傅里叶变换红外光谱仪及其在食品中的应用
2021-10-07
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广东化工 2017年第2期 第44卷总第340期 WWW.gdchem.com 傅里叶变换红外光谱仪及其在食品中的应用 葛俊苗,宋益善,李燕,马晨晨 (海海洋大学食品学院,上海201306) 【摘要】傅立叶变换红外光谱技术是一种新型的光谱分析技术.在食品领域当中得到了广泛的应用。丈章 要综述了傅里叶变换红外j匕 仪 仪器构造、原理和优点及其在食品检测分析中的应用状况。 [关键词】傅里叶变换红外光谱仪:食品;检测:分析 [中图分类号]TQ 【文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2017)02 0054-02 Fourier Transform Infrared Spectrometer and Its Application in the Food Ge Junmiao,Song Yishan,Li Yan,Ma Chenchen ((Shanghai Ocean University,College of Food Science and Technology,Shanghai 20 1 306,China) Abstract:Fourier transform infrared spectroscopy,as a new type of spectral analysis technology technology has been widely used in the lbod field.The article mainly summarized the Fourier transtbrm infrared spectrometer instrument structure,principle and advantages and its application in tbod detection analysis. Keywords:fourier transtbrm infrared spectrometer:food:detection:analysis 1傅里叶变换红外光谱仪 1.1似 叶变换红外光谱仪仪器构造和原理 傅生叶变换红 ̄b(Fourier Transform Infrared,FTIR)光谱仪主 山红外光源、干涉仪、样品池、检测器、计算机数据处理系统、 记求系统等组成,是下涉型红外光谱仪的典型代表,不同于色散 型红外仪的工作原理,它没有单色器和狭缝,利fEfj迈克尔逊干涉 仪获得入射j匕的干涉}{}j。然后通过傅里叶数学变换,把时间域函 数r涉图变换为频率域函数图(普通的红外光谱图)。 1.2傅里叶变换红外光谱仪的优点 (I1扫描速度极快。一般1秒左右即可扫描一张质量很好的红 外光谱图,进行多次扫描,光谱的重复性也较好。 (2)很高的分辨能力。用干涉方法获得图谱,其多路的优点可 以提高分辨牢。 (3)灵敏度与信噪比高。可检测10 g数量级的待测物,适 弱谱的测定:傅里叶光嘴仪没有光栅或棱镜分光器,降低了光的 损耗,而且通过干涉进一步增加了光的信号,因此到达检测器的 辐射强度人,信噪比高。 (4)极高的波数位精度。傅里叶光谱仪中町动镜的位置是用氦 氖激光器准确测定的,所以光程差可以测得非常精确,从而使 计算灼光波谱数精确度0.01 cm。。。 (5)测定的光谱范 宽。只要改变分束器和光源,就可研究整 个红外l0000 cm 至l0 cm 的光谱。 此外,傅里叶变换红外光谱仪还具有能量输出大、全波段内 分辨率一致、重复性好、杂散光干扰小、便于与气、液色谱联机 等优点。 -2傅里叶变换红外光谱仪在食品中的应用 2.1乳制品的监测分析 t鹿奶粉事件引起人们对乳制品的广泛关注。通过红外光谱 技l术对乳制品定性定量分析,是实现乳制品快速检测的有效手段。 彭胜等…利用傅立叶变换红外光谱法测定奶粉中_二聚氰胺的含 最,选取155 l cm 附近特征吸收峰,建立线性定量模型。结果表 明红外光谱法测定奶粉中j聚氰胺相关度高达0.9992,准确度高、 稳定性好、检测限低,样品回收率为98.89%。该法可用于三聚氰 胺的快速无拟愉测,提高奶粉的质量监控能力。近年来,乳制品 掺假现象层出不穷。:F晓雨,罗海峰12]利用红外光谱分析技术建 立采川主成分分析定标,最后使用建立的定标对搀假乳进行检测, 创建r 种快速检测掺假原料乳的方法该方法具有快速、准确的 特点。 乳制品中脂肪、蛋白质等主要成分的含量及抗生素残留是判 断 占^质的雨 指标。Aemouts等 】利用中红外光谱技术结合PLS 法对原料奶中脂肪、蛋白质含量进行定量分析,结果表明衰减全 反射法结合PLS是一种检测原料奶中蛋白质、脂肪含量的有效手 段。