專利名稱：現(xiàn)場定性定量快速檢測農(nóng)藥殘留物的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種農(nóng)藥殘留檢測裝置，尤其是一種現(xiàn)場定性定量對農(nóng)藥殘留物進(jìn)行 快速檢測的裝置，屬于檢測技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
農(nóng)藥的發(fā)明和使用無疑大大提高了農(nóng)作物的產(chǎn)量，但同時伴隨著農(nóng)藥的大量和不合理地使用，帶來因食物中的農(nóng)藥殘留量增大而直接危害人類身體健康的負(fù)面影響。尤其 在人口眾多的中國，因受限于農(nóng)藥的生產(chǎn)、使用現(xiàn)狀，年均發(fā)生的農(nóng)藥急性中毒事件多達(dá)數(shù) 萬起，可謂觸目驚心。根據(jù)國際“綠色和平”環(huán)保組織公布2010年3 · 15調(diào)查報(bào)告，在包括 華南地區(qū)超市取樣的83個蔬果樣品中，大多數(shù)都存在農(nóng)藥殘留超標(biāo)等問題。檢測結(jié)果發(fā) 現(xiàn)，在公眾寄予極大信任的超市購買的生鮮果蔬檢出含有危害較大的幾類農(nóng)藥混合殘留是 一個普遍問題，殘留中甚至包括國家已經(jīng)明令禁止生產(chǎn)或使用的農(nóng)藥，這些農(nóng)藥包括聯(lián)合 國糧農(nóng)組織建議不應(yīng)該在發(fā)展中國家使用的劇毒和高毒類農(nóng)藥。我國農(nóng)產(chǎn)品、食品生產(chǎn)企 業(yè)數(shù)量大、規(guī)模小、分散，且法治和自律意識很弱，而人口眾多，消費(fèi)人群和渠道也多，因而 構(gòu)成了食品安全問題多發(fā)。除了環(huán)保因素和生產(chǎn)條件的客觀因素外，大多源于對農(nóng)藥、獸 藥、添加劑等的違用、濫用?？刂妻r(nóng)產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一就是對農(nóng)產(chǎn)品中農(nóng)藥 殘留量及時、準(zhǔn)確地分析檢測，以監(jiān)控農(nóng)藥的合理使用，同時杜絕農(nóng)藥殘留物超標(biāo)的產(chǎn)品上 市銷售。農(nóng)藥殘留的測試方法，總體來說可以分為實(shí)驗(yàn)室常規(guī)測試方法和現(xiàn)場速測方法兩類。常規(guī)的實(shí)驗(yàn)室農(nóng)藥殘留分析測試方法有氣相色譜法(GC)，它是一種經(jīng)典適用的 分析方法，也是我國檢測有機(jī)磷農(nóng)藥殘留的國家標(biāo)準(zhǔn)方法。薄層色譜法(TLC)，氣相色譜一 質(zhì)譜法(GC-MS)，高效液相色譜法(HPLC)，液相色譜一質(zhì)譜法(LC-MS)，毛細(xì)管電泳法(CE) 等。這些常規(guī)的實(shí)驗(yàn)室農(nóng)藥殘留分析檢測方法的優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)確、多樣，但缺點(diǎn)是儀器投資大， 對操作人員的技術(shù)水平要求高，需要進(jìn)行復(fù)雜、繁瑣的前期制樣處理，檢測成本高，檢測時 間長等等，尤其是將上述分析儀器真正用于現(xiàn)場快速檢測的較少，給食品安全監(jiān)管部門對 農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后的監(jiān)督工作帶來了許多不便。僅靠上述一系列實(shí)驗(yàn)室檢測方法和儀 器是難于及時、快速而全面地從源頭監(jiān)控食品安全狀況的。實(shí)驗(yàn)室常規(guī)檢測農(nóng)殘的另外一 個優(yōu)點(diǎn)是能給出蔬菜、水果中農(nóng)藥殘留的定性、定量結(jié)果，提供法律仲裁依據(jù)。目前常規(guī)的現(xiàn)場速測方法主要有酶抑制法，它是用來檢測有機(jī)磷類和氨基甲酸酯 類農(nóng)藥的方法，是利用其在食品中殘留量的技術(shù)，因這兩類農(nóng)藥能夠抑制乙酰膽堿酯酶或 丁酰膽堿酯酶的活性，即當(dāng)上述兩類農(nóng)藥存在時，就會對酶產(chǎn)生抑制，使其活性下降，反應(yīng) 溶液的顏色就會有變化。因此，可根據(jù)顏色變化而得出有無農(nóng)藥殘留。這類速測方法具有 在短時間內(nèi)能夠檢測大量樣本、檢測成本低、對檢測人員技術(shù)水平要求不高、易于在基層 (如蔬菜、水果生產(chǎn)基地和批發(fā)市場等)推廣等特點(diǎn)，可部分滿足我國基層單位對水果和 蔬菜中農(nóng)藥殘留的檢測需要，但其檢測靈敏度不能滿足我國2005年和歐盟2004年頒布的食品中的農(nóng)藥殘留限量要求，難點(diǎn)歸結(jié)如下樣品基質(zhì)背景復(fù)雜、前處理過程繁瑣、殘留農(nóng) 藥為痕量濃度水平、分析儀器的檢測限低、儀器檢測靈敏度不夠，只限于有機(jī)磷和氨基甲酸 酯類農(nóng)藥的檢測，且不能給出定性、定量檢測結(jié)果，檢測只限普遍高于國際和國內(nèi)規(guī)定的農(nóng) 藥殘留限量標(biāo)準(zhǔn)值，因此不能作為法律仲裁依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
