熒光分析法在食品檢測中的應(yīng)用

孫國皓

摘 要：隨著生活水平的提高，人們的食品安全意識也在增強(qiáng)，近年來頻發(fā)的食品安全問題愈發(fā)受到人們的關(guān)注，因此采用不同的食品檢測技術(shù)來確保食品的安全。其中熒光分析法因其樣品用量小、靈敏度高等特點得到了廣泛應(yīng)用。本文對兩類不同分析對象的熒光分析法的原理進(jìn)行分析，列舉了其在食品檢測領(lǐng)域中的應(yīng)用，為該技術(shù)未來的優(yōu)化提供參考。

關(guān)鍵詞：熒光分析;食品檢測;應(yīng)用

Abstract：As the standard of living develops in China， people have been paying more attention on food safety， thus food safety issues occurred in recent years have attracted increasingly more attention. In order to ensure the safety of food， food detecting technologies have been used extensively. Among them， fluorometric analysis has been using widely because of its high sensitivity and low detection limit. In this paper， the rationale of fluorometric analysis with two different types of analysis objects is analyzed， and the application of which in food detection is listed， which can provide references for optimization in the future.

Key words：Fluorometric analysis; Food detection; Application

中圖分類號：TS207

近幾十年來，食品安全問題頻頻發(fā)生。嚴(yán)重的食品安全問題受到了廣大人民群眾以及業(yè)界工作者的關(guān)注，尤其是在黨的十九大提出要實施食品安全戰(zhàn)略后，食品安全更是成為了業(yè)界的重點課題之一。在保障食品安全的諸多環(huán)節(jié)中，食品檢測工作能夠使人們的身體健康和食品產(chǎn)業(yè)的正常發(fā)展得到更加充分的保障，其重要性和必要性尤為凸顯[1]。而在眾多的食品檢測方法中，儀器分析法經(jīng)過近些年的不斷發(fā)展，具有了快速、方便、準(zhǔn)確度高和檢出限低等特點，逐漸成為食品領(lǐng)域中主流的檢測方法[2]。

儀器分析法主要是指利用精密的測量儀器對物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)以及物理或物理化學(xué)性質(zhì)等進(jìn)行精確的測量，以對物質(zhì)進(jìn)行定性、定量分析的方法。根據(jù)儀器所測定的物理或理化性質(zhì)的不同，儀器分析法可以分為電化學(xué)分析法、光譜分析法、色譜分析法等。在眾多的儀器分析法中，熒光分析法作為一種新興的光譜分析方法，由于具有操作簡潔、靈敏度高、線性范圍寬、精密度高以及可以同時進(jìn)行多個通道或?qū)哿康奈镔|(zhì)進(jìn)行檢驗等優(yōu)點，這些年來在食品檢測領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛[2-3]。

1 熒光分析法的基本原理

熒光分析法是一種以光為激發(fā)源的介于發(fā)射光譜法與吸收光譜法之間的光譜分析法，可以同時對物質(zhì)中的多種組分進(jìn)行定性或定量分析。根據(jù)光譜類型的不同，可以將熒光分析法分為原子熒光分析法和分子熒光分析法[3]。兩種分析法的基本原理基本相同，即物質(zhì)在吸收了特定能量的光子后，外層電子躍遷至高能級的軌道，使得原子由基態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)。而處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，因而其外層的電子便可以通過輻射躍遷與非輻射躍遷兩種途徑自發(fā)地回到低能級軌道。在此過程中，會有一部分能量以光的形式發(fā)射，這種形式的光即為熒光[4]。不同物質(zhì)產(chǎn)生的熒光波長不同，因而可以通過測定物質(zhì)產(chǎn)生的熒光的不同對其進(jìn)行定性分析;在一定的濃度范圍內(nèi)，某物質(zhì)產(chǎn)生熒光的強(qiáng)度與溶液中這種物質(zhì)的濃度之間存在正比關(guān)系，所以可以通過測定物質(zhì)的熒光強(qiáng)度對其在溶液中的含量進(jìn)行分析。

2 熒光分析法使用的儀器

根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，熒光分析儀器主要分為熒光光度計和熒光分光光度計兩類。兩種儀器的組成部件均為激發(fā)光源、分光系統(tǒng)、樣品池、檢測系統(tǒng)等。其中，為避免激發(fā)光源對檢測信號的干擾，兩種儀器的檢測器與光源的排布均呈一定角度。兩種儀器僅在分光系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上存在差異：在熒光光度計中，常使用濾光片以消除雜散光和散射光;而在熒光分光光度計中，光柵等色散型單色器常被用于對入射光和發(fā)射光波長的選擇[5]。此外，當(dāng)熒光分析法測定的對象為原子時，需要采用原子熒光光度計作為分析儀器。原子熒光光度計與一般的熒光儀器在結(jié)構(gòu)上類似，但具有與原子發(fā)射或原子吸收光譜儀相同或相似的原子化器。原子化系統(tǒng)可以利用高溫或還原劑，將在試樣中以化合物形式存在的元素轉(zhuǎn)化為氣態(tài)基態(tài)原子，以便待測原子吸收激發(fā)光并產(chǎn)生特征的熒光[4]。

