CN109738381A - 微量物质检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

一种微量物质检测装置及其检测方法，包括：测试平台，用以水平置放一承装容器，该承装容器中承载一待测液体；光源，发出光线照射于该承装容器中之待测液体；光谱仪，接收通过该承装容器之该光线，并对该光线进行光谱分析；电源，电性连接光谱仪，用以供应所需之电力；稀释单元，用以将该待测液体加上特定比例之稀释液，形成一稀释后待测液体；以及微处理器，其中，当该承装容器中承载该待测液体时，该光线通过该待测液体，经该光谱仪分析形成第一波形图；当该承装容器中承载该稀释后待测液体时，该光线通过该稀释后待测液体，经该光谱仪分析形成第二波形图；该微处理器比对该第一波形图与该第二波形图之差异情况，判断该待测液体中是否具有一微量物质。

Description

微量物质检测装置及其检测方法

技术领域

本发明有关于一种微量物质检测装置及其检测方法，特别系关于一种可于待测溶液中检测出异质物(alien residue)、外来物(foreign residue)、污染物(pollutantresidue)、残留物(pesticide residue)等微量物质检测装置及检测方法。

背景技术

微量物质检测方法之应用很广泛，举凡在医疗上、生化上、化学上或农业上等各个层面都有广泛的应用，尤其是应用在一些检测特定微量之异质物、外来物、污染物或农药残留的检测方法上，更是有很大的需求。

一般而言，农民为了清除害虫以提高农产品产量，对农作物施予农药的现象非常普遍，世界各国基于食品安全考虑，均订有农药残留检验标准，以确立可接受的最低农药残留剂量。传统上，农民为了检测残留农药，会将农产品送去检测中心，然而，通常约需要等候数星期以上，才能得到检测结果，实在不符合时效性。

目前，市场上流行一种检验方法，称为QuEChERS(Quick,Easy,Cheap,Effective,Rugged,Safe)农药残留检验法，其系先对受检验对象进行采样，取得欲检验的样品后，进行样品前处理步骤，以取得经除水、净化后的检液原液；然后，将该检液原液处理成可进行仪器检测的检液；接着，利用液相层析串联质谱仪(liquid chromatograph/tandem massspectrometer,LC/MS-MS)或气相层析串联质谱仪(gas chromatograph/tandem massspectrometer，GC/MS-MS)，对该检液进行进行仪器检测；然后，根据前述仪器检测结果进行数据处理，得到农药残留检验结果。

上述的QuEChERS农药残留检验方法虽然较传统方法好，其仍有许多缺点，包括样品前处理步骤需花费很多时间，以及，整个QuEChERS程序的步骤非常繁琐复杂，至少要花费2个小时以上，使得QuEChERS法相当费时费力，不仅会拖慢整个农药检验程序进行，也无法快速取得检验结果。此外，QuEChERS方法的成本非常昂贵。对于农民而言，检测成本负担很重；又，农产品在栽种阶段及采收阶段等诸多阶段，都须进行残留农药检测，检测程序的时效性、简便性以及成本等都非常重要，需要兼顾，上述QuEChERS法无法兼顾检测之时效性、简便性与成本，实在无法满足市场上的需求。

有鉴于此，本发明为解决前述问题，遂提供一设计简化、成本低廉、准确度高、检测快速、实用又操作简便之微量物质检测装置及检测方法，不仅为微量物质检测技术上之一大跃进，更为农药残留检测市场的一大福音。

发明内容

为达到上述及其他目的，本发明提供一种微量物质检测装置及其检测方法，是一种快速且成本低廉的快筛方法，本发明无须像QuEChERS检测法中须进行前处理步骤，且可以极快速地检验出样品溶液中的微量物质，整个检测过程仅需不到几分钟(大约3～5分钟左右即可)的时间，即可得到检测结果。

本发明系针对含量在ppm等级的微量物质作侦测，只要待测液体中具有ppm等级的微量物质，或任何待测溶液中不欲存在之异质物、外来物、污染物或农药残留物等在其中，本发明都可以检测出该些物质的存在。

本发明之特点系利用多重稀释的方式，对检验原液进行至少一次固定稀释步骤，然后使用光谱仪看吸收度或吸收率之变化量，并进行稀释前后在特定波长之波形比对，即可分析出微量物质的存在。

本发明系属于一种差异分析法，只要以待测溶液(例如：蔬果搅碎汁液)之原有成分为主要成分，而其中含有之异质物、外来物、污染物或农药残留物为微量成分，两者浓度差异很大(原有成分浓度很高，微量成分浓度很低，较佳的是低至ppm等级)的话，本发明就可以准确地且快速地检测出此种微量物质的存在。