針 對現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室農(nóng)藥殘留分析檢測很難直接用于現(xiàn)場快速檢測；而常規(guī)的酶抑制 法雖可進(jìn)行現(xiàn)場速測，但卻只能對有機(jī)磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥進(jìn)行檢測，其它類農(nóng)藥則無 法檢測，同時，不能給出定性、定量檢測結(jié)果等問題，本發(fā)明提供一種能以農(nóng)殘揮發(fā)性氣體 或蒸汽為媒介，無需進(jìn)行預(yù)處理制樣，便能快速方便地在現(xiàn)場定性定量實(shí)時檢測農(nóng)藥殘留 的裝置。本發(fā)明提供的是這樣一種現(xiàn)場定性定量快速檢測農(nóng)藥殘留物的裝置，包括其上帶 進(jìn)氣口、出氣口及氣泵的腔體，其特征在于腔體內(nèi)設(shè)有與進(jìn)氣口連通的濾塵器，濾塵器與其 內(nèi)設(shè)有多極板的吸入式離子遷移測譜器連通，濾塵器還與其內(nèi)設(shè)有紫外燈、極化極板和收 集極的光離子化檢測器連通，光離子化檢測器與金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器連通，且吸 入式離子遷移測譜器的多極板、光離子化檢測器的收集極、金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器 的信號極、氣泵與中央控制處理器電連接。所述吸入式離子遷移測譜器包括其上帶進(jìn)氣口和出氣口的腔室，腔室內(nèi)設(shè)有帶輻 射源的離子化室，與離子化室連通的離子遷移槽，離子遷移槽上、下兩平行極板分別設(shè)有多 對電極對，在電極對上設(shè)有一組電隔離的檢測放大器，檢測放大器與中央控制處理器中的 單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集器電連接。所述光離子化檢測器包括其下部設(shè)窗口，上部設(shè)極化極板和收集極的光離子化 室，在所述該窗口對應(yīng)的腔體上設(shè)有真空紫外燈，光離子化室上部的收集極通過微電流放 大器與中央控制處理器中的單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集器電連接。所述金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器采用以三氧化鎢WO3為基礎(chǔ)的氣敏元件，和以 二氧化錫SnO2為基礎(chǔ)的氣敏元件，其信號級與中央控制處理器中的單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集器電 連接。所述中央控制處理器包括單片機(jī)，與單片機(jī)相連的電源控制器、模式識別數(shù)據(jù)庫、 存儲器、操作及顯示屏、通訊接口。本發(fā)明采用吸入式離子遷移測譜器、光離子化檢測器、金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳 感器這三種不同的氣體檢測技術(shù)，且以并行運(yùn)作方式分析農(nóng)藥殘留氣體，在同一平臺上集 成多個傳感器的互補(bǔ)，并充分發(fā)揮各技術(shù)之所長，比任何一種單一的傳感器能提供更高的 準(zhǔn)確性，減少誤報(bào)。吸入式離子遷移測譜技術(shù)和光離子化檢測技術(shù)的原理方法均類似于實(shí)驗(yàn)室常規(guī) 測試儀器的原理和方法，而又省卻了繁瑣復(fù)雜的前處理制樣，檢測靈敏度和精確度不輸于 實(shí)驗(yàn)室常規(guī)測試方法；與酶抑制農(nóng)殘速測法相比較，摒棄了所有對酶抑制農(nóng)殘速測法的干 擾影響因素，無須制樣就實(shí)現(xiàn)直接檢測；此法具備農(nóng)藥殘留高靈敏，快速度，現(xiàn)場實(shí)時檢測 的技術(shù)基礎(chǔ)。內(nèi)部氣泵吸入周圍的空氣提供給傳感器組，傳感器組中包括離子遷移譜槽(IMS)，一個光電離檢測器(PID)和陣列化的氣體傳感器(MOS)。該裝置能以農(nóng)殘揮發(fā)性氣體或蒸 汽為媒介，實(shí)現(xiàn)無需預(yù)處理制樣快速方便的現(xiàn)場實(shí)時檢測。