CN115561474B - 一种一体化农药残留标准化快速检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一体化农药残留标准化快速检测装置及方法，装置包括执行单元和控制单元；执行单元包括仓门、一个或多个仓位、试剂添加机构、摄像模块、光检模块，以及移动机构；控制单元，识别一体化试剂盒编码及试剂盒检测项目，联网验证试剂盒有效性，并控制执行单元按检测项目类型进行检测流程以及读取显示检测结果；本发明的装置简单便捷、稳定可靠、高效率、不依赖实验室和专业实验人员且可实现自动化检测，满足农业生产和食品安全领域对农药残留快速准确检测的需求。
Description
技术领域
本发明涉及食品安全检测技术领域，更具体地说，涉及一种一体化农药残留标准化快速检测装置及方法。
背景技术
蔬果中农药残留的快速检测是目前食品安全实际管控中非常重要的工作。传统的农药残留快速检测多采用标准GB/T5009.199酶抑制率的方法和近几年兴起的各种标记物（胶体金、荧光微球、量子点微球）免疫层析检测方法。这两种方法的前处理相对简单，一般将果蔬取皮或叶剪碎成1cm见方，称取一定量放入提取罐中，再加特定提取液，振荡提取后，取一定量提取液和多种试剂在不同时间、温度条件下进行反应，最后上设备进行测量读值得到检测结果。农药残留快速检测方法相比实验室定量方法成本更低，结果出具更迅速，但是其前处理和检测过程对操作人员的依赖仍然过重，过程控制严格标准化难以实现，结果的稳定性和可靠性不高，亟需一种简便高效且不依赖实验室和专业实验人员的标准化、自动化检测装置。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种一体化农药残留标准化快速检测装置，还提供了一种一体化农药残留标准化快速检测方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
构造一种一体化农药残留标准化快速检测装置，其中，包括通讯连接的执行单元和控制单元；
所述执行单元包括仓门、一个或多个容纳一体化试剂盒的仓位、对仓位内一体化试剂盒的检测舱和对照舱添加试剂的试剂添加机构、对仓位内一体化试剂盒的提取舱拍摄样品图像并拍摄一体化试剂盒编码的摄像模块、对一体化试剂盒的检测舱和对照舱的内容物进行光学检测的光检模块，以及对仓位内一体化试剂盒进行振摇混匀操作、温育操作与移动操作中一种或多种操作的移动机构；
所述控制单元，识别一体化试剂盒编码及试剂盒检测项目，联网验证试剂盒有效性，并控制所述执行单元按检测项目类型进行检测流程以及读取显示检测结果。
本发明所述的一体化农药残留标准化快速检测装置，其中，所述移动机构包括仓位转盘和带动所述仓位转盘转动的转盘驱动组件；所述仓位设置有多个且在所述仓位转盘的上表面呈环形分布，所述仓位转盘上设置有多个一一对应所述仓位的加热模块。
本发明所述的一体化农药残留标准化快速检测装置，其中，所述仓位转盘的上方罩设有罩体，所述仓位位于所述罩体的罩设区域内，所述罩体的一侧开设有供样品放入仓位内一体化试剂盒的入仓开口。
本发明所述的一体化农药残留标准化快速检测装置，其中，所述装置还包括检测台，所述检测台上设置有安装所述仓位转盘以及所述转盘驱动组件的安装槽；所述转盘驱动组件设置在所述仓位转盘的下表面，所述仓位为设置在所述仓位转盘的上表面的槽体，所述仓位转盘呈圆环形，所述罩体的下表面成型有与所述仓位转盘配合的圆环形槽，所述入仓开口与所述圆环形槽连通，所述罩体的下端边缘固定在所述安装槽的入仓开口处。
本发明所述的一体化农药残留标准化快速检测装置，其中，所述检测台上设置有位于所述罩体上方的安装架，所述试剂添加机构设置在所述安装架上，所述罩体上设置有对应所述试剂添加机构的试剂添加孔。
本发明所述的一体化农药残留标准化快速检测装置，其中，所述仓位上设置有供所述摄像模块进行拍摄的摄像窗和供所述光检模块光检的光检孔。
本发明所述的一体化农药残留标准化快速检测装置，其中，所述光检孔设置有两个，且分别对应仓位内一体化试剂盒的检测舱光检窗和对照仓光检窗。
本发明所述的一体化农药残留标准化快速检测装置，其中，所述执行单元还包括负压模块；
所述负压模块，连接到一体化试剂盒的负压接口，从一体化试剂盒的提取舱到检测舱的样本负压移样。
