食品安全檢測紅外光譜技術應用

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隨著技術的不斷發展，化學計量學得到了快速推廣，由于紅外光譜檢測會得到相應的曲線且比較復雜，而化學計量學能夠從中得到有用數據，這對于紅外光譜技術的發展以及運用產生了非常大的作用，在食品檢測方面的效果尤為顯著。本文介紹了紅外光譜技術的主要原理及其在食品檢測方面的具體應用，希望能夠為相關研究提供理論參考。

一、紅外光譜技術的主要原理

紅外光譜技術是一種分子吸收光譜，主要基于光的相關特性實現檢測功能，如散射、發射及吸收等。當食品樣品受到紅外光照射時，食品分子會對一定頻率的光進行吸收，這一過程中存在的振動使偶極矩發生變化，進而促使原子發生躍遷，即從基態躍遷到激發態，期間便會產生分子吸收光譜，也就是所謂的紅外光譜。從波長角度來看，紅外光譜包括3種類型，即近紅外光譜、中紅外光譜和遠紅外光譜，其波數分別為13334－4000cm-1、4000－400cm-1、400－10cm-1，波長分別為0.75－2.5μm、2.5－25μm、25－1000μm。其中，中紅外光譜的理論研究和實際應用最為成熟和廣泛，通常所說的紅外吸收光譜就是指中紅外光譜，該紅外區的測定儀器有紅外分光光度計、非分散紅外光度計和傅立葉變換紅外光譜儀等。物質吸收紅外光需要具備一定的條件，即輻射應具有剛好能滿足物質震動能級躍遷時所需的能量，物質與輻射之間具有偶合作用。當一定頻率的紅外光照射分子時，如果分子中某個基團的震動頻率與其一致，且分子在震動中伴隨著偶極矩變化，這時物質的分子就會產生紅外吸收。因此，在中紅外光譜檢測的過程中，基團的震動頻率和偶極矩的變化是兩個必備條件，還需要考慮到待測物質的譜圖和分子結構的關系。對于近紅外光譜而言，當一定頻率的紅外光譜照射分子時，其中含氫基團在吸收到光能之后產生較高能量，從而使得分子能級發生躍遷，并產生譜圖。在這一過程中，由于物質中包括不同的光譜，且譜帶重疊比較嚴重，連續性相對較差，因而譜圖的提取和分析往往存在一定的困難。為解決這一問題，國內外學者做了大量研究，最終通過計算機、化學計量等手段，實現對有效信息的提取和分析，構建近紅外光譜、樣品特征之間的關系，由此促進了近紅外光譜的有效發展。目前，在生物、食品及環境檢測方面，運用比較成熟和廣泛的技術主要是近紅外光譜技術和中紅外光譜技術，并對食品檢測產生了非常深遠的影響，在食品檢測方面具有較大的發展空間。

二、紅外光譜技術在食品檢測中的應用

1.定性鑒別。紅外光譜技術對食品做定性鑒別時主要結合FTIR（傅里葉變換紅外光譜儀）進行，通常以食用菌作為檢測對象，如黑木耳、黑牛肝菌以及銀耳，通過檢測得到不同的紅外光譜圖，結果表明，黑木耳、銀耳具有比較高的相似度，但從譜峰角度來看，它們同黑牛肝菌存在顯著差異。由于黑木耳和銀耳的光譜圖比較相似，為了將兩者進行區分，主要通過對其吸收強度的不同來判斷。眾所周知，普通山藥和道地山藥之間的差別非常小，在利用紅外光譜進行檢測時，主要采用二線線性投影圖，結果更為直觀，在區分聚類物質中的效果比較理想。

2.純化物和混合物檢測。紅外光譜比較顯著的特點就是指紋，這使得該技術能夠實現對物質結構、成分含量及變化的檢測，從而更加準確地檢測混合物、純化物結構、成分含量和變化。紅外光譜技術在檢測純化物時，能準確檢測到其差異性，且更加直觀地區分、辨別紅外光的變化，這一過程中主要采用直接觀察的方法。利用紅外光譜技術檢測混合物時，不能單獨采取直接觀察的方法，還要結合別的技術才能實現，因為混合物的成分和結構都相對復雜，如果僅采用直接觀察法來分析就無法得出準確的結果。

3.定量檢測。隨著食品樣品檢測需求的不斷增加，定性鑒別對于一些品類食品樣本的檢測就顯得比較困難，因此，定量鑒別的方法也得到發展，且較為廣泛地應用于食品樣品檢測中。目前，定量檢測主要集中于油脂食品品質解析，但是為了準確檢測油脂脂肪酸不飽和度，需要對其碘值和酸值進行分析，因此，利用紅外光譜技術進行食品樣品的定性檢測時，要充分考慮到樣品品質，而且通常需要借助一些常規方法對油脂中飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸具體含量進行測量和分析。定量檢測從檢測時間來看，并非固定的時間，會因樣品的不同而出現檢測時間不同的狀況，而且必須投入一定的財力、物力和人力。通常而言，采用紅外光譜技術進行食品樣品定量檢測時，為確保檢測速度，需要借助紅外光譜技術構建校正模型和化學計量學，這兩種技術的融合使用不僅能有效減少檢測成本和時間，還在很大程度上影響到檢測結果的準確性。

三、總結與展望

紅外光譜技術在食品檢測方面效果顯著，但是僅通過單一的紅外光譜技術不能滿足實際檢測需求，必須結合其他方法。隨著紅外光譜技術的不斷發展，根據實際檢測需求形成了現代紅外光譜分析技術，并綜合了諸多有效方法，如計算機技術、化學計量學技術等。從目前來看就，紅外光譜技術必將朝著分析方向發展，也必將成為新型技術，在食品檢測方面的應用也將進一步擴大。紅外光譜技術雖然具有快捷、方便、無污染等特點，但在實際應用過程中仍然存在一些問題，不論是模型算法、光譜預處理方法，還是儀器性能等方面，都需要進一步改進和提升。

作者：范小青 單位：龍游縣檢驗檢測研究院