本發(fā)明涉及農(nóng)藥檢測和微流控技術(shù)，具體是用微流控芯片使農(nóng)藥富集和濃縮的方法與裝置。

背景技術(shù)：

農(nóng)藥是快速、高效、經(jīng)濟(jì)地防治作物病蟲害的重要武器，然而，蔬菜中農(nóng)藥殘留超標(biāo)問題一直較突出，其中一個(gè)重要的原因是當(dāng)農(nóng)作物中的農(nóng)藥殘留含量比較低時(shí)，目前農(nóng)藥殘留快速檢測手段（例如酶抑制法）無法實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥殘留快速檢測，所以現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)藥殘留測定方法需要使用昂貴的大型分析儀器，從而無法對(duì)廉價(jià)的蔬菜進(jìn)行隨時(shí)隨地的快速檢測。因此當(dāng)農(nóng)作物中的農(nóng)藥殘留含量比較低時(shí)，對(duì)其進(jìn)行有效的濃縮富集就顯得尤為重要。

中國發(fā)明專利申請?zhí)枮?01310751864.2的文獻(xiàn)中提出了一種高通量磁性萃取富集裝置及富集方法，該裝置包括磁性可調(diào)式富集探頭、富集探頭支架、支撐桿、容器托盤、底座。雖然該裝置結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、移動(dòng)靈活、操作簡便、能夠顯著提高樣本處理的效率，但是該裝置在對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行農(nóng)藥殘留檢測時(shí)，樣品的實(shí)際消耗量比較大，此外無法實(shí)現(xiàn)富集過程自動(dòng)化，這也限制了裝置的廣泛使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了更加快速、準(zhǔn)確地對(duì)農(nóng)作中農(nóng)藥殘留濃度進(jìn)行檢測，針對(duì)目前農(nóng)藥檢測設(shè)備所存在的缺陷，提出一種結(jié)構(gòu)簡單，操作容易且自動(dòng)化程度高的用于微流控檢測的農(nóng)藥自動(dòng)濃縮富集裝置，同時(shí)，本發(fā)明還提出該農(nóng)藥自動(dòng)濃縮富集裝置的濃縮富集方法，能對(duì)農(nóng)藥溶液自動(dòng)濃縮富集，并且在檢測過程中對(duì)待測樣品的液體實(shí)際需求量比較少。

本發(fā)明用于微流控檢測的農(nóng)藥自動(dòng)濃縮富集裝置采用的技術(shù)方案是：具有一個(gè)外殼，外殼內(nèi)部設(shè)有樣品加樣室、樣品過濾室和樣品排樣室，樣品加樣室通過加樣出樣通道伸出外殼外部，加樣出樣通道上裝有第一電磁閥，樣品加樣室與樣品排樣室之間通過塑料軟管相連接，塑料軟管上裝有第三電磁閥，樣品加樣室右側(cè)通過進(jìn)樣通道連接樣品過濾室上端，進(jìn)樣通道上裝有第二電磁閥；樣品過濾室右側(cè)連接排水口，排水口處設(shè)有濾網(wǎng)組件，樣品過濾室下端通過出樣通道連接樣品排樣室右側(cè)。在出樣通道上裝有第四電磁閥與光電檢測裝置；外殼外部具有一個(gè)進(jìn)樣電機(jī)和抽樣電機(jī)，進(jìn)樣電機(jī)的輸出軸同軸連接第一滾珠絲桿，第一滾珠絲桿固定連接第一壓縮桿左端，第一壓縮桿右端伸入樣品加樣室中；抽樣電機(jī)的輸出軸同軸連接第二滾珠絲桿，第二滾珠絲桿固定連接第二壓縮桿左端，第二壓縮桿右端伸入樣品排樣室中；外殼內(nèi)部設(shè)有信號(hào)處理板，信號(hào)處理板分別連接光電檢測裝置、進(jìn)樣電機(jī)、抽樣電機(jī)和每個(gè)電磁閥。

所述用于微流控檢測的農(nóng)藥自動(dòng)濃縮富集裝置的濃縮富集方法采用的技術(shù)方案是具有以下步驟：

A、信號(hào)處理板控制第一電磁閥打開和進(jìn)樣電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，從加樣出樣通道中加入待濃縮樣品液體，待濃縮樣品液體進(jìn)入樣品加樣室中；

