CN105181986A - 一种农药残留检测设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种农药残留检测设备，其特征在于：包括条形码扫描器、自动移液工作站和酶标仪，所述自动移液工作站上设置有条形码扫描器接口和酶标仪联用接口，所述条形码扫描器通过条形码扫描器接口与自动移液工作站连接，所述酶标仪通过酶标仪联用接口与自动移液工作站连接。本发明的目的是提供一种农药残留检测设备，该农药残留检测设备操作简单，移液稳定，重复性好，可以同时进行移液、检测、数据输出和转化。这台农药残留检测设备不但可以进行连续的移液操作，大大的提高移液效率，而且能将所扫描的个条形码之间的对应关系一一转化，最终输出结果。

Description

一种农药残留检测设备

技术领域

本发明涉及检测设备，具体的说，是涉及到一种农药残留检测设备。

背景技术

目前，随着自动化与生化技术的迅速发展，现阶段已出现了机械自动化与操作技术结合的设备，尤其是生化与分子生物学领域中开始应用的自动化液体工作站系统。据报道目前有两种与本发明相关的液体工作站系统已经开始在实验室或生产中开始应用。

实验室自动化覆盖的范围极广，包括技术，例如机器人技术、酶标仪和移液器。液体工作站则是比较典型的机器人技术设备，它实现从一个器皿中吸取定量的溶液转移至另一个器皿中。液体工作站的应用主要是代替诸如滴定、移液、标记、稀释、样品制备、确定pH值和将样品注射到仪器中这一类的手动操作。主要的几种液体工作站是稀释加液器、XYZ工作站和液体喷雾器。

为了满足现代化实验室的需求而设计了自动化液体工作站，这是符合科技发展需求的。自动化液体工作站已广泛应用于生物学研究领域、法医学、药物研发和化学等领域，作为流通领域食品安全检测的重要组成部分：农药残留的检测却一直缺乏自动化的管理，而原有的自动化液体工作站在这一领域的应用少之又少。此外，原有的液体工作站是纯粹的移液工具，缺乏操作的连续性、数据传输、数据之间一一对应的转化功能，这些导致大批量样品存在时，仪器的工作效率和条理性受到限制。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种农药残留检测设备，该农药残留检测设备操作简单，移液稳定，重复性好，可以同时进行移液、检测、数据输出和转化。这台农药残留检测设备不但可以进行连续的移液操作，大大的提高移液效率，而且能将所扫描的个条形码之间的对应关系一一转化，最终输出结果。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：一种农药残留检测设备，包括条形码扫描器、自动移液工作站和酶标仪，所述自动移液工作站上设置有条形码扫描器接口和酶标仪联用接口，所述条形码扫描器通过条形码扫描器接口与自动移液工作站连接，所述酶标仪通过酶标仪联用接口与自动移液工作站连接。

进一步说明，所述自动移液工作站主要包括支撑框架、工作平台、Ｘ轴驱动电机、Ｘ轴电控平移台、Ｘ轴辅助导轨、Ｙ轴导柱、Ｙ轴横梁支架、Ｙ轴丝杆、8通道机械臂、计算机、电控箱和液面探测器，所述工作台面上设置有8个样品存放位、3个枪头存放位、1个加热震荡位、1个试剂存放位、2个酶标板位；所述支撑框架是被固定于工作平台上，支撑Ｘ轴辅助导轨和Ｘ轴电控平台；Ｙ轴横梁的支架的一端安装在Ｘ轴电控平移台上，另一端则通过卡槽放置于Ｘ轴辅助导轨上，通过Ｘ轴驱动电机的驱动力沿Ｘ轴运动；Ｙ轴丝杆和Ｙ轴导柱固定于Ｙ轴横梁支架上，以支撑机械臂；所述机械臂安装在Ｙ轴导柱和Ｙ轴丝杆上，能够沿Ｙ轴导柱和Ｙ轴丝杆滑动；Ｘ轴驱动电机、机械臂、电控箱和计算机之间由数据线连接，受计算机软件控制。

