本發(fā)明涉及一種利用表面張力三明治效應(yīng)檢測(cè)牛奶SDS的方法和裝置，屬于牛奶SDS檢測(cè)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前測(cè)試表面張力的方法有許多，主要包括鉑金板法（Wilhelmy Plate method）、鉑金環(huán)法（DuNouy Ring method）、最大氣泡法（Max bubble pressure method）、滴體積法（Drop Volume method）、懸滴法（pendant drop method）和停滴法（Sessile drop method）等等。所有的方法單獨(dú)使用時(shí)，均只能分析測(cè)試得到液－氣或液－液界面單分子結(jié)構(gòu)的界面化學(xué)現(xiàn)象中的表面張力或界面張力值。這些方法在用以測(cè)試純化學(xué)物質(zhì)的樣品時(shí)（如水、酒精、苯等）均是適用的。但是，現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用中或現(xiàn)實(shí)生活中，幾乎沒(méi)有一種樣品是采用純樣品的，通常均是包括非常復(fù)雜成份的混合樣品，如牛奶。

1904年，W.Ramsden提出了界面化學(xué)中分層現(xiàn)象（Separation phenomenon）以來(lái)，學(xué)術(shù)界以及科學(xué)家對(duì)界面化學(xué)中的分層現(xiàn)象分析均只是停留在接觸層的界面之間，而沒(méi)有更為擴(kuò)散的注意到多層現(xiàn)象并進(jìn)而加以利用。（參考:《Separation of Solids in the Surface-Layers of Solutions and 'Suspensions' (Observations on Surface-Membranes, Bubbles, Emulsions, and Mechanical Coagulation). -- Preliminary Account》,W. Ramsden, Proceedings of the Royal Society of London Vol. 72 (1903 - 1904), pp. 156-164）。界面化學(xué)中的分層現(xiàn)象由親水親油基團(tuán)組成、密度、重力、分子量大小等非常復(fù)雜的因素造成，如果采用顯微鏡觀察時(shí)，其形狀類似于三明治，通常分為上、中、下等多層，且各層自身可能還會(huì)存在分層效應(yīng)。為了形像表述界面化學(xué)的分層現(xiàn)象，我們?cè)诒緦＠袑⑦@種現(xiàn)象稱為表面張力的三明治效應(yīng)（Sandwich Effect of Surface tension）。牛奶是最典型的三明治效應(yīng)樣品，其由蛋白質(zhì)、脂肪、乳糖、礦物質(zhì)、維生素等組成。目前測(cè)試牛奶的表面張力值的文獻(xiàn)均采用的方法單一的方法，如僅采用了鉑金環(huán)法、鉑金板法、氣泡法、滴體積法等。而且，這些科學(xué)人員均沒(méi)有測(cè)試剛采集得來(lái)的鮮牛奶的表面張力值。事實(shí)上，經(jīng)過(guò)處理的全脂奶粉或巴氏消毒后的鮮牛奶，其分層現(xiàn)象已經(jīng)明顯降低或沒(méi)有。經(jīng)我們實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在超市銷售的純鮮牛奶，其表面張力值采用多種測(cè)試方法均得到了非常接近的表面張力值（范圍為40-45mN/m）。而事實(shí)上，如果我們采用鉑金板法、鉑金環(huán)法和懸滴法測(cè)試剛采集沒(méi)有經(jīng)過(guò)處理的鮮牛奶，其表面張力變化范圍非常大，特別是鉑金板法和鉑金環(huán)法時(shí)，其表面張力變化范圍可達(dá)30－40mN/m。因而，對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，測(cè)試存在表面張力三明治效應(yīng)的樣品（通常是混合物樣品）的表面張力值存在非常大的困難。目前，商業(yè)化的表面張力測(cè)試儀，均是以單一功能的測(cè)試方法為主，不能夠解決表面張力三明治效應(yīng)對(duì)于不同層的分子的表面張力測(cè)值實(shí)時(shí)性和同步性的要求。

