1 赤峰学院化学与生命科学学院, 内蒙古 赤峰 024000
2 上海交通大学农业与生物学院食品科学与工程系, 上海 200240
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, 尤其是在食品中可能对健康造成危害的禁用和限用化学物质检测方面显示出了巨大的潜力, 具有较好的发展前景, 但依然面临极大的挑战。 突破技术瓶颈, 建立动物源性食品中兽药残留检测的SERS快速分析策略, 开发出兽药残留的现场实时检测方案, 将对食品安全检测监管具有重要意义。
表面增强拉曼光谱 动物源性食品 兽药残留 食品安全 Surface-enhanced Raman spectroscopy Animal-derived food Veterinary drug residues Food safety 光谱学与光谱分析
2023, 43(6): 1667
1 华南理工大学， 国家人体组织功能重建工程技术研究中心， 广东 广州 510006华南理工大学， 医疗器械研究检验中心， 广东 广州 510006
2 华南理工大学， 医疗器械研究检验中心， 广东 广州 510006
3 华南理工大学， 国家人体组织功能重建工程技术研究中心， 广东 广州 510006
婴幼儿非母乳喂养时奶粉是摄取营养的主要制品， “三聚氰胺”、 “香兰素”等添加剂安全事件的频频发生， 引起全社会的高度关注。 如何快速检测并高效识别奶粉中的不良物质， 是国内外乳制品安全领域的研究热点， 对保障婴幼儿成长健康具有十分重要的现实意义。 由于淀粉和香兰素的红外和拉曼光谱均存在大量的吸收峰， 基质与添加物的光谱信号重合区域广信噪比低， 谱峰重叠干扰严重， 仪器越灵敏检测筛选的难度越大。 研究基于X射线衍射（XRD）建立了适用于食品添加剂香兰素的无损快速、 高灵敏度检测方法， 食品乳制品中的淀粉、 蛋白质等基质材料在XRD下均不具有复杂的衍射花样， 基于XRD的香兰素快速检测方法消除了食品乳制品中各类基质的背景干扰， 结合XRD图谱的指纹特性对香兰素的掺杂进行快速鉴别和定性识别检测。 结果表明， 掺杂香兰素后衍射图谱13.03°出现明显尖锐的衍射峰， 峰形好， 响应值高， 该衍射峰是快速检测香兰素是否存在的特征指纹峰。 XRD法快速检测香兰素采用直接进样、 精细扫描， 在去除基质影响的同时， 相对于气相色谱法、 电泳法， 该方法更加方便、 快速， 定性确认更准确， 结果可靠， 适用性强。 香兰素晶体衍射峰明显， 结构稳定， 同时制样简单， 极大地缩短了检测时间。 本研究中香兰素最低掺杂量为202 μg·g-1， 可用于市售加香食品中香兰素的含量的快速检测， 灵敏度可满足建议限量和超量掺加的检测需求。
X射线衍射 香兰素 食品安全 快速检测 补充检验 X-ray diffraction Vanillin Food security Rapid detection Supplemental testing 光谱学与光谱分析
2023, 43(5): 1563
为了解决食品生产加工场所的卫生检查地点不固定、检测效果受环境因素影响大等问题，根据不同种类食品残留物在紫外光照射下产生不同波长荧光的特性，采用荧光成像技术和分块大津算法，开发了一种能够协助现场检测员进行视觉卫生检查的手持式荧光成像设备。利用3种常见材料表面(木制案板、不锈钢板、聚乙烯塑料板)对奶粉(体积分数为50%、33%、20%、10%、2%)和菠菜残渣(体积分数为50%、33%、25%、20%、10%)进行了实验验证。结果表明，该系统可以协助检测员进行卫生安全检查，不同体积分数菠菜残渣在3种材料表面检出率为100%，不同体积分数奶粉残留物在木制案板和不锈钢板表面检出率为100%，在聚乙烯塑料板表面，除体积分数为2%的奶粉残留物部分检出外，其余体积分数奶粉残留物均能有效检出。该研究为食品加工场所手持式卫生检测设备开发提供了参考。
