一種家用果蔬農(nóng)藥殘留快速檢測儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種家用果蔬農(nóng)藥殘留快速檢測儀，涉及農(nóng)產(chǎn)品檢測【技術(shù)領(lǐng)域】?？涩F(xiàn)場檢測蔬菜和水果中有機(jī)磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥殘留。該儀器由檢測面板、檢測儀機(jī)體、酶生物傳感器組成，帶有一定比例配制好的試劑包和固定乙酰膽堿酯酶的酶膜。檢測原理是在利用循環(huán)伏安法的基礎(chǔ)上，通過測量乙酰膽堿酯酶修飾后的電極接觸農(nóng)藥前后在底物中產(chǎn)生電流的變化，來測量農(nóng)藥的濃度。采集酶電極產(chǎn)生的微弱電流信號(hào)，通過放大器放大、轉(zhuǎn)換后，輸出到數(shù)據(jù)的處理裝置，數(shù)據(jù)采集終端設(shè)有顯示器與微型打印機(jī)，顯示農(nóng)藥是否超標(biāo)，并可將結(jié)果打印輸出。本發(fā)明適合針對農(nóng)藥殘留進(jìn)行現(xiàn)場快速檢測的場合。
【專利說明】一種家用果蔬農(nóng)藥殘留快速檢測儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水果蔬菜中有機(jī)磷及氨基甲酸酯類農(nóng)藥的快速檢測相關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】以及微量檢測【技術(shù)領(lǐng)域】；涉及的原理是基于酶傳感器原理的農(nóng)藥殘留檢測儀，將生物傳感器檢測方法簡單、快速、特異性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合電子技術(shù)的直觀性結(jié)合起來，在進(jìn)一步研究我國國情和市場需要研發(fā)出來的，目的是快速檢測出被測樣品的農(nóng)藥殘留，屬于農(nóng)藥檢測技術(shù)范疇。
【背景技術(shù)】
[0002]我國是世界上農(nóng)藥施用量最大的國家，每年農(nóng)藥的實(shí)際產(chǎn)量約40萬噸，僅次于美國居世界第二位，年用量約27萬噸，居世界前列，有逐年增加的趨勢；除了中毒癥狀外，長期暴露于低劑量農(nóng)藥環(huán)境中，還會(huì)使其在人體內(nèi)形成積累，造成慢性中毒并最終對人體造成嚴(yán)重傷害。
[0003]針對我國小規(guī)模農(nóng)戶分散生產(chǎn)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀，要控制農(nóng)藥殘留，就必須發(fā)展能對果蔬表面的農(nóng)藥殘留進(jìn)行快速實(shí)時(shí)檢測的手段，在果蔬上市之前進(jìn)行大規(guī)模抽檢；傳統(tǒng)的檢測方法使用的儀器價(jià)格昂貴，需對樣品進(jìn)行繁瑣的分離、提取、衍生化等預(yù)處理步驟，耗時(shí)、成本高，而且存在有機(jī)溶劑污染環(huán)境等問題，需要專業(yè)技術(shù)人員維護(hù)，不適用于現(xiàn)場檢測；因此迫切需要發(fā)展一種果蔬中農(nóng)藥殘留快速檢測的微型化、便攜式、操作簡單的快速檢測儀器，使普通百姓對食用的水果、蔬菜是否有農(nóng)藥超標(biāo)，能快速簡單的檢測出來，從而普通百姓對食品質(zhì)量安全有知情權(quán)。
[0004]目前國際上進(jìn)行農(nóng)藥殘留檢測的方法主要可以分為傳統(tǒng)色譜檢測法和生化檢測法兩大類。
[0005]色譜檢測的最大優(yōu)點(diǎn)是能夠定性定量地檢測樣品中的農(nóng)藥，但檢測的過程中復(fù)雜的前處理步驟與需要專業(yè)技術(shù)熟練的人員操作設(shè)備成為其無法避免的弊??；傳統(tǒng)的檢測方法不僅試驗(yàn)儀器價(jià)格昂貴，另需對樣品繁瑣的分離、提取、衍生化等預(yù)處理步驟是長期以來令人們頭疼的不可取的方法，另外加上耗時(shí)、成本高，存在潛在有機(jī)溶劑污染環(huán)境、專業(yè)技術(shù)人員維護(hù)等問題，更加不適用于現(xiàn)場檢測。
