傅里葉變換紅外光譜分析技術及在食品檢測中的應用

□ 高孟朝 米春利 施 怡 南京市食品藥品監(jiān)督檢驗院

食品生產(chǎn)技術的進步，帶來了食品產(chǎn)量的增加和種類的豐富。然而，隨之而來的還有日益嚴峻的食品安全形勢。食品摻假、食品非法添加、食品添加劑濫用、食品微生物超標等問題層出不窮，這對食品安全檢測技術的要求越來越高。跟蹤應用最近科學技術，不斷改進現(xiàn)有食品檢測方法，積極研發(fā)新興檢測技術，對于提高保障食品安全的能力尤為重要。紅外光譜分析技術，在物質定性、定量分析領域有獨特優(yōu)勢，在食品安全檢測中的應用越來越廣泛。加強紅外光譜分析技術，特別是傅里葉變換紅外光譜分析技術在食品檢測中的應用研究，具有重要意義。

1 紅外光譜分析技術簡介

1.1 紅外光譜發(fā)展簡介

迄今為止，紅外光譜儀已經(jīng)發(fā)展了三代。第一代是傳統(tǒng)意義上的儀器，是最早使用的棱鏡式色散型紅外光譜儀。該種儀器的使用優(yōu)勢不大，對于外界環(huán)境比較敏感，很容易造成實驗結果的不穩(wěn)定性。第二代為光柵型色散式的紅外光譜儀，儀器的光譜分辨率有一定提高，對于外界環(huán)境的要求也不很苛刻[1]。20世紀70年代，在電子計算機蓬勃發(fā)展的基礎上，傅立葉變換紅外光譜分析技術進入現(xiàn)代化學實驗室，成為結構分析、物質鑒別的重要工具。這是第三代紅外光譜分析技術，其特點是信噪比和分辨率高、重現(xiàn)性好、掃描速度快、高度自動化，并可與其他儀器聯(lián)用等。

1.2 紅外光譜分析技術及特點

紅外光譜分為發(fā)射光譜和吸收光譜兩類。通常說的紅外光譜特指紅外吸收光譜。物質分子能選擇性吸收某些波長的紅外線，而引起分子中振動能級和轉動能級的躍遷，檢測紅外線被吸收的情況可得到物質的紅外吸收光譜，又稱分子振動光譜或振轉光譜。紅外光譜分析技術，是基于紅外光譜的原理進行物質定性、定量檢測的技術。

通常將紅外光譜分為三個區(qū)域：近紅外區(qū)（0.75～3.0μm）、中紅外區(qū)（3.0～20μm）和遠紅外區(qū)（20～1000μm）。由于絕大多數(shù)有機物和無機物的基頻吸收帶都出現(xiàn)在中紅外區(qū)，因此，中紅外區(qū)一直是研究和應用重點。隨著科學技術的發(fā)展，紅外光譜分析技術的研究從中紅外，近紅外，發(fā)展到現(xiàn)在較為熱門的傅里葉變換紅外光譜（FTIR），技術不斷進步，應用領域不斷擴充。近年來，傅里葉變換紅外光譜分析技術在食品檢測領域的應用研究方興未艾，已成為傳統(tǒng)食品分析方法的重要補充，其在食品檢測領域的應用將越來越廣泛[2]。

2 傅里葉變換紅外光譜分析技術

FTIR分為色散型和干涉型兩類。干涉型FTIR具有高分辨率、高波數(shù)精度、高靈敏度等優(yōu)點，是當前相關研究的熱點。干渉型FTIR主要由邁克爾遜干涉儀和計算機組成，其結構主要包括：紅外光源、光闌、干涉儀（分束器、動鏡、定鏡）、樣品池、探測器、計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、記錄系統(tǒng)等，部分儀器還包括紅外顯微鏡、全衰減光反射附件、漫反射附件、ATR附件、氣紅聯(lián)用附件等[3]。

FTIR是利用邁克爾遜干涉儀獲得入射光的干涉圖，然后通過傅里葉數(shù)學變換，把時間域函數(shù)干涉圖變換為頻率域函數(shù)圖（普通的紅外光譜圖）。

FTIR與多個儀器聯(lián)用，極大擴展了應用范圍，豐富了相應檢驗技術。FTIR相關聯(lián)用技術主要有：氣相色譜-傅里葉變換紅外光譜聯(lián)用（GC-FTIR）、高效液相色譜-傅里葉變換紅外光譜聯(lián)用（HPLC-FTIR）、超臨界流體色譜-傅里葉變換紅外光譜聯(lián)用（SFC-FTIR）、薄層色譜-傅里葉變換紅外光譜聯(lián)用（TLC-FTIR）、熱重分析-傅里葉變換紅外光譜聯(lián)用（TGA-FTIR）等[4]。

3 傅里葉變換紅外光譜在食品檢測中的應用

3.1 對油脂中反式脂肪酸的檢測

利用傅里葉變換的紅外光譜分析技術，結合相關色譜技術進行研究。檢測結果表明油脂中反式雙鍵的順反式空間構象是不同的，雙鍵在966cm-1處出現(xiàn)比較明顯的特征峰。相對于傳統(tǒng)檢測方法來說，更具有快捷、精確等特點[5]。

3.2 對乳制品的檢測

通過提取出其中的丙烯酰胺，然后借助傅里葉變換的紅外光譜分析技術進行分析[6]。選用不同的譜區(qū)建立的厚度校正模型，以散點圖的形式加以表現(xiàn)，按照光譜的特向以及預測的性質進行最終結果的分析，將有效地確定出最佳譜區(qū)，檢測出乳酸制品中的相關組分[7]。

3.3 對飲料及酒類的檢測

在飲料及酒類檢測中，傅里葉變換紅外光譜分析技術應用廣泛[8]。選取三種酒為研究對象，首先通過C18小柱來提取酒類所含有的酚類物質，以1800～1900cm-1紅外光譜作為指紋分析區(qū)分析，并用液相色譜的檢測結果作為對照，發(fā)現(xiàn)與FTIR所測定出來的結果相近。

3.4 對水果和蔬菜的檢測

FTIR分析技術亦廣泛地應用于馬鈴薯、卷心菜、黃瓜和西紅柿等多種蔬菜和水果的檢驗。利用該技術可以測定果蔬中的糖含量、農(nóng)藥殘留以及可溶性物質含量等。其中，以近紅外光譜分析技術應用最廣。

3.5 對茶葉的檢測

利用FTIR及聯(lián)用分析技術，可確定茶葉中咖啡堿、茶多酚、氨基酸等品質指標，相較于傳統(tǒng)方法更方便、快速。該方法還能用于茶葉種類或產(chǎn)地的識別。

3.6 其他方面

FTIR及聯(lián)用分析技術，除了用于以上方面外，還廣泛用于非法添加、結構鑒別、物質篩查、產(chǎn)地鑒別、高精度識別、食物源性鑒別、微生物或分子生物學相關檢驗及研究等領域。

4 結語

本文介紹了紅外光譜分析技術的發(fā)展、分類、特點等，介紹了傅里葉變換紅外光譜分析技術的特點及優(yōu)勢，同時介紹了傅里葉變換紅外光譜分析技術及相關聯(lián)用技術在食品安全檢測中的應用。傅里葉變換紅外光譜分析技術作為光譜分析領域的重要分析技術之一，其應用研究方興未艾，相關方法已成為傳統(tǒng)食品分析方法的重要補充，其在食品安全檢測領域的應用將越來越廣泛。