食源性致病菌是引发和威胁公众健康的主要因素之一。 由于食源性致病菌种类繁多, 常规检测方法复杂耗时要求高, 因此迫切需要一种更加快速精确的致病菌检测技术。 在传统红外光谱检测致病菌的流程中, 如经典的溴化钾压片法, 除了压片本身的操作之外通常还需对样品进行冷冻干燥(约需2 d)等耗时前处理过程, 因而不利于高通量快速检测。 本研究利用硒化锌薄膜法, 在硒化锌窗片上直接滴加菌液、 低温(48 ℃)烘干后进行原位检测, 无需漫长的冻干处理, 整个检测过程在50 min之内。 同时, 检测所需样品量少(10 μL)无需研磨等物理破坏性的制样过程, 避免了常规溴化钾压片法中研磨颗粒粗细、 制片厚薄误差及易碎片、 吸潮等的不利影响。 四种常见食源性致病菌(大肠杆菌DH5α; 沙门氏菌CMCC 50041; 霍乱弧菌SH04; 金黄色葡萄球菌SH10)的硒化锌薄膜法与溴化钾压片法红外谱图对比分析表明: 在相同的峰值检测阈值下(透过率大于0.05%), 本研究所采用的方法获得的二阶导数图谱在900~1 500 cm-1范围内可被识别的特征峰个数比溴化钾压片法明显增多(硒化锌薄膜法共计81个, 溴化钾压片法共计58个), 特征峰在多个位置强度显著增加(1 119, 1 085和915 cm-1等), 且可将溴化钾压片法中较宽的单峰或不明显的双峰显示为较明显的双峰(大肠杆菌DH5α: 1 441, 1 391和1 219 cm-1等; 沙门氏菌CMCC 50041: 1 490, 1 219和1 025 cm-1; 霍乱弧菌SH04: 1 441和1 219 cm-1; 金黄色葡萄球菌SH10: 1 491, 1 397和1 219 cm-1), 说明硒化锌薄膜法可以提高图谱分辨率及信噪比。 基于硒化锌薄膜法的原位红外光谱法对常见食源性致病菌整体快速高通量检测将具有巨大的应用前景。
食源性致病菌 红外光谱 样品前处理 原位检测 硒化锌薄膜法 Foodborne pathogens Infrared spectroscopy Sample pretreatment In-situ detection ZnSe film transmission method
1 国家地质实验测试中心, 北京 100037
2 中国地质大学(武汉)材料与化学学院, 湖北 武汉 430074
水体中重金属污染越来越受到人们的关注与重视, 急需开发高效低耗、 利于推广的便携式的水质检测技术, 帮助地质及环境领域的工作者现场获取实验数据, 对污染区域及时做出准确的水体环境评价, 有助于水体污染的预防与治理工作。 采用无外接电源的富集装置, 在pH 4的条件下以S-930螯合树脂捕集水体中的重金属, 经抽滤制得均匀薄膜样, 再使用手持式XRF现场分析水体中Mn, Fe, Ni, Cu, Zn和Pb等6种重金属元素。 各元素标准曲线的相关性r>0.992, 方法检出限为5.8~18.6 μg·L-1, 精确度基本控制在15% RSD以内。 方法应用于我国东北某矿区周边采集的20余个地表/下水样品的现场分析, 检测结果与实验室ICP-MS结果进行了对比: 两种方法的Pb, Ni和Cu一致性良好; Zn和Mn含量高的样品, ICP-MS结果高于现场XRF结果, 可能因溶液中存在细微悬浮颗粒引起, 但总体趋势一致; 两种方法对水质类型的总体判断结果一致。 本法使用的富集和测量装置体积小、 重量轻、 便于携带, 不使用外接电源, 可在12 h内现场完成10个水体样品的采集、 前处理操作、 结果获取及数据处理等工作, 避免实验室分析方法检测工作中存在的交通运输、 测试周期长、 测试成本高等问题, 基本具备了在偏远地区现场分析水体中六种重金属元素、 评定水质的能力, 具有较好的推广应用前景。
手持式XRF 无外接电源 化学富集 薄膜法 现场分析 水体样品 重金属 Handheld XRF Without external power Chemical pre-concentration Thin-layer sample On-site analysis Water sample Heavy metal
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 环境光学与技术重点实验室, 安徽省环境光学监测技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 皖江新兴产业技术发展中心, 安徽 铜陵 244000