技術(shù)性能優(yōu)于快速檢測的“酶抑 制法”國家標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)一種無需制樣，直接“聞、嗅”被測樣品即可確證的定性定量高度靈敏 的快速檢測器，實(shí)現(xiàn)有機(jī)類農(nóng)藥等有毒有害物質(zhì)微量痕量氣體的現(xiàn)場實(shí)時快速檢測分析， 儀器在循環(huán)使用和工作時具有極低的成本。采用IMS/M0S/PID三者整合集成將造就全新的 一代農(nóng)藥殘留定性定量檢測系列儀器。本 明基于下列技術(shù)1、離子遷移測譜法檢測技術(shù)離子遷移測譜檢測技術(shù)——IMS技術(shù)，具有在大氣壓下離子化，并且在周圍環(huán)境溫 度下對以空氣媒介產(chǎn)生的離子或離子簇的遷移率進(jìn)行分析。離子遷移譜由多個電場進(jìn)行測 量，其選擇性由離子的質(zhì)量和電荷兩個參數(shù)決定。流經(jīng)離子遷移槽的氣流是連續(xù)的。吸入 型IMS被歸類于開放回路IMS (open loop IMS)，其特性和設(shè)備與已經(jīng)認(rèn)可的技術(shù)如質(zhì)譜 分析法(MS)或氣相色譜/質(zhì)譜分析法(GC/MS)比較，IMS內(nèi)在的特性(極佳的檢測范圍) 和實(shí)用的考慮(尺寸、重量和電源標(biāo)準(zhǔn))使它形成一股研發(fā)應(yīng)用的熱潮。在檢測樣氣進(jìn)入 儀器時，在輻射源危害較小的241Am α輻射源的激化下產(chǎn)生離子和電子，形成離子流。在氣 流和電場的共同作用下，離子流在離子遷移槽的不同空間顯示對應(yīng)相關(guān)物質(zhì)的離子遷移指 紋譜信號，這些“指紋譜信號”與目標(biāo)物之間具有唯一性和可重復(fù)性，將檢測到的“指紋譜” 信號與儀器中預(yù)先存儲的標(biāo)準(zhǔn)譜進(jìn)行模式識別和計(jì)算后，即可判明現(xiàn)場物質(zhì)氣體的種類、 性質(zhì)和概略濃度值。IMS技術(shù)中檢測器對大氣環(huán)境進(jìn)行連續(xù)不斷的采樣，氣體樣本被中轉(zhuǎn)氣泵以每分 鐘1 2L的流動速率吸入檢測器，在離子化之后，產(chǎn)生的離子流連續(xù)流動進(jìn)入一個槽狀正 交電場，在此電場中，離子流隨質(zhì)荷比不同產(chǎn)生偏斜并被多電極對分別收集。離子流質(zhì)荷 比較低時具有較高的遷移率，與離子流質(zhì)荷比較高時的遷移速率相比快許多。16通道的離 子遷移槽模塊通過電極間的多級電場分離電離化的樣品成分，樣品成分是根據(jù)離子團(tuán)的質(zhì) 量、帶電量、親和力在多級電場中得到分離。通過16通道離子遷移槽處理后，每一種需要分 析的化學(xué)成分都有其特定的‘指紋’圖譜。通常，在信道中的輸出包含有離子遷移率和離子 極性的信息。在所有個體的總信道中通常能給出一個IMS響應(yīng)的實(shí)時概略值。離子遷移測 譜法由控制和兩個時序過程所組成。這就是a)在大氣壓下的空氣中氣體狀態(tài)的電離通過碰撞實(shí)現(xiàn)交換或離子——分子反應(yīng)b)離子的鑒定是在一個微弱電場中氣體狀態(tài)離子流的遷移，IMS利用化學(xué)分離作 為其基礎(chǔ)形式。該吸入式檢測器非常靈敏，響應(yīng)速度快，且結(jié)構(gòu)簡單。對于終端用戶而言，可靠、使 用方便和低周期成本等優(yōu)點(diǎn)是該傳感器的優(yōu)勢。2、光離子化檢測器技術(shù)光離子化檢測技術(shù)——PID技術(shù)的工作同樣基于電化學(xué)的原理。即，物質(zhì)分子可 帶上正負(fù)電荷，從而可形成電流。通常認(rèn)為PID的響應(yīng)機(jī)理是電離電位等于或小于光能量 的化合物在氣相中發(fā)出光電離。不同化合物的離子化需要不同的能量，使特定的化合物電 離的能量大小稱為該物質(zhì)的電離電位(IP)，以電子伏特(eV)來量度。紫外燈光源發(fā)出一定 波長的光子流，經(jīng)窗口射入電離室，若載氣分子的電離電位高于光能量，則不被電離。當(dāng)電離電位等于或小于光能量的組分進(jìn)入電離室，即發(fā)生直接或間接光電離。PID技術(shù)可以準(zhǔn)確測量Ippb (10_9)到IOOOOppm (10_2)的易揮發(fā)有機(jī)化合物(簡稱V0C)和其它有毒氣體的濃度，是一種高度靈敏的廣譜檢測器，它可以檢測絕大多數(shù)的揮發(fā) 性有機(jī)化合物和其它農(nóng)藥殘留的濃度；但PID不能提供定性的信息，它是一種小巧的、連續(xù) 測量的檢測器，以輔助完成相應(yīng)物質(zhì)的定量檢測。光離子化一個最顯著的特點(diǎn)就是氣體被檢測后，離子重新復(fù)合成原來的氣體和蒸 氣，即它是不具破壞性的檢測器。