B、信號(hào)處理板控制第一電磁閥關(guān)閉并開啟第二電磁閥開啟，控制進(jìn)樣電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)，待濃縮樣品液體沿著進(jìn)樣通道進(jìn)入樣品過濾室中，水份從排水口排出；

C、信號(hào)處理板控制第二電磁閥關(guān)閉，開啟第四電磁閥，控制抽樣電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，溶液沿著出樣通道進(jìn)入樣品排樣室中，同時(shí)光電檢測裝置實(shí)時(shí)檢測農(nóng)藥溶液的濃度值并傳送至信號(hào)處理板；

D、信號(hào)處理板將實(shí)時(shí)檢測的濃度值與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，如果實(shí)時(shí)檢測的濃度值大于等于標(biāo)準(zhǔn)值，控制第四電磁閥關(guān)閉，開啟第三電磁閥，同時(shí)控制進(jìn)樣電機(jī)停止和抽樣電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)，樣品排樣室中的農(nóng)藥溶液進(jìn)入樣品加樣室中，控制第一電磁閥開啟，關(guān)閉第三電磁閥，控制進(jìn)樣電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)，停止抽樣電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，濃縮富集好的農(nóng)藥溶液沿著加樣出樣通道流出，控制第一電磁閥關(guān)閉，并控制進(jìn)樣電機(jī)停止；如果實(shí)時(shí)檢測的濃度值小于等于標(biāo)準(zhǔn)值，信號(hào)處理板控制第四電磁閥關(guān)閉，開啟第三電磁閥，并控制抽樣電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)，農(nóng)藥溶液被擠壓進(jìn)樣品加樣室。

本發(fā)明與已有的濃縮方法和技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）本發(fā)明操作簡單，操作人員只要設(shè)置待濃縮富集的農(nóng)藥溶液濃縮富集后所達(dá)到的濃度值就能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)待濃縮農(nóng)藥溶液進(jìn)行濃縮富集操作。

（2）本發(fā)明具有對(duì)待濃縮樣品液體的自動(dòng)濃縮富集的功能，由于自動(dòng)濃縮為機(jī)器單一化操作，這樣減少了因?yàn)槿藶橐蛩氐母蓴_，而使?jié)饪s裝置引入不必要的檢測噪聲。

（3）本發(fā)明農(nóng)藥自動(dòng)濃縮富集裝置的顯示界面和設(shè)置界面為液晶顯示屏，可以實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前濃縮富集過程中農(nóng)藥溶液的濃度值，操作人員可以直觀、方便的對(duì)待濃縮樣品液體濃縮富集后所達(dá)到的濃度值進(jìn)行設(shè)定以及讀取當(dāng)前的待濃縮農(nóng)藥溶液的濃度值。

（4）本發(fā)明采用電機(jī)、電磁閥、壓縮桿配合工作，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)待濃縮待濃縮農(nóng)藥溶液進(jìn)行進(jìn)樣、濃縮、排樣等過程，具有操作簡單、靈活方便等特點(diǎn)。

（5）本發(fā)明對(duì)待濃縮富集農(nóng)藥殘留濃度的測量采用光電檢測技術(shù)，該檢測技術(shù)具有反應(yīng)速度快、工作可靠、準(zhǔn)確度高、對(duì)被測物無大小和形狀要求的優(yōu)點(diǎn)。

（6）本發(fā)明中的進(jìn)樣通道和出樣通道內(nèi)部蝕刻有特殊的結(jié)構(gòu)，用于限制待濃縮樣品液體的流動(dòng)方向。

(7) 本發(fā)明所涉及到的待濃縮富集農(nóng)藥溶液在抽樣電機(jī)和進(jìn)樣電機(jī)的作用下循環(huán)流動(dòng)，可以達(dá)到對(duì)待濃縮樣品液體進(jìn)行濃縮富集的目的。

附圖說明

圖1本發(fā)明一種用于微流控檢測的農(nóng)藥自動(dòng)濃縮富集裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2 是圖1中進(jìn)樣通道6的內(nèi)部結(jié)構(gòu)放大圖；