十二烷基硫酸鈉（SDS）（全稱為sodium dodecyl sulfate, sodium salt）屬陰離子表面活性劑，添加了十二烷基硫酸鈉（SDS）的鮮牛奶的體細(xì)胞的細(xì)胞膜和核膜被破壞，體細(xì)胞數(shù)量降低。而體細(xì)胞數(shù)是衡量鮮牛乳衛(wèi)生狀況的重要指標(biāo)之一，體細(xì)胞數(shù)的提高會(huì)使牛乳中蛋白酶和解脂酶升高，使乳清蛋白含量升高，酪蛋白含量降低，從而使乳制品的貨架期縮短，乳制品的風(fēng)味發(fā)生改變。國(guó)際上，對(duì)于牛奶體細(xì)胞的要求有嚴(yán)格規(guī)定。因而，發(fā)明一種有效的檢測(cè)出十二烷基硫酸鈉（SDS）的測(cè)試裝置和測(cè)試方法，用于判斷鮮奶是否添加十二烷基硫酸鈉（SDS）的，判斷是否存在體細(xì)胞數(shù)作假的情況，成為了如添加三聚氰胺到牛奶中一樣的牛奶食品安全的另一個(gè)新的對(duì)像。

十二烷基硫酸鈉（SDS）屬于表面活性劑，因而其表面張力值相對(duì)較低，通常達(dá)到臨界膠束濃度后，鮮牛奶的表面張力值最低可達(dá)到29mN/m。但是，通常情況下，如果生產(chǎn)牛奶的奶農(nóng)在發(fā)現(xiàn)牛奶生病而體細(xì)胞增加后添加的十二烷基硫酸鈉（SDS）的量是非常小的，只要通過(guò)體細(xì)胞儀檢測(cè)得到的體細(xì)胞數(shù)量可以滿足要求即可。而在添加少量的十二烷基硫酸鈉（SDS）時(shí)，降低了表面張力值后的鮮牛奶的表面張力值的變化范圍為30－40mN/m。這個(gè)值與常規(guī)方法如鉑金板法（Wilhelmy Plate）、鉑金環(huán)法(DuNouy Ring)和最大氣泡法測(cè)得的沒(méi)有添加十二烷基硫酸鈉（SDS）的符合要求的鮮牛奶的表面張力值是一致的。因而，在采用常規(guī)的方法來(lái)測(cè)試鮮牛奶的表面張力，并用以判斷牛奶是否添加十二烷基硫酸鈉（SDS）的方法是無(wú)效的。

通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)采用ADSA－RealDrop法擬合Young-Laplace方程并采用懸滴法測(cè)試牛奶特別是鮮牛奶的表面張力值時(shí)，由于其測(cè)試的表面張力表達(dá)層為下層表面分子的影響力（蛋白質(zhì)），鮮牛奶的表面張力值穩(wěn)定性非常好。相較于目前其他較為常見(jiàn)的如A.W.Neumann的ADSA－P算法、SongBiHai（德國(guó)儀器采用的算法）和Hansen（美國(guó)儀器采用的算法）的Young-Laplace方程擬合法采用選點(diǎn)選面中的關(guān)鍵少數(shù)幾個(gè)點(diǎn)的算法而言，由于ADSA－RealDrop算法采用了二次擬合Young-Laplace方程的技術(shù)，即首次擬合Young-Laplace方程計(jì)算邦德系數(shù)并聯(lián)立表面張力與曲線半徑的關(guān)系后，通過(guò)第二次擬合計(jì)算得出表面張力及接觸角值，因而，在敏感度與分層效果的測(cè)試更好。使用ADSA－RealDrop相應(yīng)算法的《液滴影像法界面流變測(cè)試方法》，能夠用于檢測(cè)懸滴和停滴表面張力值，我們已經(jīng)于2011年08月24日在中國(guó)申請(qǐng)專利（專利號(hào)：201110244512.9；公開(kāi)號(hào)：102954927B）。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于：提供一種利用表面張力三明治效應(yīng)檢測(cè)牛奶SDS的方法和裝置，它解決了檢測(cè)牛奶是否添加十二烷基硫酸鈉（SDS）的問(wèn)題。

