CN112415063A - 一种重金属检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重金属检测仪，包括主机和电解模块；所述主机电路包括主控制器、电源模块、信号采集处理模块、电解模块接口和信号转换模块；所述电解模块接口用于连接所述电解模块和所述信号采集处理模块；信号采集处理模块用于接收电解模块输出的特征电信号，然后输出检测结果至所述主控制器；主控制器将结果在显示模块进行显示；所述电解模块接口设置有多个，所述底座设置有多个电解模块安装口，以及与电解模块安装口对应设置的搅拌装置。通过设置多个电解模块接口增加电解模块，在提高检测效率和稳定性；降低操作难度增加仪器实用性。

Description

一种重金属检测仪

技术领域

本发明属于重金属检测领域，具体涉及一种重金属检测仪。

背景技术

随着农业实践、采矿和冶炼、工业生产等人类活动的增加，环境重金属污染问题日趋严重，农产品、食品重金属超标风险增加，农产品、食品、环境质量安全直接关系到人体健康。粮食、水果、蔬菜、水产品、家禽、农作物、中药材、茶叶、奶粉等产品中的重金属元素会通过食物链直接被人体摄入吸收，服装织物、家具漆膜、化妆品等外用性产品中重金属超标也会对人体健康产生影响。而且，重金属污染具有隐蔽性强、危害大、难治理，且在人体代谢周期长、伤害不可逆等特点，因此我国与世界上多数国家立法禁止重金属含量超标农产品(含中药材)、食品等的生产经营，制定了严苛的限量标准并提供了检测方法。目前，国内外低限量重金属的检测主要依赖原子吸收、原子荧光、ICP-MS、ICP-OES等大型仪器。尽管这些方法灵敏度高、准确性好，但其样品前处理复杂、耗时，涉及高温、高压和腐蚀性酸试剂，需依赖专业人员，检测成本高，无法实现现场快速检测。

基于胶体金免疫层析技术的重金属检测试纸条，尽管检测成本低、速度快、选择性强、设备简易便携，但其灵敏度不高、阴阳性分辨率差、方法重现性和稳定性有限。而现有重金属快检市场中基于X射线荧光光谱分析(XRF)技术的XRF系列重金属检测仪，尽管检测样本只需研磨处理、检测快速，但其设备昂贵且较笨重(≥70kg)，并且易受干扰元素和叠加峰影响。

建立快速、灵敏、特异性的重金属检测方法是解决上述问题的关键途径，通过采取有效的检测技术对食用产品、日用品和环境中的重金属含量进行分析，促使其质量提升，为粮食安全和人类健康保驾护航。

阳极溶出伏安法(ASV)发明于19世纪二十年代，是指在一定的电位下使待测金属离子部分地还原成金属并析出于电极的表面，然后向电极施加反向电压，使电极上的金属氧化而产生氧化电流，根据氧化过程的电流一电压曲线进行分析的电化学分析法。该方法具有测量速度快、检出限低、可用于多金属元素同时进行定性、定量分析的优点。

丝网印刷电极(screen-printed electrode，SPE)又称厚膜电极，包括工作电极、参比电极和辅助电极，是用厚膜集成电路工艺制备的电化学传感器。工作电极表面常固定有识别分子：酶、抗体或者核酸等。丝网印刷电极通常以Ag/AgCl层作为参比电极。丝网印刷技术主要优点包括：设计灵活，印制过程容易实现自动化批量生产，使用方便，重现性好，易于修饰，适用于各种材质等。

CN201710346251.9，一种便携式重金属检测仪及其检测方法，包括主机和分析仪附件，主机与分析仪附件分离，检测环境易污染，当多台检测仪同时工作时，分析仪附件易混淆，当主机与分析仪附件发生通讯故障时，需要重新连接，操作复杂，并且该检测仪只具备单通道检测功能，检测精度和稳定性无法保证，具有较大的随机性。

CN107966485A，一种基于石墨烯纸电极构建的电化学重金属检测仪，使用到的三维多孔石墨烯组装体的制备涉及浓硫酸、浓硝酸、高锰酸钾等，制备工艺复杂，生产环节需做好安全防护，且检测阶段需使用相应量程的移液器吸取待测液滴加石墨烯试纸电极的工作电极表面，需具有一定专业背景的操作人员才具备执行能力，操作复杂，检测结果重现性差。

