一种基于表面增强拉曼光谱技术测定饮料中糖精钠含量的方法

文档序号:25999152发布日期:2021-07-23 21:15阅读:345来源:国知局
一种基于表面增强拉曼光谱技术测定饮料中糖精钠含量的方法

本发明涉及拉曼光谱测量技术领域,更具体地涉及基于表面增强拉曼光谱技术测定饮料中糖精钠含量的方法。



背景技术:

糖精钠及其传统检测方法概述

糖精钠(两水合邻苯甲酞磺酞亚胺钠,c7h9nnao5s·2h2o),甜度约为蔗糖的500倍,其在被摄入不会产生热量与营养,使得其可以作为糖尿病患者食用食物中的甜味来源。与其余甜味剂相比,糖精钠的稳定性较好,成本低,故曾被用作食品添加剂等食品加工领域。有调查研究指出,人类膀胱癌的发生或与大量或过量的糖精钠摄入呈现正相关性,并且引起了美国与中国等食品监管机构的关注。因此,出于安全考虑,糖精钠在食品工业中的适用范围与之前相比大幅减少。特别需要指出的是,在gb2760-2014,即食品安全国家标准-食品添加剂使用标准中,饮料从糖精钠的使用添加范围被移除。随着新标准的推广与实行,相关食品生产厂商仍然非法添加糖精钠的报告也相应出现,针对这一情况,建立一种饮料中糖精钠的快速检测的重要性也随之增加。

目前国内外对各类食品中糖精钠的检验方式较多,其中包括分光光度法,离子色谱法和气相色谱及气相色谱质谱联用方法,液相色谱与液相色谱-质谱联用方法等各种常规方法。但是需要指出的是,这些常规的检测方法均具有其缺点,从而使得其不适应大规模快速的饮料中糖精钠的检测。分光光度法对操作者知识水平与操作水平要求较高,而色谱、质谱法前处理复杂、设备昂贵、操作技术性强、不适用于大批量样品的实时筛查;非水滴定法对溶剂的选择性强,滴定终点难以判断。

拉曼光谱技术概述

拉曼效应于1928年由印度物理学家chandrasekharavenkataraman爵士发现。拉曼首先观察到一束单色光照在苯,四氯化碳等液体上时,入射光子和分子相互作用,可发生弹性散射和非弹性散射。光子的弹性散射仅发生改变方向,没有能量交换,频率没有变化,这种散射称为瑞利散射;而非弹性散射具有能量交换,波长的位移随之发生变化,但大部分频率不变,只有小部分发生这种偏移。这种散射称为拉曼散射。基于拉曼散射效应,拉曼光谱(ramanspectra)随之发展起来。拉曼散射光谱与入射光的波长无关,仅与样品的振动和旋转水平有关。因此,通过拉曼光谱学的研究,可以获得相关分子的振动或旋转的信息。

与上文所述常规检测方法相比,拉曼技术具有许多优点:样品无损检测条件下,能直接提供对定量、定性分析,在大部分情况下无需预处理样品,检测时所需样品量较少(μl量级);容易操作,测量时间短,每个样品测量耗时约5分钟,具有高灵敏度和尖锐的谱峰,也因此可以清楚地表征特定分子的特定结构。特别地,水分子的拉曼散射是非常微弱的,因此与其余的方法相比,拉曼光谱法对于水溶液体系的检测具有更大的优点。

拉曼技术也有一些缺点:检测结果中不同的峰十分容易重叠,且易受仪器参数等因素影响;当测定荧光物质时,会产生荧光干扰,干扰最终扫描结果;拉曼效应太弱,约为的入射光强度10-6。因此,在拉曼光谱发的基础之上,衍生出了更多的新技术以对已知的拉曼光谱缺陷进行了更好的完善与改进。

表面增强拉曼光谱技术概述

通常情况下,通过拉曼光谱法直接扫描可以检测到的拉曼散射强度极弱,在没有其他光学干涉技术手段的情况下,约为入射光强度的10-6,这使得拉曼散射用于物质的大规模检测的难度较大。1974年,fleischmann等科研人员首先发现了与吸附在普通电极上的吡啶拉曼信号相比,使用经氧化还原法制得的粗糙银电极可将信号强度放大高6个数量级,但那时拉曼信号的放大增强机制尚有待进一步的研究与明确。