成像系统 残留物检测 荧光成像技术 食品安全 现场可编程门阵列 分块大津算法 image systems detection of residues fluorescence imaging technique food safety field-programmable gate array block Otsu algorithm
1 北京鉴知技术有限公司, 北京 100084
2 北京微量化学研究所, 北京 100091
抗疲劳类保健品中常见西地那非和他达拉非两类违禁药物的添加, 涉及食品安全刑事案件数目多, 两类药物快速检测技术的研究对于相关犯罪快速打击具有重要意义。相比于色谱等实验室方法, 拉曼光谱是一种操作简便且成本低廉的技术, 近年来越来越多的应用于保健品非法添加药物的快速筛查。本文开发了一种对保健品中西地那非和他达拉非进行同时检测的表面增强拉曼光谱方法。使用便携式拉曼光谱仪器, 本文方法对西地那非的检出限为5 mg/kg, 他达拉非检出限为10 mg/kg, 可测胶囊、片剂类大部分抗疲劳类保健品, 操作耗时10分钟。本文所开发的检测方法在基层公安或市场监督机构有广泛应用前景。
拉曼光谱 表面增强拉曼光谱 保健品 保健品非法添加药物 食品安全 Raman spectroscopy SERS Healthcare products Illegally adulterated drugs Food safety
电子科技大学 电子科学与工程学院，四川 成都 610054
论文提出了一种用于食品工业中常用添加剂（肌醇、亮氨酸、牛磺酸）高灵敏度区分的太赫兹超材料传感器。该传感器由带有双尖端的开口谐振环（Split Ring Resonator，SRR）阵列组成。液体样品的不同浓度和种类对应于传感器不同的频率偏移，可以被用于液体样品浓度和种类的区分和辨别。该超材料传感器使用微纳工艺制作在对太赫兹波透明的石英基板上。利用太赫兹时域光谱仪（THz-TDS）系统分别测量了浓度为0.2、0.4、1.5、2、3和4 mg/ml的液体样品。结果表明，所提出的超材料传感器能检测的最低样品浓度为0.2 mg/ml。同时，该传感器也可以实现相同浓度，不同种类液体样品的辨别。该研究为基于开口谐振环结构的太赫兹超材料传感器在食品安全领域的应用提供了新的参考。
太赫兹传感器 超材料 时域光谱技术 高灵敏度 食品安全 terahertz sensor metamaterial TDS technology highly sensitive food safety
西安工业大学材料与化工学院, 陕西 西安 710021
表面增强拉曼散射(SERS)技术具有高效, 灵敏, 无损检测等特点, 能实现对分析物分子的极低浓度检测, 被广泛应用于痕量分析领域。 在生产和生活中, 有些毒性物质或非法添加剂被人体摄入或长期接触后, 在体内不断累积, 最终导致中毒或者组织器官发生病变; 环境中过量的有害物质残留, 由于其本身的毒性或者使菌株和害虫产生抗药性而造成的生态系统破坏, 会严重影响人们的正常生活; 有些生物分子伴随疾病产生, 可作为疾病的标志物, 能给予人体健康诊断信息; 有些抗癌药物由于本身具有毒性, 使用时需要严格控制用量。 因此, 利用SERS技术对各领域分析物分子的微量检测意义重大。 对SERS技术的发展、 SERS增强机理和检测分析物分子的意义做了简单介绍, 以化学分析、 环境监测、 生物医学和食品安全等领域部分分析物分子为切入点, 重点介绍了SERS基底的制备工艺和检测分析物分子的检出限, 并对拉曼增强机理进行阐述。 检测低浓度的分析物分子, 主要依靠SERS基底与分析物分子之间的有效吸附, 通过基底产生的局域电磁场或者基底与分析物分子形成新的化学状态, 使分析物分子拉曼信号增强。 