CN110793950B - 一种检测有机磷农药残留的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及农药残留检测技术领域，公开了一种检测有机磷农药残留的方法，检测有机磷农药残留的装置主要包括智能设备、光学设备、壳体及比色皿。具体操作是：在比色皿内水解有机磷农药后加入荧光显示试剂，并置于壳体中，溶液在紫外光照射下发出荧光，用智能设备对荧光进行拍摄并进行灰度化处理，进一步计算出有机磷农药残留的浓度，输出检测结果。本发明能同时检测乐果、马拉硫磷、内吸磷、甲拌磷、乙拌磷等有机磷农药的残留浓度。实施本发明的有益效果是：利于现场检测和便于生活中实时检测水果蔬菜中农药残留情况，检测成本低，过程简单，同时，此方法对样品的前处理十分简单，检测时间大大缩短，真正实现快速检测。
Description
技术领域
本发明涉及农药残留检测技术领域，更具体地说，涉及一种检测有机磷农药残留的方法。
背景技术
有机磷农药是农药中非常重要的一类，在我国农药中占的比重较大，大约占总使用量的70％。有机磷农药在农业生产中用于杀灭农业害虫，能够有效的增加农业产量，因此使用面非常广泛，但不幸的是有机磷农药不仅仅能对昆虫有杀灭作用，对人体神经、生殖系统等也能产生很大的急性和慢性毒害作用，甚至于致癌。
目前对有机磷农药残留的主要检测方法有色谱法、酶抑制法、免疫学法等，这些方法大都存在样品前处理繁琐、操作复杂、检测耗时长及难以达到现场检测分析等缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对上述方法大都存在样品前处理繁琐、操作复杂、检测耗时长及难以达到现场检测分析等缺点，提供一种检测有机磷农药残留的方法，此方法根据有机磷农药在强碱性的条件下水解会产生醇类化合物，而硫醇类可与四苯基乙烯衍生物(TPE-MI)发生click加成反应，生成一种荧光物质。因为这种荧光物质在紫外光的照射下能发出蓝绿色的荧光，而且随着醇类浓度由低逐渐变高，荧光强度也是随之变大，具有一定的线性规律，所以通过检测荧光强度实现检测有机磷农药的残留浓度。此方法对样品的前处理十分简单，具有操作简便、检测时间大大缩短及实现现场检测分析的优点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种检测有机磷农药残留的方法，主要包括以下步骤：
S1，在碱性的条件下使有机磷农药水解，产生醇类化合物；
S2，使所述醇类化合物与荧光显示试剂发生加成反应，生成荧光物质；
S3，在暗室中用紫外光照射所述荧光物质，使得所述荧光物质发出荧光，拍摄所述荧光的标本照片；
S4，对所述标本照片进行灰度化处理，并获取所述标本照片的灰度值；
S5，根据获取到的所述灰度值及预先确定的灰度值-浓度曲线计算出所述有机磷农药的残留浓度的检测值。其中，所述灰度值-浓度曲线用于表示所述灰度值与所述残留浓度之间的对应关系；
S6，将所述检测值与预先设定的浓度阈值作比较，得到所述检测值合格与否的判定结果。
在一些实施例中，所述步骤S1具体包括：
S11，将需要检测的样品放入清水中浸泡，取浸泡水加入碱性溶液，使所述有机磷农药农药残留发生水解；
S12，水解完成后加入酸性溶液调至中性，制作成检测所需的样本溶液。
在一些实施例中，所述步骤S2具体包括：
将所述样本溶液放入容器中并加入四苯基乙烯衍生物(TPE-MI)，使所述样本溶液与所述四苯基乙烯衍生物发生加成反应，生成所述荧光物质。
在一些实施例中，在执行所述步骤S1之前，所述方法还包括：
