CN109444095A - 双光信号痕量农残快速检测系统 - Google Patents

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黄晶
张俊
张莉莉
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Abstract

本发明提供了一种双光信号痕量农残快速检测系统，包括双光信号发生装置、痕量液体检测反应室、光谱仪和微量进样装置；双光信号发生装置包括荧光激发光源组和双光吸收光源组；痕量液体检测反应室包括从上向下依次设置的加样池、传感阵列导流板、传感阵列底板、旋转台、单膜片联轴器和步进电机。微量进样装置包括微量进样器、三通电磁阀和痕量农残进样管；光谱仪的光仟探头Ⅰ、腔室和光仟探头Ⅱ在竖直方向对应。本系统采用呈辐射状均布设置多个与存液室连通的导流槽，无需逐个腔室进行加样，同时与双光信号发生装置配合，也无需使用步进电机、滑台等机械驱动光源移动，缩小了系统体积，提高了系统的整体精度，也提高了检测效率。

Description

双光信号痕量农残快速检测系统
技术领域
本发明涉及一种痕量农残快速检测系统，具体涉及一种双光信号痕量农残快速检测系统。
背景技术
虽然农药是必要的，以保护我们的营养免受昆虫和其他害虫，但它们也对环境和公众健康构成巨大威胁。不适当的农药使用，包括不正确的选择、高浓度、过度使用农药在作物和种子上，可能与农民和消费者患癌症的风险有关。此外，它们与内分泌紊乱和生殖功能障碍有关。此外，农药对环境和自然循环有许多负面影响。农药及其降解产品可通过食用油、作物、水、水果和其他相关产品污染食物链，对人类健康危害极大，因为人类处于食物链的顶端。考虑到不同农药的毒性不同，大多数国家使用最低的农药残留上限来调节不同农药的浓度。因此，对高选择性、高灵敏度、快速可靠的农药检测系统提出了越来越高的要求。目前，气相色谱(GC)、高效液相色谱(HPLC)、气相色谱-质谱(GC-MS)和液相色谱-质谱(LC-MS)以其灵敏度高、分辨率高、通量高等优点，已成为检测农药残留最成熟的技术。然而，这些方法通常需要对样品进行预处理，费用昂贵，耗时长，而且需要昂贵的设备，这些设备不是面向家庭的，也不适合现场检测。因此，它没有得到广泛的应用，也不适合现场测试。光谱检测，包括紫外可见光谱、荧光光谱、近红外光谱(NIRS)和拉曼光谱，具有灵敏度高、检出限低、分析速度快、微量等特点，是农药残留检测的主要发展方向。尽管如此，所需的仪器是昂贵、精密和笨重的，这限制了它在护理应用或便携式环境监测分析中的应用。
一般来说，微流控对农药检测是有益的，因为它们提供了精确的液体控制。微流控装置由于其试剂消耗低、生产成本低、分析时间短、所需功率和空间最小等特点，有可能革新分析方法。这些特点使这些设备在经济和环境上非常有吸引力。微流控系统为生物、制药、化学、食品和医药等不同领域的研究和工业开辟了新的机会。有趣的是，基于阵列的传感受到哺乳动物嗅觉和味觉系统的启发，在这种系统中，使用不同的交叉反应传感器元件为每种分析物产生独特的“指纹”模式。因此，与要求特定受体检测目标分析物的“锁定与关键”系统相反，在化学舌/鼻系统中，交叉反应传感器元件能够有效地为几种分析物的识别和鉴别提供不同的模式。