通过长期的仪器推广应用信息反馈、以及对于非专业操作人员检测数据分析发现，现有电化学重金属检测仪器由于操作人员电极插拔手法以及加液方式的影响，实际使用过程中达不到仪器研发人员预期的检测准确度和稳定性。

发明内容

本发明提供了一种重金属检测仪，解决现有重金属检测仪器检测效率低、检测准确度和稳定性易受人为操作影响的问题，本发明采用了以下技术方案方便操作人员电极安装以及加液操作，减少人为引入的误差，使仪器具有更好的检测准确度和稳定性。

本发明所采用的技术方案具体为：

第一方面，本发明提供了一种重金属检测仪，主机和电解模块；所述主机电路包括主控制器、电源模块、信号采集处理模块、电解模块接口、和信号转换模块；所述主控制器与信号采集处理模块、信号转换模块、电源模块电连接；所述电解模块接口用于连接所述电解模块和所述信号采集处理模块；信号采集处理模块用于接收电解模块输出的特征电信号，然后输出检测结果至所述主控制器；主控制器将结果在显示模块进行显示；所述电解模块接口设置有多个，所述底座设置有多个电解模块安装口，以及与电解模块安装口对应设置的搅拌装置。

通过上述技术特征，通过电解模块接口设置有多个，可以通过增加电解模块，连接多个电解模块，达到增加检测仪的检测单元，可以同时进行检测，通过电解模块接口进行专门的对接，方便使用，同时使用多个电解模块提高效率的同时，得出多个参考结果，可以使结果更加稳定。

在一种可能的设计中，所述电解模块包括电极安装插头、丝网印刷电极和搅拌装置；主机包括底座；所述丝网印刷电极通过插拔安装在电极安装插头上并与电解模块电路电连接，所述电极安装插头通过插拔安装在所述底座上并与主机电路电连接。通过设置电极安装插头通过插拔安装在所述底座上并与主机电路电连接，方便电极安装插头取下进行安装丝网印刷电极，避免在整个仪器上进行操作带来不便，同时可以使丝网印刷电极安装到位，提高检测精度。

在一种可能的设计中，所述丝网印刷电极为双面电极；所述双面电极包括PET基板以及在PET基板两面镜像对称设置的电极；所述电极包括参比电极、工作电极和辅助电极。一方面，通过在一个PET基板上设置镜像对称的电极，相当于增加了检测单元，在同一检测对象中进行一次检测，得到两组数据结果，得到的检测对象，环境相同，两个结果的参考数据，避免一个结果带来误差；另一方面双面电极呈镜像对称的设计更方便反应电极旋转液面的切向接触角度与有效接触面积差异，当个别电极略微插歪或者电极稍有前后弯曲变形会导致差异明显变大，两组数据比较分析获得更准确数值，而相差较大的检测结果可通过数据分析软件判定为异常值并推荐重新测量。

在一种可能的设计中，所述丝网印刷电极为双工作电极；所述双工作电极包括PET基板的一面上设置的参比电极、第一工作电极、第二工作电极和辅助电极，第一工作电极、第二工作电极和辅助电极都为L型。通过设置两个工作电极进检测，实现在同一检测对象中进行一次检测，得到两个数据结果，得到的检测对象，环境相同，两个结果的参考数据，避免一个结果带来误差。

在一种可能的设计中，所述电极安装插头上设置有用于安装丝网印刷电极的插接口，所述丝网印刷电极插接口外部竖直设置有导向槽，所述导向槽上下两端开口；所述丝网印刷电极安装在所述插接口，且部分位于在导向槽内。通过设置导向槽，避免使用者安装电极不专业，导致安装电极位置影响检测结果的问题，导向槽可以进行安装导向和限位，可以进一步避免安装电极不规范影响检测结果的问题，从而提高检测精度。

在一种可能的设计中，所述导向槽包括第一侧边、第二侧边和槽底板，所述第一侧边和第二侧边分别位于所述槽底板的两侧；所述第一侧边、第二侧边和槽底板上端边缘齐平；第一侧边的长度大于槽底板的长度，槽底板的长度大于第二侧边的长度。通过第一侧边、槽底板和第二侧边长度依次变小的设置，可以使得安装电极时方便从第一侧边为第一位置确定位进行安装，提高安装位置的精度和一致性。

