基于荧光光谱分析的农药残留检测研究进展

在农业生产中施用农药可提高农产品的产量,然而农药的过量使用也威胁着我国农产品的质量安全,因此对农产品的农药残留进行快速有效的检测成为农业生产大环境下的迫切要求。荧光光谱分析技术具有突出的高灵敏度以及有利的时间标度,对多组分农药残留检测具有良好的分辨能力,与气相色谱法、液相色谱法、气-质联用法等农药残留检测方法相比具备前处理简单、检测速度快等优点,在复杂的农药残留检测环境中有较大的优势。介绍了基于荧光光谱分析技术的农药残留快速检测方法,概述了传统的荧光光谱分析方法在农药残留检测上的应用,以及荧光光谱分析结合同步-导数法、三维荧光光谱、人工神经网络,生物传感器,金属纳米材料等方法与技术用于农药残留检测的研究发展现状,分析了基于荧光光谱分析的农药残留检测现阶段仍存在的局限与挑战,以及未来发展趋势。荧光光谱分析技术在农药残留检测上的普遍推广及应用需通过荧光检测仪器不断朝集成化、模块化发展来实现,使得检测更快捷高效。     

表面增强拉曼光谱技术在食品痕量化学危害检测中的应用

表面增强拉曼光谱(surface-enhanced Raman spectroscopy, SERS)技术是基于被测分子吸附在某些经特殊处理、具有纳米结构的金属表面具有极强拉曼散射增强效应的分子振动光谱技术。因SERS技术具有前处理简单、操作简便、检测时间短、灵敏度高等优点,在食品安全检测领域具有良好的应用前景。食品中化学危害残留超标是主要的食品安全问题之一,已引起全球的关注,SERS技术对食品中痕量化学危害的分子识别及定量分析检测的相关研究报道数量近年来呈上升趋势。本综述概括了应用SERS对食品中常被检出的非法添加物、农药残留、抗生素及其他药物残留检测中的应用和研究进展,涉及的拉曼散射增强基底体系多种多样,如金或银等纳米溶胶体系、金纳米固体表面基底、双金属或磁性内核等复合基底。研究对象一般以化学危害物的标准溶液为起点,扩展到常被检出该化学危害物的相应食品中,如乳制品、鱼、果蔬等。由于表面增强拉曼散射强度受多种因素的影响,SERS谱图的重现性还是一个亟需解决的难题,而食品复杂体系中非目标组分对被分析物拉曼散射信号的干扰导致SERS技术还不能成为一种有效的常规快速分析方法,但SERS为食品及其他复杂体系中痕量化学物的检测提供了一个新的极具潜力的工具。     

表面增强拉曼光谱在食源性致病微生物检测中的应用研究

食源性致病微生物导致的食源性疾病已成为全球化的公共卫生问题。快速、有效地检测食源性致病微生物是实现食源性疾病预防与控制的关键环节，也是保障食品安全的技术关键。表面增强拉曼光谱(SERS)具有简单、快速、灵敏度高等优点，在食品安全、生物医学、环境监控等领域展现出良好的应用前景。介绍了近年来SERS在食源性致病微生物检测中的应用研究进展。对SERS技术概况、SERS增强理论及SERS增强基底进行了简要介绍，重点回顾了SERS在食源性致病微生物检测中的应用和发展现状。在食品安全分析方面，利用SERS与模式识别方法相结合对食品中常见食源性致病微生物能实现快速、有效鉴别，部分研究已应用于不同食品样品的分析，体现了SERS作为“指纹图谱”的分析优势；在医学诊断方面，SERS可对病理样品(如血液、尿液等)中食源性致病微生物进行快速检测，缩短了样本分析时间，使食源性疾病的快速诊断成为可能；随着微流控技术的发展，微流控平台结合SERS技术被称为“芯片实验室”应用于食源性致病微生物的检测，可提高分析的可控性，稳定性，特异性和灵敏度。通过对比分析，发现不同研究可采用不同分离方法、不同基底、不同目标捕获方式等实现了食源性致病微生物的检测，展示了不同方法间的差异性。已有研究表明了SERS在食源性致病微生物检测中应用可克服传统方法耗时等缺点，实现灵敏快速分析，为食品安全实时监控，食源性疾病即时诊断提供了有效的分析工具。同时，指出了SERS技术应用于食源性致病微生物分析依然面临很大挑战，(1)大多数研究并没有聚焦于实际样品，而标准培养液和实际样品的SERS检测存在较大差异，实际样品组分会对SERS响应产生干扰；(2)不同方法结果有较大差异，主要是由于纳米增强基底差异，吸附方式原理的差异，稳定性的差异等，因此需要更多深入研究进一步优化条件；(3)期望建立标准化的SERS方法替代传统技术，充分展示SERS作为新兴分析工具快速、灵敏、简捷的优势应用于食品安全，医学诊断等领域。将来，随着研究的深入及相关学科的发展，SERS作为极具潜力的快速分析工具，将在食品安全，生物医学等领域具有更广阔的应用前景。     

