《Food Control》：Green derivative synchronous fluorescence spectroscopy approach for rapid quantification of Rhodamine B in food samples
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快速绿色同步荧光检测法用于食品中罗丹明B定量分析，结合超声萃取和离心前处理，单样本总耗时<12分钟，线性范围0–125 μg/kg（R2=0.999），检测限0.15–0.74 μg/kg，11类复杂基质回收率82%–104%，与HPLC无显著差异（p>0.05），并通过Eco-Scale等工具验证环境可持续性。
刘洪军|何嘉荣|郭一涵|李佳琳|蔡伟鹏|吴平平|李耀群
厦门大学化学与化学工程学院化学系及教育部光谱化学分析与仪器重点实验室，中国厦门361005
摘要
本文开发了一种基于一阶导数恒定波长同步荧光光谱（1st-DCWSFS）的快速、绿色方法，用于食品样品中罗丹明B（RhB）的定量分析。样品预处理过程包括超声辅助提取和离心操作，单个样品的总分析时间（包括预处理和检测过程）少于12分钟。在最佳条件下，该方法在0–125 μg/kg的浓度范围内表现出优异的线性（R2 = 0.999），检测限为0.15–0.74 μg/kg，回收率在82%到104%之间。该方法在11种典型的食品基质中得到了成功验证，包括肉制品、水果和蔬菜、油脂和调味品、烘焙食品以及糖果，显示出广泛的适用性。与高效液相色谱（HPLC）的结果相比，没有观察到显著差异（p > 0.05）。通过Eco-Scale、MoGAPI和AGREE指标评估了该方法的环保性，证实了其可持续性。这种快速、灵敏、可靠且环保的方法适用于各种复杂食品基质中RhB的高通量筛查和现场监测，满足了食品安全监管的关键需求。
引言
罗丹明B（RhB）是一种合成的蒽类阳离子染料，广泛应用于纺织、造纸和化妆品等行业（Chuaicham等人，2023；Yusuf等人，2022）。由于其低成本和稳定的着色性能，RhB仍被非法添加到糖果、果汁饮料和辣椒酱等食品中（Bayram和Bi?gin，2025；Guo等人，2025；Li等人，2022；Zhu等人，2022）。毒理学研究表明，RhB可引起细胞氧化应激，并具有神经毒性以及生殖和发育毒性（Cheng和Tsai，2017）。动物实验也报告了其致癌潜力（Kornbrust和Barfknecht，2006）。国际癌症研究机构（IARC）将RhB列为2B类致癌物（Du等人，2024）。鉴于这些健康风险，包括欧盟和中国在内的许多国家和地区已明确禁止在食品生产中使用RhB（Al-Tohamy等人，2022）。然而，非法添加事件仍时有发生，这凸显了快速、可靠和可持续检测技术的迫切需求，以加强食品安全监测。
目前用于检测食品基质中RhB的分析技术主要包括高效液相色谱（HPLC）（Alruwaili等人，2025；Arabi等人，2020；Lim等人，2020）、电化学方法（Deng等人，2022；Devika等人，2025；Li等人，2025；Nazeer等人，2024）、表面增强拉曼散射（SERS）（Sha等人，2022；Sridhar等人，2022；Tran Truc Phuong等人，2021）和紫外-可见光谱法（UV-Vis）（Bi?gin等人，2025；Naml?和Bi?gin，2024；Rafique Khattak等人，2024；Soylak等人，2023）。然而，HPLC、电化学方法和SERS等技术在快速现场筛查和高通量监测应用中常常面临挑战，因为它们需要复杂的仪器、繁琐的样品制备或专门的操作。虽然UV-Vis光谱法较为简单，更适合快速分析，但其主要限制是灵敏度相对较低。这些限制共同导致了对于更简单、更快捷、更稳健的分析方法的需求。
RhB具有广泛的共轭π电子系统和刚性平面结构，这赋予了它强烈的荧光特性（Fang等人，2025），为荧光检测提供了天然优势。荧光光谱法本身具有高灵敏度、快速响应和操作简便性（Liao等人，2025；Yuan等人，2025），在痕量分析物检测方面具有巨大潜力。然而，在复杂的食品基质中，内源性荧光物质（如类胡萝卜素和蛋白质）、内滤光效应、散射现象以及其他结构相似的荧光化合物可能会产生强烈的背景干扰，从而降低选择性和定量准确性。
