CN110044867B - 一种水果表面农药残留原位采集检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水果表面农药残留原位采集检测装置及方法；装置在检测过程中，计算机打开第一计量式微泵控制表面增强拉曼基底池开关，使增强剂流入样品冲刷模块冲洗样品表面，待积累10mL样品液时，计算机控制关闭第一计量式微泵、打开第二计量式微泵及阀门，使样品液通过微管流入拉曼检测区，拉曼光谱仪检测微流控芯片内样品液中农药的拉曼光谱信号，计算机分析拉曼光谱信号以确定样品的农药残留量。

Description

一种水果表面农药残留原位采集检测装置及方法

技术领域

本发明涉及农药残留检测领域，尤其涉及一种水果表面农药残留原位采集检测装置及方法。

背景技术

农药在我国农业生产中发挥必不可少的作用，包括杀虫剂、除草剂、杀菌剂、杀鼠剂和植物生长调节剂等。然而，长期以来农药化肥的不合理使用(如不严格执行停药期或超量使用农药等)致使农产品中农药残留超标。长期食用农药残留超标的农副产品，虽然不会导致急性中毒，但可能引起慢性中毒，导致疾病的发生，甚至影响到下一代；此外，随着人民生活水平日益提高，消费者不只是关注食品的口味和营养，而且对食品的质量和安全更加重视。因而农药残留也受到越来越广泛的关注，杜绝农药残留超标的农产品上市销售成为农产品质量安全管理工作的重中之重。

目前应用较广泛的农药残留分析方法有：色谱法、质谱法、免疫分析法、光谱分析法、生物传感器法等。其中气相色谱、高效液相色谱或色谱—质谱联用等仪器分析方法是当前检测农药残留的权威方法，被列入农药残留检测国家及行业标准。一方面这些仪器分析方法可以精确检出微量的农残，但与此同时，色谱、质谱仪器昂贵，检测费时，需专业人员操作，无法实现农产品农药残留在线及时高效的检测要求。因此，寻找快速、灵敏、高效的检测方法，对于保障农产品安全具有重要意义。

拉曼光谱具有操作简便、快速、准确及无需对样品进行处理等特点。但拉曼散射的散射面积小、灵敏度低、荧光和瑞利散射干扰大等缺点限制了拉曼光谱的进一步发展。而表面增强拉曼光谱(SERS)技术克服了普通拉曼灵敏度低的短处，能够提供结构特征性较强的分子水平信息，被广泛运用于分析检测痕量样品。

微流控芯片又称芯片实验室，是在微米尺度的芯片上构建的生物化学实验室。它把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块很微小的芯片上，通过微通道形成网络，以可控流体贯穿整个系统，用以实现常规生物或化学实验室的各种功能。由于微米级的结构，微流控芯片技术具有进样量小、集成度高、易实现自动化控制及高通量分析等优点，这使得利用微流控芯片进行的生化反应操作较常规的分析样品前处理更方便、快速且成本低廉。

中国专利CN107037214A公开了一种基于中空光纤的农残检测传感器制备方法，该发明在空心光纤的内表面组装了一种兼有荧光标识和农药分子印记的纳米芯壳粒子。中国专利CN103499528A公开了一种基于近红外、荧光、偏振多光谱的蔬菜农残检测装置及方法。根据每种有机磷农药残留所对应的近红外光谱敏感波段、荧光光谱敏感波段、偏振角度组合及敏感光谱波段，可以有效的分辨出有机磷农药残留的种类与含量。中国专利CN106841167A公开了一种果蔬农药残留的无损检测方法。首先对果蔬样本表面涂覆表面增强剂及不同种类浓度的农药，之后使用拉曼光谱仪采集果蔬样本的SERS光谱，对获得的SERRS光谱进行预处理并建立果蔬中农药种类的定性模型和具体残留量的定量模型，利用建立的定性、定量模型实现无损快速检测果蔬中农药残留量。该方法很好的利用了SERS光谱提供分子结构信息及灵敏度高的优点，但不能在线自动化连续性检测。

中国专利CN104502617A公开了一种全自动、高通量农药残留检测的微流控芯片系统及方法。该方法主要由一个便携式的分析检测仪器，以及一次性使用的微流控芯片组成，其中微流控芯片由中心卡槽，萃取室(固定有提取液)，样品室，反应室(固定有酶)，检测室(固定有显色剂)，微槽，微孔和质控条形码构成。该发明基于溶液酶抑制反应、生化显色反应和吸光度检测原理，实现农药残留的现场、快速、准确检测。中国专利CN107144559A公开了一种基于多层纸质微流控芯片的农药残留检测装置及方法。首先，利用切割搅拌装置切割搅拌蔬菜样品，同时加入蒸馏水及洗脱液，得到含有机磷农药的样品混合液；之后，样品混合液滴加到左进样口吸水垫处，经疏水通道后先与乙酰胆碱固定物结合，再经左纸质通道与乙酰胆碱酯酶发生抑制反应并显色；最后，光电检测装置对显色液检测，检测信号经控制器处理得出农药的浓度。