虽然有一些基于农药检测平台的小型应用开发方法被报道，如基于酶活性抑制的纸张或阅读器，但它们只能检测一种农药，且都只使用了单一信号，无法全方面的对痕量农残进行精确检测。
发明内容
针对现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种大大提高精度的双光信号痕量农残快速检测系统。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
双光信号痕量农残快速检测系统，包括双光信号发生装置、痕量液体检测反应室、光谱仪和微量进样装置；
所述双光信号发生装置包括荧光激发光源组和双光吸收光源组；所述荧光激发光源组包括三个荧光模组，三个荧光模组的输出端分别连接一根高功率熔融拉锥光纤Ⅰ，三根高功率熔融拉锥光纤Ⅰ的另一端通过光纤熔融拉锥技术与高功率熔融拉锥光纤Ⅱ的一端连接；所述双光吸收光源组包括两个荧光光源，两个荧光光源的输出端分别连接一根高功率熔融拉锥光纤Ⅲ，两根高功率熔融拉锥光纤Ⅲ的另一端通过光纤熔融拉锥技术与高功率熔融拉锥光纤Ⅳ的一端连接，所述高功率熔融拉锥光纤Ⅱ的另一端和高功率熔融拉锥光纤Ⅳ的另一端通过光纤熔融拉锥技术与高功率熔融拉锥光纤Ⅴ的一端连接；
所述痕量液体检测反应室包括从上向下依次设置加样池、传感阵列导流板、传感阵列底板、旋转台、单膜片联轴器和步进电机；所述传感阵列导流板和传感阵列底板由透明惰性材料制成；
所述旋转台包括一体设置的旋转盘和旋转杆，所述步进电机的动力输出轴连接单膜片联轴器的动力输入轴，所述单膜片联轴器的动力输出轴连接旋转杆，所述旋转杆竖直向上，所述旋转盘水平设置在旋转杆的顶部，所述旋转盘的上表面中部设置凹槽Ⅰ，所述凹槽Ⅰ设置一波珠，所述旋转盘的上表面且相对波珠均布设置三个强力磁铁Ⅰ；
所述传感阵列导流板的中部设置一个圆形的存液室，所述存液室为中间高、四周边缘低，且中间向四周边缘为圆弧形过渡面；所述传感阵列导流板上呈辐射状均布设置多个与存液室连通的导流槽，所述导流槽靠近存液室的一端高、远离存液室的一端低；所述导流槽靠近存液室的一端高于存液室的四周边缘，所述导流槽远离存液室的一端设置与导流槽相通的腔室，所述传感阵列底板设置在传感阵列导流板的底部，所述传感阵列底板上且与腔室对应的位置设置敏感材料传感单元；所述传感阵列底板的底部中部设置圆形凹槽Ⅱ，所述传感阵列底板上且相对圆形凹槽Ⅱ均布设置三个磁铁Ⅱ，所述传感阵列底板放置在旋转盘上，旋转盘上的波珠卡在圆形凹槽Ⅱ内，三个磁铁Ⅱ与三个强力磁铁Ⅰ对应吸附着；所述传感阵列导流板的上表面均布设置多个定位孔；
所述加样池包括一体成型的加样盘和加样嘴，所述加样嘴设置在加样盘上，所述加样嘴的中部和加样盘的中部形成一加样孔；所述加样盘的底部设置与定位孔数量相同的定位销，所述加样池放置在传感阵列导流板上，所述定位销插在对应的定位孔中，所述加样孔与存液室的中部相通；
所述微量进样装置包括微量进样器、三通电磁阀和痕量农残进样管；所述痕量农残进样管与三通电磁阀的端口Ⅰ连接，所述三通电磁阀的端口Ⅱ与微量进样器的端口连接，所述三通电磁阀的端口Ⅲ通过液管Ⅱ与加样嘴连通，所述液管Ⅱ的端口与加样嘴的端口形成转动且密封配合；
所述光谱仪的光仟探头Ⅰ位于传感阵列导流板的上方，所述高功率熔融拉锥光纤Ⅴ的另一端连接的光仟探头Ⅱ位于传感阵列底板的下方，所述光仟探头Ⅰ、腔室和光仟探头Ⅱ在竖直方向对应。
