亞硝酸鹽作為自然界中普遍存在的含氮無機化合物，是氮循環中的重要一環，它作為食品添加劑，可以延長保質期，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院固體所能源材料與器件制造研究部蔣長龍、楊亮研究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技術，在實時同步可視化檢測亞硝酸鹽方面取得了新進展，相關研究成果發表在《危害物材料》期刊。

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、化學發光法、毛細管電泳法、分光光度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。

比如，研究團隊開發出的新材料和新方法，只要結合傳感器件（如手套）摸一下，肉眼就能判斷食物中的亞硝酸鹽是否超標。

A-G. 比率熒光材料結合手套傳感器檢測亞硝酸鹽的示意圖。圖片來源：作者文章

A-C. 比率熒光材料結合手套傳感器檢測亞硝酸鹽在手機傳感平臺上的展示（定量檢測亞硝酸鹽含量）。圖片來源：作者文章

什么是熒光可視化快檢技術？為什么用熒光？

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（長波長，波長在可見光波段），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。

熒光檢測機理基于特定分子在吸收光能后躍遷至激發態（化學反應活性增大），隨后以光輻射形式釋放能量返回基態（能量最低最穩定），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。

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。

如何利用熒光做檢測？

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，這種技術具有成本低、操作簡單、易攜帶以及靈敏度高等顯著優點。

在食品分析領域，熒光可視化快檢技術已被廣泛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。

從單色熒光到比率熒光

為了更好地應用熒光現象，科學家們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，比率熒光與單色熒光作為兩種關鍵的熒光檢測方法，其差異體現在多個維度上，這些差異對于提升分析靈敏度、選擇性和可靠性具有深遠影響。

單色熒光（Monochromatic Fluorescence）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（Ratio Fluorescence）技術，作為一種先進的熒光檢測策略，核心在于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。

比率熒光通過比較不同波長下熒光強度的相對變化（而非絕對強度），能顯著提高測量的穩定性和準確性。此外，熒光探針設計得當，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。

不過，優點頗多的比率熒光對材料要求也很高。比率熒光材料的研究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。

雙發射比率熒光材料檢測亞硝酸鹽的機制。圖片來源：作者文章

研究團隊還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。例如，可以將這種材料結合傳感器件（如手套），通過獨特的雙發射比率熒光特性，驗證亞硝酸鹽是否超標。

新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。

作者：中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所楊亮、李凌飛 

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