就其中一个观点，本发明提供一种微量物质检测装置，包括：测试平台，用以水平置放一承装容器，该承装容器中承载一待测液体；光源，发出光线照射于该承装容器中之待测液体；光谱仪，接收通过该承装容器之该光线，并对该光线进行光谱分析；电源，电性连接光谱仪，用以供应所需之电力；稀释单元，用以将该待测液体加上特定比例之稀释液，形成一稀释后待测液体；以及比较单元，其中，当该承装容器中承载该待测液体时，该光线通过该待测液体，经该光谱仪分析形成第一波形图；当该承装容器中承载该稀释后待测液体时，该光线通过该稀释后待测液体，经该光谱仪分析形成第二波形图；该比较单元比对该第一波形图与该第二波形图之差异情况，判断该待测液体中是否具有一微量物质。

一实施例中，若该第一波形图与该第二波形图形状及曲率相同，则该待测液体中未具有该微量物质。

一实施例中，若该第一波形图与该第二波形图形状及曲率不相同或在特定波长区段有变化，则该待测液体中具有该微量物质。

一实施例中，该光源系一短波长光源，较佳的是氘灯或其它任一种紫外线光源，其可以发出波长范围在190～400nm之间的连续光谱带。

一实施例中，本发明还包括一微处理器，电性连接该光谱仪，以比对分析该第一波形图与该第二波形图之形状及曲率。

一实施例中，本发明还包括一显示单元，电性连接该微处理器，用以将所检测到之结果或数值显示出来。

一实施例中，本发明还包括一用户控制单元，电性连接该微处理器，系一输出入接口，作为用户控制操作之用。

一实施例中，本发明还包括一通讯单元，其电性连接该微处理器，用以接收一远程装置发出的讯息，以及传送讯息至该远程装置。

就另一个观点，本发明提供一种微量物质检测方法，应用上述之微量物质检测装置，包括下列步骤：提供一待测液体；稀释该待测液体；提供一光源，使该光源发出之光线分别穿透该待测液体以及该稀释之待测液体；提供一光谱仪，分别接收穿透过该待测液体或该稀释后待测液体之光线，以进行光谱分析，分别得到对应之一第一波形图与一第二波形图；以及比对稀释前后之第一波形图与第二波形图，观察在特定波长区段，两者波形的形状或曲率”是”或”否”产生变化，以判断该待测液体中是否具有一微量物质。

一实施例中，上述比对结果若”是”，该第一波形图与该第二波形图形状及曲率不相同，或在一特定波长区段有变化，则该待测液体中具有该微量物质。

一实施例中，上述比对结果若”否”，该第一波形图与该第二波形图形状及曲率相同且一致，或在该特定波长区段没有变化，则该待测液体中未有任何该微量物质。

一实施例中，本发明极适合应用于侦测蔬果中是否有农药残留，其可应用于各类蔬菜水果上，举凡蔬果类、谷类、干豆类、茶类、香辛植物或其他草本植物的农药残留检验，不论为何种成分，只要有农药残留在其中，本发明都可以有效检测出其中是否含有农药残留。