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題采取以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

利用表面張力三明治效應(yīng)檢測(cè)牛奶SDS的方法，它包括以下步驟：

（1）使用一個(gè)帶直針頭的進(jìn)液筒和一個(gè)帶U形針頭的進(jìn)液筒吸取牛奶樣品，推動(dòng)進(jìn)液筒中的頂針，直針頭和U形針頭分別形成一個(gè)懸滴和一個(gè)停滴；

（2）采用光源照射懸滴和停滴，保證清晰可見(jiàn)，使用配套的鏡頭和相機(jī)將懸滴和停滴拍攝在同一張液滴圖像中，并保存；

（3）使用多感興趣范圍（ROI）對(duì)液滴圖像進(jìn)行分割，形成懸滴區(qū)域和停滴區(qū)域；

（4）采用《液滴影像法界面流變測(cè)試方法》，分別對(duì)懸滴區(qū)域和停滴區(qū)域的液滴計(jì)算表面張力值，得到懸滴表面張力值和停滴表面張力值，并保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中；

（5）判斷牛奶樣品中是否存在添加十二烷基硫酸鈉（SDS）的情況：

a.如果懸滴表面張力值低于38mN/m，則表示該牛奶樣品中添加了十二烷基硫酸鈉（SDS）；

b.如果懸滴表面張力值和停滴表面張力值均低于30mN/m，則表示該牛奶樣品中已經(jīng)添加了大量十二烷基硫酸鈉（SDS）；

c.如果懸滴表面張力值大于40mN/m，且停滴表面張力值小于38mN/m，則表示該牛奶樣品為鮮牛奶，且沒(méi)有添加十二烷基硫酸鈉（SDS）；

d.如果懸滴表面張力值和停滴表面張力值均大于40mN/m，則表示該牛奶樣品不再是純鮮牛奶。

利用表面張力三明治效應(yīng)檢測(cè)牛奶SDS的裝置，它包括底座，所述底座中部設(shè)有三維可調(diào)整樣品臺(tái)，底座兩端分別設(shè)有電氣控制箱、L形支架，所述電氣控制箱內(nèi)設(shè)有光源，所述L形支架中部設(shè)有傾角可調(diào)節(jié)平臺(tái)，傾角可調(diào)節(jié)平臺(tái)上固定有配套的鏡頭和相機(jī)，光源恰好與鏡頭相對(duì)，所述L形支架頂部設(shè)有Z向移動(dòng)光學(xué)平移臺(tái)，Z向移動(dòng)光學(xué)平移臺(tái)上安裝有進(jìn)液系統(tǒng)，所述進(jìn)液系統(tǒng)包括進(jìn)液系統(tǒng)支架、兩個(gè)進(jìn)液筒、一個(gè)直針頭、一個(gè)U形針頭、進(jìn)液筒固定座、兩個(gè)頂針，所述進(jìn)液系統(tǒng)支架固定在Z向移動(dòng)光學(xué)平移臺(tái)上，由Z向移動(dòng)光學(xué)平移臺(tái)驅(qū)動(dòng)上下運(yùn)動(dòng)，所述兩個(gè)進(jìn)液筒通過(guò)進(jìn)液筒固定座豎直固定在進(jìn)液系統(tǒng)支架上，其中一個(gè)進(jìn)液筒底部連接有直針頭，另一個(gè)進(jìn)液筒底部連接有U形針頭，所述兩個(gè)頂針?lè)謩e插入兩個(gè)進(jìn)液筒內(nèi)。

作為優(yōu)選實(shí)例，所述進(jìn)液系統(tǒng)支架上還設(shè)有頂針驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，頂針驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括頂針固定滑塊、手動(dòng)控制手柄，在進(jìn)液系統(tǒng)支架內(nèi)設(shè)置滑道，頂針固定滑塊設(shè)在滑道內(nèi)，手動(dòng)控制手柄設(shè)在進(jìn)液系統(tǒng)支架頂部，并與頂針固定滑塊連接，頂針固定滑塊與頂針頂部連接固定，手動(dòng)控制手柄調(diào)節(jié)頂針固定滑塊在滑道內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)頂針在進(jìn)液筒內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)。