本发明所述的一体化农药残留标准化快速检测装置，其中，所述控制单元包括控制微电脑、上位机和通讯模块；
所述控制微电脑，通过数据线路连接执行单元，并按程序进行检测流程控制；
所述上位机，通过数据线路连接控制微电脑下发控制程序并读取执行单元的检测过程和检测结果，将检测过程和检测结果在屏幕上显示，并可将检测结果上传到网络服务器；
所述通讯模块连接在上位机上，为所述上位机提供网络通讯能力。
一种一体化农药残留标准化快速检测方法，应用于如上述的一体化农药残留标准化快速检测装置，其实现方法如下：
准备样品与一体化试剂盒激活：
准备符合标准的待检样品和一体化试剂盒，通过扫描一体化试剂的试剂盒编码网络登记激活一体化试剂盒；
一体化农药残留标准化快速检测装置开机自检：
打开一体化农药残留标准化快速检测装置，执行单元和控制单元自动开始自检；
向一体化试剂盒添加待测样品：
移除一体化试剂盒的密封膜，将待检样品放入一体化试剂盒的提取舱，并确保提取液对样品充分浸润：
装载一体化试剂盒：
将添加了样品的一体化试剂盒插入仓位，摄像模块对试剂盒编码进行拍照，控制单元联网查询试剂盒有效性，同时摄像模块拍摄样品照片存档；若试剂盒编码有效，控制单元控制移动机构运行将试剂盒入仓，同时等待下一个试剂盒的装载；如果所有的仓位都有试剂盒装载，控制单元控制执行单元自动开始满仓检测；如果存在仓位未装载试剂盒，此时若启动检测则控制单元控制执行单元开始缺仓检测；
开始检测：
控制单元按照试剂盒入仓识别的检测项目，对照检测项目的标准流程，生成执行单元动作流程，并按动作流程开始检测操作；
检测完成：
控制单元在检测完成后控制执行单元，开始试剂盒退仓操作，逆序将有试剂盒仓位移至入仓位置，并提醒操作者移除试剂盒；摄像模块通过识别当前仓位的试剂盒编码的有无判断试剂盒是否移除，如果试剂盒已经移除，装置自动将下一有盒仓位移动到入仓位置；
返回待检、关机：
如果检测过的试剂盒已经全部移除，控制单元控制执行单元关闭仓门，控制单元进入待检状态。
本发明的有益效果在于：本发明通过设计一种使用一体化农药残留标准化快速检测的试剂盒的自动化农药残留快速检测装置，在试剂盒内自动化完成农药残留快速检测的添加样品、样本提取、样本转移、添加试剂、混匀、温育反应、检测对照等全部检测操作，简单便捷、稳定可靠、高效率、不依赖实验室和专业实验人员且可实现自动化检测，满足农业生产和食品安全领域对农药残留快速准确检测的需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图：
图1是本发明较佳实施例的一体化农药残留标准化快速检测装置整体图；
图2是本发明较佳实施例的一体化农药残留标准化快速检测装置爆炸图；
图3是本发明较佳实施例的一体化农药残留标准化快速检测装置检测台结构示意图；
图4是本发明较佳实施例的一体化农药残留标准化快速检测装置检测台爆炸图；
图5是本发明较佳实施例的一体化农药残留标准化快速检测装置仓位转盘工作示意图；
图6是本发明较佳实施例的一体化农药残留标准化快速检测装置执行单元侧视图；
图7是本发明较佳实施例的一体化农药残留标准化快速检测装置原理框图；
图8是本发明较佳实施例的一体化农药残留标准化快速检测逻辑流程图。
具体实施方式
为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例一
本发明较佳实施例的一体化农药残留标准化快速检测装置，如图1所示，同时参阅图2-7，包括通讯连接的执行单元1和控制单元2；
执行单元1包括仓门10、一个或多个容纳一体化试剂盒的仓位11、对仓位内一体化试剂盒3的检测舱和对照舱添加试剂的试剂添加机构12、对仓位11内一体化试剂盒3的提取舱拍摄样品图像并拍摄一体化试剂盒编码的摄像模块13、对一体化试剂盒的检测舱和对照舱的内容物进行光学检测的光检模块14，以及对仓位内一体化试剂盒进行振摇混匀操作、温育操作与移动操作中一种或多种操作的移动机构15；
控制单元2，识别一体化试剂盒编码及试剂盒检测项目，联网验证试剂盒有效性，并控制执行单元按检测项目类型进行检测流程以及读取显示检测结果；
优选的，移动机构15包括仓位转盘150和带动仓位转盘转动的转盘驱动组件151；仓位11设置有多个且在仓位转盘150的上表面呈环形分布，仓位转盘150上设置有多个一一对应仓位的加热模块152；