作为本发明的一种优选方案，所述旋转杆上设置有定位块，在旋转杆的旁边设有检测旋转台位置的光电开关，所述定位块的运行轨迹与光电开关的检测位对应。
与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：
1、传感阵列导流板上呈辐射状均布设置多个与存液室连通的导流槽，液体通过导流槽均匀分布于各个腔室，从而不需要逐个腔室进行加样，可做到痕量样本的检测。
2、通过荧光激发光源组、双光吸收光源组和高功率熔融拉锥光纤组合，再通过电路模块来对各个光源的开关进行控制，无需使用步进电机、滑台等机械控制方式来进行选光，大大提高系统整体精度。
3、本发明的系统采用呈辐射状均布设置多个与存液室连通的导流槽，无需使用逐个腔室进行加样，同时与双光信号发生装置配合，也无需使用步进电机、滑台等机械，大大缩小了系统体积，既提高了系统的整体精度，同时也大大提高了检测效率及准确率和灵敏度。
附图说明
图1是双光信号痕量农残快速检测系统的结构示意图；
图2是双光信号发生装置的结构示意图；
图3是痕量液体检测反应室的结构示意图；
图4是旋转台的结构示意图；
图5是传感阵列导流板的结构示意图；
图6是传感阵列导流板的剖面视图；
图7是传感阵列底板的结构示意图；
图8是传感阵列导流板和加样池配合的结构示意图；
图9是加样池的结构示意图；
图10是光仟探头Ⅰ和光仟探头Ⅱ设置在痕量液体检测反应室上的结构示意图。
图中，1、光谱仪；2、荧光激发光源组；3、双光吸收光源组；4、荧光模组；5、高功率熔融拉锥光纤Ⅰ；6、高功率熔融拉锥光纤Ⅱ；7、荧光光源；8、高功率熔融拉锥光纤Ⅲ；9、高功率熔融拉锥光纤Ⅳ；10、高功率熔融拉锥光纤Ⅴ；11、加样池；12、传感阵列导流板；13、传感阵列底板；14、旋转台；15、单膜片联轴器；16、步进电机；17、旋转盘；18、旋转杆；19、波珠；20、强力磁铁Ⅰ；21、存液室；22、导流槽；23、腔室；24、敏感材料传感单元；26、磁铁Ⅱ；27、定位孔；28、加样盘；29、加样嘴；30、加样孔；31、定位销；32、微量进样器；33、三通电磁阀；34、痕量农残进样管；35、光仟探头Ⅰ；36、光仟探头Ⅱ；37、定位块；38、光电开关；39、光源固定座Ⅰ；40、弹簧Ⅰ；41、光源固定座Ⅱ；42、弹簧Ⅱ；43、电源模块；44、电路模块；45、液管Ⅰ；46、液管Ⅱ。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，双光信号痕量农残快速检测系统，包括双光信号发生装置、痕量液体检测反应室、光谱仪1和微量进样装置。
双光信号发生装置包括荧光激发光源组2和双光吸收光源组3，如图2所示。荧光激发光源组2包括三个荧光模组4，三个荧光模组4的输出端分别连接一根高功率熔融拉锥光纤Ⅰ5，三根高功率熔融拉锥光纤Ⅰ5的另一端通过光纤熔融拉锥技术与高功率熔融拉锥光纤Ⅱ6的一端连接，三个荧光模组4安装在光源固定座Ⅰ39上，在荧光模组4的尾部与光源固定座Ⅰ39的后侧板之间设置弹簧Ⅰ40，通过弹簧Ⅰ40顶紧荧光模组4，使荧光模组4的前端紧靠在光源固定座Ⅰ39的前侧板上，防止荧光模组4在光源固定座Ⅰ39上松动。双光吸收光源组3包括两个荧光光源7，两个荧光光源7安装在光源固定座Ⅱ41上；在荧光光源7的尾部与光源固定座Ⅱ41的后侧板之间设置弹簧Ⅱ42，通过弹簧Ⅱ42顶紧荧光光源7，使荧光光源7的前端紧靠在光源固定座Ⅱ41的前侧板上，防止荧光光源7在光源固定座Ⅱ41上松动。两个荧光光源7的输出端分别连接一根高功率熔融拉锥光纤Ⅲ8，两根高功率熔融拉锥光纤Ⅲ8的另一端通过光纤熔融拉锥技术与高功率熔融拉锥光纤Ⅳ9的一端连接，高功率熔融拉锥光纤Ⅱ6的另一端和高功率熔融拉锥光纤Ⅳ9的另一端通过光纤熔融拉锥技术与高功率熔融拉锥光纤Ⅴ10的一端连接。
