CN104568900B

CN104568900B - 一种农产品检测用拉曼表面增强溶液自动滴涂装置

Info

Publication number: CN104568900B
Application number: CN201410834711.9A
Authority: CN
Inventors: 彭彦昆; 翟晨; 李永玉; 徐田锋
Original assignee: China Agricultural University
Current assignee: China Agricultural University
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2014-12-26
Publication date: 2018-03-23
Anticipated expiration: 2034-12-26
Also published as: CN104568900A

Abstract

本发明涉及农产品检测技术领域，提供了一种农产品检测用拉曼表面增强溶液自动滴涂装置，包括固定座、机械驱动单元、执行单元和样品旋转单元。本发明的农产品检测用拉曼表面增强溶液自动滴涂装置，通过机械驱动单元带动执行单元运动，从而能够自动将表面增强溶液滴涂到待检测样品的表面，不需要人工操作。在此基础上，样品旋转单元能够带动待检测样品旋转，从而在样品的多个位置滴涂表面增强溶液，以配合检测单元进行样品的多点检测，最终实现表面增强拉曼技术对样品的自动、快速、准确、灵敏检测。

Description

一种农产品检测用拉曼表面增强溶液自动滴涂装置

技术领域

本发明涉及农产品检测技术领域，特别涉及一种农产品检测用拉曼表面增强剂自动滴涂装置。

背景技术

近年来，人们的生活水平日益提高，果蔬作为日常生活中必须摄入的食物，其品质和安全问题越来越得到社会的关注。拉曼光谱具有无损快速的优势，但是拉曼散射效应是一个非常弱的过程，其光强一般仅约为入射光强的10^-10，所以拉曼信号比较弱。表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering，SERS)能显著提高拉曼信号的强度，有效降低待检测物的检测限。表面增强方法实施到待检测样品时，需要滴涂表面增强溶液，多种溶液按照一定次序和体积滴涂到样品表面能够有效提高拉曼峰强度。但是在农产品的拉曼光谱检测过程中，表面增强溶液的滴涂大多无法自动实现。

有鉴于此，亟待提出一中农产品检测用拉曼表面增强溶液自动滴涂装置，在农产品的拉曼光谱检测过程中，自动进行表面增强溶液的涂滴。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题就是提出一种农产品检测用拉曼表面增强溶液自动滴涂装置，在农产品的拉曼光谱检测过程中，自动进行表面增强溶液的涂滴。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种农产品检测用拉曼表面增强溶液自动滴涂装置，包括固定座、机械驱动单元、执行单元、样品旋转单元；

所述固定座，用于支撑所述机械驱动单元、执行单元和样品旋转单元；

所述机械驱动单元，连接固定座，用于驱动所述执行单元；

所述执行单元，在所述机械驱动单元的驱动下向待检测样品滴涂适量的表面增强溶液；

所述样品旋转单元，固定在固定座上，用于带动待检测样品旋转。

优选地，所述固定座包括固定底板，以及与所述固定底板固定连接的侧板；所述侧板用于安装所述机械驱动单元和执行单元；所述固定底板用于固定所述样品旋转单元。

优选地，所述固定底板上开设有定位孔，用于将自动滴涂装置固定在标准光学平板上。

优选地，所述机械驱动单元包括固定在所述侧板上的互相平行的水平滑轨以及第一丝杆；所述第一丝杆连接第一步进电机，并在所述第一步进电机的驱动下，带动主拖车沿着所述水平滑轨滑行；所述主拖车上固定有互相平行的竖直滑轨以及第二丝杆；所述第二丝杆连接第二步进电机，并在所述第二步进电机的驱动下，带动副拖车沿着所述竖直滑轨滑行；所述副拖车上固定有压盘；所述第一步进电极和第二步进电机连接控制器。

优选地，所述执行单元包括储液瓶，以及位于所述储液瓶瓶口的提杆；所述提杆在所述机械驱动单元的控制下作升降运动，并将所述储液瓶中的液体通过毛细管的第一端端口挤压到毛细管中；所述毛细管的第二端端口固定在待检测样品的上方。

优选地，所述固定座还包括水平固定台，所述水平固定台与所述侧板固定连接，用于固定所述储液瓶；所述储液瓶的数量为三个，所述提杆以及毛细管分别为三根。

优选地，所述固定座还包括定距台，以及用于将所述定距台固定在待检测样品上方的支撑杆；所述支撑杆与所述固定底板连接；所述定距台与支撑杆的对应位置上开设有毛细管孔，用于固定所述毛细管的第二端，并使得所述第二端端口位于待检测样品的上方；所述定距台上还设有躲避槽，使得样品旋转时表面增强溶液不与定距台接触。

