表面增強(qiáng)拉曼光譜加速食品檢測
圖1.? 三聚氰胺在鮮牛奶中的表面增強(qiáng)拉曼盲測結(jié)果，2008年10月10日。
本文介紹了表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)在快速檢測三聚氰胺、蘇丹紅1號、孔雀石綠等違禁添加劑中的應(yīng)用。利用 OptoTrace公司開發(fā)的 RamTracer系列便攜式拉曼檢測儀和擁有ZL技術(shù)的表面增強(qiáng)試劑以及芯片（NanoDog），通過簡單的樣品前處理手段，即可實現(xiàn)對食品中非法添加劑和過量添加劑進(jìn)行現(xiàn)場實時檢測。其中，三聚氰胺標(biāo)準(zhǔn)品系統(tǒng)檢測時間小于1min，方法檢測限為2μg/L；蘇丹紅1號標(biāo)準(zhǔn)品系統(tǒng)檢測時間約為1min，方法檢測限為10μg/L；孔雀石綠標(biāo)準(zhǔn)品系統(tǒng)檢測時間約為2min，方法檢測限為1μg /L。
拉曼光譜（Raman Spectroscopy）分析技術(shù)是以拉曼效應(yīng)為基礎(chǔ)建立起來的分子結(jié)構(gòu)表征技術(shù)，其譜線位置 (位移值)、譜線數(shù)目、和譜帶強(qiáng)度等直接反映了基于化學(xué)分子鍵的延伸和彎曲的振動模式信息，進(jìn)而可以了解分子的構(gòu)成及構(gòu)象信息。
OptoTrace公司研發(fā)的 RamTracer系列便攜式拉曼檢測儀體積遠(yuǎn)小于普通大型拉曼檢測儀，一般尺寸約為 20cm×15cm×7cm，新研發(fā)的手持機(jī)型更是只有兩個手機(jī)大小，便于攜帶，適應(yīng)現(xiàn)場檢測需求，內(nèi)置高容量可充電鋰電池，可在現(xiàn)場持續(xù)工作約5h以上；檢測儀的光源采用785nm穩(wěn)頻激光，功率可在0~300mW范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)，能夠根據(jù)不同檢測對象的性質(zhì)進(jìn)行實時調(diào)整；檢測儀的光譜范圍一般為250~2400cm-1，可檢測絕大多數(shù)常見物質(zhì)，而 6cm-1 的高分辨率可解析復(fù)雜結(jié)構(gòu)的分子信息，即便是檢測含有多成份的混合物，也能得到清晰易辨識的拉曼譜圖。
在開發(fā)高性能便攜式拉曼光譜檢測儀的基礎(chǔ)上，OptoTrace還領(lǐng)先性地將研發(fā)力量投入到了推廣表面增強(qiáng)拉曼光譜檢測技術(shù)和應(yīng)用上，以應(yīng)對在微量檢測領(lǐng)域，尤其是食品安全領(lǐng)域低濃度違禁添加劑的檢測需求，用來彌補(bǔ)普通拉曼方法無法快速檢測微量樣本的問題。表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)（SERS）是利用微量分子吸附于Cu、Ag、Au等金屬溶膠或電極表面，使其拉曼光譜信號可增強(qiáng)104~109倍，從而獲得較好的信號響應(yīng)；SERS技術(shù)是一種新的微量測試技術(shù)，可以在分子水平上研究材料分子的結(jié)構(gòu)信息，如銀納米粒子，銀膠體粒子上的聯(lián)喹啉等。OptoTrace 公司應(yīng)用ZL技術(shù)自主研發(fā)的 NanoDog表面增強(qiáng)拉曼納米試劑和芯片，通過優(yōu)化納米特性尺度進(jìn)一步使檢測靈敏度的級別提高到ppb水平，使微量以至于痕量物質(zhì)檢測成為可能。
圖2.? 蘇丹紅1號在辣椒粉中的檢測實例。
三聚氰胺檢測