步骤S0，根据已知残留浓度与已知灰度值之间的对应关系，建立所述灰度值-浓度曲线。
实施本发明提供的检测有机磷农药残留的方法，水解有机磷农药的溶液加入荧光显示试剂于比色皿内，将其置于有机磷农药残留的检测装置中，用智能设备拍摄图像并进行灰度处理，获得的灰度值对比灰度值-浓度曲线的关系，计算出有机磷农药残留的浓度值，实现对农药残留的检测，具有样品的前处理简单、操作简便、检测时间缩短及实现现场检测分析等优点。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明提供的检测有机磷农药残留的方法的流程示意图；
图2是TPE-MI和硫醇的反应机理图；
图3(a)是TPE-MI随不同浓度的硫醇的荧光强度示图，图3(b)为硫醇的荧光强度-浓度曲线图；
图4是本发明提供的TPE-MI随不同浓度的乐果(A)、马拉硫磷(B)、内吸磷(C)、甲拌磷(D)及乙拌磷(E)的荧光光谱图；
图5是本发明提供的不同浓度的乐果(1)、马拉硫磷(2)、内吸磷(3)、甲拌磷(4)及乙拌磷(5)的灰度值-浓度曲线图；
图6是本发明提供的检测有机磷农药残留的装置的智能设备的app结果处理界面；
图7是本发明提供的检测有机磷农药残留的装置的结构示意图。
以上各图中，1、壳体，2、智能设备，3、卡槽，4、凹陷，5、通孔，6、缺口，7、光学设备，8、紫外灯开关，9、比色皿，10、拍摄模块，11、处理模块，12、存储模块，13、人机交互系统，14、摄像头。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
图1是本发明提供的检测有机磷农药残留的方法的流程示意图。在本发明提供的第一实施例中，如图1所示，检测有机磷农药残留的方法主要包括以下步骤：
S1，在碱性的条件下使有机磷农药水解，产生醇类化合物。
具体地，取0.5g完整菜叶(残留有有机磷农药)，浸泡到10mL水中水解若干分钟后取出，吸取5-6mL洗菜水于定制比色皿9(如图6所示)中，加入20-30uL 2M NaOH溶液加速水解，放置20min，加入盐酸溶液调至中性，水解过程中产生醇类化合物。
S2，使醇类化合物与荧光显示试剂发生加成反应，生成荧光物质。
具体地，在上述步骤S1的比色皿9中加入20uL AIE(聚集态诱导发光，属于荧光显示试剂的一种)溶液，放置20min，进行加成反应，加成反应生成一种荧光物质。
S3，在暗室中用紫外光照射荧光物质，使得荧光物质发出荧光，拍摄荧光物质发出荧光的标本照片。
具体地，将比色皿9放置于壳体1的卡槽3中并紧闭，开启光源(属于光学设备7的一部分)，等待3s；启动智能设备2的拍摄模块10对比色皿9中的溶液发出蓝绿色的荧光进行拍摄。
S4，对标本照片进行灰度化处理，并获取标本照片的灰度值。
具体地，启动智能设备2的处理模块11的灰度处理程序对所拍得的标本照片进行灰度化处理，得到灰度化照片，利用灰度处理程序读取/确定灰度化照片的灰度值。需要说明的是，关于利用计算机程序来直接读取照片的浓度值属于现有的技术。
S5，根据获取到的灰度值及预先确定的灰度值-浓度曲线计算出有机磷农药的残留浓度的检测值，其中，灰度值-浓度曲线用于表示灰度值与残留浓度之间的对应关系。
具体地，在进行S1-S5步骤前，首先对各种有机磷农药的残留浓度进行标准参数值实验，获取实验数据并对其进行分析，建立灰度值-浓度曲线。以下，对建立灰度值-浓度曲线的过程进行说明。
