CN108387427A - 基于人体仿生技术的自动元素检测前处理装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于人体仿生技术的自动元素检测前处理装置及方法，本发明属于人体仿生技术的元素检测领域。该装置由刀式研磨仪、电子天平、震荡器、离心机、控制器、测量瓶组成；刀式研磨仪、电子天平、震荡器、离心机分别独立连接控制器；在刀式研磨仪、电子天平、震荡器、离心机的上方设置机械臂，机械臂上设置可以移动的夹具；机械臂连接控制器，移动夹具的移动是双向的，控制器设置刀式研磨仪、电子天平、震荡器、离心机的操作参数，实现元素检测前处理过程的自动进行。利用刀式研磨仪模拟牙齿进行咀嚼复合人体的消化过程，设定研磨时间和消化时间复合人体的消化吸收的时间，设定取样量确保测量的准确性。
Description
技术领域
本发明属于元素检测技术领域，具体涉及基于人体仿生技术的元素检测领域。
背景技术
从需求量角度，人体需要的元素包括常量元素和微量元素；从元素对人体的功能角度，元素可以分为有益元素和有害元素。人体需要的各类元素主要来源于食品、饮品等经消化道渠道摄入。
目前，在评价食品和饮料中元素时，都是基于对食品、饮料中元素含量的检测，而忽略了元素的可利用性，忽略了人体对元素消化和吸收的效率。
目前各类样品中的元素含量的评价是全量检测为基础的，采取的都是样品前处理后光谱、质谱仪检测的方法，样品前处理技术分为湿法消化、干法消化和微波压力消化等，现有技术中如《体外仿生法研究牡蛎和蛤仔体内微量金属元素的生物可给性》研究前处理和检测的技术选择都是基于样品中元素完全被检测的前提，前处理和检测的样品回收率为100％左右(75％-105％)。但是食品或饮料中的各类元素并不能被人体完全消化、吸收，基于样品中元素完全检测的原则与食品或饮料中元素被人体消化吸收的效率是不一致的。
现有技术中的样品检测的前处理过程中，高温、强酸、强氧化的环境使元素价态、形态都发生了变化，元素对人体的真实有害和有用性评价发生较大偏倚。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的一个目的是提供基于人体仿生技术的元素检测前处理装置。本装置基于人体仿生学原理和仪器全自动检测的理念，用于对食品、饮料等各种样品中元素检测前的消化处理。装置实现全自动化，使样品检测的前处理过程根据设定的流程自动进行。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：
基于人体仿生技术的元素检测前处理装置，由刀式研磨仪、电子天平、震荡器、离心机、控制器、测量瓶组成；刀式研磨仪、电子天平、震荡器、离心机分别独立连接控制器；在刀式研磨仪、电子天平、震荡器、离心机的上方设置机械臂，机械臂上设置可以移动的夹具，夹具的位置与刀式研磨仪、电子天平、震荡器、离心机的位置相对应；机械臂连接控制器。
优选的，移动夹具的移动是双向的。
移动夹具移动到下一位置处后可以移回到原来的位置。
优选的，移动夹具的数量为4-5个。
优选的，刀式研磨仪的顶部设置开口。
优选的，测量前先将测量瓶放置在电子天平的上方。
测量前先将测量瓶放在电子天平的上方，可以将电子天平归零，提高测量准确性。
刀式研磨仪研磨好后，移动夹具将研磨仪内的物质抓取到电子天平的测量瓶内，固体物质经过刀式研磨仪研磨后混合均匀。
优选的，刀式研磨仪的内置刀片为两个叶片的刀片。
刀式研磨仪为一种两个刀片的研磨装置，模仿人体牙齿进行食物的咀嚼，刀片的数量不能太多也不能太少。
在刀式研磨仪研磨的过程中，活塞夹具移动到一个盛有活塞的器皿夹起一个活塞，然后移动到器皿的正上方，当测量器皿盛好研磨好的物质后，活塞夹具将活塞按装到测量器皿的上方开口处；安装好活塞后，活塞夹具，移动到盛有活塞的器皿的上方，然后移动的夹具将测量器皿移动到电子天平的上方。活塞可以避免测量器皿内的物质挥发，影响实验结果。
优选的，控制器为一台可以编辑程序的计算机。
控制器与刀式研磨仪、电子天平、震荡器、离心机连接，控制器通过消化程序编辑，设置刀式研磨仪、电子天平、震荡器、离心机的操作参数，实现元素检测前处理过程的自动进行。