[0006]生化檢測法現(xiàn)今已成為檢測農(nóng)藥殘留的重要方法，由于其原理是利用農(nóng)藥與農(nóng)藥敏感蛋白進(jìn)行的特異識(shí)別反應(yīng)來判斷農(nóng)藥污染狀況；在測定時(shí)，樣本樣品處理簡便，適用于現(xiàn)場檢測及大批樣品的篩選檢測，因而通常被稱為“快速檢測法”;其中，酶抑制檢測法作為一快速定量檢測的方法，成為了易于在水果、蔬菜生產(chǎn)基地和批發(fā)市場推廣來控制高度農(nóng)藥污染的有效方法。
[0007]日常生活中，七成的殺蟲劑品種為氨基甲酸酯和有機(jī)磷，這兩類化合物能抑制乙酰膽堿酯酶(AChE)的活性，而乙酰膽堿酯酶是與神經(jīng)化學(xué)傳遞有關(guān)的乙酰膽堿(AChE)的水解酶。氨基甲酸酯和有機(jī)磷能造成乙酰膽堿的積累并影響正常的傳導(dǎo)，導(dǎo)致動(dòng)物中毒死亡。
[0008]三電極體系中，工作電極上固定有乙酰膽堿酯酶，并連接上參比電極和輔助電極，就形成了乙酰膽堿酯酶傳感器，將傳感器放入待測溶液中，上電使用時(shí)在工作電極與參比電極之間加上恒定電壓，就會(huì)形成電流回路；待測樣品中農(nóng)藥的濃度會(huì)影響酶的活性，進(jìn)而導(dǎo)致電流的大小發(fā)生變化；利用該電流的變化，計(jì)算出抑制率(酶被抑制的程度)，就可以得出農(nóng)藥殘留是否超標(biāo)的結(jié)論。
[0009]發(fā)明的目的在于提供種普通百姓可以在家庭使用的檢測水果、蔬菜是否有農(nóng)藥殘留的家用式的農(nóng)藥殘留快速檢測儀器。
[0010]目前在利用乙酰膽堿酯酶傳感器檢測農(nóng)藥殘留時(shí)，通用的檢測方法是將乙酰膽堿酯酶傳感器輸出的信號(hào)直接傳送給試驗(yàn)室或檢測中心大型的電化學(xué)工作站，將測試的靈活性和時(shí)間的利用率大大降低；因此，在進(jìn)一步研究我國國情和市場需要，也為了給農(nóng)藥殘留現(xiàn)場快速檢測提供一種新的技術(shù)手段，急需研究開發(fā)一套快速、便攜的檢測儀器，以滿足保障人們食品安全，提高生活質(zhì)量的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的在于針對我國國情和市場需要和現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計(jì)了供家用的蔬菜水果農(nóng)藥殘留快速檢測儀,具有攜帶方便、體積小容易放置、操作簡單易懂、無需人員
培訓(xùn)等特點(diǎn)。
[0012]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的家用的蔬菜水果農(nóng)藥殘留快速檢測儀，根本上的原理是基于生物傳感器-酶傳感器的農(nóng)藥殘留檢測儀；由檢測面板、檢測儀機(jī)體、檢測端，開關(guān)鍵和三相電源線構(gòu)成；檢測面板用來操作儀器。檢測端將三電極酶傳感器從待檢測溶液獲取并輸出的nA級電流導(dǎo)入儀器檢測電路板變成電壓檢測信號(hào)，送入微控制器的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器；微控制器及其上面運(yùn)行的檢測程序?qū)斎氲臋z測信號(hào)進(jìn)行處理，并對整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行控制和響應(yīng)；顯示屏是用戶和系統(tǒng)的交互界面；打印機(jī)將結(jié)果打印出來并保存；電源線接通電源工作。
