一种测定混合物中目标成分百分含量的方法

摘要

本发明公开了一种测定混合物中目标成分百分含量的方法，包括如下步骤：1)用太赫兹时域光谱技术测出混合物的吸收光谱线；2)用太赫兹时域光谱技术测出目标成分纯物质的吸收光谱线；3)按照如下过程计算目标成分在混合物中的百分含量。本发明测定方法在混合物中其它成分未知的情况下，即可以测定出目标成分的百分含量，并且对样品没有损毁，可以广泛应用于混合物的成分测定中，特别是毒品的检测中。

说明书

技术领域

本发明涉及一种测定混合物中目标成分百分含量的方法，特别是涉及一种用太赫兹时域光谱技术在其它成分未知时，在不破坏被检测样品的情况下，测定混合物中已知成分的百分含量的方法。

背景技术

太赫兹(10¹²Hz)波位于微波和红外之间。THz时域光谱技术是一种相干探测技术，能够同时获得THz脉冲的振幅信息和相位信息，通过对时间波形进行傅立叶变换直接得到样品的吸收系数等光学参数。又根据朗伯—比尔定律，由质量分别为m₁，m₂，…，m_n，吸收系数分别为α₁(ω)，α₂(ω)，…，α_n(ω)的样品均匀混合而成的质量为m的混合样品的吸收系数：

$\alpha \left(\omega \right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{b}_i{\alpha }_i\left(\omega \right)---\left(1\right)$

其中b_i为各已知成分的质量百分比。按公式(1)，如果每个成分的吸收系数及它们混合物的吸收系数已知，那么通过线性回归的方法，就可以算出各成分的质量百分比。但此时需要知道混合物中每种成分的吸收光谱，这往往做不到。

目前，检测混合物成分百分含量的方法还有质谱法等，但是，质谱的方法会损毁样品，在毒品犯罪案件中，若毁坏证据，则无法重新鉴定，对于案件的复审不利。

发明内容

本发明的目的是提供一种测定混合物中目标成分百分含量的方法

本发明所提供的测定混合物中目标成分百分含量的方法，包括如下步骤：

1)用太赫兹时域光谱技术测出混合物的吸收光谱线；

2)用太赫兹时域光谱技术测出目标成分纯物质的吸收光谱线；

3)按照如下过程计算目标成分在混合物中的百分含量：

a，在混合物的吸收光谱线和目标成分纯物质的吸收光谱线中选取至少三个频率点的吸收系数，且相邻频率点的频率差相等；

b，当频率点为三个时，根据式(7)计算目标成分在混合物中的百分含量b1

b1＝[(α₁-α₂)-(α₂-α₃)]/[(α₁₁-α₁₂)-(α₁₂-α₁₃)]  (7)

式(7)中，α₁、α₂、α₃分别为混合物在三个频率点f1、f2、f3的吸收系数；α₁₁、α₁₂、α₁₃分别为目标成分纯物质在频率点f1、f2、f3的吸收系数；且f1-f2＝f2-f3；

c，当频率点大于三个时，采用最小二乘法计算目标成分在混合物中的百分含量b1。

为了提高测定结果的精度，还将混合物的吸收光谱线和目标成分纯物质的吸收光谱线划分为若干频率小段，在每个频率小段内计算出目标成分的百分含量；再对各频率小段的测定结果取平均值，舍去那些和平均值相比差值大于或接近10％的数据；对余下测定结果取平均值，即得到混合物中目标成分的百分含量。

本发明测定方法在混合物中其它成分未知的情况下，通过测定混合物和目标组分的太赫兹吸收谱数据，即可以测定出目标成分的百分含量，测定过程对样品没有损毁，可以广泛应用于混合物的成分测定中，特别是毒品的检测中。

附图说明

图1为冰毒(MA)，面粉(Flour)及二者的混合物(MixFM)的太赫兹吸收谱。

图2为盐酸氯胺酮(Ketamine)和混合物(Mixture)的太赫兹吸收谱。

具体实施方式

本发明测定方法包括如下步骤：

a，测定混合物的吸收光谱线和目标成分纯物质的吸收光谱线：

将混合物和混合物中已知成分的纯品制成直径为10mm，厚度约1.0mm的圆形薄片。用透射式太赫兹时域光谱系统，在相对湿度小于4.0％，温度22℃左右的环境中，测得太赫兹参考信号时间波形和透射样品后的时间波形，进行傅立叶变换并进行一定计算，得到样品在太赫兹波段0.2THz-2.6THz的吸收系数谱。

b，在混合物的吸收光谱线和目标成分纯物质的吸收光谱线中选取至少三个频率点的吸收系数，且相邻频率点的频率差相等；

c，计算目标成分的百分含量

以三个频率点为例，混合物在频率f1、f2、f3的吸收系数分别为α₁、α₂、α₃；目标成分在频率f1、f2、f3的吸收系数分别为α₁₁、α₁₂、α₁₃，其在混合物中的含量为b1；混合物中其他成分在f1、f2、f3的吸收系数分别为α₂₁、α₂₂、α₂₃，其在混合物中的含量为b2；按照公式(1)，可以得到如下式：

α₁＝b1α₁₁+b2α₂₁              (2)

α₂＝b1α₁₂+b2α₂₂              (3)

α₃＝b1α₁₃+b2α₂₃              (4)

将上述三个式子两两相减，得到如下两个式子：

α₁-α₂＝b1(α₁₁-α₁₂)+b2(α₂₁-α₂₂)    (5)

α₂-α₃＝b1(α₁₂-α₁₃)+b2(α₂₂-α₂₃)    (6)