需要说明的是，移动机构15不限于采用上述的圆形布局方式，也可以是采用的直线移动的线性布局或者其他布局方式。
优选的，仓位转盘150的上方罩设有罩体153，仓位11位于罩体153的罩设区域内，罩体153的一侧开设有供样品放入仓位内一体化试剂盒的入仓开口154；通过设置罩体153可以对仓位进行防尘等防护；较佳的，仓门10可以采用设计成启闭入仓开口154的形式。
更具体的，装置还包括检测台4，检测台4上设置有安装仓位转盘150以及转盘驱动组件151的安装槽40；转盘驱动组件151设置在仓位转盘150的下表面，仓位11为设置在仓位转盘150的上表面的槽体，仓位转盘150呈圆环形，罩体153的下表面成型有与仓位转盘150配合的圆环形槽，入仓开口154与圆环形槽连通，罩体153的下端边缘固定在安装槽40的入仓开口处；通过转盘驱动组件151为仓位转盘150提供转动动力和角度定位，实现仓位转盘内的一体化试剂盒的振摇混匀、温育操作和相对试剂添加机构的准确定位；结构布局合理且十分紧凑，防护性能好，整体体积较小，出入仓操作方便且整体稳定性好。
优选的，检测台4上设置有位于罩体153上方的安装架5，试剂添加机构12设置在安装架5上，罩体153上设置有对应试剂添加机构的试剂添加孔155；试剂添加机构可以根据需要来设置数量以及添加的试剂，可以采用常规的计量泵等。
优选的，仓位11上设置有供摄像模块进行拍摄的摄像窗110和供光检模块光检的光检孔111；较佳的，光检孔111设置有两个，且分别对应仓位内一体化试剂盒的检测舱光检窗和对照仓光检窗。
优选的，执行单元1还包括负压模块16；
负压模块16，连接到一体化试剂盒的负压接口，从一体化试剂盒的提取舱到检测舱的样本负压移样。
优选的，控制单元2包括控制微电脑20、上位机21和通讯模块22；还可以包括开关电源23，开关电源23为上述各组件进行供电；
控制微电脑20，通过数据线路连接执行单元，并按程序进行检测流程控制；
上位机21，带有触控屏幕，通过数据线路连接控制微电脑下发控制程序并读取执行单元的检测过程和检测结果，将检测过程和检测结果在屏幕上显示，并可将检测结果上传到网络服务器；
通讯模块22连接在上位机21上，为上位机提供网络通讯能力；
控制微电脑20和上位机21内部写有装置的自动控制程序。
本发明通过设计一种使用一体化农药残留标准化快速检测的试剂盒的自动化农药残留快速检测装置，在试剂盒内自动化完成农药残留快速检测的添加样品、样本提取、样本转移、添加试剂、混匀、温育反应、检测对照等全部检测操作，简单便捷、稳定可靠、高效率、不依赖实验室和专业实验人员且可实现自动化检测，满足农业生产和食品安全领域对农药残留快速准确检测的需求。
实施例二
一种一体化农药残留标准化快速检测方法，应用于上述的一体化农药残留标准化快速检测装置，如图8所示，其实现方法如下：
1、准备样品与一体化试剂盒激活
准备符合标准的待检样品和一体化试剂盒。在线出具检测报告，需要通过扫描一体化试剂的试剂盒编码网络登记激活试剂盒。
2、自动化农药残留快速检测装置开机自检
打开自动化农药残留快速检测装置电源开关，执行单元和控制单元自动开始自检。控制单元的上位机通过网络模块连通网络服务器，并判断网络服务状态。装置首次开机需要进行网络通讯设置。控制微电脑对执行单元硬件进行检查，并将检测结果写入相关的状态寄存器。如果网络通讯和硬件都正常，自动化农药残留快速检测装置进入待检状态并在上位机屏幕显示相关界面。
3、向试剂盒添加待测样品
移除一体化试剂盒的密封膜，将待检样品放入一体化试剂盒的提取舱，确保提取液对样品充分浸润。
4、装载试剂盒
在上位机屏幕按下启动检测按键，试剂盒装载仓门打开，上位机屏幕切换到检测界面，控制微电脑控制转盘模块将第一个转盘仓位转到试剂盒装载仓。将添加了样品的一体化试剂盒插入转盘仓位，摄像模块对试剂盒编码进行识别，并联网查询试剂盒有效性，同时摄像模块拍摄样品照片存档。试剂盒编码有效，控制微电脑控制转盘模块转动将试剂盒入仓，同时将下一个转盘仓位转到试剂盒装载仓，等待下一个试剂盒的装载。如果所有的转盘仓位都有试剂盒装载，上位机和控制微电脑将控制执行单元关闭仓门，自动开始满仓检测。如果在等待过程，按下了上位机屏幕的开始检测按键，上位机和控制微电脑将控制执行单元关闭仓门，开始缺仓检测。
