1 青岛农业大学化学与药学院, 山东 青岛 266109
2 青岛农业大学草业学院, 山东 青岛 266109
农药残留污染使得食品安全获得广泛关注, 发展快速准确和高灵敏的农药残留检测新方法, 具有一定的理论和实际意义。 利用金纳米在聚集和分散状态下, 等离子吸收光谱的变化以及荧光分子罗丹明110与金纳米吸收光谱产生内滤效应, 设计了比色和荧光双模式光学传感器用于农药残留的高灵敏检测。 采用柠檬酸盐还原法合成直径约13 nm表面带有负电荷的金纳米粒子, 在水溶液中呈分散状态, 呈酒红色, 溶液的最大吸收波长在520 nm处。 农药分子可与金纳米通过形成Au-N或者Au-O配位键而结合, 导致分散的金纳米在农药分子诱导作用下发生聚集, 溶液颜色逐渐由酒红色变为蓝紫色, 520 nm处的吸光度逐渐降低, 根据溶液吸光度的变化即可实现农药含量的测定。 溶液颜色的显著变色即便裸眼也可以观察, 该检测方式具有简便、 快速和成本低的优势。 尽管单一的比色检测模式简单, 但存在假阳性的可能。 为进一步验证结果的准确性, 同时提高检测的灵敏度, 在金纳米溶胶中引入带正电的荧光染料罗丹明110, 其吸附在带负电荷的金纳米表面, 此时金纳米在溶胶仍处于良好的分散状态。 由于罗丹明110的荧光光谱与金纳米的吸收光谱重叠, 即二者发生了荧光的内滤效应, 此时溶液的荧光强度很弱, 甚至不发射荧光。 一旦溶液中存在农药分子, 与金纳米表面的荧光染料竞争吸附, 从而诱导金纳米聚集, 溶液由酒红色变为蓝紫色, 同时释放到溶液中的罗丹明110分子的荧光得以恢复, 根据溶液吸光度和荧光强度变化实现对目标物的比色和荧光双模式检测。 以辛硫磷为模型分子, 测试该传感器的各项性能, 比色法和荧光法的检出限分别为15.0和4.0 nmol·L-1, 实际样品测试结果表明, 该传感器在食品安全检测中具有一定的应用潜力。
比色法 荧光法 双模式 农药残留 传感器 Colorimetry Fluorescence Dual-modes Pesticide residue Sensor 光谱学与光谱分析
2023, 43(9): 2785
1 中国计量大学光学与电子科技学院, 浙江 杭州 310018 中国计量科学研究院热工计量科学研究所, 北京 100029
2 中国计量科学研究院热工计量科学研究所, 北京 100029
3 中国计量大学光学与电子科技学院, 浙江 杭州 310018
生物气溶胶是指含有细菌、 真菌、 花粉等生物性粒子的气溶胶。 生物气溶胶的传播会造成严重的危害, 对人体健康、 大气环境等有着潜在的影响。 此外, 在**活动中, 生物气溶胶还可作为生物战剂的释放方式。 因此, 对空气中生物气溶胶进行实时检测, 快速识别气溶胶种类, 判断生物气溶胶浓度、 危险程度等, 是降低致病性生物气溶胶暴露, 保护人员及环境安全, 以及防范生物恐怖袭击的重要手段。 基于荧光法的生物气溶胶实时检测系统利用生物粒子含有色氨酸、 酪氨酸、 核黄素等典型荧光基团, 通过激光诱导生物荧光基团产生特定的荧光光谱, 从而完成对生物气溶胶的检测和识别, 具有甄别气溶胶颗粒生物特性的同时, 获取其粒径尺寸及形态等物理特征的技术优势。 简要介绍了生物气溶胶及其实时检测的基本原理, 概述了生物气溶胶实时检测系统在三个方面的研究, 包括荧光激发光源的触发方式、 荧光激发光源类型以及信号采集系统。 最后, 对生物气溶胶实时检测系统的发展方向进行了探讨, 为后续生物气溶胶实时检测系统的研究开发提供了参考。
生物气溶胶 实时检测系统 荧光法 光散射法 Bioaerosols Real-time detection system Fluorescence Light scattering 光谱学与光谱分析
2023, 43(8): 2339
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室， 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学，安徽 合肥 230026