优选地，所述样品旋转单元包括升降底座，以及固定在所述升降底座上的旋转夹持装置。

优选地，所述升降底座包括水平平台，以及支撑所述水平平台的伸缩盒；所述伸缩盒内部固定有三根呈三角分布的竖直方向的弹簧；所述弹簧与水平平台连接；

所述旋转夹持装置包括同轴的第一旋转轴和第二旋转轴；所述第一旋转轴的一端连接第三步进电机，另一端穿过第一轴承座和第二轴承座以后连接第一夹持件；所述第二旋转轴一端连接第二夹持件，另一端套上弹簧之后穿过第三轴承座；所述第一夹持件和第二夹持件相对设置；所述第三步进电机连接控制器。

一种农产品自动检测装置，包括本发明的农产品检测用拉曼表面增强溶液自动滴涂装置，还包括检测单元，所述检测单元的探头位于待检测样品的上方。

(三)有益效果

本发明的技术方案具有以下技术优点：本发明的农产品检测用拉曼表面增强溶液自动滴涂装置，通过机械驱动单元带动执行单元运动，从而能够自动将表面增强溶液滴涂到待检测样品的表面，不需要人工操作。在此基础上，样品旋转单元能够带动待检测样品旋转，从而在样品的多个位置滴涂表面增强溶液，以配合样品的多点检测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的农产品检测用拉曼表面增强溶液自动滴涂装置的结构示意图；

图2是本发明实施例的机械驱动单元的结构示意图；

图3是本发明实施例的定距台的结构示意图；

图中：1、固定底板；2、侧板；3、第一步进电机；4、第二步进电机；5、主拖车；6、副拖车；7、第一丝杠；8、第二丝杠；9、第一滑轨；10、第二滑轨；11、压盘；12、第三滑轨；13、第四滑轨；14、水平固定台；15、第一提杆；16、第一储液瓶；17、第二提杆；18、第二储液瓶；19、第三提杆；20、第三储液瓶；21、毛细管；22、伸缩盒；23、水平平台；24、第三步进电机；25、第一轴承座；26、第一旋转轴；27、第二轴承座；28、第一夹持件；29、第二夹持件；30、第三轴承座；31、支撑杆；32、定距台；33、毛细管孔；34、躲避槽；35、探头。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明的农产品检测用拉曼表面增强溶液自动滴涂装置，包括固定座、机械驱动单元、执行单元、样品旋转单元；所述固定座，用于支撑所述机械驱动单元、执行单元和样品旋转单元；所述机械驱动单元，连接固定座，用于驱动所述执行单元；所述执行单元，在所述机械驱动单元的驱动下向待检测样品滴涂适量的表面增强溶液；所述样品旋转单元，固定在固定座上，用于带动待检测样品旋转。下面结合实施例对本发明进行具体说明。

请参见图1，本发明的自动滴涂装置，固定座包括固定底板1，以及与所述固定底板1固定连接的侧板2；所述侧板2用于安装所述机械驱动单元和执行单元；所述固定底板1用于固定所述样品旋转单元。为了将自动滴涂装置固定在标准光学平板上，优选在固定底板1上开设有定位孔。

具体的，本实施例的机械驱动单元，包括固定在所述侧板2上的互相平行的水平滑轨以及第一丝杆；所述第一丝杆连接第一步进电机3，并在所述第一步进电机3的驱动下，带动主拖车5沿着所述水平滑轨滑行；其中，所述水平滑轨包括第一滑轨9和第二滑轨10。

所述主拖车5上固定有互相平行的竖直滑轨以及第二丝杆；所述第二丝杆连接第二步进电机4，并在所述第二步进电机4的驱动下，带动副拖车6沿着所述竖直滑轨滑行。其中，所述竖直滑轨包括第三滑轨12和第四滑轨13。所述副拖车6上固定有压盘11；所述第一步进电极和第二步进电机4连接控制器。

执行单元包括储液瓶，以及位于所述储液瓶瓶口的提杆；所述提杆在所述机械驱动单元的控制下作升降运动，并将所述储液瓶中的液体通过毛细管21的第一端端口挤压到毛细管21中；所述毛细管21的第二端端口固定在待检测样品的上方。

为了将所述执行单元固定到侧板2上，优选所述固定座还包括水平固定台14，所述水平固定台14与所述侧板2固定连接，并且所述储液瓶固定在所述水平固定台14上。

本实施例中，优选所述储液瓶的数量为三个，分别为第一储液瓶16、第二储液瓶18和第三储液瓶20，并优选采用螺丝将所述储液瓶垂直固定在所述水平固定台14上。所述储液瓶中分别盛放不同的溶液，依次定量滴涂三种溶液使表面增强效果最佳，在所述机械驱动单元的驱动下，将三个储液瓶中的表面增强溶液依次滴涂到待测样品上。与此对应，提杆的数量以及毛细管21分别为三根，所述提杆分别为第一提杆15、第二提杆17、第三提杆19。除此以外，毛细管21优选但不必须为毛细钢丝管，且优选采用螺丝将所述毛细管21的第一端与储液瓶固定。

