基于納米銀膠濾膜基底表面增強拉曼光譜對辣椒油中蘇丹紅I的快速檢測

◎ 羅文松，尹 蔚，楊 倩，余小敏

（1.成都信息工程大學 電子工程學院 物理場生物效應(yīng)及儀器四川省高校重點實驗室，四川 成都 610225；2.成都師范學院，四川 成都 611130）

蘇丹紅是一種化學染色劑，并非食品添加劑。它的化學成份中含有一種叫萘的化合物，該物質(zhì)具有偶氮結(jié)構(gòu)，這種化學結(jié)構(gòu)的性質(zhì)決定了它具有致癌性，對人體的肝腎器官具有明顯的毒性作用。研究表明蘇丹紅染料能被人體內(nèi)常見微生物降解為致癌芳香胺引起人體和動物機體的癌變[1-3]，所以被國際癌癥機構(gòu)（IARC）列為三級致癌物質(zhì)，禁止將它們作為食品添加劑加入食品中。使用蘇丹紅染色后的食品顏色非常鮮艷且不易褪色，能引起人們強烈的食欲，一些不法食品企業(yè)將蘇丹紅添加到食品中。常見的添加蘇丹紅的食品有辣椒粉、辣椒油、辣椒醬、紅心禽蛋和火鍋等。基于蘇丹紅對人體存在潛在的致癌性，且常被違法添加在食品中，對相應(yīng)食品進行檢測就顯得非常重要。

目前對蘇丹紅常用的檢測方法有高效液相色譜法、薄層色譜法和高效液相色譜法，采用各種類型的檢測器搭配使用。喻凌寒等人[4]采用了高效液相色譜法檢測食品中蘇丹紅Ⅰ號的含量；汪霄峰等人[5]采用了高效液相色譜法檢測食品中的蘇丹紅Ⅰ～Ⅳ；馮華等人[6]采用是薄層色譜法和高效液相色譜法；郭小敏等人[7]建立了食品中蘇丹紅測定的液質(zhì)聯(lián)用法；曹穩(wěn)根等人[8]對蘇丹紅Ⅰ號在有機溶劑乙醇中的紫外-可見光譜進行了分析；這些方法具有靈敏度高、重復(fù)性好的有點，但是缺點是都需要很長時間，而且設(shè)備昂貴成本高，特別不適合食品監(jiān)督的現(xiàn)場測試。

拉曼光譜是能夠精確給出分子振動的有力工具，為物質(zhì)的鑒別提供獨特的指紋振動。表面增強拉曼光譜（SERS）是應(yīng)用Ag、Cu、Au等金屬作為增強基底吸附某些分子，從而使分子的拉曼信號得到增強的現(xiàn)象，可增強104～107倍[9-10]，因其操作簡單、儀器便攜、檢測速度快和成本低而被廣泛應(yīng)用于藥物鑒別[11]、DNA研究[12]和食品檢測[13]等方面。陳晨等人[14]就檢測出蘇丹紅I、II和III粉末的特征拉曼光譜，而利用增強拉曼光譜技術(shù)檢測蘇丹紅的主要是以Al、ZnO/Ag、Au、Cu-Ag等納米為基底的研究[15-17]，用Ag粒子納米材料為基底的增強拉曼光譜檢測蘇丹紅的研究尚未見報道。本研究應(yīng)用自行制作的銀膠濾膜為基底比較辣椒油中蘇丹紅I的普通拉曼光譜和增強拉曼光譜的區(qū)別，并對低濃度蘇丹紅I溶液進行了檢測和分析。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

實驗使用便攜式拉曼光譜儀（ART3100，奧普天成），激發(fā)光波長為785 nm，最大輸出功率550 mW，光譜范圍200～2 700 cm-1，光譜分辨率為6 cm-1；場發(fā)射掃描電子顯微鏡（NanoSEM450，F(xiàn)EI）表征納米銀膜基底；78-1型磁力加熱攪拌器；FY-1H-N型真空泵和砂芯過濾裝置；1 mL注射器；LG微波爐；101-0032型數(shù)字可調(diào)微量移液器；微孔濾膜，尺寸為50 mm × 0.22 μm。

蘇丹紅Ⅰ粉末純度≥95%，購自上海麥克林生化科技有限公司；辣椒油從超市購買；所有試劑均為分析純，硝酸銀購自沈陽試劑二廠；檸檬酸三納購自沈陽試劑三廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 銀膠濾膜基底的制備

依據(jù)周榮閣[18]的方法制取SERS銀膠濾膜增強基底，稱取30 mg硝酸銀，溶于150 mL的去離子水，置于磁力攪拌器加熱攪拌5 min，完成后靜置待用；稱得150 mg的檸檬酸三鈉，溶于20 mL去離子水，置于磁力加熱攪拌器上攪拌3 min，完成后靜置待用；將配好的硝酸銀溶液用保鮮膜封好，放入微波爐中用中火或者高火加熱3 min左右使得溶液沸騰；將沸騰的硝酸銀溶液取出，放在磁力加熱攪拌器上攪拌，在攪拌過程中逐漸加入檸檬酸三鈉溶液5 mL；攪拌均勻后在將溶液放入微波爐中加熱5 min左右；加熱完成后，將溶液放入磁力加熱攪拌器上攪拌至冷卻。

1.2.2 蘇丹紅溶液配備

蘇丹紅不溶于水，溶于油脂，本實驗用辣椒油溶解蘇丹紅I制取溶液。稱得100 mg蘇丹紅I號粉末，添入100 mL辣椒油中混合攪勻，配成濃度1 g·L-1的蘇丹紅溶液樣品，將樣品放置于試劑瓶中待用。