在一种可能的设计中，所述第一侧边包括第一侧板，所述第一侧板设置有第一限位凸条，所述第一侧板、与所述槽底板垂直设置，第一侧板和第一限位凸条垂直设置，所述槽底板与第一限位凸条平行设置且位于所述第一侧板的同侧，第一侧板的上端与第一限位凸条上端齐平，第一侧板的长度大于第一限位凸条的长度；

所述第二侧边包括第二侧板，所述第二侧板设置有第二限位凸条，所述第二侧板、与所述槽底板垂直设置，第二侧板和第二限位凸条垂直设置，所述槽底板与第二限位凸条平行设置且位于所述第二侧板的同侧，第二侧板的上端与第二限位凸条上端齐平，第二侧板的长度大于第二限位凸条的长度；

第一侧板上与第一限位凸条、槽底板、第二侧板以及第二限位凸条形成所述导向槽。通过两侧板上的限位凸条，进行进一步的限位，使得位置更加精确。

在一种可能的设计中，所述搅拌装置包括搅拌桶、反应池和驱动电机，所述驱动电机嵌入所述主机的外壳内且位于所述搅拌桶的底部，驱动电机是旋转电机或偏心电机；所述驱动电机用于驱动搅拌桶快速转动或振动；所述反应池可拆卸的位于所述搅拌桶内，检测阶段跟随搅拌桶旋转或振动。

在一种可能的设计中，所述信号转换模块连接语音提示模块和显示模块；语音提示模块接收信号转换模块传达的主控制器的指令，然后进行语音播报；显示模块包括运行指示灯和液晶触控显示屏。

在一种可能的设计中，所述对外接口模块位于所述底座的后侧，对外接口模块包括串口RS232接口、USB接口、以太网接口、Mini USB接口和电源插座。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1.本发明通过电解模块接口设置有多个，可以通过增加电解模块，连接多个电解模块，达到增加检测仪的检测单元，可以同时进行检测，通过电解模块接口进行专门的对接，方便使用，同时使用多个电解模块提高效率的同时，得出多个参考结果，可以使结果更加稳定。

2.本发明通过设置电极安装插头通过插拔安装在所述底座上并与主机电路电连接，方便电极安装插头取下进行安装丝网印刷电极，避免在整个仪器上进行操作带来不便，同时可以使丝网印刷电极安装到位，提高检测精度。

3.本发明通过在一个PET基板上设置镜像对称的电极，相当于增加了检测单元，在同一检测对象中进行一次检测，得到两组数据结果，得到的检测对象，环境相同，两个结果的参考数据，避免一个结果带来误差。双面电极镜像对称结构两组结果对比能够反应电极旋转液面的切向接触角度与有效接触面积差异，两组数据比较分析获得更准确数值。

4.本发明通过电极插槽端头增设导向槽，在水平方向、竖直方向同时限定丝网印刷电极的插入部位，确保电极反应区在检测期间位置恒定，始终位于反应池中心区域。电极头与仪器连接方式的改为分离插拔式，固定了电极津液深度，同时方便电极插拔操作，总体提高了检测准确度和稳定性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1是本发明模块原理图；

图2是本发明外部结构示意图；

图3是本发明电极插头结构示意图；

图4是本发明电极插头另一面结构示意图；

图5是本发明对外接口模块外部结构示意图；

图6是本发明双面电极某一面的电极结构示意图；

图7是本发明单面双工电极的结构示意图；

图8是本发明电解模块整体的结构示意图；

图9是本发明电解模块与底座组装示意图；

图10是本发明单面双工电极具有定位孔的结构示意图；

图11是本发明导向槽的另一种实施方式以及具有定位凸起的结构示意图；

图12是本发明具有定位凸起的导向槽与的具有定位孔的电极组装结构示意图；

图13是本发明具有定位凸起的导向槽的结构示意图。

图中附图标记为：

1-液晶触控显示屏，2-电源开关按钮，3-外壳，4-运行指示灯，5-顶壳，6-功能扩展模块，7-底座，8-搅拌装置，9-丝网印刷电极，10-导向槽，11-电极插头，12-活动翻盖，13-串口RS232，14-USB接口，15-以太网接口，16-Mini USB接口，17-电源插座，18-PET基板，19-参比电极，20-工作电极，21-辅助电极，22-反应池，23-搅拌桶，24-旋转电机，101-第一侧边、102-槽底板、103-第二侧边，101a-第一侧板，101b-第一凸起条，103a-第二侧板，103b-第二凸起条,20-1-第一工作电极，20-2-第二工作电极，25-1-第一定位孔，25-2-第二定位孔。