机械驱动单元运动过程中，压盘11的位置由主拖车5和副拖车6决定。主拖车5安装在第一滑轨9和第二滑轨10上，通过第一步进电机3带动所述第一丝杠7实现主拖车5的水平运动，使所述压盘11能够正对于三个提杆；副拖车6安装在第三滑轨12和第四滑轨13上，通过第二步进电机4带动第二丝杠8实现该副拖车6的竖直运动，使所述压盘11能够按压提杆一定距离，滴涂定量的溶液。

优选压盘11的起始位置为第一提杆15的正上方，并与第一提杆15接触；假设此时的点为原点，确定所有储液瓶和毛细管21中无气泡后，在第二步进电机4的驱动下，所述压盘11垂直向下行走x₁距离，液体按压出来滴涂到样品表面，然后反方向行走x₁距离，达到起始原点；向第二提杆17方向水平移动y1距离，达到所述第二提杆17上方，垂直向下行走x2距离，液体按压出来滴涂到样品表面，然后反向行走x2距离；向第三提杆19方向水平移动y2距离，到达所述第三提杆19上方，垂直向下行走x3距离，液体按压出来滴涂到样品表面，然后反向行走x3距离，再反向水平移动y1+y2距离，到达起始原点，完成一个循环。此时所述压盘11位于所述原点，开始进行第二轮循环，所述压盘11按压所述第一提杆15垂直向下运动x1*2距离，反向行走x1*2距离到达所述原点，水平运动方向与距离第一循环一样，按压所述第二提杆17垂直向下运动x2*2距离，然后反向行走x2*2距离，水平运动距离和方向与第一循环一样，按压所述第三提杆19垂直向下运动x3*2距离，然后反向行走x3*2距离，以此类推，当循环次数为n时，按压第i提杆的垂直距离为xi*n，水平运动方向与距离保持不变。

增强溶液的剂量通过控制提杆升降的距离来实现定量，通过建立提杆提伸的距离xi换算成等比例溶液体积的基本对应定量关系。

由于待检测样品一般需要多点进行检测，因此本实施例的自动滴涂装置还包括样品旋转单元。所述样品旋转单元包括升降底座，以及固定在所述升降底座上的旋转夹持装置。所述升降底座是为了适应不同尺寸的待检测样品。具体地，本实施例中，升降底座包括水平平台23，以及支撑所述水平平台23的伸缩盒22；所述伸缩盒22内部固定有三根呈三角分布的竖直方向的弹簧，可根据样品大小，均匀上下压缩伸展，并带动水平平台23小范围内升降。

所述旋转夹持装置包括同轴的第一旋转轴26和第二旋转轴；所述第一旋转轴26的一端连接第三步进电机24，另一端穿过第一轴承座25和第二轴承座27以后连接第一夹持件28；所述第二旋转轴一端连接第二夹持件29，另一端套上弹簧之后穿过第三轴承座30；所述第一夹持件28和第二夹持件29相对设置；所述第三步进电机24连接控制器。

样品检测时，将样品夹持在第一夹持件28和第二夹持件29之间。控制器控制第三步进电机24转动，并带动第一旋转轴26和第二旋转轴转动，从而带动样品转动。其中，为了应对待检测样品尺寸大小不一的情况，而本实施例中通过在第二旋转轴上套设弹簧，从而使得夹持件之间的距离可根据样品大小进行水平调节。

本实施例的固定座还优选包括定距台32，以及用于将所述定距台32固定在待检测样品上方的支撑杆31。其中，支撑杆31和固定底板1连接，且支撑杆31的具体结构不受本实施例附图的限制。在定距台32与支撑杆31的对应位置上开设有毛细管孔33，用于固定所述毛细管21的第二端，并使得所述第二端端口位于待检测样品的上方。所述定距台32还开设有躲避槽34，可使当样品旋转时，滴涂在样品表面的表面增强溶液可从所述躲避槽34中经过，从而避免沾到定距台32上。同时，每次滴涂在样品表面的液体体积小于10μL，从而在样品旋转过程中，保证样品表面的液滴不会流动。此外，定距台32的材质为四氟乙烯。

