專利名稱：多通道手持式食品安全檢測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種食品快速檢測技術(shù)，具體涉及一種多通道手持式食品安全檢測儀。
背景技術(shù)：
近年來，由于農(nóng)藥濫用、食品和飼料添加劑濫用、植物和動物生長激素濫用和環(huán)境污染造成對食品的玷污問題十分突出。國外肉雞二惡英玷污事件造成了數(shù)十億美元的經(jīng)濟損失；國內(nèi)由于農(nóng)藥濫用造成的急性中毒事故時有發(fā)生；集貿(mào)市場上腌臘制品亞硝酸鹽和泡發(fā)食品甲醛超標嚴重；過量的激素喂養(yǎng)甲魚等水產(chǎn)品使人們都不能放心食用；污染物超標使得我國大量出口商品造成巨大的經(jīng)濟損失。農(nóng)藥、殺蟲劑、食品添加劑和激素濫用，不但造成急性毒性，而且具有致癌、致畸、致突變性和遺傳毒性。因此食品安全問題已經(jīng)受到各級政府和廣大人民群眾的高度關(guān)注。國家科技部設(shè)立了耗資1.5億的食品安全重大專項，各地政府在食品安全檢測方面也投入大量研究開發(fā)經(jīng)費，水果蔬菜批發(fā)市場、集貿(mào)市場、超市、賓館、學校食堂以及個人用戶等，對食品安全的現(xiàn)場快速檢測有很大的需求。
相對于世界上的發(fā)達國家，我國在食品安全管理、檢測方法和儀器等方面有非常大的差距。在食品安全檢測儀器方面，目前一般采用色譜分析或光學分析法，使用實驗室分析儀器，依靠專業(yè)技術(shù)人員完成分析工作，從采樣到分析耗時數(shù)小時甚至數(shù)天。與發(fā)達國家相比，我國的食品生產(chǎn)特點是農(nóng)副產(chǎn)品生產(chǎn)具有分散性大、即產(chǎn)即銷的特點，傳統(tǒng)的實驗室儀器分析方法很難實現(xiàn)有效的監(jiān)控，這就迫切需要一種能夠滿足現(xiàn)場快速測試和管理部門對食品監(jiān)管和控制要求的手持式現(xiàn)場檢測儀。
國內(nèi)在食品安全檢測儀器的開發(fā)方面研究工作較少，主要集中在農(nóng)藥殘留檢測儀這一類產(chǎn)品的開發(fā)。目前，國內(nèi)市場已經(jīng)有多家企業(yè)推出了測定農(nóng)藥殘留的專用儀器，可以測定一個或幾個樣品。，如上海田京公司的CL-1農(nóng)殘檢測儀、湖南利德公司的RAT-201手持式殘留農(nóng)藥檢測儀等。這些儀器有的使用220V電源、體積大，需要與恒溫水浴配套使用，有的一次只能測定一個樣品或一個組分，不太適合現(xiàn)場多樣品多組分快速分析。此外，也有少數(shù)廠家推出了甲醛、亞硝酸鹽等單參數(shù)檢測儀，也不能同時測定多個成分，而且大多數(shù)是實驗室使用的臺式機。吉大·小天鵝公司新近推出了一款可以檢測食品中亞硝酸鹽與硝酸鹽、二氧化硫、甲醛、農(nóng)殘和吊白塊五種有害物質(zhì)的五合一食品安全分析儀，但一次只能測量一個樣品，而且采用的是臺式設(shè)計，適于在實驗室內(nèi)使用，無法實現(xiàn)現(xiàn)場的手持式分析。
目前，國內(nèi)還沒有發(fā)現(xiàn)有可以同時對多個樣品同時進行多種有毒有害物質(zhì)快速檢測的多通道手持式食品安全檢測儀，也未見國外有類似商品化儀器的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種多通道手持式食品安全檢測儀，該檢測儀可以對多樣品、多成份同時進行測量，并具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小巧、使用方便、分析快速、可以直接顯示待測物濃度等特點。
本發(fā)明提供的一種多通道手持式食品安全檢測儀，包括光路部分、單片機與輔助電路部分以及輸入輸出部分，單片機與輔助電路部分用于計算與控制，輸入輸出部分用于信息的輸入輸出，其特征在于所述光路部分包括光源穩(wěn)壓控制電路、單色光源組、多通道比色池、光電檢測器組和信號調(diào)理電路；單色光源組、多通道比色池和光電檢測器組位于同一光路上，光源穩(wěn)壓控制電路根據(jù)單片機與輔助電路部分提供的信號為單色光源提供工作電壓，并控制光源的開關(guān)；單色光源組產(chǎn)生單色光照射多通道比色池中的待測樣品；光電檢測器組用于檢測透過樣品的單色光光強值，并將光信號轉(zhuǎn)換成電信號送入信號調(diào)理電路，信號調(diào)理電路將電信號進行放大整形后輸出給單片機與輔助電路部分進行計算處理并將結(jié)果輸出給輸入輸出部分。