附图说明

图1A为本发明一实施例中的微量物质检测装置方块示意图。

图1B为根据图1A的微量物质检测装置局部放大示意图。

图2A为本发明一实施例中的微量物质检测装置侧视示意图。

图2B为本发明一实施例中的微量物质检测装置上视示意图。

图3为本发明一实施例中的微量物质检测方法之流程示意图。

图4A为应用本发明微量物质检测装置的一种无农药残留之待测液体之光谱示意图。

图4B为对照图4A，应用本发明微量物质检测装置的一种有农药残留之待测液体之光谱示意图。

具体实施方式

有关本创作之前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式之较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。本创作中的图式均属示意，主要意在表示各装置以及各组件之间之功能作用关系，至于形状与尺寸则并未依照比例绘制。需要说明的是，在附图中，结构相似的单元是以相同标号表示。此外，在不冲突的情况下，本发明中各实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参照图1A，本发明微量物质检测装置10包括有：一测试平台11、一承装容器12、一光源13、一光谱仪14、一微处理器15、一电源16、一用户控制单元17、一显示单元18。上述承装容器12置放于测试平台11上，其用以盛放待测液体30。光源13设置于承装容器12上方，用以发出光线照射待测液体30。光谱仪14设置于承装容器12下方，用以接收透过待测液体30之光线，以及进行光谱分析。光源13发出之光线，首先，照射于待测液体30上，然后，穿透待测液体30，接着，穿过测试平台11之开孔11a，最后，进入光谱仪14进行光谱分析。上述光源13并不局限于设置在承装容器12或测试平台11上方，亦可以设置于承装容器12或测试平台11侧面或甚至下方，以及，上述光谱仪14并不局限于设置在承装容器12或测试平台11下方，亦可以设置于承装容器12或测试平台11侧面或甚至上方，只要能符合光线的路径顺序：由光源13发出光线、穿透待测液体30、以及进入光谱仪14进行光谱分析即可。微处理器15电性连接光谱仪14，用以分析处理光谱仪14所得到之前后光谱数据。本发明还包括有：稀释单元(未显示)，用以将待测液体30加上一特定比例之稀释液，形成一稀释后待测液体。

请同时对照图2A与图2B，测试平台11系一种水平设置之测试机台，其上可以置放复数个承装容器12，此处例如置放9个承装容器12，如第2B图所示。值得注意的是，测试平台11可以是任何形式的测试机台或化学滴定机台，只要能水平置放多个承装容器12以及方便稀释单元(或使用者)对待测液体30进行稀释操作即可。

进一步而言，请参照图1B，其绘示系第1A图之测试平台11之局部区域放大示意图。局部区域具有一凹槽结构11b，其包括有第一直径L1之第一凹槽以及第二直径L2之第二凹槽，其中，第一直径L1大于第二直径L2，凹槽结构11b之底部须水平，其目的系用以平稳地置放承装容器12于其中。此外，凹槽结构11b底部还有一开孔11a，其用以让光源发出之光线穿透待测液体30后，再穿过此开孔11a直接到达光谱仪14。

上述电源16系用以提供微量物质检测装置10中各部件所需之电源，光源13较佳的是短波长光源，例如是氘灯，其系一种紫外线光源，可发出波长范围在190～400nm之间的连续光谱带。上述承装容器12较佳的是比色皿或蒸发皿，用以承装例如约2mL的待测液体30。上述用户控制单元17电性连接微处理器15，系一种输出入接口，作为用户控制微量物质检测装置10以及比对光谱仪14所得到之前后光谱数据(波形图)之差异情况。上述显示单元18电性连接微处理器15，例如为液晶显示面板，用以将所检测到之结果或数值显示出来，例如待测液体30中”是”或”否”具有微量物质。

本发明系对待测液体30进行至少一道稀释或是多重稀释操作，举例而言，可将待测液体30由5％逐步稀释至50％，每次增加5％的稀释液，以固定之倍数持续稀释下去；或是，一次性就将待测液体30稀释至50％。以2mL的待测液体30为例，假设待测液体30中的原有成分为1000ppm/2mL，加入1mL后剩666.7ppm；假设待测液体30中的微量成分有0.1ppm/2mL，加入1mL后剩0.0667ppm，在待测液体30中的成分经过稀释后，某些特定键结的光谱变得平滑，亦即，无微量物质时很平滑，有微量物质时则不平滑。换句话说，没有微量物质的待测液体30，经过稀释后，波型变化系透过等比变化，吸收波长的曲率变化都一样(吸收度或吸收率的曲率变化都一样)。然而，若是待测液体30中含有微量物质，则经过稀释后，波型变化在某些特定波长区域，吸收波长的曲率会产生变化(吸收度或吸收率的曲率会产生变化)，本发明的精神就是去分析出上述变化，以及突显出及呈现出这个效果。总而言之，只要有前后稀释液体的吸收波形产生了变化，就代表待测液体30中有微量物质的存在。