在1977年,vanduyne和jeanmaire等人基于fleishmann的研究成果讨论了拉曼光谱的增强机理,他们发现吸附在粗糙银电极表面的吡啶分子的拉曼散射强度与吸附在普通电极上的吡啶分子拉曼信号相比,即使在系统溶液中检测到相同数量的情况下,仍然增加了5-6个数量级,从而否定了吡啶分子的吸附增加引起的拉曼信号增强这一假说。基于此测试的结果,科学家将这种现象称为表面增强拉曼散射效应。

表面增强拉曼散射(surfaceenhancedramanspectroscopy,sers)效应的主要研究中心为研究光源和增强基地物质相关的能量变化过程。虽然所选择的增强底物具有不同种类的物种和形态,研究人员也有不同的增强基底体系有着不同的观点,但普遍认为增强机制主要是等离子体共振增强和化学增强两种增强模型。表面等离子体共振模型是指粗糙金属表面相当于金属颗粒,由外界电场激发形成等离子体的表面,同时激发金属颗粒形成偶极子,当入射光和偶极振动频率相同时,就会产生金属表面共振现象,表面的电场强度增加,分子产生的拉曼散射电场和电场强度成正比,因此分子拉曼信号增强。与之不同的是,化学增强是指吸附在粗糙金属电极上的分子其分子极性的变化。当入射光的频率等于金属和分析物之间的振动频率时,振动频率提高,使得金属表面的极化率增加,使待测分子的拉曼信号大大增加增强。虽然这两种增强机制是明显的理论支持,但研究人员坚持认为两种增强机制都存在,但是表面等离子体共振模型起着重要作用,引导研究人员着重研究表面等离子体共振增强效应。随着这些研究的进展拉曼散射分析方法中分析物的散射光强度获得显著提高。

表面增强拉曼光谱技术在食品领域的应用

罗丹明b

罗丹明b是一种桃红色的合成染料,曾被用作食品着色剂,但已经被证明对人体具有潜在的毒性,致癌性和致突变性。尽管如此,许多不法商人因其良好的染色效果与低廉的成本,仍然将其违法添加至辣椒制品等制品中。陈蓓蓓等以otr202和otr103为表面增强底物,检测辣椒罗丹明b,线性范围为0.510mg/kg,仪器检出限为0.05mg/kg,辣椒粉罗丹明b检测限为0.2mg/kg。韦娜等以银溶胶作为sers活性底物,快速检测辣椒素中的罗丹明b,sers定量峰值在1646cm,辣椒,辣椒油和辣椒罗丹明b检出限分别为10μg/g,5μg/g和5μg/g。

柠檬黄

柠檬黄是一种橙黄色磺化偶氮类化学合成颜料。研究表明,柠檬黄可引起一系列过敏反应,对于哮喘患者,镇痛药依赖人群和儿童会造成严重伤害。pieca等以银胶为sers活性底物,对柠檬黄进行检测,其检测限为10-10mol/l,但其sers增强效果尚未达到食品等复杂样品的检测水平。zhu等以简单的银镜反应制备的聚合电解质,聚(烯丙胺盐酸盐)(poly(allylaminehydrochloride),pah)和聚(4-苯乙烯磺酸钠)(poly(sodium4-styrencsulfonate),pss)修饰的银纳米粒子滤纸作为sers检测基底,实现了饮品等复杂样品中的柠檬黄和日落黄等着色剂的快速分离、预富集和检测,检出限为10-5mol/l。与传统的sers底物相比,通过利用纸张表面覆盖的聚合物电解质引起的表面化学梯度和静电相互作用,该方法可以实现分析物的分离和预富集,且其成本低,样品预处理简单。在实际样品中分离和检测发展前景良好。

