制備新材料丨戴上“手套”就能檢測亞硝酸鹽是否超標

　　亞硝酸鹽作為食品添加劑，可以延長食品的保質期，但過量攝入可致中毒，甚至轉化為致癌物。同時，亞硝酸鹽在生物體內也扮演著微妙角色，如調節血管功能、增強免疫抗菌能力，其研究不僅關乎食品安全，更觸及生命科學的深層機制。

　　為了更準確地檢測出亞硝酸鹽的存在，近日，中國科學院合肥物質科學研究院固體所研究員蔣長龍、副研究員楊亮團隊成功設計出了一種新方法，制備出了針對亞硝酸鹽熒光可視化快檢的材料——雙發射比率熒光材料。相關研究成果發表在《危害物材料》期刊上。

　　“只要將這種材料封裝在溫敏性水凝膠中，然后將水凝膠溶液涂覆在普通手套表面，一個‘手套傳感器’就制作完成。當手套接觸硝酸鹽時，手套的熒光顏色逐漸由紅色變為藍色，就能判斷食物中的亞硝酸鹽超標了。”蔣長龍向《中國科學報》介紹。

　　檢測有害物質的新方法

　　近年來，檢測人員已經能夠通過使用傳統技術，如電化學、比色法、紫外可見吸收法和色譜法等來識別環境中存在的危害，但這些方法往往存在檢測程序繁瑣、儀器昂貴、視覺半定量能力差、耗時等問題，阻礙了實際應用。

　　熒光可視化檢測技術具有簡單、快速、高靈敏度和易于可視化的優勢，是做環境有害物分析的優質候選者。

　　“熒光是一種物理現象，當某種常溫物質吸收某種波長的入射光（通常是紫外線或X射線）能量后，進入激發態，并且在較短時間內發射出比吸收光能量低的出射光，這種性質的出射光被稱為熒光。熒光顏色各異，通常具有較長的發射波長，且停止激發后仍能持續發光一段時間，但強度會逐漸減弱，直至消失。”蔣長龍向《中國科學報》介紹。

　　熒光檢測機理基于特定分子在吸收光能后躍遷至激發態，隨后以光輻射形式釋放能量返回基態，這個過程即熒光發射，這一過程不僅依賴于分子結構，還受環境因素影響。

　　蔣長龍解釋說，“我們可以用氣球模擬演示熒光檢測機理：先給氣球充氣，這一過程對應著特定分子在吸收光能后躍遷至激發態，然后戳破氣球，釋放能量返回基態，熒光的產生與這一過程類似。”

　　此次工作中，研究團隊提出了一種創新的檢測方法——熒光可視化快檢技術，該方法先利用紫外光激發熒光團，再通過肉眼觀察熒光的產生、猝滅或強弱變化，實現對待測物的快速、可視化檢測。

　　蔣長龍介紹，熒光可視化快檢技術已被初步應用于檢測食品中的有害物質，如重金屬離子、農藥殘留及添加劑等。該技術通過熒光傳感器與待測物的相互作用，使發光物質的熒光信號發生變化，從而實現對目標物的快速定性及定量檢測。

“手套”傳感器檢測亞硝酸鹽的示意圖。受訪者供圖

　　開發多種熒光材料

　　為了更好地應用熒光現象，科研人員需要盡可能發揮熒光材料的優點。因此，開發多種適用于不同環境的熒光材料就顯得很重要。單色熒光檢測技術與比率熒光檢測技術是兩種關鍵的熒光檢測方法。

　　楊亮介紹，單色熒光檢測技術側重于單一波長下熒光強度的測量。該方法簡便易行，是熒光分析中最基礎且廣泛應用的手段之一。然而，單色熒光檢測易受外界干擾，如光源穩定性、檢測器靈敏度及樣品基質效應等，均可能對結果產生顯著影響。

　　比率熒光檢測技術作為一種先進的熒光檢測策略，其核心在于能夠同時監測兩個或多個波長下的熒光信號變化，并計算這些信號之間的比率。這種方法的優勢在于其固有的自校準特性，即能夠部分抵消由激發光強度波動、樣品濃度不均一或光路系統效率變化等外部因素引起的誤差。

　　比率熒光檢測技術通過比較不同波長下熒光強度的相對變化，能顯著提高測量的穩定性和準確性。此外，熒光傳感器設計得當，就能夠響應不同的分析物或環境變化，比率熒光還能提供豐富的分子信息，增強檢測的選擇性和靈敏度。

　　楊亮指出，優點頗多的比率熒光檢測技術對材料要求也很高，需要綜合考慮材料的結構設計、制備工藝和應用需求，是一項復雜而具有挑戰性的科學研究任務。

　　此次工作中，研究團隊開發了一種新型的雙發射比率熒光材料。這種材料在接觸亞硝酸鹽后，會產生肉眼可見的光學顏色變化，具有出色的抗光漂白性。這些特性使得它在實際生活運用中具有巨大的應用潛力。

　　比如，將該材料封裝在溫敏性水凝膠中，然后將水凝膠溶液涂覆在普通手套表面，一個“手套傳感器”就制作完成。再通過手套表面熒光顏色的變化，就可以驗證亞硝酸鹽是否超標。

　　蔣長龍表示，“雙發射比率熒光材料在亞硝酸鹽檢測方面的表現，不僅為食品和環境中危險物質的檢測提供了創新的解決方案，還開發出新的研究方向。未來，我們將繼續深入研究并拓展應用，期待它能發揮更加重要的作用。”

　　相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.135471