苋菜红(Amaranth)作为一种人工合成食品添加剂, 常被添加于汽水、 山楂和糖果等当中, 但苋菜红是由煤焦油中分离出来的苯胺染料为原料制成, 过量食用会导致基因突变甚至致癌, 严重危害身体健康。 因此, 对其检测至关重要。 表面增强拉曼光谱技术具有样品前处理简单、 分析速度快和准确性高等优点, 已在化学、 生物和医学领域越来越显示出巨大的潜能。 目前, 用拉曼光谱技术对苋菜红检测的理论与实验研究还未见报道。 而对拉曼光谱及表面增强理论机理的研究可以为在食品中检测及鉴定苋菜红提供可靠的科学依据。 所以利用密度泛函理论全面探究苋菜红的表面增强拉曼机理并与实验结果进行对比, 对食品中的苋菜红检测研究有很好的预测及指导意义。 一方面, 利用共聚焦显微拉曼光谱仪对苋菜红粉末进行拉曼光谱检测, 得到其拉曼光谱; 另一方面, 搭建苋菜红分子结构, 并基于密度泛函理论对分子结构进行优化处理, 从前线轨道、 静电势、 极化率及自然键轨道布局分析四个角度进行计算分析, 得出偶氮基团处(-N15N16-)是苋菜红分子与Ag原子配位的最佳位置。 在此基础上, 使用B3LYP/6-31++G(d, p))基组(C, H, O, N, S, Na)和B3LYP/Sdd基组(Ag)对苋菜红分子与1个Ag原子及3个Ag原子团簇的复合物(Amaranth-Ag1, Amaranth-Ag3)进行结构优化和表面增强拉曼光谱计算。 将苋菜红分子的实验与理论拉曼光谱进行比较, 发现二者吻合较好, 且在1 228, 1 329, 1 467和1 529 cm-1处苋菜红分子的拉曼活性很明显。 另外, 苋菜红与Ag的复合物有明显的拉曼增强效应, 增强效果随着Ag原子个数的增多而愈加明显, 不仅拉曼光谱的峰值个数有增多, 而且其对应光谱峰位强度也有增强。 进一步通过振动模式的归属, 得到鉴定和识别苋菜红的拉曼特征峰。 该研究为利用表面增强拉曼光谱技术检测食品中的苋菜红提供了一定的实验参考和理论依据。

随着社会的不断进步, 食品工业得到快速发展, 随之食品安全问题也层出不穷。 由于合成抗氧化剂价格较低且对食品有较好的防腐保鲜作用, 常被一些食品生产商过量添加在食品中, 严重危及人们身心健康。 因而, 对于食品中合成抗氧化剂的检测研究是十分必要的。 丁基羟基茴香醚(BHA)和叔丁基对苯二酚(TBHQ)是两种常见的合成抗氧化剂。 实验上, 利用共聚焦显微拉曼光谱仪分别对BHA和TBHQ进行拉曼光谱检测, 获得样品的拉曼散射谱。 理论上, 应用密度泛函理论DFT(B3LYP)的三参数混合方法及6-31G(d, p)基组对其进行空间结构优化并计算其拉曼光谱, 给出了光谱强度图。 将理论结果与实验结果进行对比发现, 在50～4 000 cm-1范围内BHA及TBHQ分子拉曼特征明显且拉曼活性较强, 其振动频率在实验上和理论上显示出较好的一致性。 另外, 给出了BHA和TBHQ分子的红外活性、 拉曼活性以及各频率谱线对应的振动模式归属。 结果表明, BHA和TBHQ分子的拉曼频移表征物质的特征结构, 可以作为鉴定和识别的检测依据。 该研究报道了抗氧化剂BHA和TBHQ的拉曼光谱, 并对其理论机制进行分析, 为拉曼光谱技术应用于食品添加剂研究领域提供了理论和实验依据。

应用荧光光谱仪及微拉曼光谱仪分别对几种常见人工合成 色素溶液的荧光光谱和拉曼光谱进行了实验研究。 一方面,首次测量其不同浓度合成色素溶液的荧光光谱,讨论其谱线特性。另一方面,以有致癌性的合成色素苋菜 红为例,应用拉曼光谱技术进行定性和定量检测,验证拉曼光谱对色素检测的可行性。为了提高探测灵敏度, 以55 nm的金纳米粒子溶胶为基底,在785 nm激发光下对不同浓度的苋菜红溶液进行了表面增强拉曼光谱探测, 探测到的最低浓度为10－17 mol/L。分析结果为这种色素的合理利用及安全快速检测提供了有效的光谱实验依据, 也为其它色素的检测提供了参考方法。