自建模曲线分辨用来将双线性光谱数据矩阵分解成具有明确物理或化学意义的曲线, 一方面反映了复杂体系中各个主成分对应的纯光谱, 同时也能够解析得到其对应的相对浓度。 这一方法在高光谱解析中充分发挥了其优势, 成为了高光谱分析中的重要方法之一。 然而, 双线性结构数据多元分辨模型在约束不充分的条件下往往不能获得唯一解, 这一问题是由顺序模糊、 尺度模糊和旋转模糊引起, 其中旋转模糊最难消除。 在高光谱成像中, 如果不能明确浓度分布情况, 将导致在成像领域难以确认目标的准确位置或形貌。 为了充分了解旋转模糊带来的影响, 评估非唯一解情况下可行解的范围, 并进一步为实际应用中需要解析获得的每个主成分的纯光谱或波谱信号, 以及其对应的浓度信息提供客观的评估依据, 在以往的研究中, 研究人员分别使用网格法、 蒙特卡洛法进行抽样, 以计算曲线分辨结果中可行解的范围, 也有科研人员使用了几何多边形内部和外围面积的形式表示结果, 但是这些结果往往面临运算时间过长, 或者无法实现高维可视化而不适用于大于四个主成分的数据等问题, 而且通常这些方法很难将曲线分辨过程中施加的除非负约束之外的其他约束方法加以利用, 导致可行解范围计算不准确。 为了解决以上问题, 采用MCR-BANDS对MCR-ALS（多元曲线分辨-交替最小二乘）分辨获得的结果进行了旋转模糊程度的评估, 并将其应用到遥感高光谱成像的解析中。 首先以美国地质勘探局矿物光谱库中的纯光谱为基础的模拟数据集对MCR-ALS和MCR-BANDS的结果进行了评测, 在模拟数据中能够方便地控制噪声的影响, 控制选取主成分之间的纯光谱差异、 仿照真实环境中浓度渐变特征等因素, 考查了特定条件下MCR结果中旋转模糊的水平。 随后为了证实所用方法的可行性, 进一步采用MCR-ALS分析了机载可见/红外成像光谱仪（AVIRIS）获得的遥感高光谱图像数据, 并首次采用MCR-BANDS对MCR-ALS的分辨结果的旋转模糊进行了分析, 实现了对遥感高光谱数据成像浓度分布的受到旋转模糊影响的可视化表示。 可以发现真实解和MCR-ALS获得的可行解均在MCR-BANDS计算得到的可行解范围之内。 结果表明, MCR-BANDS方法基于最大和最小的信号贡献对旋转模糊的范围进行计算, 能够适用于不同主成分的体系中, 并且完美对接MCR-ALS中使用到的诸如非负、 单峰、 封闭和选择性约束等。 MCR-BANDS的分析结果可以为MCR-ALS的解析结果提供相应的旋转模糊水平估计, 有利于对MCR-ALS结果的解释; 在充分约束条件下, 能够有效减少甚至消除旋转模糊对MCR-ALS分辨结果的影响, 为精确确定遥感高光谱中解析得到的目标物位置提供了客观的范围。

烟酰胺, 又称为维生素PP, 是辅酶Ⅰ和辅酶Ⅱ的组成部分, 是许多脱氢酶的辅酶。 庚二酸是一种广泛使用的共晶体前体。 烟酰胺与庚二酸形成的药物共晶体具有两种不同的多晶型, 分别为晶型Ⅰ和晶型Ⅱ。 不同的药物晶型常常具有不同的物理化学性质, 这些差异可能会对药物的溶出速率、 稳定性以及药效具有较大影响, 因此在药物领域中寻找合适的技术手段鉴别药物的不同晶型非常重要。 利用太赫兹时域光谱在室温下对烟酰胺-庚二酸的两种共晶体在0.2～2.2 THz范围内进行检测, 发现两者的特征吸收峰具有明显的差异, 晶型Ⅰ在1.51, 1.73, 1.94, 2.01和2.17 THz有五个特征吸收峰, 其中在1.94, 2.01和2.17 THz处是三个吸收强度较大的峰, 而晶型Ⅱ在1.66, 1.74, 1.88, 2.02和2.16 THz有五个特征吸收峰, 与晶型Ⅰ不同的是在2.02和2.16 THz处有两个强度较大的吸收峰。 利用密度泛函理论对烟酰胺-庚二酸两种共晶体进行理论计算, 计算结果表明实验峰与理论峰基本对应, 对吸收峰指认归属表明特征吸收峰来源于分子骨架的振动与包含氢键的振动。 研究结果表明太赫兹时域光谱技术对于区分药物共晶体的多晶型现象具有重要的应用。

