基于太赫兹超材料增强的农药种类定性判别方法及系统

本发明涉及农残检测，具体地涉及一种基于太赫兹超材料增强的农药种类定性判别方法及系统。

背景技术：

1、农药残留是影响农产品质量与食品安全的重要隐患，实现多组分农药的快速、精准定性筛查具有重大意义。在现代化农业生产中，农药的使用对于保障农作物产量、防治病虫害起到了至关重要的作用。农药通常涵盖了杀虫剂、杀菌剂、除草剂以及植物生长调节剂等多种类型。然而，由于部分农药的过量使用和不规范施用，其在农产品及环境中的残留问题日益凸显。长期摄入含有超标农残的食品，不仅会对人体神经系统、内分泌系统造成不可逆的损害，还可能通过生物富集作用对生态系统产生深远影响。

2、多菌灵（carbendazim）与噻菌灵（thiabendazole）属于苯并咪唑类广谱杀菌剂，这类物质通过干扰真菌有丝分裂中纺锤体的形成来发挥药效，在果蔬保鲜和谷物种植中应用极广，但其化学性质稳定，在自然界中降解缓慢，易导致土壤和水源污染。多效唑（paclobutrazol）与萘乙酸（naa）则主要用于调节植物生理过程，如控制生长、诱导生根等。虽然它们不直接杀灭害虫，但残留的调节剂进入人体后可能干扰正常的激素代谢。尽管以上农药在化学结构及功能上存在差异，但在实际农业生产环境中，它们往往会被交叉或混合使用。因此，建立一种高效、灵敏且无损的多种农药残留快速鉴别方法，对于维护公众健康和农产品贸易具有重要意义。

3、目前，传统的检测方法主要依赖高效液相色谱法（hplc）、气相色谱法或气相色谱-质谱联用（gc-ms）进行组分分析。这些方法虽然能够实现较高的检测精度，但在应对大批量抽检时，往往受限于繁琐的有机溶剂萃取、冗长的预处理流程以及对专业实验环境的依赖，难以满足现代智慧农业对于现场、快速、无损检测的需求。因此，亟需一种高灵敏度、快速无损的检测技术。

4、太赫兹（terahertz，thz）是指频率在0.1thz至10thz之间的电磁波，介于微波与红外线之间，曾因缺乏高效发射与探测手段被称为“太赫兹空隙”。太赫兹波具备穿透衣物、塑料、复合材料等非金属介质、无电离辐射、光子能量低、超大带宽传输等独特优势。由于大多数农药分子的旋转和振动能级分布在太赫兹波段，使其展现出独特的“指纹谱”特征。此外，太赫兹波具有非电离辐射和较强的穿透性，使其在无损检测领域表现出巨大潜力。然而，当待测农药浓度较低或样品量较少时，由于太赫兹波与微量分子的相互作用较弱，直接利用常规光谱技术往往难以获得理想的信噪比。

5、然而目前尚未有将太赫兹技术应用于痕量农药残留定性鉴别的报道。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提供一种基于太赫兹超材料增强的农药种类定性判别方法及系统，以借助太赫兹技术，实现多组分农药残留的高灵敏度定性鉴别。

2、本发明的一方面提供一种基于太赫兹超材料增强的农药种类定性判别方法，包括：

3、基于目标超材料传感器的结构参数进行仿真模拟，以得到具有双频共振特性的目标太赫兹超材料；

4、制备若干种农药样品的若干组浓度梯度溶液，通过所述目标太赫兹超材料对所述农药样品进行太赫兹时域光谱采集，以得到目标光谱数据；

5、构建若干初始分类模型，采用若干种目标特征选择方法分别对所述目标光谱数据进行特征提取，以得到若干组降维光谱数据；

6、基于若干组所述降维光谱数据分别对若干所述初始分类模型进行训练与优化，以得到若干目标检测模型；

7、通过比较若干所述目标检测模型的分类性能，选取最优目标检测模型实现农药种类的定性判别。

8、本发明的另一方面提供一种基于太赫兹超材料增强的农药种类定性判别系统，包括：

9、材料模块，用于基于目标超材料传感器的结构参数进行仿真模拟，以得到具有双频共振特性的目标太赫兹超材料；

10、采集模块，用于制备若干种农药样品的若干组浓度梯度溶液，通过所述目标太赫兹超材料对所述农药样品进行太赫兹时域光谱采集，以得到目标光谱数据；

11、特征提取模块，用于构建若干初始分类模型，采用若干种目标特征选择方法分别对所述目标光谱数据进行特征提取，以得到若干组降维光谱数据；

12、训练模块，用于基于若干组所述降维光谱数据分别对若干所述初始分类模型进行训练与优化，以得到若干目标检测模型；

13、判别模块，用于通过比较若干所述目标检测模型的分类性能，选取最优目标检测模型实现农药种类的定性判别。

14、根据本发明提供的基于太赫兹超材料增强的农药种类定性判别方法及系统，具有以下有益效果：

15、本发明融合同心开口圆环型太赫兹超材料传感器与多种特征提取算法及模式识别算法的检测框架，不仅实现了对多组分农药残留的高灵敏度定性鉴别，也验证了超材料增强技术在太赫兹光谱检测领域的可行性和优越性，为太赫兹光谱技术在农药残留快速检测领域提供了一条具有实用性和可拓展性的研究路径。

1.一种基于太赫兹超材料增强的农药种类定性判别方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于太赫兹超材料增强的农药种类定性判别方法，其特征在于，所述基于目标超材料传感器的结构参数进行仿真模拟，以得到具有双频共振特性的目标太赫兹超材料的步骤包括：

3.根据权利要求2所述的基于太赫兹超材料增强的农药种类定性判别方法，其特征在于，所述制备若干种农药样品的若干组浓度梯度溶液，通过所述目标太赫兹超材料对所述农药样品进行太赫兹时域光谱采集，以得到目标光谱数据的步骤包括：

4.根据权利要求3所述的基于太赫兹超材料增强的农药种类定性判别方法，其特征在于，所述采用若干种目标特征选择方法分别对所述目标光谱数据进行特征提取，以得到若干组降维光谱数据的步骤包括：

5.根据权利要求4所述的基于太赫兹超材料增强的农药种类定性判别方法，其特征在于，所述构建若干初始分类模型，采用若干种目标特征选择方法分别对所述目标光谱数据进行特征提取，以得到若干组降维光谱数据的步骤中，所述初始分类模型包括随机森林模型、反向传播神经网络模型、卷积神经网络模型和支持向量机模型。

6.根据权利要求5所述的基于太赫兹超材料增强的农药种类定性判别方法，其特征在于，所述随机森林模型的构建与训练步骤包括：

7.根据权利要求5所述的基于太赫兹超材料增强的农药种类定性判别方法，其特征在于，所述反向传播神经网络模型的构建与训练步骤包括：

8.根据权利要求5所述的基于太赫兹超材料增强的农药种类定性判别方法，其特征在于，所述卷积神经网络模型的构建与训练步骤包括：

9.根据权利要求5所述的基于太赫兹超材料增强的农药种类定性判别方法，其特征在于，所述支持向量机模型的构建与训练步骤包括：

10.一种基于太赫兹超材料增强的农药种类定性判别系统，其特征在于，所述系统包括：