CN103454230B - 一种精确农残光谱检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精确农残光谱检测装置，包括转动台、载物台、光源装置、反应室、农残样本自动注样器、光接收探头、光纤光谱仪、传动齿轮和步进电机；转动台的底部穿过载物台，转动齿轮套在转动台的底部，步进电机的输出轴上安装有与转动齿轮齿啮合的主动齿轮；光接收探头为四个，且与中空方框盒上的四个激光发射器Ⅰ一一对应，光接收探头与光纤光谱仪连接。本发明采用转动台、载物台、光源装置、反应室、农残样本自动注样器、光接收探头、光纤光谱仪、传动齿轮和步进电机组合，且反应室具有多个石英玻璃杯，一次可以检测多个，或为了进一步精确检测某一个，可利用阵列交叉响应的特性，提高定性定量检测的准确度。

Description

一种精确农残光谱检测装置

技术领域

本发明涉及一种光谱检测装置，尤其涉及一种精确农残光谱检测装置。

背景技术

现有微痕量农药残留的检测方法，近年来使用较多的是色谱法，包括气相色谱法、高效液相色谱法、气-质联用、液-质联用等大型仪器分析。这些方法可以保持数据的准确性和精确性，但是操作过程复杂，检测周期长，试剂消耗量大，需要专业人员操作，这就给农药检测的普及造成了严重的影响。

最近几年国内外学者也把研究集中在生物传感器上，生物传感器主要基于酶的抑制原理或者直接利用有机磷水解酶检测。AChE可以被有机磷化合物、氨基甲酸酯类农药抑制，但同时它也能被其他化合物抑制，所以AChE传感器的选择性较差，只能被用来检测有机磷农药残留的总量或是进行粗筛，不能实现微痕量有机磷农药的快速检测。

以紫外分光光度计为检测器、卟啉类光敏材料为指示剂的有机磷农药检测方法，如《染料和色素》（《Dyes and Pigments》）2007年第74卷176-180页的“卟啉溶液和卟啉染色的棉织物风光光度计检测有机磷农药二嗪农”一文，公开检测的二嗪农方法是：将一定浓度的Meso-四苯基卟啉（TPP）和二嗪农溶在有机溶剂N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中，用Cary 300紫外分光光度计和Grams/AI仪器测量溶液的光谱并分析反应前后的光谱变化，吸收光谱对应的比色皿中二嗪农的浓度线性关系点用PSI-Plot分析。该方法的缺点是，选用的卟啉指示剂对有机磷农药二嗪农的检测最低浓度为0.5ppm，吸光度差值与二嗪农浓度的线性关系为△A=0.00280 ×[diazinon] ＋ 0.00417 (R²= 0.792)。灵敏度和检测下限都不能满足食品中微痕量的有机磷农药检测的要求。

又如《光电工程》2009年1月第36卷第1期的“多点测量式毒气阵列检测系统研究与光谱分析”一文，公开的阵列式毒气检测系统，用金属卟啉条为敏感物质，对毒气种类的识别和痕量浓度进行检测，该系统由光学检测模块、毒气流路模块、测头精密机械传动定检模块、嵌入式硬件模块和数据处理分析与控制软件模块组成。

现有的农残检测常采用比色卡，均形成一对一的检测，且检测精度较低。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明提供了一种一次可以检测多个，或为了进一步精确检测某一个，可利用阵列交叉响应的特性，提高定性定量检测准确度的精确农残光谱检测装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种精确农残光谱检测装置，包括转动台、载物台、光源装置、反应室、农残样本自动注样器、光接收探头、光纤光谱仪、传动齿轮和步进电机；

所述转动台为中空结构，转动台的底部穿过载物台并与载物台间隙配合，所述转动台的顶面与载物台的上表面平行；所述传动齿轮套在转动台的底部并与转动台的底部固定配合，所述步进电机安装在载物台的下方，步进电机的输出轴上安装有主动齿轮，所述主动齿轮与传动齿轮齿啮合；

所述光源装置包括中空方框盒、激光发射器Ⅰ和中空的金属管，所述中空方框盒设置在金属管的顶部，中空方框盒内与金属管内相通，所述中空方框盒的四个侧壁上分别设有激光发射器安装孔，每个激光发射器安装孔内均安装有一个激光发射器Ⅰ；