比率型碳点荧光传感器检测机理与应用研究进展

比率型荧光传感器由于具有抗干扰能力强和灵敏度高等优点,在食品安全、金属离子检测、环境污染分析等许多领域显示出巨大的应用潜力。而碳点作为一种新型荧光材料,不仅具有优良的荧光性能,而且毒性低、易于表面功能化,非常适合构建比率型荧光传感器。本文就近年来比率型碳点荧光传感器在检测领域的研究进展进行综述,重点阐述了碳点的荧光检测机理,并根据碳点使用情况的不同,对不同类型的比率型碳点荧光传感器进行了分类总结。最后提出了该领域亟待解决的困难和问题,并对其在分析物检测方面的发展方向进行了展望。     

表面增强拉曼光谱技术在动物源性食品兽药残留检测中的应用

动物源性食品是人类营养摄入必不可少的食品之一,兽药被广泛用于动物饲养和疾病防治,但兽药残留超标等问题对消费者的健康安全构成了严重威胁。为防止受污染的食品对消费者造成危害,研发快速有效的兽药残留分析方法非常必要。表面增强拉曼光谱法(SERS)作为一种痕量的检测方法,有望能够满足目前动物源性食品高效、快速、灵敏的检测需求。综述了SERS方法在动物源性食品兽药残留检测中的研究进展,包括肉类(猪肉、鸡肉、鸭肉、鱼肉)、乳和乳制品及蜂蜜中兽药残留的SERS分析研究。概述了SERS技术在肉类食品中主要兽药残留的检测应用进展。家禽肉中的兽药分析包括四环素类药物、磺胺类药物、恩诺沙星和激素类等药物;猪肉中的兽药主要分析了β-受体激动剂、氯霉素、左旋咪唑等药物;鱼肉中的兽药分析了染料类、磺胺类和氯霉素等药物。对乳和乳制品中的四环素类、氨基糖苷类、青霉素类、酰胺醇类药物的SERS检测进行了总结讨论。简述了SERS在蜂蜜中氯霉素类、四环素类等药物的分析。对SERS在动物源性食品的研究发展方向和应用前景进行了总结和展望。虽然SERS作为一种快速、超灵敏的检测方法,在分析复杂食品体系中的微量或痕量化合物方面,尤...     

发光液晶材料的合成及发光特性研究

具有聚集诱导发光增强效应的发光液晶材料,能有效地解决一般发光材料聚集时荧光猝灭和液晶自组装之间的矛盾,在液晶显示等领域有极大的应用价值。本文报道了一种自发光液晶材料(2Z,2'Z)-2,2'-(1,4-亚苯基)二(3-(4-己氧基)苯基)丙烯腈(PHPA)。研究了PHPA的聚集态发光性质、溶剂化效应、热力学性质及发光各向异性。结果表明,PHPA同时具有聚集态诱导发光增强效应和液晶性,其有序取向的薄膜发出的光具有各向异性。该发光液晶材料应用于液晶显示将能简化器件结构、增加亮度、对比度和能效。     