电子天平用于称量刀式研磨仪研磨后的一部分食物的质量；电子天平并没有称取刀式研磨仪研磨后的所有食物，因为在人体消化食物的过程中，并不是所有吃进去的食物都进入胃部和肠部进行消化，消化的时间根据人体的消化过程中，食物经过胃部和肠部的时间进行设置。
优选的，所述振荡器为恒温振荡器。
恒温振荡器模仿人体胃部环境/肠部环境，对食物进行初步消化/进一步消化；震荡的过程相当于胃部和肠部队食物消化过程的蠕动过程。
优选的，刀式研磨仪、电子天平、震荡器、离心机之间的距离为0.2-0.6m。
经过消化后的食物进入离心器中，因为经过肠部消化后的食物固体部分不能被人体继续吸收，所以将食物离心后的上清液进行检测；
基于人体仿生技术的元素检测前处理方法，具体步骤为：
1)模拟牙齿咀嚼和食道粉碎功能，用刀式研磨仪把食品粉碎；
2)将步骤1)粉碎、混匀后的样品自动转运到电子天平上，按设定的取样量定量称取均匀样品于测量瓶中；
3)初步消化
测量瓶中加入模拟胃液和各种仿生酶，根据不同样品在胃中的排空时间设置震荡提取时间，全自动震荡器震荡频率模拟胃蠕动的频率；
4)进一步消化
初步消化后的震荡瓶中加入模拟肠道消化液和肠消化酶，对初步消化后的样品进一步消化，振荡器震荡频率和震荡提取时间根据肠蠕动的频率、力度和时间进行设置；
5)经过步骤3)和步骤4)消化后的样品，从震荡瓶中自动转入离心管中，进行离心，取离心后的上清液进行光谱、质谱检测。
优选的，步骤1)中刀式研磨仪的研磨时间为0.5-5min。
优选的，步骤2)中设定的取样量为1-50g。
优选的，步骤3)初步消化中的震荡提取时间为5-30min。
优选的，步骤4)进一步消化的震荡提取时间为10-90min。
优选的，步骤3)和步骤4)中振荡器的振荡频率为20-200rpm。
优选的，步骤3)和步骤4)中震荡器内部恒温水浴保持36-38℃。
优选的，步骤5)中离心的时间为1-5min。
取样量、震荡频率和时间设置，根据人体消化规律，食品中的各类元素并不能被人体完全消化、吸收。
本发明的有益效果：
1)根据人体仿生技术的原理设计一种元素检测的前处理装置，使样品检测中前处理的过程模拟人体消化过程，样品前处理的效率接近人体消化样品的效率，更准确评价食品、饮料中元素的含量和形态、价态，更好的评价元素对人体的有用性；
2)本申请的前处理装置采用全自动设计理念，样品粉碎、称量取样、震荡提取、离心等步骤根据设置流程自动进行；能够模拟人体消化的过程，在上一步骤处理完立刻转入下一步骤进行处理，全自动设计提高了检测的精确性，避免了认为操作的误差。
3)机械臂上的移动夹具可以双向移动，将物质或测量瓶移动到下一位置处后可以复原到原来的位置，进行下一个操作。
4)样品检测的前处理过程中，没有提供高温、强酸、强氧化的环境，提高了测量结果的准确性；利用刀式研磨仪模拟牙齿进行咀嚼复合人体的消化过程，设定研磨时间和消化时间符合人体的消化吸收的时间，设定取样量、震荡消化频率和时间符合人体的消化规律确保测量的准确性。
5)消化液采取含有各种消化酶的模拟人体胃液、模拟小肠液，样品消化过程环保、准确，接近人体消化水平。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为基于人体仿生技术的元素检测前处理装置图；
其中，
1、控制器，2、刀式研磨仪，3、电子天平，4、恒温振荡器，5、离心机，6、机械臂，7、测量瓶，8、研磨移动夹具，9、天平移动夹具，10、消化移动夹具，11、离心移动夹具。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
下面结合附图对本发明进一步说明
基于人体仿生技术的元素检测前处理装置由刀式研磨仪2、电子天平3、震荡器4、离心机5、控制器1、测量瓶10组成；刀式研磨仪2、电子天平3、恒温震荡器4、离心机5分别独立连接控制器1；在刀式研磨仪2、电子天平3、恒温震荡器4、离心机5的上方设置机械臂6，机械臂6上设置可以移动的移动夹具；机械臂6连接控制器1。
在测量开始前先将测量瓶7放在电子天平3上。
机械臂6上设置的移动夹具的数量为4个。
刀式研磨仪2上方设置研磨移动夹具8，用于将刀式研磨仪2的研磨后的物质移动到电子天平3上的测量瓶7内；电子天平3上的天平移动夹具将称量好后的测量瓶7移动到恒温振荡器4上，恒温振荡器4上方的消化移动夹具将经过消化步骤后的测量瓶7移动到离心机5附近，离心机5上方的离心移动夹具11将离心机5内的离心管夹出，消化夹具使测量瓶7转动角度，与离心管对准，将测量瓶7内的消化液倒入离心管内，离心移动夹具11将离心管放入离心机5内。