3 熒光分析法在食品檢測領(lǐng)域中的應(yīng)用

熒光分析法具有分析速度快、樣品需求量少以及操作簡便等特點，在食品檢測領(lǐng)域中的質(zhì)量控制、污染物監(jiān)測、真?zhèn)舞b別以及來源追溯等方面都有著較為廣泛的應(yīng)用[6]。其中，原子熒光分析法主要通過還原氣態(tài)氫化物或?qū)Υ郎y食品樣品與消解液的混合液進(jìn)行消解處理等方法對樣品進(jìn)行前處理，并借由原子化器產(chǎn)生氣態(tài)基態(tài)原子，以對食品樣品中所含有的多種金屬或非金屬元素的種類以及含量進(jìn)行分析[7];分子熒光分析法則可以利用了食品中某些組分自身所具有的或與增敏劑等相互作用后表現(xiàn)出的熒光特性，借助前表面熒光、同步熒光以及三維熒光等光譜技術(shù)，對食品的真?zhèn)?、污染物的含量以及原料產(chǎn)地等進(jìn)行分析。

3.1 原子熒光分析法在食品檢測領(lǐng)域的應(yīng)用

3.1.1 氫化物-原子熒光分析法檢測食品中的重金屬元素

銻、錫、鍺、鉛、鉍等重金屬元素容易形成易揮發(fā)的氫化物，因而常使用氫化物-原子熒光法對其進(jìn)行測定。此方法主要是通過將樣品中待測的重金屬元素轉(zhuǎn)化為氣態(tài)氫化物進(jìn)行前處理，并利用化學(xué)惰性的載氣將氣態(tài)氫化物帶入原子化器中，在此處與硼氫化鉀等還原劑充分混合，發(fā)生氧化還原反應(yīng)而最終生成氣態(tài)的基態(tài)原子。通過對產(chǎn)生的氣態(tài)基態(tài)原子的熒光特性進(jìn)行分析，對樣品進(jìn)行定性或定量的測定。此方法在處理過程中樣品受到基體的干擾小，因而具有較高的檢測精確度[8]。

3.1.2 微波消解-原子熒光分析法檢測食品中的重金屬元素

密閉微波消解也是一種常用的樣品預(yù)處理方法，該方法是通過利用密閉微波消解儀加熱密閉容器中的由食品樣品和消解液組成的混合物，加快樣品中含有待測元素的化合物的受熱分解，產(chǎn)生待測元素單質(zhì)，并通過原子化器將其轉(zhuǎn)化為氣態(tài)基態(tài)原子，參與后續(xù)的原子熒光分析。根據(jù)有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，這種方法也可以用于砷、硒、鉍、銻等元素的分析[9-10]。與其他方法相比，微波消解-原子熒光分析法具有的優(yōu)點主要在于：①徹底溶解樣品，減少含待測元素的化合物的揮發(fā)而造成的樣品損失。②具有較快的消解速率、較低的空白值并降低了交叉感染的可能性。③消耗的樣品量少，對環(huán)境的污染較小[7]。

3.1.3 氧彈燃燒-原子熒光分析法檢測食品中的揮發(fā)性元素

氧彈燃燒-原子熒光分析法也是一種檢測重金屬元素的方式，具有操作簡單、成本低廉等特點，常被用于分析、檢驗煤樣中微量或痕量的汞元素[11]。但是，唐海龍等[12] 應(yīng)用此方法檢測西洋菜中硒元素的含量，結(jié)果此方法的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD為2.04%，擁有較高的精密度。此方法與其他方法的不同之處在于此方法是將樣品置于氧彈中燃燒，使得其中所含的有機(jī)物燃燒后生成碳氧化物和水，而汞、硒、硫以及其他可以形成氣態(tài)易揮發(fā)物質(zhì)的元素會被位于氧彈下方的吸收液吸收，最終通過對氧彈底部的液體進(jìn)行原子熒光分析，求出原樣品中此類揮發(fā)性元素的種類以及含量[11，13]。因此，此方法應(yīng)用于食品檢驗中，具有操作簡便、結(jié)果準(zhǔn)確、過程環(huán)保等特點，可以滿足對食品檢驗的日常要求。

3.1.4 液相色譜-原子熒光分析法分離并檢測食品中的砷元素

液相色譜法是一種常用的物質(zhì)分離方法，該方法利用不斷流動、性質(zhì)穩(wěn)定的液體作為流動相，攜帶著溶解于其中的樣品經(jīng)過固定相，樣品中各組分受到兩相的相互作用的強(qiáng)弱不同，導(dǎo)致其在流動相的推動作用下運(yùn)動的速率不完全相同，進(jìn)而使各組分先后離開色譜柱，達(dá)到分離的效果。在液相色譜-原子熒光分析法所用的儀器中，原子熒光光度計與液相色譜的色譜柱相連，起到液相色譜檢測器的作用，對從色譜柱中流出的流動相進(jìn)行原子熒光分析，測定其中所含的以砷、汞、鉛等元素為代表的具有熒光特性的元素的原子的含量。根據(jù)我國相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，食品中無機(jī)砷的含量的測定主要通過液相色譜-原子熒光分析法進(jìn)行[14]。此外，此方法由于具有預(yù)處理簡單、組分分離度高等特點，還可以用于對食品中多種形態(tài)的硒含量進(jìn)行檢測[15]。