亚硝酸盐

亚硝酸盐是肉类加工常用的添加剂。它具有抑制芽孢杆菌的作用,使肉可以发色,同时增强肉制品风味。然而,它可以在胃酸等环境下与食品中的胺反应,转化成n-亚硝胺,对胎儿具有较强的致畸作用,且会增加癌症发生几率。在国标gb2760-2014《食品添加剂标准》中规定了硝酸钠,硝酸钾和亚硝酸钠,亚硝酸钾作为颜色保护剂和防腐剂时用于肉类,香肠与肉罐头类食品时最大使用量为0.5g/kg和0.15g/kg,最大残留量为30mg/l,50mg/l,70mg/l(基于亚硝酸钠的测量值)。张等人使用au-sio2壳辅助纳米粒子增强拉曼光谱(shell-isolatednanoparticle-enhancedramanspectroscopy,shiners)检测通过亚硝酸盐重氮化获得的偶氮染料,然后计算复合物中的亚硝酸盐含量。重复测量的相对标准偏差小于14.5%,未经样品浓缩时1137.1395和1432cm-1,处的检出限分别为0.07,0.08和0.10mg/l(s/n=3)样品中检出限为0.57mg/l,0.08和0.10mg/l(s/n=3)。该方法的衍生化过程简单,快速,有效。该方法具有选择性和灵敏度高的优点。在亚硝酸盐间接检测中,对离子,酚类化合物和芳香胺等sers反应较弱物质的检测有很大的潜力。ma等柠檬酸盐涂层银纳米颗粒作为表面增强活性底物,检测亚硝酸盐和对硝基苯胺和萘胺重氮化反应的衍生化产物偶氮染料,然后通过该方法的线性范围计算为0.1-10.0mg/l,检出限为0.01mg/l,回收率为86.9%-103.4%,相对标准偏差为2.51%~9.66%,适用于食品样品中亚硝酸盐含量的原位分析简单快速(约5分钟),灵敏度高,选择性高。

三聚氰胺

三聚氰胺是一种有机化学原料,法律严禁将其添加到食品的行为,但2008年“毒奶粉”事件中,大量乳制品公司向奶粉和液态奶中添加三聚氰胺,以违法违规手段通过蛋白质含量检测,导致大量婴幼儿患肾结石,甚至危及生命。由于三聚氰胺具有含三嗪杂环的结构,sers信号非常强烈,且其近年来受到社会各界广泛关注,因此使用表面增强拉曼光谱技术快速检测三聚氰胺的技术已成为表面增强拉曼光谱研究重点和热点。

zhang等通过银溶胶作为sers底物,检测液体乳中三聚氰胺,检出限为0.01μg/l,极限为0.5μg/ml,回收率为93%~109%,该方法用于检测液体奶中的三聚氰胺样品,具有简单,快速(仅3分钟),灵敏度低的优点。cheng等人金纳米颗粒为sers底物,检测鸡蛋,蛋白质和蛋黄中的三聚氰胺检出限为1.1mg/kg和2.1mg/kg,可用于鸡蛋的质量的检测。mecker等人使用金纳米颗粒作为sers底物,检测七种食品和药物底物中的三聚氰胺,检测限为100至200μg/l。该研究提供了复杂样品中三聚氰胺的原位萃取和检测的检测方法。kim等以高性能金纳米sers传感器芯片作为活性底物,检测三聚氰胺乳制品,在水和婴儿配方乳粉检测限分别为120ng/ll和100μg/l,样品前方法处理完成只需要一步,提供简单,高效,低成本的三聚氰胺生化传感检测方法。ma等环糊精改性银纳米颗粒为sers底物快速检测牛奶和奶粉三聚氰胺,检测限为3.0μg/l,快速(10分钟),成本低(0.2美元/次),且其效果优于传统方法中使用的增强基底。

甜味剂

阿斯巴甜是一种甜味高,低热量的人造甜味剂,其适用于糖尿病患者摄入,但苯丙酮尿症患者不宜食用。buyukgoz等人使用银纳米颗粒作为sers增强底物以检测矿物水中阿斯巴甜的含量。经过研究发现阿斯巴甜在1002cm-1处的sers峰强度呈线性关系,相关系数较高。矿泉水样品中阿斯巴甜的检出限和定量限分别为0.17mg/ml和0.56mg/ml,浓度为0~0.6mg/ml时回收率为81%~95%,rsd值为7.3%。该方法具有短时间(15秒),所需样品量小,无需预处理的优点,是一种简单快速的分析方法。

