CN103499528B - 农残光谱快速检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种农残光谱快速检测系统，包括遮光板Ⅰ、遮光板Ⅱ、比色皿反应阵列装置、多光源阵列装置、农残样本自动注样器、光接收探头和光纤光谱仪；两个遮光板平行设置，比色皿反应阵列装置设置在两个遮光板之间，多光源阵列装置设置在遮光板Ⅰ的外侧，农残样本自动注样器设置在遮光板Ⅱ的外侧，两个遮光板上设有一对应的通孔；光接收探头安装在遮光板Ⅱ上的通孔内，光接收探头与光纤光谱仪连接。本发明采用比色皿反应阵列装置、多光源阵列装置、农残样本自动注样器等组合，在比色皿反应阵列支架上设有多个比色皿插入槽，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
技术领域
本发明涉及一种光谱检测系统，尤其涉及一种农残光谱快速检测系统。
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农残光谱快速检测系统。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
农残光谱快速检测系统，包括遮光板Ⅰ、遮光板Ⅱ、比色皿反应阵列装置、多光源阵列装置、农残样本自动注样器、光接收探头和光纤光谱仪；
所述遮光板Ⅰ和遮光板Ⅱ平行设置，所述比色皿反应阵列装置设置在遮光板Ⅰ的内侧和遮光板Ⅱ的内侧之间，所述多光源阵列装置设置在遮光板Ⅰ的外侧，所述农残样本自动注样器设置在遮光板Ⅱ的外侧，所述遮光板Ⅰ和遮光板Ⅱ上设有一对应的通孔；
所述比色皿反应阵列装置包括直线轨道Ⅰ、滚珠丝杆Ⅰ、电机Ⅰ、螺母滑动块Ⅰ、比色皿反应阵列支架和比色皿；所述螺母滑动块Ⅰ安装在直线轨道Ⅰ上并与直线轨道Ⅰ单自由度滑动配合，所述滚珠丝杆Ⅰ穿过螺母滑动块Ⅰ并与螺母滑动块Ⅰ螺纹配合，滚珠丝杆Ⅰ由电机Ⅰ驱动；所述比色皿反应阵列支架为顶部敞口的长方体盒体，所述长方体盒体内沿其长度方向均布设置多个隔板，相邻隔板之间以及长方体盒体的两端壁与最近的隔板之间形成比色皿插入槽；每个比色皿插入槽内均插入一比色皿，所述长方体盒体的两侧壁上并与每个比色皿的内孔中部对应位置分别设置过光孔；所述过光孔的运行轨迹与遮光板Ⅰ和遮光板Ⅱ上的通孔对应；
所述多光源阵列装置包括直线轨道Ⅱ、滚珠丝杆Ⅱ、电机Ⅱ、螺母滑动块Ⅱ、多光源阵列支架和激光模组；所述直线轨道Ⅱ与直线轨道Ⅰ平行，所述螺母滑动块Ⅱ安装在直线轨道Ⅱ上并与直线轨道Ⅱ单自由度滑动配合，所述滚珠丝杆Ⅱ穿过螺母滑动块Ⅱ并与螺母滑动块Ⅱ螺纹配合，滚珠丝杆Ⅱ由电机Ⅱ驱动；所述多光源阵列支架为一长方体，所述长方体的侧壁上沿其长度方向均布设置多个激光模组安装孔，每个激光模组安装孔内均安装一个激光模组，所述激光模组的出光口的运行轨迹与遮光板Ⅰ上的通孔对应；
所述农残样本自动注样器包括直线轨道Ⅲ、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Ⅲ的两端，所述滑块安装在直线轨道Ⅲ上并与直线轨道Ⅲ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，所述注射器的针管穿过遮光板Ⅱ，针管的出口位于比色皿运行轨迹的正上方；
所述光接收探头安装在遮光板Ⅱ上的通孔内，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，该检测系统还包括用于对比色皿进行定位的激光发射器Ⅰ和激光接收器Ⅰ，所述激光发射器Ⅰ设置在遮光板Ⅰ的内侧，激光接收器Ⅰ设置在遮光板Ⅱ的内侧，所述激光发射器Ⅰ和激光接收器Ⅰ均与长方体盒体的两侧壁上相对的过光孔对应。
作为本发明的另一种优选方案，该检测系统还包括用于对激光模组进行定位的激光发射器Ⅱ和激光接收器Ⅱ，所述激光发射器Ⅱ安装在多光源阵列支架上，所述激光接收器Ⅱ设置在遮光板Ⅰ的外侧上，所述激光发射器Ⅱ的运行轨迹与激光接收器Ⅱ对应。