所述反应室包括圆盘底板、外圈、内圈和透明的石英玻璃杯，所述外圈和内圈均设置在圆盘底板上，内圈位于外圈内，在外圈和内圈之间均布设置多个隔板，相邻两个隔板之间形成插槽，每个插槽内放入一个石英玻璃杯，所述外圈和内圈上且与每个插槽的中部对应位置分布设置通孔；所述圆盘底板的中部开孔，所述金属管穿过圆盘底板和转动台，反应室固定安装在转动台上，转动台通过轴承套在金属管上；中空方框盒位于内圈内，所述中空方框盒上的激光发射器Ⅰ与内圈和外圈上的通孔处于同一水平高度；

所述农残样本自动注样器安装在载物台上，农残样本自动注样器包括直线轨道、贯通步进电机、滑块、注射器卡槽和注射器；所述贯通步进电机和注射器卡槽分别设置在直线轨道的两端，所述滑块安装在直线轨道上并与直线轨道滑动配合，所述滑块的一端与贯通步进电机的丝杆固定，滑块的另一端设置一凹槽；所述注射器的针筒卡在注射器卡槽内，所述注射器的活塞端部位于滑块的另一端的凹槽内，所述注射器的针管的出口位于石英玻璃杯的正上方；

所述光接收探头为四个，均布在外圈外，并与外圈上的通孔处于同一水平高度，且四个光接收探头与中空方框盒上的四个激光发射器Ⅰ一一对应，所述光纤光谱仪安装在载物台上，所述光接收探头与光纤光谱仪连接。

作为本发明的一种优选方案，该检测装置还包括用于对石英玻璃杯进行定位的激光发射器Ⅱ和激光接收器，所述激光发射器Ⅱ设置在中空方框盒的外侧，在内圈的内侧且与每个插槽对应部位均设有一个激光接收器，所述激光发射器Ⅱ和激光接收器位于同一水平高度。

作为本发明的另一种优选方案，所述插槽的高度为石英玻璃杯高度的三分之二。

本发明的有益效果是：本发明采用转动台、载物台、光源装置、反应室、农残样本自动注样器、光接收探头、光纤光谱仪、传动齿轮和步进电机组合，且反应室具有多个石英玻璃杯，一次可以检测多个，或为了进一步精确检测某一个，可利用阵列交叉响应的特性，提高定性定量检测的准确度。

附图说明

图1为一种精确农残光谱检测装置的结构示意图；

图2为一种精确农残光谱检测装置各个部件分解后的结构示意图；

图3为转动台的结构示意图一；

图4为转动台的结构示意图二；

图5为光源装置的结构示意图；

图6为反应室的结构示意图一；

图7为反应室的结构示意图二；

图8为石英玻璃杯的结构示意图；

图9为农残样本自动注样器的结构示意图。

附图中： 1—转动台； 2—载物台； 3—光接收探头； 4—光纤光谱仪； 5—传动齿轮； 6—步进电机； 7—主动齿轮； 8—中空方框盒； 9—激光发射器Ⅰ； 10—金属管； 11—圆盘底板； 12—外圈； 13—内圈； 14—石英玻璃杯； 15—隔板； 16—插槽； 17—通孔； 18—直线轨道； 19—贯通步进电机； 20—滑块； 21—注射器卡槽； 22—注射器； 23—丝杆； 24—凹槽； 25—凸台； 26—托板； 27—垫板； 28—支架。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

如图1、2所示，一种精确农残光谱检测装置，包括转动台1、载物台2、光源装置、反应室、农残样本自动注样器（图1、2中没有画出）、光接收探头3、光纤光谱仪4、传动齿轮5、步进电机6、以及用于对石英玻璃杯14进行定位的激光发射器Ⅱ和激光接收器（图1、2中没有画出）。

其中，转动台1为中空结构，如图3、4所示，转动台1的底部具有一凸台25，转动台1的底部的凸台25穿过载物台2并与载物台2间隙配合，转动台1的顶面与载物台2的上表面平行。传动齿轮套在转动台1的底部的凸台25上并与转动台1的底部固定配合。步进电机6通过支架安装在载物台2的下方，步进电机6的输出轴上安装有主动齿轮7，主动齿轮7与传动齿轮齿啮合，步进电机6转动时驱动主动齿轮7转动，主动齿轮7驱动传动齿轮转动，进而带动转动台1转动。