痕量液体检测反应室包括从上向下依次设置加样池11、传感阵列导流板12、传感阵列底板13、旋转台14、单膜片联轴器15和步进电机16，如图3所示。传感阵列导流板12和传感阵列底板13由透明惰性材料制成。
旋转台14包括一体设置的旋转盘17和旋转杆18，如图4所示。步进电机16的动力输出轴连接单膜片联轴器15的动力输入轴，单膜片联轴器15的动力输出轴连接旋转杆18，旋转杆18竖直向上，旋转盘17水平设置在旋转杆18的顶部，旋转盘17的上表面中部设置凹槽Ⅰ，凹槽Ⅰ设置一波珠19，旋转盘17的上表面且相对波珠19均布设置三个强力磁铁Ⅰ20。
传感阵列导流板的结构如图5、6所示，传感阵列导流板12的中部设置一个圆形的存液室21，存液室21为中间高、四周边缘低，且中间向四周边缘为圆弧形过渡面。传感阵列导流板12上呈辐射状均布设置多个与存液室21连通的导流槽22，导流槽22靠近存液室21的一端高、远离存液室21的一端低。导流槽22靠近存液室21的一端高于存液室21的四周边缘，导流槽22远离存液室21的一端设置与导流槽22相通的腔室23，农残液进入存液室21，逐步流向边缘，在整个边缘储存一定量的农残液，在农残液冒过导流槽22的进口端，存液室21内的农残液便均匀的进入各个导流槽22内，在均匀的进入到腔室23内。传感阵列底板13设置在传感阵列导流板12的底部，传感阵列底板13上且与腔室23对应的位置设置敏感材料传感单元24。传感阵列底板13的底部中部设置圆形凹槽Ⅱ，传感阵列底板13上且相对圆形凹槽Ⅱ均布设置三个磁铁Ⅱ26，如图7所示，传感阵列底板13放置在旋转盘17上，旋转盘17上的波珠19卡在圆形凹槽Ⅱ内，三个磁铁Ⅱ26与三个强力磁铁Ⅰ20对应吸附着；传感阵列导流板12的上表面均布设置多个定位孔27。
加样池的结构如图8、9所示，加样池11包括一体成型的加样盘28和加样嘴29，加样嘴29设置在加样盘28上，加样嘴29的中部和加样盘28的中部形成一加样孔30。加样盘28的底部设置与定位孔27数量相同的定位销31，加样池11放置在传感阵列导流板12上，定位销31插在对应的定位孔27中，加样孔30与存液室21的中部相通。
微量进样装置包括微量进样器32、三通电磁阀33和痕量农残进样管34，如图1所示。痕量农残进样管34与三通电磁阀33的端口Ⅰ连接，三通电磁阀33的端口Ⅱ与微量进样器32的端口连接，三通电磁阀33的端口Ⅲ通过液管Ⅱ46与加样嘴29连通，液管Ⅱ46的端口与加样嘴29的端口形成转动且密封配合，在整个旋转台14转动的过程中，与端口Ⅲ连接的液管不动。使用微量进样装置时，三通电磁阀33的端口Ⅲ先关闭，农残样品通过三通电磁阀33的端口Ⅰ和端口Ⅱ进入微量进样器32内，然后关闭三通电磁阀33的端口Ⅰ，微量进样器32逐步将其内的农残样品通过三通电磁阀33的端口Ⅱ、端口Ⅲ和液管进入加样嘴29内，进而进入存液室21。