进一步说明，农药残留检测设备的控制方法，1）采用8通道机械臂，将试剂A和试剂B的移取在2min内完成，试剂C的移取在1min内完成；采用4通道将样品板1、2、3……n中的样品进行移取，每完成24个即感应下一盘位是否存在样品，存在即进入下一个操作单元；

2）进入移液第一步，机械臂从枪头位将每个通道配置枪头，开始移液，为避免交叉污染，每吸取一次样品更换一次枪头，如此循环，直至移完96个样品；

3）完成一块酶标板的移液后，更换枪头进行试剂A和试剂B的移取，此时采用一次吸取液体，多次分液的方式，在2min内完成试剂A和试剂B的移取；

4）采用机械臂抓手，将酶标板转移至加热振荡器位；

5）恒温振荡10min；

6）在恒温振荡的10min内，机械臂进行步骤2）的操作，将另一批样品提取液移至第二块酶标板中；

7）机械臂抓手耗时30s，完成第一块酶标板的移至酶标板位；

8）更换枪头，采用一次吸液多次分液的方式移取试剂C，该步骤的时间为1min。此时第一块酶标板的样品移液工作全部完成，耗时14min；

9）在步骤6）的时间内完成了第二块酶标板中样品溶液的移取，接着步骤6）进行试剂A和试剂B的移取；

10）机械臂抓手将第二块酶标板移至加热振荡器位，进行恒温振荡10min；

11）从此时开始，在样品连续存在的情况下，液体工作站将不断的循环步骤5）至步骤10），依次类推，将在每个12min内完成96个样品的全部移液过程。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明采用市面上广泛应用的核酸蛋白提取移液工作站为基础模型，结合条形码扫描技术，实现样品编号的识别和记录。采用特制的样品管、样品管架进行样品提取，运用液面探测技术检测液面位置，由8通道机械臂中的4通道吸取样品提取液于酶标板中，再由8通道分别移取试剂A、试剂B、试剂C于酶标板中。通过机械臂抓手模块将酶标板移至恒温振荡位进行保温和振荡混匀，最后移至酶标仪中检测特定时间内吸光度的变化值，来分析检测样品。通过该移液工作站，可有效对蔬菜和水果的条形码编号进行识别，并对蔬菜水果中药残留进行快速检测，达到高效、准确、快速检测的目的，大幅减少农药残留检测的人力资源需求。

附图说明

图1用于说明本发明实施例的农药残留检测设备示意图。

图2用于说明本发明实施例的自动化移液工作站示意图。

图3用于说明本发明实施例的自动化移液工作站的工作平台布局示意图。

图4用于说明本发明实施例的自动化移液工作站的工作平台初始状态示意图。

图5至图14用于说明本发明实施例的自动化移液工作站的工作平台操作时的状态示意图。

图15用于说明本发明实施例的自动化移液工作站的工作平台布局条形码的设计示意图。

图16用于说明人工操作与自动液体工作站检测结果的比较图。

图17用于说明人工操作与自动液体工作站检测效率的比较图。

图中零部件名称及序号：1-工作平台4-支撑框架5-Ｘ轴辅助导轨6-Ｘ轴驱动电机7-Ｘ轴电控平移台8-Ｙ轴横梁支架、9-机械臂、11-Ｙ轴导柱、12-Ｙ轴丝杆、14-计算机16-条形码扫描器17-自动移液工作站18-酶标仪。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述，但不限制本发明的保护范围和应用范围：

如图1、图2所示，一种农药残留检测设备，包括条形码扫描器16、自动移液工作站17和酶标仪18，所述自动移液工作站17上设置有条形码扫描器接口和酶标仪联用接口，所述条形码扫描器16通过条形码扫描器接口与自动移液工作17站连接，所述酶标仪18通过酶标仪联用接口与自动移液工作站17连接。

