CN112268869A - 一种用于农药残留检测仪的检测方法及相应的检测仪 - Google Patents
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Abstract
一种用于农药残留检测仪的检测方法，所述农药残留检测仪包括样本区、试剂区和测试区，以及在所述样本区、试剂区和测试区运动的针模块，执行若干个周期测试任务后完成测试，所述周期测试任务包括针模块任务，所述针模块任务包括针动作A，加缓冲液；针动作B，加浸泡液；针动作C，加底物。采用本发明的检测方法后，可以标准化、快捷高效的完成果蔬样本的农药残留自动快速检测，保障食品安全。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于农药残留检测仪的检测方法及相应的检测仪，主要应用于食品安全快速检测领域的农药残留检测。
背景技术
现有技术方案在检测过程中，需要检测人员预先在分光光度法检测仪外部，手工预先处理好待测样本，再将处理过的待测样本手动放置到检测仪的样本架中，然后开启检测仪，根据检测仪是自动化仪器还是半自动仪器，相应按测试流程将样本液和试剂依次加入反应杯中反应，最后得出分光光度法检测结果。因此在待分析的果蔬样本较多时，样本处理步骤费时费力且容易出错。
依据国家标准《GB/T5009.199-2003蔬菜中有机磷和氨基甲酸酯类农药残留量的快速检测》，其中“酶抑制率法(分光光度法)”12.1小节的样本处理步骤要求：待测果蔬农残样本处理在手动去除表面泥土并剪成1cm左右见方碎片后，需称重取1g样本，放入烧杯或提取瓶中，加5mL缓冲液，振荡1～2min，倒出提取液，静置待用。
在上述操作步骤中会出现如下问题：
在进行1g样本取样时，电子天平称重操作不便且实际质量数值不易控制，不易兼顾操作效率和测试准确性；
当同一批次检测多个待测样本时，测试人员常振荡不充分甚至不进行振荡，影响农残成分洗脱效果；
当同一批次检测多个待测样本时，待测液完成洗脱静置后待测时，手动操作依次移取多个待测样本静置后的上清液，为了样本之间的交叉污染，需要反复更换加样枪头，反复吸取样本溶液等重复操作，增加了检测人员的工作量。另外，人工手动操作时，移液枪头的实际吸取位置不易受控，存在吸入果蔬样本碎屑残渣的情况，且手工反复吸样加样易出现加样量误差，这些人为因素均会导致果蔬农药残留检测结果的准确性。
正因为农残检测在食品安全快速检测中所占比重大，超过50%的批次，因此，全自动农残检测的仪器设备的研发就成了市场竞争的重点。
在中国专利文献CN110907443A中，公开了一种农药残留检测仪，包括预处理箱、测样组件和底座，预处理箱对待测的蔬菜、水果或茶叶进行预处理，使得待测的蔬菜、水果或茶叶能够在预处理箱内进行粉碎并溶解于农残缓冲液中，并与农残缓冲液充分混合，得到的混合液。但该专利并未依据国家标准进行样本处理步骤，此专利中的粉粹样本功能会影响检测结果的准确性，因为葱、姜、蒜、木瓜、辣椒、萝卜、韭菜、芹菜、香菜、茭白、蘑菇、番茄、菠萝等蔬果，汁液中含有对酶有影响的植物次生物质叶绿素及花青素等，对酶抑制剂产生干扰，容易产生假阳性，导致农残检测结果出现“误检”现象；此外，每批次只能处理一种样本检测，测试多组样本时无法同时高效检测，需要多次频繁操作，且管路通道里交叉污染较为明显，费时从而降低了检测人员的工作效率。
但是，如何提高全自动农残检测仪器的工作效率，如何降低全自动农残检测仪器的控制复杂度，等等，就成了必须解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于农药残留检测仪的检测方法及相应的农药残留检测仪，该检测方法能够标准化、自动化完成对果蔬样品中的农药残留进行测定，满足农贸市场快速检测的要求。
