CN100403012C - 便携式荧光探针农药残留检测仪 - Google Patents

便携式荧光探针农药残留检测仪 Download PDF

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Abstract

本发明便携式荧光探针农药残留检测仪，涉及微量检测技术领域，是基于荧光探针技术的用于现场检测蔬菜和水果中有机磷和氨基甲酸酯类农药残留量的仪器。该检测仪，由光学单元、检测与数据处理系统和电源三部分组成，其光学单元由光源、滤光片、检测器、光电管组成；光源所发光的光路上依序设有激发光滤光片和光电管，在激发光滤光片和光电管之间的光路一侧，垂直方向设置有荧光滤光片，荧光滤光片后，同轴线上设有检测器，检测器与放大器电连接；电源分别与光源和检测器电连接；光电管和放大器分别与数据处理单元电连接，数据处理单元设有显示器。本发明最小检测限优于5ppb，体积小、检测快、操作方便、灵敏度高、基质干扰小、可用于现场检测。

Description

便携式荧光探针农药残留检测仪
技术领域
本发明专利涉及微量检测技术领域，是一种蔬菜和水果中农药残留检测仪器，特别是便携式的，基于荧光探针技术的用于现场检测蔬菜和水果中有机磷和氨基甲酸酯类农药残留量的仪器。
背景技术
长期以来农药的大面积使用和滥用，使得我国蔬菜和水果等农产品中的农药残留现象相当严重，加上我国的蔬菜和水果等农产品大多为散户种植，因而农药的超标使用和滥用不易控制。随着人们对食品安全要求的提高，急需开发价格适中、具有高检测灵敏度且适合在现场使用的果菜中农药残留的检测仪器。
目前蔬菜和水果等产品中农药残留的检测方法主要有气相色谱法、液相色谱法及气相色谱/质谱法等。这些大型仪器的检测结果准确可靠，但存在仪器价格昂贵，检测成本高，需要复杂的样品前处理，操作人员需经专业培训等不足，难以用于现场检测。虽然国内目前已开发的各种类型的农药残留速测仪(卡)在很大程度上满足了当前有机磷和氨基甲酸酯类农药快速检测的需要，但是其最小检测限大都在ppm级。应注意的是，我国目前的农药残留最高限量标准与欧盟标准相差很大(如乐果就相差50倍)，降低农药残留最高限量标准是必然趋势。另外，采用显色法的速测仪易受果菜中叶绿素等基质干扰而常显色不明显，造成结果判断困难，从而出现漏检现象。
发明内容
本发明的目的是，面向我国基层农残检测部门和生产大户，提供一种现场检测蔬菜和水果等农产品中有机磷和氨基甲酸酯类农药残留量的速测仪器。以呋喃丹为标准物质，其最小检测限优于5ppb。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种便携式荧光探针农药残留检测仪，由光学单元、检测与数据处理系统和电源三部分组成，其光学单元由光源、滤光片、检测器、光电管组成；光源所发光的光路上依序设有激发光滤光片和光电管，在激发光滤光片和光电管之间的光路一侧，垂直方向设置有荧光滤光片，荧光滤光片后，同轴线上设有检测器，检测器与放大器电连接
电源分别与光源和检测器电连接；
光电管和放大器分别与数据处理单元电连接，数据处理单元设有显示器；
样品池置于激发光滤光片和光电管轴线与荧光滤光片和检测器轴线的正交点上，使用时，样品池内的样品液中有荧光探针。
所述的农药残留检测仪，其工作过程为由光源发出的激发光，经过激发光滤光片，进入置有经过处理的样品液的样品池，在激发光的照射下样品池内样品液中的荧光探针发出荧光，经过荧光滤光片滤除杂散光后进入检测器，检测器的输出信号，经放大器后进入数据处理单元，进而由显示器显示出检测结果；从样品池透射的激发光进入光电管，其输出信号也进入数据处理单元，该信号用于补偿电源和光源信号的波动。
