基于纳米银胶滤膜基底表面增强拉曼光谱对辣椒油中苏丹红I的快速检测

◎ 罗文松，尹 蔚，杨 倩，余小敏

（1.成都信息工程大学 电子工程学院 物理场生物效应及仪器四川省高校重点实验室，四川 成都 610225；2.成都师范学院，四川 成都 611130）

苏丹红是一种化学染色剂，并非食品添加剂。它的化学成份中含有一种叫萘的化合物，该物质具有偶氮结构，这种化学结构的性质决定了它具有致癌性，对人体的肝肾器官具有明显的毒性作用。研究表明苏丹红染料能被人体内常见微生物降解为致癌芳香胺引起人体和动物机体的癌变[1-3]，所以被国际癌症机构（IARC）列为三级致癌物质，禁止将它们作为食品添加剂加入食品中。使用苏丹红染色后的食品颜色非常鲜艳且不易褪色，能引起人们强烈的食欲，一些不法食品企业将苏丹红添加到食品中。常见的添加苏丹红的食品有辣椒粉、辣椒油、辣椒酱、红心禽蛋和火锅等。基于苏丹红对人体存在潜在的致癌性，且常被违法添加在食品中，对相应食品进行检测就显得非常重要。

目前对苏丹红常用的检测方法有高效液相色谱法、薄层色谱法和高效液相色谱法，采用各种类型的检测器搭配使用。喻凌寒等人[4]采用了高效液相色谱法检测食品中苏丹红Ⅰ号的含量；汪霄峰等人[5]采用了高效液相色谱法检测食品中的苏丹红Ⅰ～Ⅳ；冯华等人[6]采用是薄层色谱法和高效液相色谱法；郭小敏等人[7]建立了食品中苏丹红测定的液质联用法；曹稳根等人[8]对苏丹红Ⅰ号在有机溶剂乙醇中的紫外-可见光谱进行了分析；这些方法具有灵敏度高、重复性好的有点，但是缺点是都需要很长时间，而且设备昂贵成本高，特别不适合食品监督的现场测试。

拉曼光谱是能够精确给出分子振动的有力工具，为物质的鉴别提供独特的指纹振动。表面增强拉曼光谱（SERS）是应用Ag、Cu、Au等金属作为增强基底吸附某些分子，从而使分子的拉曼信号得到增强的现象，可增强104～107倍[9-10]，因其操作简单、仪器便携、检测速度快和成本低而被广泛应用于药物鉴别[11]、DNA研究[12]和食品检测[13]等方面。陈晨等人[14]就检测出苏丹红I、II和III粉末的特征拉曼光谱，而利用增强拉曼光谱技术检测苏丹红的主要是以Al、ZnO/Ag、Au、Cu-Ag等纳米为基底的研究[15-17]，用Ag粒子纳米材料为基底的增强拉曼光谱检测苏丹红的研究尚未见报道。本研究应用自行制作的银胶滤膜为基底比较辣椒油中苏丹红I的普通拉曼光谱和增强拉曼光谱的区别，并对低浓度苏丹红I溶液进行了检测和分析。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

实验使用便携式拉曼光谱仪（ART3100，奥普天成），激发光波长为785 nm，最大输出功率550 mW，光谱范围200～2 700 cm-1，光谱分辨率为6 cm-1；场发射扫描电子显微镜（NanoSEM450，FEI）表征纳米银膜基底；78-1型磁力加热搅拌器；FY-1H-N型真空泵和砂芯过滤装置；1 mL注射器；LG微波炉；101-0032型数字可调微量移液器；微孔滤膜，尺寸为50 mm × 0.22 µm。

苏丹红Ⅰ粉末纯度≥95%，购自上海麦克林生化科技有限公司；辣椒油从超市购买；所有试剂均为分析纯，硝酸银购自沈阳试剂二厂；柠檬酸三纳购自沈阳试剂三厂。

1.2 实验方法

1.2.1 银胶滤膜基底的制备

依据周荣阁[18]的方法制取SERS银胶滤膜增强基底，称取30 mg硝酸银，溶于150 mL的去离子水，置于磁力搅拌器加热搅拌5 min，完成后静置待用；称得150 mg的柠檬酸三钠，溶于20 mL去离子水，置于磁力加热搅拌器上搅拌3 min，完成后静置待用；将配好的硝酸银溶液用保鲜膜封好，放入微波炉中用中火或者高火加热3 min左右使得溶液沸腾；将沸腾的硝酸银溶液取出，放在磁力加热搅拌器上搅拌，在搅拌过程中逐渐加入柠檬酸三钠溶液5 mL；搅拌均匀后在将溶液放入微波炉中加热5 min左右；加热完成后，将溶液放入磁力加热搅拌器上搅拌至冷却。

1.2.2 苏丹红溶液配备

苏丹红不溶于水，溶于油脂，本实验用辣椒油溶解苏丹红I制取溶液。称得100 mg苏丹红I号粉末，添入100 mL辣椒油中混合搅匀，配成浓度1 g·L-1的苏丹红溶液样品，将样品放置于试剂瓶中待用。