[0013]檢測儀由開關(guān)電源、檢測電路、顯示屏接口，打印機(jī)接口及微控制器構(gòu)成，其中:開關(guān)電源為220V接入電壓，正負(fù)12V輸出，正5V輸出，分別作為檢測電路和打印機(jī)的激勵(lì)；檢測電路由DC-DC電路、數(shù)字/模擬電路、三電極系統(tǒng)電流/電壓轉(zhuǎn)化檢測電路、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，顯示屏接口，打印機(jī)接口依次串聯(lián)構(gòu)成；供電電路采用電源穩(wěn)壓模塊并聯(lián)連接，提供正5V和負(fù)5V雙電源供電；循環(huán)伏安三角波電路為三電極系統(tǒng)在工作電極上添加添加等腰三角形的脈沖電壓；三電極系統(tǒng)電流/電壓轉(zhuǎn)化檢測電路中，采用一個(gè)斬波穩(wěn)零高精度運(yùn)算放大器，利用反饋?zhàn)杩咕W(wǎng)絡(luò)達(dá)到放大功能，由微控制器的檢測程序控制顯示和打印的工作。
[0014]微控制器上運(yùn)行檢測程序，將接收到的電壓檢測信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波后，利用RSD(相對標(biāo)準(zhǔn)偏差)校驗(yàn)法得到穩(wěn)定的電流值，與設(shè)定的抑制前電流值進(jìn)行比較，得出酶抑制率和定性結(jié)論，送到顯示屏顯示。
[0015]與用戶進(jìn)行交互操作的是顯示屏和打印機(jī)，采用了一般的3.5寸的顯示屏，滿足便攜式設(shè)備的低功耗要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明基于三電極酶傳感器的農(nóng)藥殘留檢測儀的結(jié)構(gòu)框圖。[0017]圖2為本發(fā)明中檢測電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對發(fā)明的技術(shù)方案作詳細(xì)說明。
[0019]首先，對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意框圖加以說明；其次，對檢測電路所包括的恒電位儀電路、三電極系統(tǒng)電流/電壓轉(zhuǎn)化檢測電路和濾波電路加以詳細(xì)說明；最后，對整個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用軟件及檢測流程加以說明。
[0020]圖1為本發(fā)明一種家用果蔬農(nóng)藥殘留快速檢測儀的結(jié)構(gòu)框圖，如圖1所示，本發(fā)明由微電流檢測電路，放大、濾波電路，數(shù)字/模擬電路，顯示屏及微控制器最小系統(tǒng)構(gòu)成；其中檢測電路由供電電路、三電極系統(tǒng)電流/電壓轉(zhuǎn)化檢測電路，放大電路、模擬/數(shù)字電路、數(shù)字/模擬電路依次串聯(lián)構(gòu)成；檢測電路用來將傳感器輸入的nA級電流轉(zhuǎn)化為檢測電壓信號(hào)，送入微控制器外接的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器；微控制器及其上面運(yùn)行的檢測程序?qū)斎氲臋z測信號(hào)進(jìn)行處理，并對整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行控制和響應(yīng)；顯示屏和打印機(jī)是用戶和系統(tǒng)的交互界面，具有輸出顯示功能；數(shù)字/模擬電路用來產(chǎn)生等腰三角波的脈沖電壓；電源由電源線接入激勵(lì)。
[0021]所述的微控制器采用內(nèi)核為MCS-51的STC89C52RC+微控制器，其上加載檢測程序。
[0022]本發(fā)明中，檢測電路中的恒電位儀電路為三電極系統(tǒng)電流/電壓轉(zhuǎn)化檢測電路提
供穩(wěn)定的工作電壓，圖2中①和②為三電極系統(tǒng)的組成部分，WE、FZ、CB分貝代表工作電