甜蜜素是一种常用的甜味剂化学合成,但过量摄入会导致癌症,并具有致畸性,并会引起肝脏与神经系统的损害,所以美国,英国,日本,加拿大等国家已经禁止了甜蜜素的使用。chen等制备了三种sers底物,即金纳米颗粒,使用金纳米颗粒填充纳米间隙的短金纳米线和缠绕成薄膜的长金纳米线。这三种sers基材具有良好的均匀性,稳定性。其增强系数达到106,在甜蜜素的小线性区内,检出限为1.6×10-9mol/l。该方法简单,快速,且易于准备大面积,均匀性和长期稳定的sers底物。

糖精钠的拉曼光谱技术检测方法

目前,糖精钠的拉曼光谱检测方法集中在酒类(非调制葡萄酒)中非法添加糖精钠。康怀志等采用50~300nm金,银或铜纳米颗粒为sers活性底物,检测在红酒,白酒,米酒等中的糖精钠。检出限为1mg/l,检测时间约30s,是一种简单,快速,低成本的分析方法。陈思等金纳米颗粒溶胶为增强基底,加入氯化钠后并调节样品溶液的ph值后,利用峰型好且强度强的1164cm-1处的糖精钠强度,建立了白酒中糖精钠的浓度曲线。该方法不需要对样品进行预处理,且能够在在大约10分钟内完成单次采样。



技术实现要素:

本发明为了克服现有技术的不足,提供一种基于表面增强拉曼光谱技术测定饮料中糖精钠含量的方法。

为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:一种基于表面增强拉曼光谱技术测定饮料中糖精钠含量的方法,包括如下步骤:

s1:采用gaussview5.0软件模拟构建糖精钠分子的结构,并计算出糖精钠的理论拉曼光谱;

s2:采用拉曼光谱仪测量糖精钠样品以得出糖精钠的实验拉曼光谱图,将糖精钠的理论拉曼光谱与实验拉曼光谱进行对比,以得出糖精钠的拉曼光谱的特征峰;

s3:测定不同浓度的糖精钠水溶液的拉曼光谱,依照所述s2中得出的糖精钠的拉曼光谱的特征峰,对不同糖精钠水溶液的拉曼光谱进行对比,以得出采用表面增强拉曼光谱技术进行糖精钠测定的理论最低值;

s4:以饮料为基质,配置不同浓度的糖精钠溶液,测量出以饮料1为基质的不同浓度的糖精钠溶液的拉曼光谱,并与所述s2中得出的糖精钠的拉曼光谱的特征峰进行对比,得出以饮料为基质配置出的糖精钠溶液的特征峰,并计算出特征峰的相对强度与糖精钠浓度的线性拟合公式;

s5:使用与所述s4中相同的饮料,配置不同浓度的糖精钠标准溶液,并测定拉曼光谱,并用所述s4中的拟合公式测定出糖精钠标准溶液的测定值,将测定值与糖精钠标准溶液的标准值进行比较,计算出加标平均回收率和相对标准偏差,以验证线性拟合公式的准确性。

优选的,所述s2中,糖精钠的拉曼光谱的特征峰为:705cm-1,1010cm-1,1145cm-1,1164cm-1,以及1296cm-1

优选的,所述s4中,所述饮料为电解质饮料,以水动乐为基质配置出的糖精钠溶液的特征峰为,1296cm-1,线性拟合公式为y=22.702x-98.394,r=0.991,x的取值范围为:2mg/l~100mg/l。

优选的,所述s4中,以宝矿力水特为基质配置出的糖精钠溶液的特征峰为,705cm-1,线性拟合公式为y=14.962x+260.2,r=0.9956,x的取值范围为:2mg/l~100mg/l。

优选的,所述s5中,以水动乐为溶剂配置出的不同浓度糖精钠的标准溶液,所计算的加标平均回收率在88.77%-93.18%,相对标准偏差3.32%-3.76%。

优选的,所述s5中,以以宝矿力水特为溶剂配置出的不同浓度糖精钠的标准溶液,所计算的加标平均回收率在85.14%-94.18%,22相对标准偏差3.04%-3.76%

优选的,所述s3中,表面增强拉曼光谱技术进行糖精钠测定的理论最低值为0.5mg/l。

优选的,所述s4以及所述s5中,糖精钠各饮料体系的制备需要使用0.45μm水系微孔微孔滤膜对各种饮料进行过滤。

优选的,所述s1中,采用gaussview5.0软件模拟构建糖精钠分子的结构,使用密度泛函理论画出糖精钠的优化结构,之后gaussian09w计算优化后的拉曼谱峰,计算方法为b3lyp,计算基组为6-31g+(d>,最后通过gaussview5.0打开计算结果。

