荧光分析法在食品检测中的应用

2020-12-04孙国皓

现代食品·下 2020年10期

孙国皓

摘要：随着生活水平的提高，人们的食品安全意识也在增强，近年来频发的食品安全问题愈发受到人们的关注，因此采用不同的食品检测技术来确保食品的安全。其中荧光分析法因其样品用量小、灵敏度高等特点得到了广泛应用。本文对两类不同分析对象的荧光分析法的原理进行分析，列举了其在食品检测领域中的应用，为该技术未来的优化提供参考。

关键词：荧光分析;食品检测;应用

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

中图分类号：TS207

近几十年来，食品安全问题频频发生。严重的食品安全问题受到了广大人民群众以及业界工作者的关注，尤其是在党的十九大提出要实施食品安全战略后，食品安全更是成为了业界的重点课题之一。在保障食品安全的诸多环节中，食品检测工作能够使人们的身体健康和食品产业的正常发展得到更加充分的保障，其重要性和必要性尤为凸显[1]。而在众多的食品检测方法中，仪器分析法经过近些年的不断发展，具有了快速、方便、准确度高和检出限低等特点，逐渐成为食品领域中主流的检测方法[2]。

仪器分析法主要是指利用精密的测量仪器对物质的组成、结构以及物理或物理化学性质等进行精确的测量，以对物质进行定性、定量分析的方法。根据仪器所测定的物理或理化性质的不同，仪器分析法可以分为电化学分析法、光谱分析法、色谱分析法等。在众多的仪器分析法中，荧光分析法作为一种新兴的光谱分析方法，由于具有操作简洁、灵敏度高、线性范围宽、精密度高以及可以同时进行多个通道或对痕量的物质进行检验等优点，这些年来在食品检测领域的应用越来越广泛[2-3]。

1 荧光分析法的基本原理

荧光分析法是一种以光为激发源的介于发射光谱法与吸收光谱法之间的光谱分析法，可以同时对物质中的多种组分进行定性或定量分析。根据光谱类型的不同，可以将荧光分析法分为原子荧光分析法和分子荧光分析法[3]。两种分析法的基本原理基本相同，即物质在吸收了特定能量的光子后，外層电子跃迁至高能级的轨道，使得原子由基态变为激发态。而处于激发态的原子是不稳定的，因而其外层的电子便可以通过辐射跃迁与非辐射跃迁两种途径自发地回到低能级轨道。在此过程中，会有一部分能量以光的形式发射，这种形式的光即为荧光[4]。不同物质产生的荧光波长不同，因而可以通过测定物质产生的荧光的不同对其进行定性分析;在一定的浓度范围内，某物质产生荧光的强度与溶液中这种物质的浓度之间存在正比关系，所以可以通过测定物质的荧光强度对其在溶液中的含量进行分析。

2 荧光分析法使用的仪器

根据结构的不同，荧光分析仪器主要分为荧光光度计和荧光分光光度计两类。两种仪器的组成部件均为激发光源、分光系统、样品池、检测系统等。其中，为避免激发光源对检测信号的干扰，两种仪器的检测器与光源的排布均呈一定角度。两种仪器仅在分光系统的结构上存在差异：在荧光光度计中，常使用滤光片以消除杂散光和散射光;而在荧光分光光度计中，光栅等色散型单色器常被用于对入射光和发射光波长的选择[5]。此外，当荧光分析法测定的对象为原子时，需要采用原子荧光光度计作为分析仪器。原子荧光光度计与一般的荧光仪器在结构上类似，但具有与原子发射或原子吸收光谱仪相同或相似的原子化器。原子化系统可以利用高温或还原剂，将在试样中以化合物形式存在的元素转化为气态基态原子，以便待测原子吸收激发光并产生特征的荧光[4]。

3 荧光分析法在食品检测领域中的应用

荧光分析法具有分析速度快、样品需求量少以及操作简便等特点，在食品检测领域中的质量控制、污染物监测、真伪鉴别以及来源追溯等方面都有着较为广泛的应用[6]。其中，原子荧光分析法主要通过还原气态氢化物或对待测食品样品与消解液的混合液进行消解处理等方法对样品进行前处理，并借由原子化器产生气态基态原子，以对食品样品中所含有的多种金属或非金属元素的种类以及含量进行分析[7];分子荧光分析法则可以利用了食品中某些组分自身所具有的或与增敏剂等相互作用后表现出的荧光特性，借助前表面荧光、同步荧光以及三维荧光等光谱技术，对食品的真伪、污染物的含量以及原料产地等进行分析。

