手持式農(nóng)藥殘留速測儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種體積小，重量輕，便于攜帶，檢測速度快，操作簡單，適用于現(xiàn)場實時檢測的手持式農(nóng)藥殘留速測儀。速測儀為：單色光源產(chǎn)生的單色光經(jīng)半透半反鏡分為兩部分，一部分光直接照射到光電傳感器，另一部分光穿過裝有待測溶液的比色池到達光電傳感器，兩個光電傳感器所接收到的信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，輸入單片機系統(tǒng)處理后輸出。采用雙光電檢測電路，避免了光源的光強變化所造成的影響，提高了儀器的穩(wěn)定性和準確性。本速測儀可以直接顯示農(nóng)藥殘留毒性程度和抑制率，特別適合現(xiàn)場快速篩選和半定量測定的需要。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及到一種農(nóng)藥殘留檢測儀，尤其是適合現(xiàn)場快速檢測有機磷和氨基 甲酸酯類農(nóng)藥的便攜式檢測儀器。 手持式農(nóng)藥殘留速測儀

【背景技術(shù)】
[0002] 我國作為農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)藥的年總產(chǎn)量和消費量已超過30萬噸，位于世界前列。有 機磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥是我國目前使用量最大的農(nóng)藥，占農(nóng)藥使用量的70%，且多噴灑 在蔬菜、瓜果的表面，很容易通過食物被人體攝入。高含量的有機磷農(nóng)藥可導致急性中毒事 件，低濃度農(nóng)藥長期攝入也會引起神經(jīng)傳導阻礙、神經(jīng)麻痹乃至死亡。
[0003] 目前農(nóng)藥殘留定量分析一般采用色譜分析法及質(zhì)譜聯(lián)用等方法，這些方法預處理 較為煩瑣，測試時間較長，且使用實驗室昂貴的大型分析儀器，依靠專業(yè)技術(shù)人員完成分析 工作。農(nóng)藥殘留毒性的檢測一般使用酶抑制率法，使用的儀器一般是分光光度計，并且需要 使用恒溫裝置（恒溫箱或恒溫水浴鍋），設(shè)備體積龐大，需要220V供電，分析操作復雜，需要 經(jīng)過取樣、顯色、測定、校正、計算等步驟，并且要由專業(yè)技術(shù)人員在實驗室中完成，因此，不 能滿足現(xiàn)場和野外快速分析的需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有農(nóng)藥殘留檢測儀的不足，本實用新型為人們提供了一種體積小，重 量輕，便于攜帶，檢測速度快，操作簡單，適用于現(xiàn)場實時檢測的手持式農(nóng)藥殘留速測儀， 并可以直接顯示農(nóng)藥殘留毒性程度和抑制率，特別適合于現(xiàn)場快速篩選或半定量測定的需 要。
[0005] 它包括單片機系統(tǒng)和光電檢測系統(tǒng)，采用鋰電池作為電源；
[0006] 單片機系統(tǒng)包括單片機、顯示屏和按鍵、接口電路、實時時鐘和數(shù)據(jù)存儲電路；
[0007] 光電檢測系統(tǒng)主要由單色光源、半透半反鏡、比色池、光電傳感器和A / D轉(zhuǎn)換器 構(gòu)成；
[0008] 單色光源產(chǎn)生的單色光經(jīng)過一個半透半反鏡，一部分光束直接透過到達光電傳感 器，另一部分光束反射到達比色池穿出后照到另一個光電傳感器，兩個光電傳感器所接收 到的信號經(jīng)過A / D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入單片機處理后輸出。
[0009] 其特征在于：
[0010] 所述的光電檢測系統(tǒng)依次安放有單色光源9、聚光透鏡10、狹縫11、濾光片12、半 透半反鏡13、比色池1和光電傳感器14,并且它們各自之間的距離保持一個固定值，比色池 1是一個暗室結(jié)構(gòu)；
[0011] 所述的光源是由高亮度窄帶寬的發(fā)光二極管發(fā)出中心波長412±2nm的光；
[0012] 所述的光電檢測電路為雙光電管檢測電路，光源處和樣品池后分別有一個光電傳 感器，兩個光電傳感器所接收到的信號傳入A / D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入單片機系統(tǒng) 處理后輸出；
[0013] 所述的速測儀采用鋰電池供電，配備USB數(shù)據(jù)端口既可以用來充電也可以用來進 行數(shù)據(jù)傳輸；
[0014] 所述的速測儀外殼上有三個按鍵，電源鍵、空白鍵和測量鍵，所述的按鍵與單片機 連接；
[0015] 所述的單片機采用STM32103C8。