本發(fā)明針對食品安全檢測技術(shù)的現(xiàn)狀，發(fā)明了一種基于光學分析原理的手持式多通道食品安全檢測儀器。它采用國際上最先進的高集成度的光電子元器件和計算機技術(shù)，實現(xiàn)儀器的數(shù)字化、智能化、手持式以及適于非專業(yè)人員的現(xiàn)場快速測定。該儀器具有結(jié)構(gòu)簡單、濃度直讀、人機界面友好、體積小、交直流兩用和操作方便的特點，它能同時進行有機磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥、硝酸鹽、亞硝酸鹽、鉛、鎘、六價鉻、氟化物、氰化物、甲醛與吊白塊等多種檢測指標、多個樣品的現(xiàn)場快速測定，且具有數(shù)據(jù)存儲、查詢、結(jié)果打印等功能。本儀器適用于果蔬批發(fā)市場、集貿(mào)市場、賓館、學校食堂等需要對食品中有毒有害物質(zhì)進行快速檢測的場合。儀器的分析方法大多采用國家標準分析方法，檢測結(jié)果與國家推薦標準方法具有可比性。


圖1為儀器硬件的原理框圖；圖2為儀器測量部分的軟件流程框圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
本手持式儀器主要包括三大部分光路部分1、單片機與輔助電路部分2以及輸入輸出部分3。光路部分1主要由光源穩(wěn)壓控制電路4、單色光源組5、多通道比色池6、光電檢測器組7和信號調(diào)理電路8構(gòu)成。單片機與輔助電路部分2包括單片機9、電源控制電路10、實時時鐘電路11、數(shù)據(jù)存貯電路12、系統(tǒng)監(jiān)控電路13、溫度測量電路14以及多路選擇開關(guān)15等。輸入輸出部分3包括顯示裝置16、輸入裝置17和串行通訊電路18。
光源穩(wěn)壓控制電路4為單色光源提供恒定的工作電壓，同時控制光源的開關(guān)；單色光源組5用于產(chǎn)生單色光；待測樣品可放置在多通道比色池6中；光電檢測器組7用于將檢測到的光強信號轉(zhuǎn)換成電信號；信號調(diào)理電路8可對輸出的電信號進行放大整形；單片機9是整個儀器的運算與控制核心；電源控制電路10為整個儀器提供穩(wěn)定可靠的工作電源；實時時鐘電路11用于系統(tǒng)計時；數(shù)據(jù)存貯電路12用于將數(shù)據(jù)存貯在非易失性存貯器EEPROM中；系統(tǒng)監(jiān)控電路13可以隨時監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀態(tài)，防止程序跑飛；溫度測量電路14可以測量環(huán)境溫度；多路選擇開關(guān)15則可根據(jù)單片機9的指令來選擇適當?shù)臏y量通道；顯示裝置16和輸入裝置17提供良好的人機界面；串行通訊電路18用來與PC機或串行打印機進行數(shù)據(jù)交換。
根據(jù)選定的測試指標，單片機9會自動選擇當前測量通道，并通過多路選擇開關(guān)15和光源穩(wěn)壓控制電路4點亮單色光源組5中對應(yīng)的光源，產(chǎn)生單色光。單色光束穿過裝有待測溶液的多通道比色池6后，照射到光電檢測器組7中對應(yīng)的檢測器上。檢測器將檢測到的光強值直接轉(zhuǎn)換成頻率信號，再由信號調(diào)理電路8整形放大后經(jīng)多路選擇開關(guān)15輸入單片機。同時，實時時鐘電路11和溫度測量電路14也會將測量時的時間與溫度值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后送入單片機中進行進一步的數(shù)據(jù)處理。所有測量數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)存貯電路12保存在非易失性數(shù)據(jù)存貯器中，可供用戶查詢與數(shù)據(jù)匯總。顯示裝置16和輸入裝置17為主要的輸入輸出設(shè)備。通過串行通訊電路18，還可以實現(xiàn)與PC機的數(shù)據(jù)交換功能，也可以外接串口打印機直接打印測量結(jié)果。
