本发明属于食品检测技术领域，具体的说，涉及一种荧光/比色双探针快速检测食品中亚硝酸盐的方法。
背景技术：
在传统食品工业如肉制品(如香肠、红烧肉制品等)加工过程中，亚硝酸盐常作为常用的发色剂和风味剂，可获得理想的色泽和风味，同时具有一定的抗菌防腐能力。但是亚硝酸盐在酸性环境中与仲胺、叔胺、酞胺及氨基酸共存时，可形成具有强烈致癌作用的n一亚硝胺(nitrosamines)类化合物。因此，控制食品中亚硝酸胺的前体化合物亚硝酸盐含量具有重要的理论和现实意义。
目前国内外报道的测定no2-的方法，大多数采用分光光度法、催化动力学法、电化学分析法、色谱分析法等。但这些方法需要大型仪器设备，不利于食品的现场检测。此外，食品中往往存在复杂的基质干扰和分析物浓度低等特点，因此，针对食品样品中亚硝酸盐现场快速检测需求，开发针对食品样品中亚硝酸盐的现场快速检测方法非常必要。
荧光分析通常具有灵敏度高、选择性好等优点，能够为复杂的环境样品中微量及痕量物质的分析提供手段，目前广泛应用于生命科学和无机化学等领域。目视比色法是比色标准系列法，将样品显色溶液与标准色阶的各比色管进行比较，能够直观快速分辨出样品浓度的平均值，其主要优点是设备简单和操作简便。荧光/比色法用于水样中亚硝酸检测具有操作简便、灵敏度高、抗干扰能力强和应用范围广等特点。该方法为建立现场、快速、高选择性和高灵敏度的分析检测方法提供了重要的参考价值。
技术实现要素：
为了克服上述现有技术在食品方面检测亚硝酸盐的不足，本发明提供了一种荧光/比色双探针快速检测食品中亚硝酸盐的方法；其具有卫星式纳米结构的金纳米棒-偶氮化试剂-金纳米球，根据其荧光强度和颜色变化用于食品中的亚硝酸盐的现场快速检测。
本发明原理主要是利用在酸性条件下纳米粒子修饰的对巯基苯胺和1,8-二氨基萘，对巯基苯胺修饰的金纳米棒、1,8-二氨基萘修饰的金纳米球，与亚硝酸盐离子反应生成偶氮化合物，该化合物的颜色随亚硝酸盐的浓度增加而加深，荧光强度随亚硝酸盐的浓度增强而降低。通过对颜色强弱和荧光强度对no2-进行定性和定量分析。
本发明的技术方案具体介绍如下。
一种荧光/比色双探针快速检测食品中亚硝酸盐的方法，具体步骤如下：
(1)在酸性水溶液中，将金纳米棒表面修饰对巯基苯胺，制备对巯基苯胺修饰的金纳米棒；
(2)在乙醇水溶液中，将金纳米球表面修饰1,8-二氨基萘，制备1,8-二氨基萘修饰的金纳米球；
(3)将步骤(1)和步骤(2)的两种纳米材料按照比例混合后，加入到若干含有已知不同亚硝酸盐浓度的标准溶液中，形成具有卫星式纳米结构的金纳米棒-偶氮化试剂-金纳米球，然后将其滴加到滤纸上，获取其日光灯和紫外灯下的光学照片；
(4)将步骤(3)按比例混合的两种纳米材料滴加到待测食品中，通过比色法和荧光法进行同时分析检测；通过比对步骤(3)中样品和待测食品在日光灯下颜色和荧光灯下强度，从而实现对食品中亚硝酸盐的现场快速定性和定量分析。
本发明中，步骤(1)中，金纳米棒的平均粒径在80～120nm之间；步骤(2)中，金纳米球的平均粒径在1～3nm之间。
本发明中，步骤(3)和步骤(4)中，所述两种纳米材料的质量比为1:1～1:50。
本发明中，步骤(3)中，已知不同的亚硝酸盐浓度分别为0、0.1、0.5、1.0、2.0、5.0和10μmol/l。