实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

应当理解，术语第一、第二等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。尽管本文可以使用术语第一、第二等等来描述各种单元，这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元,并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。

应当理解，当将单元称作与另一个单元“连接”、“相连”或“耦合”时，它可以与另一个单元直接连接或耦合，或中间单元可以存在。相対地，当将单元称作与另一个单元“直接相连”或“直接耦合”时，不存在中间单元。应当以类似方式来解释用于描述单元之间的关系的其他单词(例如，“在……之间”对“直接在……之间”,“相邻”对“直接相邻”等等)。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本文使用的术语仅用于描述特定实施例，并且不意在限制本发明的示例实施例。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”意在包括复数形式，除非上下文明确指示相反意思。还应当理解术语“包括”、“包括了”、“包含”、和/或“包含了”当在本文中使用时,指定所声明的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在性,并且不排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、单元、组件和/或他们的组合存在性或增加；本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

应当理解，在下面的描述中提供了特定的细节,以便于对示例实施例的完全理解。然而,本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。例如可以在框图中示出系统，以避免用不必要的细节来使得示例不清楚。在其他实例中，可以不以不必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术，以避免使得示例实施例不清楚。

如图1所示，本实施例在第一方面提供了一种重金属检测仪，包括主机和电解模块，其特征在于，所述主机包括底座和主机电路，所述主机电路包括主控制器、电源模块、信号采集处理模块、电解模块接口、和信号转换模块；所述主控制器与信号采集处理模块、信号转换模块、电源模块电连接；所述电解模块接口用于连接所述电解模块和所述信号采集处理模块；信号采集处理模块用于接收电解模块输出的特征电信号，然后输出检测结果至所述主控制器；主控制器将结果在显示模块进行显示；所述电解模块接口设置有多个，所述底座设置有多个电解模块安装口，以及与电解模块安装口并排设置的搅拌装置。具体实施时，电解模块接口设置有2个、4个或6个；例如2个，如图9所示，电解模块包括电解模块A和电解模块B；电解模块A与电解模块B结构相同，包含电极插头11、丝网印刷电极9和搅拌装置8。电解模块A、电解模块B通过独立的电解模块接口与信号采集处理模块相连；所述丝网印刷电极通过插拔安装在电极安装插头上并与电解模块电路电连接，所述电极安装插头通过插拔安装在所述底座上并与主机电路电连接。

在一种可能的实施方式中，所述丝网印刷电极为双面电极；所述双面电极包括PET基板以及在PET基板两面镜像设置的电极；如图6所示，所述电极包括参比电极19、工作电极20和辅助电极21。使用时，检测分两个过程：1富集；2溶出；富集过程随着搅拌液体中的待测金属跟工作电极接触或被工作电极吸附，在工作电极上还原成金属并附着在工作电极上，这一过程受搅拌速度、液体切向接触工作电极角度影响较大，具体表现为电极插歪、电极前后轻微弯曲异常造成的检测结果差异较大。原来单工作电极只检测一组数，富集阶段的影响因素造成的异常反映不出来，出来的是偏高或偏低的异常值，双面电极的镜像对称结构使两个工作电极处于同一测试环境，并且两者受电机整体位置变化的影响相反，正常情况下两组数据会呈现固定的比值范围，但是电极插歪、电极前后轻微弯曲造成两组结果比值出现较大异常时，仪器可提示重新检测。

在一种可能的实施方式中，如图7所示，所述丝网印刷电极为双工作电极；所述双工作电极包括PET基板18的一面上设置的参比电极19、第一工作电极20-1、第二工作电极20-2和辅助电极21，第一工作电极、第二工作电极和辅助电极都为L型。