上述待测液体30例如为捣碎之蔬菜汁，其中主要原有成分例如为叶绿素、有机质等，稀释液例如为酒精，叶绿素、有机质等可视为主要成分，而待测液体30中的异质物、外来物、污染物或农药残留物等可视为微量成分，两者浓度通常差异很大(微量成分浓度约在ppm等级)。本发明系利用在待测液体30中加入稀释液，以特定比例持续不断稀释下去，然后，根据比尔定律(Beer’s law)看其吸收度或吸收率的变化，亦即，透过光谱仪14看稀释前后光学的吸收情形，或是看其化学键结在某个波段的吸收情形。若是待测液体30中未含有ppm等级之微量物质的话，理论上光谱仪14所得到的吸收波形，稀释前后所得到的吸收波形形状会维持一样；或是，将稀释前后的吸收波形数值相减，得到的吸收波形图形也会很类似，不会产生变形或其他突兀的形状变化，如第4A图所示，在200nm至340nm波段区域，左边的波形形状与右边的波形形状几乎一模一样、完全相同。然而，若是待测液体30中包含有ppm等级之异质物、外来物、污染物或农药残留物等任何微量物质的话，光谱仪14所得到的吸收波形，则微量物质的吸收波形会因稀释而相对地越来越明显，产生迭加效应，而使得稀释前后所得到的吸收波形形状会产生变化或不同；亦即，将稀释前后的吸收波形数值相减，得到的吸收波形图形会产生变化、变形或其他突兀的形状变化，如第4B图所示，可以看到在200nm至340nm波段区域(农药的吸收波长在短波长180～320nm区段)，左边的波形形状与右边的波形形状并不相同，产生了明显地变化，例如在一些特定的波形凸出处或波形凹陷处，左右两图波形都有明显的不同。

参照图3，本发明提供一种微量物质检测方法之流程示意图，包含：步骤S1：提供一待测液体；步骤S2：提供一光源，使该光源发出之光线穿透该待测液体；步骤S3：稀释该待测液体；步骤S4：使该光线再穿透该稀释后之待测液体；步骤S5：提供一光谱仪，接收穿透过该待测液体或该稀释后待测液体之光线，以进行光谱分析；步骤S6：比对稀释前后之波形图形，观察在特定波长区段，波形的曲率是否产生变化；步骤S7：若是，波形的曲率有产生变化，则该待测液体中具有微量物质；反之，步骤S8：若否，波形的曲率相同没有变化，则该待测液体中没有微量物质。

详细言之，上述S1步骤，系先提供一待测液体，例如为2mL捣碎之蔬菜汁液，其中包括有叶绿素、有机质等。步骤S2：提供一光源，该光源发出之光线穿透该待测液体，上述光源较佳的是短波长光源，例如是氘灯，其系一种紫外线光源，可发出波长范围在190～400nm之间的连续光谱带。步骤S3：稀释该待测液体，本发明系对待测液体进行至少一道稀释或是多重稀释操作，举例而言，可将待测液体由5％逐步稀释至50％，每次增加5％的稀释液，以固定之倍数持续稀释下去；或是，一次性就将待测液体稀释50％。步骤S4：使光线再穿透该稀释后之待测液体。步骤S5：提供一光谱仪，用以进行光谱分析，穿透过该待测液体之光线，可以形成一第一波形图；穿透过该稀释后待测液体之光线，可以形成一第二波形图。步骤S6：比对稀释前后之波形图形，亦即，比对上述第一波形图与第二波形图，观察在一特定波长区段，两者波形图的曲率是否不同而产生变化，其中，该特定波长区段例如在180nm到340nm之间。步骤S7：若是，亦即，两者波形图的曲率产生了变化，或两者之波形图形不同，则该待测液体中具有微量物质；反之，步骤S8：若否，亦即，两者波形图的曲率并未产生变化，或两者之波形曲率完全一致相同，则该待测液体中没有微量物质。

值得注意的是，本发明主要精神是利用稀释法来产生差异分析，因主要元素和微量元素差别很大，若利用稀释的方式，只要一次稀释50％，或是逐步多次稀释(每次5％)，就可以让主要元素差别很大，但是微量元素差异却不大。因此，利用对比的方式可以把背景数值变不见，亦即，吸收率或吸收度相减即可以将微量讯号明显化突显出来(根据比尔定律，吸收度或吸收率可以相加)，就像把主要元素的背景噪声减掉一般，本发明有别于化学滴定法(其是利用氧化还原电位的不同)，或是有别于其他生化法或化学法等分析相对少量物质之方式。

根据比尔定律，光的吸收度(A)与吸收系数(α)、光径长(l)、浓度(c)三者均呈正比：A＝αlc。另外，当一束光线照射到一待测溶液时，部份的光线会被该待测溶液吸收，剩下的光线则穿透该待测溶液，即原本光入射线强度Io，穿透光线强度变为Il，此时部份光线被该待测溶液吸收，定义光的被吸收度A为：

上述光的吸收度A因取log值，其具有迭加的特性；而光强度取log值是吸收率，亦具有迭加的特性。因光的吸收度或吸收率具有迭加的特性，本发明的原理即是利用此特性，将吸收度或吸收率的迭加逐步放大、再放大，使得所欲量测物质产生明显地差异化。

