第 卷 第 期 年 月 光 学 仪 器! "#$ # &' 文章编号 ( (( 三维荧光光谱检测地沟油 陈明惠 李 昊 陈 荣 上海理工大学医疗器械与食品学院 上海 ) 福建师范大学医学光电科学与技术教育部重点实验室 福建福州 * 福建师范大学福建省光子技术重点实验室 福建福州 * 摘要 利用三维荧光光谱检测灵敏度高 选择性强和快速无污染的优点 对掺入了不同比例地沟油的植物油进行了检测 实验结果表明 当掺入的地沟油的含量超过 时 根据三维荧光光谱的荧光图案特征和特定荧光激发波长的荧光强度下降程度 可以作为判断该植物油是否掺入了地沟油的依据 使用三维荧光光谱检测地沟油优于其他检测方法 其灵敏度和快速 实时的特点适合用于地沟油的测定 关键词 三维荧光 光谱检测 地沟油中图分类号 文献标志码 )) -4 (. *,,*# * ',0 ( ) ' 17##$# '/-1 $ 4,' /&##/!-'' --' 4- # 7 7 -# 1-'1' /'17#$# 7 7 -) 7- ' # # # #!$'1 #-1 1-'1' /'17#$# # '/-1-'# --4 #!/ 1 -# & - #, $-' 4- &.7# * 7- #-1- $ ' # # # 7# #-14'17#$# & - #, $-' 4- &.7# * 7- & 7 ''(/-,'4-# $$ # '41'1'4 '1 #/ 1'4 # #$ -# / # 4 4 7-7 4'4- -- /4 #4'$'1 -- 7' '# '- 0 4 # #4'/ / 4'/7' ' #/' '1 '' $' #-$ #4''07' 7' /-' ' # # -#4#7#0 47#-$7 / '',- '/-7'' ' -,' $ '4 $ 447#0'/ 7 07',# ' 7 # 7'7#0 47#-$1# ' 0 4 / $ ' '/- #- 11# /- # 7'$ # '41'1' ' # 7 ''(/-,'4-# $$ # '41'1'4 '1 $ # '41'1' - '4- / 7'/ # #$ # '41'1'' 1- -#0 '$' 71# $/ ' 4'/ # /'07' 7' 7''' $'#-$7 / '',- '/0-77#0 47#-$7' 4'# 7 ''(/-,'4-# $$ # '41'1' 4 '1,-/' '1-7#0 47#-$-4 ' ' 7 7 ## 7' /' '1 -,' 7#/40-74 17 / '4 47-7' 4'4- -- / ' $ -,' ' 7 ''(/-,'4-# $$ # '41'1'4 '1,/' '1 -#7#0 47#-$ 引 言 生活中的地沟油泛指生活中存在的各种劣质油 如提炼的泔水油 反复使用的炸油 动物废弃物加工 收稿日期 ()(+ 基金项目 上海高校青年教师培养资助计划项目 + 医学光电科学与技术教育部重点实验室 福建师范大学 开放课题 作者简介 陈明惠 )+( 女 讲师 博士 主要从事生物医学光学方面的研究!(, -$1,7 -, -$1#,
