熒光分析法在食品檢測中的應用

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，近年來頻發的食品安全問題愈發受到人們的關注，因此采用不同的食品檢測技術來確保食品的安全。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用。本文對兩類不同分析對象的熒光分析法的原理進行分析，列舉了其在食品檢測領域中的應用，為該技術未來的優化提供參考。

關鍵詞：熒光分析;食品檢測;應用

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生。嚴重的食品安全問題受到了廣大人民群眾以及業界工作者的關注，尤其是在黨的十九大提出要實施食品安全戰略后，食品安全更是成為了業界的重點課題之一。在保障食品安全的諸多環節中，食品檢測工作能夠使人們的身體健康和食品產業的正常發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，儀器分析法經過近些年的不斷發展，具有了快速、方便、準確度高和檢出限低等特點，逐漸成為食品領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的組成、結構以及物理或物理化學性質等進行精確的測量，以對物質進行定性、定量分析的方法。根據儀器所測定的物理或理化性質的不同，儀器分析法可以分為電化學分析法、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行多個通道或對痕量的物質進行檢驗等優點，這些年來在食品檢測領域的應用越來越廣泛[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源的介于發射光譜法與吸收光譜法之間的光譜分析法，可以同時對物質中的多種組分進行定性或定量分析。根據光譜類型的不同，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，使得原子由基態變為激發態。而處于激發態的原子是不穩定的，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射，這種形式的光即為熒光[4]。不同物質產生的熒光波長不同，因而可以通過測定物質產生的熒光的不同對其進行定性分析;在一定的濃度范圍內，某物質產生熒光的強度與溶液中這種物質的濃度之間存在正比關系，所以可以通過測定物質的熒光強度對其在溶液中的含量進行分析。

2 熒光分析法使用的儀器

根據結構的不同，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光源、分光系統、樣品池、檢測系統等。其中，為避免激發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的結構上存在差異：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射光波長的選擇[5]。此外，當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構上類似，但具有與原子發射或原子吸收光譜儀相同或相似的原子化器。原子化系統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化為氣態基態原子，以便待測原子吸收激發光并產生特征的熒光[4]。

3 熒光分析法在食品檢測領域中的應用

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，在食品檢測領域中的質量控制、污染物監測、真偽鑒別以及來源追溯等方面都有著較為廣泛的應用[6]。其中，原子熒光分析法主要通過還原氣態氫化物或對待測食品樣品與消解液的混合液進行消解處理等方法對樣品進行前處理，并借由原子化器產生氣態基態原子，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，對食品的真偽、污染物的含量以及原料產地等進行分析。

3.1 原子熒光分析法在食品檢測領域的應用

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的氫化物，因而常使用氫化物-原子熒光法對其進行測定。此方法主要是通過將樣品中待測的重金屬元素轉化為氣態氫化物進行前處理，并利用化學惰性的載氣將氣態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，發生氧化還原反應而最終生成氣態的基態原子。通過對產生的氣態基態原子的熒光特性進行分析，對樣品進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，產生待測元素單質，并通過原子化器將其轉化為氣態基態原子，參與后續的原子熒光分析。根據有關的國家標準的規定，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] 應用此方法檢測西洋菜中硒元素的含量，結果此方法的相對標準偏差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易揮發物質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行原子熒光分析，求出原樣品中此類揮發性元素的種類以及含量[11，13]。因此，此方法應用于食品檢驗中，具有操作簡便、結果準確、過程環保等特點，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分離方法，該方法利用不斷流動、性質穩定的液體作為流動相，攜帶著溶解于其中的樣品經過固定相，樣品中各組分受到兩相的相互作用的強弱不同，導致其在流動相的推動作用下運動的速率不完全相同，進而使各組分先后離開色譜柱，達到分離的效果。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。根據我國相關國家標準的規定，食品中無機砷的含量的測定主要通過液相色譜-原子熒光分析法進行[14]。此外，此方法由于具有預處理簡單、組分分離度高等特點，還可以用于對食品中多種形態的硒含量進行檢測[15]。

3.2 分子熒光分析法在食品檢測中的應用

3.2.1 同步熒光光譜法在食品檢測中的應用

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和發射波長并進行掃描，隨后將測量出的熒光強度大小和激發或發射波長繪制成圖像并進行分析的方法。根據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，可用于對組成復雜的混合物進行分析[16]。通常，同步熒光光譜法可以被應用于檢測食用油中因高溫處理而產生的有害物質的含量，以指導食品煎炸次數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的含量，且此操作的檢出限接近中國國家標準檢測法的檢出限（10 μg·kg-1）[17]。