作為優(yōu)選實(shí)例，所述直針頭、U形針頭均通過(guò)魯爾接口與進(jìn)液筒連接。

本發(fā)明的有益效果是：

本方法通過(guò)同時(shí)形成一個(gè)懸滴和一個(gè)停滴，并對(duì)懸滴和停滴進(jìn)行拍照，生成的圖像經(jīng)過(guò)圖形分割后，形成懸滴區(qū)域和停滴區(qū)域，采用《液滴影像法界面流變測(cè)試方法》分別求出懸滴和停滴的表面張力值，通過(guò)與實(shí)驗(yàn)得到的各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值比較后，判斷牛奶中是否添加十二烷基硫酸鈉（SDS），以及牛奶是否是鮮純牛奶；

本裝置使用直針頭和U形針頭進(jìn)液系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，同時(shí)滴出一個(gè)停滴和一個(gè)懸滴，通過(guò)相機(jī)將它們實(shí)時(shí)捕捉在同一個(gè)圖像中，采用經(jīng)過(guò)圖像分割技術(shù)和ADSA－RealDrop相應(yīng)算法的《液滴影像法界面流變測(cè)試方法》，能夠分析同一張液滴圖像中的兩張液滴輪廓曲線，最終得出被測(cè)樣品的表面張力的分層情況，即三明治效應(yīng)；利用鮮牛奶的表面張力三明治效應(yīng)，能夠準(zhǔn)確測(cè)得牛奶是否添加了十二烷基硫酸鈉（SDS），為判斷牛奶是否符合要求，是否作假提供最為可靠的判斷依據(jù)；本裝置及方法可檢出約0.04%濃度的SDS；本裝置同時(shí)也能夠廣泛應(yīng)用于新材料開(kāi)發(fā)、涂料、油漆、仿生材料、石油石化、化工、材料科學(xué)等領(lǐng)域的物理化學(xué)性質(zhì)測(cè)試，具有極高的推廣價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明進(jìn)液系統(tǒng)的主視圖和左視圖；

圖3為本發(fā)明進(jìn)液系統(tǒng)的直針頭、U形針頭部分的放大圖。

圖中：底座1，三維可調(diào)整樣品臺(tái)2，電氣控制箱3，光源31，L形支架4，傾角可調(diào)節(jié)平臺(tái)5，鏡頭6，相機(jī)7，Z向移動(dòng)光學(xué)平移臺(tái)8，進(jìn)液系統(tǒng)9，進(jìn)液系統(tǒng)支架91，進(jìn)液筒92，直針頭93，U形針頭94，進(jìn)液筒固定座95，頂針96，頂針固定滑塊97，手動(dòng)控制手柄98，滑道99，魯爾接口910，懸滴911，停滴912。

具體實(shí)施方式

為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。

專為本方法設(shè)計(jì)的檢測(cè)裝置，具體實(shí)施方式如下：

如圖1-圖3所示，利用表面張力三明治效應(yīng)檢測(cè)牛奶SDS的裝置，它包括底座1，底座1中部設(shè)有三維可調(diào)整樣品臺(tái)2，底座1兩端分別設(shè)有電氣控制箱3、L形支架4，電氣控制箱3內(nèi)設(shè)有光源31，L形支架4中部設(shè)有傾角可調(diào)節(jié)平臺(tái)5，傾角可調(diào)節(jié)平臺(tái)5上固定有配套的鏡頭6和相機(jī)7，光源31恰好與鏡頭6相對(duì)，L形支架4頂部設(shè)有Z向移動(dòng)光學(xué)平移臺(tái)8，Z向移動(dòng)光學(xué)平移臺(tái)8上安裝有進(jìn)液系統(tǒng)9，進(jìn)液系統(tǒng)9包括進(jìn)液系統(tǒng)支架91、兩個(gè)進(jìn)液筒92、一個(gè)直針頭93、一個(gè)U形針頭94、進(jìn)液筒固定座95、兩個(gè)頂針96，進(jìn)液系統(tǒng)支架91固定在Z向移動(dòng)光學(xué)平移臺(tái)8上，由Z向移動(dòng)光學(xué)平移臺(tái)8驅(qū)動(dòng)上下運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)進(jìn)液筒92通過(guò)進(jìn)液筒固定座95豎直固定在進(jìn)液系統(tǒng)支架91上，其中一個(gè)進(jìn)液筒92底部連接有直針頭93，另一個(gè)進(jìn)液筒92底部連接有U形針頭94，兩個(gè)頂針96分別插入兩個(gè)進(jìn)液筒92內(nèi)。