图2是TPE-MI和硫醇的反应机理图。如图2所示，通常有机磷农药在强碱性条件下可以水解成磷酸、醇类及酚类等化合物，其中，醇类与四苯基乙烯衍生物(TPE-MI)等可发生click加成反应，生成一种荧光物质，这种荧光物质在紫外灯的照射下能发出蓝绿色的荧光。举例而言，硫代磷酸酯类有机磷农药在强碱性的条件下水解会产生含有硫醇的化合物(图2中nBu-SH属于硫醇的一种)。硫醇与四苯基乙烯衍生物(TPE-MI)发生click加成反应，生成一种在紫外灯的照射下能发出蓝绿色的荧光的荧光物质(图2中的TPE-BSP)。
图3(a)是TPE-MI随不同浓度的硫醇的荧光强度示图，图3(b)为硫醇的荧光强度-浓度曲线图。如图3所示，通过实验研究荧光强度随有机磷农药残留浓度变化的变化情况，建立TPE-MI随不同浓度的硫醇的荧光强度(a)及荧光强度-浓度曲线(b)图。具体地：由于乐果及马拉硫磷等有机磷杀虫剂主要为酯类化合物，在水中水解缓慢，而遇强碱则容易快速水解，因此：
首先，优化水解时间的影响。具体地，取浓度为2mg/kg乐果标准溶液进行水解，水解时间分别选取5min、10min、20min、30min及40min，发现在30min时水解反应已经达到平衡，所以优选水解时间为30min。
其次，对影响水解反应的NaOH的浓度进行优化。具体地，取浓度为2mg/kg乐果标准溶液，水解30min，水解后将pH调至中性，加入浓度为1g/L TPE-MI荧光剂25μL，缓慢加入NaOH溶液。结果表明随着NaOH溶液浓度的增加，样品的荧光强度也会逐渐增大，当NaOH溶液浓度增加到1.2mol/L时，荧光效果已经达到了最佳的效果，所以优选水解反应时NaOH溶液的浓度为1.2mol/L。
然后，优化TPE-MI的用量。具体地，取浓度为2mg/kg乐果标准溶液，水解30min，水解后将pH调至中性，缓慢加入TPE-MI荧光剂。随着TPE-MI荧光剂用量的增加，产物的荧光强度也在加大，在TPE-MI荧光剂在用量为25μg时，有较高的荧光效果，因此选择较优的发光材料用量是25μg。
最后，优化紫外线波长对荧光强度的影响。具体地，通过分别配制0.1-2mg/kg的一系列不同浓度的巯基乙醇，加入25μL的浓度为1g/L TPE-MI荧光材料进行实验，发现荧光光谱图在紫外线波长为475nm时有较强的峰，而且浓度由低逐渐变高，荧光强度也是随之变大，因此选择较优的紫外线波长为475nm。
将紫外线波长发射峰为475nm时的荧光强度和不同浓度的有机磷农药残留对比，得到荧光强度与浓度的线性方程为：y＝1.08+1358x(r2＝0.9944)，其中y表示有机磷农药的浓度，x表示荧光强度，r表示斜率。
进一步地，如图4所示，根据优化实验建立的标准参数值，通过进行不同的有机磷农药残留浓度的实验，记录荧光强度的变化情况，建立TPE-MI随不同浓度的乐果(A)、马拉硫磷(B)、内吸磷(C)、甲拌磷(D)及乙拌磷(E)的荧光光谱图。
具体地，分别取2ml 0-10mg/kg乐果，0-0.4mg/kg马拉硫磷，0-1mg/kg内吸磷，0-0.7mg/kg甲拌磷，0-0.7mg/kg乙拌磷，先加入浓度为1.2mol/L的NaOH溶液0.2mL，水解30分钟，然后用HCl溶液调pH至中性，最后加入25μL的浓度为1g/L的TPE-MI荧光材料，荧光仪激发波长为330nm，发射波长为475nm，记录对应的有机磷农药残留浓度值与荧光强度值。
进一步地，如图5所示，对以上5种不同有机磷农药残留浓度的荧光光谱图曲线进行线性校准及优化，具体地，
