基于表面增强拉曼光谱技术的痕量莨菪烷类和乌头类植物毒素的快速定性和定量分析方法研究

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近年来,植物毒素相关食物中毒事件和刑事案件时有发生,其快速准确定性鉴定是中毒溯源及采取正确治疗措施的先决步骤。实验室标准方法因前处理复杂、耗时长而难以满足医学救治和刑事鉴定等领域的快速检测需求。因此,发展并建立食品安全相关体系中植物毒素的高灵敏度、准确、简单快速和现场分析检测技术具有实际意义。本研究以莨菪烷类(Tropane alkaloids,TAs)和乌头类(Aconitines,ACs)2类典型植物毒素为例,尝试建立基于表面增强拉曼光谱(Surface-enhanced Raman spectroscopy,SERS)技术的食品安全相关体系中植物毒素现场快速检测分析方法,主要工作包括以下三部分:(1)研制均匀、稳定、可靠的高SERS性能的SERS基底。改进常规抗坏血酸还原的种子生长法,通过优化银种制备及生长条件,获得50-150 nm范围内尺寸可控且均匀性好的Ag NPs。通过系统考察Ag NPs尺寸与SERS性能的关系,发现尺寸为100±10.0nm的Ag NPs具有最佳SERS性能。在此基础上,通过优化制备工艺,SERS增强性能的批次间差异可控制在10.0%以内。密封冷藏(0~10℃)条件下保存一年后,所制备Ag NPs的SERS性能为初始状态的45.9%左右,表明该粒子具有一定的SERS稳定性。(2)基于SERS技术建立3种典型TAs的定性定量分析方法。首先,通过分析水溶液中SERS基底、目标分子和团聚剂之间的相互作用机制,探究了高灵敏度SERS“热点”形成过程的机理。其次,建立了基于SERS技术对食品中3种TAs(氢溴酸东莨菪碱、甲溴东莨菪碱和丁溴东莨菪碱)的快速定性和半定量分析方法。结合特征峰的位置和相对强度可有效定性区分3种TAs,通过特征峰的强度可进行半定量分析。3种TAs的最低检出浓度分别为5.0、1.0和1.0μg/L,线性范围分别为5.0-1000.0,1.0-1000.0和1.0-1000.0 μg/L。无需复杂样品前处理,本方法即可实现饮用水、饮料、熟食等不同食品基质加标样品的快速定性定量分析,并探讨了简单稀释法有效减弱基质效应以提高SERS检测选择性的可能机制。在此基础上,成功实现了复方氢溴酸东莨菪碱贴膏和复方苯巴比妥东莨菪碱片中痕量氢溴酸东莨菪碱的快速分析,具有与标准方法同一数量级的定量分析能力。(3)基于SERS技术建立3种典型ACs的定性定量分析方法。首先,通过分析ACs的SERS检测结果,进一步证实(2)中高灵敏度SERS“热点”的形成机理。其次,建立了基于SERS技术对食品中3种ACs(乌头碱、中乌头碱和次乌头碱)的快速定性和半定量分析方法。通过特征峰的强度可进行ACs总量的半定量分析。3种ACs的最低检出浓度均为5.0μg/L,线性范围均为5.0-100.0μg/L。无需复杂样品前处理,本方法即可实现饮用水、饮料、熟食等不同食品基质加标样品的快速定性定量分析,并对TAs和ACs混合加标样品进行快速定性定量分析。
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