光谱仪1的光仟探头Ⅰ35位于传感阵列导流板12的上方，高功率熔融拉锥光纤Ⅴ10的另一端连接的光仟探头Ⅱ36位于传感阵列底板13的下方，光仟探头Ⅰ35、腔室23和光仟探头Ⅱ36在竖直方向对应，如图10所示。旋转杆18上设置有定位块37，在旋转杆18的旁边设有检测旋转台14的位置的光电开关38，定位块37的运行轨迹与光电开关38的检测位对应。光电开关38的电源线和信号线包在一起，当定位块37随着旋转台14旋转过光电开关38的位置时，遮挡了光电开关38发射的红外，光电开关38将产生一个信号，电路控制系统通过对该信号的接收判断控制步进电机16停止，进而进行定位过程。
使用该双光信号痕量农残快速检测系统时，开启电源模块43，通过电路模块44控制三通电磁阀33和微量进样器32，三通电磁阀33的端口Ⅲ先关闭，农残样品通过痕量农残进样管34、三通电磁阀33的端口Ⅰ和端口Ⅱ以及液管Ⅰ45进入微量进样器32内，然后关闭三通电磁阀33的端口Ⅰ，微量进样器32逐步将其内的农残样品通过液管Ⅰ45、三通电磁阀33的端口Ⅱ、端口Ⅲ和液管Ⅱ46进入加样嘴29内，进而进入存液室21，农残液进入存液室21后，逐步流向存液室21的边缘，在存液室21整个边缘储存一定量的农残液，当农残液冒过导流槽22的进口端，存液室21内的农残液便均匀的进入各个导流槽22内，在均匀的进入到腔室23内。传感阵列底板13设置在传感阵列导流板12的底部，传感阵列底板13上且与腔室23对应的位置设置敏感材料传感单元24，农残液与敏感材料传感单元24接触并发生反应；步进电机16转动，带动单模片联轴器15转动，单模片联轴器15带动旋转台14转动，旋转台15再带动其上的传感阵列导流板12和加样池11一起转动。因液管Ⅱ46与加样池11的加样嘴29为转动配合(如采用轴承配合)。电路模块44控制荧光激发光源组2、荧光模组4和光谱仪1，当旋转杆18上的定位块37随着旋转杆18旋转过光电开关38的位置时，遮挡了光电开关38发射的红外，光电开关38将产生一个信号，电路控制系统通过对该信号的接收判断控制步进电机16停止，进而进行定位过程。光谱仪1通过光纤探头Ⅰ35和光纤探头Ⅱ36不断采集农残液与敏感材料传感单元24的反应信息，进而对痕量农残进行快速检测。
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 (2)

1.双光信号痕量农残快速检测系统，其特征在于，包括双光信号发生装置、痕量液体检测反应室、光谱仪(1)和微量进样装置；
所述双光信号发生装置包括荧光激发光源组(2)和双光吸收光源组(3)；所述荧光激发光源组(2)包括三个荧光模组(4)，三个荧光模组(4)的信号输出端分别连接一根高功率熔融拉锥光纤Ⅰ(5)，三根高功率熔融拉锥光纤Ⅰ(5)的另一端通过光纤熔融拉锥技术与高功率熔融拉锥光纤Ⅱ(6)的一端连接；所述双光吸收光源组(3)包括两个荧光光源(7)，两个荧光光源(7)的信号输出端分别连接一根高功率熔融拉锥光纤Ⅲ(8)，两根高功率熔融拉锥光纤Ⅲ(8)的另一端通过光纤熔融拉锥技术与高功率熔融拉锥光纤Ⅳ(9)的一端连接，所述高功率熔融拉锥光纤Ⅱ(6)的另一端和高功率熔融拉锥光纤Ⅳ(9)的另一端通过光纤熔融拉锥技术与高功率熔融拉锥光纤Ⅴ(10)的一端连接；