2008年10月15日，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局、國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會批準(zhǔn)發(fā)布了《原料乳中三聚氰胺快速檢測液相色譜法》(GB/T22400-2008) 國家標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了三聚氰胺的快速檢測方法的檢測定量限。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了高效液相色譜法為三聚氰胺的快速檢測方法，定量檢測范圍為0.30~100mg/kg，方法檢測限為0.05mg/kg。標(biāo)準(zhǔn)適用于原料乳，也適用于不含添加物的液態(tài)乳制品。
但面對如今高通量、大范圍的三聚氰胺社會檢測需求，上述國家質(zhì)檢總局發(fā)布的三聚氰胺檢測技術(shù)國家標(biāo)準(zhǔn)雖然能夠?qū)ξ粗獦悠愤M(jìn)行定量檢測，確定其物質(zhì)成分，但其檢測成本高、送檢周期長的缺陷也日益突顯。為了讓一些中小型企業(yè)易于接受，目前市場上已經(jīng)出現(xiàn)了很多三聚氰胺檢測試劑盒，這種試劑盒采用的是競爭性酶聯(lián)免疫反應(yīng)（ELISA）方法，每次可對近80多個三聚氰胺樣品進(jìn)行測試，但ELISA方法檢測三聚氰胺的精確度有限，同時還不排除其他類似化合物也會出現(xiàn)同樣的檢測結(jié)果。
倒奶殺牛的慘劇不斷，企業(yè)生產(chǎn)遭遇收奶難題，快速檢測三聚氰胺的技術(shù)成為國家提振乳業(yè)的當(dāng)務(wù)之需。OptoTrace公司針對社會需求，研發(fā)了一整套完備的表面增強(qiáng)拉曼檢測方法，有能力檢測液態(tài)奶中是否含有三聚氰胺，且重現(xiàn)性良好，樣品前處理簡單，全程檢測時間最長僅為5min，實樣檢測限為1mg/kg，檢測成本低，設(shè)備操作相對簡捷，十分適合奶站收奶及企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的快速檢測。
2008年10月10日OptoTrace公司分別與合作單位中國檢驗檢疫科學(xué)研究院和北京工業(yè)大學(xué)參加了由科技部、質(zhì)檢總局、衛(wèi)生部和農(nóng)業(yè)部組織的生鮮奶中三聚氰胺快速方法統(tǒng)一測試，檢測技術(shù)要求如下：檢測限小于或等于2mg/kg（L）；樣品檢測時間小于30min（包括前處理）。盲測結(jié)果：檢測限1mg/kg（L）；9個盲樣檢測時間1.5h，樣品平均檢測時間10min（包括前處理）；檢測結(jié)果100%正確。
圖3.? 孔雀石綠的檢測實例。
如圖1所示，將不同濃度三聚氰胺插標(biāo)牛奶測得的譜圖進(jìn)行比較，710cm-1附近的峰為三聚氰胺的特征峰，從圖上可以看出空白牛奶在710cm-1附近基本觀測不到拉曼峰，隨著濃度逐漸升高，特征峰的強(qiáng)度也逐漸升高，并呈現(xiàn)一定的線性關(guān)系。
應(yīng)用便攜拉曼系統(tǒng)對牛奶中的三聚氰胺進(jìn)行檢測，只需取少量牛奶樣品進(jìn)行處理后，即可進(jìn)行檢測，一般來說從樣品處理到得出檢測結(jié)果，前后全程約為5min，若應(yīng)用OptoTrace高靈敏拉曼系統(tǒng)，檢測時間可短于2s；而對于三聚氰胺在鮮牛奶中的快速篩查檢測全程可短于2min。 該方法檢測限為2μg/L（優(yōu)于0.050mg/L現(xiàn)有色譜國家標(biāo)準(zhǔn)檢測限一個數(shù)量級），檢測全程簡便快速，并可進(jìn)行現(xiàn)場檢測。因而拉曼方法符合對大批量牛奶樣品中三聚氰胺含量進(jìn)行現(xiàn)場快速篩查評估的要求，有望解決現(xiàn)時牛奶中三聚氰胺檢測通量嚴(yán)重不足的實際問題以及現(xiàn)場檢測的需求。
蘇丹紅檢測
蘇丹紅具有致癌性，對人體的肝腎器官具有明顯的毒性作用，1995年歐盟等國家已禁止其作為色素在食品中進(jìn)行添加，對此我國也明文禁止。