综上所述,本发明,在整个过程中分析与操作的步骤简便,且无需对样品进行预处理操作,单个样本检测耗时短(五分钟左右),且本方法所需要的最为关键的材料,即表面增强拉曼光谱方法中的增强试剂以及用于检测的设备,均为已经较为成熟的方案,其中拉曼检测仪更具有便携性,为糖精钠等食品添加剂的快速实时实地监测与监控,高通量筛选等在食品安全问题中迫切需要解决的需求提供了可能的解决方案,从而为相关的企业与监管单位给予可能的方法支持。

附图说明

图1糖精钠分子结构示意图

图2糖精钠的实验拉曼光谱与理论计算光谱

图3糖精钠标准溶液的表面增强拉曼图谱

图4水动乐加标不同浓度糖精钠表面增强拉曼谱图

图5水动乐样品中糖精钠浓度曲线

图6宝矿力水特加标不同浓度糖精钠表面增强拉曼谱图

图7水动乐样品中糖精钠浓度曲线

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

1实验材料与方法

1.1实验材料

糖精钠分析纯标准品(纯度99.9%),阿拉丁;乙腈(色谱纯);表面增强试剂:otr202试剂(optotracetechnologies,inc.);otr103试剂(optotracetechnologies,inc.);两种阴性饮料样品;试验用水为去离子水。

1.2实验设备

ramtracer-200-hs便携式激光拉曼光谱仪,欧普图斯optotracetechnologies,inc.,采用785nm激发波长的二极管稳频激发器;fa1004b型电子天平,精度为0.1mg,上海上平仪器有限公司;超声波清洗器jk-50b,合肥金尼克机械制造有限公司;石英检测瓶,欧普图斯optotracetechnologies,inc.

1.3糖精钠标准溶液,糖精钠各饮料溶液体系的制备

糖精钠标准溶液制备:称量20mg糖精钠至100ml容量瓶中,加入超纯水溶解,之后用超纯水定容至刻度处,混合摇匀,得到浓度为200mg/l的糖精钠标准溶液。用超纯水依次稀释成梯度标准液,其浓度分别为:50mg/l,20mg/l,10mg/l,5mg/l,1mg/l,0.5mg/l,0.25mg/l,密封后,放入冰箱内低温保存。

糖精钠各饮料溶液体系的制备:使用0.45μm水系微孔微孔滤膜对各种饮料进行过滤后,以饮料为基底,依次配置100mg/l,90mg/l,80mg/l,70mg/l,60mg/l,50mg/l,45mg/l,40mg/l,35mg/l,30mg/l,25mg/l,20mg/l,15mg/l,10mg/l,8mg/l,6mg/l,4mg/l,2mg/l,1mg/l,0.5mg/l,0.25mg/l的溶液,超声震荡摇匀,放入冰箱内低温密闭保存。

1.4糖精钠理论拉曼光谱的确定

采用gaussview5.0软件模拟构建糖精钠分子的结构,使用密度泛函理论画出糖精钠的优化结构,之后gaussian09w计算优化后的拉曼谱峰,计算方法为b3lyp,计算基组为6-31g+(d>,最后通过gaussview5.0打开计算结果,得到理论计算拉曼谱图与理论计算中糖精钠的拉曼谱峰具体位置。

1.5糖精钠溶液的拉曼光谱扫描

拉曼光谱采集范围为200~2000cm-1,激光功率200mw,激光波长785nm,积分时间10s,曝光数2次,重复采集1次。

使用拉曼光谱仪自带固体探头采集糖精钠水合物标准品的固体拉曼光谱,手动调节显微镜聚焦范围以获得更好的光谱扫描结果。

将样品池与光学探头连接并固定,之后打开拉曼光谱仪电源,对机器进行预热。将拉曼光谱仪与计算机连接后,计算机开机,运行工作程序,将激光功率设置为200mw后,将乙腈标准液放入检测池中,设置参数为:integration(s)5average2boxcar1,对机器的拉曼光谱读数进行校正。校正完成后,取石英检测瓶,瓶中加入500μlotr202试剂,加入样品液100μl,otr103试剂100μl,摇匀,将样品瓶放入检测池中,盖上池盖,设置检测程序参数为:integration(s)10average2boxcar1,点击按钮singlescan,进行检测,检测完毕后,即可获得检测谱图。