所述痕量液体检测反应室包括从上向下依次设置加样池(11)、传感阵列导流板(12)、传感阵列底板(13)、旋转台(14)、单膜片联轴器(15)和步进电机(16)；所述传感阵列导流板(12)和传感阵列底板(13)由透明惰性材料制成；
所述旋转台(14)包括一体设置的旋转盘(17)和旋转杆(18)，所述步进电机(16)的动力输出轴连接单膜片联轴器(15)的动力输入轴，所述单膜片联轴器(15)的动力输出轴连接旋转杆(18)，所述旋转杆(18)竖直向上，所述旋转盘(17)水平设置在旋转杆(18)的顶部，所述旋转盘(17)的上表面中部设置凹槽Ⅰ，所述凹槽Ⅰ设置一波珠(19)，所述旋转盘(17)的上表面且相对波珠(19)均布设置三个强力磁铁Ⅰ(20)；
所述传感阵列导流板(12)的中部设置一个圆形的存液室(21)，所述存液室(21)为中间高、四周边缘低，且中间向四周边缘为圆弧形过渡面；所述传感阵列导流板(12)上呈辐射状均布设置多个与存液室(21)连通的导流槽(22)，所述导流槽(22)靠近存液室(21)的一端高、远离存液室(21)的一端低；所述导流槽(22)靠近存液室(21)的一端高于存液室(21)的四周边缘，所述导流槽(22)远离存液室(21)的一端设置与导流槽(22)相通的腔室(23)，所述传感阵列底板(13)设置在传感阵列导流板(12)的底部，所述传感阵列底板(13)上且与腔室(23)对应的位置设置敏感材料传感单元(24)；所述传感阵列底板(13)的底部中部设置圆形凹槽Ⅱ，所述传感阵列底板(13)上且相对圆形凹槽Ⅱ均布设置三个磁铁Ⅱ(26)，所述传感阵列底板(13)放置在旋转盘(17)上，旋转盘(17)上的波珠(19)卡在圆形凹槽Ⅱ内，三个磁铁Ⅱ(26)与三个强力磁铁Ⅰ(20)对应吸附着；所述传感阵列导流板(12)的上表面均布设置多个定位孔(27)；
所述加样池(11)包括一体成型的加样盘(28)和加样嘴(29)，所述加样嘴(29)设置在加样盘(28)上，所述加样嘴(29)的中部和加样盘(28)的中部形成一加样孔(30)；所述加样盘(28)的底部设置与定位孔(27)数量相同的定位销(31)，所述加样池(11)放置在传感阵列导流板(12)上，所述定位销(31)插在对应的定位孔(27)中，所述加样孔(30)与存液室(21)的中部相通；
所述微量进样装置包括微量进样器(32)、三通电磁阀(33)和痕量农残进样管(34)；所述痕量农残进样管(34)与三通电磁阀(33)的端口Ⅰ连接，所述三通电磁阀(33)的端口Ⅱ与微量进样器(32)的端口连接，所述三通电磁阀(33)的端口Ⅲ通过液管Ⅱ(46)与加样嘴(29)连通，所述液管Ⅱ(46)的端口与加样嘴(29)的端口形成转动且密封配合；
所述光谱仪(1)的光仟探头Ⅰ(35)位于传感阵列导流板(12)的上方，所述高功率熔融拉锥光纤Ⅴ(10)的另一端连接的光仟探头Ⅱ(36)位于传感阵列底板(13)的下方，所述光仟探头Ⅰ(35)、腔室(23)和光仟探头Ⅱ(36)在竖直方向对应。
2.根据权利要求1所述的双光信号痕量农残快速检测系统，其特征在于，所述旋转杆(18)上设置有定位块(37)，在旋转杆(18)的旁边设有检测旋转台(14)位置的光电开关(38)，所述定位块(37)的运行轨迹与光电开关(38)的检测位对应。
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