单面双工作电极，具体实施时，设计单面双工作电极时，控制工作电极面积成一定比例，软件分析两工作电极电流信号比例，判定结果的有效性；实施时，仪器硬件对相应的数据通道设计。实现避免多次测量富集过程待测溶液与工作电极有效接触面积、角度变动对检测结果的影响，去除异常值，分析双电极信号通过检测软件引入校正算法。

在一种可能的实施方式中，如图3、图4所示，所述电极安装插头上设置有用于安装丝网印刷电极的插接口，所述丝网印刷电极插接口外部竖直设置有导向槽10，所述导向槽上下两端开口；所述丝网印刷电极安装在所述插接口，且部分位于在导向槽内。增加导向槽和采用插拔式之后仪器稳定性进一步增强，具备较好的稳定性，不同测试人员对的检测结果稳定性的有明显增强。增加定位装置和采用插拔式能够明显提高检测结果的稳定性，减少人员操作误差，这对于提高仪器的现场适应能力非常重要。

具体实施时，例如：所述导向槽包括第一侧边101、第二侧边103和槽底板102，所述第一侧边和第二侧边分别位于所述槽底板的两侧；所述第一侧边、第二侧边和槽底板上端边缘齐平；第一侧边的长度大于槽底板的长度，槽底板的长度大于第二侧边的长度。

具体实施时，所述第一侧边包括第一侧板101a，所述第一侧板设置有第一限位凸条101b，所述第一侧板、与所述槽底板垂直设置，第一侧板和第一限位凸条垂直设置，所述槽底板与第一限位凸条平行设置且位于所述第一侧板的同侧，第一侧板的上端与第一限位凸条上端齐平，第一侧板的长度大于第一限位凸条的长度；所述第二侧边包括第二侧板，所述第二侧板设置有第二限位凸条，所述第二侧板、与所述槽底板垂直设置，第二侧板和第二限位凸条垂直设置，所述槽底板与第二限位凸条平行设置且位于所述第二侧板的同侧，第二侧板的上端与第二限位凸条上端齐平，第二侧板的长度大于第二限位凸条的长度；第一侧板上与第一限位凸条、槽底板、第二侧板以及第二限位凸条形成所述导向槽。

在一种可能的实施方式中，如图10～图13所示，电极的PET基板18上可以设置贯穿的第一定位孔25-1和第二定位孔25-2，在电极导向槽上设置有匹配的定位凸点，安装电极时定位凸点穿过两个定位孔对电极起到定位作用。

优选的，如图8所示，所述搅拌装置包括搅拌桶23、反应池22和驱动电机24，所述驱动电机嵌入所述主机的外壳内且位于所述搅拌桶的底部，驱动电机是旋转电机或偏心电机；所述驱动电机用于驱动搅拌桶快速转动或振动；所述反应池可拆卸的位于所述搅拌桶内，检测阶段跟随搅拌桶旋转或振动。

例如：所述驱动电机为旋转电机，所述旋转电机嵌入所述主机的外壳内且位于所述旋转座的底部；所述旋转电机的旋转轴与所述旋转座轴心存在一定的偏移量，所述旋转电机用于驱动旋转座快速旋转摆动；所述反应池可拆卸的位于所述旋转座内，检测阶段跟随旋转座绕轴旋转摆动，这一旋转方式有助于提高搅拌效率。

优选的，所述信号转换模块连接语音提示模块和显示模块；语音提示模块接收信号转换模块传达的主控制器的指令，然后进行语音播报；显示模块包括运行指示灯4和液晶触控显示屏1。

优选的，如图5所示，所述对外接口模块位于所述底座的后侧，对外接口模块包括串口RS232接口13、USB接口14、以太网接口15、Mini USB接口16、17电源插座。

具体实施时，如图2所示，外壳3分为顶壳5和底座7两部分，液晶触控显示屏1和活动翻盖12位于顶壳的上端，液晶触控显示屏位于左侧部，活动翻盖位于右侧部；液晶触控显示屏作为人机交互平台，其界面包含多种功能按钮，可供用户下发指令，液晶触控显示屏显示在线检测状态和最终检测结果；电源开关按钮2位于液晶触控显示屏的下前部，运行指示灯位于顶壳前侧边；开启电源开关按钮，运行指示灯亮起，液晶触控显示屏显示人机交互页面；活动翻盖可上下120°绕轴转动，用于防尘、防水、防震，保证检测环境干净整洁，其下方分别是扩展功能模块和搅拌模块。