圖3 是圖1中出樣通道7的內(nèi)部結(jié)構(gòu)放大圖；

圖4是圖1中濾網(wǎng)組件14的結(jié)構(gòu)放大圖；

圖5是圖1中光電檢測裝置10及關(guān)聯(lián)部件的連接結(jié)構(gòu)放大示意圖；

圖6是圖1中信號(hào)處理板15的控制框圖；

附圖中各部件的序號(hào)和名稱：1.進(jìn)樣電機(jī)；2.滾珠絲桿；3.壓縮桿；4.載物臺(tái)；6.進(jìn)樣通道；7.出樣通道；8.第一電磁閥；9.加樣出樣通道；10.光電檢測裝置；11.供電組件；12.電機(jī)控制模塊；13.排水口；14.濾網(wǎng)組件；15.信號(hào)處理板；16.液晶顯示屏；17.樣品加樣室；18.樣品過濾室；19.外殼；20.限制組件；21.發(fā)射裝置；22.光接收裝置；25.防水橡膠塞；26.過濾網(wǎng)；27.A/D轉(zhuǎn)換模塊；28.光電檢測模塊；29.抽樣電機(jī)；30.樣品排樣室；31.塑料軟管；32.第二電磁閥；33.第三電磁閥；34.第四電磁閥；35.微處理芯片；36.電磁閥控制模塊；38.滾珠絲桿；39.載物臺(tái)；40.壓縮桿；41.限制組件。

具體實(shí)施方式

參見圖1，本發(fā)明一種用于微流控檢測的農(nóng)藥自動(dòng)濃縮富集裝置具有一個(gè)外殼19，在外殼19外部具有一個(gè)進(jìn)樣電機(jī)1和抽樣電機(jī)29，進(jìn)樣電機(jī)1和抽樣電機(jī)29均是水平布置的電機(jī)，進(jìn)樣電機(jī)1位于抽樣電機(jī)29的上方，進(jìn)樣電機(jī)1和抽樣電機(jī)29均位于外殼19外部的同一側(cè)，如圖1中的左側(cè)。進(jìn)樣電機(jī)1的輸出軸同軸連接滾珠絲桿2，在滾珠絲桿2上套有載物臺(tái)39，載物臺(tái)39與滾珠絲桿2相配，載物臺(tái)39固定連接壓縮桿3左端，壓縮桿3右端從外殼19外部伸入外殼19內(nèi)部。同樣地，抽樣電機(jī)29的輸出軸同軸連接滾珠絲桿38，滾珠絲桿38與載物臺(tái)4相配，載物臺(tái)4固定連接壓縮桿40左端，壓縮桿40右端從外殼19外部伸入外殼19內(nèi)部。進(jìn)樣電機(jī)1用于提供農(nóng)藥溶液進(jìn)樣所需的動(dòng)力，抽樣電機(jī)29用于提供排出農(nóng)藥溶液所需的動(dòng)力。

在外殼19內(nèi)部設(shè)有樣品加樣室17、樣品過濾室18和樣品排樣室30。樣品加樣室17通過加樣出樣通道9伸出外殼19外部，在加樣出樣通道9上安裝第一電磁閥8，用于控制待濃縮樣品液體的加樣和出樣。樣品加樣室17位于樣品排樣室30的上方，樣品加樣室17與樣品排樣室30之間通過塑料軟管31相連接，在塑料軟管31上安裝有第三電磁閥33，用于控制塑料軟管31中農(nóng)藥溶液的流動(dòng)。樣品加樣室17右側(cè)通過進(jìn)樣通道6連接樣品過濾室18上端，在進(jìn)樣通道6上安裝有第二電磁閥32，用于控制進(jìn)樣通道6中農(nóng)藥溶液的流動(dòng)。

壓縮桿3右端從外殼19外部伸入外殼19內(nèi)部的樣品加樣室17中，向右壓縮樣品加樣室17中的樣品，使樣品從進(jìn)樣通道6進(jìn)入樣品過濾室18中。壓縮桿40右端從外殼19外部伸入外殼19內(nèi)部的樣品排樣室30中。

樣品過濾室18右側(cè)連接排水口13，通過排水口13伸出外殼19外部。在樣品過濾室18內(nèi)部的排水口13處設(shè)有濾網(wǎng)組件14，用于排水過濾。樣品過濾室18下端固定有出樣通道7，樣品過濾室18通過出樣通道7連接樣品排樣室30右側(cè)。在出樣通道7上安裝有第四電磁閥34與光電檢測裝置10，第四電磁閥34用于控制進(jìn)樣通道7中農(nóng)藥溶液的流動(dòng)，光電檢測裝置10用于檢測進(jìn)樣通道7中農(nóng)藥溶液。