通俗說，PID就是一臺沒有色譜柱的便攜式色譜。光離子化檢測器使用具有特定電離能(如10. 6eV)的真空紫外燈產(chǎn)生紫外光源， 在電離室內(nèi)對氣體分子進(jìn)行轟擊，把氣體中含有的有機(jī)物分子電離擊碎成帶正電的離子和 帶負(fù)電的電子，在極化極板的電場作用下，離子和電子向極板撞擊，從而形成可被檢測到的 微弱離子電流。這些離子電流信號被收集極采集送微電流放大器放大后直接送入單片機(jī)的 數(shù)據(jù)采集口，通過分析控制平臺對測量結(jié)果進(jìn)行分析和處理。具體電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，主 要由紫外燈、光離子化室、微電流放大器和數(shù)據(jù)采集等幾部分組成。其檢測靈敏度較IMS技 術(shù)提升約一個數(shù)量級，其體積小巧，重量輕，響應(yīng)速度快(數(shù)秒極)，泵吸式操作，檢測種類 多(可檢測大多數(shù)的易揮發(fā)的有機(jī)化合物)，檢測范圍寬(從lppb-1000ppm)，檢測數(shù)據(jù)準(zhǔn) 確(測量精度優(yōu)于10% )，實(shí)時檢測，操作方便可靠，由于可以檢測極低濃度的揮發(fā)性有機(jī) 化合物和其它有毒氣體，因而對揮發(fā)性有機(jī)化合物檢測具有極高靈敏度的PID在農(nóng)藥殘留 的各類處理中有著無法比擬的優(yōu)越性。3、金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器技術(shù)金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器由以WO3 (三氧化鎢)和SnO2 ( 二氧化錫)為基礎(chǔ)的 氣體敏感層；金屬氧化物半導(dǎo)體檢測池的表面吸附樣品氣體分子后，可以改變其電阻值。產(chǎn) 生的電阻值變化弓丨起該傳感器信號輸出的變化。以WO3為基礎(chǔ)的MOS微型氣體傳感器在半導(dǎo)體氣體傳感器中，以WO3為基礎(chǔ)的MOS 微氣體傳感器，對有機(jī)硫化物和有毒的硫醇具有極好的靈敏度。對含磷毒劑具有最高的靈 敏度，對高度揮發(fā)性的有機(jī)干擾物最低值的響應(yīng)具非常好的選擇性和快速響應(yīng)，快速恢復(fù) 和低的漂移。用于診斷和濃度監(jiān)測。以SnO2為基礎(chǔ)的MOS微型氣體傳感器在半導(dǎo)體氣體傳感器中，以SnO2為基礎(chǔ)的 MOS微氣體傳感器是針對碳酰氯類有機(jī)合成原料具最靈敏和最具選擇性的傳感器。其官能 度能夠藉由不同的氣體敏感原料制成。增加的半導(dǎo)體氣體傳感器數(shù)量或更換這些現(xiàn)有傳感器其中一種的研究焦點(diǎn)是改 善檢測器在檢測和辨識化學(xué)物質(zhì)的性能。這種功能加載在檢測器的IMS和PID傳感器模塊 中，與半導(dǎo)體傳感器及軟件數(shù)據(jù)庫結(jié)合，對于各種有害化學(xué)物質(zhì)所造成的危害事故，檢測器 都可進(jìn)行事前和事后的快速化學(xué)檢測和識別的第一手分析。4、軟件配置農(nóng)藥殘留快速檢測器內(nèi)置簡單易用的分析軟件，可自動識別目標(biāo)化合物。由于農(nóng)藥殘留快速檢測器整合了溫度，濕度，壓強(qiáng)和流量傳感器，采用了經(jīng)考驗(yàn)獲 得認(rèn)可的識別算法，使儀器裝置具有高精確度和自診斷功能，適應(yīng)戶外條件的變更和較小 誤動作的補(bǔ)償。各傳感器產(chǎn)生的信號經(jīng)由信號處理算法進(jìn)行計(jì)算，該算法利用了學(xué)習(xí)矢量量化網(wǎng)絡(luò)和“模糊邏輯”技術(shù)的決策功能。這種智能化的信號處理系統(tǒng)大大提高了檢測的準(zhǔn)確性 和抗干擾能力。開放式數(shù)據(jù)庫可添加新的待檢測物質(zhì)。整合集成采用IMS/M0S/PID合成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥殘留等有毒有害物質(zhì)痕量氣體的 現(xiàn)場定性定量分析，這種集成創(chuàng)新的結(jié)合將成就頗具市場潛力的新一代現(xiàn)場農(nóng)藥殘留檢測