增设条形码扫描器接口，其目的在于贴有条形码的样品通过条形码扫描器16后转化为样品编号，通过数据传送记录于计算机中。条形码扫描器16通过扫描贴在蔬菜水果上的条形码，条形码扫描器16的光源照射至条形码图案上，图案的反射光透过透镜聚集到扫描模组上，再由扫描模组将光信号通过转换变模拟的数字信号（即接受的光强度反应电压的强弱），同时反应条形码中图案像数的灰暗程度。最后，模拟数字转换器将模拟电压转换成数字信号，并传送至计算机。

样品条形码的设计总共为十位数，设计规则是：年份+月份+日期+四位数字，所有条形码采用唯一制，即每个样品对应唯一的条形码，例如西红柿的条形码为1503021001，红辣椒的条形码为1503021002，草莓的条形码为1503023003。此方案还设计了样品管架及酶标板的条形码，样品管架条形码的设计原则是大写字母L+制作日期+制作的顺序（2位），例如2015年1月3日制作的第2个和第20个样品管架，这两个条形码的编号分别为L15010302和L15010320；酶标板条形码的设计原则是大写字母P+制作日期+制作的顺序（2位），例如2015年1月3日制作的第1个和第15个酶标板，这两个条形码的编号分别为P15010301和P15010315。所有的条形码均具有唯一性。

如图15所示，设计24孔板条形码和96孔板条形码的识别器，实现4块24孔板的条形码合并记录一块96孔板的条形码上，每个条形码都是唯一的。例如24孔板的条形码位L14010801、L14010802、L14010803、L14010804……L140108mn；96孔板的条形码编号为P14010801、P14010801P14010802、P14010803……P140108ij；识别器识别24孔板的条形码为L14010803、L14010808、L14010810、L14010815上的孔位置并记录到96孔板的条形码编号为P140108010的孔位置上，实现24孔板位置与96孔板位置之间的对应。

增设了酶标仪联用接口，样品在完成所有移液过程后，放入酶标仪18进行检测，检测的数据传输至计算机，并可以采用Excel表的和格式进行导出。导出数据的格式为L14010803A3、P14010801A5、P1401201033。

本实施例的一种农药残留检测设备，请参考图1、图2、图3，在前面技术方案的基础上具体可以是，所述自动移液工作站主要包括支撑框架4、工作平台1、Ｘ轴驱动电机6、Ｘ轴电控平移台7、Ｘ轴辅助导轨5、Ｙ轴导柱11、Ｙ轴横梁支架8、Ｙ轴丝杆12、8通道机械臂模块9、计算机14、电控箱和液面探测器，所述工作台面上设置有8个样品存放位、3个枪头存放位、1个加热震荡位、1个试剂存放位、2个酶标板位；

所述支撑框架4是被固定于工作平台1上，支撑Ｘ轴辅助导轨5和Ｘ轴电控平移台7；Ｙ轴横梁支架8的一端安装在Ｘ轴电控平移台7上，另一端则通过卡槽放置于Ｘ轴辅助导轨5上，通过Ｘ轴驱动电机6的驱动力沿Ｘ轴运动；Ｙ轴丝杆12和Ｙ轴导柱11固定于Ｙ轴横梁支架8上，以支撑机械臂9；

所述机械臂9安装在Ｙ轴导柱11和Ｙ轴丝杆12上，能够沿Ｙ轴导柱11和Ｙ轴丝杆12滑动；

Ｘ轴驱动电机6、机械臂9、电控箱和计算机14之间由数据线连接，受计算机软件控制。

经过模拟移液操作，记录每种操作的耗时，将工作台面进行个性化的调整，从而实现移液效率最大化，在相同时间内完成更多次移液操作，个性化的工作台面，固定了枪头位（Tips）、恒温振荡位、试剂摆放位及酶标板的位置。如图所述3，所述8个样品存放位分2行4列设置，样品存放位的左边位为前，右边为后，第一行样品存放位称为上行，第二行样品存放位称为下行，3个枪头位分别与样品存放位的前3列对齐，所述加热震荡位位于第一行样品存放位的上方且与样品存放位的第4列对齐，样品存放位第4列的后侧设置有2个分别与样品存放位上下两行对齐的96孔酶标板，所述酶标板的上方对齐设有试剂存放位即冷冻板。