太赫兹光谱可以反映与固体中晶格振动有关的信息, 特别适合于检测相同分子形成的不同晶体, 因此利用太赫兹光谱对检测并控制药物的不同晶型具有重要的意义。 而药物分子的晶型会影响药物在存储中的稳定性等性质。 选取最早使用的喹诺酮类抗生素萘啶酸作为研究对象, 首先合成了萘啶酸的两种晶型NA-Ⅰ和NA-Ⅱ。 通过X射线粉末衍射确认了两种晶型。 使用太赫兹时域光谱技术在室温下对合成的两种萘啶酸不同晶型NA-Ⅰ和NA-Ⅱ在0.2～2.4 THz范围内进行检测, NA-Ⅰ和NA-Ⅱ在太赫兹光谱中表现出明显的差异。 NA-Ⅰ在0.94, 1.41, 1.88, 2.05和2.17THz处有五处特征峰, 而NA-Ⅱ在0.72, 0.96, 1.38, 1.80, 2.04和2.16 THz处有六处特征峰。 二者最明显的差异是NA-Ⅱ在2.04 THz处的峰为肩峰, 而NA-Ⅰ在2.05 THz处的吸收强度要大得多。 不同于其他光谱, 如红外光谱, 太赫兹光谱中的特征峰不对应特定的官能团, 因此对光谱峰的指认尤为重要。 利用密度泛函理论对两种晶型进行理论计算, 理论峰与实验特征峰基本对应, 得出萘啶酸两种晶型在此低频范围的振动模式主要是分子的骨架运动, 并从两种晶体堆积方式的不同阐述了光谱显著差异的原因。 该研究为利用太赫兹光谱检测药物的同质多晶提供了依据。

太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)结合主成分分析-线性判别分析(PCA-LDA)和支持向量机(SVM)用于正品大黄样品的鉴定。 在时域测量41个大黄样品的太赫兹时域透射光谱, 然后将这些时域信号转换成频域的吸收系数系数。 根据样本的吸收系数建立了主成分分析-线性判别分析和支持向量机的定性分类模型, 并对正品和非正品大黄样本的分类模型进行了交叉验证。 模型的预测能力和稳定性使用自助拉丁配分进行评价, 使用50次自助拉丁配分, 配分数为4。 使用主成分分析-线性判别分析和支持向量机均得到了满意的结果。 提出的方法证明是一种方便、 无污染、 准确和无需化学处理的鉴定大黄样本的方法。 该文提出的步骤可以应用于其他中草药分类和生产的质量控制。

太赫兹(THz)波是指频率在0.1～10 THz频段的电磁波。 太赫兹光谱技术不同于以往的检测手段, 可以用于检测氨基酸同分异构体, 反映物质的分子结构和构型, 对食品安全和药品药性控制有着重要的意义。 亮氨酸与异亮氨酸属于同系的同分异构体, 它们具有近似的分子结构, 但物理化学性质有很大的差别。 生物大分子的太赫兹吸收与其分子间氢键和分子内氢键的振动和转动能级相关的偶极跃迁有关, 可以利用分子偶极跃迁进行生物分子的指纹识别。 采用太赫兹时域光谱(THz-TDS)和傅里叶红外光谱(FTIR), 对亮氨酸和异亮氨酸进行了测量。 在中红外波段亮氨酸与异亮氨酸的吸收光谱几乎完全重叠, 而在太赫兹频波段可以观察到它们的光谱存在明显差异, 因此太赫兹光谱能够作为快速准确鉴别这两种物质的方法。 采用密度泛函理论(DFT)对亮氨酸和异亮氨酸的低频集体振动模式进行理论模拟, 并对其太赫兹光谱进行研究和讨论。 通过比较实验和理论结果, 计算得到的峰位与实验结果可以互相印证。

人的面部信息与指纹和虹膜一样可以用于人的身份鉴别, 并且相比之下更容易实现远距离的分辨和识别。 利用高光谱成像技术可以应用到人脸识别领域并获取丰富的信息和庞大的成像数据量, 需要采用化学计量学方法才能充分提取其中包含的有效信息, 并为计算机识别奠定基础。 研究了可见-近红外高光谱成像技术对人的面部信息进行分析的可行性。 结果表明, 多元曲线分辨-交替最小二乘方法不同于主成分分析, 能够通过主成分纯光谱和相对浓度等具有具体物理化学意义的数据表征人的面部信息, 而且可以方便地根据成像数据的特点施加运算中的约束。 另外, 采用偏最小二乘判别分析的方法实现了对不同肤色的皮肤信号光谱进行分类。 白种人和黄种人的面部高光谱信息特征相似, 分类难度高于深色皮肤人种。