ο5、農(nóng)藥殘留檢測原理農(nóng)藥殘留快速檢測器主要針對有機(jī)合成化學(xué)農(nóng)藥，該類農(nóng)藥由人工研制合成，并 由化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的一類農(nóng)藥，其品種繁多(常用的約300種)應(yīng)用范圍廣，藥效高。其農(nóng)藥 殘留按化學(xué)結(jié)構(gòu)主要可分為有機(jī)磷(膦)，氨基甲酸酯、擬除蟲菊酯、有機(jī)氯化合物等四大 類。其中，有機(jī)磷農(nóng)藥由于其藥效高、毒性大、易于被降解、廣譜性等特點(diǎn)，成為目前農(nóng)藥生 產(chǎn)中噸位最大的品種。有機(jī)磷殺蟲劑是目前國內(nèi)外生產(chǎn)和使用最多的農(nóng)藥品種，約占農(nóng)藥 主體的70%。有機(jī)磷農(nóng)藥的一般通式可表示為二(有機(jī)磷農(nóng)藥結(jié)構(gòu)通式)。式中X為?；?，是多種具酸性化合物的負(fù)離子，X常見的形式為“-OR”或“-SR”， 其中R為較復(fù)雜的或帶有取代基的烴基及雜環(huán)基。?；怯袡C(jī)磷農(nóng)藥分子中的酸性基團(tuán)， “P-X”鍵為酸酐鍵。Rl常見的是烷氧基，R2常見的是烷氧基、烷胺基、氨基、烴基等。成品 有敵敵畏，甲胺磷，乙酰甲胺磷，樂果，氧化樂果，對硫磷，甲基對硫磷等。其它類農(nóng)藥與其相似，各有其結(jié)構(gòu)通式，本發(fā)明專利即以有機(jī)磷(膦)，氨基甲酸 酯、擬除蟲菊酯、有機(jī)氯化合物四大類農(nóng)藥劃分為四個數(shù)據(jù)庫。6、吸入式離子遷移測譜法技術(shù)運(yùn)作方式開啟電源儀器自檢進(jìn)入“待機(jī)”測試狀態(tài)后，將待檢測的蔬菜、瓜果等物品置于儀 器進(jìn)氣口處，以“聞、嗅”的采樣方式將樣氣吸入濾塵室內(nèi)，過濾后依次吸入離子化室，在危 害較小的241Ama輻射源的激化下樣氣被離子化實(shí)現(xiàn)離子一分子反應(yīng)而產(chǎn)生離子流。離子 流進(jìn)入兩平行板極之間的離子遷移槽，在與離子流垂直的低壓電場作用下，離子流在離子 遷移槽中因質(zhì)荷比不同而產(chǎn)生不同的運(yùn)動速度，致使離子流產(chǎn)生偏斜，流過一定的距離后， 在電場的作用下最終到達(dá)處于地電位的電極對極板上；在極板上排列一組電隔離的檢測放 大器，分別記錄撞擊在其上面的離子數(shù)量，從而在不同的電極對上顯示出對應(yīng)物質(zhì)的離子 遷移指紋譜信號，這些“指紋譜信號”與目標(biāo)物之間具有唯一性和可重復(fù)性，通過電極對采 集這些“指紋譜”信號，并將所采集的“指紋譜”信號輸送到信號處理器。該吸入式離子遷 移測譜法技術(shù)不設(shè)離子?xùn)砰T，整個氣路系統(tǒng)處于開放狀態(tài)，離子的表征過程連續(xù)進(jìn)行，所有 遷移中的離子亦被連續(xù)記錄下來，因此離子的利用率很高。7、光離子化檢測器技術(shù)特性及運(yùn)作方式PID技術(shù)在農(nóng)殘檢測領(lǐng)域的廣泛用途類似于IMS傳感器。PID工作在10. 6eV存在 的電離電壓(IP)，低于光電離紫外燈能量時進(jìn)行連續(xù)不斷的檢測。由于PID賦予的響應(yīng)特 性以及高線性度，在連續(xù)不斷大氣監(jiān)測的初步鑒定后，它可量化采樣氣體的水平。即使有些 樣氣的電離電壓(IP)超過10. 6eV而導(dǎo)致PID技術(shù)不能檢測，而IMS和/或MOS陣列的響 應(yīng)也能提供檢測能力。
如果采用PID技術(shù)能夠有效的檢測農(nóng)藥殘留，即意味著它的電離電壓(IP)不到 10. 6eV，其絕對濃度也將顯示告知(單位采用十億分之一，即ppb值)。此外，農(nóng)藥殘留的定 量鑒別將會連續(xù)不斷地進(jìn)行，直到用戶選擇停止分析和對該單元進(jìn)行清污處理。8、金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器運(yùn)作方式對于檢測存在的一種低濃度的氣體之前，在MOS陣列中每個傳感器都是一個非特 定單元。然而，在檢測器中的MOS陣列的運(yùn)作方式對某種感興趣的農(nóng)藥殘留產(chǎn)生一種半明 確的信號模式。當(dāng)儀器采樣時，MOS腔體的閥門是打開的，陣列進(jìn)行有效的檢測。當(dāng)一種氣 體檢測后，閥門關(guān)閉并且傳感器陣列模式對之進(jìn)行分析。進(jìn)入下次識別時，閥門重新開放， 陣列清污干凈進(jìn)入下一輪采樣。檢測器采用模塊化結(jié)構(gòu)形式組成，主要由電源(含鋰離子電池組、AC外接電源和 DC外接電源接口組成)、檢測單元(含吸入式開放回路離子遷移譜傳感器、光離子化檢測 器和厚膜型金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器陣列)、分析控制平臺(含CPU單片機(jī)、模式識別 數(shù)據(jù)庫、鍵盤和存儲器)、溫濕度傳感器、雙通道氣路系統(tǒng)、聲(微型揚(yáng)聲器)屏(0LED顯示 屏)報(bào)警顯示、RS232或RS485通訊接口等及附件組成。