本发明中，步骤(3)中，两种纳米材料混合后滴加到滤纸上，获取其日光灯和紫外灯下光学照片；步骤(4)中，将步骤(3)按比例混合的两种纳米材料滴加到待测含亚硝酸盐的溶液中，通过比对步骤(3)中滤纸上和待测溶液的颜色和荧光强度，从而实现对待测溶液中亚硝酸盐的现场快速定性和定量分析。
与现有检测方法相比，本发明的有益效果在于：
1、通过对巯基苯胺修饰的金纳米棒与1,8-二氨基萘修饰的金纳米球混合制备亚硝酸盐的偶合试剂，在检测亚硝酸盐时可形成基于氮氮双键的卫星式纳米结构，该纳米材料可实现亚硝酸盐的浓缩和富集，而且具有制备简单，方便推广使用等特点。
2、采用日光和荧光双分子探针肉眼检测食品中亚硝酸盐，检测范围很宽(0～10μm)，更加直观，具有操作简便、分析快速和现场检测等特点，可满足食品市场中亚硝酸盐的检测需求；目视比色法根据样品颜色与标准色阶相比较，能够直观快速判断出样品浓度。本发明制备的淡橙色偶合试剂，利用亚硝酸盐存在时，变成深紫色颜色，可以实现高浓度的亚硝酸盐检测，具有检测范围宽、快速等优点。
3、本发明的偶合试剂具有荧光性，可以检测复杂环境样品中痕量物质。在亚硝酸盐存在时，利用1,8-二氨基萘的荧光猝灭，实现低浓度的亚硝酸盐检测，具有检测限低、背景干扰小等优点。
附图说明
图1a是本发明实施例1的日光灯下对巯基苯胺修饰的金纳米棒、图1b是1,8-二氨基萘修饰的金纳米球、图1c是偶合试剂(对巯基苯胺修饰的金纳米棒+1,8-二氨基萘修饰的金纳米球)加入亚硝酸盐的光学图片。
图2a是本发明实施例1的紫外灯照射下对巯基苯胺修饰的金纳米棒、图2b是1,8-二氨基萘修饰的金纳米球、图2c是偶合试剂(对巯基苯胺修饰的金纳米棒+1,8-二氨基萘修饰的金纳米球)加入亚硝酸盐的荧光图片。
图3是本发明实施例1的偶合试剂(对巯基苯胺修饰的金纳米棒+1,8-二氨基萘修饰的金纳米球)与亚硝酸盐反应形成的卫星式结构纳米传感器。
图4是本发明实施例1中偶合试剂与不同浓度(0、0.1、0.5、1.0、2.0、5.0和10μmol/l)亚硝酸盐显色所得光学图片和紫外灯下图片。
图5是本发明应用例1的火腿肠的日光下光学图片，a、b和c分别为添加0、1.0和5.0μmol/l亚硝酸盐的样品。
图6是本发明应用例1的火腿肠的紫外灯下荧光图片，a、b和c分别为添加0、1.0和5.0μmol/l亚硝酸盐的样品。
图7是本发明应用例2的红烧肉的日光下光学图片，a、b和c分别为添加0、1.0和5.0μmol/l亚硝酸盐的样品。
图8是本发明应用例2的红烧肉的紫外灯下荧光图片，a、b和c分别为添加0、1.0和5.0μmol/l亚硝酸盐的样品。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细阐述。
实施例1
(1)晶种法制备金纳米棒
制备金纳米种子溶液：室温条件下(25-28℃)，配制9.75ml0.1mol/l十六烷基溴化铵水溶液，均匀搅拌至透明，滴加0.25ml0.01mol/l四氯金酸水溶液，待其在溶液中均匀分散后，快速加入新鲜配制的0℃的0.01mol/lnabh4溶液0.6ml，溶液由浅黄色变成棕黄色，均匀搅拌3min，室温静置2h后备用。此时金浓度0.25mmol。