将紫外线波长发射峰为475nm时的荧光强度和不同浓度的5种有机磷农药残留对比，得到了线性方程分别为乐果：y＝125.7x+46.17(r2＝0.9914),马拉硫磷y＝2062x+219.18(r2＝0.9832),内吸磷y＝371.3x+214.7(r2＝0.9956)，甲拌磷y＝687.0x+183.7(r2＝0.9995)，乙拌磷y＝910.7x+257.5(r2＝0.9986)，以上各方程式中，y表示有机磷农药的浓度，x表示荧光强度，r表示斜率。
进一步地，如图6所示，通过智能设备2上的灰度化处理程序，将荧光强度转换成标准灰度值，建立5种有机磷农药残留浓度的灰度值-浓度曲线图；具体地，将在优化实验过程中拍摄的照片进行灰度化处理，分析照片的RGB值得到灰度值；将所得到的灰度值对应已知浓度建立灰度值-浓度曲线图。
如上所述，在建立建立灰度值-浓度曲线后，将在步骤S4获取到的灰度值根据相对应的灰度值-浓度标准曲线，计算出检测溶液的浓度值，即为有机磷农药的残留浓度值。
S6，将检测值与预先设定的浓度阈值作比较，得到检测值合格与否的判定结果。
具体地，浓度阈值为判断检测值是否超标的根据，若检测值不大于浓度阈值则为合格，若检测值大于浓度阈值则为不合格。
举例而言，假设判断是否合格的浓度阈值标准为5mg/kg，若检测值在0～5mg/kg(包括5mg/kg)则判定为合格，若检测值大于5mg/kg，则判定为不合格。
运用本发明提供的检测有机磷农药残留的方法，在进行检测前已经将各种有机磷农药的灰度值-浓度曲线的数据存储到智能设备2中，在检测阶段只需要在智能设备2上提取对应数据进行系统化检测，非常利于现场检测和便于生活中实时检测水果蔬菜中农药残留情况，检测成本低，过程简单。同时，由于实验过程优化了检测参数，检测时根据标准参数进行检测；如此，对样品的前处理十分简单，检测时间大大缩短，真正实现快速检测。
在本发明提供的第二实施例中，如图7所示，一种检测有机磷农药残留的装置主要包括：壳体1、智能设备2、光学设备7及比色皿9。
壳体1为一面设置有凹陷4的密闭不透光的中空矩形体，凹陷4用于放置智能设备2；壳体1的一端面设置有卡槽3，用于放置比色皿9；壳体1的在形成凹陷4的边上设置有半圆形的缺口6，利于智能设备2的拿取；
壳体1在形成凹陷4的面上设置有通孔5，用于智能设备2的摄像头14透过壳体1对检测溶液进行拍照；壳体1提供检测必须的的物理环境。
比色皿9为呈长方体的容器，用于容纳检测溶液；检测时，将比色皿9置于卡槽3中，并关闭。
光学设备7主要包括光源(优选LED灯，未图示)、紫外滤光片(未图示)及紫外灯开关8；
其中，光源(未图示)及紫外滤光片(未图示)安装在壳体1内部，用于提供检测实验必需的紫外光线；
紫外灯开关8呈圆柱体状，安装在壳体1的外壁并连接到光源(未图示)，用于控制光源(未图示)的启停。
智能设备2呈长方体状，类似于智能手机，其放置于卡槽3里，主要设置有拍摄模块10、处理模块11、存储模块12及人机交互系统13；
其中，拍摄模块10主要包括有照相模块(未图示)及摄像头14，拍摄模块10安装在智能设备2内并连接到处理模块11，摄像头14透过通孔5对比色皿9中的检测溶液进行拍照。
存储模块12用于存储各种有机磷农药残留浓度的灰度值-浓度曲线，并提供智能设备2的数据存储空间。
处理模块11主要包括有灰度处理程序、运算程序及比较器。
灰度处理程序用于根据灰度处理程序对照片进行灰度化处理，得到灰度化照片，并获取灰度化照片的R、G、B值。
运算程序用于运用灰度值计算出有机磷农药残留浓度的检测值。