光源装置的结构如图5所示，光源装置包括中空方框盒8、激光发射器Ⅰ9和中空的金属管10。在金属管10的顶部固定设置一托板26，中空方框盒8安装在托板26上，中空方框盒8通过该托板26设置在金属管10的顶部，托板26的中部具有一通孔，中空方框盒8内与金属管10内相通，中空方框盒8的四个侧壁上分别设有激光发射器安装孔，每个激光发射器安装孔内均安装有一个激光发射器Ⅰ9。顶部的中空方框盒8由金属材料制成，用于固定激光发射器Ⅰ9，并具有散热的作用，下部的中空的金属管10用来穿线，线可以从金属管10上的开口引出，使激光发射器Ⅰ9与电源连接。

反应室的结构如图6、7所示，反应室包括圆盘底板11、外圈12、内圈13和透明的石英玻璃杯14（如图8所示）。外圈12和内圈13均设置在圆盘底板11上，内圈13位于外圈12内，在外圈12和内圈13之间均布设置多个隔板15（本实施例中，在外圈12和内圈13之间均布设置有十个隔板15，相邻两个隔板15之间形成插槽16，每个插槽16内放入一个石英玻璃杯14，石英玻璃杯14的形状与插槽16的形状类似，插槽16的高度为石英玻璃杯14高度的三分之二，以便于石英玻璃杯14插入插槽16或从插槽16内取出石英玻璃杯14，外圈12和内圈13上且与每个插槽16的中部对应位置分布设置通孔17。圆盘底板11的中部开孔，金属管10穿过圆盘底板11和转动台1，反应室固定安装在转动台1上，转动台1通过轴承套在金属管10上。中空方框盒8位于内圈13内，中空方框盒8上的激光发射器Ⅰ9与内圈13和外圈12上的通孔17处于同一水平高度。通孔17的高度是石英玻璃杯14高度的二分之一，以便能检测到反应区的信号。圆盘底板11、外圈12、内圈13和金属管10同轴线设置。转动台1转动时，转动台1便会带动其上的反应室一起转动。

农残样本自动注样器安装在载物台2上，农残样本自动注样器的结构如图9所示，农残样本自动注样器包括直线轨道18、贯通步进电机19、滑块20、注射器卡槽21和注射器22。在载物台2上安装有一垫板27，在垫板27上安装直线轨道18、贯通步进电机19和注射器卡槽21，贯通步进电机19和注射器卡槽21分别设置在直线轨道18的两端。滑块20安装在直线轨道18上并与直线轨道18滑动配合，滑块20的一端与贯通步进电机19的丝杆23固定，滑块20的另一端设置一凹槽24。注射器22的针筒卡在注射器卡槽21内，注射器22的活塞端部位于滑块20的另一端的凹槽24内，注射器22的针管的出口位于石英玻璃杯14的正上方。贯通步进电机19转动，丝杆23驱动滑块20移动，进而驱动注射器22的活塞移动，以控制向石英玻璃杯14内的注液量，主要注入农残样，敏感物与农残反应前后荧光的变化来进行定量定性检测。

光接收探头3为四个，四个光接收探头3均通过支架28支撑在载物台2上，四个光接收探头3均布在外圈12的外侧并与外圈12间距较小，四个光接收探头3与外圈12上的通孔17处于同一水平高度，且四个光接收探头3与中空方框盒8上的四个激光发射器Ⅰ9一一对应。光纤光谱仪4安装在载物台2上，光接收探头3与光纤光谱仪4连接，既可将四个光接收探头3汇总到一个多Y型光纤内，然后连接到一个光纤光谱仪4上；也可将两个光接收探头3为一组连接到一个光纤光谱仪4上，而将另外两个光接收探头3为一组连接到另外一个光纤光谱仪4上。激光发射器Ⅱ设置在中空方框盒8的外侧，在内圈13的内侧且与每个插槽16对应部位均设有一个激光接收器，激光发射器Ⅱ和激光接收器位于同一水平高度。在反应室转动过程中，激光接收器以接收到激光发射器Ⅱ发出的信号来确定反应室内石英玻璃杯14转动的位置，因此，用激光发射器Ⅱ和激光接收器来对石英玻璃杯14进行定位。