同时指出在对分析物分子定性定量分析方面面临的诸多挑战: (1)SERS基底大多以金银为原材料, 成本高且不稳定, 对分析物分子检测能力随时间延长而降低; (2)分析物分子在基底表面分布不均, 导致点对点之间差异大, 分析物分子浓度无法通过拉曼特征峰强度来准确获得且拉曼信号易受荧光和背景噪声干扰; (3)微量毒性分析物分子无法被检测出来, 通过食物链或生态系统持续在人体累积, 最终对人体造成不可逆的损伤。 总结了不同领域常见的分析物分子, 为利用SERS技术检测各领域分析物分子提供了分析和比较的基础, 并为不同SERS基底的拉曼增强效果提供参考, 对于推动SERS技术检测不同领域分析物分子具有重要意义。
表面增强拉曼散射 化学分析 环境监测 生物医学 食品安全 Surface-enhanced Raman scattering Chemical analysis Environmental monitoring Biomedical detection Food safety
1 西安交通大学生命科学与技术学院生物医学信息工程教育部重点实验室，陕西 西安 710049
2 浙江西安交通大学研究院，浙江 杭州 311200
表面增强拉曼散射（SERS）属于分子振动光谱，具有灵敏度高、选择性好、检测无损等特点，在材料、生物医学、**等领域具有广泛的应用。目前的研究主要利用拉曼信号分子特征峰强度变化进行检测。由于受到各种因素的影响，拉曼信号分子特征峰会发生移动，相比峰强度变化，拉曼特征峰平移具有更高的稳定性和更好的重现性，由此基于拉曼特征峰平移的SERS检测应用逐渐受到关注。在总结拉曼特征峰平移机制的基础上，介绍了基于拉曼特征峰平移的SERS在癌症与疾病诊断、环境监测及食品安全检测等领域的研究进展，这些研究进展为发展具有高稳定性SERS检测方法提供了新的策略与思路。
激光与光电子学进展
2022, 59(6): 0617015
1 北京邮电大学电子工程学院, 北京 100876
2 北京市辐射中心, 北京 100875
3 电子科技大学电子科学与工程学院, 四川 成都 610054
4 北京邮电大学通信与信息工程学院, 北京 100876
5 毫米波国家重点实验室, 江苏 南京 210096
太赫兹（THz）波, 是指频率范围在0.1～10 THz的电磁波, 在电磁波谱中处于红外与微波之间。 太赫兹波的光子能量相对于可见光更低, 1 THz对应的能量大约只有4.14 meV, 意味着这将大大减少对生物体内组织器官的辐射而引起的伤害, 不会对生物分子产生电离。 因此, 该波段在基础科学、 人体安检、 危险品检测、 高速通信和医学成像等领域具有重要的潜在应用价值。 但在医药和生物探测的应用中, 通常需要检测微量的分析物, 这就需要更高的灵敏度和检测的准确度。 但是现存的检测方法受到太赫兹波强度检测可靠性不高的影响。 基于超材料的生物传感可以通过增强局域电磁谐振, 实现亚波长分辨, 大大提高了传感器的分辨率与灵敏度, 引起了人们的广泛关注。 超材料是一种人工设计的周期性结构, 通过合理设计可以增强局域电磁谐振响应, 实现亚波长分辨, 大大提高传感器的分辨率与灵敏度。 太赫兹超材料传感器为生物传感领域提供了一种新的检测方法, 具有灵敏度高、 响应速度快、 无标记检测等优点。 随着微纳加工技术的快速发展, 制作超材料太赫兹传感器的成本不断降低, 从而在生物医学领域具有非常大的潜在应用价值。 基于超材料的太赫兹传感器的研究已成为目前一个非常热门的国际前沿方向。 但是关于太赫兹超材料传感器的最新研究进展未见报道, 为此通过大量搜集并整理相关资料, 综述了太赫兹超材料传感器在各种生物探测场景中的最新应用, 分别从医学诊断、 食品安全、 农药检测等方面展开介绍。 最后, 对太赫兹超材料在生物传感器的发展和应用前景进行了总结和展望。 该研究将为人们充分掌握太赫兹超材料生物传感器的最新应用进展提供重要参考, 同时为太赫兹超材料传感器的发展和应用提供方向性的指导。
