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激光可以用来检测食品污染物吗？

发布时间：2025-06-09 16:22:18 阅读数： 54

食品安全日益成为全球关注的焦点。从病原体到重金属，潜在的食品污染物种类日益繁多，对快速、准确的检测方法的需求也日益增长。

传统的实验室检测虽然可靠，但速度慢、成本高，而且会破坏样品。激光技术正是为此而生。这些技术利用光在分子层面分析食品，快速、无创，且精度不断提升。

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一些技术，例如激光诱导击穿光谱(LIBS) 和拉曼光谱，已被用于手持设备进行快速现场筛查。其他技术，例如近红外光谱，则能够在整个供应链中进行无损新鲜度测试和欺诈检测。

从识别婴儿配方奶粉中的微量金属到检测果汁中的农药残留，基于激光的光谱技术正在重塑我们监测食品安全的方式。

在本文中，我们探讨了 LIBS、拉曼和 NIR 光谱等激光诱导技术的工作原理、应用领域以及阻碍其广泛应用的因素。

激光污染物检测原理

激光检测的工作原理是将光照射到食品上，并分析光与不同成分的相互作用。这可以揭示污染的化学或生物迹象。食品安全领域常用的激光光谱法主要有三种：

LIBS 使用短而高能的激光脉冲在样品表面产生微小的等离子体。随着等离子体冷却，它会发出光，显示出材料的元素组成。通过观察光谱，科学家可以检测到重金属等污染物或细菌存在的迹象。

例如，LIBS 可以通过提取婴儿配方奶粉独特的光谱指纹来检测其中的微量铅或镉。它只需极少的样品制备，几秒钟即可得出结果，是工业检测和质量控制的理想选择。1-3

拉曼光谱的工作原理是测量激光照射分子时的散射情况。这种散射揭示了分子的振动方式，有助于识别分子。虽然普通的拉曼信号通常很弱，但一种名为表面增强拉曼光谱 (SERS) 的技术可以利用金或银制成的微小结构来增强信号。

SERS 可以检测出农药或细菌等极少量物质，甚至可以检测到十亿分之一 (ppb) 的浓度。4,5

例如，《食品化学》的一项研究利用 SERS 发现了果汁中含量低至 0.032 百万分率 (ppm) 的杀菌剂噻苯咪唑，表明它可以用于实时安全检查。6

近红外光谱通过测量分子（例如水、脂肪和蛋白质）的泛音和组合振动来分析它们的振动。

便携式近红外光谱仪可用于检测水果的新鲜度，识别腐败迹象，或检测蜂蜜等产品是否混入了廉价成分。这些设备将样品独特的光谱指纹与参考数据库进行比对，以发现任何异常情况。

这种非破坏性的方法有助于保持食品质量，让消费者享受到纯净的产品，同时减少浪费并延长保质期。7

光谱学——如何观察食品的质量

沙门氏菌和大肠杆菌等病原体会造成严重的健康风险。LIBS 通过分析元素成分变化，区分食品表面的活菌和热灭活细菌，无需培养，几分钟内即可获得结果。

拉曼光谱与机器学习相结合，还可以通过分析牛奶中独特的脂质和蛋白质信号来识别不同的细菌种类。2,5

食品欺诈问题日益严重，例如在牛奶中添加三聚氰胺或用更便宜的替代品替代橄榄油。激光技术可以助您一臂之力。

LIBS 可以通过检测钙和钾含量差异，快速识别奶粉中的乳清等掺假物。拉曼光谱法则擅长识别合成染料或未经授权的添加剂，例如香料中的苏丹红。1,5

砷和汞等有毒金属会通过受污染的土壤或水体在农作物中积累。LIBS 可以测量大米和海鲜等食品中的这些元素，且样品制备工作量极小。

同时，SERS 通过使用化学探针实现超灵敏的汞检测，当化学探针与金属结合时，会放大拉曼信号。3,5

近红外工具正帮助生产商通过追踪pH值和微生物变化来评估肉类的新鲜度。对于水果，激光成像方法正被用于评估成熟度并发现内部缺陷，而无需切开水果。7,8

基于激光的工具为食品安全开辟了令人兴奋的可能性，但一些关键挑战仍然限制了它们的广泛应用。

一个问题是灵敏度。尽管像SERS这样的技术正在稳步改进，但检测极低浓度的污染物（例如万亿分之一浓度的黄曲霉毒素）仍然很困难。3,5

复杂的食品类型（例如混合或加工产品）也会产生重叠的光谱信号，如果没有先进的数据工具，这些信号可能很难解释。

还有成本和可及性的问题。高端激光系统价格昂贵，而且目前行业内缺乏统一的使用标准。这构成了障碍，尤其对规模较小的生产商而言。3,7,9

尽管存在这些障碍，但进展仍在迅速。人工智能 (AI) 和传感器微型化的进步使激光系统更加强大、便携。混合方法（例如结合 LIBS 和拉曼光谱）可以同时检测元素和分子污染物，从而提供更全面的信息。人工智能还能帮助理解杂乱的光谱数据，提高实际条件下的准确性。5,8,9

一些政府和监管机构已开始探索这些检查工具。例如，欧盟已在水果上引入激光蚀刻标签，以帮助追踪水果的产地和质量。

要想成为主流，激光检测系统需要更清晰的标准、更低的成本以及针对不同食品类型的更多验证。如果这些条件都已到位，激光将很快成为全球食品安全的前线工具，快速、干净地以前所未有的精度识别污染物。