第 期陈明惠 等 三维荧光光谱检测地沟油 * 提炼的油等等 地沟油是一种质量极差又极其不卫生的废弃食用油 虽然其主要成分仍然是甘油三酯 但却比真正的食用油多了许多致病 致癌的毒性物质如黄曲毒素 若食用 将会破坏人们的白血球和消化道粘膜 引起食物中毒 甚至致癌的严重后果 目前 由于鉴别技术滞后等原因 研究如何快速 有效地鉴别出地沟油则显得尤为重要 国内目前主要检测地沟油的进展大概可以分为 理化指标分析 重金属检测 胆固醇含量检 测 脂肪酸组成分析 电导率法等 但是 由于地沟油的产生和销售的情况复杂 以及植物油本身的一些特性 在实际应用时 上述方法多少会有一些局限 虽然可以鉴别地沟油 但检测过程耗时较长 而且实验步骤复杂 涉及的设备昂贵 不易进行现场的操作 利用三维荧光光谱分析的指纹性 通过荧光分光光度计的数据处理和 --+ 绘图软件绘制出来的光谱图完整地描绘出纯植物油和不同比例配比的地沟油的荧光信息 根据这些光谱图所显示的荧光信息可以进行判别被测样品物质是否掺杂了地沟油 结果比较理想 利用荧光检测地沟油这种方法比其他检测手段快捷方便 成本比其他检测方式低 结果的准确率较高 能节省很多的繁琐程序 而且利用三维图像能很快地分辨出是否掺入地沟油 三维荧光检测原理当某种物质经过某种波长的入射光照射后 吸收光能后进入激发态 并且立即激发并发出比入射光的波长长的出射光 波长范围通常在可见光波段内 一旦停止入射光 其发光现象也会随之立即消失 具有这种性质的出射光就被称之为荧光 物质之所以产生荧光 是因为在光照射到某些原子时 光的能量使物质的原子核周围的一些电子由原来的轨道跃迁到了能量更高的轨道 即从基态跃迁到第一激发单线态或第二激发单线态等 但是 第一激发单线态或第二激发单线态等是不稳定的 所以会恢复基态 当电子由第一激发单线态恢复到基态时 能量会以光的形式释放 所以产生荧光 三维荧光光谱的信息包括荧光强度 $ # '41'1'- '4- 激发波长 ' 1- -#0 '$' 7! 的荧光发射波长 ',-44-#0 '$' 7!, 的三个维度 三维荧光所含信息内容丰富 并具有良好的选择性和高灵敏度 三维荧光光谱主要反映了荧光强度随激发波长和发射波长的变化而变化 因而能更完整地表征出物质的荧光信息 三维荧光光谱的表示形式主要有两种 等角三维投影图和等高线图 等角投影图形式比较直观 反映的是从立体图的任一固定角度所观察到的投影图 等角三维投影图表示的荧光光谱图比较直观 容易从图上观察到荧光峰的位置 高度以及光谱的某些特性 但不容易直接提供激发波长和发射波长所对应的荧光强度信息 等高线图是以平面坐标的横轴为激发波长 纵轴表示为发射波长 平面坐标上的各个点则表示由激发波长和发射波长所决定的样品的荧光强度 等高线光谱图通过记录不同激发波长处的荧光光谱 将荧光强度相等的各点连接起来 在构成的平面上显示一系列等强度线组成的同心圆 中心最小的椭圆型闭合圈的位置对应于立体图的峰位置 其中闭合圈的疏密与立体图中峰的陡度有关 闭合圈的形状与立体图中峰的形状和走向角息息相关 显然 可以得知等高线图是立体图降维显示的结果 它解决了立体图中峰峰遮蔽不易观察的问题 集中体现了样品成分和成分方面的微观特征 清晰地揭示 了谱图的微细结构 完整地表达了被检测物质的荧光信息 具有指纹性特征 产生荧光需要两个必要条件 一是该物质的分子必须具有能吸收激发光的结构 通常是刚性 共轭双键较强的平面和多环结构 二是该分子必须具有一定程度的荧光效率 就是荧光物质吸光后所发射的荧光量子数与吸收的激发光的量子数的比值 在使激发光的波长和强度保持不变的情况下 让荧光物质所发出的荧光通过发射单色器照射于检测器上即进行扫描 以荧光波长为横坐标 以荧光强度为纵坐标 其作出的图即为荧光光谱图 让不同波长的激发光激发荧光物质使之发生荧光 而让荧光以固定的发射波长照射到检测器上 然后以激发光波长为横坐标 以荧光强度为纵坐标所绘制的图 即为荧光激发 * 光谱
