亚硝酸盐作为食品添加剂,可以延长食品的保质期,但过量摄入可致中毒,甚至转化为致癌物。同时,亚硝酸盐在生物体内扮演着微妙的角色,如调节血管功能、增强免疫抗菌能力。因此,其研究不仅关乎食品安全,更触及生命科学的深层机制。
为了更准确检测出亚硝酸盐,中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所研究员蒋长龙、副研究员杨亮团队设计出一种新方法,制备出针对亚硝酸盐的荧光可视化快检材料——双发射比率荧光材料。将封装了这种材料的温敏性水凝胶溶液涂覆在普通手套上,一个能判断亚硝酸盐是否超标的“手套传感器”就制作完成了。近日,相关研究成果发表于《危害物材料》。
检测有害物质的新方法
近年来,检测人员已能够通过使用电化学法、比色法、紫外可见吸收法和色谱法等识别环境中存在的危害,但这些方法往往存在检测程序烦琐、仪器价格昂贵、视觉半定量能力差、耗时等问题,阻碍了实际应用。
荧光可视化检测技术具有简单、快速、高灵敏度和易于可视化的优势,是做环境有害物分析的优质候选者。
“荧光是一种物理现象,当某种常温物质吸收某种波长的入射光——通常是紫外线或X射线能量后,进入激发态,并在较短时间内发射出比吸收光能量低的出射光,这种性质的出射光被称为荧光。荧光颜色各异,通常具有较长的发射波长,且停止激发后仍能持续发光一段时间,但强度会逐渐减弱,直至消失。”蒋长龙向《中国科学报》介绍。
荧光检测机理基于荧光发射,即特定分子在吸收光能后跃迁至激发态,随后以光辐射形式释放能量返回基态的过程,这一过程不仅依赖于分子结构,还受环境因素的影响。
蒋长龙解释说:“我们可以用气球模拟演示荧光检测机理——先给气球充气,对应特定分子在吸收光能后跃迁至激发态,然后戳破气球,对应释放能量返回基态,荧光的产生与这一过程类似。”
此次,研究团队提出了一种创新的检测方法——荧光可视化快检技术,即先利用紫外光激发荧光团,再通过肉眼观察荧光的产生、猝灭或强弱变化,实现对待测物的快速、可视化检测。
蒋长龙表示,荧光可视化快检技术已初步用于食品中重金属离子、农药残留及添加剂等有害物质的检测。该技术通过荧光传感器与待测物的相互作用,使发光物质的荧光信号发生变化,从而实现对目标物的快速定性及定量检测。
开发多种荧光材料
为了更好地应用荧光现象,科研人员需要尽可能发挥荧光材料的优点。因此,开发多种适用于不同环境的荧光材料十分重要。单色荧光检测技术与比率荧光检测技术是两种关键的荧光检测方法。
杨亮介绍,单色荧光检测技术侧重于单一波长下荧光强度的测量。该方法简便易行,是荧光分析中最基础且广泛应用的手段之一。然而,单色荧光检测易受外界干扰,如光源稳定性、检测器灵敏度及样品基质效应等,均可能对结果产生显著影响。
比率荧光检测技术作为一种先进的荧光检测策略,其核心在于能够同时监测两个或多个波长下的荧光信号变化,并计算这些信号之间的比率。这种方法的优势在于其固有的自校准特性,即能够部分消除由激发光强度波动、样品浓度不均一或光路系统效率变化等外部因素引起的误差。
比率荧光检测技术通过比较不同波长下荧光强度的相对变化,能显著提高测量的稳定性和准确性。此外,如果荧光传感器设计得当,就能够响应不同的分析物或环境变化,还能提供丰富的分子信息,增强检测的选择性和灵敏度。
杨亮指出,优点颇多的比率荧光检测技术对材料要求很高,需要综合考虑材料的结构设计、制备工艺和应用需求,是一项复杂而具有挑战性的科学研究任务。
在该工作中,研究团队开发了一种新型的双发射比率荧光材料。这种材料在接触亚硝酸盐后,会产生肉眼可见的光学颜色变化,具有出色的抗光漂白性。这些特性使得它在实际生活中具有巨大的应用潜力。
“只要将这种材料封装在温敏性水凝胶中,然后将水凝胶溶液涂覆在普通手套表面,一个‘手套传感器’就制作完成了。当手套接触亚硝酸盐时,如果手套的荧光颜色逐渐由红色变为蓝色,就能断定食物中的亚硝酸盐超标了。”蒋长龙告诉《中国科学报》。
蒋长龙表示:“双发射比率荧光材料在亚硝酸盐检测方面的表现,不仅为食品和环境中危险物质的检测提供了创新的解决方案,而且拓展出新的研究方向。未来,我们将继续深入研究并拓展其应用,期待它能发挥更加重要的作用。”
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