3 安徽省环境光学监测技术重点实验室，安徽 合肥 230031
4 安徽大学物质科学与信息技术研究院，安徽 合肥 230601
以蛋白核小球藻为研究对象，通过毒性胁迫、光照胁迫和温度改变蛋白核小球藻的光合活性，研究蛋白核小球藻叶绿素荧光产量与光合活性参数Fv/Fm的变化关系。结果表明：3种不同生长环境下，蛋白核小球藻的叶绿素荧光产量随着Fv/Fm改变而发生较为明显变化，最大变化范围为235~668 （μg·L-1）-1；Fv/Fm与叶绿素荧光产量之间具有明显负线性相关性，线性优度R2超过0.91。该研究结果为发展更为准确的藻类叶绿素a质量浓度活体荧光检测方法提供了重要依据。
光谱学 浮游藻类 活体荧光法 叶绿素荧光产量 光合活性 浓度检测 光学学报
2023, 43(23): 2330001
1 湖南工学院材料科学与工程学院, 湖南 衡阳 421002
2 信阳师范学院化学化工学院, 河南 信阳 464000
基于过氧化氢（H2O2）氧化单巯基（—S）为双巯基（S—S）, 抑制金纳米簇（AuNCs）荧光猝灭, 建立了一种灵敏的荧光传感方法用于过氧化氢和葡萄糖（Glu）的检测。 DNA为模板合成的金纳米簇作为荧光探针, 荧光强度高、 稳定且合成简单快速。 加入半胱氨酸（Cys）, 半胱氨酸上的单巯基可以与金纳米簇发生化学键合反应形成稳定的Au—S键, 破坏金纳米簇的结构, 导致金纳米簇荧光强度猝灭。 但当体系中存在过氧化氢时, 将单巯基半胱氨酸氧化成双巯基的胱氨酸。 双巯基的胱氨酸不能与金纳米簇发生键合作用, 金纳米簇在471 nm处发射出强烈的荧光信号。 葡萄糖可以在葡萄糖氧化酶（Gox）的作用下产生过氧化氢, 利用该方法进一步开展了对葡萄糖的检测。 以金纳米簇荧光强度的变化值F/F0为纵坐标, 过氧化氢或葡萄糖浓度为横坐标, 实现了对过氧化氢和葡萄糖的灵敏检测, 线性范围分别为10~100和10~200 μmol·L-1, 检测下限分别为2.8和3.1 μmol·L-1。 选择4种其他糖类化合物和5种金属离子作为干扰物质, 均不会抑制半胱氨酸对金纳米簇的荧光猝灭效应, 表明该方法具有很好的选择性。 用该方法成功检测了胎牛血清样品中的葡萄糖, 加标回收率为94.5%~112.7%。 此外, 该方法可拓展到其他基于酶催化产生过氧化氢体系的分析物检测, 如胆固醇、 辣根过氧化物酶等, 为过氧化氢相关反应的分析提供了一种通用、 简便的方法, 在临床诊断、 食品科学和环境分析等领域具有潜在的应用价值。
金纳米簇 氧化反应调控 荧光法 过氧化氢 葡萄糖 Gold nanoclusters Redox-controlled Fluorescence H2O2 Glucose 光谱学与光谱分析
2022, 42(12): 3757
1 中国船舶集团有限公司第七二五研究所(洛阳船舶材料研究所), 河南 洛阳 471023
4 郑州大学化学与分子工程学院, 河南 郑州 450000
碲是钢铁的微痕量有害杂质, 易引发晶间脆化和微裂纹, 降低材料的力学与抗疲劳性能, 危及船海装备的服役安全, 需要准确快速的检测和控制。 原标准方法GB/T 223.55—2008《钢铁及合金 碲含量的测定 示波极谱法》使用滴汞电极, 存在局部汞富集与危及人员健康和水体环境的风险。 伴随《关于汞的水俣公约》在国内外的全面生效, 该方法已于2017年废止。 钢铁中碲的检验迫切呼唤绿色环保、 准确快速的分析方法。 基于碲可被新生态氢还原为易挥发氢化物的特点, 采用氢化物发生进样技术从基体溶液中高选择性地分离和富集碲, 并联用原子荧光法测定钢铁中微痕量碲。 实验优化了负高压、 灯电流、 观察高度、 载气流量、 屏蔽气流量等光谱仪的工作参数, 研究确定了消解用酸、 试液介质、 溶液酸度、 载流酸度与硼氢化钾浓度等氢化物发生条件, 系统考察了铁基体与铬、 镍、 锰、 铜、 钼、 钨、 钛、 硅、 钒等共存离子的干扰效应及掩蔽方法。 