一实施例中，本发明微量物质检测装置10还可包括一通讯单元19，其电性连接微处理器15，可以接收远程装置20发出的讯息，以及传送讯息至远程装置20，远程装置20较佳的是一服务器或是任一种终端通讯装置。

一实施例中，本发明微量物质检测装置10还可包括一第一支架22、一第二支架24、以及一第三支架26，其中，第一支架22用以支撑光源13，第二支架24用以支撑光谱仪14、以及第三支架26用以支撑测试平台11，第一支架22、第二支架24与第三支架26彼此连接形成微量物质检测装置10之主体支撑架构。

本发明之优点为，微量物质检测装置10设计简单、检测方法亦简单又快速、应用范围非常广泛，举凡蔬果栽种时、收成前或后、以及出货时，都可以应用到本发明之微量物质检测装置10及检测方法。

以上已针对较佳实施例来说明本发明，唯以上所述者，仅系为使熟悉本技术者易于了解本发明的内容而已，并非用来限定本发明之权利范围。故凡是依据本创作的技术实质对以上实例所作的任何细微修改，等同变化与修饰，均仍属于本创作技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一種微量物质检测装置，其特征在于包含：

一测试平台，该测试平台上用以水平置放一承装容器，该承装容器中承载一待测液体；

一光源，该光源发出一光线，照射于该承装容器；

一光谱仪，接收通过该承装容器之该光线，并对该光线进行光谱分析；

一电源，电性连接光谱仪，用以供应所需之电力；

一稀释单元，用以将该待测液体加上一特定比例之稀释液，形成一稀释后待测液体；以及

一微处理器，电性连接该光谱仪，其中，当该承装容器中承载该待测液体时，该光线通过该待测液体，经该光谱仪分析形成一第一波形图；当该承装容器中承载该稀释后待测液体时，该光线通过该稀释后待测液体，经该光谱仪分析形成一第二波形图；该微处理器比对该第一波形图与该第二波形图之差异情况，得到一检测结果。

2.根据权利要求1所述的微量物质检测装置，其特征在于，该第一波形图与该第二波形图之差异情况为：该第一波形图与该第二波形图之形状及曲率实质上相同，该检测结果为：该待测液体中未具有该微量物质。

3.根据权利要求2所述的微量物质检测装置，其特征在于，该第一波形图与该第二波形图之差异情况为：该第一波形图与该第二波形图之形状及曲率实质上不相同或在特定波长区段有差异变化，该检测结果为：该待测液体中具有该微量物质。

4.根据权利要求1所述的微量物质检测装置，其特征在于，该光源系一短波长光源，包括氘灯或紫外线光源，用以发出波长范围在190～400nm之间的连续光谱带。

5.根据权利要求1所述的微量物质检测装置，其特征在于，还包括一微处理器，电性连接该光谱仪，以比对该第一波形图与该第二波形图之形状及曲率。

6.根据权利要求1所述的微量物质检测装置，其特征在于，还包括一用户控制单元，电性连接该微处理器，系一输出入接口，作为用户控制操作之用。

7.根据权利要求1所述的微量物质检测装置，其特征在于，该微量物质在该待测液体中的浓度为ppm等级。

8.一种应用如权利要求1所述之微量物质检测装置的检测方法，其特征在于，包含下列步骤：

提供所述待测液体；

提供所述光源，使所述光源发出之光线穿透所述待测液体；

提供所述光源，使所述光源发出之光线穿透所述待测液体；

该所述测液体加入所述特定比例之稀释液，以稀释所述待测液体，形成所述稀释后待测液体；

使所述光源发出之光线穿透所述稀释后待测液体；

提供所述光谱仪，分别接收所述光源穿透过所述待测液体以及所述稀释后待测液体之光线，以进行光谱分析，分别得到对应之所述第一波形图与所述第二波形图；以及

提供所述微处理器，用以比对稀释前后之所述第一波形图与所述第二波形图，观察在特定波长区段，两者波形图的形状或曲率”是”或”否”产生差异，以判断所述待测液体中是否具有一微量物质。

9.根据权利要求8所述的微量物质检测装置，其特征在于，若所述第一波形图与所述第二波形图两者的形状或曲率”是”产生差异，该第一波形图与该第二波形图形状及曲率实质上不相同，或在一特定波长区段有差异，则该待测液体中具有该微量物质。

10.根据权利要求8所述的微量物质检测装置，其特征在于，若所述第一波形图与所述第二波形图两者的形状或曲率”否”产生差异，该第一波形图与该第二波形图形状及曲率实质上相同且一致，或在该特定波长区段没有差异，则该待测液体中未含有任何该微量物质。