作为本发明的一种改进方案，所述长方体盒体的高度为比色皿高度的三分之二。
本发明的有益效果是：本发明采用比色皿反应阵列装置、多光源阵列装置、农残样本自动注样器、光接收探头和光纤光谱仪组合，且在比色皿反应阵列支架上设有多个比色皿插入槽，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为农残光谱快速检测系统的结构示意图；
图2为比色皿反应阵列装置和多光源阵列装置的结构示意图；
图3为比色皿反应阵列支架的结构示意图；
图4为比色皿的结构示意图；
图5为多光源阵列支架的结构示意图。
附图中： 1—遮光板Ⅰ； 2—遮光板Ⅱ； 3—光接收探头； 4—光纤光谱仪； 5—通孔； 6—直线轨道Ⅰ； 7—滚珠丝杆Ⅰ； 8—电机Ⅰ； 9—螺母滑动块Ⅰ； 10—长方体盒体； 11—隔板； 12—比色皿插入槽； 13—过光孔； 14—直线轨道Ⅱ； 15—滚珠丝杆Ⅱ； 16—电机Ⅱ； 17—螺母滑动块Ⅱ； 18—长方体； 19—激光模组； 20—激光模组安装孔； 21—直线轨道Ⅱ； 22—贯通步进电机； 23—滑块； 24—注射器卡槽； 25—注射器； 26—丝杆； 27—凹槽； 28—激光发射器Ⅰ； 29—激光接收器Ⅰ； 30—底板； 31—支撑板； 32—垫板。
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所示，农残光谱快速检测系统，包括遮光板Ⅰ1、遮光板Ⅱ2、比色皿反应阵列装置、多光源阵列装置、农残样本自动注样器、光接收探头3、光纤光谱仪4、用于对比色皿进行定位的激光发射器Ⅰ28和激光接收器Ⅰ29、以及用于对激光模组19进行定位的激光发射器Ⅱ和激光接收器Ⅱ（图中没有画出）。
其中，遮光板Ⅰ1和遮光板Ⅱ2平行设置在支撑板31上，支撑板31下方为底板30。比色皿反应阵列装置设置在底板30上，且位于遮光板Ⅰ1的内侧和遮光板Ⅱ2的内侧之间。多光源阵列装置设置在底板30上，且位于遮光板Ⅰ1的外侧。农残样本自动注样器设置在支撑板31上，且位于遮光板Ⅱ2的外侧。遮光板Ⅰ1和遮光板Ⅱ2上设有一对应的通孔5。光接收探头3安装在遮光板Ⅱ2上的通孔5内，光接收探头3与光纤光谱仪4连接。遮光板Ⅰ1和遮光板Ⅱ2起遮光的作用，排除其他杂光的干扰以及用来固定接收器（光接收探头3、激光发射器Ⅰ28、激光接收器Ⅰ29和激光接收器Ⅱ）的作用，使得激光模组19发出的光通过通孔和光接收探头3处在同一直线上，激光发射器Ⅰ28和激光接收器Ⅰ29处于同一直线上。
比色皿反应阵列装置的结构如图2所述，比色皿反应阵列装置包括直线轨道Ⅰ6、滚珠丝杆Ⅰ7、电机Ⅰ8（采用步进电机）、螺母滑动块Ⅰ9、比色皿反应阵列支架和比色皿。直线轨道Ⅰ6为两根、且平行设置在底板30上，螺母滑动块Ⅰ9安装在直线轨道Ⅰ6上并与直线轨道Ⅰ6单自由度滑动配合。滚珠丝杆Ⅰ7穿过螺母滑动块Ⅰ9并与螺母滑动块Ⅰ9螺纹配合，滚珠丝杆Ⅰ7由电机Ⅰ8驱动。比色皿反应阵列支架为顶部敞口的长方体盒体10，长方体盒体10内沿其长度方向均布设置多个隔板11，相邻隔板11之间以及长方体盒体10的两端壁与最近的隔板11之间形成比色皿插入槽12，如图3所示，图中画出了十个比色皿插入槽12，十个比色皿插入槽12位于一直线上。每个比色皿插入槽12内均插入一比色皿，比色皿的结构如图4所示，比色皿是现有产品，再次不再赘述。长方体盒体10的高度为比色皿高度的三分之二，以便于比色皿插入或取出。长方体盒体10的两侧壁上并与每个比色皿的内孔中部对应位置分别设置过光孔13，即在长方体盒体10的两侧壁上分别开有十个过光孔13，过光孔13的运行轨迹与遮光板Ⅰ1和遮光板Ⅱ2上的通孔5对应，过光孔13的高度是比色皿高度的二分之一，以便能检测到反应区的信号。
