作者：王志琪1李灿1彭世昌1李辰1沈耀春2丁庆1

作者单位：1深圳市太赫兹科技创新研究院2英国利物浦大学电气电子工程系

摘要：利用太赫兹时域光谱技术（THz-TDS）对中药当归样品进行了研究，将不同浓度配制的当归对照品与市售当归样品在室温氮气环境中进行太赫兹光谱检测与分析。结果表明：当归对照品与六种品牌当归样品具有一致的1.82THz特征吸收峰，当归在太赫兹频段的平均折射率在1.4～1.5之间，可作为当归成分鉴别的依据。通过拟合当归对照品浓度与吸收谱特征的对应关系，相关系数大于0.98，表现出较好的规律性，为后续当归成分的快速定量检测奠定良好的基础。

关键词：太赫兹时域光谱；当归；吸收峰；折射率；快检

I.研究背景

太赫兹(Terahertz，THz)波指频率处于0.1～10THz(波长0.03～3mm)的电磁波，在电子、信息、生命、国防、航天等方面具有重要的科学价值［1］，THz光子能量小，不会因为光致电离而破坏被检测的物质，可对生物组织进行非侵入性检测［2-3］。

中药当归为伞形科植物当归的干燥根，性温，味甘、辛，具有补血活血、调经止痛、润肠通便的功效［4］，临床上主要治疗血虚萎黄，眩晕心悸，月经不调等不良症状［5］。当归主产甘肃、云南等地，尤以甘肃岷县当归品质最佳。中药材所含化学成分较为复杂，除包含生物体必需的糖类、蛋白质等一级代谢物，还包含特殊代谢途径产生的特性物质，如苷类、黄酮类等二级代谢化合物，是中药材重要的活性成分［8］。当归主要活性成分包括黄酮类、挥发油、内酯、氨基酸、有机酸类等化合物［3-4］。这些有效成分在THz波段可产生低频振动和转动,是THz光谱技术实现对中药快速检测的理论依据［9-10］。

为研究不同品牌、产地的当归样品特性，我们使用THz-TDS对当归对照药材（中国食品药品检定研究院提供，批号-）和六种品牌的市售当归样品（样品信息如下表-1所示）进行了光谱检测，利用其光谱特性对当归样品进行了定性定量分析。

表-1当归样品品牌及产地信息

Tab，1BrandandorigininformationofAngelicasamples

样品的制备采用粉末压片法，本实验选用THz波段基本透明的聚乙烯［11］（PE,上海冠步科技）粉末作为稀释剂，与干燥研细的各当归样品粉末以1:1充分混合，于35MPa压力下制成厚度约2mm、直径13mm的压片；再将当归对照品粉末与HDPE粉末按比例混合，制成浓度分别为15%（W/W）、30%、50%、%的当归压片样品。

使用THz-TDS仪器（Terapulse,Teraview)对当归压片样品进行THz透射式光谱测量，设通过氮气（无样品放置）时获得的参考信号为，通过厚度为的当归样品时获得的样品信号为，则样品光谱响应函数由公式（1）表示为:

其中，为样品与参考的振幅比，为样品与参考的相位差。依据Dorney等人提出的提取材料光学参数的模型［12］，样品的折射率和吸收系数分别为：

(2)

(3)

II.实验结果

图1当归对照品与参考的太赫兹时域信号（左图）和频域谱（右图）

Fig.1THztime-domainsignals（left）andspectra（right）ofAngelicastandardsampleandreference

应用公式（2）和（3），可求出各浓度当归对照品的THz波段吸收谱与折射率谱，如图2吸收谱所示，当归对照品的特征吸收峰为1.THz（图中红色虚线），随样品浓度的增大，特征吸收峰逐渐增强，而THz频段可用频谱范围逐渐降低，样品浓度较高和较低时，吸收峰不明显,不利于谱图的识别与判断；样品浓度为30%和50%时，吸收峰较明显，频谱可用范围可达3THz左右，适用于中药样品的定性定量研究。图2的折射率谱所示，在0.2-2.0THz的有效频谱范围内，当归的平均折射率为1.4～1.5之间（浓度为15%-50%）和1.7～1.8之间（当归纯品），随浓度的提高，当归折射率缓慢增强；中低浓度当归样品的平均折射率存在与当归纯品的差异，这主要是由于中低浓度当归样品中PE的稀释造成的。因此，不同浓度中药材对应的吸收谱差异、特征吸收峰的峰位置和峰强差异、折射率谱和平均折射率的差异，均可为中药材的鉴别和定量研究提供新的思路和方法。

图2各浓度当归对照品的吸收谱（左图）与折射率谱（右图）

Fig.2Absorption（left）andrefractiveindex（right）spectraofAngelicastandardsampleswithdifferentconcentrations

图3当归对照品1.82THz吸收峰强度（左图）、吸收谱积分面积（右图）分别与浓度的关系曲线

Fig.3Correlationsbetweenabsorptionpeakstrength（left）/areabeneathabsorptionwaveform（right）andconcentration

图4不同品牌当归样品的吸收谱与折射率谱

Fig.4Absorption（left）andrefractiveindex（right）spectraofdifferentAngelicasamples

III.结论

参考文献：

[1]姚建铨，太赫兹技术及其应用［J］．重庆邮电大学学报:自然科学版，，22(6):－．

[2]杨光鲲，袁斌，谢东彦，等．太赫兹技术在军事领域的应用［J］．激光与红外，，41(4):－．

[3]刘盛纲，钟任斌．太赫兹科学技术及其应用的新发展［J］．电子科技大学学报，，38(5):－．

[4]国家药典委员会．中华人民共和国药典(一部)[S]．北京：中国医药科技出版社，．

[5]孙红梅．当归药材资源调查与品质特征的研究[D]．中国协和医科大学，：34—36．

[6]LiU　Xing-hao，SHIQI－Wu，ZHANG　Jian，etal．ChineseTraditionalTraditionalandHerbalDrugs，,40(9):.

[7]黄伟晖，宋纯清.当归化学成分研究.药学学报，，38(9)::

[8]肖宇奇，萨日娜，孙宇靖等．不同生长年限当归化学成分的动态变化分析［J］．中成药，，35(3):-．

[9]张建，黄婉霞，罗轶．莪术的太赫兹时域光谱研究［C］．第七届中国功能材料及其应用学术会议功能材料，:－．

[10]李小霞,邓琥,廖和涛,尚丽平,何俊.室温下中药附子的太赫兹波谱分析[J];激光与红外;年11期

[11]ShenYC,UpadhyaPC,LinfieldEH,etal.VibrationalSpectroscopy,,35:.

[12]WaltberM，FischerB，SchallM，etal.Chem.Phys.Lett.，，: