CN104713753A - 样品控制型前处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种样品控制型前处理系统，包括机械粉碎混合部分、气动部分、液动部分和机械传动部分。本发明在保证样品前处理效果的前提下，实现了对样品的粉碎、混合，样液的提取、过滤、净化、浓缩几个步骤一次性通过系统智能完成，提高了工作效率，提高了安全性，节约了时间和人力成本；将前处理过程标准化、程序化操作，减少了人为带来的实验误差，提高了检测的稳定性和准确性；将需要多台设备完成的前处理过程在一台设备中实现，缩小了实验空间，降低了运行成本。

Description

样品控制型前处理系统

技术领域

本发明涉及一种食品安全检测中样品前处理的系统，具体说涉及一种能对果蔬、坚果谷物、肌肉组织、食用液体等样品进行自动连续的粉碎、均质、提取、过滤、净化和浓缩等前处理过程的系统。

背景技术

食品安全是事关人民健康和国计民生的大事。目前，食品安全问题已成为世界各国共同面临和关注的问题。食品安全问题主要包括以下几个方面：化学性危害、生物毒素、微生物性危害、食品掺假和基因工程食品的安全性问题。在我国，非法添加激素和药物、农药残留、江海湖泊和近海等水源的污染以及微生物污染等是食品安全问题的重要因素。为有效遏制食品安全恶性事件的发生，保障居民食品消费安全，食药、质检、卫生、农业等监管部门积极开展食品安全监管工作，新建一批具有专业检测水平的实验室，加大检测力度，提高抽检次数，为国家食品质量安全保驾护航。这些实验室相继购置了液相色谱仪、高效液相串联质谱气相色谱仪、气相色谱串联质谱、原子光检测仪等大型仪器及配套的前处理设备，建立了若干检测标准。但在前处理装备方面仍然存在一系列问题，制约了食品安全监管手段的进一步提升，主要表现在：前处理装备优劣不等，无法实现前处理方法的自动化、标准化，与自动化程度较高的大型检测设备不配套，造成高精尖的检测设备做不出稳定准确结果，检测设备得不到有效的利用，达不到食品安全监管效果；大部分食品安全检测标准中前处理装备无法自动化、标准化，存在前处理过程操作繁琐，时间长，对操作人员的专业素质要求高等问题，不同的操作人员会得到不同的实验结果，无法实现真正意义上检测的标准化，也得不到食品安全监管的时效性；所需成本很高，完成一项检测任务的前处理过程需要购置大量的前处理设备，比如均质机、漩涡混合器、超声波提取仪、水浴摇床、离心机、过滤装置、氮吹仪、固相萃取仪等；操作人员直接接触化学试剂，导致安全性差，如：乙酸乙酯、乙腈、二氯甲烷等挥发性有机溶剂以及酸、碱等腐蚀性溶剂；不同操作人员同一批次、同一操作人员不同批次之间均存在着操作误差。

综上所述，由于前处理装备技术问题，无法保证样品处理过程简单、快速、批量处理、人员健康、环境保护及结果准确可靠，也就使各种食品安全监管手段大打折扣，甚至无法实施。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种具有粉碎、加液、均质提取、过滤、净化和浓缩功能的全自动样品控制型前处理系统，解决食品安全检测中样品前处理的技术瓶颈问题，实现样品的快速自动安全的一站式前处理。

为了实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种样品控制型前处理系统，包括机械粉碎混合部分、气动部分、液动部分和机械传动部分。所述机械粉碎混合部分位于系统的中间位置，包括粉碎电机、搅拌底座、碎刀片、轴承、搅拌中座、滤网、搅拌上座、SPE柱和出液嘴，完成样品的粉碎、均质、过滤、净化；所述气动部分位于系统的最上部，包括气压泵、气管、气压传感器、电缆，其作用为给装置一个气压压力迫使装置内含有毒物质的样液从装置内被压出，另一作用是及时清理管道；所述液动部分位于系统的最上部，包括微型防腐自吸水泵、液管、常闭型电磁阀和储液瓶，可精确控制液体流出量，能将液体注入搅拌中座；所述机械传动部分位于系统的中间位置，包括步进电机、齿轮组、翻转板、转轴和轴承，机械粉碎混合部分安装在翻转板上，完成整个机械粉碎装置反转180度以便出液嘴朝下。

本发明的样品控制型前处理系统，其中所述机械粉碎混合部分位于系统的中间位置，包括粉碎电机、搅拌底座、搅拌中座、搅拌上座；所述搅拌底座、搅拌中座和搅拌上座通过螺纹依次连接，并通过硅胶圈密封；所述搅拌底座为拱形设计，体现离心原理，中间位置为轴承和铰刀，轴承与铰刀固定连接，轴承另一端可与粉碎电机相连，粉碎电机通过轴承带动铰刀工作；所述搅拌中座和滤网为一体设计，搅拌中座中间位置有一接口，可连接气路管和液路管；所述搅拌上座连接SPE小柱，SPE小柱底部为出液嘴。