極，輔助電極和參比電極；電路由定值電阻Rl、R2，和運(yùn)算放大器A和運(yùn)算放大器B構(gòu)成，運(yùn)放A與運(yùn)放B的引腳7接+5V電源，引腳4接-5V，A的引腳2與引腳6直接相連，B引腳3接地，起到抗干擾的作用。A的引腳2也與引腳6相連接，目的是隔離后面電路的作用，同時(shí)能提高帶負(fù)載的能力。
[0023]圖2的(I)為三電極系統(tǒng)電流/電壓轉(zhuǎn)化檢測電路與三電極酶傳感器相連，將三電
極酶傳感器從待檢測溶液獲取并輸出的nA級電流放大并轉(zhuǎn)化成電壓檢測信號(hào)，輸出到微控制器。三電極檢測電路中，采用一個(gè)斬波穩(wěn)零高精度運(yùn)算放大器ILC7650與電阻R4、R5、R6和電容C4構(gòu)成T型阻抗反饋網(wǎng)絡(luò)，另外還有部分電容Cl、C2。
[0024]—種農(nóng)藥殘留檢測方法，選取有代表性的蔬菜樣品，用潮濕的抹布將蔬菜表面的泥土擦拭干凈，切碎成2cm左右的見方碎片，去樣品2g，放入提取瓶中，加入IOml磷酸鹽緩沖液，放入超聲提取儀，超聲提取3分鐘，倒出提取液靜置2min，備用即可。
[0025]本發(fā)明的檢測流程是:首先，將乙酰膽堿酯酶酶膜固定在玻碳電極或者金電極上，然后放入不含農(nóng)藥的底物溶液中，測得不含農(nóng)藥時(shí)的電流I1,即抑制前電流(抑制前電流也可以采用系統(tǒng)中設(shè)定的默認(rèn)值)；之后將乙酰膽堿酯酶電極取出，用蒸餾水沖洗后，將酶電極上放入待檢測溶液孵育，等待10分鐘以便對酶的活性進(jìn)行抑制，再次放入底物溶液中，測得電流I2，即抑制后的電流；最后通過微控制器上運(yùn)行的檢測程序自動(dòng)計(jì)算出抑制率，計(jì)算公式如下:
【權(quán)利要求】
1.一種家用果蔬農(nóng)藥殘留快速檢測儀，由檢測面板、檢測儀機(jī)體、檢測端，開關(guān)鍵和三相電源線構(gòu)成，另附加按一定比例配制好的試劑包和事先實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)備好的酶膜、儀器使用說明書，檢測儀機(jī)體由箱體、微型打印機(jī)和底座組成，打印機(jī)鑲嵌在箱體頂端。
2.如權(quán)利要求1所述的一種家用果蔬農(nóng)藥殘留快速檢測儀，其特征在于:所述的檢測儀采用循環(huán)伏安電化學(xué)檢測法利用生物傳感器檢測法-酶抑制法將農(nóng)藥抑制前后兩次測定值，農(nóng)藥抑制度、農(nóng)藥濃度四個(gè)測定值顯示，并在測定完畢后，打印出相對應(yīng)的文字憑證，供使用者分析研究。
3.如權(quán)利要求1和要求2所述的一種家用果蔬農(nóng)藥殘留快速檢測儀，隨機(jī)附贈(zèng)有已經(jīng)準(zhǔn)備好的酶膜，將事先實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)備好的乙酰膽堿酯酶酶膜附貼于電極表面，置于檢測池反應(yīng)底液中，利用家用果蔬農(nóng)藥殘留快速檢測儀進(jìn)行檢測。
4.如權(quán)利要求1和要求2所述的一種家用果蔬農(nóng)藥殘留快速檢測儀，另附加按一定比例配制好的試劑包，此試劑包由固定比例的化學(xué)試劑組成，另有固定克數(shù)的反應(yīng)底物包，當(dāng)使用儀器時(shí)，外接好反應(yīng)池，檢測池上帶有刻度尺，接入固定量的水，將兩種試劑包加入水中，攪拌均勻后為檢測池反應(yīng)底液，在此基礎(chǔ)上將乙酰膽堿酯酶酶膜置于底物液體中，利用本發(fā)明的家用微型化果蔬農(nóng)藥殘留快速檢測儀進(jìn)行檢測。
【文檔編號(hào)】G01N27/48GK103529114SQ201310489090
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月18日
【發(fā)明者】孫霞, 郭業(yè)民, 王相友, 劉君峰, 孫曉旭 申請人:山東理工大學(xué)