比较器用于将有机磷农药残留浓度的检测值与浓度值阈值进行对比，获得浓度值合格与否的检测结果。
处理模块11还用于将所检测到的有机磷农药的残留浓度值及合格与否的检测结果输出到人机交互系统13的显示界面。
人机交互系统13呈类似于智能手机的屏幕界面，具备输入输出功能，用于实现操作者对智能设备2的整体控制及信息交换。具体地，操作者可通过人机交互系统13启动智能设备2上的各种应用程序以进行对有机磷农药残留的检测；操作者还可通过人机交互系统13输入实验数据及获得检测结果。
在本发明提供的第三实施例中，检测有机磷农药残留的方法及装置的具体检测过程如下所述：
取0.5g完整菜叶，浸泡到10mL水中水解若干分钟后取出，吸取5-6mL洗菜水于定制比色皿9中，加入20-30uL 2M NaOH溶液加速水解，放置20min，加入盐酸溶液调至中性。
往比色皿9的溶液加入20uL AIE溶液，放置20min，进行加成反应。然后将比色皿9置于卡槽3中。
打开紫外灯开关8，启动光学设备7的光源(未图示)，光源透过紫外滤光片(未图示)照射到比色皿9中的溶液，使得检测溶液发出蓝绿色的荧光；等待3s时间，通过人机交互系统13启动智能设备2的拍摄模块10对比色皿9中的溶液发出蓝绿色的荧光进行拍摄。
通过人机交互系统13启动智能设备2的处理模块11的灰度处理程序对所拍照片进行灰度化处理，并获取灰度化照片的R、G、B值。
通过处理模块11的运算程序根据照片的灰度值及预先确定的灰度值-浓度曲线计算有机磷农药的残留浓度值。
通过智能设备2的比较器将所检测到的有机磷农药的残留浓度值与预设的浓度值阈值进行对比，获得所检测以的浓度值合格与否的检测结果，并将所检测到的有机磷农药的残留浓度值及合格与否的检测结果输出到人机交互系统13的显示界面。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (3)
1.一种检测有机磷农药残留的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，在碱性的条件下使有机磷农药水解，产生醇类化合物；
S2，使所述醇类化合物与荧光显示试剂发生加成反应，生成荧光物质；
S3，在暗室中用紫外光照射所述荧光物质，使得所述荧光物质发出荧光，拍摄所述荧光的标本照片；
S4，对所述标本照片进行灰度化处理，并获取所述标本照片的灰度值；
S5，根据获取到的所述灰度值及预先确定的灰度值-浓度曲线计算出所述有机磷农药的残留浓度的检测值；其中，所述灰度值-浓度曲线用于表示所述灰度值与所述残留浓度之间的对应关系；
S6，将所述检测值与预先设定的浓度阈值作比较，得到所述检测值合格与否的判定结果；
所述步骤S2具体包括：
将样本溶液放入容器中并加入四苯基乙烯衍生物TPE-MI，使所述样本溶液与所述四苯基乙烯衍生物发生加成反应，生成所述荧光物质。
2.如权利要求1所述的检测有机磷农药残留的方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：
S11，将需要检测的样品放入清水中浸泡，取浸泡水加入碱性溶液，使所述有机磷农药农药残留发生水解；
S12，水解完成后加入酸性溶液调至中性，制作成检测所需的样本溶液。
3.如权利要求2所述的检测有机磷农药残留的方法，其特征在于，在执行所述步骤S1之前，所述方法还包括：
步骤S0，根据已知残留浓度与已知灰度值之间的对应关系，建立所述灰度值-浓度曲线。
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