進(jìn)液系統(tǒng)支架91上還設(shè)有頂針驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，頂針驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括頂針固定滑塊97、手動(dòng)控制手柄98，在進(jìn)液系統(tǒng)支架91內(nèi)設(shè)置滑道99，頂針固定滑塊97設(shè)在滑道99內(nèi)，手動(dòng)控制手柄98設(shè)在進(jìn)液系統(tǒng)支架91頂部，并與頂針固定滑塊97連接，頂針固定滑塊97與頂針96頂部連接固定，手動(dòng)控制手柄98調(diào)節(jié)頂針固定滑塊97在滑道99內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)頂針96在進(jìn)液筒92內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)。

直針頭93、U形針頭94均通過(guò)魯爾接口910與進(jìn)液筒92連接。

具體實(shí)施方法如下：

利用表面張力三明治效應(yīng)檢測(cè)牛奶SDS的方法，它包括以下步驟：

（1）使用上述檢測(cè)裝置進(jìn)液系統(tǒng)9的帶直針頭93的進(jìn)液筒92和帶U形針頭94的進(jìn)液筒92吸取放置在三維可調(diào)整樣品臺(tái)2上的牛奶樣品，人工扭動(dòng)手動(dòng)控制手柄98推動(dòng)進(jìn)液筒92中的頂針96向下運(yùn)動(dòng)，擠出約2－10uL牛奶，直針頭93下方形成一個(gè)懸滴911，U形針頭94上方形成一個(gè)停滴912；

（2）采用光源31照射懸滴911和停滴912，保證清晰可見(jiàn)，調(diào)節(jié)傾角可調(diào)節(jié)平臺(tái)5的傾角，以及Z向移動(dòng)光學(xué)平移臺(tái)8豎直運(yùn)動(dòng)，使得配套的鏡頭6和相機(jī)7將懸滴911和停滴912拍攝在同一張液滴圖像中，并保存；

（3）使用多感興趣范圍（ROI）對(duì)液滴圖像進(jìn)行分割，形成懸滴區(qū)域和停滴區(qū)域；

（4）采用《液滴影像法界面流變測(cè)試方法》，分別對(duì)懸滴區(qū)域和停滴區(qū)域的液滴計(jì)算表面張力值，得到懸滴表面張力值和停滴表面張力值，并保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中；其中，《液滴影像法界面流變測(cè)試方法》屬于現(xiàn)有技術(shù)，在專利（公開(kāi)號(hào)：102954927B）中已經(jīng)公開(kāi)；

（5）判斷牛奶樣品中是否存在添加十二烷基硫酸鈉（SDS）的情況：

a.如果懸滴表面張力值低于38mN/m，則表示該牛奶樣品中添加了十二烷基硫酸鈉（SDS）；

b.如果懸滴表面張力值和停滴表面張力值均低于30mN/m，則表示該牛奶樣品中已經(jīng)添加了大量十二烷基硫酸鈉（SDS）；

c.如果懸滴表面張力值大于40mN/m，且停滴表面張力值小于38mN/m，則表示該牛奶樣品為鮮牛奶，且沒(méi)有添加十二烷基硫酸鈉（SDS）；

d.如果懸滴表面張力值和停滴表面張力值均大于40mN/m，則表示該牛奶樣品不再是純鮮牛奶。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入本發(fā)明要求保護(hù)的范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。