确定的条件参数如下, 负高压: 360 V, 灯电流: 70~80 mA, 观察高度: 7~8 mm, 载气流量: 700 mL·min-1, 屏蔽气流量: 700~800 mL·min-1, 试液介质: 15%盐酸, 掩蔽剂: 2%硫脲-抗坏血酸, 硼氢化钾浓度: 1.5%~2.5%。 称取0.080 g钢铁试样, 加入3.00 mL王水低温加热至溶解完全, 加入20.00 mL 10%硫脲-抗坏血酸混合溶液, 并用15%盐酸定容至100 mL。 采用基体匹配法, 以铁基体溶液建立校准曲线, 校准曲线呈二次方程, 相关系数为0.999。 方法的定量限为1.25 μg·g-1, 测定结果的相对标准偏差(RSD)不大于7%, 合成样品的测定结果与理论值相符, 偏倚小于GB/T 223.55—2008规定的允许差。 该方法具有灵敏、 准确、 快速、 绿色的优点, 可用于船海用钢中微痕量碲的检测。
氢化物 原子荧光法 钢铁 微痕量 碲 掩蔽 Hydride generation Atomic fluorescence spectrometry Steel Trace Tellurium Masking 光谱学与光谱分析
2022, 42(10): 3103
1 河北工程大学 机械与装备工程学院, 邯郸 056038
2 中节能天融科技有限公司, 北京102200
为了解决国内传统的SO2检测仪存在气室的荧光检测区域荧光强度低、进而导致仪器监测精度低的问题, 设计了新的激发光光路结构。在该光路结构中, 点光源通过平凸透镜准直, 利用一窄缝消除竖直方向上的远轴光线, 通过一双凸透镜汇聚到气室荧光采集区域的中心, 并利用光阑减小杂散光的干扰。采用射线追踪算法作为严格矢量分析的工具, 对设计的光路进行仿真分析。结果表明, 优化后的光路使得激发光的能量损失降到了10%, 且弥散斑也大为减小; 用该光路与传统结构的光路进行实验对比, 其示值误差由0.34%满量程变为0.18%满量程, 质量浓度为100μg/L时的精密度由1.13μg/L变为0.53μg/L, 质量浓度为400μg/L时的精密度由2.26μg/L变为1.1μg/L, 两项指标均得到了提高。所设计的激发光光路结构能够有效解决传统光路的不足之处。
光学设计 SO2检测 COMSOL Multiphysics软件 紫外荧光法 optical design SO2 detection COMSOL Multiphysics software ultraviolet fluorescence method
湖南工学院材料与化学工程学院, 湖南 衡阳 421002
聚腺嘌呤-金纳米簇(聚A-AuNCs)制备简单, 快速, 且具有优良的荧光性能和光学稳定性。 基于聚A单链DNA为模板合成的金纳米簇, 构建了一种灵敏、 简单、 快速的新传感方法用于检测汞离子。 以柠檬酸钠为还原剂, 通过水浴加热法合成金纳米簇。 用荧光光谱仪和透射电镜对金纳米簇的荧光性能和微观形貌进行了表征。 结果表明: 合成的金纳米簇为球形, 分散性良好, 平均粒径约为7 nm。 金纳米簇在280 nm紫外光激发下, 于471 nm处发射出强烈的蓝色荧光, 且金纳米簇的光学稳定性良好。 溶液在4 ℃下避光保存1个月, 金纳米簇的荧光强度变化很小。 当汞离子存在时, 汞离子与纳米金之间的高亲和力, 可以有效地猝灭金纳米簇的荧光。 文中讨论了反应体系中缓冲溶液pH值和反应时间对传感器性能的影响, 发现缓冲溶液pH值对该方法的影响不大。 汞离子对金纳米簇的荧光猝灭反应非常迅速, 1 min之内就可以完成, 所以后续反应仅需简单的混合即可进行荧光的测定。 在最优化实验条件下, 对一系列汞离子浓度进行了检测, 线性方程为: y=-335.57x+541.35, 检测线性范围在0.01~1 μmol·L-1之间, 相关系数为0.992 6。 根据空白的三倍标准偏差原则确定检测下限为3 nmol·L-1。 该方法选择性好, 通过9种金属离子的加入对金纳米簇的荧光信号并无明显影响, 验证了金纳米簇对汞离子检测的特异性。 用该方法检测了环境水样中的汞离子, 加标回收率在95.33%~103.8%之间, 相对标准偏差(RSD)不大于4%, 可用于实际样品中Hg2+的检测。 该法仅需将溶液简单混合即可实现对汞离子的检测, 具有操作简便、 快速、 灵敏度高和选择性好等优点。