激光诱导荧光光谱快速检测食源性致病菌

近年来,由微生物污染引起的食品安全问题对人类健康构成威胁。微生物的快速检测对食品安全具有重要意义。目前,微生物快速检测技术存在操作困难,成本高的不足。激光诱导荧光光谱(LIFS)具有灵敏度高、操作方便、设备相对便宜等优点,为微生物的快速检测提供了一种潜在技术。利用便携式405 nm激光激发三种常见食源性致病菌(粪肠球菌、鼠伤寒沙门氏菌和铜绿假单胞菌)的荧光,并利用微光纤光谱仪检测光谱。通过调节激光器功率(10～100 mW)得到粪肠球菌的荧光强度,验证了激光器功率(Power,P)与细菌荧光强度的关系,结果表明最佳激光器功率范围为50～80 mW。测量了在激光器功率P=50 mW时细菌样品的荧光光谱,并讨论了细菌种类和荧光光谱之间关系。结合文献分析粪肠球菌在528 nm处出现黄酮的荧光峰,铜绿假单胞菌中的原卟啉发射634 nm荧光峰。实验结果表明：(1)铜绿假单胞菌在634和703 nm处的荧光峰,可作为直接识别特征;(2)基于多元统计,将粪肠球菌和鼠伤寒沙门氏菌的光谱划分为9个特征区,采用动态聚类法得到粪肠球菌和鼠伤寒沙门氏菌的识别率均达到100%。结果表明,激光诱导荧光光谱法可有效检测铜绿假单胞菌、粪肠球菌和鼠伤寒沙门氏菌。相较于其他微生物快速检测技术,LIFS方法操作方便,检测速度快,识别率高,对食源性致病菌的快速检测具有重要的应用价值。     

三维荧光光谱结合平行因子算法测定两种食品色素的含量

应用英国Edinburgh FLS920P稳态和时间分辨荧光光谱仪测量了12个混合色素样本的三维荧光光谱,将得到的三维荧光光谱数据矩阵(EEMS)与平行因子算法相结合,来建立一种检测食品色素的方法。实验中,使用核一致诊断法(CORCONDIA)确定了混合溶液的组分数为3,然后利用平行因子分析法(PARAFAC),得到胭脂红、诱惑红的平均回收率分别为(99.3%±5.0%)和(102.2%±5.6%),且预测均方根误差(RESEP)分别为(0.054)和(0.205)。结果表明,该法可在干扰物质苋菜红存在的情况下,对混合溶液中胭脂红、诱惑红二种色素同时定量测定,具有简便、快速等优点,可为合成食品色素的检测提供借鉴。     

光谱技术在水产品异物残留检测中的研究进展

十四五期间,我国渔业总产量预计持续增长,水产品进一步成为消费者重要饮食组成,但因销售者与消费者食品安全知识和操作过程存在差距导致的食品安全事件频频发生。光谱技术因快速、无损、测试重现度高的优点,既体现物体的光谱属性,也体现了样品的空间信息,已成为水产品检测技术的热点,但多聚焦于新鲜度检测。该文综述了近10年来光谱技术在水产品异物残留检测的研究进展,分别从鱼骨检测、掺伪分析、寄生虫检测与重金属检测四方面介绍常见光谱技术应用及进展,包括X射线技术（X-Rays）、可见光成像（VIS）、近红外成像（NIR）,高光谱成像（HSI）等,介绍目前存在问题的同时,展望光谱技术在水产品异物残留检测的发展前景：传统检测算法进一步优化,多光谱技术被用于水产品异物残留检测;深度学习在特征提取的巨大优势得以应用,光谱技术在水产品异物残留检测的应用领域研究更加深入;光谱技术与多种检测技术的有机融合成为必然趋势,在线实时检测成为可能。     

聚集诱导发光材料在光学诊疗中的研究进展

光学诊疗是一种利用光激活的激发态能量转化效应实现疾病诊断和同时原位治疗的新型诊疗模式,它具有时空选择性高、毒副作用低、疗效好和可控性强等优点,在疾病诊疗中展现了巨大的应用潜力。近些年,得益于其生物安全性好、光物理性质可调、易于合成和功能化修饰、出色的荧光和光敏性能、以及可便于构筑多模态诊疗试剂等优势,聚集诱导发光材料在光学诊疗领域取得了重大突破进展。基于此,本文从如何通过精准分子设计以及调控分子在聚集态下的运动构筑高效的聚集诱导发光光诊疗体系出发,从荧光成像指导的光动力治疗、光声成像指导的光热治疗和多模态成像指导的协同治疗三个方面总结了聚集诱导发光材料在光学诊疗领域的最新研究进展,并对其未来的发展方向与前景进行了展望。     