工作过程是，步进电机6带动主动齿轮7转动，主动齿轮7驱动传动齿轮5转动，传动齿轮5带动转动台1转动，转动台1又带动其上的反应室的转动，通过起定位作用的激光发射器Ⅱ和激光接收器对反应室的转动进行定位，当转动到设计好的位置时，激光发射器Ⅰ发射出的光源刚好能够从反应室的一个孔射出（设计的时候会选定好初始孔，作为检测的第一个位置，以便后续平行试验都在同条件下进行），在光源正对位置设置光接收探头3，也即在反应室转动过程中，每当转到这个位置的时候，光纤光谱仪4能够进行一次信号的采集。

    最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种精确农残光谱检测装置，其特征在于：包括转动台（1）、载物台（2）、光源装置、反应室、农残样本自动注样器、光接收探头（3）、光纤光谱仪（4）、传动齿轮（5）和步进电机（6）；

所述转动台（1）为中空结构，转动台（1）的底部穿过载物台（2）并与载物台（2）间隙配合，所述转动台（1）的顶面与载物台（2）的上表面平行；所述传动齿轮（5）套在转动台（1）的底部并与转动台（1）的底部固定配合，所述步进电机（6）安装在载物台（2）的下方，步进电机（6）的输出轴上安装有主动齿轮（7），所述主动齿轮（7）与传动齿轮（5）齿啮合；

所述光源装置包括中空方框盒（8）、激光发射器Ⅰ（9）和中空的金属管（10），所述中空方框盒（8）设置在金属管（10）的顶部，中空方框盒（8）内与金属管（10）内相通，所述中空方框盒（8）的四个侧壁上分别设有激光发射器安装孔，每个激光发射器安装孔内均安装有一个激光发射器Ⅰ（9）；

所述反应室包括圆盘底板（11）、外圈（12）、内圈（13）和透明的石英玻璃杯（14），所述外圈（12）和内圈（13）均设置在圆盘底板（11）上，内圈（13）位于外圈（12）内，在外圈（12）和内圈（13）之间均布设置多个隔板（15），相邻两个隔板（15）之间形成插槽（16），每个插槽（16）内放入一个石英玻璃杯（14），所述外圈（12）和内圈（13）上且与每个插槽（16）的中部对应位置分布设置通孔（17）；所述圆盘底板（11）的中部开孔，所述金属管（10）穿过圆盘底板（11）和转动台（1），反应室固定安装在转动台（1）上，转动台（1）通过轴承套在金属管（10）上；中空方框盒（8）位于内圈（13）内，所述中空方框盒（8）上的激光发射器Ⅰ（9）与内圈（13）和外圈（12）上的通孔（17）处于同一水平高度；

所述农残样本自动注样器安装在载物台（2）上，农残样本自动注样器包括直线轨道（18）、贯通步进电机（19）、滑块（20）、注射器卡槽（21）和注射器（22）；所述贯通步进电机（19）和注射器卡槽（21）分别设置在直线轨道（18）的两端，所述滑块（20）安装在直线轨道（18）上并与直线轨道（18）滑动配合，所述滑块（20）的一端与贯通步进电机（19）的丝杆（23）固定，滑块（20）的另一端设置一凹槽（24）；所述注射器（22）的针筒卡在注射器卡槽（21）内，所述注射器（22）的活塞端部位于滑块（20）的另一端的凹槽（24）内，所述注射器（22）的针管的出口位于石英玻璃杯（14）的正上方；

所述光接收探头（3）为四个，均布在外圈（12）外，并与外圈（12）上的通孔（17）处于同一水平高度，且四个光接收探头（3）与中空方框盒（8）上的四个激光发射器Ⅰ（9）一一对应，所述光纤光谱仪（4）安装在载物台（2）上，所述光接收探头（3）与光纤光谱仪（4）连接。

2.根据权利要求1所述的一种精确农残光谱检测装置，其特征在于：还包括用于对石英玻璃杯（14）进行定位的激光发射器Ⅱ和激光接收器，所述激光发射器Ⅱ设置在中空方框盒的外侧，在内圈（13）的内侧且与每个插槽（16）对应部位均设有一个激光接收器，所述激光发射器Ⅱ和激光接收器位于同一水平高度。

3.根据权利要求1所述的一种精确农残光谱检测装置，其特征在于：所述插槽（16）的高度为石英玻璃杯（14）高度的三分之二。