[0016] 本實用新型基于國家標準酶抑制率法，利用有機磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥對乙酰膽 堿酯酶活性的抑制作用，通過檢測酶活性被抑制的程度，判斷瓜果、蔬菜中有機磷和氨基甲 酸酯類農(nóng)藥的殘留情況。以乙酰膽堿為底物，在乙酰膽堿酯酶（ACHE)的作用下，乙酰膽堿 水解成膽堿和乙酸，膽堿和顯色劑二硫雙對硝基苯甲酸（DNTB)會產(chǎn)生顯色反應，使反應液 成黃色，在412nm波長處有最大吸收峰。
[0017] 根據(jù)酶促反應動力學原理，在沒有有機磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥存在時，底物在酶 的催化作用下發(fā)生水解，水解底物與顯色劑發(fā)生顯色反應，反應速率可以用吸光度值隨時 間的變化率來表示。當有機磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥加入到酶的顯色體系中時，農(nóng)藥抑制了 酶的活性，影響顯色體系的反應速度。有機磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥對酶活性的抑制程度可 用抑制率I %表示：
[0018] 抑制率（1% ) = [(AA0-AAt) / ΛΑο] X100%
[0019] ΛΑο :對照樣品反應3min吸光度的變化值；
[0020] Λ At :樣品溶液反應3min吸光度的變化值。
[0021] 當酶完全水解底物乙酰膽堿時，測定溶液顯黃色，其抑制率為0% ;當酶活性被農(nóng) 藥抑制而部分水解乙酰膽堿時，測定溶液顯淡黃色，出現(xiàn)相應的抑制百分率，當酶完全被農(nóng) 藥抑制，測定溶液顯無色，抑制率為100 %，這樣就可以建立起農(nóng)藥殘留量與酶活性抑制率 之間的關(guān)系。因而可以通過測定抑制率的大小來顯示農(nóng)藥殘留的毒性程度。
[0022] 由于待測溶液在檢測過程中需要在37°C保溫一段時間，因此用本儀器來檢測農(nóng)藥 時可以使用專門為本儀器設(shè)計的便攜式恒溫箱來完成保溫操作。關(guān)于便攜式恒溫箱的具體 說明，在《一種農(nóng)殘檢測專用便攜式恒溫箱》專利中會有詳細介紹。
[0023] 本實用新型的有益效果如下：
[0024] 1.以高亮度窄帶寬的特定波長發(fā)光二極管為光源，同時增加聚光透鏡，狹縫，濾光 片這些光路元件，確保獲得精準的光路；
[0025] 2.采用半透半反鏡將光束分為兩部分，既利于操作又能夠縮小儀器的空間；
[0026] 3.雙光電檢測電路的設(shè)計，避免了光源的光強變化所造成的影響，提高了儀器的 穩(wěn)定性和準確性；
[0027] 4.以可充電鋰電池為電源，便于攜帶和現(xiàn)場使用。
[0028] 綜上所述，本實用新型體積小巧，結(jié)構(gòu)簡單、檢測快速、方便攜帶，適用于果蔬中有 機磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥的現(xiàn)場快速檢測。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029] 圖1為本實用新型一個實施例的原理框圖；
[0030] 圖2為本實用新型實施例的外觀示意圖；
[0031] 圖3為本實用新型實施例的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032] 圖4為本實用新型實施例的光源、電源、按鍵和USB端口電路圖。
[0033] 圖5為控制、顯示電路圖。

【具體實施方式】
[0034] 下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細說明。
[0035] 參閱圖1所示，為本實用新型實施例的原理框圖。其中包括單片機系統(tǒng)和光電檢 測系統(tǒng)。單片機系統(tǒng)包括單片機、顯示屏和按鍵、接口電路、實時時鐘和數(shù)據(jù)存儲電路；光電 檢測系統(tǒng)主要由單色光源、半透半反鏡、比色池、光電傳感器和A / D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。
[0036] 參閱圖2所示,為本實用新型實施例的外觀示意圖。其中包括比色池 1、外殼2、顯 示屏3、電源開關(guān)4、空白鍵5、測量鍵6。
[0037] 參閱圖3所示，為本實用新型實施例的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。其中包括比色池 1、USB 接口 7、單片機8、LED光源9、聚光透鏡10、狹縫11、濾光片12、半透半反鏡13、光電傳感器 14、檢測電路板15。
[0038] 參閱圖4和圖5所示，為本實用新型實施例的電路圖。本實用新型使用鋰電池作 為電源，也可使用5V的外接電源。
[0039] 儀器的使用方法：
[0040] 儀器共有三個可操作的按鍵：電源鍵，空白鍵和測量鍵。整個測量過程就由這三個 鍵完成，具體操作步驟如下：
[0041] 1.儀器開機：按下電源鍵，儀器開機。