持久性有机污染物荧光光谱检测技术研究进展

持久性有机污染物(POPs)种类繁多,分布范围广,对生态环境和人体健康的危害性已引起广泛关注。环境中POPs的监测分析对于污染评价、污染物修复和生产管理等有着重要的意义。基于色谱分离技术的传统检测方法具有检测限低、灵敏度高、稳定性好等优点,但也普遍存在周期长、消耗高、过程繁琐等弊端。荧光光谱分析法具有样品使用少、预处理简单、快速、无损等优势而发展迅速,国内外学者开展了大量研究工作,形成了比较完善的方法体系。介绍了我国现行环境标准中POPs的控制浓度和检测方法,综述了近年来直接/间接荧光、同步荧光扫描联用技术、化学多维校正-三维荧光光谱法和激光诱导荧光技术对POPs检测方面的应用和研究进展,重点包括土壤及水体中多环芳烃、多氯联苯、有机氯农药等,着重介绍了最新研究成果,总结了技术各自适用的情况,分析了不足与待完善之处,并针对POPs的直接荧光光谱检测技术今后的研究与应用方向提出了展望,为进一步发展POPs的荧光光谱快速检测技术提供参考。     

二氰基二苯乙烯基苯衍生物合成及力致发光变色性能

力致变色荧光材料具有机械力刺激响应的性能,在压敏传感等领域有着广阔的应用前景。本文制备了一种具有聚集诱导发光效应的二氰基二苯乙烯基苯衍生物(DCS-Bn),采用高分辨质谱对其化学结构进行了表征。通过吸收光谱和荧光发射光谱研究了DCS-Bn的光物理性质,并使用差示扫描量热仪和X射线粉末衍射仪考察了其聚集态结构。实验结果表明,DCS-Bn在溶液和固体状态均具有较强的发光性能。并且,基于DCS-Bn独特的棒状分子结构及"晶态-非晶态"的聚集态结构变化,该材料具有力致发光变色性质。采用溶剂熏蒸或者加热处理,DCS-Bn荧光颜色又能恢复,在可重复书写荧光材料等领域具有潜在应用价值。     

典型食品果汁中百菌清农药残留荧光检测建模研究

利用荧光分光光度计对典型食品果汁(苹果汁和桃汁)与百菌清混合体系进行了荧光光谱检测,发现在352 nm处有明显百菌清药物特征峰。对混合体系的荧光发射光谱和其导数光谱进行回归分析建模,得到果汁中百菌清浓度和荧光强度之间的预测模型函数。在两种光谱模式下所建指数预测模型函数相关系数都高于0.99,优于线性模型函数;针对两种果汁,原始光谱模式下所建指数模型函数平均回收率分别为101%和100%,线性模型平均回收率分别为110%和118%;导数光谱模式下,两种果汁中百菌清指数函数预测模型平均回收率分别为101%和102%,而线性模型平均回收率分别为109%和120%。研究结果表明可以通过荧光光谱法直接实现果汁中百菌清残留检测,且指数函数预测模型优于线性模型,同时表明在果汁-百菌清混合体系的农药残留定量预测中,导数荧光光谱方法并无显著优势,可直接选用荧光原始光谱建模分析。     

基于SERS的磁性试纸制备及其对亚硝酸根的检测研究

硝酸盐是食品加工生产过程中的一种常用食品添加剂,具有致癌性和致畸性,过量食用可以致命,快速现场灵敏检测亚硝酸盐具有重要现实意义。然而,基于传统的亚硝酸盐的检测方法包括氧化还原滴定法、分光光度法、荧光光度法、原子吸收光谱法、色谱法等,检测过程繁琐、耗时、无法满足现场检测的需求。本文采用金纳米棒和Fe_3O_4/TiO_2/Au NRs磁性复合物在超疏水材料表面进行自组装,形成具有优异SERS性能的磁性试纸。在酸性条件下,该磁性试纸表面吸附的4-氨基苯硫酚与待测的亚硝酸根进行偶合,利用偶合产物的SERS信号,从而实现亚硝酸根的定性及定量检测。该磁性试纸具有优异的SERS性能和磁性,且耐腐、耐污、携带方便。在食品、环境、生物样品等复杂样品中亚硝酸盐的现场、快速、高灵敏检测具有广泛的应用前景。     