为了实现本发明，本发明提供一种用于农药残留检测仪的检测方法，所述农药残留检测仪包括样本区、试剂区和测试区，以及在所述样本区、试剂区和测试区运动的针模块，所述样本区包括样品架和置于样品架上的样本管、称重组件、以及振荡组件；所述试剂区用于放置检测试剂；所述测试区包括信号采集模块，用于对反应杯进行分光光度法检测；所述针模块，用于控制加样针的运动及溶液的吸取和排出；执行若干个周期测试任务后完成测试，所述周期测试任务包括针模块任务，所述针模块任务包括针动作A，加缓冲液；针动作B，加浸泡液；针动作C，加底物。
更进一步，所述周期测试任务还包括称重模块任务，所述称重模块任务为震动，所述震动在所述针动作A完成后执行。
更进一步，所述周期测试任务还包括采集模块任务，即所述信号采集模块对所述反应杯进行光电信号采集。
更进一步，在所述执行若干个周期测试任务前还包括样本集体称重步骤，所述称重组件依次称取全部所述样本管的重量；所述针动作A根据每个所述样本管的重量确定其所需缓冲液的液量，吸取相应液量的缓冲液加到所述对应的样本管。
更进一步，所述针动作B和针动作C还包括混匀，所述混匀通过加样针的反复吸吐操作完成。
更进一步，所述针模块任务、所述称重模块任务和所述采集模块任务是并行的。
更进一步，所述周期测试任务的周期为40s，所述针动作A，B和C的时间分别为12s、18s和10s。
本发明还提供一种用于农药残留检测仪的检测方法，所述农药残留检测仪包括样本区、试剂区和测试区，以及在所述样本区、试剂区和测试区运动的针模块，所述样本区包括样品架和置于样品架上的样本管、称重组件、以及振荡组件；所述试剂区用于放置检测试剂；所述测试区包括信号采集模块，用于对反应杯进行分光光度法检测；所述针模块，用于控制加样针的运动及溶液的吸取和排出；所述单样本测试流程时序包括，
样本称重，确保样本的重量在合理范围内，并根据重量匹配缓冲液量；
加缓冲液，所述加样针从所述试剂区吸取缓冲液，运动到所述样本区吐出缓冲液；
浸泡120s；
加浸泡液，所述加样针运动到所述样本区，吸取浸泡液，再运动到所述测试区，吐出浸泡液，并混匀；
温育，反应杯37摄氏度恒温温育600s；
加底物，所述加样针运动到所述试剂区，吸取底物，再运动到所述测试区，吐出底物，并混匀；
采集1，混匀后所述测试区信号采集模块进行第一次光电信号采集；
等待180s，显色反应完成；
采集2，所述测试区信号采集模块进行第二次光电信号采集，根据两次采集的数据计算检测结果；
周期测试任务包括所述单样本测试流程时序中的加缓冲液、加浸泡液、加底物、采集1和采集2步骤；
所述周期测试任务的周期为40s。
本发明还提供一种包含上述检测方法的农药残留检测仪。
采用本发明的检测方法后，可以标准化、快捷高效的完成果蔬样本的农药残留自动检测，降低全自动农残检测仪器的控制复杂度，同时，保护了待测果蔬样本的溯源性，提高了检测数据的准确性，降低检测人员的工作量，提高了工作效率，尤其在食品安全快速检测中。
附图说明
图1为本发明的全自动果蔬农药残留检测仪整机结构模块图；
图2为本发明全自动果蔬农药残留检测仪的功能模块图；
图3为本发明的全自动果蔬农药残留检测仪的样本前处理模块的结构模块图；
图4为本发明的全自动果蔬农药残留检测仪农残检测模块结构模块图；
图5为本发明的全自动果蔬农药残留检测仪加样针运动组件结构图；
图6是本发明测试流程图；
图7是本发明的单样本测试流程时序图；
图8为多样本周期测试时序分解图；
图9为上位机控制指令下发时序图。
具体实施方式
下面结合附图来说明本发明的具体实施方案。