1.2.3 拉曼光谱数据采集和处理

普通拉曼光谱采集：取样品溶液1 mL放入样品瓶中进行拉曼光谱测试；增强拉曼光谱测试。用移液枪取被测样品溶液，滴入2滴至银胶滤膜基底，过3 min待溶液完全渗透基底后，进行拉曼光谱检测。

测试数据预处理。实验中对每种样品数据采集设置的激光输出功率为250 mW，每个样品进行10次扫描取平均，每次扫描积分时间为3 s，软件设置去除基底噪声。对采集的拉曼光谱原始数据预处理，进行4阶多项式拟合，去除噪声影响。

2 结果与分析

2.1 银胶滤膜基底的效果

制作的二维纳米银膜效果在电子显微镜下观察如图1 所示，可以看出纳米粒子的分布比较集中均匀，粒子直径在50～100 nm。纳米银膜表面上相邻的纳米银粒子间可以形成活性纳米结[19]，处于这些紧密相邻的纳米银离子之间的电磁场可以得到巨大的增强，增强因子可以达到1014～1015[14,20]。

图1 银胶滤膜的扫描电镜图

2.2 苏丹红的拉曼光谱

2.2.1 苏丹红I拉曼光谱

作为对比实验，首先需要测得苏丹红固有的拉曼光谱。称取苏丹红Ⅰ固体粉末5 mg，放置在载玻片上，将便携式拉曼光谱仪探头输出激光聚焦对准苏丹红固体粉末，直接进行扫描检测，得到苏丹红固体拉曼光谱图，如图2所示。

图2 苏丹红I粉末的拉曼光谱图

由图2可以看出，苏丹红I粉末的特征拉曼光谱信号较为明显，根据参考文献已知，其中1 596 cm-1，1 495 cm-1，1 388 cm-1谱峰是由N=N键伸缩振动引起，1 225 cm-1，1 168 cm-1，999 cm-1是由O-H键面内摇摆引起[16]，这些特征峰与陈晨等人[14]检测出的苏丹红Ⅰ号粉末的拉曼特征峰基本吻合。

2.2.2 苏丹红溶液的拉曼光谱

按照1.2.2配制好浓度1 g·L-1的苏丹红溶液，取5 mL，加入样品瓶中，与辣椒油样品分别采集拉曼光谱，进行对比实验如图3所示。可以发现辣椒油在1 156 cm-1，1 261 cm-1，1 301 cm-1，1 440 cm-1，1 520 cm-1和1 658 cm-1处有特征拉曼谱峰，而苏丹红I溶液中的拉曼光谱与辣椒油的拉曼光谱相比，基本没有发生变化，因此直接采用常规的拉曼光谱无法检测出辣椒油中的苏丹红I。

图3 辣椒油和苏丹红I溶液的拉曼光谱比较图

2.2.3 苏丹红溶液增强拉曼光谱

取出1.2.2配制好浓度的苏丹红溶液2 mL，滴在银胶滤膜基底上，等待溶液完全渗入基底后，进行增强拉曼光谱检测，得到的拉曼光谱如图4所示。可以看到苏丹红I溶液在银胶滤膜基底上测试的增强拉曼光谱，特征谱峰得到明显增强，其中苏丹红I号粉末在1 168 cm-1、1 340 cm-1和1 495 cm-1处的特征拉曼光谱信号明显，而这些特征光谱在苏丹红I号溶液的普通拉曼光谱中没有观察到，因此可以通过银胶滤膜基底，研究不同浓度下苏丹红I溶液的增强拉曼光谱强度变化。

图4 苏丹红I溶液的增强拉曼光谱图

对不同浓度苏丹红I号溶液的增强拉曼光谱进行测试和比较。取出按照1.2.2步骤配制的苏丹红I溶液4份各10 mL，添加辣椒油分别稀释为浓度为1 g·L-1、0.5 g·L-1、0.1 g·L-1和0.05 g·L-1的苏丹红I溶液，再分别取各浓度溶液样品2 mL分别滴在银胶滤膜基底上，直至完全渗透后进行拉曼光谱测试，测试结果如图5所示。可以看到，苏丹红I溶液浓度达到0.1 g·L-1时，基本能分辨出1 168 cm-1、1 340 cm-1和1 495 cm-1处的特征拉曼光谱信号，而对于浓度更低的溶液，则难以检测到苏丹红I号的特征拉曼光谱。

图5 不同浓度的苏丹红I溶液增强拉曼光谱图

3 结论

本文利用拉曼光谱法快速检测出苏丹红I粉末的拉曼特征光谱作为参考，然后在辣椒油中添加苏丹红I配制成浓度为1 g·L-1的溶液，对比了该溶液的普通拉曼光谱和以自制的银胶滤膜为基底的增强拉曼光谱，发现利用一般拉曼光谱法检测不到苏丹红的特征光谱，而增强拉曼光谱法可以明显地检测到部分苏丹红I的特征光谱。比较不同浓度苏丹红I溶液的特征拉曼光谱发现，能检测出浓度为0.1 g·L-1的苏丹红I溶液特征光谱。因此，基于银胶滤膜为基底的增强拉曼光谱有望成为苏丹红物质的现场快速检测方法。