太赫兹 超材料传感器 医疗诊断 食品安全 农药检测 Terahertz Metamaterial sensor Medical diagnosis Food safety Pesticide detection 光谱学与光谱分析
2021, 41(6): 1669
华东理工大学 化学与分子工程学院, 上海功能材料化学重点实验室, 精细化工研究所, 上海200237
食品中有害物质的快速检测对预防食源性疾病和保障食品安全至关重要。荧光传感具有选择性好、灵敏度高和响应迅速等优点, 相较于传统的检测方法具有很大的应用优势。聚集诱导发光材料(AIEgens)在分散状态下荧光较弱, 而在聚集态时发出强烈的荧光, 可有效克服传统荧光材料聚集荧光猝灭(ACQ)的应用局限。独特的荧光激活特性、较弱的背景荧光、较大的斯托克斯位移和出色的光稳定性等优势将AIEgens推广到食品安全检测领域。本文分析了近年来AIEgens在食品安全检测中的应用进展, 如检测农药残留、兽药残留、重金属、病原体、食品添加剂等的荧光传感器, 并对其存在的问题和应用前景进行了总结和展望。
聚集诱导发光 食品安全 荧光传感 有害物检测 aggregation-induced emission food safety fluorescence sensing hazards detection
1 西北农林科技大学机械与电子工程学院, 陕西 杨凌 712100
2 农业农村部农业物联网重点实验室, 陕西 杨凌 712100
3 陕西省农业信息感知与智能服务重点实验室, 陕西 杨凌 712100
4 西北农林科技大学生命科学学院, 陕西 杨凌 712100
近年来食品掺假事件频繁发生, 对食品安全领域产生巨大挑战, 食品掺假问题已成为人们关注的焦点和讨论的热点, 因此实现食品掺假的快速、 准确以及无损检测对保障食品质量和安全具有重要意义。 随着新食品原料、 新添加剂以及新型食品加工技术不断涌现, 使得食品掺假问题呈现技术化、 隐形化、 多样化等特征, 食品中掺假对象的鉴别技术面临更严峻的挑战。 目前一些现代检测技术可针对食品掺假问题进行有效检测, 如高效液相色谱法、 稳定碳同位素比值法等, 然而由于需对样品进行复杂预处理、 检测仪器操作技术要求较高等原因, 使其针对现有的食品掺假检测存在一定的局限性, 因此寻求一种新型的、 灵敏度高的以及具有指纹特性的无损检测技术进行现有食品掺假检测成为关键。 太赫兹（Terahertz, THz）波谱是指频率在0.1~10 THz之间的电磁波, 具有微波和红外双重特性, 其中包括指纹特性、 相干性、 安全性等。 由于物质中大部分有机大分子之间弱相互作用、 骨架振动、 偶极子的旋转和振动跃迁频率与太赫兹波谱相对应, 使得太赫兹技术在食品掺假检测应用领域蕴含着巨大的潜力。 首先阐述了太赫兹波谱技术用于物质检测的原理; 重点综述了太赫兹波谱技术在食品掺假检测方面的最新研究进展, 具体以转基因食品鉴别、 食品原产地鉴别、 乳制品掺假检测、 蜂蜜掺假检测及其他食品掺假检测进行综述; 其次分析了目前太赫兹波谱技术在食品掺假检测方面所存在的问题, 如水分吸收、 散射效应等影响; 最后展望了太赫兹波谱技术在食品掺假检测方面的应用前景, 如开发低成本的太赫兹源和探测器以促进太赫兹技术普及应用、 将机器学习算法用于太赫兹波谱建模分析以提高模型精度和分析速度、 与其他现代检测技术结合使用以实现检测技术间优势互补等; 以期为开展太赫兹波谱技术在食品掺假检测方面研究提供参考和指导。
太赫兹时域光谱 光谱检测 食品掺假 食品安全 化学计量学 Terahertz time-domain spectroscopy Spectral detection Food safety Food adulteration Chemometrics 光谱学与光谱分析
2021, 41(5): 1379