为了解决传统荧光方法的局限性，采用了恒定波长同步荧光光谱（CWSFS）技术，其中激发光和发射光的单色仪同时以固定的波长差（Δλ）进行扫描。该技术可以简化光谱、缩小带宽、减少散射干扰，并提高选择性。这些效果的有效性很大程度上取决于Δλ的选择。例如，选择足够大的Δλ可以避开瑞利散射带，而选择接近目标分析物斯托克斯位移的Δλ可以获得更窄、更简化的峰（Wei等人，2024）。结合导数处理后，这种方法可以放大微妙的光谱差异、分辨重叠峰并抑制基线漂移，进一步增强抗干扰能力和特异性（Elhamdy等人，2025；Lv等人，2024）。此外，CWSFS/导数方法可以直接在大多数商用荧光仪器上实施，具有很好的实用性，其优势已在食品检测和药物分析等多个领域得到验证（Bastos等人，2024；Nabil等人，2023；Zheng等人，2024）。然而，目前对该方法的验证主要限于单一或简单的基质，因此在应用于油脂和肉制品等复杂、高干扰系统时存在显著差距，阻碍了其在食品安全监管和标准化测试中的广泛应用（Kakalej?íková等人，2024）。此外，随着对绿色分析化学的日益重视，使用Eco-Scale或AGREE等公认的环保性评估工具来量化该方法的环境可持续性的研究明显不足。
在本研究中，开发了一种基于一阶导数恒定波长同步荧光光谱（1st-DCWSFS）的方法，用于食品样品中RhB的快速定量分析。在之前我们研究小组在辣椒产品中验证该方法可行性的基础上（Fu等人，2015），本研究将该方法的验证范围系统扩展到了11种不同的复杂食品基质，包括刺槐油、调味牛肉和果汁饮料。这一广泛的验证证实了该方法在多种食品安全监测场景中的可靠性。方法性能从灵敏度、准确性和抗干扰能力等方面进行了严格评估，以HPLC作为参考方法。重要的是，在所有基质的定量限（LOQ）下严格验证了回收率和精度，以确保痕量水平的可靠性。此外，使用三个权威指标（Eco-Scale、MoGAPI和AGREE）全面评估了该方法的环保性能，据我们所知，这是首次针对基于同步荧光的RhB检测方法进行的综合环保性评估。总之，通过结合广泛的适用性、痕量水平的可靠性和环保性，本研究提供了一种快速、稳健且绿色的分析工具，满足了当前对食品中RhB监测的需求。
试剂和样品
罗丹明B（RhB，分析级）购自Sigma-Aldrich（美国密苏里州圣路易斯）。Sudan Red I、II、III和IV购自北京Solarbio科技有限公司。Safranine T购自北京Kezhan生物科技有限公司。甲醇（MeOH，分析级）和乙腈（ACN，HPLC级）由国药化学试剂有限公司提供。
实验中使用的食品样品购自厦门的一家当地超市，包括刺槐油。
荧光光谱特性
为了建立一种抗基质干扰的特异性RhB检测方法，首先分析了RhB的荧光特性以确定最佳检测条件。如图1a所示，RhB的激发光谱（红色虚线）和发射光谱（红色实线）分别在545 nm和562 nm处有峰值，波长差（Δλ）为17 nm。选择这个值是因为它与RhB的斯托克斯位移相匹配，从而最大化了检测效果。
结论
本文开发了一种基于1st-DCWSFS的快速、绿色方法，用于检测食品中的RhB。整个分析过程（包括简单的预处理）每个样品耗时不到12分钟。该方法在11种复杂食品基质中表现出令人满意的适用性、准确性和重复性，结果与传统的HPLC方法相比没有显著差异（p > 0.05），但效率显著更高。此外，该方法的环保性也得到了进一步证实。
CRediT作者贡献声明
刘洪军：撰写——原始草稿、可视化、方法学设计。李耀群：撰写——审阅与编辑、可视化、监督、方法学设计、概念构思。吴平平：撰写——审阅与编辑。蔡伟鹏：撰写——审阅与编辑。李佳琳：撰写——审阅与编辑、实验研究。郭一涵：可视化、数据分析。何嘉荣：撰写——审阅与编辑、可视化、数据分析
未引用的参考文献
Kornbrust和Barfknecht，1985；Rafique Khattak等人，2025。
利益冲突声明
作者声明没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
感谢福建省科学技术计划（编号2022Y4008）和国家自然科学基金（编号22274137、22474121）的财政支持。