主要探測由人工研制合成的有機(jī) 合成化學(xué)農(nóng)藥，按其農(nóng)藥殘留化學(xué)結(jié)構(gòu)成分，如有機(jī)磷(膦)，氨基甲酸酯、擬除蟲菊酯、有 機(jī)氯化合物等四個大類編庫，不需要前期復(fù)雜繁瑣的預(yù)處理制樣過程，以“聞、嗅”的采樣方 式直接實(shí)現(xiàn)對蔬菜瓜果等物品農(nóng)藥殘留的微量或痕量揮發(fā)性氣體或蒸氣的辨識，超出閾值 實(shí)現(xiàn)語音和屏幕顯示報(bào)警。檢測器單手握持操作，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、功耗低、 靈敏度高(最高達(dá)lppb)、分析時間快、以及大氣壓力下工作等特點(diǎn)；探測結(jié)果自動存儲后 通過通訊接口連接相應(yīng)設(shè)備可觀測分析、可打印。整機(jī)價位適宜，除了濾塵器外不用其它消 耗品，檢測消耗成本幾乎可以忽略，方便用于蔬菜水果批發(fā)市場、農(nóng)貿(mào)市場或超市、田間地 頭等現(xiàn)場檢測。操作不需專業(yè)人員及專業(yè)培訓(xùn)，僅需常規(guī)培訓(xùn)即可正常操作儀器進(jìn)行檢測。本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)和效果采用上述方案，可方便、快捷、準(zhǔn)確地對吸入的被檢 測物的氣體實(shí)時進(jìn)行檢測，即時可獲得被檢物成分、濃度值，無需進(jìn)行預(yù)處理制樣，尤其在 檢測農(nóng)藥殘留時，只需要簡單地將待檢測的蔬菜、瓜果等物品置于本發(fā)明裝置的進(jìn)氣口處， 以“聞、嗅”的氣體采樣方式將樣氣吸入，即可從顯示屏得出農(nóng)藥殘留成分及殘留量，為上市 食品安全提供快速、可靠、有效的保障，杜絕農(nóng)藥殘留物超標(biāo)食品上市銷售，保障人們的身 體健康。本發(fā)明不僅可檢測農(nóng)藥殘留，還可對有毒有害物質(zhì)的痕量氣體進(jìn)行有效、快速檢 測，因此其適應(yīng)范圍非常廣，操作極為簡單，攜帶方便，能夠連續(xù)檢測，是一種頗具市場潛力 的新一代現(xiàn)場農(nóng)藥殘留檢測器。


圖1為本發(fā)明之結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明之原理框圖；圖3為本發(fā)明之操作流程示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。本發(fā)明提供的現(xiàn)場定性定量快速檢測農(nóng)藥殘留的裝置，包括外部標(biāo)志有氣流通、
8斷明顯標(biāo)記的防雨罩1，以便在陰雨天氣依然能夠有效操作，同時在儀器非工作狀態(tài)下對儀 器內(nèi)部實(shí)施有效防護(hù)。檢測氣體從防雨罩1側(cè)進(jìn)入其上帶進(jìn)氣口 2和出氣口 21的強(qiáng)化型 ABS工程塑料塑壓制成的腔體36，腔體36內(nèi)設(shè)有與進(jìn)氣口 2連通的流動測量和調(diào)節(jié)器3以 控制樣氣和清潔環(huán)境下氣體的流入量，流動測量和調(diào)節(jié)器3與其后的濾塵器4連通，濾塵器 4具有濾除灰塵及部分水汽的雙氣路出口，其中一氣路出口與吸入式離子遷移測譜器連通， 所述吸入式離子遷移測譜器包括其上帶進(jìn)氣口和出氣口的空腔，空腔的進(jìn)氣口與濾塵器4 連通，空腔出氣口與氣泵17連通，空腔內(nèi)設(shè)有帶輻射源9的離子化室8，離子化室8與離子 遷移槽13連通，離子遷移槽13上、下兩側(cè)分別設(shè)有由多對電極對22組成的平行極板，位于 下側(cè)的低電位極板上設(shè)有電隔離的檢測放大器23，檢測放大器23與單片機(jī)12的數(shù)據(jù)采集 器電連接；被測樣氣在241Am α輻射源9的激化下被離子化而產(chǎn)生離子流，離子流進(jìn)入平行 板極之間的離子遷移槽13，在與氣流處于垂直狀態(tài)的低壓電場15的共同作用下，離子流在 離子遷移槽13中因質(zhì)荷比不同而產(chǎn)生不同的運(yùn)動速度，致使離子流產(chǎn)生偏斜，經(jīng)過一定的 距離后，在電場15的作用下最終到達(dá)處于低電位的電極對22極板上；在極板上排列一組電 隔離的檢測放大器23，分別記錄撞擊在其上面的離子數(shù)量，從而在不同的電極對22上顯示 出對應(yīng)物質(zhì)的離子遷移指紋譜信號，這些“指紋譜信號”與目標(biāo)物之間具有唯一性和可重復(fù) 性，通過電極對22采集并經(jīng)檢測放大器23放大的這些“指紋譜”信號輸送到單片機(jī)12的 數(shù)據(jù)采集口，通過分析控制平臺對測量結(jié)果進(jìn)行分析和處理；濾塵器4的另一氣路出口 35 通過溫度傳感器34、三通電磁閥33與光離子化室32連通，光離子化室32下部設(shè)一窗口，與 