3.1 原子荧光分析法在食品检测领域的应用

3.1.1 氢化物-原子荧光分析法检测食品中的重金属元素

锑、锡、锗、铅、铋等重金属元素容易形成易挥发的氢化物，因而常使用氢化物-原子荧光法对其进行测定。此方法主要是通过将样品中待测的重金属元素转化为气态氢化物进行前处理，并利用化学惰性的载气将气态氢化物带入原子化器中，在此处与硼氢化钾等还原剂充分混合，发生氧化还原反应而最终生成气态的基态原子。通过对产生的气态基态原子的荧光特性进行分析，对样品进行定性或定量的测定。此方法在处理过程中样品受到基体的干扰小，因而具有较高的检测精确度[8]。

3.1.2 微波消解-原子荧光分析法检测食品中的重金属元素

密闭微波消解也是一种常用的样品预处理方法，该方法是通过利用密闭微波消解仪加热密闭容器中的由食品样品和消解液组成的混合物，加快样品中含有待测元素的化合物的受热分解，产生待测元素单质，并通过原子化器将其转化为气态基态原子，参与后续的原子荧光分析。根据有关的国家标准的规定，这种方法也可以用于砷、硒、铋、锑等元素的分析[9-10]。与其他方法相比，微波消解-原子荧光分析法具有的优点主要在于：①彻底溶解样品，减少含待测元素的化合物的挥发而造成的样品损失。②具有较快的消解速率、较低的空白值并降低了交叉感染的可能性。③消耗的样品量少，对环境的污染较小[7]。

3.1.3 氧弹燃烧-原子荧光分析法检测食品中的挥发性元素

氧弹燃烧-原子荧光分析法也是一种检测重金属元素的方式，具有操作简单、成本低廉等特点，常被用于分析、检验煤样中微量或痕量的汞元素[11]。但是，唐海龙等[12] 应用此方法检测西洋菜中硒元素的含量，结果此方法的相对标准偏差RSD为2.04%，拥有较高的精密度。此方法与其他方法的不同之处在于此方法是将样品置于氧弹中燃烧，使得其中所含的有机物燃烧后生成碳氧化物和水，而汞、硒、硫以及其他可以形成气态易挥发物质的元素会被位于氧弹下方的吸收液吸收，最终通过对氧弹底部的液体进行原子荧光分析，求出原样品中此类挥发性元素的种类以及含量[11，13]。因此，此方法应用于食品检验中，具有操作简便、结果准确、过程环保等特点，可以满足对食品检验的日常要求。

3.1.4 液相色谱-原子荧光分析法分离并检测食品中的砷元素

液相色谱法是一种常用的物质分离方法，该方法利用不断流动、性质稳定的液体作为流动相，携带着溶解于其中的样品经过固定相，样品中各组分受到两相的相互作用的强弱不同，导致其在流动相的推动作用下运动的速率不完全相同，进而使各组分先后离开色谱柱，达到分离的效果。在液相色谱-原子荧光分析法所用的仪器中，原子荧光光度计与液相色谱的色谱柱相连，起到液相色谱检测器的作用，对从色谱柱中流出的流动相进行原子荧光分析，测定其中所含的以砷、汞、铅等元素为代表的具有荧光特性的元素的原子的含量。根据我国相关国家标准的规定，食品中无机砷的含量的测定主要通过液相色谱-原子荧光分析法进行[14]。此外，此方法由于具有预处理简单、组分分离度高等特点，还可以用于对食品中多种形态的硒含量进行检测[15]。

3.2 分子荧光分析法在食品检测中的应用

3.2.1 同步荧光光谱法在食品检测中的应用

同步荧光光谱法由L loyd于1971年提出，是一种利用同时变化的激发和发射波长并进行扫描，随后将测量出的荧光强度大小和激发或发射波长绘制成图像并进行分析的方法。根据扫描所采用的方式的不同，同步荧光光谱法可被分为固定波长法、固定能量法以及固定基体法等。此方法具有谱图简单、选择性高、受光散射等外界因素的影响小等特点，可用于对组成复杂的混合物进行分析[16]。通常，同步荧光光谱法可以被应用于检测食用油中因高温处理而产生的有害物质的含量，以指导食品煎炸次数的减少以及及时更新加入的油脂。同时，此方法还可以被用于饮料中B族维生素含量的测定，可以在一定程度上代替高效液相色谱（HPLC）对饮料中维生素B1、B2进行定量分析。此外，同步荧光光谱法还可以检测食品中是否含有苏丹红等违规食品添加物，在选用一定的波长差后，单次扫描便可以测定食品中多种苏丹红类物质的含量，且此操作的检出限接近中国国家标准检测法的检出限（10 μg·kg-1）[17]。