本发明的样品控制型前处理系统，其中所述气动部分位于系统的最上部，包括气压泵、气路管、气压传感器、电缆；气管的一端通向空气，另外一端通向搅拌中座的接口，通向空气一端的气管连接气压泵，气压传感器连接在气管中部。

本发明的样品控制型前处理系统，其中所述液动部分位于系统的最上部，包括微型防腐自吸水泵、液路管、常闭型电磁阀、储液瓶；储液瓶放置固定在系统的最上端，储液瓶内放置了液管，液管的另一端连接到搅拌中座的接口，靠近储液瓶的液管连接微型防腐自吸水泵，常闭型电磁阀连接在微型防腐自吸水泵之后。

本发明的样品控制型前处理系统，其中所述机械传动部分位于系统的中间位置，包括步进电机、齿轮组、翻转板、转轴和轴承，机械粉碎混合部分安装在翻转板上；所述齿轮组是由大齿轮和小齿轮组成，小齿轮为主动轮带动大齿轮转动；轴承、大齿轮和翻转板连接在轴上，小齿轮连接步进电机，步进电机和齿轮组结合可传递动能带动翻转板装置同步转动达到倒置的目的。

本发明的样品控制型前处理系统，其中所述机械粉碎混合部分安装于翻转板上，样品粉碎、均质、提取之后，系统控制软件调控翻转板自动翻转180度，机械粉碎混合部分随之同步翻转倒置，出液嘴朝下，样液可通过滤网过滤，并通过SPE小柱净化浓缩。

本发明的样品控制型前处理系统，其中所述机械传动部分中的翻转板上装有4个固定卡扣，翻转板下面对应固定卡扣的位置依次安装粉碎电机，搅拌底座安装在固定卡扣上，从而连接机械粉碎混合部分，气路管和液路管直接穿过翻转板内部从而连接4个机械粉碎混合部分，整个系统在机械粉碎混合部分、气动部分、液动部分、机械传动部分的协同以及系统控制软件控制下可同时完成4个样品的前处理。

本发明的有益效果是使传统的粉碎、加液、均质、离心、过滤、固相萃取等多环节前处理过程在一台设备上即可完成，简化了实验过程，缩短了实验时间，提高了工作效率实现了一站式完成样品的粉碎、加液、均质提取、过滤、净化、浓缩等前处理过程，实现了所有食品样品，包括肌肉组织、果蔬、坚果谷物、食用液体及中草药等样品的全自动快速前处理。本发明在保证食品样品有机前处理效果的前提下，可实现4个样品的自动一站式处理，实现了待测样品与分析检测设备间的无缝连接，减少了实验对环境造成的污染和操作人员的危险性，极大降低了操作者的劳动强度，提高了前处理效率，降低了设备成本，缩小了实验空间，真正实现了将前处理过程标准化、程序化、降低了人为操作带来的实验误差，提高了检测结果的稳定性及准确性。

附图说明

图1为本发明样品控制型前处理系统的示意图；

图2A为机械粉碎混合部分的示意图；

图2B为气动部分的示意图；

图2C为液动部分的示意图；

图2D为机械传动部分的示意图；

其中，1：机械粉碎混合部分；2：气动部分；3：液动部分；4：机械传动部分；11：粉碎电机；12：搅拌底座；13：搅拌中座；14：搅拌上座；121：轴承；122：铰刀；123：硅胶圈； 131：螺纹；132：滤网；133：接口；141：SPE小柱；142：出液嘴；21：气压泵；22：气路管；23：气压传感器；24：电缆；31：液路管；32：常闭型电磁阀；33：微型防腐自吸水泵；34：储液瓶；41：步进电机；42：齿轮组；421：大齿轮；422：小齿轮；43：翻转板；44：转轴；45：轴承；46：固定卡扣。

其中，实线代表气路管；虚线代表液路管。

具体实施方式

为进一步说明本发明，结合以下实施例具体说明：

如图1所示，本发明是一种具有粉碎、均质、提取、过滤、净化和浓缩功能的样品控制型前处理系统，包括机械粉碎混合部分1、气动部分2、液动部分3和机械传动部分4；机械粉碎混合部分1固定于机械传动部分4，气动部分2和液动部分3穿过机械传动部分4中的翻转板43从而连接4个机械粉碎混合部分1。