1.2.3 拉曼光譜數(shù)據(jù)采集和處理

普通拉曼光譜采集：取樣品溶液1 mL放入樣品瓶中進行拉曼光譜測試；增強拉曼光譜測試。用移液槍取被測樣品溶液，滴入2滴至銀膠濾膜基底，過3 min待溶液完全滲透基底后，進行拉曼光譜檢測。

測試數(shù)據(jù)預(yù)處理。實驗中對每種樣品數(shù)據(jù)采集設(shè)置的激光輸出功率為250 mW，每個樣品進行10次掃描取平均，每次掃描積分時間為3 s，軟件設(shè)置去除基底噪聲。對采集的拉曼光譜原始數(shù)據(jù)預(yù)處理，進行4階多項式擬合，去除噪聲影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 銀膠濾膜基底的效果

制作的二維納米銀膜效果在電子顯微鏡下觀察如圖1 所示，可以看出納米粒子的分布比較集中均勻，粒子直徑在50～100 nm。納米銀膜表面上相鄰的納米銀粒子間可以形成活性納米結(jié)[19]，處于這些緊密相鄰的納米銀離子之間的電磁場可以得到巨大的增強，增強因子可以達到1014～1015[14,20]。

圖1 銀膠濾膜的掃描電鏡圖

2.2 蘇丹紅的拉曼光譜

2.2.1 蘇丹紅I拉曼光譜

作為對比實驗，首先需要測得蘇丹紅固有的拉曼光譜。稱取蘇丹紅Ⅰ固體粉末5 mg，放置在載玻片上，將便攜式拉曼光譜儀探頭輸出激光聚焦對準蘇丹紅固體粉末，直接進行掃描檢測，得到蘇丹紅固體拉曼光譜圖，如圖2所示。

圖2 蘇丹紅I粉末的拉曼光譜圖

由圖2可以看出，蘇丹紅I粉末的特征拉曼光譜信號較為明顯，根據(jù)參考文獻已知，其中1 596 cm-1，1 495 cm-1，1 388 cm-1譜峰是由N=N鍵伸縮振動引起，1 225 cm-1，1 168 cm-1，999 cm-1是由O-H鍵面內(nèi)搖擺引起[16]，這些特征峰與陳晨等人[14]檢測出的蘇丹紅Ⅰ號粉末的拉曼特征峰基本吻合。

2.2.2 蘇丹紅溶液的拉曼光譜

按照1.2.2配制好濃度1 g·L-1的蘇丹紅溶液，取5 mL，加入樣品瓶中，與辣椒油樣品分別采集拉曼光譜，進行對比實驗如圖3所示?？梢园l(fā)現(xiàn)辣椒油在1 156 cm-1，1 261 cm-1，1 301 cm-1，1 440 cm-1，1 520 cm-1和1 658 cm-1處有特征拉曼譜峰，而蘇丹紅I溶液中的拉曼光譜與辣椒油的拉曼光譜相比，基本沒有發(fā)生變化，因此直接采用常規(guī)的拉曼光譜無法檢測出辣椒油中的蘇丹紅I。

圖3 辣椒油和蘇丹紅I溶液的拉曼光譜比較圖

2.2.3 蘇丹紅溶液增強拉曼光譜

取出1.2.2配制好濃度的蘇丹紅溶液2 mL，滴在銀膠濾膜基底上，等待溶液完全滲入基底后，進行增強拉曼光譜檢測，得到的拉曼光譜如圖4所示?？梢钥吹教K丹紅I溶液在銀膠濾膜基底上測試的增強拉曼光譜，特征譜峰得到明顯增強，其中蘇丹紅I號粉末在1 168 cm-1、1 340 cm-1和1 495 cm-1處的特征拉曼光譜信號明顯，而這些特征光譜在蘇丹紅I號溶液的普通拉曼光譜中沒有觀察到，因此可以通過銀膠濾膜基底，研究不同濃度下蘇丹紅I溶液的增強拉曼光譜強度變化。

圖4 蘇丹紅I溶液的增強拉曼光譜圖

對不同濃度蘇丹紅I號溶液的增強拉曼光譜進行測試和比較。取出按照1.2.2步驟配制的蘇丹紅I溶液4份各10 mL，添加辣椒油分別稀釋為濃度為1 g·L-1、0.5 g·L-1、0.1 g·L-1和0.05 g·L-1的蘇丹紅I溶液，再分別取各濃度溶液樣品2 mL分別滴在銀膠濾膜基底上，直至完全滲透后進行拉曼光譜測試，測試結(jié)果如圖5所示。可以看到，蘇丹紅I溶液濃度達到0.1 g·L-1時，基本能分辨出1 168 cm-1、1 340 cm-1和1 495 cm-1處的特征拉曼光譜信號，而對于濃度更低的溶液，則難以檢測到蘇丹紅I號的特征拉曼光譜。

圖5 不同濃度的蘇丹紅I溶液增強拉曼光譜圖

3 結(jié)論

本文利用拉曼光譜法快速檢測出蘇丹紅I粉末的拉曼特征光譜作為參考，然后在辣椒油中添加蘇丹紅I配制成濃度為1 g·L-1的溶液，對比了該溶液的普通拉曼光譜和以自制的銀膠濾膜為基底的增強拉曼光譜，發(fā)現(xiàn)利用一般拉曼光譜法檢測不到蘇丹紅的特征光譜，而增強拉曼光譜法可以明顯地檢測到部分蘇丹紅I的特征光譜。比較不同濃度蘇丹紅I溶液的特征拉曼光譜發(fā)現(xiàn)，能檢測出濃度為0.1 g·L-1的蘇丹紅I溶液特征光譜。因此，基于銀膠濾膜為基底的增強拉曼光譜有望成為蘇丹紅物質(zhì)的現(xiàn)場快速檢測方法。