3.2.2 三維熒光光譜法在食品檢測中的應用

三維熒光光譜是一種以熒光發射強度、激發光和樣品發射光的波長3個指標為三維坐標系3個坐標軸的矩陣光譜。常使用兩種方法對其進行表示：①以3個指標各自為坐標軸，建立立體的熒光光譜圖。②以發射光和激發光的波長為平面坐標系的兩個坐標軸，建立等熒光強度圖。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、樣品熒光的強度以及走向角等特征參數對待測樣品進行鑒別[6]。三維熒光光譜具有較高的靈敏度以及較優的選擇性，無須繁瑣的分離程序便可直接對具有復雜組成的或產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的含量。王帥等借助β-環糊精的熒光增強作用，對通過一定手段從葛根中提取出的葛根素樣品進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生的熒光的波長以及強度，從而實現對樣品的分析檢驗。經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行測定，檢測出了大黃魚魚肉隨冷藏時間的延長常而發生的改變[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等具有抗氧化作用的物質，以對其新鮮度進行評價[20]。

4 結語

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，做好食品檢驗工作，對人們的身體健康以及食品企業的正常發展都具有重要的意義。熒光分析法優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用于食品檢測領域。因此可以預見，在未來的幾年里，繼續開展熒光分析法在食品檢驗領域中的應用的有關研究，具有極其重大的意義。

參考文獻：

[1]馬月萍.食品檢測對食品安全的重要性[J].新農業，2020（15）：71-72.

[2]彭力，唐佳妮，張喜鳳，等.儀器分析方法在食品檢測分析中的應用[J].現代食品，2019（17）：131-133.

[3]紀曉嵐.食品安全檢測中化學檢測技術的應用[J].現代食品，2020（2）：143-145.

[4]胡坪，王氫.儀器分析[M].北京：高等教育出版社，2019.

[5]許金鉤，王尊本.熒光分析法[M].北京：科學出版社，2006.

[6]孫艷輝，吳霖生，張汆，等.分子熒光光譜技術在食品安全中的應用[J].食品工業科技，2011，32（5）：436-439.

[7]周曉婷，朱永擅.原子熒光檢測技術在食品檢測中的應用分析[J].現代食品，2020（13）：186-188.

[8]董福全，涂欣欣，舒健宇.原子熒光檢測技術在食品檢測中的應用[J].食品安全導刊，2019（33）：77.

[9]國家衛生和計劃生育委員會，國家食品藥品監督管理總局.GB 5009.93-2017 食品安全國家標準 食品中硒的測定[S].北京：中國標準出版社，2017.

[10]中華人民共和國環境保護部科技標準司.HJ 702-2014 固體廢物 汞、砷、硒、鉍、銻的測定 微波消解/原子熒光法[S].2014.

[11]王昌釗，吳雙民，張遴.氧彈燃燒-原子熒光光譜法測定煤中汞含量[J].化學分析量，2017，26（2）：70-72.

[12]唐海龍.氧彈燃燒-原子熒光測定西洋菜中硒的含量[J].廣東化工，2018，45（8）：219+239.

[13]吳永良.煤中微量汞的氧彈燃燒-無火焰原子熒光光譜法測定初探[J].煤田地質勘探，1989（3）：37-40，71.

[14]國家衛生和計劃生育委員會.GB 5009.11-2014 食品安全國家標準 食品中總砷及無機砷的測定[S].北京：中國標準出版社，2014.

[15]龔洋，雷正達，李莉，等.液相色譜——氫化物發生原子熒光光譜法測定富硒稻谷中硒的形態[J].食品與發酵科技，2020，56（2）：105-108.

[16]吳曉紅，高生平.同步熒光技術的應用進展[J].光譜實驗室，2008（4）：651-654.

[17]陳健，孫愛東.同步熒光光譜在食品檢測領域的應用[J].中國食物與營養，2009（10）：28-31.

[18]王帥，文震，陳慶，等.β-環糊精敏化葛根素三維熒光及在葛根食品分析中的應用[J].中國食品學報，2018，18（12）：219-224.

[19]蘇文華，湯海青，歐昌榮，等.前表面熒光光譜法鑒別不同冷藏時間的大黃魚鮮度[J].核農學報，2020，34（2）：339-347.

[20]Teresa C，Paolo P，Patrizio C.Is it advisable

to store olive oil in PET bottles？[J].Food Reviews International，2009，25（4）：271-283.