理，不需破坏样品，可实现无损检测；(2)检测结果不受餐具厚度、形状的影响；(3)检测结果不受餐具颜色、花色影响；实验操作简单、分析速度快。
附图说明
图1为不同厚度密胺树脂压片的太赫兹时域光谱；
图2为不同厚度密胺树脂压片的太赫兹吸收系数谱；
图3为不同比例混合树脂压片的太赫兹吸收系数谱；
图4为不同材质餐具的太赫兹吸收系数谱。
图5为实施例1的吸收系数谱；
图6为实施例2的吸收系数谱。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中涉及的操作如无特殊说明，均为本领域常规技术操作。
实验例1
称取不同重量的三聚氰胺甲醛树脂(密胺树脂)进行压片，压片后的厚度分别为3.8mm，2.4mm，1.6mm，对压片进行太赫兹光谱扫描，得到的太赫兹时域光谱如图1所示。从图1可以看出：不同厚度的密胺树脂压片的太赫兹时域光谱完全不同，随着厚度的增加信号强度减弱并伴有时间延迟现象。
将测得的太赫兹时域谱通过快速傅立叶变换得到太赫兹频域谱，依据说明书记载的公式1-2计算得到吸收系数，绘制吸收系数谱，如图2所示。由图2可以看出，不同厚度的密胺树脂压片的吸收系数谱基本相同，这表明将太赫兹时域谱转化为吸收系数谱可以消除餐具厚度对检测结果的影响。
实验例2
取厚度均为1.4mm的绿色和橙色密胺餐具各两个，进行太赫兹光谱扫描，获得的太赫兹时域光谱如图3所示，并采用与实验例1相同的方法将太赫兹时域光谱数据转化吸收系数谱，如图4所示。
由图3的太赫兹时域光谱和图4的吸收系数谱可以看出，对于厚度相同的橙色和绿色餐具，其太赫兹谱图，时间延迟以及信号强度基本相同，这说明餐具的颜色并不会对检测结果造成影响。
实施例1
(1)混合树脂样品压片的制作
利用电子天平称重，将三聚氰胺甲醛树脂和脲醛树脂按照不同的比例混合均匀，研磨，经过粉末压片机压片(模具直径13mm，压力20MPa，保压1min)制得混合树脂的样品压片。样品压片中脲醛树脂的含量分别为0％，20％，50％，75％，100％，样品压片的厚度为1.2-1.7mm。
(2)对样品压片进行太赫兹光谱扫描，获取时域光谱图
该实施例采用大恒科技太赫兹时域光谱仪，具体扫描方式为：将样品放入样品仓后，对样品仓充氮气，使样品仓内湿度低于4％，温度：22±5℃；采用透射扫描模式，具体扫描参数为：太赫兹波的频率为0.1-3.5THz，频率分辨率为<5GHz。
(3)绘制样品压片的吸收系数谱
将测得的太赫兹时域谱通过快速傅立叶变换得到太赫兹频域谱，依据说明书记载的公式1-2得到吸收系数，并绘制吸收系数谱；(如图5所示)：
(4)结果判定
由图5可以看出，脲醛树脂含量与吸收系数呈线性相关，随着样品压片中脲醛树脂含量的增加，吸收系数增高，且基线也呈上升趋势，鉴别结果与已知配比混合压片的品质一致。
实施例2
(1)混合树脂样品压片的制作
密胺树脂餐具以及脲醛树脂餐具购买于超市和杂货市场，按照不同颜色、花色和不同脲醛树脂比例收集餐具样品。其中密胺树脂餐具4个，30％比例脲醛树脂含量餐具2个，脲醛树脂餐具1个。具体信息列于表1：
表1：仿瓷餐具信息
(2)对仿瓷参加进行太赫兹光谱扫描，获取时域光谱图
该实施例采用ADVANTEST太赫兹时域光谱仪，采用透射扫描模式，具体扫描参数为：太赫兹波的频率为0.1-1.5THz，频率分辨率为7.6GHz，扫描次数为1024次，扫描时间每次8ms。
(3)绘制仿瓷餐具的吸收系数谱
按照下述公式计算仿瓷餐具的吸收系数，并以太赫兹频率为横坐标，吸收系数为纵坐标绘制吸收系数谱(如图6所示)：
(4)结果判定
由图5可以看出，密胺树脂餐具的吸收系数基本相同，而脲醛树脂餐具的吸收系数高于密胺树脂餐具，鉴别结果与餐具实际品质一致。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (4)
1.一种基于太赫兹时域光谱鉴别仿瓷餐具优劣的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)采集已知优质仿瓷餐具和未知品质仿瓷餐具的太赫兹时域光谱，将太赫兹时域光谱转化为吸收系数谱；太赫兹波的频率为0.1-1.5THz；
(2)通过比较所述吸收系数谱中未知品质仿瓷餐具和已知优质仿瓷餐具的吸收系数进行鉴别，未知品质仿瓷餐具的吸收系数与已知优质仿瓷餐具的吸收系数越接近，品质越好；未知品质仿瓷餐具的吸收系数越大于已知优质仿瓷餐具的吸收系数，品质越差；
所述仿瓷餐具的材质为三聚氰胺甲醛树脂，或者脲醛树脂，或者三聚氰胺甲醛树脂和脲醛树脂的混合物；
所述仿瓷餐具的厚度为1-5mm；
采用如下步骤将太赫兹时域光谱转化为吸收系数谱：将太赫兹时域光谱通过快速傅立叶变换得到太赫兹频域谱，并依据公式1-2计算得到吸收系数，然后以太赫兹波的频率为横坐标，吸收系数为纵坐标，绘制吸收系数谱，即得；
其中，α(ω)为样品的吸收系数，n(ω)为样品折射率，A(ω)为振幅信息；φ(ω)为相位信息；d为样品厚度；ω为光谱的角频率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述太赫兹时域光谱的扫描次数为102-16384次。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述太赫兹波与样品的入射角为50-90°。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述太赫兹波与样品的入射角为90°。
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| CN106546556A (zh) | 2017-03-29 |
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