功能扩展模块为预留位置，可根据用户需求定制专属功能模块，如：称重模块例如添加高精度天平，用于样品称重；打印模块，添加小型打印机，用于打印检测结果；前处理模块，根据前处理工艺需求，添加对应设备等。

具体实施时，采用双通道检测模式，其核心控件分布在视图层、控制器、模型层。视图层由触控显示屏和客户端软件构成，用户在视图层进行上位机参数配置，更改检测模式，控制检测进程，获取最终结果；控制器包含一个总控模块和多个分控模块，控制器根据视图层下达的指令将工作任务分配给物理层，由多个下位机协同执行。总控模块依照串口通讯协议完成路由功能，各通道检测进程由特定的分控模块单独控制、互不干扰，确保本发明支持同步检测和异步检测需求。

双或多通道重金属检测仪检测流程，包含：

1、启动：点击仪器电源开关按钮，运行指示灯亮起，液晶触控显示屏显示交互界面，语音提示仪器处于开机状态。

2、检测初始化配置：设置参考限值、样品编号、样品类型、检测时间、通道选择、检测模式选择、送检单位、检测人员信息等参数。

3、活化电极：选择活化电极模式，将两电极插头取出，在电极卡槽处放置丝网印刷电极后归位，同时向两反应池内注入一定量活化剂，需确保液面高度没过丝网印刷电极底部反应区域，点击交互界面开始按钮，搅拌装置启动。

4、样品检测：选择样品检测模式，继续向两反应池内注入一定量待测样品溶液，点击交互界面开始按钮，搅拌装置启动。

5、检测完成：待测样品溶液在丝网印刷电极表面发生电化学反应，在线检测系统将控制系统输出的特征电信号曲线绘制在液晶触控显示屏上，显示所测样品的各项检测结果，语音提示检测完成。

以下通过实验数据说明有益效果：

1.电极插槽端头增设导向槽，在水平方向、竖直方向同时限定丝网印刷电极的插入部位，确保电极反应区在检测期间位置恒定，始终位于反应池中心区域。电极头与仪器连接方式的改为分离插拔式，固定了电极津液深度，同时方便电极插拔操作，总体提高了检测准确度和稳定性。

下面以镉元素检测数据为例对比分析改进前后仪器性能：

(1)改进前仪器稳定性测试数据

控制同一环境温度、湿度下，测试人员A、B、C、D使用未改进重金属检测仪1#、2#、3#、4#、5#进行仪器稳定性测试。测试方法为固定仪器检测各项参数并使用同一批次丝网印刷电极，由每位测试人测试5ppb镉标准单元素溶液20次，计算每组20个检测数据的相对标准偏差，结果如下表所示：

表1.改进前仪器稳定性测试测试人员A和B检测数据

表2.改进前仪器稳定性测试测试人员C和D检测数据

表3.改进前仪器稳定性测试数据对比列表

由以上数据发现，不同测试人员使用1#和5#仪器所测检测数据相对标准偏差均明显高于其他仪器，经仔细检查发现仪器电极插槽较松、插入电极容易倾斜，这一情况增加了电极插入方式、角度对测试结果稳定性的影响。对比不同测试人员使用2#、3#和4#仪器所测检测数据相对标准偏差发现，测试人员检测结果的稳定性为：B>C>A和D。

(2)仪器增加电极导向槽后稳定性测试数据分析

控制同一环境温度、湿度下，测试人员A、B、C、D使用电极插槽增加定位装置的重金属检测仪1#、2#、3#、4#、5#进行仪器稳定性测试。测试方法为固定仪器检测各项参数并使用同一批次丝网印刷电极(电极批次：NA07-1，圆形工作电极)，由每位测试人测试5ppb镉标准单元素溶液20次，计算每组20个检测数据的相对标准偏差，结果如下表所示：