當(dāng)前蘇丹紅的檢測國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 19681—2005）采用的是高效液相色譜法，其檢測步驟主要是通過層析濃縮等步驟分離出蘇丹紅并通過液相色譜儀進(jìn)行檢測，這種方法同樣存在著檢測周期長，樣品處理繁瑣等不足。
OptoTrace公司針對辣椒粉中摻入的蘇丹紅1號，研發(fā)了一套相對簡單的前處理手段，通過有機(jī)萃取和轉(zhuǎn)化，有效地去除萃取液中其他成分對于蘇丹紅1號拉曼信號的干擾，并開發(fā)了專用的表面增強(qiáng)試劑；現(xiàn)階段，利用表面增強(qiáng)拉曼光譜法，使用RamTracer-200檢測儀，蘇丹紅1號的標(biāo)樣檢測限達(dá)到了10μg/L，系統(tǒng)檢測時間約為1min；檢測辣椒粉中的蘇丹紅1號，實際樣品檢測全過程不超過2min，檢測限為10mg/kg。同時，研發(fā)小組也在加緊工作，有望在短期內(nèi)進(jìn)一步完善檢測方法。
孔雀石綠檢測
孔雀石綠可用作殺菌、驅(qū)蟲劑，是藥用染料中抗菌效力較強(qiáng)的一類，屬于三苯甲烷類染料，魚類一般用于防治水霉病、爛鰓病以及寄生蟲病等?？兹甘G具有潛在的致癌性，美國、日本以及英國等許多國家已禁止用于水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)。由于孔雀石綠在水產(chǎn)養(yǎng)殖中抗菌效果較好，價格低廉，使得不少業(yè)戶還在小范圍使用，因此對于孔雀石綠的監(jiān)控就顯得格外重要。近幾年我國因藥物殘留出口的動物源性食品屢遭禁運(yùn)，歐盟派到中國的專家組，曾多次強(qiáng)烈要求中國政府對孔雀石綠殘留進(jìn)行監(jiān)控。而我國目前還沒有穩(wěn)定可靠的檢測孔雀石綠殘留的檢測方法，因此開發(fā)該藥在水產(chǎn)動物殘留檢測方法非常必要。
當(dāng)前我國關(guān)于檢測孔雀石綠的國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T19857-2005）采用的是液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法以及高效液相色譜法，該方法檢測限低（0.5~2μg/L），適用于不同的檢測樣本，但耗時長，無法在現(xiàn)場檢測，且要求實驗員有較高的技術(shù)水平。
OptoTrace公司針對養(yǎng)殖水體中的孔雀石綠的檢測開發(fā)了一套適合表面增強(qiáng)拉曼檢測的樣品處理過程，并專門研制了特異性檢測孔雀石綠的增強(qiáng)試劑，該系統(tǒng)對于孔雀石綠的標(biāo)樣檢測靈敏度達(dá)到了1μg/L，系統(tǒng)檢測時間約為2min；實際樣品的檢測限最低可達(dá)到10μg/L，一般情況下，實際樣品檢測全過程不超過30min，當(dāng)樣品中可能含有較高濃度（大于100μg/L）時，本方法可無需前處理僅用時約1min即可檢測到孔雀石綠的存在。該方法簡單,對實驗員的專業(yè)技術(shù)要求不高，適合于現(xiàn)場快速檢測。
展望
表面增強(qiáng)拉曼檢測技術(shù)是一個可應(yīng)用于食品安全領(lǐng)域的切實可行的光學(xué)技術(shù)。它快速、準(zhǔn)確和靈敏，且具有重現(xiàn)性良好，樣品前處理簡單，檢測時間短，檢測成本低，系統(tǒng)小型便攜，設(shè)備操作相對簡便等優(yōu)點(diǎn)。目前，該技術(shù)已成為分析化學(xué)、生物學(xué)、藥學(xué)和生命科學(xué)等領(lǐng)域的重要研究手段，正在表現(xiàn)出在食品安全領(lǐng)域的現(xiàn)場快速檢測微量化學(xué)物的優(yōu)越能力。
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焦點(diǎn)事件
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