所述的农药残留检测仪，其所述光源为发光二极管，检测器为光电倍增管，样品池为四通荧光池。
所述的农药残留检测仪，其所述激发光滤光片允许395nm的光通过，荧光滤光片允许530nm的光通过。
所述的农药残留检测仪，利用特殊的荧光探针指示残留在果菜汁中的有机磷和氨基甲酸酯类农药抑制胆碱酯酶活性，而引起的酸碱值pH变化率不同来间接测定农药残留量。
所述的农药残留检测仪，其检测前需做下列准备：
a)制作所要检测农药的标准样品浓度-抑制率曲线；
b)配制溶液，包括磷酸缓冲溶液，荧光探针溶液和酶溶液。
所述的农药残留检测仪，其所述磷酸缓冲溶液配制方法为：用5mmol/L NaH2PO4和5mmol/L Na2HPO4水溶液配制500ml的5.0mmol/L pH 7.5磷酸缓冲液，内含有12μmol/L MgCl2和45μmol/L NaCl；
荧光探针溶液配制方法为：含1.8mg/ml荧光探针的甲醇(色谱纯)溶液；
酶溶液配制方法为：以磷酸缓冲液配制含0.25mg/ml乙酰胆碱酯酶溶液。
所述的农药残留检测仪，其检测操作如下：
a)取适量蔬菜和水果，挤出其汁液。用NaOH或HCl水溶液将该汁液的酸碱值pH值调节至7.5；
b)离心分离，取60μl上层清液加入60μl的0.25mg/ml的乙酰胆碱酯酶溶液，混合摇匀，在25℃下避光抑制10min；
c)取60μlb)步所得混合液放入盛有2ml的5mmol/L磷酸缓冲液的样品池中，然后加入50μl的0.16mol/L的乙酰胆碱氯；
d)将样品池置于激发光滤光片和光电管轴线与荧光滤光片和检测器轴线的正交点上；
e)测定样品池中样品的反应曲线的斜率，进而计算抑制率；
f)然后，根据事先获得的标准样品的抑制率-农药浓度校正曲线，获得果菜汁液中有机磷和氨基甲酸酯类农药相当于标准样品的浓度。
所述的农药残留检测仪，其在步骤c)的磷酸缓冲液中，含有1.6μmol/L荧光探针。
所述的的农药残留检测仪，其所述荧光探针，为2-丁基-6-(4-甲基-哌嗪-1-基)-苯并「de」喹啉-1，3-二酮。
本发明依据以下原理实现：有机磷和氨基甲酸脂类农药可以和胆碱脂酶活性中心丝氨酸上的羟基结合，使胆碱脂酶磷酰化或氨基甲酰化，阻止了底物乙酰胆碱和胆碱脂酶的结合，从而抑制酶活性，降低酶催化底物反应的速率，从而降低醋酸生成速率，引起pH值变化减小。由于不同pH值下共存荧光探针发出的荧光强度不同，因而pH值变化不同，所引起的荧光强度变化率亦不同，检测荧光强度变化率，即可间接测定农药残留量。
本发明提供的便携式荧光探针农药残留检测仪利用荧光探针技术检测果菜中的农药残留，因而具有高的有机磷和氨基甲酸酯类农药的检测灵敏度，以呋喃丹为标准物质时，其最小检测限低于5ppb。本发明具有较快的检测速度，操作方便、检测灵敏度高、色素等基质干扰小、可用于现场检测等优点。
附图说明
图1是本发明的仪器结构框图；
图2是呋喃丹的校正曲线图。
具体实施方式
本发明依据的原理是有机磷农药和氨基甲酸脂类农药可以和胆碱脂酶活性中心丝氨酸上的羟基结合，使胆碱脂酶磷酰化或氨基甲酰化，阻止了底物乙酰胆碱和胆碱脂酶的结合，从而抑制酶活性，降低酶催化底物反应的速率，从而降低醋酸生成速率，引起pH值变化减小；由于不同pH值下共存荧光探针发出的荧光强度不同，因而pH值变化不同，所引起的荧光强度变化率亦不同，检测荧光强度变化率，即可间接测定农药残留量。