农药残留检测设备的控制方法，1）采用8通道机械臂，将试剂A和试剂B的移取在2min内完成，试剂C的移取在1min内完成；采用4通道将样品板1、2、3……n中的样品进行移取，每完成24个即感应下一盘位是否存在样品，存在即进入下一个操作单元，如图4所示为工作台面的初始布局；

2）如图5所示，进入移液第一步，机械臂从枪头位将每个通道配置枪头，开始移液，为避免交叉污染，每吸取一次样品更换一次枪头，如此循环，直至移完96个样品；

3）如图6所示，完成一块酶标板的移液后，更换枪头进行试剂A和试剂B的移取，此时采用一次吸取液体，多次分液的方式，在2min内完成试剂A和试剂B的移取；

4）如图7所示，采用机械臂抓手，将酶标板转移至加热振荡器位；

5）如图8所示，恒温振荡10min；

6）如图9所示，在恒温振荡的10min内，机械臂进行步骤2）的操作，将另一批样品提取液移至第二块酶标板中；

7）如图10所述，机械臂抓手耗时30s，完成第一块酶标板的移至酶标板位；

8）如图11所示，更换枪头，采用一次吸液多次分液的方式移取试剂C，该步骤的时间为1min。此时第一块酶标板的样品移液工作全部完成，耗时14min；

9）如图12所示，在步骤6）的时间内完成了第二块酶标板中样品溶液的移取，接着步骤6）进行试剂A和试剂B的移取；

10）如图13所示，机械臂抓手将第二块酶标板移至加热振荡器位，进行恒温振荡10min；

11）如图14所示，从此时开始，在样品连续存在的情况下，液体工作站将不断的循环步骤5）至步骤10），依次类推，将在每个12min内完成96个样品的全部移液过程。

运用液面探测技术检测液面位置，由8通道机械臂中的4通道吸取样品提取液于酶标板中，再由8通道分别移取试剂A、试剂B、试剂C于酶标板中。通过机械臂抓手模块将酶标板移至恒温振荡位进行保温和振荡混匀，最后移至酶标仪中检测特定时间内吸光度的变化值，来分析检测样品。通过该移液工作站，可同时双工位进行快速检测，节省时间。表1是样品管架、酶标板、样品编号三者之间条形码的对应关系及结果：

实例：有机磷和氨基甲酸酯类农药快速检测

（a）随机取样，取未知样品18个，包括瓜果类蔬菜、叶菜和根茎类蔬菜，随机分成3批次，每一批次6个样品。分别对每个样品进行人工移液检测（对照组）和液体工作站移液检测（实验组）。同时实验组内和对照组内分别都对该批次进行了阴性对照实验和阳性对照实验，液体工作站操作和人工操作所得的酶抑制率均小于25%，如图16所示，因此18个待测样品都判定为阴性合格，结果一致性为100%。

（b）对进行实验的每个样品各进行了3组平行实验，其稳定性见图16和表2。根据实验结果可以看出，液体工作站操作组所得数据的误差棒（Erorrbar）和标准偏差（SD）要显著低于人工操作组，表明其结果的稳定性明显高于人工操作。

（c）根据实验流程，采用人工进行移液，7人工作40min完成88个样品含8个空白对照的检测，而采用液体工作站进行移液，4人工作20min可完成同等数量样品的检测，如图17所示，可节约人力50%。由此可得出，液体工作站不仅可以代替人工进行移液等过程，进行农药残留的快速检测，而且可以保证检测结果的准确性与稳定性，并且还能在很大程度上减少人力的需求。以下通过表2来详细体现实验中不同操作对酶抑制率稳定性的影响。