制备金纳米棒溶液：室温条件下，配制10ml0.1mol/l的十六烷基三甲基溴化铵水溶液，再加入0.5ml0.01mol/l四氯金酸水溶液，混合均匀后再加入0.1ml0.01mol/lagno3，0.2ml1mhcl，充分搅拌，加入80μl0.1mol/l抗坏血酸，溶液由深黄色变为无色，加入12μl已制备好的金种子溶液，均匀搅拌3分钟，室温静置6h。
纯化金纳米棒溶液：制备好的金纳米棒溶液通过8000r离心5min，去除溶液中多余的溶质，富集溶胶，用纯水洗涤，温度降到10℃，除去结晶的ctab。
(2)制备有机相金纳米球
称取1.5g四辛基溴化铵溶于80ml甲苯中，剧烈均匀搅拌后快速加入42ml10mg/ml氯金酸水溶液，氯金酸由黄色变成橙棕色，分离出有机相，再加入118μl十二硫醇，室温搅拌10min，然后在剧烈的搅拌下，10s加完nabh4(0.38g溶于25ml水)，溶液变成黑色，继续搅拌30min，再在室温下静置3h。有机相进行旋蒸除去多余甲苯，再用30ml乙醇超声分散，通过滤膜抽滤，用80ml乙醇，150ml丙酮洗涤，最后空气干燥。
(3)对巯基苯胺修饰的金纳米棒
在容量瓶中配对巯基苯胺(8mg/ml)，同时包含5％hcl，用乙醇溶解，加入少量水定容。移取5ml对巯基苯胺和5ml的金纳米棒溶液(吸光度在1左右)，在室温时振荡孵育1h，6000r离心，去除多余的金纳米棒，同时超声30min，使其溶液充分分布均匀，所得对巯基苯胺修饰的金纳米棒的光学图片如图1a所示。荧光图片如图2a所示，由图可见，对巯基苯胺修饰的金纳米棒颜色为褐色且无荧光。
(4)1,8-二氨基萘修饰的金纳米球
在容量瓶中配1,8二氨基萘(4mg/ml)，用乙醇溶解，加入少量水定容。移取5ml1,8-二氨基萘和5ml金种子溶液，在室温时振荡孵育1h，8000r离心，去除多余的金种子颗粒，同时超声30min，使其溶液充分分布均匀如图1b，所示所得1,8-二氨基萘修饰的金纳米球的光学图片如图1b中所示，荧光图片如图2b中所示，由图可见，1,8-二氨基萘修饰的金纳米球颜色为浅红色且有较强荧光。
(5)对巯基苯胺修饰的金纳米棒与1,8-二氨基萘修饰的金纳米球，混合制备偶合试剂及其应用于亚硝酸盐的检测。
将上述对巯基苯胺修饰的金纳米棒溶液与1,8-二氨基萘修饰的金种子溶液各取5ml，以便检测食品中亚硝酸盐。同时配制一定量亚硝酸盐溶液，加入偶合试剂中，形状深紫色偶氮化合物如图1c所示，荧光图片如图2c中所示，由图可见，偶氮化合物颜色为紫黑色且有较弱荧光。通过电镜可以看出该含有亚硝酸盐的偶合试剂呈现出卫星式纳米结构(图3)。
(6)基于亚硝酸偶合试剂的比色试纸用于亚硝酸盐的紫外和荧光双模式检测
首先将whatmann滤纸裁剪为1×2cm的矩形，再分别准备移取100μl上述亚硝酸盐的偶合试剂(等体积的对巯基苯胺修饰的金纳米棒和1,8-二氨基萘修饰的金种子纳米球)，均匀涂敷于滤纸上，然后使其在阴凉通风处干燥15min，收集包裹偶合试剂的滤纸，密封保存。
配制一系列不同浓度(0、0.1、0.5、1.0、2.0、5.0和10μmol/l)的亚硝酸盐标准溶液，准确移取10μl上述标准溶液涂敷于包裹偶合试剂的滤纸上，室温反应5min，可观测不同浓度亚硝酸具有不同颜色和荧光变化，如图4所示。比色法的检测范围为0～10μmol/l，荧光法的检测范围为0～5.0μmol/l，此外，当亚硝酸盐浓度较低时(0～1.0μmol/l)，荧光信号较强，当亚硝酸盐浓度较高时(1.0～10μmol/l)，反应所得产物的紫色明显，两者均可通过肉眼直接观测，因此，该法可实现不同浓度范围的同时分析检测。