Sivakesava等【41研究了用傅里叶变换红外技术检测牛奶中ppb 级 q环素含量方法的可行性。结果表明利用中红外建模的效果较 优,利用预测集样品对模型验证,_卡f{关系数R2为0.89,说I】』j中 红外光谱技术适合用于牛奶中抗生素等痕量成分的快速检测。 2.2酒制品检测分析 不同产地的葡萄酒具有不同的质量与风格,市场上偌j萄洒以 假乱真、以次充好现象颇多,寻找简单有效地鉴别葡萄酒产区的 方法,有利于葡萄洒市场的健康发展 向伶俐等 J采用近、中红 外光谱的贝叶斯信息融合技术对葡萄洒原产地进行快速iN,, ̄lJ,建 模集准确率为87.I】%,检验集准确率为90.87%,提高判别的准 确度,为葡萄酒原产地真伪识别提供了一种高效低成本的新方法。 此外,利用红外光谱对白酒年份与香型鉴别也有十分效。 不同香型白酒的成分有所差异,其红外光谱也不尽相同, 叮f}{捌 红外光谱差异鉴别不同年份的白酒。 2-3茶饮品检测分析 在茶叶品质分析中,红外光谱分析技术越来越得到火家的青 睐。梁奇峰等l6】利用傅里叶变换红外光谱可准确鉴别三‘种半发酵 鸟龙茶品种单枞、铁观音和奇兰。结果表明,在l800~600 cm。 。问光谱的峰型和峰强存在明显的差异,据此可以对三种茶叶t的种 类进行鉴别。杨群等【7J 利用傅 叶变换红外光谱法,比较分折丁 云南普洱碧罗春茶(不发酵茶)、福建屿尼茶(半发酵茶)和 洱熟茶 (全发酵茶)红外特征谱的异同,发现茶叶的发酵程度与红外特征 谱的l037、l】47、l324、l520、和l240cm 附近吸收峰的强度和 峰形密切相关,根据红外光谱特征峰的吸光度和峰形,『可以区分 茶叶的发酵程度。宁井铭等181利用傅里叶变换红外光谱技术研究 不同陈化年份的普洱生茶和熟茶的光谱学特征。结果表}lJ]随着陈 化时间的延长,吸收峰越来越弱:不同陈化年份的普洱熟茶图存 在一定的差异,特别是在1 l24,ll90,1420和l570 cnl。。波数处, 随着时间的延长,吸收峰变得越来越弱。 2.4食用油检测分析 芝麻油中常常掺杂一些廉价的其他油品,严重损害_J消费者 的利益。位丽娜等 利用中红外光谱技术,对纯芝麻油、掺入大 豆油的芝麻油和掺入菜籽油的芝麻油进行分析,通过不同的预处 理方法建立最优定性模型,应用最优模型进行预测,预测结果准 确率达10o%,准确区分了纯芝麻油和掺伪芝麻油。 油脂中反式脂肪酸含量严重影响人类健康。余丽娟等-】”】以酸 水解法提取食品中脂肪酸,用傅立叶变换红外光谱仪对反式脂肪 酸含量进行了快速测定,回收率达到89.26%~106.51%,相对标 准偏差2.29%,结果准确可靠,为测定食品中反式脂肪酸含量提 供了新思路。 2.5果蔬检测分析 果蔬中农药残留快速、高效的检测技术是当 食品嵌全控制 关注的重大问题。朱春艳…lgl傅里Ⅱ1‘红外光谱技术对敌 虫币u辛 硫磷两种农药的红外光谱进行了测餐和分析,验证/-FTIR/ATR 技术快速检测蔬菜中有机磷农药残留的可行性,测定敌Ir』虫的最 低的检测限为0.2x10 (体积分数),卡Ij关系数为0.9141, 硫磷的 最低检测限为O.02x10~,相关系数为O.9036,为果蔬农药残留检 测提供了一种方便、快捷、准确的方法。 [收稿日期】2016—11-28 【基金项目]上海海洋大学食品学院实验技术队伍建设计划(B1・5407—15-0001—8) [作者简介】gl'( ̄(1995・),女,河南人,硕士研究生,主要研究方向为功能性食品。 为通讯作者a 2017年第2期 第44卷总第340期 广 东 化 工 wvcw.gdchem.com 55 2.6 类检测分析 近年来,少数造假者频频在陈旧大米中涂抹掺加植物油、矿 物油,增加其亮度和光泽,冒充优质新鲜大米销售,严重危害消 费者身心健康。张耀武等L 12】利用红外光谱对涂有和掺有矿物油的 大米进行定性鉴别。将分离出含有矿物油的试样进行红外光谱测 试,未出现l745 cm 脂C=O的伸缩振动吸收和1000-1300 cm 伸缩振动吸收,证明该试样中含有直链烷烃的矿物油。文中指出 该方法可用于对大米、饼干、瓜子和食用油中是否掺加工业矿物 油的鉴定。 粮食在高温高湿条件下极易发霉变质,不仅造成经济损失还 严重威胁人畜健康。刘凌平等【 利用傅里叶变换衰减全反射红外 1光谱技术结合化学计量学方法(ART.FTIR),对稻谷中7种常见有 害霉菌进行了快速鉴定,建立的线性判别分析和偏最小二乘判别 分析模型对7种不同类别菌株的留一交互验证整体正确率分别达 到87.1%和87_3%,表明ART—FTIR技术技术可用于谷物中霉菌 不同属间的快速鉴别,尤其对不同菌属的霉菌具有良好的判别效 果。 参考文献 [1】王晓雨,罗海峰.采用红外光谱分析技术快速检测生乳掺假【JJ.