但是，目前大多数微流控检测农药残留的方法都不能进行水果样品农药残留提取，只是将事先提取、预处理的含农残的水果样液注入到微流控芯片中进行检测，并未实现全自动化检测。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种水果表面农药残留原位采集检测装置及方法。集原位无损采样、微量检测、清洗多种功能于一体，使用方便，检测精度高，适用于痕量物质的定量检测。

本发明通过下述技术方案实现：

一种水果表面农药残留原位采集检测装置，包括样品冲刷模块1、超纯水池2、表面增强拉曼基底池3、第一计量式微泵4、第二计量式微泵5、拉曼检测区6、第三计量式微泵7、废液池8、拉曼光谱仪9、计算机10；

所述样品冲刷模块1包括：自上而下依次设置的冲刷托槽11、集液池13、采样池14；

所述冲刷托槽11的内底部周围设置有多个喷嘴22；集液池13上部与冲刷托槽11衔接处设有过滤槽12；

所述超纯水池2、表面增强拉曼基底池3分别通过管路连接第一计量式微泵4，第一计量式微泵4出口与喷嘴22管路连接；

所述采样池14通过出液微管66依次连接第二计量式微泵5、拉曼检测区6、第三计量式微泵7、废液池8；

所述采样池14底部设有废液排出阀门15，废液排出阀门15通过管路连接废液池8；

所述计算机10分别电讯连接第一计量式微泵4、第二计量式微泵5、拉曼光谱仪9和第三计量式微泵7。

所述过滤槽12的底部设有过滤膜44。

所述集液池13与采样池14之间的管路上设有阀门55。

所述拉曼检测区6是一块微流控芯片。

一种水果表面农药残留检测方法，其包括如下步骤：

计算机10打开第一计量式微泵4控制表面增强拉曼基底池3开关，使增强剂经过喷嘴22呈喷雾状冲洗冲刷托槽11上的水果样品表面，冲洗表面残留农药；

含有水果表面残留农药的样品液进入过滤槽12，经过滤膜44过滤后进入集液池13；

当集液池13内收集10mL样品液时，计算机10关闭第一计量式微泵4控制表面增强拉曼基底池3开关，再打开阀门55，样品液进入采样池14后，关闭阀门55；

计算机10打开第二计量式微泵5，样品液沿着出液微管66流入拉曼检测区6；

打开拉曼光谱仪9，采集样品液的拉曼光谱，计算机10根据采集的拉曼光谱信号及预先设定的农药标准曲线，计算样品液中的农药残留量，在线检测完毕。

所述在线检测完毕，计算机10打开第三计量式微泵7和第一计量式微泵4控制超纯水池2开关，打开废液排出阀门15，用超纯水冲洗整个检测系统，废液排入废液池8；重复本步骤直至拉曼光谱仪9检测拉曼检测区6无拉曼信号，清洗完毕。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

1、本发明将原位采样与微流控微量检测集成到一个装置中，实现原位采样、检测、清洗全自动化检测水果表面农药残留。

2、本发明基于微流控芯片的水果表面农药残留快速检测装置体积小，所需样品量及其他试剂少，方便使用。

3、本发明利用SERS检测水果表面农残实现对农残高灵敏度的检测。SERS具有高分辨的指纹图谱，可鉴定分子的结构，最大程度减少复杂成分对信号的干扰，大大提高检测的准确性。

附图说明

图1为本发明水果表面农药残留原位采集检测装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。

如图1所示。本发明公开了一种水果表面农药残留原位采集检测装置，包括样品冲刷模块1、超纯水池2、表面增强拉曼基底池3、第一计量式微泵4、第二计量式微泵5、拉曼检测区6、第三计量式微泵7、废液池8、拉曼光谱仪9、计算机10；

所述样品冲刷模块1包括：自上而下依次设置的冲刷托槽11、集液池13、采样池14；

所述冲刷托槽11的内底部周围设置有多个喷嘴22；集液池13上部与冲刷托槽11衔接处设有过滤槽12；

所述超纯水池2、表面增强拉曼基底池3分别通过管路连接第一计量式微泵4，第一计量式微泵4出口与喷嘴22管路连接；

所述采样池14通过出液微管66依次连接第二计量式微泵5、拉曼检测区6、第三计量式微泵7、废液池8；

所述采样池14底部设有废液排出阀门15，废液排出阀门15通过管路连接废液池8；

所述计算机10分别电讯连接第一计量式微泵4、第二计量式微泵5、拉曼光谱仪9和第三计量式微泵7。

所述过滤槽12的底部设有过滤膜44。

所述集液池13与采样池14之间的管路上设有阀门55。

所述拉曼检测区6是一块微流控芯片。

本发明水果表面农药残留检测方法，可通过如下步骤实现：

计算机10打开第一计量式微泵4控制表面增强拉曼基底池3开关，使增强剂经过喷嘴22呈喷雾状冲洗冲刷托槽11上的水果样品表面，冲洗表面残留农药；其中增强剂为Au@Ag纳米溶液；