利用太赫兹时域光谱（THz-TDS）和傅里叶变换远红外光谱（FT-Far-IR）技术研究了大米中西维因在太赫兹频段的吸收光谱特征, 并结合化学计量学方法对大米中西维因进行了测定。 样品的制备采取待测农药西维因与大米粉末混合压片的方法模拟真实检测情景, 无需样品的分离富集。 分别将样品在1.8～6.3 THz特征波段内的Far-IR吸收光谱数据和在0.5～1.5 THz特征波段内的THz-TDS吸收光谱数据随机划分为训练集和验证集。 采用偏最小二乘回归（PLSR）方法建立定量分析模型, 将校正均方根误差（RMSECV）、 预测均方根误差（RMSEP）、 预测相关系数（Rv）作为模型性能评判的依据, RMSECV, RMSEP越小, Rv越大, 则所建立的模型越好。 两种检测技术均得到较好的结果。 其中, 运用Far-IR技术所得数据建立的定量分析模型预测相关系数(Rv)为0.99, 校正均方根误差（RMSECV）为0.007 7, 预测均方根误差（RMSEP）为0.008 6; 运用THz-TDS技术所得数据建立的定量分析模型预测相关系数为0.98, 校正均方根误差（RMSECV）为0.002 5、 预测均方根误差（RMSEP）为0.004 4。 该研究为定量检测粮食中的农残提供了一种新方法。

太赫兹技术的发展近年来受到广泛的关注并被应用于热点。 中草药大黄的品质鉴定对于中药制剂的质量控制具有重要的意义。 利用大黄的太赫兹时域光谱结合偏最小二乘法（PLS）模型对基于41个正品和非正品大黄的中草药鉴别模型进行了研究。 首先采集大黄样品的太赫兹时域光谱（THz-TDS）信号, 然后将化学计量学方法用于这些大黄样品太赫兹光谱的信号处理与建模, 再建立基于太赫兹光谱的大黄品质鉴定的偏最小二乘模型方法。 应用S-G一阶导数、 去趋势、 标准正态变换、 自标度化、 均值中心化等方法对原始时域谱预处理再与未经预处理的结果相比, 偏最小二乘（PLS）模型的预测正确率从80%明显提高到90%。 在模型建立和模型检验中, 采用留一法（LOO）选取训练集和检验集样本。 利用留一法交叉验证确定了PLS模型的最佳主因子数。 结果表明, 当采用均值中心化方法时, PLS模型的RMSECV和RMSEP的值均达到了最小, 分别为0.076　6和0.169　0。 研究结果表明, THz-TDS技术结合化学计量学方法能够快速、 准确的对大黄的真伪进行鉴别, 直接使用太赫兹时域光谱而不使用计算后的吸收谱有两个优点: （1）在分频测定和光谱信号处理时无需考虑样品的厚度; （2）使光谱信号处理过程得到简化。 该技术也可以对其他中草药进行鉴别和质量控制。 该法快速、 简单、 无污染、 无需样品预处理, 是一种有发展前景的中草药无损检测方法。

随着太赫兹技术中关键科学与技术问题的解决和有关仪器发展, 其在各个领域的应用也备受人们的关注。 由于太赫兹光谱技术具有一些独特优势, 在快速无损检测技术的发展方面具有重要的应用前景, 该技术与其他方法互补, 可以解决许多原来难以解决的检测问题。 进一步开发太赫兹光谱技术实际检测方法的关键之一就是需要具有一套较为完整和可靠的太赫兹光谱数据库。 介绍了近期开发的一个基于浏览器/服务器(Browser/Server)的太赫兹光谱数据库系统。 根据实际需要设计了太赫兹光谱数据库的结构和主要功能。 该数据库目前包括240多条太赫兹光谱信息, 其数据来源包括三个部分: (1)收集了部分国外太赫兹光谱数据库的信息; (2)从文献中收集部分光谱数据; (3)国内部分实验室测量的太赫兹光谱数据。 着重介绍了建立BS结构的太赫兹数据库的基本结构和项目, 介绍了BS结构太赫兹光谱数据库的功能与检索方法。 该数据库具有计算样品的光学参数功能, 可以根据输入的太赫兹时域光谱数据计算出样品的吸收系数, 折射率等其他光学参数, 以便于样品特征研究和谱库检索。 检索系统能方便的提供注册用户收集、 查询、 显示谱图及其实验数据和分子结构图、 数据匹配等功能。 该数据库可以登录http://www.teralibrary.com进行查询和使用。 该数据库是根据目前的太赫兹光谱数据信息建立的, 以后会逐渐完善。 希望该太赫兹光谱数据库能够为用户提供强大、 方便和高效的服务功能, 进而推进太赫兹技术在更多领域的应用。