共振拉曼光谱技术及在海产品肉类添加剂检测中的应用

作     者：徐冰冰 

作者单位：中国计量大学 

学位级别：硕士

导师姓名：金尚忠

授予年度：2019年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 09[农学] 070302[理学-分析化学] 0903[农学-农业资源与环境] 0703[理学-化学] 

主      题：食品添加剂 共振拉曼 表面增强拉曼 表面增强共振拉曼 

摘      要：激光拉曼(Raman)光谱技术具有快速、无创、原位探测的特点,被广泛应用于分子领域的检测。共振拉曼光谱技术(RRS)、表面增强拉曼光谱技术(SERRS)又具有独特优势,得到了广大研究者的青睐,被广泛用于各个领域。本论文的研究工作主要包括以下两大部分。第一部分,综述性地探究了共振拉曼光谱技术发展应用。当激发光源频率刚好存在于分子的某一个电子吸收带中,由此导致了分子向电子激发态跃迁,从而出现了共振吸收现象,因此对入射光的吸收强度大大增加。RRS能够提高信号强度至10倍,这比常规拉曼呈现的信号要好很多。因此,RRS检测技术以其更高的灵敏度和选择性而具有更广泛地应用,特别是在生物学及医学等领域。如:(1)生物基质中叶绿素等色素分子进行分析;(2)细胞和DNA等物质研究以及一些临床疾病诊断。RRS能够呈现被隐藏的,极其重要的分子信息。RRS的检测限可以非常地低,因此它常被应用于生物物质以及色素物质的检测。近年来,RRS检测技术已经得到创新与延伸,如液芯光纤共振拉曼光谱和透射共振拉曼光谱等新技术的应用。本部分通过对近几年有关RRS技术应用的论文以及相关结论进行了综述性的整理,介绍了RRS的历史背景和研究现状,分别对其在色素检测、生物检测和爆炸物检测等应用进行详细的分析,为科学研究者更好地认识共振拉曼光谱技术的优势以及为今后在此方面的研究提供一套相对完整的参考数据库。第二部分,市场上大量海产品含有食品添加剂,查处使用非法添加剂以及添加剂滥用已经成为目前食品安全监测的一项重点工作,建立高效、方便以及具有高灵敏度的检测添加剂的方法势在必行。本部分基于拉曼光谱技术对海产品中的违禁添加剂进行探究。采用532nm、633nm和785nm激发光对胭脂红、孔雀石绿以及苯甲酸钠等十种添加剂进行了拉曼探测。包括:(1)采用三种激发光对购买来的包括孔雀石绿、胭脂红以及氯霉素等十种添加剂纯样品进行拉曼检测,对每种添加剂特征峰相对强度进行总结以及峰位归属,找出检测每种添加剂的最佳激发波长,以及判定在该最佳波长激发下产生共振拉曼效应的有效性;研究发现,检测孔雀石绿的最佳激发波长为633nm,而胭脂红的最佳检测波长则是785nm,氯霉素的最佳检测波长为532nm。同样地,其他添加剂的最佳激发波长都得以确定。各种添加剂在其最佳激发波长的激发下都会产生相应的共振拉曼效应。此时,它们的特征峰信息都发生了变化,具体表现为:特征峰的峰值强度被极大增强,以及特征峰位置几乎都发生了频移现象,有的甚至会有新的特征峰出现。每一种添加剂拉曼指纹图都是唯一的,且在三种不同激光条件下的拉曼光谱图基本一致。证明了拉曼光谱对于添加剂的检测是非常适用的,且特定的激发条件会使得添加剂检测出现共振增强现象。(2)配制了十种添加剂的不同浓度梯度的标准水溶液样本,且浓度分别1、10、50和100μg/L。采用532nm、633nm以及785nm三种不同激光对配制的不同浓度的添加剂进行了拉曼检测,进行了SERS与RRS共同作用的拉曼检测,证明了SERRS对于极低浓度下(1μg/L)的样品水溶液的拉曼检测十分有效。(3)采用三种不同激光对肉类中的添加剂提取液进行拉曼检测。比较了添加剂标准溶液以及肉质中添加剂提取液的拉曼光谱,发现肉类中添加剂提取液拉曼信号低于添加剂标准溶液样本拉曼信号,产生此现象的原因主要为:一是添加剂在被从肉中提取出来时出现药物损失,而且还受肉类组织中提取的其他非目标成分(比如脂肪与蛋白质等)的干扰,从而添加剂不能很好地吸附在SERS基底上。二是被提取的添加剂分子由于受到非目标物质的影响,导致其在SERS基底上的吸附状态发生改变,继而使得添加剂提取液的拉曼信号不被很好地显示出来,出现了特征峰相对强度的降低或消失现象。实验结果证明了SERS及SERRS技术在食品添加剂测试判定中具有实际的可行性和广泛的适用性。