[发明专利]太赫兹超材料吸收器及基于超材料的痕量苯甲酸检测方法

说明书

本发明公开了一种太赫兹超材料吸收器、制备方法及基于太赫兹超材料吸收器的痕量苯甲酸含量检测方法，所述太赫兹超材料吸收器具有以下参数：周期P为32um，采用硅衬底，硅衬底的折射率为3.335，涂层金属为金；所述太赫兹超材料吸收器包括呈十字形的主体部以及设于所述主体部外侧的外框部，所述主体部与所述外框部垂直，所述主体部的长度L1为21um，所述外框部的长度L2为10um，所述外框部的宽度W为3um。本发明开发出一种新的基于超材料，并使用该超材料实现痕量苯甲酸含量的检测，为痕量苯甲酸含量检测提供了新的途径。

技术领域

本发明涉及化学检测技术领域，特别是涉及一种太赫兹超材料吸收器、制备方法及基于太赫兹超材料吸收器的痕量苯甲酸含量检测方法。

背景技术

苯甲酸及苯甲酸盐作为防腐剂在食品中都广泛使用，随着人们生活水平的提高，对食品安全更加重视。中国GB 2760-2014《食品安全国家标准食品添加剂使用标准》中对乳制品中食品添加的类别和限量做了明确规定。苯甲酸的限用量为1.0g/kg，上述食品添加剂在国标限定的剂量下使用是被允许的，但过量摄入会对人体造成危害，特别容易导致肝、肾器官功能衰竭，甚至诱发癌症。目前国内外常用的食品添加剂的检测方法分为生物测定方法和理化分析法，传统的理化分析法有高效液相色谱法（High Performance LiquidChromatography, HPLC）、液相色谱-质谱/质谱法（Liquid Chromatograph MassSpectrometer，LC-MS）、气液色谱法（Gas Chromatography）和气相色谱-质谱联用法(GasChromatography-Mass Spectrometry)等检测方法，传统的生物测定方法包括免疫分析法和生物传感器法。但上述生物测定方法和理化分析法在测定各类食品添加剂时仍然存在诸多的问题，如检测成本高、周期长、灵敏度低、重复性差以及样品前期处理复杂、仪器设备昂贵等不足。现在迫切需要建立一种快速、准确、适用范围广的超微量食品添加剂检测方法。

太赫兹（THz）被美国评为“改变世界的十大技术”之一，受到了各国的高度重视。太赫兹光谱的高频段与远红外频段重叠，低频段与微波频段重叠。太赫兹频段领域有很好的发展前景。太赫兹波段频率范围在0.1-10THz之间，各种有机分子之间弱相互作用的低频振动吸收频率均位于太赫兹频段。当太赫兹光穿过样品时会携带样品信息，就得到样品的太赫兹图谱。研究样品的太赫兹光谱，可以获得检测样品的复介电常数、吸收系数、折射率等物理信息和化学信息，这就使得太赫兹光谱技术在无损检测领域引来了研究的热潮。近些年来，许多学者将 THz 光谱这种新型无损检测技术应用在工业、食品、农产品及制药等多个领域并取得了突破性进展。太赫兹技术作为一种新兴的检测手段，不仅能反映分子内的振动模式，还能提供分子间振动模式，包括氢键及范德华力均在太赫兹波段，这些分子间作用力对于分子及生物分子检测非常重要。

近年来，相关技术人员利用太赫兹技术开展农产品检测领域的相关研究。一些物质由于它的分子间或分子内的振动在太赫兹波段，所以能够通过发展成熟的检测手段（如压片方法、液体池法和ATR法）对其进行检测。目前，在太赫兹波段具有特征吸收峰的物质包括抗生素、农药、氨基酸、转基因作物、违禁添加剂、食品添加剂、食品中异物以及掺假食品等。但随着研究的深入，发现常规的太赫兹光谱检测技术（如压片法、液体池法和衰减全反射法），可对物质进行定性分析，但是检测精度依然无法达到国标对食品添加剂限量的规定。上述方法虽可获取样品在太赫兹波段的指纹谱，但仅能检测到毫克量级的待测样品，不适用于样品的微量或痕量分析，更无法实际应用到对商品化牛奶的检测。目前太赫兹技术仍然存在以下几个技术难题:（1）缺少高功率的太赫兹发射源和高灵敏度的太赫兹检测器;（2）水在太赫兹波段的强吸收限制了太赫兹技术对含水量丰富的检测目标的传感及检测。

超材料（Metamaterial）是一种人为地对亚波长单元结构进行周期性排列，从而获得对电磁波的奇异响应的人工复合电磁材料。其中，超材料吸波器是指能够在特定频率上对入射波产生有效吸收，使对应的透射和反射极大衰减甚至几乎消失的器件。

然而目前还没有使用超材料进行痕量苯甲酸含量检测的研究。