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农残检测新利器:新型便携式表面增强拉曼光谱仪

2017-04-20 14:32
黯影冰风
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近年来,三聚氰胺奶粉、苏丹红鸡蛋、毒豆芽等事件不时曝光,民众对于食品安全的关注也日益强烈。如何把好舌尖上的安全关,检测检验是至关重要的环节。可惜传统的实验室检测,需要切片、细菌培养等诸多环节,时间长、花费大、效率低,在“大批量进出”的果蔬检测领域“心有余而力不足”。

农残检测新利器:新型便携式表面增强拉曼光谱仪

近日,北京工业大学生命科学与生物工程学院实验中心主任郑大威利用拉曼光谱的特性研发出了先进的检测技术,可以在几分钟内快速测出瓜果蔬菜上的生长激素、残留农药,保障舌尖上的安全。这一技术在之前的“三聚氰胺”事件中已经得到有效验证。目前,郑大威带领着团队还在进一步深入研究拉曼光谱,将它引入癌症早期筛查,造福更多的人群。

微弱而敏感的拉曼光谱

一束光,看似是黄白色,但经过棱镜的折射,可以看到赤橙黄绿青蓝紫,五彩缤纷。在大自然里,其实还有大量我们看不见的“光”:红外线、紫外线……它们同样可以通过光栅分离,按照波长、频率不同分成一道道光谱。拉曼光谱就是其中的一种。

“光是有能量的,不同的波长对应不同的能量,投射到不同的物体会产生不同的效果,比如紫外线就可以杀菌。”郑大威说,这就好比不同尺寸的小石头去击打不同厚度的玻璃,小石头能击碎薄玻璃,大石头能击碎厚玻璃,“它们中间建立着一种微妙的对应。如果我们能利用这种对应,确定标准参照,就能溯源锁定它的对应物。”郑大威说,拉曼光谱的一个特点恰恰就是能够反映分子结构的特性,自从上世纪20年代被发现以来,很少有人摸清它的奥妙。

进入新世纪,拉曼光谱迅速走红。“拉曼光谱的能量非常微弱,但却非常敏感,特异性强,因此特别适合进行快速筛查检测。”郑大威说,学界意识到这一前景,争相开始做应用研究。他也是其中一个,1980年考入北工大环境监测专业,打下了扎实的化学分析基础。1996年郑大威就开始做光谱研究,进入了拉曼光谱研究的前沿。

三聚氰胺检测初露锋芒

光谱是光线经过色散以后的频谱,听不见摸不着,似乎很枯燥,但郑大威研究得很投入,一干就是20多年。如何让微弱的拉曼光谱发挥“火眼金睛”的作用,他合成的增强试剂能将拉曼散射的强度放大10万倍以上。这样,任何物质中的异样成分,即使是细小如分子,都无所遁形。

在2008年的“三聚氰胺”事件中,郑大威与合作企业应用便携式表面增强拉曼光谱仪小试牛刀。郑大威回忆说,此前国内监测奶粉是否合格的一项重要指标就是蛋白质,具体就用氮元素含量来体现,这给了一些不法商家以可乘之机,他们在普通奶粉里掺加根本不能被婴儿吸收的三聚氰胺,大幅提高氮含量。

事件被曝光后,国家相关部门开始紧急筛查各批次奶是否含有三聚氰胺,按照标准,筛查采用液相色谱、质谱联用的办法。这种检测设备一套价值200万元,检测一个样品花费千元以上,耗时近3小时,“等着检测的奶农排起长队,严重影响了市场上奶制品供应的时效性。”在这样的背景下,国家农业、质监、工商等部门下了“招贤榜”,征集快速有效的检测方法。

郑大威与合作企业紧急研发的便携式表面增强拉曼光谱仪参与了测试,这台检测仪大放异彩,检测10个样品全部正确,每个样品检测时间只需3分钟。

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