图1为本发明的全自动果蔬农药残留检测仪整机结构模块图。从图中可以看出，上方的加样针运动组件1包括加样针以及加样针沿X、Y和Z方向运动的运动组件，其中，X、Y方向为滑动组件，Z方向为皮带传动组件，加样针运动组件1整体滑动固定在支架9上，底座5固定有样本前处理模块2、农药残留检测模块3，右侧是非农药残留检测模块4、试剂架6和电源8，样本前处理模块2的前侧是农药残留检测模块3、右侧是非农药残留检测模块4，非农药残留检测模块4的后侧是试剂架6，仪器的后侧固定有注射器组件7，注射器组件7的下面固定有电源8。
加样针运动组件1，用于转移样本架中的样本到反应组件和转移试剂架中的试剂到反应组件并且每吸排一次都自动清洗一次；样本前处理模块2，用于放置样本管，自动完成对待测果蔬样本的检测前处理；反应组件用于对果蔬样本以及试剂进行特异性反应，包括农药残留检测模块3和非农药残留检测模块4，农药残留检测模块3用于检测农药残留专项检测，如有机磷和氨基甲酸类农药，非农药残留检测模块4用于检测其它非农药残留的理化检测，如甲醛、硫等理化成份；底座5，用于固定各个模块；试剂架6，放置用于检测果蔬样本的试剂，在试剂架旁还设置有加样针清洗槽，用于对加样针进行清洗，避免交叉污染；试剂架6还设置有制冷组件，用于使试剂保存在一定的温度条件下；注射器组件7，用于控制加样针洗液量和排液量；电源8，为整机运行提供电能；支架9，用于支撑加样针运动组件。
按照主要功能区可以把整个全自动农残仪在结构上分为样本区、试剂区以及测试区，其中，样本区位于样本前处理模块2区域，主要是样本管放置，下面设有称重装置；试剂区位于试剂架6区域，主要用于放置各种试剂，如干粉溶解液，缓冲液，底物等；测试区包括农药残留检测模块3和非农药残留检测模块4，用于放置反应杯以反应物的恒温孵育，最终反应及信号采集都在反应杯里完成。
图2为本发明全自动果蔬农药残留检测仪的功能模块图。全自动农残由PC来控制，PC通过通信的方式与样本前处理模块、针模块以及信号采集模块相联接，控制其工作。其中，样本前处理模块，包括样品架、位于样品架下方的称重组件以及振荡组件，样品架上设置有复数个样本管孔位，样本管放置于样本管孔位中，称重组件对样本进行称重，振荡组件对样本管的震动混匀；信号采集模块，包括光电组件，其以运动的方式对测试区的农药残留检测模块3区域放置的反应杯以及非农药残留检测模块4区域放置的反应杯进行分光光度检测，对反应杯进行光电信号采集；针模块，用于控制加样针在所述检测仪的运动及溶液的吸取和吐出。
图3为本发明的全自动果蔬农药残留检测仪的样本前处理模块的结构模块图。从图中可以看出，样本前处理模块2的上方是振荡组件10，下方是称重组件11。振荡组件10用于放置样本管并通过振动模块来振动混匀，称重组件11通过XY方向滑动组件驱动称重台到相应的样本管底部顶起样本管后完成称重。
图4为本发明的全自动果蔬农药残留检测仪农残检测模块结构模块图。检测模块包括光电检测模块25，反应杯阵列26，反应杯27和农残检测模块支架28等组件。反应杯阵列26上设置有复数个反应杯放置位，每个放置位上设置有反应杯检测组件，用于检测该放置位上是否放置有反应杯。光电检测模块25沿着反应杯阵列26的排列方向运动，每经过一个反应杯测量一次，如果反应杯检测组件检测到该反应杯孔位中没有放置反应杯，则跳过该反应杯的检测。
图5为本发明的全自动果蔬农药残留检测仪加样针运动组件结构图。加样针运动组件包括滑块29，电机30，小液量针组件31，同步带32，导轨33和大液量针组件34等组件。小液量针组件31用于负责小液量250微升的显色液等的运输，大液量针组件34用于大液量10毫升的浸泡液的运输，针后端各对应相应体积标准的注射器。两根同步带32分别驱动小液量针组件31和大液量针组件32的升降。
