傅里叶变换红外光谱分析技术及在食品检测中的应用

□ 高孟朝 米春利 施 怡 南京市食品药品监督检验院

食品生产技术的进步，带来了食品产量的增加和种类的丰富。然而，随之而来的还有日益严峻的食品安全形势。食品掺假、食品非法添加、食品添加剂滥用、食品微生物超标等问题层出不穷，这对食品安全检测技术的要求越来越高。跟踪应用最近科学技术，不断改进现有食品检测方法，积极研发新兴检测技术，对于提高保障食品安全的能力尤为重要。红外光谱分析技术，在物质定性、定量分析领域有独特优势，在食品安全检测中的应用越来越广泛。加强红外光谱分析技术，特别是傅里叶变换红外光谱分析技术在食品检测中的应用研究，具有重要意义。

1 红外光谱分析技术简介

1.1 红外光谱发展简介

迄今为止，红外光谱仪已经发展了三代。第一代是传统意义上的仪器，是最早使用的棱镜式色散型红外光谱仪。该种仪器的使用优势不大，对于外界环境比较敏感，很容易造成实验结果的不稳定性。第二代为光栅型色散式的红外光谱仪，仪器的光谱分辨率有一定提高，对于外界环境的要求也不很苛刻[1]。20世纪70年代，在电子计算机蓬勃发展的基础上，傅立叶变换红外光谱分析技术进入现代化学实验室，成为结构分析、物质鉴别的重要工具。这是第三代红外光谱分析技术，其特点是信噪比和分辨率高、重现性好、扫描速度快、高度自动化，并可与其他仪器联用等。

1.2 红外光谱分析技术及特点

红外光谱分为发射光谱和吸收光谱两类。通常说的红外光谱特指红外吸收光谱。物质分子能选择性吸收某些波长的红外线，而引起分子中振动能级和转动能级的跃迁，检测红外线被吸收的情况可得到物质的红外吸收光谱，又称分子振动光谱或振转光谱。红外光谱分析技术，是基于红外光谱的原理进行物质定性、定量检测的技术。

通常将红外光谱分为三个区域：近红外区（0.75～3.0μm）、中红外区（3.0～20μm）和远红外区（20～1000μm）。由于绝大多数有机物和无机物的基频吸收带都出现在中红外区，因此，中红外区一直是研究和应用重点。随着科学技术的发展，红外光谱分析技术的研究从中红外，近红外，发展到现在较为热门的傅里叶变换红外光谱（FTIR），技术不断进步，应用领域不断扩充。近年来，傅里叶变换红外光谱分析技术在食品检测领域的应用研究方兴未艾，已成为传统食品分析方法的重要补充，其在食品检测领域的应用将越来越广泛[2]。

2 傅里叶变换红外光谱分析技术

FTIR分为色散型和干涉型两类。干涉型FTIR具有高分辨率、高波数精度、高灵敏度等优点，是当前相关研究的热点。干渉型FTIR主要由迈克尔逊干涉仪和计算机组成，其结构主要包括：红外光源、光阑、干涉仪（分束器、动镜、定镜）、样品池、探测器、计算机数据处理系统、记录系统等，部分仪器还包括红外显微镜、全衰减光反射附件、漫反射附件、ATR附件、气红联用附件等[3]。

FTIR是利用迈克尔逊干涉仪获得入射光的干涉图，然后通过傅里叶数学变换，把时间域函数干涉图变换为频率域函数图（普通的红外光谱图）。

FTIR与多个仪器联用，极大扩展了应用范围，丰富了相应检验技术。FTIR相关联用技术主要有：气相色谱-傅里叶变换红外光谱联用（GC-FTIR）、高效液相色谱-傅里叶变换红外光谱联用（HPLC-FTIR）、超临界流体色谱-傅里叶变换红外光谱联用（SFC-FTIR）、薄层色谱-傅里叶变换红外光谱联用（TLC-FTIR）、热重分析-傅里叶变换红外光谱联用（TGA-FTIR）等[4]。

3 傅里叶变换红外光谱在食品检测中的应用

3.1 对油脂中反式脂肪酸的检测

利用傅里叶变换的红外光谱分析技术，结合相关色谱技术进行研究。检测结果表明油脂中反式双键的顺反式空间构象是不同的，双键在966cm-1处出现比较明显的特征峰。相对于传统检测方法来说，更具有快捷、精确等特点[5]。

3.2 对乳制品的检测

通过提取出其中的丙烯酰胺，然后借助傅里叶变换的红外光谱分析技术进行分析[6]。选用不同的谱区建立的厚度校正模型，以散点图的形式加以表现，按照光谱的特向以及预测的性质进行最终结果的分析，将有效地确定出最佳谱区，检测出乳酸制品中的相关组分[7]。

3.3 对饮料及酒类的检测

在饮料及酒类检测中，傅里叶变换红外光谱分析技术应用广泛[8]。选取三种酒为研究对象，首先通过C18小柱来提取酒类所含有的酚类物质，以1800～1900cm-1红外光谱作为指纹分析区分析，并用液相色谱的检测结果作为对照，发现与FTIR所测定出来的结果相近。

3.4 对水果和蔬菜的检测

FTIR分析技术亦广泛地应用于马铃薯、卷心菜、黄瓜和西红柿等多种蔬菜和水果的检验。利用该技术可以测定果蔬中的糖含量、农药残留以及可溶性物质含量等。其中，以近红外光谱分析技术应用最广。

3.5 对茶叶的检测

利用FTIR及联用分析技术，可确定茶叶中咖啡碱、茶多酚、氨基酸等品质指标，相较于传统方法更方便、快速。该方法还能用于茶叶种类或产地的识别。

3.6 其他方面

FTIR及联用分析技术，除了用于以上方面外，还广泛用于非法添加、结构鉴别、物质筛查、产地鉴别、高精度识别、食物源性鉴别、微生物或分子生物学相关检验及研究等领域。

4 结语

本文介绍了红外光谱分析技术的发展、分类、特点等，介绍了傅里叶变换红外光谱分析技术的特点及优势，同时介绍了傅里叶变换红外光谱分析技术及相关联用技术在食品安全检测中的应用。傅里叶变换红外光谱分析技术作为光谱分析领域的重要分析技术之一，其应用研究方兴未艾，相关方法已成为传统食品分析方法的重要补充，其在食品安全检测领域的应用将越来越广泛。