基于荧光光谱检测的食品安全研究 ——黄酒、酸性橙Ⅱ、柠檬黄的研究

论文摘要

食品安全问题不仅严重危害了消费者的营养和健康,而且还严重影响了广大城乡居民的食品消费心理,引起了相当程度的对食品安全的不信任感,对经济发展尤为不利。更新、完善、提升食品安全的检测方法,在检测方法的高准确性,快捷性以及高选择性、环保性上不断努力,并用先进的检测方法对食品标准物或样品进行标识、定量检测、识别等,这是检测领域科研人员的使命。本论文的研究工作便是基于此目的而完成。黄酒是中国的重要酒类,在我国饮用者甚多,是重要食品之一;酸性橙Ⅱ是违禁的食品添加剂,致癌,但着色好,却被不法商贩经常使用在食品中充当色素;柠檬黄是人工合成食用色素,具有一定毒性,最大使用量被严格限制。但以上三种物质的荧光光谱方面研究在国内外未见任何报道,本文的工作可以说弥补了这个空白。我们使用物理方法,分别研究了黄酒、酸性橙Ⅱ和柠檬黄的荧光光谱,为在食品安全检测中运用荧光光谱检测技术定性、定量的检测这三类物质进行了有效探索。其中运用三维荧光光谱技术对绍兴加饭系列的不同年代黄酒进行表征,对比分析了不同年代黄酒的光谱特性,对其产生机理给予了阐述,这对年份酒的研究,以一特定角度给出了一种可借鉴的方法;运用荧光偏振技术对酸性橙Ⅱ进行了研究,并对该物质的分子取向性初步进行了探讨;另外,定量检测了不同浓度柠檬黄溶液的荧光峰值强度,结合BP神经网络算法对光谱进行了拟合推理。实验发现:绍兴加饭系列黄酒在适当的紫外波长激励下产生荧光光谱,本文运用三维等高线和二维荧光分析方法给出了整体和细部的比较分析。得出三种陈年黄酒在波长400nm-680nm范围内存在较宽荧光峰的荧光光谱,3年陈、5年陈、8年陈它们荧光峰分别在504nm、488nm、505nm,最佳激发波长都在370nm附近。对荧光产生机理做了研究,认为产生荧光的原因是黄酒的分子吸收光能量,产生π→π?电子跃迁后发射出光子所致。比较、解释了三种年份黄酒荧光图谱的相似与区别,并分析了产生较宽荧光峰的原因。在检测酸性橙Ⅱ溶液的实验中发现:酸性橙Ⅱ水溶液在紫外230nm-290nm激发下,在310nm-390nm范围内产生荧光光谱,峰位波长在350nm,最佳激励波长为250nm;采用垂直偏振片（起偏角为00）起偏照射样品,发现偏振荧光峰位不变,荧光峰强度随检偏角的增大而呈明显的线性减少关系,文中得到了线性拟合曲线;计算得到荧光偏振度为0.783,各向异性度0.74 ;表明分子具有一定确定取向;另外,分析认为酸性橙Ⅱ产生荧光,是由于分子中含有苯环和萘环结构吸收紫外光能量,以及氮键在光子作用下形成顺式异构体的激发单线态后,两者发射的光子所致。测量了柠檬黄溶液的三维荧光光谱,测量了其8种不同浓度溶液的二维荧光光谱。实验表明:柠檬黄溶液在紫外300nm-335nm激发下,450nm-800nm范围内产生荧光光谱,峰位波长在565nm,最佳激励波长为315nm;并且在315nm波长激发下,发现10ug/ml-100ug/ml浓度范围内8种溶液峰值荧光强度随浓度增加而增强,且具备线性关系,为定量检测提供基础。另外,由于BP神经网络具有强的非线性推理能力,将其应用于荧光光谱的预测。本文以多次测量后得到的100ug/ml柠檬黄溶液荧光光谱为例,运用BP神经网络进行了预测仿真,结果表明,预测值和真实值十分接近,归一化绝对误差在0.025以下。本论文的研究丰富了荧光光谱检测的应用领域,并结合三维技术、偏振技术、线性回归拟合方法、BP神经网络算法等进一步使得荧光检测技术在食品安全领域中有了方法上的改进和提高;为进一步对食品安全检测的研究,特别是对黄酒、酸性橙Ⅱ、柠檬黄的检测提供了依据;为荧光光谱检测技术的更广泛应用提供了有意义的参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 分子荧光光谱基本原理及技术发展
• 1.2.1 荧光光谱产生原理
• 1.2.2 荧光光谱检测技术的特点
• 1.2.3 荧光光谱检测技术发展
• 1.3 荧光光谱检测在食品安全中的研究现状
• 1.4 黄酒、酸性橙Ⅱ、柠檬黄的研究现状
• 1.5 本文主要的研究工作
• 第二章 研究物及实验光谱仪器介绍
• 2.1 黄酒、酸性橙Ⅱ、柠檬黄简单介绍
• 2.2 光谱研究实验设备
• 2.2.1 FLS920 型稳态和瞬态荧光光谱仪介绍
• 2.2.2 SP－2558 多功能光谱测量系统的工作原理
• 2.3 本章小结
• 第三章 静态黄酒的荧光光谱三维表征研究
• 3.1 实验仪器和试剂
• 3.2 实验方法
• 3.3 实验结果
• 3.3.1 三维等高线荧光光谱
• 3.3.2 二维激发和发射光谱
• 3.4 结果讨论
• 3.5 本章小结
• 第四章 酸性橙Ⅱ溶液的偏振荧光检测研究
• 4.1 实验装置配件
• 4.2 实验试剂和方法
• 4.3 实验结果
• 4.3.1 酸性橙Ⅱ溶液的荧光光谱
• 4.3.2 纯水在相同实验参数下荧光光谱
• 4.3.3 酸性橙Ⅱ溶液的激发光谱
• 4.3.4 酸性橙Ⅱ溶液的荧光偏振光谱
• 4.4 讨论分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 柠檬黄溶液荧光检测及其BP 神经网络推理研究
• 5.1 实验材料、方法
• 5.1.1 实验仪器和试剂
• 5.1.2 实验方法
• 5.2 实验结果
• 5.2.1 100ug/ml 柠檬黄溶液的荧光光谱
• 5.2.2 8 种浓度柠檬黄溶液的二维荧光光谱
• 5.3 BP 神经网络算法思想
• 5.4 BP 神经网络在柠檬黄溶液荧光光谱中的应用
• 5.4.1 BP 网络参数设置及数据前处理
• 5.4.2 基于BP 神经网络的柠檬黄溶液荧光光谱仿真
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文