[0042] 2.對照樣品測試：放入對照樣品，按空白鍵，屏幕顯示開始計時，同時顯示在不同 時刻相應的吸光度值，3min后可讀出對照樣品的吸光度變化值Λ Ao ;
[0043] 3.待測樣品測試：放入待測樣品，按測量鍵，屏幕重新開始計時，同時顯示待測樣 品吸光度變化情況，3min后可讀出農(nóng)藥抑制率。
[0044] 根據(jù)測得的抑制率大小判斷農(nóng)藥殘留情況，如果抑制率1% >50%，表示果蔬中 有高劑量的有機磷或氨基甲酸酯類農(nóng)藥存在，農(nóng)藥殘留超標，不能食用；如果抑制率1%在 20%?50%之間，表示果蔬中有低濃度的農(nóng)藥殘留；如果抑制率1%〈20%為安全，可以放 心食用。
[0045] 本實用新型是基于國標酶抑制率法的手持式果蔬農(nóng)藥殘留速測儀，具有直接顯示 農(nóng)藥殘留毒性程度和抑制率的功能。我們以特定波長的發(fā)光二極管作為光源，代替現(xiàn)有實 驗室分光光度計的通用光源和單色器；以高集成度的光電二極管代替現(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；采 用新型光路系統(tǒng)以及雙光電檢測電路，提高了儀器的穩(wěn)定性和準確性；運用低功耗技術(shù)從 而實現(xiàn)儀器微型化、便攜式。同時以單片機為核心的計算機軟硬件，簡化了實驗室校正、測 量、計算步驟，使儀器操作簡單、快速，特別適合于現(xiàn)場快速篩選或半定量測定的需要，可廣 泛應用于果蔬批發(fā)市場，蔬菜種植基地、超市、菜場、酒店、食堂、食品質(zhì)量監(jiān)督部門等單位 對果蔬殘留進行現(xiàn)場檢測。
【權(quán)利要求】
1. 一種手持式農(nóng)藥殘留速測儀，其特征在于，包括單片機系統(tǒng)（22)和光電檢測系統(tǒng) (21)； 單片機系統(tǒng)（22)包括單片機（8)、顯示屏（3)和按鍵（5、6)、接口電路（7)、實時時鐘 (19)和存儲電路（20); 光電檢測系統(tǒng)（21)主要由單色光源（9)、半透半反鏡（13)、比色池（1)、光電傳感器 (14、16)和A/D轉(zhuǎn)換器（18)構(gòu)成； 單色光源（9)產(chǎn)生的單色光經(jīng)過一個半透半反鏡（13)，一部分光束直接透過到達光電 傳感器（14)，另一部分光束反射到達比色池⑴穿出后照到另一個光電傳感器（16)，兩個 光電傳感器接收到的信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器（18)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入單片機（8)處理后輸 出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的農(nóng)藥殘留速測儀，其特征在于，所述的光電檢測系統(tǒng)依次安 放有單色光源（9)、聚光透鏡（10)、狹縫（11)、濾光片（12)、半透半反鏡（13)、比色池（1)和 光電傳感器（14、16)，并且它們各自之間的距離保持一個固定值，比色池（1)是一個暗室結(jié) 構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的農(nóng)藥殘留速測儀，其特征在于，所述的光源是由高亮度窄帶 寬的發(fā)光二極管發(fā)出中心波長412±2nm的光。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的農(nóng)藥殘留速測儀，其特征在于，采用雙光電管檢測電路，光源 處和樣品池后分別有一個光電傳感器，兩個光電傳感器所接收到的信號傳入A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn) 換成數(shù)字信號輸入單片機系統(tǒng)處理后輸出。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的農(nóng)藥殘留速測儀，其特征在于，速測儀采用鋰電池供電，配備 USB數(shù)據(jù)端口既可以用來充電也可以用來進行數(shù)據(jù)傳輸。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的農(nóng)藥殘留速測儀，其特征在于，速測儀的外殼上有三個按 鍵，電源鍵、空白鍵和測量鍵，所述的按鍵與單片機連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的農(nóng)藥殘留速測儀，其特征在于，所述的單片機采用 STM32103C8。
【文檔編號】G01N21/78GK203881687SQ201420093697
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年3月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月3日
【發(fā)明者】沈曉芳, 饒麗, 龐月紅 申請人:江南大學