+ 光 学 仪 器第 卷 实 验 ) 仪器 试剂及样品荧光光谱的检测采用瓦里安!1$- 4' 荧光分光光度计及其配套软件 试剂分为两组 第一组实验用地沟油 自制 主要由茶籽油 花生油 动物油各三分之一组成 第二组实验用植物油 是金龙鱼公司的非转基因玉米油 和地沟油 是玉米油和动物油以 )A*A A 分别配制而成 ) 测试方法第一组实验 取一支试管 分别加入各三分之一的茶籽油 花生油和动物油 使其混合均匀 静置待检测 第二组实验 取 支,$ 的具塞试管 分别加入,$),$*,$,$ 的植物油 然后按序分别加入动物油,$,$,$,$ 使每一具试管的总油量为,$ 静置待检测 主要测试条件设定 激发波长范围为 *, 发射波长范围为 *, 激发狭缝为, 发射狭缝为, 步长为, 发射光谱通带均为, 激发 发射波长间隔均为, 扫描速率为,,- 实验数据处理与分析 ) 数据处理第一组实验三维荧光光谱测量范围选择了激发波长范围为 *, 发射波长范围为 *, 范围选定后将样品放置荧光分光光度计内检测 检测分析获得的数据再导入! 1'$ 中整理 最后再通过 -- 绘图软件生成矩阵绘制光谱图 第二组实验激发波长范围为 *, 发射波长范围为 *, 激发狭缝为, 发射狭缝为, 步长为, 发射光谱通带均为, 激发 发射波长间隔均为, 扫描速率为,,- 范围选定后将样品放置荧光分光光度计内检测 检测分析获得的数据再导入! 1'$ 中整理 最后再通过 -- 绘图软件生成矩阵绘制光谱图 ) 数据结果分析第一组实验主要是对由茶籽油 花生油和动物油各三分之一自制而成的地沟油样品进行检测分析 图 即为由茶籽油 花生油和动物油自制而成的地沟油样品图 如图所示比起后面不同比例配比的地沟油有更多的荧光峰 这是由于含量越高的地沟油的成分也越复杂 即出现了越来越多的荧光物质 由图 显示可知 地沟油的样品图像较后面掺杂不同含量 就地沟油的荧光强度而言 发生了较为明显的散射 说明地沟油中存在着一定大小的颗粒物质 这些颗粒物质对入射光存在着一定程度的散射 但是这种散射作用较弱 在含量较少的地沟油中都没有很明显的反应出来 只有当地沟油含量较高时 这种散射才比较明显 图 地沟油样品的三维荧光光谱 &-7 ''(/-,'4-# $$ # '41'1'4 '1 # 0 4 '#-$4, $'4 第二组实验对纯植物油和地沟油 纯植物油和动物油分别以 )A*A A 比例配比 样品进行检测分析 图 即为纯植物油 非转基因玉米油 的光谱图 如图可见在!,!,,!,!, +,!,!,,!,!, ),!,!,, 处都有荧光峰 五处的荧光峰对应的荧光强度大小相近 这些荧光峰主要是植物油本身所含有的维生素! 的荧光信息 虽然植物油中的主要成分是脂肪酸甘油酯 但脂肪酸甘油酯并不发荧光 植物油的荧光发光中心主要集中在维生素和色素中
!第#期 陈明惠!等"三维荧光光谱检测地沟油,,A!! 图!即为植物油与动物油Ae#配比的样品图!掺入地沟油的量为#d如图可见出现了两个新的荧 光峰 3K]&?D! 3D]?AD( 3K]?D! 3D]""D!其中 3K]&?D! 3D]?AD 处的荧光强 度比较强! 3K]?D! 3D]""D 的荧光强度比较弱!这是由于掺入的地沟油是重复使用油!与空气 中氧接触后发生水解)氧化)聚合等复杂反应!产生了新的物质如 N^ 甘油酸)对二甲苯等!除了植物油本 身维生素 3 的荧光外!新的物质也会发生荧光 图&即为植物油与动物油B 掺入地沟油的量达到了! e!配比的样品图! d!如图所示!此时荧光强度最 高的荧光峰发生了位移!