假定混合物中其他成分的吸收系数与吸收频率成线性关系(α_2i＝kf_i+b，k、b均为常数)，由于f1、f2和f3两两之间的差值相等，则b2(α₂₁-α₂₂)与b2(α₂₂-α₂₃)相等，因此，由式(5)、式(6)即可以计算出目标成分的百分含量：

b1＝[(α₁-α₂)-(α₂-α₃)]/[(α₁₁-α₁₂)-(α₁₂-α₁₃)]  (7)

为了提高计算精度，可以选择多于三个的频率点，类似的，可以列出多个如式(5)、式(6)的式子，此时采用最小二乘法即可以计算出目标成分的百分含量。

为了进一步提高计算精度，可以将混合物的吸收光谱线和目标成分纯物质的吸收光谱线划分为若干频率小段，此时，每个频率小段内更易于满足混合物中其他成分的吸收系数与吸收频率成线性关系的条件，这样在每个频率小段内采用上述方法即可计算出目标成分的百分含量；再对每个频率小段的测定结果进行比较，舍去那些和别的数据相差很大的数据(先对实验结果取平均值，舍去那些和平均值相比差值大于或接近10％的结果)因为这些结果可能是由某些不明显的吸收峰导致，或者是因为系统噪声，或其它原因导致的误差。对余下数据结果再取平均值，即得到混合物中目标成分的百分含量。

采用如下实施例来验证本发明测定方法的准确性。

实施例1、冰毒(MA)和面粉(Flour)相混合的实验结果

1、分别测定冰毒(MA)、面粉(Flour)以及冰毒和面粉混和后的混合物(MixFM，两者的质量比为70.6/29.4)的太赫兹吸收谱，如图1所示；计算时只利用冰毒(MA)和混合物(MixFM)的太赫兹吸收谱，冰毒为目标成分；

2、计算过程：

从所选频率段(本例为1.2-2.2THz，如图1)中取n个频率小段(本例n＝26，各段有重合)，对于不同的物质n的取值可能不同，在每个频率小段内选取若干频率点(本例中为10个点)，相邻两频率点之间的间隔相等(本例中约为0.02928THz)；注意，每个频率小段的间隔(即两端点的频率差)要大于相邻两频率点的间隔，且小段的间隔越小越好，但考虑系统噪声，又不能太小，实际过程中按经验值每个频率小段间隔大约取0.2THz左右(本例大约0.26THz)，计算出每个频率段内的冰毒(MA)含量，结果列于表1。然后，先计算出所有值平均(本例为68.51％)，再舍去那些和平均值相比差值大于或接近于10％的结果(本例为序号3、6、22、24四个频率段结果)，然后对余下测定结果再取平均值，即得到混合物中目标成分的百分含量，结果列于表2，由表2可见，本发明测定方法准确性很高。

表1  频率段及各段冰毒(MA)含量测定结果

  频率段序号  1  2  3  4  5  6  7  8  9  频率段(THz)  1.20-1.46  1.23-1.49  1.26-1.52  1.29-1.55  1.32-1.58  1.35-1.61  1.38-1.64  1.40-1.67  1.43-1.70  b_kkΔω(l/cm)  48.7312  47.0593  44.9216  50.7668  48.6896  400.711  52.1767  53.0285  46.3198  MA  0.7134  0.6670  0.6174  0.7174  0.7214  0.7627  0.6800  0.6537  0.6776  频率段序号  10  11  12  13  14  15  16  17  18  频率段(THz)  1.46-1.73  1.49-1.75  1.52-1.79  1.55-1.81  1.58-1.84  1.61-1.87  1.64-1.90  1.67-1.93  1.70-1.96  bkkΔω(l/cm)  47.6464  45.1504  43.8652  51.6015  46.5590  43.2058  52.3837  47.7688  45.8956  MA  0.6925  0.6861  0.6716  0.6733  0.6681  0.6853  0.6599  0.6699  0.6758  频率段序号  19  20  21  22  23  24  25  26  频率段(THz)  1.73-1.99  1.75-2.02  1.79-2.05  1.81-2.09  1.84-2.10  1.87-2.14  1.90-2.17  1.93-2.20  所有值平均  b_kkΔω(l/cm)  52.1794  46.3659  50.4117  66.5265  47.7890  39.9263  52.8438  43.2623  47.8249  MA  0.6791  0.6558  0.6885  0.7926  0.6698  0.6015  0.6927  0.7399  0.6851

表2  冰毒和面粉相混合的实验结果

  实际含量(或实际值)  实验结果  分析误差  冰毒  70.60％  68.37％  2.23％  面粉  29.40％  31.63％  2.23％

实施例2、盐酸氯胺酮(Ketamine)和聚乙烯(Polyethylene)相混合的实验结果

1、分别测定盐酸氯胺酮(Ketamine)以及盐酸氯胺酮(Ketamine)和聚乙烯(Polyethylene)混和后的混合物(Mixture，两者的质量比为49.62/50.38)的太赫兹吸收谱，如图2所示，盐酸氯胺酮为目标成分；

2、计算过程：

采用与实施例1相同的方法，测定盐酸氯胺酮的含量，对测定结果取平均值，舍去那些和平均值相比差值大于或接近于10％的结果，然后对余下测定结果再取平均值，即得到混合物中目标成分的百分含量，结果列于表3，由表3可见，本发明测定方法准确性很高。

表3  盐酸氯胺酮和聚乙烯相混合的实验结果

  实际含量(或实际值)  实验结果  分析误差  盐酸氯胺酮  49.62％  48.45％  1.17％  聚乙烯  50.38％  51.55％  1.17％