上述移动夹具在移动到下一位置处后，自动移动回原来的位置。消化夹具10带着测量瓶7回到恒温振荡器4。
在前处理过程中，测量瓶上的活塞和模拟消化液是人为操作的。
处理过程如下：
模拟牙齿咀嚼和食道粉碎功能，用刀式研磨仪2把食品粉碎，刀式研磨仪2粉碎的时间为0.5-5min；将粉碎、混匀后的样品自动转运到电子天平3上，按设定的取样量定量称取均匀样品于测量瓶7中；初步消化：测量瓶7中加入模拟胃液和各种仿生酶，震荡提取时间5-30min，全自动恒温震荡器4震荡频率为20-200rpm，模拟胃蠕动的频率，震荡时间为10-90min模拟不同食物在胃中的排空时间；进一步消化：初步消化后的测量瓶7中加入模拟肠道消化液和肠消化酶，对初步消化后的样品进一步消化，恒温振荡器4震荡频率，震荡提取时间10-90min，恒温振荡器4内部恒温水浴保持36-38℃；经过初步消化和进一步消化后的样品，从测量瓶7中自动转入离心管中，离心1-5min；取离心后的上清液进行光谱、质谱检测。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.基于人体仿生技术的元素检测前处理装置，其特征在于：由刀式研磨仪、电子天平、震荡器、离心机、控制器、测量瓶组成；刀式研磨仪、电子天平、震荡器、离心机分别独立连接控制器；在刀式研磨仪、电子天平、震荡器、离心机的上方设置机械臂，机械臂上设置可以移动的夹具，夹具的位置与刀式研磨仪、电子天平、震荡器、离心机的位置相对应；机械臂连接控制器。
2.根据权利要求1所述的基于人体仿生技术的元素检测前处理装置，其特征在于：移动夹具的移动是双向的。
3.根据权利要求1所述的基于人体仿生技术的元素检测前处理装置，其特征在于：移动夹具的数量为4-5个。
4.根据权利要求1所述的基于人体仿生技术的元素检测前处理装置，其特征在于：刀式研磨仪的顶部设置开口。
5.根据权利要求1所述的基于人体仿生技术的元素检测前处理装置，其特征在于：测量前先将测量瓶放置在电子天平的上方。
6.根据权利要求1所述的基于人体仿生技术的元素检测前处理装置，其特征在于：刀式研磨仪的内置刀片为两个叶片的刀片。
7.根据权利要求1所述的基于人体仿生技术的元素检测前处理装置，其特征在于：控制器为一台可以编辑程序的计算机；所述振荡器为恒温振荡器。
8.根据权利要求1所述的基于人体仿生技术的元素检测前处理装置，其特征在于：刀式研磨仪、电子天平、震荡器、离心机之间的距离为0.2m-0.6m。
9.基于人体仿生技术的元素检测前处理方法，其特征在于：
1)模拟牙齿咀嚼和食道粉碎功能，用刀式研磨仪把食品粉碎；
2)将步骤1)粉碎、混匀后的样品自动转运到电子天平上，按设定的取样量定量称取均匀样品于测量瓶中；
3)初步消化
测量瓶中加入模拟胃液和各种仿生酶，根据不同样品在胃中的排空时间设置震荡提取时间，全自动震荡器震荡频率模拟胃蠕动的频率；
4)进一步消化
初步消化后的震荡瓶中加入模拟肠道消化液和肠消化酶，对初步消化后的样品进一步消化，振荡器震荡频率和震荡提取时间根据肠蠕动的频率、力度和时间进行设置；
5)经过步骤3)和步骤4)消化后的样品，从震荡瓶中自动转入离心管中，进行离心，取离心后的上清液进行光谱、质谱检测；
优选的，步骤1)中刀式研磨仪的研磨时间为0.5-5min；
优选的，步骤3)初步消化中的震荡提取时间为5-30min；
优选的，步骤4)进一步消化的震荡提取时间为10-90min；
优选的，步骤3)和步骤4)中振荡器的振荡频率为20-200rpm；
优选的，步骤3)和步骤4)中震荡器内部恒温水浴保持36-38℃；
优选的，步骤5)中离心的时间为1-5min。
10.根据权利要求9所述的基于人体仿生技术的元素检测前处理装置，其特征在于：所述步骤2)中设定的取样量为1-50g。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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