在外殼19內(nèi)部還設(shè)有供電組件11和信號(hào)處理板15，供電組件11用于給進(jìn)樣電機(jī)1、抽樣電機(jī)29、光電檢測裝置10、信號(hào)處理板15提供正常運(yùn)行的工作電源。信號(hào)處理板15分別通過控制線連接進(jìn)樣電機(jī)1、抽樣電機(jī)29、光電檢測裝置10以及各個(gè)電磁閥。在外殼19的頂部外表面安裝有液晶顯示屏16，液晶顯示屏16用于對(duì)待濃縮樣品液體濃縮富集后所達(dá)到的濃度值進(jìn)行設(shè)定以及讀取當(dāng)前的待濃縮農(nóng)藥溶液的濃度值。

參見圖2，進(jìn)樣通道6內(nèi)表面設(shè)置有鋸齒狀的液體流向限制組件20，該液體流向限制組件20的鋸齒朝向與進(jìn)樣通道6中的液體流向一致，限制待濃縮農(nóng)藥溶液按照鋸齒朝向的方向單向流動(dòng)，即限制待濃縮農(nóng)藥溶液由樣品加樣室17朝向樣品過濾室18方向單向流動(dòng)。

參見圖3，出樣通道7內(nèi)表面設(shè)置有鋸齒狀的液體流向限制組件41，鋸齒朝向與出樣通道7中的液體流向一致，限制進(jìn)樣通道7的農(nóng)藥溶液按照鋸齒朝向的方向單向流動(dòng)，即由樣品過濾室18朝向樣品排樣室30方向單向流動(dòng)。

參見圖4，濾網(wǎng)組件14由防水橡膠塞25、過濾網(wǎng)26兩部分組成。過濾網(wǎng)26固定嵌在防水橡膠塞25內(nèi)壁上，防水橡膠塞25的外壁與樣品過濾室18的內(nèi)壁密封接觸，防止待濃縮樣品液體出現(xiàn)滲漏的現(xiàn)象。過濾網(wǎng)26用于濾除農(nóng)藥溶液中多余的水分，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)藥溶液進(jìn)行濃縮富集的目的。

參見圖5，光電檢測裝置10由發(fā)射裝置21和光接收裝置22組成，光接收裝置22和液晶顯示屏16分別連接信號(hào)處理板15，光接收裝置22可將光發(fā)射裝置21所發(fā)出的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬量的電信號(hào)，信號(hào)處理板15接收光電檢測裝置10的光電檢測信號(hào)并且對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，將吸光度信號(hào)值轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的濃度含量值，根據(jù)內(nèi)部存儲(chǔ)的數(shù)學(xué)模型將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)待濃縮樣品的濃度值，并驅(qū)動(dòng)與之相連的液晶顯示屏16將待濃縮樣品的濃度值顯示出來。供電部件11分別與供電部件11與光發(fā)射裝置21、信號(hào)處理板15以及液晶顯示屏16相連，用于提供正常工作所需的電源。

參見圖6，信號(hào)處理板15上集成了五個(gè)模塊：微處理芯片35、A/D轉(zhuǎn)換模塊27、電機(jī)控制模塊12、光電檢測模塊28、電磁閥控制模塊36。其中微處理芯片35是整個(gè)裝置的核心，微處理芯片35可根據(jù)內(nèi)部存儲(chǔ)的數(shù)學(xué)模型將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)濃度值，并驅(qū)動(dòng)與之相連的液晶顯示屏16將待濃縮樣品液體濃度值顯示出來。光電檢測模塊28連接接收光接收裝置22，用于接收光接收裝置22所傳送的信號(hào)，然后光電檢測模塊28將信號(hào)傳送給A/D轉(zhuǎn)換模塊27。A/D轉(zhuǎn)換模塊27用于將模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳送至微處理芯片35，微處理芯片35可根據(jù)內(nèi)部存儲(chǔ)的數(shù)學(xué)模型將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)待濃縮樣品的濃度值，并驅(qū)動(dòng)與之相連的液晶顯示屏16將待濃縮樣品的濃度值顯示出來。電機(jī)控制模塊12分別連接進(jìn)樣電機(jī)1和抽樣電機(jī)29，可根據(jù)微處理芯片35發(fā)出的指令控制進(jìn)樣電機(jī)1和抽樣電機(jī)29的啟停。電磁閥控制模塊36分別連接第一電磁閥8、第二電磁閥32、第三電磁閥33和第四電磁閥34，可根據(jù)微處理芯片35發(fā)出的指令控制各個(gè)電磁閥的開啟或關(guān)閉。