金纳米簇 荧光法 汞离子检测 Gold nanoclusters Fluorescence Detection of Hg2+
上海理工大学医疗器械与食品学院, 上海介入医疗器械工程技术研究中心, 上海 200093
为了实现生物组织化学特性与物理结构的同时测量,提出了结合光学相干层析扫描(OCT)成像与荧光比率成像的双模态内窥探头。根据OCT成像原理,确定OCT系统的中心波长为1300 nm;根据所选用pH指示剂(SNARF-1)的吸收光谱与反射光谱,确定荧光的激发波长为520 nm。根据ABCD矩阵计算并确定探头的基本结构,基于理论计算结果进行光学元件的加工与探头的组装。此外,搭建了双模态系统,采用该系统测量了探头的横向分辨率与工作距离。通过猪大肠验证了探头同时进行成像和pH检测的能力,实验结果表明:探头能同时进行OCT成像与pH测量,并且具有较高的精度。OCT成像在空气中的横向分辨率约为37.3 μm,工作距离约为13.4 mm,在生物组织中可以实现精度为0.01的pH测量。
医用光学 光学相干层析扫描 比率荧光法 内窥探头 多模态成像 pH测量
1 河北大学 化学与环境科学学院，河北 保定 071002
2 河北省分析科学技术重点实验室，河北 保定 071002
3 国家级化学实验教学示范中心，河北 保定 071002
在模拟生理学条件下(pH=7.40)，采用同步荧光法研究了头孢西丁钠(CFXS)和溶菌酶(LYSO)中的荧光基团酪氨酸(Tyr)残基、色氨酸(Trp)残基之间的相互作用。结果表明：CFXS以静态猝灭的方式猝灭LYSO中的Tyr、Trp残基的荧光，结合位点数n ≈1。310 K时，Tyr与Trp残基反应的荧光猝灭比率分数NSFQR(Trp)(60.25%)>NSFQR(Tyr)(39.75%)，结合位置更靠近Trp残基。Hill系数nH约为1，表明CFXS与LYSO中Tyr与Trp残基的结合不会影响后继配体与蛋白质的结合。CFXS与LYSO中Tyr残基的药物结合率W(Q)为0.19%~0.13%，Trp残基的药物结合率W(Q)为0.23%~0.14%，游离的药物含量几乎不变，这表明CFXS与LYSO中Tyr与Trp残基的结合基本不影响药物的疗效。Tyr残基的蛋白结合率W(B)为52.69%~54.67%，Trp残基的蛋白结合率W(B)为67.67%~69.39%，因此，蛋白中游离的氨基酸残基数目会明显降低。CFXS-LYSO结合体系的主要作用力类型是疏水作用，分子对接结果表明CFXS与LYSO之间还存在氢键作用，且两者的最佳结合位置在LYSO的活性中心附近，两者的结合改变了活性中心处氨基酸残基的微环境。
同步荧光法 头孢西丁钠 溶菌酶 荧光基团 分子对接 synchronous fluorescence cefoxitin sodium lysozyme fluorescent group molecular docking
河北工程大学机械与装备工程学院, 河北 邯郸 056038
为了解决国内传统二氧化硫检测仪在光路上存在荧光数量少、采集精确度低等问题,提出了一种改进的光路系统。点光源通过透镜进行平行准直及会聚,利用窄缝减弱杂散光的干扰,改善了传统光路结构上光会聚效果差的缺陷,提升了检测精度。运用Zemax对新光路和传统光路进行仿真,通过对比点列图、探测视图得出新光路的方均根半径减小到35.439 μm,几何最大半径减小到50.194 μm,气体与光源接触区域的光强提高。对其进行实验检测,数据表明改进后的光路系统的二氧化硫浓度示值误差由传统仪器的2%缩减为1%,提高了检测精度。新研制的光路系统能有效解决上述问题,适用于二氧化硫检测仪的设计。
光学设计 紫外荧光法 Zemax 窄缝 激光与光电子学进展
2020, 57(1): 012205
