牛奶富含人体需要的多种营养物质,是一类广受欢迎的常见食品。为了监管和提高牛奶的质量,确保其食品安全,需要研发快捷、灵敏、精确的检测技术,对牛奶中可能存在的有害物质进行检测。然而,牛奶是一种复杂混合物,其检测技术面临诸多挑战。本文在研究牛奶及其单体物质的光谱特性的基础上,基于荧光光谱技术建立牛奶中抗生素类兽药残留和非蛋白氮掺假物的检测方法。在光激发下,牛奶有强的散射和复杂的荧光,而需检测的有害物中有许多是弱荧光物质或非荧光物质,对此,无法应用常规的荧光光谱技术进行检测。为此,测量和分析光谱数据,建立模型,研制性能优异的荧光探针,实现对两类常见有害物的灵敏、准确检测。具体内容如下:1.牛奶及其主要单体物质荧光光谱特性的研究。测量了基本覆盖市场所售全部品种的93个牛奶样品的三维荧光光谱,对牛奶及其主要单体物质的荧光光谱进行深入细致分析,得到了牛奶的荧光光谱特性,确认了酪蛋白中的色氨酸为牛奶的主要荧光物质;基于三维荧光光谱的指纹性,提取荧光光谱的特征参数,建立了牛奶的指纹图谱数据库;应用密度泛函理论建立基态和激发态模型,分析得到了牛奶的荧光产生机理。为研发牛奶中有害物的检测方法奠定基础。2.基于荧光光谱的牛奶中抗生素类残留物检测方法的建立。在研究六类常见抗生素的吸收光谱和荧光光谱特性的基础上,分强荧光、荧光光谱与牛奶荧光重叠和弱（无）荧光三类抗生素,按直接荧光检测、结合算法分析和纳米荧光探针三种方式,建立了对应的牛奶中抗生素精确检测方法。首先,以分子具有刚性结构和共轭体系的强荧光抗生素氧氟沙星为例,建立了基于其荧光光谱直接定量检测的方法,并验证了此方法的普适性;其次,以荧光较强,但与牛奶本身荧光有较大重叠,无法直接检测的抗生素磺胺甲恶唑为例,通过荧光光谱结合多元统计分析,对光谱数据进行建模计算,建立了定量检测方法;第三,以微弱荧光类抗生素四环素为例,研制了一种能发射深紫外荧光的碳点作为荧光探针,建立了牛奶中弱（无）荧光抗生素的检测方法。所建方法的检测限达到或低于国家标准的限量值。3.基于荧光光谱的牛奶中非蛋白氮掺假物检测方法的建立。三聚氰胺、尿素和双氰胺是三种常见的非蛋白氮掺假有害物,三者荧光信号弱,难以检测。为此,结合纳米技术,基于分子及其基团间的相互作用,研制相应的荧光探针,通过荧光信号的灵敏开（on）、关（off）,实现牛奶中非蛋白氮掺假物的灵敏、精确检测。首先,确立荧光素钠的荧光可被金纳米颗粒猝灭而三聚氰胺能高效地与金纳米颗粒结合使体系荧光恢复的原理,建立了基于荧光素钠和金纳米颗粒检测牛奶中三聚氰胺的方法;其次,研制对p H敏感的碳点作为荧光探针,基于脲酶水解尿素使得p H增大,而该碳点的荧光会随着p H增大而猝灭的原理,建立了基于p H敏感碳点和脲酶检测牛奶中尿素的方法;第三,构建α-萘酚-双乙酰-双氰胺体系,基于双氰胺与α-萘酚和双乙酰的反应产物会因内滤效应猝灭α-萘酚荧光的原理,建立了检测牛奶中双氰胺的方法。所建方法的检测限低于国家标准的限量值。4.瞬态荧光光谱检测系统的建立及应用。为了快捷准确地鉴别乳制品种类和判别牛奶中的有害物,自搭建了一套瞬态荧光光谱检测系统。应用该系统测量不同种类乳制品的时间分辨荧光光谱,结合主成分分析模型处理光谱数据,建立了鉴别不同种类乳制品的方法,实现了乳制品的快速区分;应用该系统测量含有氧氟沙星和左氧氟沙星的牛奶的时间分辨荧光光谱,基于荧光寿命分析,建立了一种牛奶中抗生素残留的定性检测方法,实现了牛奶中抗生素残留的快速判别。本文的研究工作拓展了复杂混合物体系的荧光光谱分析和检测技术,为牛奶的检测探索并建立了新方法,可为有效监控牛奶的食品安全提供支持。