如图2A所示，机械粉碎混合部分1包括粉碎电机11、搅拌底座12、搅拌中座13、搅拌上座14；所述搅拌底座12、搅拌中座13和搅拌上座14通过螺纹131依次连接，并且三者之间均通过硅胶圈123密封，保证装置的密封性；所述搅拌底座12为拱形设计，体现离心原理，便于样品和提取剂在高速旋转时受离心力的作用散落在搅拌装置的周圈，不易渗到下层而且把样品都留在周圈易于粉碎；中间位置为轴承121和铰刀122，轴承121与铰刀122固定连接，轴承121另一端可与粉碎电机11相连，粉碎电机11通过轴承122带动铰刀122工作；所述轴承121和铰刀122采用反螺旋设计，避免和搅拌装置固定一个方向，更利于本装置的稳定性和牢固性；所述搅拌中座13和滤网132为一体设计，方便清洗，搅拌中座13的中间位置有一接口133，用来连接气路管22和液路管31，从而使气动部分2与液动部分3与机械粉碎混合部分1相通；所述搅拌上座14连接SPE小柱141，SPE小柱141底部为出液嘴142；所述粉碎电机为大功率，其可在数分钟内将最坚硬的豆类制品粉碎如泥。

如图2B所示，气动部分2包括气压泵21、气路管22、气压传感器23、电缆24；气路管22的一端通向空气，另外一端连接搅拌中座13的接口133，通向空气一端的气路管22连接气压泵21，气压传感器23连接在气路管22中部；气路管22与液路管31相通；系统控制软件可实现对通道内的压力的精确控制，通过气压传感器23精确控制气压在整个通道中的流量和大小，直接反馈给系统控制软件来实时监控整个通道的压力，当设定时间到达，压气泵21停止工作，常闭型电磁阀32随即关闭保证管路内的压力恒定，当到达最大压力时自动报警停止工作，在达到功用的前提下保证工作环境的绝对安全。气动部分2可以起到的作用为：及时清理管道，通过管路内气体的流通保持管路的时时畅通；样品经过粉碎、混合、倒置之后给机械粉碎混合部分1一个气压压力迫使其中含有有毒物质的样液能够被压出。

如图2C所示，液动部分3包括液路管31、常闭型电磁阀32、微型防腐自吸水泵33、储液瓶34；所述储液瓶34放置固定在系统的最上端，储液瓶34内放置了液路管31吸头，液路管31的另一端连接到搅拌中座13的接口133，靠近储液瓶34的液路管31连接微型防腐自吸水泵33，常闭型电磁阀32连接在微型防腐自吸水泵33之后；所述微型防腐自吸水泵33同常闭型电磁阀32协同控制，可精准的控制液体的流出量。

如图2D所示，机械传动部分4包括步进电机41、齿轮组42、翻转板43、转轴44、轴承45和固定卡扣46；所述翻转板43上装有4个固定卡扣46，翻转板43下面对应固定卡扣46的位置依次安装粉碎电机11，搅拌底座12安装在固定卡扣46上，从而连接机械粉碎混合部分1；所述齿轮组42是由大齿轮421和小齿轮422组成，小齿轮422为主动轮带动大齿轮421转动；轴承45、大齿轮421和翻转板43连接在转轴44上，小齿轮422衔接步进电机41，步进电机41和齿轮组42结合可传递动能带动翻转板43装置同步转动达到倒置的目的。

在使用中，以孔雀石绿前处理为例，操作者首先称取10克鱼的肌肉组织，将其放入搅拌底座12里面，加入一瓶固体提取剂到搅拌底座12里面，将搅拌底座12和搅拌中座13通过螺纹131拧紧相连，然后在搅拌上座14的SPE小柱141的位置填入孔雀石绿过滤净化浓缩填料，压实，然后将搅拌上座14与搅拌中座13通过螺纹131拧紧相连，之后将搅拌底座12通过连接固定卡扣46从而将整个机械粉碎混合部分1连接到翻转板43上，最后将液路管31及气路管21连接到搅拌中座13的接口133处，使液路与气路与整个机械粉碎混合部分1相通。进行系统控制软件操作设置：选择鱼肉样品种类，选择孔雀石绿检测项目，设置参数，点击开始，以下过程为系统自动操作。

如图2C所示，微型防腐自吸水泵33达到指定压力后开启液阀，液路管31的吸头从储液瓶34中开始吸取液体提取剂并通过液路管31到达搅拌中座13，当抽取的液体提取剂量达到之后，自动切断常闭型电磁阀32，保证提取剂量的精确控制。

如图2A所示，粉碎电机11开始工作，带动轴承121及铰刀122快速运转，几分钟内肌肉组织被绞碎，同时在固体提取剂及液体提取剂的作用下提取孔雀石绿，此时完成均质提取。

