光譜分析技術(shù)是基于物質(zhì)與電磁波的相互作用規(guī)律實(shí)現(xiàn)定性定量檢測的技術(shù)，其核心原理是：不同物質(zhì)的分子、原子具有獨(dú)特的能級(jí)結(jié)構(gòu)，當(dāng)受到特定波長的電磁波照射時(shí)，會(huì)選擇性地吸收、發(fā)射或散射電磁波，產(chǎn)生特征光譜信號(hào)。通過檢測特征光譜的波長、強(qiáng)度及變化規(guī)律，可精準(zhǔn)識(shí)別物質(zhì)的成分與含量。在食品安全檢測儀中，光譜技術(shù)憑借快速、無損、多組分同步檢測的優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于農(nóng)藥殘留、獸藥殘留、非法添加劑、重金屬、微生物污染等多項(xiàng)指標(biāo)的篩查，是現(xiàn)場快速檢測與實(shí)驗(yàn)室精準(zhǔn)檢測的核心技術(shù)手段。

根據(jù)電磁波與物質(zhì)作用方式的不同，適配食品安全檢測的主流光譜技術(shù)可分為吸收光譜、發(fā)射光譜、散射光譜三大類，其應(yīng)用機(jī)制與技術(shù)特點(diǎn)各有側(cè)重。

一、吸收光譜技術(shù)：基于物質(zhì)對(duì)電磁波的選擇性吸收

吸收光譜技術(shù)的核心是朗伯-比爾定律—— 當(dāng)一束平行單色光通過均勻的樣品溶液時(shí)，光的吸光度與樣品中吸光物質(zhì)的濃度及光程長度成正比。在食品安全檢測中，常用的吸收光譜技術(shù)包括紫外-可見吸收光譜、紅外吸收光譜、近紅外吸收光譜。

1. 紫外-可見吸收光譜（UV-Vis）

作用機(jī)制：利用物質(zhì)分子對(duì)200~800nm波段紫外光、可見光的選擇性吸收實(shí)現(xiàn)檢測。食品中的污染物（如農(nóng)藥、獸藥、色素、亞硝酸鹽）具有共軛雙鍵、芳香環(huán)等生色基團(tuán)，這些基團(tuán)會(huì)吸收特定波長的光，形成特征吸收峰，例如，亞硝酸鹽在酸性條件下與對(duì)氨基苯磺酸、萘乙二胺反應(yīng)生成紫紅色化合物，在538nm處有特征吸收峰，通過檢測該波長下的吸光度，可定量亞硝酸鹽濃度；蘇丹紅等非法色素在480~520nm波段有特征吸收峰，可實(shí)現(xiàn)快速定性鑒別。

檢測儀應(yīng)用特點(diǎn)：儀器結(jié)構(gòu)簡單、成本低、檢測速度快（單次檢測＜10min），常集成于便攜式檢測儀中，適用于果蔬中農(nóng)藥殘留、肉制品中亞硝酸鹽、食品中非法色素的現(xiàn)場快速檢測。檢測限可達(dá)mg/kg級(jí)，滿足常規(guī)食品安全篩查需求。

2. 紅外吸收光譜（IR）與傅里葉變換紅外光譜（FTIR）

作用機(jī)制：利用物質(zhì)分子對(duì)2.5~25μm波段紅外光的選擇性吸收實(shí)現(xiàn)檢測。紅外光的能量與分子振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷能量匹配，不同官能團(tuán)（如羥基-OH、羰基-CO、氨基-NH）會(huì)在特定波數(shù)位置產(chǎn)生特征吸收峰，如同物質(zhì)的“分子指紋”，例如，三聚氰胺分子中的氨基在3300cm?1 附近有強(qiáng)吸收峰，可通過特征峰的存在與否判斷奶粉中是否摻假；食用油中的不飽和脂肪酸在1650cm?1處有特征吸收峰，其吸收強(qiáng)度可反映油脂的酸敗程度。

檢測儀應(yīng)用特點(diǎn)：FTIR通過干涉儀與傅里葉變換提升了檢測靈敏度與分辨率，可實(shí)現(xiàn)多組分同步檢測。儀器分為便攜式與實(shí)驗(yàn)室臺(tái)式兩類，便攜式 FTIR 檢測儀可無損檢測食品包裝材料的成分（如是否含違禁增塑劑），臺(tái)式 FTIR 適用于食品中復(fù)雜污染物的精準(zhǔn)定性。

3. 近紅外吸收光譜（NIRS）

作用機(jī)制：利用物質(zhì)分子對(duì)780~2526nm波段近紅外光的吸收實(shí)現(xiàn)檢測。近紅外光的吸收源于分子振動(dòng)的倍頻與合頻吸收，主要與含氫基團(tuán)（C-H、O-H、N-H）相關(guān)。通過建立光譜數(shù)據(jù)與食品成分含量的數(shù)學(xué)模型（如偏最小二乘法PLS），可實(shí)現(xiàn)對(duì)食品中水分、蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉等營養(yǎng)成分的快速定量，同時(shí)也能檢測農(nóng)藥殘留、重金屬等污染物，例如，通過檢測糧食中C-H鍵的吸收特征，可判斷是否存在有機(jī)磷農(nóng)藥殘留；通過O-H鍵的吸收強(qiáng)度，可評(píng)估果蔬的新鮮度。