应用粒子群优化算法对鸭肉中四环素残留含量的同步荧光光谱快速测定

四环素在NaOH存在的条件下能降解生成具有强荧光特性的异四环素,应用同步荧光光谱结合小波去噪、粒子群优化算法(PSO)和支持向量回归(SVR)建立鸭肉中四环素残留含量的预测模型,可实现鸭肉中四环素残留含量的快速测定和提高预测模型的精度。首先应用平行因子分析法(PARAFAC)确定检测鸭肉中四环素含量的最佳波长差Δλ为70 nm;然后对同步荧光光谱进行db6小波的2层分解的小波去噪及去噪后的光谱归一化处理,并利用PSO筛选出了6个荧光特征波长;最后应用PSO优化SVR模型参数(c, g),进而对在PSO筛选的特征波长光谱条件下建立的PSO-SVR,PLS,PCR模型以及在全光谱条件下建立的PSO-SVR模型进行性能比较,结果表明,以在PSO筛选的特征波长光谱条件下建立的PSO-SVR模型预测能力更强,其预测集的相关系数(r)和均方根误差(RMSEP)分别为0.952 0和17.6 mg·kg-1。说明PSO能够有效提取鸭肉中残留四环素所对应的荧光特征波长,且PSO-SVR预测模型能满足鸭肉中残留四环素的快速测定要求。     

基于荧光光谱和径向基函数神经网络的合成食品色素测定和鉴别

以合成食品色素胭脂红、苋菜红溶液为例,提出了应用荧光光谱结合径向基函数神经网络对合成食品色素溶液进行浓度测定和种类鉴别的方法。应用SP-2558多功能光谱测量系统,测得胭脂红和苋菜红溶液分别在波长为300和400 nm的光激发下产生的荧光光谱。对每个胭脂红溶液样本选取15个发射波长值所对应的荧光强度作为网络特征参数,训练、建立用于浓度预测的径向基函数神经网络。据此,对3种胭脂红溶液样本的浓度进行预测,预测结果相对误差分别为1.42%,1.44%和3.93%。另外,以胭脂红和苋菜红溶液荧光波长值所对应的荧光强度作为特征参数,训练、建立了用于种类鉴别的径向基函数神经网络,进行合成食品色素溶液种类识别,准确率达100%。这些结果表明,该方法方便、快捷、准确度较高,可应用于合成食品色素检测及食品安全监管。     

太赫兹光谱和成像技术在食品安全检测中的应用

随着超快激光技术的快速发展以及人们对太赫兹辐射与物质作用机理的进一步认识,太赫兹辐射作为一项新的、快速发展的技术在很多领域受到广泛关注,在安全检测、医学诊断、无线通信和制药等诸多领域预示着广泛的应用前景。由于食品安全问题的重要性,食品安全的检测技术面临着巨大的机遇与挑战。太赫兹光谱与成像技术提供了一种新型的食品安全检测手段。相比于其他技术,THz技术具有高信噪比和动态范围宽等诸多特点, 能够同时获得样品在THz波段的时域信息与频域信息,以及对应的物质物理结构和化学成分等重要信息,在食品安全检测领域具有独特的优势。文章简要介绍了太赫兹波的概念、特点和技术手段,太赫兹辐射技术在食品安全领域的最新应用进展,并讨论了THz技术应用的限制因素, 展望了THz技术的应用前景。     