3.2 分子熒光分析法在食品檢測中的應(yīng)用

3.2.1 同步熒光光譜法在食品檢測中的應(yīng)用

同步熒光光譜法由L loyd于1971年提出，是一種利用同時變化的激發(fā)和發(fā)射波長并進(jìn)行掃描，隨后將測量出的熒光強(qiáng)度大小和激發(fā)或發(fā)射波長繪制成圖像并進(jìn)行分析的方法。根據(jù)掃描所采用的方式的不同，同步熒光光譜法可被分為固定波長法、固定能量法以及固定基體法等。此方法具有譜圖簡單、選擇性高、受光散射等外界因素的影響小等特點，可用于對組成復(fù)雜的混合物進(jìn)行分析[16]。通常，同步熒光光譜法可以被應(yīng)用于檢測食用油中因高溫處理而產(chǎn)生的有害物質(zhì)的含量，以指導(dǎo)食品煎炸次數(shù)的減少以及及時更新加入的油脂。同時，此方法還可以被用于飲料中B族維生素含量的測定，可以在一定程度上代替高效液相色譜（HPLC）對飲料中維生素B1、B2進(jìn)行定量分析。此外，同步熒光光譜法還可以檢測食品中是否含有蘇丹紅等違規(guī)食品添加物，在選用一定的波長差后，單次掃描便可以測定食品中多種蘇丹紅類物質(zhì)的含量，且此操作的檢出限接近中國國家標(biāo)準(zhǔn)檢測法的檢出限（10 μg·kg-1）[17]。

3.2.2 三維熒光光譜法在食品檢測中的應(yīng)用

三維熒光光譜是一種以熒光發(fā)射強(qiáng)度、激發(fā)光和樣品發(fā)射光的波長3個指標(biāo)為三維坐標(biāo)系3個坐標(biāo)軸的矩陣光譜。常使用兩種方法對其進(jìn)行表示：①以3個指標(biāo)各自為坐標(biāo)軸，建立立體的熒光光譜圖。②以發(fā)射光和激發(fā)光的波長為平面坐標(biāo)系的兩個坐標(biāo)軸，建立等熒光強(qiáng)度圖。為了全面展示樣品所具有的熒光特性，常常使用峰的位置、主峰陡峭程度、樣品熒光的強(qiáng)度以及走向角等特征參數(shù)對待測樣品進(jìn)行鑒別[6]。三維熒光光譜具有較高的靈敏度以及較優(yōu)的選擇性，無須繁瑣的分離程序便可直接對具有復(fù)雜組成的或產(chǎn)生的熒光相互重疊的樣品的定性、定量分析，因而常被用于測定食品以及食品原料中的具有熒光特性的物質(zhì)的含量。王帥等借助β-環(huán)糊精的熒光增強(qiáng)作用，對通過一定手段從葛根中提取出的葛根素樣品進(jìn)行熒光定性與定量分析[18]。

3.2.3 前表面熒光光譜法在食品新鮮程度判斷中的應(yīng)用

前表面熒光光譜法是利用熒光光譜法原理，通過測定樣品表面分子受激后產(chǎn)生的熒光的波長以及強(qiáng)度，從而實現(xiàn)對樣品的分析檢驗。經(jīng)樣品表面反射的光會對樣品的檢測造成干擾，因此樣品表面會與激發(fā)光之間形成一定的夾角。前表面熒光光譜法具有快速、靈敏等特點，并可以對樣品進(jìn)行無損檢測，因此與近紅外光譜、拉曼光譜以及高光譜成像等技術(shù)一同成為一種較為理想的食品分析檢測方法，在食品快速、無損檢測中起著重要作用。蘇文華等利用前表面熒光光譜法對不同冷藏時間的大黃魚魚肉的熒光特性進(jìn)行測定，檢測出了大黃魚魚肉隨冷藏時間的延長常而發(fā)生的改變[19]。此外，前表面熒光光譜法還可以用于測定大豆油、花生油和葵花籽油等油脂類液體樣品中的脂溶性維生素、脂溶性色素以及某些酚類物質(zhì)等具有抗氧化作用的物質(zhì)，以對其新鮮度進(jìn)行評價[20]。

4 結(jié)語

食品安全是人們正常生活的重要保障，食品檢驗更是其中的重要的一環(huán)，做好食品檢驗工作，對人們的身體健康以及食品企業(yè)的正常發(fā)展都具有重要的意義。熒光分析法優(yōu)于其所具有的高靈敏度、檢測速度快以及樣品用量小等特點，正越來越廣泛地被應(yīng)用于食品檢測領(lǐng)域。因此可以預(yù)見，在未來的幾年里，繼續(xù)開展熒光分析法在食品檢驗領(lǐng)域中的應(yīng)用的有關(guān)研究，具有極其重大的意義。

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