該窗口對應(yīng)的腔體36上設(shè)有真空紫外燈31，光離子化室32上部設(shè)有極化極板30和收集 極29，收集極29通過微電流放大器28與單片機(jī)12的數(shù)據(jù)采集器電連接；被測樣氣經(jīng)溫度 傳感器34先檢測溫度值，再通過三通電磁閥33后進(jìn)入光離子化室32，在光離子化室32窗 口外的真空紫外燈31產(chǎn)生的紫外光源轟擊下，把光離子化室32氣體中含有的有機(jī)物分子 電離擊碎成帶正電的離子和帶負(fù)電的電子，在極化極板30的電場作用下，離子和電子向極 板撞擊，從而形成可被檢測到的微弱離子電流，這些離子電流信號被收集極29采集送微電 流放大器28放大后直接送入單片機(jī)12的數(shù)據(jù)采集口，通過分析控制平臺對測量結(jié)果進(jìn)行 分析和處理；經(jīng)光離子化檢測器檢測后的離子流重新復(fù)合為原先的氣體和蒸汽后進(jìn)入設(shè)有 金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器陣列27、26，所述金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器采用以三氧 化鎢WO3為基礎(chǔ)的氣敏元件27，和以二氧化錫SnO2為基礎(chǔ)的氣敏元件26，所述溫度傳感器 34、金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器27、26和濕度傳感器25采集的信號均送入單片機(jī)12的 數(shù)據(jù)采集口，通過分析控制平臺對測量結(jié)果進(jìn)行分析和處理。其中，電磁閥33在檢測狀態(tài) 時“樣氣”通，在吹掃清洗狀態(tài)時“清潔氣”通的一種內(nèi)循環(huán)狀態(tài)，以促使氣路系統(tǒng)恢復(fù)正常 進(jìn)入“待機(jī)”檢測狀態(tài)，兩路氣體匯合后由氣泵17通過排氣口 21排出；
本發(fā)明裝置采用模塊化結(jié)構(gòu)組成，分析控制平臺裝置在儀器上部，為儀器的控制 中樞，由單片機(jī)12、模式識別數(shù)據(jù)庫14、鍵盤10和存儲器16組成。所有的信息送單片機(jī)12 辨識，與模式識別數(shù)據(jù)庫14預(yù)存數(shù)據(jù)對比、識別等數(shù)據(jù)處理后，若檢測濃度超預(yù)先設(shè)定的 閾值，一路進(jìn)入存儲器16儲存，另一路通過鍵盤顯示控制器5驅(qū)動微型揚(yáng)聲器6發(fā)出語音 報(bào)警和顯示屏7直接顯示所屬農(nóng)藥殘留的定性名稱及測量精度優(yōu)于10%的濃度值等參數(shù)。 存儲器16儲存數(shù)據(jù)可通過鍵盤10的操作在本裝置顯示屏7上查閱或通過通訊接口 18傳 輸?shù)酵獠垦b置上分析或打印。電源模塊安置在儀器下部，由鋰離子電池24、外接電源通過適配器的AC220V，50Hz接口 19或DC24V野外車載接口 20組成，如圖1、圖2。
工作時將防雨罩1旋轉(zhuǎn)一定角度實(shí)現(xiàn)氣路貫通，開啟電源開關(guān)11，觀察顯示屏7 待系統(tǒng)自檢氣流穩(wěn)定后通過鍵盤10選擇菜單，使用信號檢查器模擬測試，待“恢復(fù)”進(jìn)入待 機(jī)測試狀態(tài)后將被檢測的蔬菜、瓜果等物品置于防雨罩1側(cè)進(jìn)氣口 2處，即以“聞、嗅”的氣 體采樣方式將蔬菜、瓜果表面的氣體吸入經(jīng)濾塵器4過濾塵埃及部分水汽后同時進(jìn)入兩路 通道，其中一路吸入離子化室8，在危害較小的241Am α輻射源9的激化下樣氣流被離子化而 產(chǎn)生離子流，離子流吸入離子遷移槽13中，在設(shè)置的低壓電場作用下，離子流在離子遷移 室13中因質(zhì)荷比不同而產(chǎn)生偏斜，經(jīng)電極對22收集，經(jīng)各自獨(dú)立的檢測放大器23放大處 理，從而在不同的電極對上顯示出對應(yīng)物質(zhì)的離子遷移指紋譜信號，將這些“指紋譜”信號 送分析控制平臺進(jìn)行識別和計(jì)算后，即可得出被檢氣體的種類、性質(zhì)和概略濃度值；同時再 參考以第二個氣路出口 35的樣氣經(jīng)溫度傳感器34檢測溫度值，在檢測階段通過三通電磁 閥33后進(jìn)入光離子化室32，在真空紫外燈31產(chǎn)生的紫外光源轟擊下，電離室32內(nèi)把氣體 中含有的有機(jī)物分子電離擊碎成帶正電的離子和帶負(fù)電的電子，在極化極板30的電場作 用下，離子和電子向極板撞擊，從而形成可被檢測到的微弱離子電流；這些離子電流信號被 收集極29采集送微電流放大器28放大后即得出較精確的定量值，送入單片機(jī)12的數(shù)據(jù)采 集口，通過分析控制平臺對測量結(jié)果進(jìn)行分析和處理；經(jīng)收集三氧化鎢WO3氣體傳感器27 和二氧化錫SnO2氣體傳感器26的測試數(shù)據(jù)后，送單片機(jī)12的數(shù)據(jù)采集口 ；經(jīng)對三類傳感 器的比較辨識，并與模式識別數(shù)據(jù)庫13預(yù)存數(shù)據(jù)對比、匹配等數(shù)據(jù)處理后，即可得出被檢 氣體的種類、性質(zhì)和較精確的濃度值；從而實(shí)現(xiàn)定性定量檢測蔬菜、瓜果表面農(nóng)藥殘留成分 及殘留量。操作步驟詳見圖3。