前面描述了本发明的全自动农残检测仪的结构，下面说明检测流程。
图6是本发明测试流程图。首先设置样本管中放置的样本，系统也会提供一个默认的样本设置方式，仪器检测到样本架有样本管插入后，自动完成称重，仪器检测到称重完成后，由加样针运动组件自动移动至试剂架处，加样针向下运行检测到缓冲液液面后吸取与样本重量一定比例的缓冲液，仪器检测到吸取缓冲液完成后，加样针自动复位，加样针运动组件自动移至到样本架处将吸取的缓冲液加入到待测果蔬样本中；仪器检测到缓冲液加入到待测果蔬样本后，加样针运动组件自动移至到清洗槽处对加样针进行清洗；同时样本处理模块的振荡组件的震动电机自动启动，对待测果蔬样本与缓冲液进行振荡混匀，振荡一定时间后，振荡组件的震动电机自动关闭振荡结束，然后待测果蔬样本在缓冲液溶液中充分浸泡后，待测果蔬样本残渣下沉，溶液上升形成上清液；以上是仪器自动完成对待测果蔬样本的检测前处理功能。
仪器检测到待测果蔬样本充分浸泡后，加样针运动组件自动移至到样本架处，加样针向下运行检测到待测果蔬样本上清液液面后自动吸取待测果蔬样本的上清液，仪器检测到吸取一定量的上清液完成后，加样针自动复位，并且加样针运动组件自动移至到反应杯处，将加样针吸取的上清液加入到反应杯的反应杯中，仪器检测到上清液加入到反应杯完成后，加样针运动组件自动移至到清洗槽处对加样针进行清洗；仪器检测到加样针自动清洗完成后，加样针运动组件自动移至到试剂架处，加样针向下运行检测到试剂液面后吸取一定量的试剂，待检测到加样针吸取试剂完成后，加样针自动复位，加样针运动组件自动移至到反应杯处，将加样针吸取的试剂加入到反应杯的反应杯中，仪器检测到试剂加入反应杯中完成后，然后加样针反复一定次数吸排反应杯中的液体进行混匀，等充分会混匀后，加样针运动组件自动移至到清洗槽处对加样针进行清洗；使待测果蔬样本的上清液充分与试剂反应，反应过程中光电检测模块周期性的对反应杯进行监测判断读取数值。
如果是反应杯已经放置干粉试剂，整个测试流程中需要包括干粉试剂溶解步骤，该步骤需要在加试剂前完成。
图7是本发明的单样本测试流程时序图。单样本测试流程时序包括：
1）样本称重：确保样本的重量在合理范围内，并根据重量匹配缓冲液量；
2）加缓冲液：加样针从试剂区吸取缓冲液，运动到样本区吐出缓冲液；
3）浸泡120s：等待样本充分浸泡；
4）取出浸泡液加到测试位：加样针运动到样本区，吸取浸泡液，再运动到测试区，吐出浸泡液，并混匀；
5）温育600s：测试区反应杯37摄氏度恒温温育600s；
6）加底物：加样针运动到试剂区，吸取底物，再运动到测试区，吐出底物，并混匀；
7）采集1：混匀后测试区光电检测模块进行第一次光电信号采集；
8）等待180s：等待180秒，显色反应完成；
9）采集2：测试区光电检测模块进行第二次光电信号采集，根据两次采集的数据计算检测结果。
上面是单样本测试流程时序图，但图1所示的全自动果蔬农药残留检测仪整机包括了25个样本位及对应的25个检测位，即反应杯放置位。如果按照串联的模式去执行样本检测任务，则耗时非常长，效率极其低下。因此，对于多个样本，需要采用周期测试的方法提高测试效率。周期测试的原则如下：
原则一：每个周期包含单个样本的所有动作步骤，除去浸泡时间120s，温育时间600s，反应时间180s；
原则二：每个周期内的动作步骤对应不同的样本位，试剂位，测试位，确保对每个样本都有相同的测试情况。
原则三：不同模块的动作可并行，同一模块的动作串行；
原则四：模块之间的协同配合通过上位机指令统筹调配。
图8为多样本周期测试时序分解图。将全自动果蔬农药残留检测仪的周期测试任务分为3类：针模块任务、采集模块任务以及称重模块任务。三个模块是彼此独立的，在周期测试任务的动作里，三个模块可以并行运动，其中针的动作耗时最多，周期测试动作主要是针的动作。