檢測儀應(yīng)用特點(diǎn)：最大優(yōu)勢是無損檢測，無需樣品前處理（如無需研磨、萃?。?，可直接對(duì)水果、肉類、糧食等樣品進(jìn)行檢測。便攜式NIRS檢測儀廣泛應(yīng)用于農(nóng)貿(mào)市場、糧食收購點(diǎn)的現(xiàn)場質(zhì)檢，檢測速度快（單次檢測＜1min），可同時(shí)分析多項(xiàng)指標(biāo)，檢測限可達(dá)μg/kg級(jí)。

二、發(fā)射光譜技術(shù)：基于物質(zhì)受激后的特征發(fā)射

發(fā)射光譜技術(shù)的核心是：物質(zhì)分子或原子吸收能量后躍遷至激發(fā)態(tài)，當(dāng)從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時(shí)，會(huì)釋放出特定波長的電磁波，形成發(fā)射光譜。在食品安全檢測中，常用的發(fā)射光譜技術(shù)包括熒光光譜、原子發(fā)射光譜。

1. 熒光光譜（FS）

作用機(jī)制：利用物質(zhì)分子受紫外光或可見光激發(fā)后產(chǎn)生的熒光信號(hào)實(shí)現(xiàn)檢測。具有共軛結(jié)構(gòu)的物質(zhì)（如黃曲霉毒素、維生素、部分農(nóng)藥）被激發(fā)后會(huì)發(fā)射出波長更長的熒光，熒光強(qiáng)度與物質(zhì)濃度成正比，且熒光波長具有特征性，例如，黃曲霉毒素B?在365nm 紫外光激發(fā)下，會(huì)在450nm 處產(chǎn)生強(qiáng)熒光，通過檢測熒光強(qiáng)度可定量其含量，檢測限低至ng/kg級(jí)；部分農(nóng)藥（如擬除蟲菊酯類）具有天然熒光特性，可直接通過熒光光譜實(shí)現(xiàn)痕量檢測。

檢測儀應(yīng)用特點(diǎn)：靈敏度極高（遠(yuǎn)高于紫外-可見吸收光譜），適用于食品中痕量污染物的檢測。便攜式熒光檢測儀體積小、功耗低，常用于糧油食品中黃曲霉毒素、果蔬中高毒性農(nóng)藥殘留的現(xiàn)場篩查；實(shí)驗(yàn)室臺(tái)式熒光光譜儀可結(jié)合高效液相色譜（HPLC-FLD），實(shí)現(xiàn)復(fù)雜樣品中多污染物的精準(zhǔn)定量。

2. 原子發(fā)射光譜（AES）與電感耦合等離子體發(fā)射光譜（ICP-OES）

作用機(jī)制：利用原子在高溫激發(fā)下產(chǎn)生的特征發(fā)射光譜實(shí)現(xiàn)檢測。食品樣品經(jīng)消解處理后，轉(zhuǎn)化為原子態(tài)，在電感耦合等離子體（ICP）的高溫（6000~10000K）作用下，原子外層電子躍遷至激發(fā)態(tài)，回到基態(tài)時(shí)發(fā)射出特定波長的光譜，不同元素的發(fā)射波長具有唯一性，例如，鉛元素的特征發(fā)射波長為283.3nm，鎘元素為228.8nm，通過檢測這些特征波長的發(fā)射強(qiáng)度，可定量食品中重金屬的含量。

檢測儀應(yīng)用特點(diǎn)：可同時(shí)檢測多種重金屬（鉛、鎘、汞、砷等），檢測限可達(dá)μg/kg級(jí)，是食品重金屬檢測的金標(biāo)準(zhǔn)方法。ICP-OES檢測儀多為實(shí)驗(yàn)室臺(tái)式設(shè)備，適用于食品監(jiān)督部門的精準(zhǔn)檢測；微型化的原子發(fā)射光譜檢測儀正在研發(fā)中，未來有望實(shí)現(xiàn)重金屬的現(xiàn)場快速檢測。

三、散射光譜技術(shù)：基于物質(zhì)對(duì)電磁波的散射作用

散射光譜技術(shù)的核心是：電磁波照射到物質(zhì)表面或內(nèi)部時(shí)，會(huì)發(fā)生彈性或非彈性散射，散射光的波長、強(qiáng)度變化與物質(zhì)的顆粒大小、結(jié)構(gòu)、成分相關(guān)。在食品安全檢測中，常用的散射光譜技術(shù)是拉曼光譜。