3 中国人民解放军陆军军官学院, 安徽 合肥 230031
分别以富集有Cr, Pb和Cd三种元素的尼龙薄膜样品及玻璃纤维滤膜为研究对象, 采用滤膜叠加的方式, 通过XRF光谱仪测量不同样品厚度下薄膜样品的XRF光谱, 根据测得的尼龙薄膜样品中Cr, Pb, Cd元素及玻璃纤维滤膜中Ca, As和Sr元素特征XRF性质的变化, 研究样品厚度对薄膜法XRF光谱测量的影响。 结果表明: 薄膜样品厚度对不同能量区间上元素特征谱线荧光性质的影响并不相同。 元素特征谱线能量越大, 元素特征X射线荧光穿透滤膜到达探测器的过程中损失越少； 但由薄膜样品厚度增加引起的基体效应却越强, 相应特征谱线位置处的背景荧光强度就越大, 因此样品厚度增加所引起的基体效应对薄膜法XRF光谱测量的灵敏度影响就越大。 对于特征谱线能量较低（能量小于7 keV）的元素, 以增加薄膜样品厚度的方式来增加待测组分的质量厚度浓度, 并不能有效地提高薄膜法XRF光谱测量的灵敏度； 对于特征谱线能量较高的元素（能量＞7 keV）, 可以通过适当增加样品厚度以增加被测组分的质量厚度浓度的方式来提高XRF光谱测量的灵敏度, 薄膜样品厚度在0.96～2.24 mm内, 更有利于XRF光谱的测量与分析。 该研究为大气及水体重金属薄膜法XRF光谱分析中薄样制备及富集技术提供了重要的理论依据。
光谱学 X射线荧光 薄膜法 重金属 样品厚度 Spectroscopy XRF Thin film method Heavy metal Sample thickness 光谱学与光谱分析
2016, 36(12): 4039
中国科学院安徽光学精密机械研究所, 环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
(1)以型号316不锈钢金属板为研究对象, 对薄膜法X射线荧光光谱测量中, 样品检测位置的选择进行研究, 确定了最佳的样品检测位置为样品距离X射线管和探测器水平基线1 cm处, 并且与X射线管和探测器水平基线成16°角度。(2)以工业环境空气重金属污染物Pb, Cd, Cr为主要分析对象, 在有铅板防护情况下进行薄膜法X射线荧光光谱测量研究, 发现X射线会穿透样品薄膜而继续激发防护铅板, 使得滤膜背景光谱中有较强的铅谱线干扰, 会对实际样品中铅元素的测量产生影响。在薄样和防护铅板之间加上一层隔离材料, 可有效避免防护铅板中铅谱线对样品测量产生的干扰。(3)以型号316不锈钢、黄铜、铝材、紫铜和聚四氟乙烯几种硬质隔离材料作为铅板内衬材料进行选择研究, 结果表明: 紫铜的X射线荧光光谱中所含元素的谱线最少, 谱图中没有出现重金属Cr, Cd, Pb的谱峰, 并且能量较高部分靶材散射光谱强度较弱, 对实际样品中重金属元素Cr, Cd和Pb的测量不会产生干扰, 作为铅板的内衬金属材料可以避免防护铅板中铅元素谱线的干扰, 是最佳的薄膜法X射线荧光光谱分析中铅板的内衬金属材料。该研究为组装及搭建便携式大气及水体重金属X射线荧光光谱分析仪提供了重要的理论依据。
光谱学 薄膜法 铅防护 重金属 Spectroscopy XRF XRF Thin film method Lead protection Heavy metal
中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
研究了重金属Cr元素薄膜法X射线荧光(XRF)光谱分析中的滤膜，结果表明亲水性聚四氟乙烯滤膜对Cr元素富集具有较好的均匀性，并且对该滤膜上Cr元素进行XRF光谱测量具有较好的灵敏度。利用亲水性聚四氟乙烯滤膜对不同浓度的Cr元素进行富集，并且利用XRF光谱进行测试，结果表明当Cr元素的面积浓度在3.84~167 μg·cm-2范围内时，Cr元素XRF光谱中Kα特征谱线的积分荧光强度与Cr元素的面积浓度之间具有非常好的线性关系，线性相关系数为0.996，检测限为0.3 μg·cm-2。对实验室水龙头出来的自来水水样进行加标回收实验，得到回收率在93.85%~101.95%之间，相对标准偏差小于2%。因此，以亲水性聚四氟乙烯滤膜为富集滤膜的薄膜法XRF光谱分析法，能够很好地应用于水样中重金属Cr元素的分析与检测。
X射线光学 Cr检测 X射线荧光 薄膜法 重金属 富集