2结果与讨论

2.1糖精钠的理论拉曼光谱

用密度泛函理论进行分子结构优化后,发现糖精钠(两水合邻苯邻苯甲酰磺酰亚胺钠,c6h4so2nnaco.2h2o))由苯环、甲酰基、磺酰基和亚胺组成,如图1所示。以此为基础,通过计算官能团的特征振动,即可得到理论计算拉曼谱图,再与试验中所获得的实际拉曼谱图进行比较。

通过比较糖精钠的理论计算拉曼光谱与实验光谱,可以发现出现了拉曼光谱谱峰位置发生便宜(偏移)的现象,且不同的官能团的实验拉曼光谱值的偏移不完全相同(图2)。糖精钠试验拉曼谱峰(a)和理论计算谱峰(b),两者在理论光谱计算值中的705cm-1,1148cm-1,1102cm-1,1164cm-1,1090cm-1处的实验实际值与理论值较为接近,而在1042cm-1,1070cm-1处试验值与理论值所发生的偏移与其余相比较大。此外,理论计算中的拉曼谱峰894cm-1以及1336cm-1,1386cm-1处的谱峰在试验光谱中并未能够检测出峰,与之类似的是,试验光谱中949cm-1与1010cm-1的谱峰在理论计算光谱中未出现。可以认为其主要原因是待测分子与溶剂体系之间存在着较强分子作用力,导致增强基底对不同基团的增强效果不完全相同,从而使得分子基团的位移偏移,而利用密度泛函理论通过计算机模拟的过程中,模拟计算只对单个分子进行理想计算,不受到分子间作用力,即被计算分子所存在的体系的影响。

根据不同物质中含有的不同基团具有特定的拉曼振动谱峰,可对物质分子各基团进行谱峰归属以确定物质的组成,或者将该谱峰作为此物质的特征峰。从图1经过优化后的糖精钠的结构示意图可以看出,糖精钠的分子中含有苯环、-so2、-n-h、-c=o-,-so2-n-等官能团结构。通过与已有材料的比较,可以将糖精钠理论拉曼光谱中谱峰与实验检测谱峰的偏移情况,以及其所对应的官能团振动一一对应(表1)。在实验所检测出的光谱中,705cm-1所对应的为苯环上-c-c-的振动,1010cm-1对应了苯环碳骨架的整体收缩振动,1146cm-1则是环面内变形以及-so2-的振动。此外,1164cm-1对应-so2-的对称振动,1296cm-1则为亚胺中-n-h-的振动。在一般的检测中,归于杂环上的各类基团的伸缩振动较适用于对于糖精钠的定性定量检测。

表格1糖精钠的理论计算光谱与实验光谱

2.2糖精钠标准溶液的表面增强拉曼光谱分析

通过观察糖精钠标准溶液的sers拉曼光谱扫描结果中糖精钠各特征峰的明显程度(图3),以确定糖精钠的水溶液中糖精钠的检测下限。当浓度为50mg/l时,从图中可以观察出其具有较强谱峰的位置为705cm-1,1010cm-1,1145cm-1,1164cm-1,以及1296cm-1这五处谱峰。通过与之前表格中所列出的谱峰归属可以确认,上述5个谱峰均可以作为对于糖精钠进行定性定量检测的特征峰。而在对不同浓度的糖精钠标准溶液扫描图谱比较后,即50mg/l,20mg/l,10mg/l,5mg/l,1mg/l,0.5mg/l,0.25mg/l这一浓度梯度的系列溶液进行比较,发现在糖精钠浓度为0.5mg/l时,仍然能观察到其在705cm-1,以及1296cm-1处具有的谱峰,但在0.25mg/l的糖精钠溶液内,则无法观察到这两处谱峰的明显存在。根据以上分析我们可以得出结论,利用本方法,此糖精钠标准溶液系列的检测下限为0.5mg/l。(理论的最低值)