从 3K]&? D! 3D]? A D 移到了 3K]& D! 3D]" D( 3K]? D! 3D]"?D!可能是随着样品溶液中的地沟油含量增加!其他的物质成分或此样品有环境的影响其中 原 3K]?D! 3D]""D 处的荧光峰也发生了位移!并且荧光强度有所增强!这是由于随着掺入的地 沟油量的增加!地沟油中所含的主要物质亦随之增加!其反映的荧光强度也相应增强 图$!纯植物油样品 图!!植物油与动物油Ae#的配比样品 $!)U D V V 7!!)U D V V 7 D < D VAe# 图&!植物油与动物油Be!的配比样品 图?!植物油与动物油?e?的配比样品 &!)U D V V 7?!)U D V V 7 D VBe! D V?e?!!图?即为植物油与动物油?e?配比的样品图!掺入地沟油的量高达?d!相比 Be! 的配比样品图两 处荧光强度较高的荧光峰已经发生了越来越明显的位移!且一开始荧光强度最高的荧光峰渐渐减少!说 明地沟油中含有一些物质对植物油中的维生素的淬灭作用!而另一荧光峰越来越高!说明随着地沟油含 量的增加!地沟油中的主要物质也不断增加!相应的荧光强度也随之增强
光 学 仪 器第 卷 / 结 论通过上述实验的光谱图分析可以得知 地沟油中存在着一些物质会使维生素! 荧光强度明显降低 地沟油中存在着很多不同于新鲜食用油的物质 其相应的荧光信息在图中可以很明显地观察到 地沟油还存在着一些颗粒物质 这些颗粒物质对入射光存在着一定程度的散射 在掺杂的地沟油含量不够多的时候不会很明显地反映出来 但是当地沟油含量较高时 这种散射就会很明显 三维荧光光谱图能够获得激发波长与发射波长或其它变量变化时的相应的荧光强度信息 能较完整地描述出被测物质的荧光信息 荧光强度的等值线生成一个 指纹图 根据其指纹谱的特征 可完成多组分混合物体系中较为复杂的定量和定性分析任务 所以可以借助三维荧光光谱图谱的差异进行油的不同种类和不同批次的鉴别和区分 为油类等物质的鉴别提供了一种快速的方法 三维荧光谱测量分析技术 不仅适用于现场操作 还可以避免费时而又繁琐的分离程序 能够快速 精确 完整地描述出被测物质的荧光信息 因其灵敏度高 选择性强 快速无污染等特点 已经成为非常 +( 重要的多组分物质分析手段之一 在水体油污染检测方面有着很好的应用 食用油和地沟油中均含有各种荧光成分 通过三维荧光光谱对食用油和地沟油的检测 可以从三维荧光光谱的等角三维投影图和等高线图获得它们的荧光信息 从荧光峰的位置 高度等进行对比分析就可以快速检测出食用油中是否掺杂了地沟油 参考文献 张 清 沈 群 我国食用植物油中地沟油检测技术回顾 食品科技 ( 张 强 陈秋生 刘烨潼 等 地沟油识别与检测方法研究现状 粮食与油脂 )) 张 蕊 祖丽亚 樊 铁 等 测定胆固醇含量鉴别地沟油的研究 中国油脂 (* 张爱华 肖志红 张玉军 等 地沟油预酯化及生物柴油的制备研究 粮油加工 ))()+ 朱 锐 王 督 杨小京 等 电导率测定在鉴别食用植物油掺伪应用研究 粮食与油脂 +( 黄冬兰 曹佳佳 徐永群 等 三维荧光指纹技术的应用研究进展 韶关学院学报 +)) (+ * 周蓉蓉 纳米 > 掺杂及复合薄膜的制备与光学特性的研究 南京 南京理工大学 + + 马海新! A A 2 激光晶体生长与性能研究 长春 长春理工大学 * ) 曹佳佳 徐永群 陈小康 等 三维荧光等高线特征谱提取程序的设计及其应用研究 计算机与应用化学 ( 陈银节 姚亚明 赵 欣 利用三维荧光技术判识油气属性 物探与化探 *+(