上述各部件均可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)?？刹捎闷胀?號電池作為上述檢測儀的電源。
多通道手持式食品安全檢測儀的程序可以采用高級語言C編寫。整個軟件可分為四大模塊通道設(shè)置、樣品測量、數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)設(shè)置。通道設(shè)置模塊主要完成各測量通道的設(shè)置，用戶可根據(jù)需要設(shè)置各通道的測量指標與測量參數(shù)；樣品測量模塊為整個軟件的核心。根據(jù)用戶的通道設(shè)置值，對相應(yīng)的通道進行測量，完成通道選擇、樣品測量控制、數(shù)據(jù)采集以及最終測量結(jié)果的計算與顯示等功能；數(shù)據(jù)處理模塊負責完成測量結(jié)果的保存、查詢、打印以及與PC機的數(shù)據(jù)交換等任務(wù)；系統(tǒng)設(shè)置模塊包括系統(tǒng)時間設(shè)置、顯示屏對比度設(shè)計、觸摸屏校正等輔助性功能。
配套使用的試劑包參考了國家標準分析方法，為了適應(yīng)現(xiàn)場快速測試的特殊要求進行了改良，采用類似醫(yī)療藥品所采用的微型包裝，使用方便，易于保存。由于大多采用國家標準分析方法，檢測結(jié)果與國家推薦標準方法具有可比性。
下面以一個實例為本發(fā)明作進一步的說明。
我們制作了一臺八通道手持式食品安全檢測儀樣機，以多個特定波長的窄帶發(fā)光二級管(LED)作為單色光源組，代替現(xiàn)有實驗室分光光度計的熱光源和單色器系統(tǒng)；以高集成度的半導體光電檢測器(如TSL235)作為光電檢測器組，代替現(xiàn)有實驗室分光光度計的光電池、光電倍增管；以電池做電源，代替現(xiàn)有實驗室分光光度計的220V交流電源，以及低功耗技術(shù)的運用，從而實現(xiàn)儀器的微型化、手持式；選用八通道多路開關(guān)(如CD4051)，實現(xiàn)了多通道、多樣品的同時測量；以單片機(如AT89C55)為核心，配以算法和測量方式上的改進，實現(xiàn)了儀器的現(xiàn)場快速測量能力。
此外，儀器上還配備了實時時鐘芯片(如DS1302)、非易失性存貯器(如24LC64)、1-wire溫度傳感器(如DS1820)以及RS-232串行接口芯片(如MAX3233)，從而實現(xiàn)了數(shù)據(jù)存貯、溫度測量、PC機通訊及串行打印等功能，方便了用戶的使用。系統(tǒng)監(jiān)控電路(包括看門狗、自動復位、電壓監(jiān)控等子電路)保證了儀器的穩(wěn)定可靠。
多通道手持式食品安全檢測儀的程序可以采用國外流行的Keil C單片機語言編寫，包括通道設(shè)置、樣品測量、數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)設(shè)置四大模塊。這種模塊化程序設(shè)計語言既有通用C語言的特點，又具有直接操作單片機硬件的能力，其基本特點包括運行速度快、編譯效率高、具有良好的移植性以及豐富的多種復雜運算的庫函數(shù)與浮點運算能力。樣品測量模塊的軟件流程示意圖見圖2。
參照已有的國家標準與國家推薦分析方法，我們開發(fā)了一系列適于現(xiàn)場分析的化學試劑包。配合這些試劑包，我們試制的八通道手持式食品安全檢測儀目前可以測量有機磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥、硝酸鹽、亞硝酸鹽、鉛、鎘、六價鉻、氟化物、氰化物、甲醛與吊白塊等多種有毒有害物質(zhì)含量。表1列出了對應(yīng)的分析方法及方法來源。
表1測量指標與分析方法測量指標 分析方法 方法來源有機磷和氨基甲酸酯乙酰膽堿酯酶光度法GB/T 5009.199-2003類農(nóng)藥硝酸鹽N-1-萘基乙二胺光度法 GB/T 5009.33-1996亞硝酸鹽 N-1-萘基乙二胺光度法 GB/T 5009.33-1996鉛苯基熒光酮光度法 GB/T 5009.12-1996鎘苯基熒光酮光度法 GB/T 5009.15-1996六價鉻二苯碳酰二肼光度法GB 7467-1987