3.2.2 三维荧光光谱法在食品检测中的应用

三维荧光光谱是一种以荧光发射强度、激发光和样品发射光的波长3个指标为三维坐标系3个坐标轴的矩阵光谱。常使用两种方法对其进行表示：①以3个指标各自为坐标轴，建立立体的荧光光谱图。②以发射光和激发光的波长为平面坐标系的两个坐标轴，建立等荧光强度图。为了全面展示样品所具有的荧光特性，常常使用峰的位置、主峰陡峭程度、样品荧光的强度以及走向角等特征参数对待测样品进行鉴别[6]。三维荧光光谱具有较高的灵敏度以及较优的选择性，无须繁琐的分离程序便可直接对具有复杂组成的或产生的荧光相互重叠的样品的定性、定量分析，因而常被用于测定食品以及食品原料中的具有荧光特性的物质的含量。王帅等借助β-环糊精的荧光增强作用，对通过一定手段从葛根中提取出的葛根素样品进行荧光定性与定量分析[18]。

3.2.3 前表面荧光光谱法在食品新鲜程度判断中的应用

前表面荧光光谱法是利用荧光光谱法原理，通过测定样品表面分子受激后产生的荧光的波长以及强度，从而实现对样品的分析检验。经样品表面反射的光会对样品的检测造成干扰，因此样品表面会与激发光之间形成一定的夹角。前表面荧光光谱法具有快速、灵敏等特点，并可以对样品进行无损检测，因此与近红外光谱、拉曼光谱以及高光谱成像等技术一同成为一种较为理想的食品分析检测方法，在食品快速、无损检测中起着重要作用。苏文华等利用前表面荧光光谱法对不同冷藏时间的大黄鱼鱼肉的荧光特性进行测定，检测出了大黄鱼鱼肉随冷藏时间的延长常而发生的改变[19]。此外，前表面熒光光谱法还可以用于测定大豆油、花生油和葵花籽油等油脂类液体样品中的脂溶性维生素、脂溶性色素以及某些酚类物质等具有抗氧化作用的物质，以对其新鲜度进行评价[20]。

4 結语

食品安全是人们正常生活的重要保障，食品检验更是其中的重要的一环，做好食品检验工作，对人们的身体健康以及食品企业的正常发展都具有重要的意义。荧光分析法优于其所具有的高灵敏度、检测速度快以及样品用量小等特点，正越来越广泛地被应用于食品检测领域。因此可以预见，在未来的几年里，继续开展荧光分析法在食品检验领域中的应用的有关研究，具有极其重大的意义。

参考文献：

[1]马月萍.食品检测对食品安全的重要性[J].新农业，2020（15）：71-72.

[2]彭力，唐佳妮，张喜凤，等.仪器分析方法在食品检测分析中的应用[J].现代食品，2019（17）：131-133.

[3]纪晓岚.食品安全检测中化学检测技术的应用[J].现代食品，2020（2）：143-145.

[4]胡坪，王氢.仪器分析[M].北京：高等教育出版社，2019.

[5]许金钩，王尊本.荧光分析法[M].北京：科学出版社，2006.

[6]孙艳辉，吴霖生，张汆，等.分子荧光光谱技术在食品安全中的应用[J].食品工业科技，2011，32（5）：436-439.

[7]周晓婷，朱永擅.原子荧光检测技术在食品检测中的应用分析[J].现代食品，2020（13）：186-188.

[8]董福全，涂欣欣，舒健宇.原子荧光检测技术在食品检测中的应用[J].食品安全导刊，2019（33）：77.

[9]国家卫生和计划生育委员会，国家食品药品监督管理总局.GB 5009.93-2017 食品安全国家标准食品中硒的测定[S].北京：中国标准出版社，2017.

[10]中华人民共和国环境保护部科技标准司.HJ 702-2014 固体废物汞、砷、硒、铋、锑的测定微波消解/原子荧光法[S].2014.

[11]王昌钊，吴双民，张遴.氧弹燃烧-原子荧光光谱法测定煤中汞含量[J].化学分析量，2017，26（2）：70-72.