不同操作对酶抑制率稳定性的影响（mean±sd,n=3）

本发明一种农药残留检测设备的有益效果为：

（1）实现样品编号条形码、样品管架条形码、酶标板条形码之间一一对应的关系。

（2）可以连续的、循环的、高效的完成移液工作。

（3）可以实现一体化操作。

（4）可以节约人力资源的投入。

（5）移液稳定性好，重复性好，操作简单，便于推广。

以上是对本发明一种农药残留检测设备进行了阐述，用于帮助理解本发明，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，任何未背离本发明原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种农药残留检测设备，其特征在于：包括条形码扫描器、自动移液工作站和酶标仪，所述自动移液工作站上设置有条形码扫描器接口和酶标仪联用接口，所述条形码扫描器通过条形码扫描器接口与自动移液工作站连接，所述酶标仪通过酶标仪联用接口与自动移液工作站连接。

2.根据权利要求1所述的蔬菜水果农药残留检测设备，其特征在于：所述自动移液工作站主要包括支撑框架(4)、工作平台(1)、Ｘ轴驱动电机(6)、Ｘ轴电控平移台(7)、Ｘ轴辅助导轨(5)、Ｙ轴导柱(11)、Ｙ轴横梁支架(8)、Ｙ轴丝杆(12)、8通道机械臂(9)、计算机(14)、电控箱和液面探测器，所述工作台面上设置有8个样品存放位、3个枪头存放位、1个加热震荡位、1个试剂存放位、2个酶标板位；

所述支撑框架(4)是被固定于工作平台(1)上，支撑Ｘ轴辅助导轨(5)和Ｘ轴电控平移台(7)；Ｙ轴横梁支架(8)的一端安装在Ｘ轴电控平移台(7)上，另一端则通过卡槽放置于Ｘ轴辅助导轨(5)上，通过Ｘ轴驱动电机(6)的驱动力沿Ｘ轴运动；Ｙ轴丝杆(12)和Ｙ轴导柱(11)固定于Ｙ轴横梁支架(8)上，以支撑机械臂(9)；

所述机械臂模(9)安装在Ｙ轴导柱(11)和Ｙ轴丝杆(12)上，能够沿Ｙ轴导柱(11)和Ｙ轴丝杆(12)滑动；

Ｘ轴驱动电机(6)、机械臂(9)、电控箱和计算机(14)之间由数据线连接，受计算机软件控制。

3.一种农药残留检测设备的控制方法，其特征在于：1）采用8通道机械臂，将试剂A和试剂B的移取在2min内完成，试剂C的移取在1min内完成；采用4通道将样品板1、2、3……n中的样品进行移取，每完成24个即感应下一盘位是否存在样品，存在即进入下一个操作单元；

2）进入移液第一步，机械臂从枪头位将每个通道配置枪头，开始移液，为避免交叉污染，每吸取一次样品更换一次枪头，如此循环，直至移完96个样品；

3）完成一块酶标板的移液后，更换枪头进行试剂A和试剂B的移取，此时采用一次吸取液体，多次分液的方式，在2min内完成试剂A和试剂B的移取；

4）采用机械臂抓手，将酶标板转移至加热振荡器位；

5）恒温振荡10min；

6）在恒温振荡的10min内，机械臂进行步骤2）的操作，将另一批样品提取液移至第二块酶标板中；

7）机械臂抓手耗时30s，完成第一块酶标板的移至酶标板位；

8）更换枪头，采用一次吸液多次分液的方式移取试剂C，该步骤的时间为1min；

此时第一块酶标板的样品移液工作全部完成，耗时14min；

9）在步骤6）的时间内完成了第二块酶标板中样品溶液的移取，接着步骤6）进行试剂A和试剂B的移取；

10）机械臂抓手将第二块酶标板移至加热振荡器位，进行恒温振荡10min；

11）从此时开始，在样品连续存在的情况下，液体工作站将不断的循环步骤5）至步骤10），依次类推，将在每个12min内完成96个样品的全部移液过程。