因此,作为推论,在进行后续糖精钠的饮料溶液体系的浓度梯度设计时,并未进行浓度低于0.5mg/l的溶液的准备与制备,拉曼光谱作为容易受到干扰的检测技术,在饮料此类的复杂溶液体系下的检测下限一定比糖精钠的标准溶液高,因此,在设计试验时将糖精钠的饮料溶液的最低浓度设置为0.5mg/l。

2.3水动乐中糖精钠的定性定量分析

为能够较为准确地构建饮料中糖精钠的浓度曲线,选取了成分较为简单,各项成分中含有可能影响检测结果的官能团结构较少的电解质饮料作为研究对象。

通过比较谱图中谱峰的明显程度,可知饮料中糖精钠的最低检出浓度为2mg/l。图4是以水动乐为基质的不同浓度糖精钠溶液的sers,从图可看出,抛去饮料这一基底对于拉曼光谱最终结果的干扰外,与纯饮料相比糖精钠的水动乐溶液中出现了1296cm-1这一糖精钠分子的特征峰,结合之前的图谱,即可确定该谱峰是定性定量分析水动乐中糖精钠甜味剂的特征谱峰。当糖精钠浓度逐渐降低时,其特征峰强度也逐渐减弱,当浓度为2mg/l时,1296cm-1处的谱峰仍然清晰可见,而当糖精钠浓度降低至1mg/l时,该特征峰随即无法识别。

在拉曼光谱扫描结果的基础上,通过基线校正,曲线平滑等手段将溶液的拉曼光谱谱峰读数(即1296cm-1处谱峰的强度值)进行消除干扰处理后,将其与饮料中糖精钠的浓度建立浓度曲线,如图5所示。从图中可以看出,在2mg/l~100mg/l的范围内,1296cm-1处谱峰的相对强度与糖精钠的浓度有较好的线性关系,其拟合公式为y=22.702x-98.394,r2=0.991。

2.4宝矿力水特中糖精钠的定性定量分析

为验证通过糖精钠的水动乐溶液获得的糖精钠浓度曲线的适用范围广泛性,以及使用表面增强拉曼光谱方法检测饮料中糖精钠方法的可重复性,使用同样属于电解质饮料类别的宝矿力水特配制另一组糖精钠的浓度梯度溶液并进行检测。

通过比较谱图中谱峰的明显程度,可知饮料中糖精钠的最低检出浓度为2mg/l。图6是以宝矿力水特为基质的不同浓度糖精钠溶液的sers糖精钠的宝矿力水特溶液中出现了705cm-1这一糖精钠分子的特征峰,与纯饮料做比较结合之前的图谱,即可确定该谱峰是定性定量分析宝矿力水特中糖精钠甜味剂的特征谱峰。当糖精钠浓度逐渐降低时,其特征峰强度也逐渐减弱,当浓度为2mg/l时,705cm-1处的谱峰仍然清晰可见,而当糖精钠浓度降低至1mg/l时,该特征峰随即无法识别。

在拉曼光谱扫描结果的基础上,通过基线校正,曲线平滑等手段将溶液的拉曼光谱谱峰读数(即705cm-1处谱峰的强度值)进行消除干扰处理后,将其与饮料中糖精钠的浓度建立浓度曲线,如图7所示。从图中可以看出,在2mg/l~100mg/l的范围内,705cm-1处谱峰的相对强度与糖精钠的浓度有较好的线性关系,其拟合公式为y=14.962x+260.2,r2=0.9956。

2.5准确性与精准度分析

向已知糖精钠含量的两种饮料样品中加入一定浓度的糖精钠标准溶液,因为在两种饮料中,糖精钠的最低检出浓度均较高于预期值,故分别制备浓度为7、9和17mg/l的糖精钠溶液,且每个浓度制备10份样本,同时测定加标回收率与相对标准偏差。通过使用拟合公式的计算值与实际加样量的比较,我们就可以判断出这个方法的准确性以及精准度,从而推断出这个测量方法的复现性

表2即为准确度和精密度的分析结果,加标平均回收率为85.14-94.22%,相对标准偏差rsd在3.04~3.76%,说明所建立方法的精密度与准确性较好,方法的可靠性较高。