多光源阵列装置的结构如图2所示，多光源阵列装置包括直线轨道Ⅱ14、滚珠丝杆Ⅱ15、电机Ⅱ16（采用步进电机）、螺母滑动块Ⅱ17、多光源阵列支架和激光模组19。直线轨道Ⅱ14为两根、且平行设置在底板30上，直线轨道Ⅱ14与直线轨道Ⅰ6平行。螺母滑动块Ⅱ17安装在直线轨道Ⅱ14上并与直线轨道Ⅱ14单自由度滑动配合，滚珠丝杆Ⅱ15穿过螺母滑动块Ⅱ17并与螺母滑动块Ⅱ17螺纹配合，滚珠丝杆Ⅱ15由电机Ⅱ16驱动。多光源阵列支架为一长方体18，长方体18的侧壁上沿其长度方向均布设置多个激光模组安装孔20，如图5所示，在每个激光模组安装孔20内均安装一个激光模组19，激光模组19的出光口的运行轨迹与遮光板Ⅰ1上的通孔5对应。激光模组成圆柱型结构，其直径有12mm和18mm两种，共采用了四个，故设有四个固定孔，在调好激光模组的光源到反应区（反应区由遮光板Ⅰ1、遮光板Ⅱ2以及设置在遮光板Ⅰ1和遮光板Ⅱ2之间的比色皿反应阵列装置组成）的距离，然后固定好位置。
农残样本自动注样器的结构如图1所示，农残样本自动注样器包括直线轨道Ⅲ21、贯通步进电机22、滑块23、注射器卡槽24和注射器25。在支撑板31上安装有一垫板32，在垫板32上安装直线轨道Ⅲ21、贯通步进电机22和注射器卡槽24，贯通步进电机22和注射器卡槽24分别设置在直线轨道Ⅲ21的两端。滑块23安装在直线轨道Ⅲ21上并与直线轨道Ⅲ21滑动配合，滑块23的一端与贯通步进电机22的丝杆26固定，滑块23的另一端设置一凹槽27。注射器25的针筒卡在注射器卡槽24内，注射器25的活塞端部位于滑块23的另一端的凹槽27内，注射器25的针管穿过遮光板Ⅱ2，针管的出口位于比色皿运行轨迹的正上方。贯通步进电机22转动，丝杆26驱动滑块23移动，进而驱动注射器活塞移动，以控制向比色皿内的注液量。
激光发射器Ⅰ28设置在遮光板Ⅰ1的内侧，激光接收器Ⅰ29设置在遮光板Ⅱ2的内侧，激光发射器Ⅰ28和激光接收器Ⅰ29均与长方体盒体10的两侧壁上相对的过光孔13对应，激光发射器Ⅰ28和激光接收器Ⅰ29用于对比色皿的位置进行定位。激光发射器Ⅱ安装在多光源阵列支架上，激光接收器Ⅱ设置在遮光板Ⅰ1的外侧上，激光发射器Ⅱ的运行轨迹与激光接收器Ⅱ对应，激光发射器Ⅱ和激光接收器Ⅱ用于对激光模组19的位置进行定位。
工作过程是，电机Ⅱ16驱动滚珠丝杆Ⅱ15转动，滚珠丝杆Ⅱ15驱动螺母滑动块Ⅱ17左右移动，进而带动多光源阵列支架移动，多光源阵列支架随之带动激光模组19左右移动，通过激光发射器Ⅱ和激光接收器Ⅱ对激光模组19的初始位置以及遮光板Ⅰ1上的通孔位置定位，可以控制激光模组19光源的选择，如用哪个激光模组19的光源来检测哪个比色皿插入槽内的比色皿。电机Ⅰ8驱动滚珠丝杆Ⅰ7转动，滚珠丝杆Ⅰ7驱动螺母滑动块9左右移动，进而带动长方体盒体10移动，长方体盒体10随之带动其上的比色皿左右移动，初始位置为第一个（最左边）比色皿插入槽12的侧壁孔和遮光板Ⅱ上的通孔处于同一直线时，贯通步进电机22驱动滑块23移动，滑块23推动注射器25上的活塞，向比色皿内注入每次抽取固定的农残样，通过计算可以算出每次贯通步进电机22推动的距离从而控制每次注液量多少。那么检测过程可以归纳为：多光源阵列位置初始化，比色皿反应阵列支架位置初始化，并在每个比色皿插入槽12中放入已经加入敏感物的比色皿，注射器25取样，放入凹槽27里面。贯通步进电机22启动开始第一次注样，打开光源，光纤光谱仪4第一次采集，关闭光源；通过多光源阵列支架选择正确的光源（由于放入的敏感物是事先知道并按顺序放入的，所以能够事先知道需要多少波长的激光，也就是说知道需要用哪个激光模组19，螺母滑动块Ⅰ9带动长方体盒体10移动，到第二个比色皿位置，自动注样，打开光源，光纤光谱仪4信号采集，关闭光源，以下就是如此反复，直到最后一个检测完毕。
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 (4)
