基于四峰超材料THz传感器的B族维生素检测

作     者：王月娥 李东霞 李智 胡放荣 WANG Yue-e;LI Dong-xia;LI Zhi;HU Fang-rong

作者机构：西安电子科技大学机电工程学院陕西西安710071 桂林电子科技大学广西自动检测技术与仪器重点实验室广西桂林541004 桂林航天工业学院广西桂林541004 

出 版 物：《光谱学与光谱分析》 (Spectroscopy and Spectral Analysis)

年 卷 期：2020年第40卷第6期

页      面：1785-1790页

核心收录：

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0803[工学-光学工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(11574059,61841502) 广西自然科学基金项目(2018JJA170155) 桂林电子科技大学广西自动检测技术及仪器重点实验室项目(YQ14114)资助 

主　　题：超材料 多谐振峰 太赫兹传感器 水溶性维生素B 

摘      要：水溶性B族维生素是维持人体正常生理功能必需的营养成分,摄取适量有益于生长、代谢和发育,摄入过量严重危害身体。因此,维生素检测方法的研究受到质量监控部门和国内外学者的重视。传统测量维生素的光谱法、化学法和高效液相色谱法存在操作繁琐、样品处理复杂、成本高等问题,迫切需要开发操作简单快速准确的B族维生素检测技术。太赫兹波的特殊性使其广泛用于物质的检测,超材料奇异的电磁特性和对表面介质的敏感性,促进太赫兹波段内的超材料传感器在检测领域发展和应用。提出了一种利用四峰太赫兹超材料传感器进行同浓度水溶性B族维生素检测的方法。利用有限积分法设计了一种由不对称开口的正六边形和圆环组成的四峰超材料结构,四峰的频率分别为0.46,0.57,0.66和0.90 THz。通过表面电流研究四谐振峰的形成机理和传感性能,四个谐振峰对入射的太赫兹波响应特性不同,导致了其不同的传感灵敏度。实验过程中,将同浓度(0.5 mg·μL^-1)不同类型B族维生素B1,B3,B5和B6水溶液滴于超材料传感器表面,利用太赫兹时域系统测量透射谱,得到了四个谐振峰在测四种维生素时的频率偏移量。实验结果验证了由正六边形外环和内圆环组成的不对称开口环结构传感器的传感特性。结果表明,由内外环耦合形成的传感器灵敏度明显大于仅由外环或内环的电偶极子振荡形成的传感器灵敏度。该太赫兹超材料传感器的四个峰均可用于物质传感,其中内外环耦合形成的谐振峰传感灵敏度最高。不对称的双开口环具有优越的传感性能,可用于生物医学等领域样品传感检测。