基于密度泛函理论的食品添加剂质量研究开题报告

 2021-08-08 12:08

1. 研究目的与意义

太赫兹光谱是一种新型的无损检测技术, ,它通过物质在THz 波段的吸收特征可有效分析物质的结构和成分等相关信息。若干食品添加剂在太赫兹波段都有独特的吸收特质,研究食品添加剂及非法添加剂的太赫兹光谱,有利于更全面的认识食品添加剂的成分及相关特性,同时也有利于鉴别非法添加剂。太赫兹波是指介于微波和红外波之间,频率在0.1~10THz(1THz=1012Hz)范围内的相干电磁辐射,属于远红外波段,它在电磁波谱中占有很特殊的位置,处于电子学向光子学的过渡区域,具有非常重要的学术价值和应用前景,因此太赫兹光谱技术受到越来越多的关注。

本文重点关注食品安全检测问题。食品质量己成为全社会关注的热点,尤其是近年来诸多关于食品添加剂过量添加和非法添加等问题所带来的食品安全隐患和公众心理恐慌,使食品添加剂的新型快速检测鉴别技术需求极为迫切。虽然现有的食品添加剂检测方法不少,但是在检测周期、检测质量等方面还存在很多的局限,因而尽快建立一种实用、快捷、准确可靠的食品质量评估无损检测技术至关重要。先后有不少小组把该技术应用与食品添加剂的检测与分析,根据折射率大小的差异和吸收峰值的特征,可有效区别食品添加剂的种类。除此之外,许多小组对事品添加剂混合物的太赫兹吸收谱做了定量分析,初步探索了太赫兹光谱技术应用于食品添加剂定量分析的美好前景。

本文是要介绍太赫兹光谱技术在食品添加剂检测方面一些已有的工作。首先利用太赫兹光谱仪器分析被测物质对太赫兹频段光的吸收、透射、反射、散射等特性,再结合量子化学软件进行理论建模,最后通过化学计量方法进行数据处理,说明太赫兹光谱技术在食品添加剂的研究方面有着极大地应用价值和潜在的应用前景。

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2. 国内外研究现状分析

2.1苏丹红1号

苏丹红 1 号是一种人造化学制剂,由于能造成人类肝脏细胞的 DNA 突变,显现出可能致癌的特性,所以严禁加入辣椒中。 2008 年,张光新小组运用 THz-TDS 技术对苏丹红 1 号纯品进行测量,采用 T D Dorney 和 L Duvillaret等提出的提取材料光学参数的物理模型,计算得到苏丹红的吸收系数和折射率,可知在 0.5~2.0 THz 频段有 4 个明显的吸收峰,分别位于 0.62 THz,0.89 THz,1.48 THz 和 1.83 THz,其平均折射率为 1.86,其中 0.89 THz 处的吸收峰来源于分子间的振动,其余 3 个吸收峰来源于苯环的扭摆以及整个分子骨架的扭摆。

2.2 三聚氰胺

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3. 研究的基本内容与计划

本文主要对一些市面上常见的食品添加剂的光谱特性进行理论上的研究。

利用太赫兹时域光谱技术对是食品添加剂进行检测,发现其在太赫兹波段存在的几个吸收峰。

并利用量子化学软件对这类物质进行分子建模,对其进行理论模拟。

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4. 研究创新点

太赫兹时域光谱技术在食品添加剂检测方面已经得到了一定程度的发展。不同食品添加剂在太赫兹波段的吸收谱有其独特的性质,这是运用光谱法鉴别物质的依据。太赫兹时域光谱技术在食品添加剂的检测与分析方面有一定的优势,一方面它不但可以检测食品添加剂的吸收谱特性,而且还可以检测其折射率谱或色散性质;另一方面太赫兹光谱反映的是物质内部分子集体振动或转动的特征行为,具有更丰富的物理和化学机理信息。运用太赫兹光谱技术检测和分析食品添加剂的成分与含量,有望在食品安全和物质鉴定领域发挥作用。

但是,从实际应用的角度来考虑,太赫兹光谱检测依然存在一些问题。首先,太赫兹时域光谱系统的测量需要对样品进行前期处理,即压片过程比较复杂,样品用量较大,工作较耗时;其次,目前太赫兹光谱检测的有效频率范围还很窄,很多物质在此范围内没有明显的特征峰,简单的光谱特征识别存在一定的困难,那么太赫兹时域光谱系统的测量波段需要进一步拓展;再次,微痕元素的测量还存在一定的局限性,不仅需要新算法的开发,更需要提高当前太赫兹时域光谱系统的信噪比、分辨率、稳定性,更精确地提取样品光学特性。最后,太赫兹光谱技术最终要面向市场,有必要进一步小型化和智能化。食品添加剂的太赫兹光谱现场检测与分析,有着广阔的发展前景。

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