针的动作可以进行分解，包括：
针动作A，加缓冲液，包括吸取缓冲液，加缓冲液到样本位，其路径为试剂区→样本区，时间为12s；
针动作B，加浸泡液到测试位并溶解反应杯中的干粉，包括取出浸泡液、加到测试位及混匀动作，其路径为试剂区→测试区，时间为18s；
针动作C，加底物，混匀，其路径为试剂区→测试区，时间为10s。
针模块任务的每个动作在不同的周期，会到不同的位置吸取，吐出。
采集模块任务包括采集1和采集2。
称重模块任务包括震动，即震动样本架使样本管内的样品与缓冲液充分浸泡。
为了更好的完成周期测试，在测试周期前需要首先完成样本的集体称重，确保每个样本的重量都在范围内，并计算得到所需液量。同时，以针模块任务的时间40s作为周期测试的周期，这样可以保证每个周期包含单个样本的所有动作步骤，即原则一。
下面以25个样本位和25个测试位的全自动果蔬农药残留检测仪为例来说明周期测试时序的编排。
代号定义如下：
Sn——样本位，n取值1~25；
Tn——测试位，n取值1~25；
B——缓冲液；
D——底物；
动作示例如下：
B->Sn，表示将缓冲液B加入n号样本位，n取值1~25；
D->Tn，表示将底物D加入n号测试位，n取值1~25；
Sn->Tn，表示将浸泡液从n号样本位取出加到n号测试位，n取值1~25；
ADn-1，表示第n个反应杯的第一次AD值，n取值1~25；
ADn-2，表示第n个反应杯的第二次AD值，n取值1~25。
下表为25个样本位和25个测试位的全自动果蔬农药残留检测仪周期测试时序表。
表1 全自动果蔬农药残留检测仪周期测试时序表
由上表可见，第24周期（耗时16分钟）开始出第1个测试结果，之后每个周期出1个结果。25个样本做完需要48个周期，耗时32分钟。每个样本历经的周期数相同。第24，25周期都是满动作周期，所有参数都有用。在第24周期中，测试模块指令的含义分别为：测试第5个反应杯的第1个AD值，第1个反应杯的第2个AD值；针模块指令的含义分别为：针动作A，针到试剂区吸缓冲液B，吐到样品位S24；针动作B，针到样本区吸S21，吐到测试位T21；针动作C，针到试剂区吸底物D，吐到测试位T6。
图9为上位机控制指令下发时序图。在周期测试中，上位机下发给针模块、采集模块和称重模块的指令分别为针模块指令、采集模块指令和称重模块指令，其中，针模块指令包括针动作A、B、C，采集模块指令包括采集和数据返回，称重模块指令包括震动。在一个测试周期中，首先发送的是针模块指令和采集模块的采集指令，在针动作A执行完毕后，即12s后，发送称重模块指令中的震动指令，在测试周期的最后1s钟，发送采集模块指令中的数据返回指令。
需要指出的是，本发明实施例以农药残留检测为例来进行说明，但本发明的方法还可以应用于食品安全快速检测中的其他非农残理化检测项目，只需要对测试区光电检测模块进行适应性的替换即可。
还有，虽然实施例主要以反应杯中装有干粉试剂乙酰胆碱酯酶来进行描述，但对非干粉试剂也可以实施，只是在针模块任务中增加酶试剂吸取吐出步骤。
最后应说明的是：以上实施例仅用适用于传统宽度的以说明而非限制本发明的技术方案，本领域的普通技术人员可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于农药残留检测仪的检测方法，所述农药残留检测仪包括样本区、试剂区和测试区，以及在所述样本区、试剂区和测试区运动的针模块，所述样本区包括样品架和置于样品架上的样本管、称重组件、以及振荡组件；所述试剂区用于放置检测试剂；所述测试区包括信号采集模块，用于对反应杯进行分光光度法检测；所述针模块，用于控制加样针的运动及溶液的吸取和排出；其特征在于，执行若干个周期测试任务后完成测试，所述周期测试任务包括针模块任务，所述针模块任务包括针动作A，加缓冲液；针动作B，加浸泡液；针动作C，加底物。
