Amaranth imprinted nanoparticles were prepared by two-phase mini emulsion polymerization of hydroxyethyl methacrylate and ethylene glycol dimethacrylate using acrylamide and methacrylic acid as functional monomers. The amaranth non-imprinted nanoparticle was prepared with the same procedure without using amaranth. Amaranth imprinted and non-imprinted nanoparticles were attached on the chip surface modified with allyl mercaptan. The surfaces of the surface plasmon resonance (SPR) sensor were characterized by the ellipsometry, contact angle, and atomic force microscopy. Amaranth solutions with different concentrations (0.1 mg/mL - 150 mg/mL) were prepared with the pH 7.4 phosphate buffer. The limit of detection and limit of quantification were 0.018 0 mg/mL and 0.06 mg/mL, respectively. When the selectivity of the amaranth imprinted SPR sensor was compared with the competing molecules tartrazine and allura red, it was observed that the target molecule amaranth was 5.64 times and 5.18 times more selective than allura red and tartrazine, respectively. The liquid chromatography-mass spectrometry technique (LC-MS) was used for validation studies. According to the results obtained from both SPR sensor and LC-MS analyses, the amaranth recovery (%) from fruit juices was observed between 96% and 99%.

苋菜红(Amaranth)作为一种人工合成食品添加剂, 常被添加于汽水、 山楂和糖果等当中, 但苋菜红是由煤焦油中分离出来的苯胺染料为原料制成, 过量食用会导致基因突变甚至致癌, 严重危害身体健康。 因此, 对其检测至关重要。 表面增强拉曼光谱技术具有样品前处理简单、 分析速度快和准确性高等优点, 已在化学、 生物和医学领域越来越显示出巨大的潜能。 目前, 用拉曼光谱技术对苋菜红检测的理论与实验研究还未见报道。 而对拉曼光谱及表面增强理论机理的研究可以为在食品中检测及鉴定苋菜红提供可靠的科学依据。 所以利用密度泛函理论全面探究苋菜红的表面增强拉曼机理并与实验结果进行对比, 对食品中的苋菜红检测研究有很好的预测及指导意义。 一方面, 利用共聚焦显微拉曼光谱仪对苋菜红粉末进行拉曼光谱检测, 得到其拉曼光谱; 另一方面, 搭建苋菜红分子结构, 并基于密度泛函理论对分子结构进行优化处理, 从前线轨道、 静电势、 极化率及自然键轨道布局分析四个角度进行计算分析, 得出偶氮基团处(-N15N16-)是苋菜红分子与Ag原子配位的最佳位置。 在此基础上, 使用B3LYP/6-31++G(d, p))基组(C, H, O, N, S, Na)和B3LYP/Sdd基组(Ag)对苋菜红分子与1个Ag原子及3个Ag原子团簇的复合物(Amaranth-Ag1, Amaranth-Ag3)进行结构优化和表面增强拉曼光谱计算。 将苋菜红分子的实验与理论拉曼光谱进行比较, 发现二者吻合较好, 且在1 228, 1 329, 1 467和1 529 cm-1处苋菜红分子的拉曼活性很明显。 另外, 苋菜红与Ag的复合物有明显的拉曼增强效应, 增强效果随着Ag原子个数的增多而愈加明显, 不仅拉曼光谱的峰值个数有增多, 而且其对应光谱峰位强度也有增强。 进一步通过振动模式的归属, 得到鉴定和识别苋菜红的拉曼特征峰。 该研究为利用表面增强拉曼光谱技术检测食品中的苋菜红提供了一定的实验参考和理论依据。

应用英国Edinburgh FLS920P稳态-瞬态荧光光谱仪, 对互为同分异构体的胭脂红、 苋菜红分子的吸收光谱和荧光光谱实验检测, 得到二者的光谱特性参数, 并进行对比。 分别采用密度泛函理论（DFT）和含时密度泛函理论（TD-DFT）对这两种分子的基态和激发态结构进行优化, 将所得基态分子构型进行频率计算, 结果显示均无虚频存在, 进而比较两分子构型在不同能态下的差异。 在此基础上, 应用TD-DFT并结合极化连续介质模型（PCM）在6-311++G(d, p)水平上分别计算二者的吸收光谱和荧光光谱, 对两种分子的发光机制、 荧光光谱特性差异与分子结构的关系进行了分析。 结果表明, 两种分子的基态结构均为非平面, 它们中的两个萘环不共面, 存在一定的夹角;苋菜红含有分子内氢键, 且氢键所在萘环的平面性要优于胭脂红分子对应的萘环部分;激发态时二者各自的两个萘环均共平面。 量子化学计算得到的光谱理论值与实验结果较为吻合, 说明优化所得胭脂红与苋菜红的分子构型基本合理。 与苋菜红相比, 胭脂红右侧萘环结构的平面性稍差, 分子从激发态跃迁回到基态经历了更多的振动和转动, 损耗了更多的能量, 导致用来产生荧光光子的能量减少, 因此, 胭脂红的荧光发射波长更长。 本文首次得到胭脂红、 苋菜红分子基态与激发态下的分子结构信息, 并找出二者光谱特性差异的原因, 结果可为研究同分异构体分子的光谱特性与分子结构的关系提供参考。

应用荧光光谱仪及微拉曼光谱仪分别对几种常见人工合成 色素溶液的荧光光谱和拉曼光谱进行了实验研究。 一方面,首次测量其不同浓度合成色素溶液的荧光光谱,讨论其谱线特性。另一方面,以有致癌性的合成色素苋菜 红为例,应用拉曼光谱技术进行定性和定量检测,验证拉曼光谱对色素检测的可行性。为了提高探测灵敏度, 以55 nm的金纳米粒子溶胶为基底,在785 nm激发光下对不同浓度的苋菜红溶液进行了表面增强拉曼光谱探测, 探测到的最低浓度为10－17 mol/L。分析结果为这种色素的合理利用及安全快速检测提供了有效的光谱实验依据, 也为其它色素的检测提供了参考方法。

测量了胭脂红以及其同份异构体苋菜红的荧光光谱。胭脂红标准溶液在220～400 nm不同波长激发光下, 分别在420 nm, 530 nm, 635 nm, 687 nm波长处产生了四个荧光峰, 苋菜红在220～430 nm不同波长激发光下, 在654 nm处产生了一个明显荧光峰。胭脂红产生四个荧光峰是由于其具有四种可以发射荧光的荧光团, 为了研究这四种荧光团在不同激发光激励下产生荧光的敏感程度, 以及找到胭脂红和苋菜红这两种色素产生荧光的基团之间的联系。利用荧光强度的加和性原则, 分别对这两种物质的荧光强度进行了理论计算。认为苋菜红的荧光峰对应于胭脂红的第三个荧光峰, 根据此特点, 初步分析了四种荧光团对这两种色素在荧光发射过程中的影响程度, 同时还从结构上分析了两种色素荧光光谱差异的根本原因。