含有水果(苹果)表面残留农药(含甲拌磷)的样品液进入过滤槽12，经过滤膜44过滤后进入集液池13；

当集液池13内收集10mL样品液时，计算机10关闭第一计量式微泵4控制表面增强拉曼基底池3开关，再打开阀门55，样品液进入采样池14后，关闭阀门55；

计算机10打开第二计量式微泵5，样品液沿着出液微管66流入拉曼检测区6；

打开拉曼光谱仪9，采集样品液的拉曼光谱，计算机10根据采集的拉曼光谱信号及预先设定的农药标准曲线，计算样品液中的农药残留量，在线检测完毕；在这个检测过程中参数设置为：激光源785nm，激光强度34mW(防止损坏样品)，积分时间10s，积分3次，狭缝宽度100μm，检测光谱范围400～1800cm^-1，分辨率1cm^-1。计算机10分析拉曼光谱仪9采集到的拉曼光谱信号，并结合预先制作的甲拌磷农药标准曲线，计算样品液中的甲拌磷残留量，实现在线检测。

所述在线检测完毕，计算机10打开第三计量式微泵7和第一计量式微泵4控制超纯水池2开关，打开废液排出阀门15，用超纯水冲洗整个检测系统，废液排入废液池8；重复本步骤直至拉曼光谱仪9检测拉曼检测区6无拉曼信号，清洗完毕。

如上所述，便可较好地实现本发明的目的。

本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、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 (4)

1.一种水果表面农药残留检测方法，其特征在于，包括水果表面农药残留原位采集检测装置，包括：样品冲刷模块(1)、超纯水池(2)、表面增强拉曼基底池(3)、第一计量式微泵(4)、第二计量式微泵(5)、拉曼检测区(6)、第三计量式微泵(7)、废液池(8)、拉曼光谱仪(9)、计算机(10)；

所述样品冲刷模块(1)包括：自上而下依次设置的冲刷托槽(11)、集液池(13)、采样池(14)；

所述冲刷托槽(11)的内底部周围设置有多个喷嘴(22)；集液池(13)上部与冲刷托槽(11)衔接处设有过滤槽(12)；

所述超纯水池(2)、表面增强拉曼基底池(3)分别通过管路连接第一计量式微泵(4)，第一计量式微泵(4)出口与喷嘴(22)管路连接；

所述采样池(14)通过出液微管(66)依次连接第二计量式微泵(5)、拉曼检测区(6)、第三计量式微泵(7)、废液池(8)；

所述采样池(14)底部设有废液排出阀门(15)，废液排出阀门(15)通过管路连接废液池(8)；

所述计算机(10)分别电讯连接第一计量式微泵(4)、第二计量式微泵(5)、拉曼光谱仪(9)和第三计量式微泵(7)；

所述集液池(13)与采样池(14)之间的管路上设有阀门(55)；

所述拉曼检测区(6)是一块微流控芯片；

所述检测方法如下：

计算机(10)打开第一计量式微泵(4)控制表面增强拉曼基底池(3)开关，使增强剂经过喷嘴(22)呈喷雾状冲洗冲刷托槽(11)上的水果样品表面，冲洗表面残留农药；

含有水果表面残留农药的样品液进入过滤槽(12)，经过滤膜(44)过滤后进入集液池(13)；

当集液池(13)内收集10mL样品液时，计算机(10)关闭第一计量式微泵(4)控制表面增强拉曼基底池(3)开关，再打开阀门(55)，样品液进入采样池(14)后，关闭阀门(55)；

计算机(10)打开第二计量式微泵(5)，样品液沿着出液微管(66)流入拉曼检测区(6)；

打开拉曼光谱仪(9)，采集样品液的拉曼光谱，计算机(10)根据采集的拉曼光谱信号及预先设定的农药标准曲线，计算样品液中的农药残留量，在线检测完毕。

2.根据权利要求1所述水果表面农药残留检测方法，其特征在于，所述在线检测完毕，计算机(10)打开第三计量式微泵(7)和第一计量式微泵(4)控制超纯水池(2)开关，打开废液排出阀门(15)，用超纯水冲洗整个检测系统，废液排入废液池(8)；重复本步骤直至拉曼光谱仪(9)检测拉曼检测区(6)无拉曼信号，清洗完毕。

3.根据权利要求2所述水果表面农药残留检测方法，其特征在于：所述过滤槽(12)的底部设有过滤膜(44)。

4.根据权利要求3所述水果表面农药残留检测方法，其特征在于：采样池(14)底部设置有废液排出阀门(15)。

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