2.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述周期测试任务还包括称重模块任务，所述称重模块任务为震动，所述震动在所述针动作A完成后执行。
3.如权利要求1或2中任意一项所述的检测方法，其特征在于，所述周期测试任务还包括采集模块任务，即所述信号采集模块对所述反应杯进行光电信号采集。
4.如权利要求3所述的检测方法，其特征在于，在所述执行若干个周期测试任务前还包括样本集体称重步骤，所述称重组件依次称取全部所述样本管的重量；所述针动作A根据每个所述样本管的重量确定其所需缓冲液的液量，吸取相应液量的缓冲液加到所述对应的样本管。
5.如权利要求4所述的检测方法，其特征在于，所述针动作B和针动作C还包括混匀，所述混匀通过加样针的反复吸吐操作完成。
6.如权利要求5所述的检测方法，其特征在于，所述针模块任务、所述称重模块任务和所述采集模块任务是并行的。
7.如权利要求6所述的检测方法，其特征在于，所述周期测试任务的周期为40s，所述针动作A，B和C的时间分别为12s、18s和10s。
8.一种用于农药残留检测仪的检测方法，所述农药残留检测仪包括样本区、试剂区和测试区，以及在所述样本区、试剂区和测试区运动的针模块，所述样本区包括样品架和置于样品架上的样本管、称重组件、以及振荡组件；所述试剂区用于放置检测试剂；所述测试区包括信号采集模块，用于对反应杯进行分光光度法检测；所述针模块，用于控制加样针的运动及溶液的吸取和排出；其特征在于，所述单样本测试流程时序包括，
样本称重，确保样本的重量在合理范围内，并根据重量匹配缓冲液量；
加缓冲液，所述加样针从所述试剂区吸取缓冲液，运动到所述样本区吐出缓冲液；
浸泡120s；
加浸泡液，所述加样针运动到所述样本区，吸取浸泡液，再运动到所述测试区，吐出浸泡液，并混匀；
温育，反应杯37摄氏度恒温温育600s；
加底物，所述加样针运动到所述试剂区，吸取底物，再运动到所述测试区，吐出底物，并混匀；
采集1，混匀后所述测试区信号采集模块进行第一次光电信号采集；
等待180s，显色反应完成；
采集2，所述测试区信号采集模块进行第二次光电信号采集，根据两次采集的数据计算检测结果；
周期测试任务包括所述单样本测试流程时序中的加缓冲液、加浸泡液、加底物、采集1和采集2步骤；
所述周期测试任务的周期为40s。
9.一种用于农药残留检测仪的检测方法，所述农药残留检测仪包括样本区、试剂区和测试区，以及在所述样本区、试剂区和测试区运动的针模块，所述样本区包括样品架和置于样品架上的样本管、称重组件、以及振荡组件；所述试剂区用于放置检测试剂；所述测试区包括信号采集模块，用于对反应杯进行分光光度法检测；所述针模块，用于控制加样针的运动及溶液的吸取和排出；其特征在于，所述样本区包括25个样本位，所述测试区包括25个反应杯位，所述周期测试时序为，
其中，
Sn——样本位，n取值1~25；
Tn——测试位，n取值1~25；
B——缓冲液；
D——底物；
B->Sn，表示将缓冲液B加入n号样本位，n取值1~25；
D->Tn，表示将底物D加入n号测试位，n取值1~25；
Sn->Tn，表示将浸泡液从n号样本位取出加到n号测试位，n取值1~25；
ADn-1，表示第n个反应杯的第一次AD值，n取值1~25；
ADn-2，表示第n个反应杯的第二次AD值，n取值1~25。
10.一种包含如权利要求1-9中任意一项所述检测方法的检测仪。
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