氟化物鑭氟試劑光度法GB 7483-1987氰化物吡啶-巴比妥酸光度法 GB 7487-1987甲醛 乙酰丙酮光度法GB/T 15516-1995吊白塊乙酰丙酮光度法GB/T 15516-1995以下簡單介紹一下多通道手持式食品安全檢測儀的分析步驟(1)開機。
(2)如有需要，先進入“通道設(shè)置”菜單，為每個通道測量指定當前測量的指標。各通道測量的指標可以相同，也可以各不相同。每個通道可供選擇的測量指標數(shù)根據(jù)此通道所安裝的LED光源波長不同而有所區(qū)別。設(shè)置好的值會自動保存在儀器內(nèi)，不必每次開機都設(shè)置。
(3)進入“樣品測量”菜單，根據(jù)屏幕提示，將各個空白樣品(一般是蒸餾水)放入指定的通道，測量空白值。
(4)向各個待測樣品中加入配套的試劑包。根據(jù)屏幕提示，將各待測樣品放入指定的通道，測量。
(5)儀器會根據(jù)測得的光強值計算出各項待測指標值，并在屏幕上顯示。用戶可根據(jù)自己需要保存或是打印測量結(jié)果。
(6)如果需要繼續(xù)測量，重復步驟(3)-(4)。
(7)完成測量。用戶可進入“數(shù)據(jù)處理”和“系統(tǒng)設(shè)置”菜單進行測量結(jié)果查詢、數(shù)據(jù)打印、與PC機進行數(shù)據(jù)交換及相關(guān)系統(tǒng)設(shè)置等工作。
(8)關(guān)機。
目前多通道手持式食品安全檢測儀樣機采用的是八通道設(shè)計。根據(jù)市場定位的不同，選用不同的多路開關(guān)，可以方便地將儀器擴展成16通道、32通道甚至更多。
表2列出了使用傳統(tǒng)分光光度計(以722型光度計為例)、現(xiàn)有的商品化分析儀(以CL-1農(nóng)殘檢測儀為例)和本儀器的主要功能對比。(參見國家環(huán)保局，水和廢水監(jiān)測分析方法(第三版)，北京，中國環(huán)境科學出版社)
表2幾種分析儀器對比

權(quán)利要求
1.一種多通道手持式食品安全檢測儀，包括光路部分、單片機與輔助電路部分以及輸入輸出部分，單片機與輔助電路部分用于計算與控制，輸入輸出部分用于信息的輸入輸出，其特征在于所述光路部分(1)包括光源穩(wěn)壓控制電路(4)、單色光源組(5)、多通道比色池(6)、光電檢測器組(7)和信號調(diào)理電路(8)；單色光源組(5)、多通道比色池(6)和光電檢測器組(7)位于同一光路上，光源穩(wěn)壓控制電路(4)根據(jù)單片機與輔助電路部分提供的信號為單色光源提供工作電壓，并控制光源的開關(guān)；單色光源組(5)產(chǎn)生單色光照射多通道比色池(6)中的待測樣品；光電檢測器組(7)用于檢測透過樣品的單色光光強值，并將光信號轉(zhuǎn)換成電信號送入信號調(diào)理電路(8)，信號調(diào)理電路(8)將電信號進行放大整形后輸出給單片機與輔助電路部分進行計算處理并將結(jié)果輸出給輸入輸出部分。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多通道手持式食品安全檢測儀，包括光路部分、單片機與輔助電路部分以及輸入輸出部分，單片機與輔助電路部分用于計算與控制，輸入輸出部分用于信息的輸入輸出，所述光路部分包括光源穩(wěn)壓控制電路、單色光源組、多通道比色池、光電檢測器組和信號調(diào)理電路。該儀器具有結(jié)構(gòu)簡單、濃度直讀、人機界面友好、體積小、交直流兩用和操作方便的特點，它能同時進行有機磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥、硝酸鹽、亞硝酸鹽、鉛、氰化物、甲醛與吊白塊等多種檢測指標、多個樣品的現(xiàn)場快速測定，且具有數(shù)據(jù)存儲、查詢、結(jié)果打印等功能。本儀器適用于果蔬批發(fā)市場、集貿(mào)市場、賓館、學校食堂等需要對食品中有毒有害物質(zhì)進行快速檢測的場合。
文檔編號G01N21/27GK1595108SQ20041001341
公開日2005年3月16日 申請日期2004年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月4日
發(fā)明者陸曉華, 楊海, 王琳玲 申請人:華中科技大學