權(quán)利要求
1.一種現(xiàn)場定性定量快速檢測農(nóng)藥殘留物的裝置，包括其上帶進(jìn)氣口、出氣口及氣泵 的腔體，其特征在于腔體內(nèi)設(shè)有與進(jìn)氣口連通的濾塵器，濾塵器與其內(nèi)設(shè)有多極板的吸入 式離子遷移測譜器連通，濾塵器還與其內(nèi)設(shè)有紫外燈、極化極板和收集極的光離子化檢測 器連通，光離子化檢測器與金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器連通，且吸入式離子遷移測譜器 的多極板、光離子化檢測器的收集極、金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器的信號極、氣泵與中央 控制處理器電連接。
2.如權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場定性定量快速檢測農(nóng)藥殘留物的裝置，其特征在于所述 吸入式離子遷移測譜器包括其上帶進(jìn)氣口和出氣口的腔室，腔室內(nèi)設(shè)有帶輻射源的離子化 室，與離子化室連通的離子遷移槽，離子遷移槽上、下兩平行極板分別設(shè)有多對電極對，在 電極對上設(shè)有一組電隔離的檢測放大器，檢測放大器與中央控制處理器中的單片機(jī)的數(shù)據(jù) 采集器電連接。
3.如權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場定性定量快速檢測農(nóng)藥殘留物的裝置，其特征在于所述光 離子化檢測器包括其下部設(shè)窗口，上部設(shè)極化極板和收集極的光離子化室，在所述該窗口 對應(yīng)的腔體上設(shè)有真空紫外燈，光離子化室上部的收集極通過微電流放大器與中央控制處 理器中的單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集器電連接。
4.如權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場定性定量快速檢測農(nóng)藥殘留物的裝置，其特征在于所述金 屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器為WO3氣敏元件和Sr^2氣敏元件，兩元件的信號級與中央控制 處理器中的單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集器電連接。
5.如權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場定性定量快速檢測農(nóng)藥殘留物的裝置，其特征在于所述中 央控制處理器包括單片機(jī)，與單片機(jī)相連的電源控制器、模式識別數(shù)據(jù)庫、存儲器、操作及 顯示屏、通訊接口。
全文摘要
本發(fā)明提供一種現(xiàn)場定性定量快速檢測農(nóng)藥殘留物的裝置，包括其上帶進(jìn)氣口、出氣口及氣泵的腔體，其特征在于腔體內(nèi)設(shè)有與進(jìn)氣口連通的濾塵器，濾塵器與其內(nèi)設(shè)有多極板的吸入式離子遷移測譜器連通，濾塵器還與其內(nèi)設(shè)有紫外燈、極化極板和收集極的光離子化檢測器連通，光離子化檢測器與金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器連通，且吸入式離子遷移測譜器的多極板、光離子化檢測器的收集極、金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器的信號極、氣泵與中央控制處理器電連接。以“聞、嗅”的方式，將蔬菜、瓜果等物品上的農(nóng)藥殘留樣氣吸入，無需進(jìn)行預(yù)處理制樣，即可方便、快捷、準(zhǔn)確地對吸入的被檢測物的氣體實(shí)時進(jìn)行檢測，獲得被檢物成分、濃度值，為上市食品安全提供快速、可靠、有效的保障，另外對有毒有害物質(zhì)的痕量氣體也可有效、快速檢測。
文檔編號G01N27/66GK102128877SQ20101055472
公開日2011年7月20日 申請日期2010年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月23日
發(fā)明者張建紅, 徐華偉, 揚(yáng)飛, 李德和, 杜勁波, 馬黎 申請人:云南無線電有限公司