检测有害物质的新方法
近年来，检测人员已经能够通过使用传统技术，如电化学、比色法、紫外可见吸收法、化学发光法、毛细管电泳法、分光光度法和色谱法等来识别环境中存在的危害，但这些方法往往存在检测程序繁琐、仪器昂贵、视觉半定量能力差、耗时等问题，阻碍了实际应用。
荧光可视化检测技术具有简单、快速、高灵敏度和易于可视化的优势，是做环境有害物分析的优质候选者。
比如，研究团队开发出的新材料和新方法，只要结合传感器件（如手套）摸一下，肉眼就能判断食物中的亚硝酸盐是否超标。
什么是荧光可视化快检技术？
为什么用荧光？
荧光是一种物理现象，当某种常温物质吸收某种波长的入射光（通常是紫外线或X射线）能量后，进入激发态，并且在较短时间内发射出比吸收光能量低的出射光（长波长，波长在可见光波段），这种性质的出射光被称为荧光。荧光颜色各异，通常具有较长的发射波长，且停止激发后仍能持续发光一段时间，但强度会逐渐减弱，直至消失。
荧光检测机理基于特定分子在吸收光能后跃迁至激发态（化学反应活性增大），随后以光辐射形式释放能量返回基态（能量最低最稳定），这个过程即荧光发射，这一过程不仅依赖于分子结构，还受环境因素影响。
我们可以用气球模拟演示荧光检测机理：先给气球充气，这一过程对应着特定分子在吸收光能后跃迁至激发态，然后戳破气球，释放能量返回基态，荧光的产生与这一过程类似。
如何利用荧光做检测？
研究团队提出了一种创新的检测方法——荧光可视化快检技术，该方法先利用紫外光激发荧光团，再通过肉眼观察荧光的产生、猝灭或强弱变化，实现对待测物的快速、可视化检测，这种技术具有成本低、操作简单、易携带以及灵敏度高等显著优点。
在食品分析领域，荧光可视化快检技术已被广泛应用于检测食品中的有害物质，如重金属离子、农药残留及添加剂等。该技术通过荧光传感器与待测物的相互作用，使发光物质的荧光信号发生变化，从而实现对目标物的快速定性及定量检测。
从单色荧光到比率荧光
为了更好地应用荧光现象，科学家们需要尽可能发挥荧光材料的优点。因此，开发多种适用于不同环境的荧光材料就显得很重要，比率荧光与单色荧光作为两种关键的荧光检测方法，其差异体现在多个维度上，这些差异对于提升分析灵敏度、选择性和可靠性具有深远影响。
单色荧光（Monochromatic Fluorescence）技术，侧重于单一波长下荧光强度的测量。该方法简便易行，是荧光分析中最基础且广泛应用的手段之一。然而，单色荧光检测易受外界干扰，如光源稳定性、检测器灵敏度及样品基质效应等，均可能对结果产生显著影响。
比率荧光（Ratio Fluorescence）技术，作为一种先进的荧光检测策略，核心在于同时监测两个或多个波长下的荧光信号变化，并计算这些信号之间的比率。这种方法的优势在于其固有的自校准特性，即能够部分抵消由激发光强度波动、样品浓度不均一或光路系统效率变化等外部因素引起的误差。
比率荧光通过比较不同波长下荧光强度的相对变化（而非绝对强度），能显著提高测量的稳定性和准确性。此外，荧光探针设计得当，就能够响应不同的分析物或环境变化，比率荧光还能提供丰富的分子信息，增强检测的选择性和灵敏度。
不过，优点颇多的比率荧光对材料要求也很高。比率荧光材料的研究需要综合考虑材料的结构设计、制备工艺和应用需求，是一项复杂而具有挑战性的科学研究任务。
研究团队还开发了一种新型的双发射比率荧光材料。这种材料在接触亚硝酸盐后，会产生肉眼可见的光学颜色变化，具有出色的抗光漂白性。这些特性使得它在实际生活运用中具有巨大的应用潜力。例如，可以将这种材料结合传感器件（如手套），通过独特的双发射比率荧光特性，验证亚硝酸盐是否超标。
新材料在亚硝酸盐检测方面的表现，不仅为食品和环境中危险物质的检测提供了创新的解决方案，还开发出新的研究方向。未来，我们将继续深入研究并拓展应用，期待它能发挥更加重要的作用。
策划制作
出品丨科普中国
作者丨杨亮 李凌飞 中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所
监制丨中国科普博览
责编丨董娜娜
审校丨徐来 林林
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