应用例1
将实施例1中制备的偶合试剂(对巯基苯胺修饰的金纳米棒和1,8-二氨基萘修饰的金种子纳米球)，用于亚硝酸盐的检测试剂，用于测定火腿肠中亚硝酸盐的含量。
选取市场不同的火腿肠，简单处理成片状，将火腿肠样品分别置于0、1.0和5.0μmol/l的亚硝酸盐标准溶液中浸泡24h，再取出样品置于阴凉通风处干燥10min，最后滴加所制备的亚硝酸盐偶合试剂(对巯基苯胺修饰的金纳米棒与1,8-二氨基萘修饰的金纳米球)，通过图5颜色对比可以观测到，当亚硝酸盐为0μmol/l时，溶液为轻微透明，如图5a所示；当亚硝酸盐为1.0μmol/l时，生成的偶氮化合物的颜色加深，如图5b所示；当亚硝酸盐的浓度为5.0μm时，偶氮化合物颜色变成深紫色，如图5c所示。在365nm紫外灯的照射下，如图6所示，随着亚硝酸盐的浓度增加时，偶氮化合物的荧光逐渐减弱。为了对荧光/比色法的分析结果进行对比，采用离子色谱仪对待测火腿肠中亚硝酸盐进行定量分析，在样品预处理过程中，选择了合适的煮沸时间和冷冻时间，有效地去除了蛋白质和脂肪等有机物，过滤后可以直接进样。选择了合适的淋洗液及其浓度、流量，获得了较好的分离效果，通过与标准样品的分析结果进行对比，换算出样品中亚硝酸盐浓度。表1是本发明应用例1的火腿肠采用不同分析方法分析的结果。通过表1看出紫外/荧光法与加标值结果相近，而且离子色谱测定火腿肠中亚硝酸盐含量与比色试纸法测定出来误差较小，说明本法的准确度高，因此通过肉眼比色和荧光法可用于现场快速检测火腿肠中亚硝酸盐含量。
表1
应用例2
将实施例1中制备的偶合试剂(对巯基苯胺修饰的金纳米棒和1,8-二氨基萘修饰的金种子纳米球)用于亚硝酸盐的检测试剂，用于测定红烧肉中亚硝酸盐的含量。
红烧肉是主要的腌制品，对于亚硝酸盐的发色剂与防腐剂尤为重要。购买市场不同颜色的红烧肉，通过对红烧肉表面简单处理成块状，将红烧肉样品分别置于0、1.0和5.0μm的亚硝酸盐标准溶液中浸泡24h，再取出样品置于阴凉通风处干燥10min，最后滴加所制备的亚硝酸盐偶合试剂(对巯基苯胺修饰的金纳米棒与1,8-二氨基萘修饰的金纳米球)，通过图7颜色对比可以观测到，随着亚硝酸盐浓度增加，生成的偶氮化合物颜色加深，红烧肉表面显现出浅紫色和深紫色。此外，在365nm紫外灯的照射下，当亚硝酸盐为0μm时，溶液荧光强度非常强，如图8a所示；当亚硝酸盐为1.0μm时，生成的偶氮化合物让其荧光猝灭，荧光减弱，如图8b所示；当亚硝酸盐的浓度为5.0μm时，显示偶氮产物的荧光非常弱，如图8c所示；为了对荧光/比色法的分析结果进行对比，采用离子色谱法对待测红烧肉中亚硝酸盐进行定量分析，选择是适当的处理方法，合适的淋洗液及其浓度、流量，获得了较好的分离效果，通过与标准样品的分析结果进行对比，换算出样品中亚硝酸盐浓度。表2是本发明应用例2的红烧肉采用不同分析方法分析的结果。
表2
通过表2看出荧光/比色法与加标值结果相近，而且离子色谱测定红烧肉中亚硝酸盐含量与比色试纸法测定出来误差较小，说明此方法准确度高，因此通过肉眼比色和荧光法可用于现场快速检测红烧肉中亚硝酸盐的含量。