如图2D所示，步进电机41开始工作，带动小齿轮422转动，小齿轮422为主动轮带动大齿轮421转动，传动动能，步进电机422的动能输出驱动大齿轮421进而带动翻转板43及固定在翻转板43上的机械粉碎混合部分1同步转动180度，达到倒置的目的，此时搅拌上座14的出液嘴142朝下。

如图2B和2A所示，系统控制软件实时监控整个通道的压力，气压泵21开始工作，通道内达到给定的气压压力迫使搅拌中座13内含有孔雀石绿的提取液从滤网132中流出，被绞碎的肌肉组织被截留在搅拌中座13内，提取液流经搅拌上座14，在气压的压力下，从SPE小柱141过滤浓缩，孔雀石绿富集在填料内，提取液体从出液嘴142流出，待提取液流干之后，取出富集有孔雀石绿的SPE小柱141，至此完成鱼的肌肉组织的粉碎、均质、提取、过滤、净化和浓缩前处理过程。

以上所述实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种样品控制型前处理系统，其特征在于：包括机械粉碎混合部分（1）、气动部分（2）、液动部分（3）、机械传动部分（4）。

2.如权利要求1所述的样品控制型前处理系统，其特征在于：所述机械粉碎混合部分（1）位于系统的中间位置，包括粉碎电机（11）、搅拌底座（12）、搅拌中座（13）、搅拌上座（14）；所述搅拌底座（12）、搅拌中座（13）和搅拌上座（14）通过螺纹（131）依次连接，并通过硅胶圈（123）密封；所述搅拌底座（12）为拱形设计，体现离心原理，中间位置为轴承（121）和铰刀（122），轴承（121）与铰刀（122）固定连接，轴承（121）另一端可与粉碎电机（11）相连，粉碎电机（11）通过轴承（122）带动铰刀（122）工作；所述搅拌中座（13）和滤网（132）为一体设计，搅拌中座（13）中部有一接口（133），用来连接液路管（31）和气路管（22）；所述搅拌上座（14）连接SPE小柱（141），SPE小柱（141）底部为出液嘴（142）。

3.如权利要求1所述的样品控制型前处理系统，其特征在于：所述气动部分（2）位于系统的最上部，包括气压泵（21）、气路管（22）、气压传感器（23）、电缆（24）；气路管（22）的一端通向空气，另外一端通向搅拌中座（13）的接口（133），通向空气一端的气路管（22）连接气压泵（21），气压传感器（23）连接在气路管（22）中部。

4.如权利要求1所述的样品控制型前处理系统，其特征在于：所述液动部分（3）位于系统的最上部，包括液路管（31）、常闭型电磁阀（32）、微型防腐自吸水泵（33）、储液瓶（34）；储液瓶（34）放置固定在系统的最上端，储液瓶（34）内放置了液路管（31）吸头，液路管（31）的另一端连接到搅拌中座（13）的接口（133），靠近储液瓶（34）的液路管（31）连接微型防腐自吸水泵（33），常闭型电磁阀（32）连接在微型防腐自吸水泵（33）之后。

5.如权利要求1所述的样品控制型前处理系统，其特征在于：所述机械传动部分（4）位于系统的中间位置，包括步进电机（41）、齿轮组（42）、翻转板（43）、转轴（44）、轴承（45）和固定卡扣（46）；所述齿轮组（42）是由大齿轮（421）和小齿轮（422）组成，小齿轮（422）为主动轮带动大齿轮（421）转动；轴承（45）、大齿轮（421）和翻转板（43）连接在转轴（44）上，小齿轮（422）衔接步进电机（41），步进电机（41）和齿轮组（42）结合可传递动能带动翻转板（43）装置同步转动达到倒置的目的。

6.如权利要求2所述的样品控制型前处理系统，其特征在于：所述机械粉碎混合部分（1）安装于翻转板（43）上，样品粉碎、均质、提取之后，系统控制软件调控翻转板（43）自动翻转180度，机械粉碎混合部分（1）随之同步翻转倒置，出液嘴（142）朝下，样液可通过滤网（132）过滤，并通过SPE小柱（141）净化浓缩。

7.如权利要求6所述的样品控制型前处理系统，其特征在于：所述机械传动部分（4）中的翻转板（43）上装有4个固定卡扣（46），翻转板（43）下面对应固定卡扣（46）的位置依次安装粉碎电机（11），搅拌底座（12）安装在固定卡扣（46）上，从而连接机械粉碎混合部分，气路管（22）和液路管（31）直接穿过翻转板（43）内部从而连接4个机械粉碎混合部分，整个系统在机械粉碎混合部分、气动部分、液动部分、机械传动部分的协同以及系统控制软件控制下可同时完成4个样品的前处理。