如图1所示，本发明的便携式荧光探针农药残留检测仪，主要由光学单元、检测与数据处理系统和电源三部分组成。光学单元由光源1、滤光片2和3、检测器4、光电管8组成。光源1为发光二极管，其光路上依序设有激发光滤光片2和光电管8，在激发光滤光片2和光电管8之间的光路一侧，垂直方向设置有荧光滤光片3，荧光滤光片3后，同轴线上设有检测器4，检测器4为光电倍增管，检测器4与放大器5电连接。电源9分别与光源1和检测器4电连接。
光电管8和放大器5分别与数据处理单元6电连接，数据处理单元6设有显示器7。
本发明的便携式荧光探针农药残留检测仪，是通过以下方式实现检测：由光源1(发光二极管)发出的激发光，经过干涉滤光片——激发光滤光片(395nm)2，进入置有经过处理的样品液的样品池(10mm四通荧光池)10。样品发出530nm的荧光，经过干涉滤光片——荧光滤光片(530nm)3滤除杂散光后进入检测器(光电倍增管)4。光电倍增管4的输出信号，经放大器5后进入数据处理单元6，进而由显示器7显示出检测结果。从样品池10透射的激发光进入光电管8，其输出信号也进入数据处理单元6，该信号用于补偿电源和光源等信号的波动。电源9提供光源1和检测器4等所需电压。
先以某种农药为标准样品(如呋喃丹)，配制不同浓度的农药标准溶液，然后用本发明的便携式荧光探针农药残留检测仪检测，根据所测定的标准样品浓度-抑制率曲线，如图2所示，来获得蔬菜和水果等农产品中有机磷和氨基甲酸酯类农药相当于标准样品的含量(浓度)。
本发明便携式荧光探针农药残留检测仪的检测操作如下：
1、制作所要检测农药的标准样品浓度-抑制率曲线。
2、溶液配制：
2.1磷酸缓冲溶液：用5mmol/L NaH2PO4和5mmol/L Na2HPO4水溶液配制500ml的5.0mmol/L pH 7.5磷酸缓冲液，内含有12μmol/L MgCl2和45μmol/L NaCl。
2.2荧光探针溶液：含1.8mg/ml荧光探针的甲醇(色谱纯)溶液，荧光探针为2-丁基-6-(4-甲基-哌嗪-1-基)-苯并「de」喹啉-1，3-二酮。
2.3酶溶液：以磷酸缓冲液配制含0.25mg/ml乙酰胆碱酯酶溶液。
3、操作步骤：
a)取适量蔬菜和水果，挤出其汁液。用NaOH或HCl水溶液将该汁液的酸碱值pH值调节至7.5。
b)离心分离，取60μl上层清液加入60μl的0.25mg/ml的乙酰胆碱酯酶(235U/mg)溶液，混合摇匀，在25℃下避光抑制10min。
c)取60μlb)步所得混合液放入盛有2ml的5mmol/l(pH＝7.5)磷酸缓冲液(含有1.6μM荧光探针)的样品池中，然后加入50μl的0.16mol/L的乙酰胆碱氯。
d)将样品池置于激发光滤光片和光电管轴线与荧光滤光片和检测器轴线的正交点上；
e)测定样品池中样品的反应曲线的斜率，进而计算抑制率。
f)然后，根据事先获得的标准样品的抑制率-农药浓度校正曲线，获得果菜汁液中有机磷和氨基甲酸酯类农药相当于标准样品的浓度。
如表1所示，几种蔬菜和水果的加标实测结果。在各种蔬菜和水果中添加不同浓度的呋喃丹农药，测定其回收率，％RSD为三次测定结果的相对标准偏差。
表1
  样品   添加呋南丹(ppb)   回收率(％)  ％RSD(n＝3)
  小白菜   15.13   114   7.7
  角瓜1   15.1   87   6.4
  角瓜2   22.7   89   4.0
  苹果   18.0   88   11.9
  黄瓜   18.4   94   4.9