表4.电极定位后仪器稳定性测试测试人员A和B测试数据

表5.电极定位后仪器稳定性测试测试人员C和D测试数据

表6.电极定位后仪器稳定性测试数据列表

由以上数据发现，在增加电极定位装置后，除5#仪器外不同测试人员所测检测数据相对标准偏差均明显下降，但是不同测试人员使用1#、2#、3#和4#仪器所测检测数据相对标准偏差仍有差异，检测结果的稳定性为：B>D>C>A。经检查，5#仪器发现与其余4台仪器相比电极插座提拉杆提拉操作不顺滑，存在多次操作按压位置不一致现象，导致电极工作区进入页面深度的差异，这一情况影响了测试结果的稳定性。

(3)电极插槽增加定位装置同时采取插拔式电极插头与仪器连接方式后稳定性测试数据分析

对1#、2#、3#、4#、5#重金属检测仪进行进一步改进，为电极插槽增加定位装置同时采取插拔式电极插头与仪器连接方式，由测试人员A、B、C、D进行仪器稳定性测试。测试方法为：控制同一环境温度、湿度下，固定仪器检测各项参数并使用同一批次丝网印刷电极(电极批次：NA07-1，圆形工作电极)，由每位测试人测试5ppb镉标准单元素溶液20次，计算每组20个检测数据的相对标准偏差，结果如下表所示：

表7.电极定位、插拔式电极插头仪器稳定性测试测试人员A和B测试数据

表8.电极定位、插拔式电极插头仪器稳定性测试测试人员C和D测试数据

表9.电极定位、插拔式电极插头仪器稳定性测试数据列表

由以上数据发现，增加定位装置和采用插拔式之后仪器稳定性进一步增强，每组数据相对标准偏差基本控制在5.0％以下，最好可以达到1.7％，具备较好的稳定性，未发现不同测试人员对检测稳定性的有明显影响。这说明增加定位装置和采用插拔式能够明显提高检测结果的稳定性，减少人员操作误差，这对于提高仪器的现场适应能力非常重要。

2.丝网印刷电极的工作区形状结构设计提升了检测的灵敏度、稳定性和电流信号强度

采用电极定位、插拔式电极插头的1#、2#、3#、4#、5#重金属检测仪，使用工作电极优化后的丝网印刷电极(电极批次：NA08-1，方形工作电极)，控制同一环境温度、湿度下，测试5ppb镉标准单元素溶液20次，计算每组20个检测数据的相对标准偏差，结果如下表所示：

表10不同工作电极图形对电流信号的对比

表11不同碳基材料添加量对电流信号对比

3.标准样品测试数据

采用电极定位、插拔式电极插头仪器，使用工作电极优化后的丝网印刷电极(电极批次：NA08-1，方形工作电极)，试用仪器推荐参数检测实际糙米样品中镉含量，测试仪器准确度和精密度。