參見圖1-6，本發(fā)明用于微流控檢測的農(nóng)藥自動(dòng)濃縮富集裝置工作時(shí)，信號(hào)處理板15控制第一電磁閥8打開，關(guān)閉第二電磁閥32、第三電磁閥33、第四電磁閥34，同時(shí)，信號(hào)處理板15控制進(jìn)樣電機(jī)1反向轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)滾珠絲桿2和壓縮桿3向左運(yùn)動(dòng)，從加樣出樣通道9中加入待濃縮樣品液體，待濃縮樣品液體在進(jìn)樣電機(jī)1的作用下，快速的進(jìn)入樣品加樣室17中，實(shí)現(xiàn)進(jìn)樣。

待待濃縮富集農(nóng)藥溶液完全進(jìn)入到樣品加樣室17后，信號(hào)處理板15控制第一電磁閥8關(guān)閉，并開啟第二電磁閥32開啟，同時(shí)控制進(jìn)樣電機(jī)1正向轉(zhuǎn)動(dòng)，待濃縮樣品的農(nóng)藥溶液在進(jìn)樣電機(jī)1的作用下，沿著進(jìn)樣通道6開始進(jìn)入樣品過濾室18中，在樣品過濾室18內(nèi)部，通過濾網(wǎng)組件14濾除待濃縮樣品液體的水份，水份從排水口13排出，從而達(dá)到濃縮富集農(nóng)藥溶液的目的。

待農(nóng)藥溶液完全進(jìn)入到樣品過濾室18后，信號(hào)處理板15控制第二電磁閥32關(guān)閉，開啟第四電磁閥34，同時(shí)控制抽樣電機(jī)29反向轉(zhuǎn)動(dòng)，抽樣電機(jī)29帶動(dòng)滾珠絲桿38和壓縮桿40向左運(yùn)動(dòng)；在抽樣電機(jī)29的作用下，農(nóng)藥溶液沿著出樣通道7進(jìn)入樣品排樣室30中，同時(shí)出樣通道7上固定的光電檢測裝置10依據(jù)朗伯比爾定律對(duì)農(nóng)藥溶液的濃度值進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測，光接收裝置22將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào)傳送至信號(hào)處理板15，信號(hào)處理板15將模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳送至信號(hào)處理板15，信號(hào)處理板15將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為農(nóng)藥溶液的濃度值，并經(jīng)液晶顯示屏16顯示出來。

信號(hào)處理板15將實(shí)時(shí)檢測的濃度值與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，如果實(shí)時(shí)檢測的濃度值大于等于標(biāo)準(zhǔn)值，信號(hào)處理板15控制第四電磁閥34關(guān)閉，開啟第三電磁閥33，同時(shí)控制進(jìn)樣電機(jī)1停止，并控制抽樣電機(jī)29正向轉(zhuǎn)動(dòng)，使樣品排樣室30中的農(nóng)藥溶液在抽樣電機(jī)29的作用下經(jīng)塑料軟管31向上進(jìn)入樣品加樣室17中；待農(nóng)藥溶液全部進(jìn)入樣品加樣室17后，信號(hào)處理板15控制第一電磁閥8開啟，關(guān)閉第三電磁閥33，控制進(jìn)樣電機(jī)1正向轉(zhuǎn)動(dòng)，停止抽樣電機(jī)29的轉(zhuǎn)動(dòng)，濃縮富集好的農(nóng)藥溶液在進(jìn)樣電機(jī)1的作用下沿著加樣出樣通道9流出；最后信號(hào)處理板15控制第一電磁閥8關(guān)閉，并控制進(jìn)樣電機(jī)1停止，結(jié)束農(nóng)藥溶液濃縮富集過程。反之，如果實(shí)時(shí)檢測的濃度值小于等于標(biāo)準(zhǔn)值，待農(nóng)藥溶液完全進(jìn)入到樣品排樣室30后，信號(hào)處理板15控制第四電磁閥34關(guān)閉，開啟第三電磁閥33，并控制抽樣電機(jī)29正向轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)滾珠絲桿38和壓縮桿40向右運(yùn)動(dòng)，待濃縮富集的農(nóng)藥溶液在抽樣電機(jī)29的作用下被擠壓進(jìn)樣品加樣室17，重新經(jīng)進(jìn)樣通道6開始進(jìn)入樣品過濾室18中，直到光電檢測裝置10檢測到待濃縮農(nóng)藥樣本液體的濃度值大于等于標(biāo)準(zhǔn)值為止。