1.农残光谱检测系统，其特征在于：包括遮光板Ⅰ（1）、遮光板Ⅱ（2）、比色皿反应阵列装置、多光源阵列装置、农残样本自动注样器、光接收探头（3）和光纤光谱仪（4）；
所述遮光板Ⅰ（1）和遮光板Ⅱ（2）平行设置，所述比色皿反应阵列装置设置在遮光板Ⅰ（1）的内侧和遮光板Ⅱ（2）的内侧之间，所述多光源阵列装置设置在遮光板Ⅰ（1）的外侧，所述农残样本自动注样器设置在遮光板Ⅱ（2）的外侧，所述遮光板Ⅰ（1）和遮光板Ⅱ（2）上设有一对应的通孔（5）；
所述比色皿反应阵列装置包括直线轨道Ⅰ（6）、滚珠丝杆Ⅰ（7）、电机Ⅰ（8）、螺母滑动块Ⅰ（9）、比色皿反应阵列支架和比色皿；所述螺母滑动块Ⅰ（9）安装在直线轨道Ⅰ（6）上并与直线轨道Ⅰ（6）单自由度滑动配合，所述滚珠丝杆Ⅰ（7）穿过螺母滑动块Ⅰ（9）并与螺母滑动块Ⅰ（9）螺纹配合，滚珠丝杆Ⅰ（7）由电机Ⅰ（8）驱动；所述比色皿反应阵列支架为顶部敞口的长方体盒体（10），所述长方体盒体（10）内沿其长度方向均布设置多个隔板（11），相邻隔板（11）之间以及长方体盒体（10）的两端壁与最近的隔板（11）之间形成比色皿插入槽（12）；每个比色皿插入槽（12）内均插入一比色皿，所述长方体盒体（10）的两侧壁上并与每个比色皿的内孔中部对应位置分别设置过光孔（13）；所述过光孔（13）的运行轨迹与遮光板Ⅰ（1）和遮光板Ⅱ（2）上的通孔（5）对应；
所述多光源阵列装置包括直线轨道Ⅱ（14）、滚珠丝杆Ⅱ（15）、电机Ⅱ（16）、螺母滑动块Ⅱ（17）、多光源阵列支架和激光模组（19）；所述直线轨道Ⅱ（14）与直线轨道Ⅰ（6）平行，所述螺母滑动块Ⅱ（17）安装在直线轨道Ⅱ（14）上并与直线轨道Ⅱ（14）单自由度滑动配合，所述滚珠丝杆Ⅱ（15）穿过螺母滑动块Ⅱ（17）并与螺母滑动块Ⅱ（17）螺纹配合，滚珠丝杆Ⅱ（15）由电机Ⅱ（16）驱动；所述多光源阵列支架为一长方体（18），所述长方体（18）的侧壁上沿其长度方向均布设置多个激光模组安装孔（20），每个激光模组安装孔（20）内均安装一个激光模组（19），所述激光模组（19）的出光口的运行轨迹与遮光板Ⅰ（1）上的通孔（5）对应；
所述农残样本自动注样器包括直线轨道Ⅲ（21）、贯通步进电机（22）、滑块（23）、注射器卡槽（24）和注射器（25）；所述贯通步进电机（22）和注射器卡槽（24）分别设置在直线轨道Ⅲ（21）的两端，所述滑块（23）安装在直线轨道Ⅲ（21）上并与直线轨道Ⅲ（21）滑动配合，所述滑块（23）的一端与贯通步进电机（22）的丝杆（26）固定，滑块（23）的另一端设置一凹槽（27）；所述注射器（25）的针筒卡在注射器卡槽（24）内，所述注射器（25）的活塞端部位于滑块（23）的另一端的凹槽（27）内，所述注射器（25）的针管穿过遮光板Ⅱ（2），针管的出口位于比色皿运行轨迹的正上方；
所述光接收探头（3）安装在遮光板Ⅱ（2）上的通孔（5）内，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所述的农残光谱检测系统，其特征在于：还包括用于对比色皿进行定位的激光发射器Ⅰ（28）和激光接收器Ⅰ（29），所述激光发射器Ⅰ（28）设置在遮光板Ⅰ（1）的内侧，激光接收器Ⅰ（29）设置在遮光板Ⅱ（2）的内侧，所述激光发射器Ⅰ（28）和激光接收器Ⅰ（29）均与长方体盒体（10）的两侧壁上相对的过光孔（13）对应。
3.根据权利要求1所述的农残光谱检测系统，其特征在于：还包括用于对激光模组（19）进行定位的激光发射器Ⅱ和激光接收器Ⅱ，所述激光发射器Ⅱ安装在多光源阵列支架上，所述激光接收器Ⅱ设置在遮光板Ⅰ（1）的外侧上，所述激光发射器Ⅱ的运行轨迹与激光接收器Ⅱ对应。
4.根据权利要求1所述的农残光谱检测系统，其特征在于：所述长方体盒体（10）的高度为比色皿高度的三分之二。
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