Claims (10)

1.一种便携式荧光探针农药残留检测仪，由光学单元、检测与数据处理系统和电源三部分组成，其特征在于：光学单元由光源、滤光片、检测器、光电管组成；光源所发光的光路上依序设有激发光滤光片和光电管，在激发光滤光片和光电管之间的光路一侧，垂直方向设置有荧光滤光片，荧光滤光片后，同轴线上设有检测器，检测器与放大器电连接；
电源分别与光源和检测器电连接；
光电管和放大器分别与数据处理单元电连接，数据处理单元设有显示器；
样品池置于激发光滤光片和光电管轴线与荧光滤光片和检测器轴线的正交点上，使用时，样品池内的样品液中有荧光探针。
2.如权利要求1所述的农药残留检测仪，其特征在于：工作过程为由光源发出的激发光，经过激发光滤光片，进入置有经过处理的样品液的样品池，在激发光的照射下样品池内样品液中的荧光探针发出荧光，经过荧光滤光片滤除杂散光后进入检测器，检测器的输出信号，经放大器后进入数据处理单元，进而由显示器显示出检测结果；从样品池透射的激发光进入光电管，其输出信号也进入数据处理单元，该信号用于补偿电源和光源信号的波动。
3.如权利要求1或2所述的农药残留检测仪，其特征在于：所述光源为发光二极管，检测器为光电倍增管，样品池为四通荧光池。
4.如权利要求1或2所述的农药残留检测仪，其特征在于：所述激发光滤光片允许395nm的光通过，荧光滤光片允许530nm的光通过。
5.如权利要求1所述的农药残留检测仪，其特征在于：是利用特殊的荧光探针指示残留在果菜汁中的有机磷和氨基甲酸酯类农药抑制胆碱酯酶活性，而引起的酸碱值pH变化率不同来间接测定农药残留量。
6.如权利要求1所述的农药残留检测仪，其特征在于：检测前需做下列准备：
a)制作所要检测农药的标准样品浓度-抑制率曲线；
b)配制溶液，包括磷酸缓冲溶液，荧光探针溶液和酶溶液。
7.如权利要求6所述的农药残留检测仪，其特征在于：所述磷酸缓冲溶液配制方法为：用5mmol/L NaH2PO4和5mmol/L Na2HPO4水溶液配制500ml的5.0mmol/L、酸碱值pH7.5磷酸缓冲液，内含有12μmol/L MgCl2和45μmol/L NaCl；
荧光探针溶液配制方法为：含1.8mg/ml荧光探针的甲醇溶液；
酶溶液配制方法为：以磷酸缓冲液配制含0.25mg/ml乙酰胆碱酯酶溶液。
8.如权利要求1所述的农药残留检测仪，其特征在于：检测操作如下：
a)取适量蔬菜和水果，挤出其汁液。用NaOH或HCl水溶液将该汁液的酸碱值pH值调节至7.5；
b)离心分离，取60μl上层清液加入60μl的0.25mg/ml的乙酰胆碱酯酶溶液，混合摇匀，在25℃下避光抑制10min；
c)取60μlb)步所得混合液放入盛有2ml的5mmol/L磷酸缓冲液的样品池中，然后加入50μl的0.16mol/L的乙酰胆碱氯；
d)将样品池置于激发光滤光片和光电管轴线与荧光滤光片和检测器轴线的正交点上；
e)测定样品池中样品反应曲线的斜率，进而计算抑制率；
f)然后，根据事先获得的标准样品的抑制率-农药浓度校正曲线，获得果菜汁液中有机磷和氨基甲酸酯类农药相当于标准样品的浓度。
9.如权利要求8所述的的农药残留检测仪，其特征在于：在步骤c)的磷酸缓冲液中，含有1.6μmol/L荧光探针。
10.如权利要求1、2、5、6、7或9所述的的农药残留检测仪，其特征在于：所述荧光探针，为2-丁基-6-(4-甲基-哌嗪-1-基)-苯并「de」喹啉-1，3-二酮。
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