基于荧光光谱的2,4,6-三硝基苯酚(TNP)快速检测体系

2,4,6-三硝基苯酚(TNP)是一种威力强于2,4,6-三硝基甲苯(TNT)的猛炸药,同时染料、医药、皮革等行业中被大量使用,由于TNP强大的爆炸威力和环境毒性,使得近年来TNP的快速检测受到越来越多的关注。该研究通过一步反应合成了TNP荧光探针,利用探针的荧光光谱实现了TNP的快速检测。研究了该荧光探针的荧光特性,探针在水溶液中具有较高的荧光强度,在493 nm激发波长下发射波长为547 nm。荧光探针体系与TNP作用后,其发射光谱有明显的减弱,可能是由于荧光探针与TNP结合后,发生了荧光猝灭而改变了其聚集状态。在实验中,测试了荧光探针体系与不同浓度TNP溶液的作用,荧光光谱分析结果表明TNP对荧光探针体系具有良好的猝灭效果,在20～80μmol·L~(-1)的范围内, 547 nm处的荧光强度I_(547)值与TNP的浓度呈现出良好的线性关系,线性回归方程I_(547)=907 521.6-9 955c(R~2=0.992 1),并推算出了检测限为4.55μmol·L~(-1)。该荧光光谱在探针与TNP的作用1 min后即达到稳定,响应时间短,可以实现快速检测; TNP检测的荧光光谱不受对苯酚(PHE)、 2,4-二硝基甲苯(DNT)、 2,4,6-三硝基甲苯(TNT)、 2,4-二硝基苯酚(DNP)、 4-硝基苯酚(NP)等结构类似干扰物和Ca~(2+), K~+, Ba~(2+), Cl~-, SO■, NO~-_3常见阴阳离子的干扰。考察了尘土基质对荧光探针荧光光谱的影响,在实验室内制作了添加TNP的模拟爆炸尘土样本,使用上述荧光探针体系进行检测,实验表明尘土对该荧光探针发射光谱的稳定性及其与TNP的相互作用均无干扰,该体系的荧光发射光谱可以用于尘土中TNP的定量分析,具有较好的实际应用前景。     

新型烛煤超疏水界面辅助的干态SERS快检技术及其应用

制备一种烛煤超疏水界面材料,利用其超疏水和光热性质,建立了一种快速、简便和重现性好的干态SERS快检技术。待测体系与拉曼增强溶胶均匀混合后,以液滴的形式滴在烛煤表面,经808 nm激光短暂(8 min)照射,区别于常见液滴在平面上蒸发过程中出现的"咖啡环"效应,上述混合相的溶质(包括待测分子和溶胶颗粒)高度聚集于液滴中心直至干态,用作SERS检测。检测结果表明,使用该技术检测食品和环境水体中的常见痕量有机物,如结晶紫、三聚氰胺、孔雀石绿和苯胺的检测限分别为0.1 nM、10 ppb、1 ppb和10 ppb,且具备较高的重现性(相对标准偏差接近10%)。此外,若使用合适的激发光,烛煤优良的光热性质使得干态SERS快检无需额外的干燥设备,方便快捷。这种烛煤辅助的干态SERS检测技术能与常见的萃取技术联用,将在食品、环境的快速检测领域具有极大优势与应用前景。     

无机卤化物钙钛矿量子点微球腔荧光增强自参考温度传感研究

利用稀土离子掺杂材料、有机染料以及量子点等荧光材料实现荧光温度传感在航空航天、生物医疗、食品储存等领域具有重要意义。其中，无机卤化物钙钛矿量子点(PeQDs)荧光材料由于具有量子产率高，温度依赖性强等特点，在荧光温度传感领域展现了巨大的应用前景。然而，PeQDs只有一个光致荧光(PL)峰，其强度和位置极易受到浓度和尺寸等因素的干扰，因此用单一PL峰进行温度传感的准确性较低。在本工作中，我们提出了一种微球腔阵列(MCA)耦合PeQDs薄膜(MCA/PeQDs)的新型温度传感结构，利用MCA/PeQDs结构与PeQDs薄膜具有温度依赖性的PL峰值强度比实现温度传感。该结构通过微球腔中回音壁模式(WGMs)增强的Purcell效应提高了自发辐射速率，抑制了声子辅助猝灭效应，从而实现了较好的PeQDs荧光增强。结果表明，在223～373 K范围内，当PeQDs浓度为0.131 6 mg/mL、微球腔直径为(19±1)μm时，该结构的绝对灵敏度(Sa)与相对灵敏度(Sr)可达到0.75 K^-1和1.95%·K^-1。本工作克服了使用单个PL峰进行温度传感...