拉曼光譜（RS）與表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）

作用機(jī)制：拉曼光譜基于光的非彈性散射原理，當(dāng)單色光照射物質(zhì)時(shí)，大部分光發(fā)生彈性散射（瑞利散射），少量光發(fā)生非彈性散射，散射光的波長與入射光波長存在差異，該波長差（拉曼位移）與物質(zhì)分子的振動(dòng)能級(jí)相關(guān)，具有特征性，例如，三聚氰胺的拉曼位移在687cm?1、1001cm?1 處有特征峰，可實(shí)現(xiàn)奶粉摻假的快速鑒別；農(nóng)藥分子的特征拉曼位移可用于果蔬中農(nóng)藥殘留的定性定量。

表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）通過在檢測基底上修飾納米金屬材料（如金、銀納米顆粒），可將拉曼信號(hào)增強(qiáng)10?~101?倍，大幅提升檢測靈敏度，檢測限可達(dá)ng/kg級(jí)。

檢測儀應(yīng)用特點(diǎn)：無需樣品前處理，可實(shí)現(xiàn)無損檢測，且拉曼光譜的特征峰比紅外光譜更尖銳，特異性更強(qiáng)。便攜式拉曼檢測儀體積小巧、操作簡便，適用于食品中非法添加劑（如三聚氰胺、蘇丹紅）、農(nóng)藥殘留的現(xiàn)場快速檢測；SERS技術(shù)可實(shí)現(xiàn)痕量污染物的超靈敏檢測，在食品安全應(yīng)急檢測中具有重要價(jià)值。

四、光譜技術(shù)在食品安全檢測儀中的集成應(yīng)用優(yōu)勢

快速高效：多數(shù)光譜檢測無需復(fù)雜樣品前處理，檢測時(shí)間短（幾秒至十幾分鐘），遠(yuǎn)超傳統(tǒng)色譜、質(zhì)譜技術(shù)，適配現(xiàn)場快速檢測需求。

無損檢測：近紅外、拉曼、紅外等光譜技術(shù)可直接對(duì)樣品進(jìn)行檢測，不破壞樣品結(jié)構(gòu)，適用于水果、肉類、糧食等生鮮食品的原位檢測。

多組分同步檢測：通過一次光譜掃描，可同時(shí)獲取多種污染物的特征信號(hào)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥殘留、重金屬、營養(yǎng)成分等多項(xiàng)指標(biāo)的同步分析，提升檢測效率。

高靈敏度與特異性：熒光光譜、SERS、ICP-OES等技術(shù)的檢測限可達(dá)痕量甚至超痕量級(jí)別，且特征光譜的唯一性可有效避免假陽性結(jié)果。

五、應(yīng)用挑戰(zhàn)與發(fā)展趨勢

1. 現(xiàn)存挑戰(zhàn)

復(fù)雜樣品基質(zhì)干擾：食品中的蛋白質(zhì)、脂肪、水分等成分會(huì)產(chǎn)生背景信號(hào)，干擾目標(biāo)污染物的光譜特征，影響檢測精度。

微型化與便攜化瓶頸：部分高精度光譜技術(shù)（如ICP-OES）的儀器體積大、功耗高，難以實(shí)現(xiàn)便攜式集成。

定量模型通用性不足：近紅外、拉曼等技術(shù)的定量依賴數(shù)學(xué)模型，不同食品基質(zhì)的模型差異大，需針對(duì)性建立模型，限制了技術(shù)的普及。

2. 未來發(fā)展趨勢

多光譜技術(shù)融合：將近紅外、拉曼、熒光等技術(shù)集成于一臺(tái)檢測儀，通過互補(bǔ)優(yōu)勢提升復(fù)雜樣品的檢測精度，實(shí)現(xiàn) “全指標(biāo)” 覆蓋檢測。

納米材料增強(qiáng)技術(shù)：利用納米材料（如SERS基底、量子點(diǎn)）提升光譜信號(hào)強(qiáng)度，降低檢測限，實(shí)現(xiàn)超痕量污染物的快速檢測。

智能化與物聯(lián)網(wǎng)集成：結(jié)合人工智能算法優(yōu)化光譜數(shù)據(jù)處理，消除基質(zhì)干擾；通過物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上傳與云端分析，構(gòu)建食品安全大數(shù)據(jù)監(jiān)控體系。

光譜分析技術(shù)通過捕捉物質(zhì)的特征光譜信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了食品安全檢測的快速化、精準(zhǔn)化與無損化。不同類型的光譜技術(shù)基于獨(dú)特的作用機(jī)制，適配不同的檢測場景與污染物類型，其在便攜式與臺(tái)式檢測儀中的集成應(yīng)用，推動(dòng)了食品安全檢測從實(shí)驗(yàn)室向現(xiàn)場、從單一指標(biāo)向多指標(biāo)的跨越。隨著技術(shù)的不斷升級(jí)，光譜分析技術(shù)將在食品安全全鏈條監(jiān)管中發(fā)揮更核心的作用，為保障食品質(zhì)量安全提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

本文來源于深圳市芬析儀器制造有限公司http://m.mantramandal.com/