将本实施例的自动滴涂装置用到样品拉曼检测时，将检测单元的激光探头35固定在待检测样品的上方，优选固定在上述定距台32上，从而使激光探头35与样品之间距离保持恒定距离，确保检测的准确性。并且，样品放置到样品旋转单元上以后，优选样品直接与定距台32接触，此时如果所述升降底座是通过弹簧实现升降的；则对应样品尺寸很大的情况，定距台32给样品一个压力，并压缩水平平台23下的三角布置的弹簧。当然，此处的升降底座不局限为此种形式。

本实施例的自动滴涂装置用到样品拉曼检测时，第一步进电机3和第二步进电机4驱动压盘11垂直和水平运动，并在控制器控制下，按照一定的时间、次序、行走距离按压执行单元中的提杆，使得储液瓶中的液体通过所述毛细管21定时定量滴涂到样品表面。当三种溶液滴涂到样品表面后，检测单元开始扫描拉曼光谱图，快速得到该点的检测值，拉曼扫描完毕，控制器控制第三步进电机24，从而带动样品按照一定方向旋转一定角度，进行下一点的表面增强剂滴涂与拉曼检测。为了避免重复检测，每个样品旋转角度小于360°。

本实施例中，检测单元和控制单元是基于LabVIEW开发平台开发的，配套软件可实现采集与控制交替实现。

本发明的自动滴涂装置通过设置所述机械驱动单元使执行单元按照一定次序和体积滴涂表面增强剂到样品表面，自动进行拉曼光谱扫描，然后旋转样品，进行第二个点的检测，实现了表面增强拉曼技术对样品的自动、快速、准确、灵敏检测。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照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，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种农产品检测用拉曼表面增强溶液自动滴涂装置，其特征在于，包括固定座、机械驱动单元、执行单元、样品旋转单元；

所述机械驱动单元，连接固定座，用于驱动所述执行单元；

所述样品旋转单元，固定在固定座上，用于带动待检测样品旋转；

所述固定座包括固定底板，以及与所述固定底板固定连接的侧板；所述侧板用于安装所述机械驱动单元和执行单元；所述固定底板用于固定所述样品旋转单元；

所述执行单元包括储液瓶，以及位于所述储液瓶瓶口的提杆；所述提杆在所述机械驱动单元的控制下作升降运动，并将所述储液瓶中的液体通过毛细管的第一端端口挤压到毛细管中；所述毛细管的第二端端口固定在待检测样品的上方。

2.根据权利要求1所述的农产品检测用拉曼表面增强溶液自动滴涂装置，其特征在于，所述固定底板上开设有定位孔，用于将自动滴涂装置固定在标准光学平板上。

3.根据权利要求1所述的农产品检测用拉曼表面增强溶液自动滴涂装置，其特征在于，所述机械驱动单元包括固定在所述侧板上的互相平行的水平滑轨以及第一丝杆；所述第一丝杆连接第一步进电机，并在所述第一步进电机的驱动下，带动主拖车沿着所述水平滑轨滑行；所述主拖车上固定有互相平行的竖直滑轨以及第二丝杆；所述第二丝杆连接第二步进电机，并在所述第二步进电机的驱动下，带动副拖车沿着所述竖直滑轨滑行；所述副拖车上固定有压盘；所述第一步进电极和第二步进电机连接控制器。

4.根据权利要求1所述的农产品检测用拉曼表面增强溶液自动滴涂装置，其特征在于，所述固定座还包括水平固定台，所述水平固定台与所述侧板固定连接，用于固定所述储液瓶；所述储液瓶的数量为三个，所述提杆以及毛细管分别为三根。

5.根据权利要求1所述的农产品检测用拉曼表面增强溶液自动滴涂装置，其特征在于，所述固定座还包括定距台，以及用于将所述定距台固定在待检测样品上方的支撑杆；所述支撑杆与所述固定底板连接；所述定距台与支撑杆的对应位置上开设有毛细管孔，用于固定所述毛细管的第二端，并使得所述第二端端口位于待检测样品的上方；所述定距台上还设有躲避槽，使得样品旋转时表面增强溶液不与定距台接触。

6.根据权利要求1所述的农产品检测用拉曼表面增强溶液自动滴涂装置，其特征在于，所述样品旋转单元包括升降底座，以及固定在所述升降底座上的旋转夹持装置。

7.根据权利要求6所述的农产品检测用拉曼表面增强溶液自动滴涂装置，其特征在于，所述升降底座包括水平平台，以及支撑所述水平平台的伸缩盒；所述伸缩盒内部固定有三根呈三角分布的竖直方向的弹簧；所述弹簧与水平平台连接；

8.一种农产品自动检测装置，其特征在于，包括权利要求1至7中任意一项所述的农产品检测用拉曼表面增强溶液自动滴涂装置，还包括检测单元，所述检测单元的探头位于待检测样品的上方。