科技资 讯,2015,24:77.78. 『21彭胜.王志宏,郑阳.等.傅立叶变换红外光谱法测定奶粉[}】三聚氰胺 的含量『J].食品研究与开发,2015,18:145.147. 『31AERNOUTS B,POLSHINOL E,SAEYS W.et a1.Mid—infrared Spectrometry of Milk for Dairy Metabolomics:A Comparison of Two Sampling Techniques and Effect of Homogenization[J].Analytica Chimica Acta,201 1,705(1—2):88—97. 『4]SIVAKESAVA I S, 1RUDAYARAJ J. 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[1 l】朱春艳.蔬菜表面有机磷农药残留FTIR/ATR检测方法的研究[D】.黑 龙江八一农尾大学,2008. fl21张耀武,王振军.涂油大米的红外光谱鉴定[J].两部粮油科技,2001, 03:46—47. 2.7-3中药检测分析 红外光谱还可应用于中药等复杂混合物的质量检测。孙素琴 ”6】对冬虫夏草含片、西洋参泡茶和灵芝胶囊进行红外光谱分析, 将整体成分指纹图谱控制与指标成分定性定量检测有机结合,分 别鉴别其真伪,提供了一种操作简便、高通量、低成本的中药质 量快速检测方法。 ¨31刘凌平,和肖营,都立辉,等.傅里叶变换衰减全反射红外光谱技术 对稻谷中常见有害霉菌的快速鉴别[J].食品工业科技,2016,19:298-301. [14】孙燕,张海华,王铮.中红外光谱技术应用于饶河蜂蜜产地溯源的表 征『J1.化学分析计量,20l5,03:41—44. [15]Koca N,Kocaoglu—Vurma N A,Harper W J,et a1.Application of temperature controlled aRenuated total reflectance-mid-infrared(ATR-MIR) 3小结 随着科学技术的发展,傅里叶变换红外光谱技术在一系列新 技术的基础上为研究物质结构提供了更多更有效的手段,广泛应 用于与食品有关的各种样品检测中,成为一种方便、快捷、高效 的检测技术,具有广阔的应用前景。 spectroscopy for rapid estimation ofbutter adulteration[J】_Food Chemistry, 2010,12l(1):778-782. [16]孙素琴.食品与中药的(中)红外光谱快速检测技术[J].现代科学仪器, 2OI3,04: l 1—20. (本文文献格式:葛俊苗,宋益善,李燕,等.傅里叶变换红外光 谱仪及其在食品中的应用[J] 广东化工,2017.44(2):54—55) (上接第23页1 3结论 (1)采用微波水热包覆法,以ZSM一5合成体系为母相,成功制 备r SAPO.34/ZSM.5复合分子筛,分子筛质量比对复合分子筛微 观结构、孔结构及表面酸性质具_仃较大影响。 (2)当分子筛质量比为0.48时,SAPO.34/ZSM一5复合分子筛 形成部分包裹结构且结晶度较高,微孔孔容0.21 cm3.g。。、介孔孔 容o.09 cm3.g。。、弱酸中心0.209 mmol・g~、BET比表面积436 m /g。 『J1.Applied Catalysis A,1996.138:1 35—145. f61李军,张风美,李黎声,等.SAPO.34分r筛研究进展[J].化工进腱, 2005,24(4):434—436. [7]何长青,刘中民,蔡光宇,等.双模板法控制SAPO一34分 筛的品粒 尺寸[JJ.分子催化,】994,8(3):207.212. f8]Ren N,Yang Y H,Shen J,et a1.Novel eficifent hollow zeolitically microcapsulized noble metal catalysts[J1.Journal ofCatalysis,2007,251: 182一l88. 参考文献 [1]花"慧,潘红艳.曹建新.ZSM.5分子筛用于甲醇制低碳烯烃的反应条 件研究[J1.天然气化工(C1化学与化工),20I3,03:28.33. [2】潘 胖色,田敏,何志艳,等.甲醇制烯烃用ZSM.5分子筛的研究进展 fJ].化工进展,2013,33(10):2625—2632. [9】王博,张喜文,马波,等.复合分_『筛合成机理的研究进展[J].当代化 工,2009,38(4):412—4l4. 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