表格2准确度与精密度分析

3结论与展望

3.1结论

本发明研究了利用拉曼光谱与表面增强拉曼光谱技术对于饮料这一复杂体系被禁止使用的甜味剂糖精钠,通过密度泛函理论对糖精钠的空间结构进行优化描述处理后。

利用gaussview5.0,gaussian09w等软件计算出糖精钠的理论拉曼光谱,结合在试验中所获得的实际数据,对糖精钠进行了谱峰归属,得出705cm-1,1010cm-1,1145cm-1,1164cm-1,1296cm-1,处的拉曼峰可作为判断糖精钠分子浓度的特征峰。采用表面增强拉曼光谱方法对饮料中糖精钠添加的最低检测浓度为2mg/l,在浓度范围2-100mg/l内,对文中的不同样品进行检测时,705cm-1处与1296cm-1的峰强度与糖精钠浓度具有较为良好的线性关系,方法的回收率为85.14-94.22%,

相对标准偏差rsd在3.04-3.76%之间,说明该方法具有较高的准确度和精密度。在整个过程中分析与操作的步骤简便,且无需对样品进行预处理操作,单个样本检测耗时短(五分钟左右),且本方法所需要的最为关键的材料,即表面增强拉曼光谱方法中的增强试剂以及用于检测的设备,均为已经较为成熟的方案,其中拉曼检测仪更具有便携性,为糖精钠等食品添加剂的快速实时实地监测与监控,高通量筛选等在食品安全问题中迫切需要解决的需求提供了可能的解决方案,从而为相关的企业与监管单位给予可能的方法支持。

3.2展望

本发明研究了在一般条件下不同饮料当中的糖精钠浓度检测技术,对作为饮料中非法添加物的糖精钠也完成了低浓度,高效率,快速测定的目标,但是实验条件与时间有限的情况下,在拉曼光谱信号强度的改善,基底制备,拉曼光谱技术应用拓展等方面仍然需要进一步的讨论与研究。

(1)本实验讨论了利用表面增强拉曼光谱对饮料中糖精钠的检测方法,虽然检测下限能够达到浓度较低的2mg/l,但与糖精钠标准水溶液的检测下限0.5mg/l相比则相差较大,应该更进一步研究ph值,样品与表面增强剂混合后所需的放置时间,以及加入无机盐溶液等对于最终测量结果的影响。

(2)观察拉曼光谱检测过后的糖精钠溶液以及作为空白对照的纯饮料样品的峰强谱图可知,饮料本身就带有较强的荧光背景,从而会对糖精钠溶液的扫描结果产生干扰,使得其特征峰谱图出现较为严重的基线漂移现象,以至于对最终结果的造成较大影响,而这也是糖精钠的饮料溶液检测下限没有达到预期的原因之一。因此可以尝试使用四氧化三铁纳米粒子和石墨化碳等物质,对样品进行简单的前处理以消除荧光物质的干扰。

(3)虽然本次实验使用了两种饮料来构筑不同的糖精钠溶液体系,但与市场中所销售的饮料种类相比极少,故有必要获取更多的样品以对在不同的体系当中糖精钠的拉曼光谱扫描结果进行收集整理与总结,从而确定这一方法的适用范围以及可行性。此外,随着gb2760-2014的逐渐推行与被食品厂商所熟悉,饮料中糖精钠的非法添加应该逐渐减少,在过量添加事件比违法添加事件更为频繁发生的当下,所以,应该将视野进一步扩大至糖精钠被广泛使用的冷饮,腌制食物等领域,无疑可以使得这一检测方法获得更好与更广泛的应用。

(4)对于市售商品而言,在很多情况下同一份样品中存在不止一种甜味剂,如常见的糖精钠与安赛蜜的共同使用,而阿斯巴甜等其他甜味剂也同样会与糖精钠一起使用,因此,有必要研究同时检测多种甜味剂的表面增强拉曼光谱检测方法。

(5)尽管在本方法中使用的表面增强试剂体系为欧普图斯optotrace公司所销售的商用化增强试剂体系,在这种体系下方法的重现率较高,试剂更加易于保存,能更好地应对检测时间消耗变短的需求,且更适用于高通量筛查的需要,但需要注意到的一点是,不同的表面增强剂会让同一物质的拉曼光谱发生偏移,所以在部分情况下需要针对待测物质配置专用增强基底以达到更好的增强效果。

显然,所描述的实施例仅仅本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。

当前第1页1 2 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1