准确度检测方法：检测糙米粉中的镉，采用3个浓度水平的实物标准样品，每个浓度水平平行测定3次，取平均值。计算检测结果与实物标准样品的偏差。

计算方法:(检测均值—样本标定值)/样本标定值×100％

精密度测定方法：

精密度用变异系数表示，测定同一实物标准样品，测定不低于6次，计算变异系数。

变异系数计算方法:变异系数＝标准差/检测均值×100％

表12糙米粉样品中镉检测结果

准确性偏差范围在-10％～+10％之间，精密度(变异系数)≤10％。

在一种可能实施方式中，双或多通道重金属检测仪，具有语音提示功能，针对检测异常情况，提示用户规范操作。通常易出现异常的情况如下：

1、重金属检测仪续航能力不足：电池模块无法供应电路模块正常工作，提示仪器需要及时充电。

2、回路异常：丝网印刷电极未插入电极插头上端插槽；反应池中所添加的溶液容量不足，无法完全淹没电极浸液区域；硬件线路连接中断。针对上述情况提示用户检查回路。

3、无效检测：对同种检测样品采用双通道同步精准检测，两通道的检测结果差异性较大，超过设定阈值，认为当前检测出现错误，提示重新检测。

具体举例的，所述存储器可以但不限于包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存(Flash Memory)、先进先出存储器(First Input First Output，FIFO)和/或先进后出存储器(First In Last Out，FILO)等等；所述处理器可以不限于采用型号为STM32F105系列的微处理器；所述收发器可以但不限于为无线保真(Wireless Fidelity，WiFi)无线收发器、蓝牙无线收发器、通用分组无线服务技术(General Packet RadioService，GPRS)无线收发器和/或紫蜂协议(ZigBee)无线收发器等。此外，所述多媒体终端可以但不限于包括有电源模块、显示屏和其它必要的部件。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种重金属检测仪，包括主机和电解模块，其特征在于，所述主机包括底座和主机电路，所述主机电路包括主控制器、电源模块、信号采集处理模块、电解模块接口和信号转换模块；所述主控制器与信号采集处理模块、信号转换模块和电源模块电连接；所述电解模块接口用于连接所述电解模块和所述信号采集处理模块；信号采集处理模块用于接收电解模块输出的特征电信号，然后输出检测结果至所述主控制器；主控制器将结果在显示模块进行显示；所述电解模块接口设置有多个，所述底座设置有多个电解模块安装口，以及与电解模块安装口并排设置的搅拌装置。

2.根据权利要求1所述的一种重金属检测仪，其特征在于：所述电解模块包括电极安装插头、丝网印刷电极和搅拌装置；所述丝网印刷电极通过插拔安装在电极安装插头上并与电解模块电路电连接，所述电极安装插头通过插拔安装在所述底座上并与主机电路电连接。

3.根据权利要求2所述的一种重金属检测仪，其特征在于，所述丝网印刷电极为双面电极；所述双面电极包括PET基板以及在PET基板两面镜像设置的电极；所述电极包括参比电极、工作电极和辅助电极。

4.根据权利要求2所述的一种重金属检测仪，其特征在于，所述丝网印刷电极为双工作电极；所述双工作电极包括PET基板的一面上设置的参比电极、第一工作电极、第二工作电极和辅助电极，第一工作电极、第二工作电极和辅助电极都为L型。

5.根据权利要求2所述的一种重金属检测仪，其特征在于，所述电极安装插头上设置有用于安装丝网印刷电极的插接口，所述丝网印刷电极插接口外部竖直设置有导向槽，所述导向槽上下两端开口；所述丝网印刷电极安装在所述插接口，且部分位于在导向槽内。

6.根据权利要求5所述的一种重金属检测仪，其特征在于，所述导向槽包括第一侧边、第二侧边和槽底板，所述第一侧边和第二侧边分别位于所述槽底板的两侧；所述第一侧边、第二侧边和槽底板上端边缘齐平；第一侧边的长度大于槽底板的长度，槽底板的长度大于第二侧边的长度。

7.根据权利要求6所述的一种重金属检测仪，其特征在于，所述第一侧边包括第一侧板，所述第一侧板设置有第一限位凸条，所述第一侧板、与所述槽底板垂直设置，第一侧板和第一限位凸条垂直设置，所述槽底板与第一限位凸条平行设置且位于所述第一侧板的同侧，第一侧板的上端与第一限位凸条上端齐平，第一侧板的长度大于第一限位凸条的长度；

所述第二侧边包括第二侧板，所述第二侧板设置有第二限位凸条，所述第二侧板、与所述槽底板垂直设置，第二侧板和第二限位凸条垂直设置，所述槽底板与第二限位凸条平行设置且位于所述第二侧板的同侧，第二侧板的上端与第二限位凸条上端齐平，第二侧板的长度大于第二限位凸条的长度；

第一侧板上与第一限位凸条、槽底板、第二侧板以及第二限位凸条形成所述导向槽。

8.根据权利要求2所述的一种重金属检测仪，其特征在于，所述搅拌装置包括搅拌桶、反应池和驱动电机，所述驱动电机嵌入所述主机的外壳内且位于所述搅拌桶的底部，驱动电机是旋转电机或偏心电机；所述驱动电机用于驱动搅拌桶快速转动或振动；所述反应池可拆卸的位于所述搅拌桶内，检测阶段跟随搅拌桶旋转或振动。

9.根据权利要求1所述的一种重金属检测仪，其特征在于，所述信号转换模块连接语音提示模块和显示模块；语音提示模块接收信号转换模块传达的主控制器的指令，然后进行语音播报；显示模块包括运行指示灯和液晶触控显示屏。

10.根据权利要求1所述的一种重金属检测仪，其特征在于：所述对外接口模块位于所述底座的后侧，对外接口模块包括串口RS232接口、USB接口、以太网接口、Mini USB接口和电源插座。

Images