5、开始检测
上位机和控制微电脑按照试剂盒入仓识别的检测项目，对照检测项目的标准流程，生成执行单元动作流程，并按动作流程开始检测操作。在控制微电脑控制下，执行单元可按转盘仓位完成样品样本的振摇提取、从提取舱到检测舱的样本负压移液、检测舱和对照舱的试剂按时添加、振摇混匀、升温温育、延时静置和检测舱对照舱同时光检。光检完成后控制微电脑将各仓检测结果记录到相关寄存器，并通知上位机。
6、检测完成：
上位机得到控制微电脑检测完成的通知后，读取寄存器中的检测结果，按检测项目标准进行计算换算后，附加上装载试剂盒入仓前拍摄的样品存档照片，按试剂盒编码上传到网络服务器。同时将检测结果显示到上位机屏幕。网络服务器根据上传数据结果判断检测结果。网络服务器根据试剂盒编码性质判断是否出具在线检测证明。
上位机和控制微电脑控制执行单元，开始试剂盒退仓操作，打开试剂盒装载仓门，逆序将有试剂盒仓位转至试剂盒装载仓，并在屏幕提醒操作者移除试剂盒。摄像头通过识别当前转盘仓位的试剂盒编码的有无，判断试剂盒是否移除。如果试剂盒已经移除，装置自动将下一有盒仓位旋转到试剂盒装载仓位，重复上述操作直至试剂盒全部移除。
7、返回待检、关机
如果检测过的试剂盒已经全部移除，上位机和控制微电脑控制执行单元关闭仓门，执行单元和上位机屏幕进入待检状态。在待检状态下，装置可以通过关闭电源开关实现关机。
实施方案1：酶抑制率法检测大白菜中的有机磷和氨基甲酸酯类农药
自动化农药残留快速检测装置开机进入待检状态；
准备有机磷和氨基甲酸酯类农药一体化试剂盒（按需要情况进行在线绑定）；
移除试剂盒密封膜，将大白菜按标准取样，添加到试剂盒的提取舱使提取液对样品充分浸泡；
点击自动化农药残留快速检测装置屏幕的启动检测按键；
将准备好的试剂盒插入打开仓门的装盘仓位；
点击自动化农药残留快速检测装置屏幕的开始检测按键，开始检测；
等候约15分钟检测完成，屏幕显示检测结果。（如已经在线绑定试剂盒，约15分钟移动终端会收到检测报告）
自动化农药残留快速检测装置的仓门打开，移除试剂盒。
设备进入待机状态。（此状态下可通过关闭电源开关关机）
实施方案2：分光光度法检测银耳中的二氧化硫残留
自动化农药残留快速检测装置开机进入待检状态；
准备二氧化硫残留一体化试剂盒（按需要情况进行在线绑定）；
移除试剂盒密封膜，将银耳按标准取样，添加到试剂盒的提取舱使提取液对样品充分浸泡；
点击自动化农药残留快速检测装置屏幕的启动检测按键；
将准备好的试剂盒插入打开仓门的装盘仓位；
点击自动化农药残留快速检测装置屏幕的开始检测按键，开始检测；
等候约15分钟检测完成，屏幕显示检测结果。（如已经在线绑定试剂盒，约15分钟移动终端会收到检测报告）
自动化农药残留快速检测装置的仓门打开，移除试剂盒。
设备进入待机状态。（此状态下可通过关闭电源开关关机）
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种一体化农药残留标准化快速检测装置，其特征在于，包括通讯连接的执行单元和控制单元；
所述执行单元包括仓门、一个或多个容纳一体化试剂盒的仓位、对仓位内一体化试剂盒的检测舱和对照舱添加试剂的试剂添加机构、对仓位内一体化试剂盒的提取舱拍摄样品图像并拍摄一体化试剂盒编码的摄像模块、对一体化试剂盒的检测舱和对照舱的内容物进行光学检测的光检模块，以及对仓位内一体化试剂盒进行振摇混匀操作、温育操作与移动操作中一种或多种操作的移动机构；
所述控制单元，识别一体化试剂盒编码及试剂盒检测项目，联网验证试剂盒有效性，并控制所述执行单元按检测项目类型进行检测流程以及读取显示检测结果；
所述执行单元还包括负压模块；
所述负压模块，连接到一体化试剂盒的负压接口，从一体化试剂盒的提取舱到检测舱的样本负压移样。
2.根据权利要求1所述的一体化农药残留标准化快速检测装置，其特征在于，所述移动机构包括仓位转盘和带动所述仓位转盘转动的转盘驱动组件；所述仓位设置有多个且在所述仓位转盘的上表面呈环形分布，所述仓位转盘上设置有多个一一对应所述仓位的加热模块。
3.根据权利要求2所述的一体化农药残留标准化快速检测装置，其特征在于，所述仓位转盘的上方罩设有罩体，所述仓位位于所述罩体的罩设区域内，所述罩体的一侧开设有供样品放入仓位内一体化试剂盒的入仓开口。
4.根据权利要求3所述的一体化农药残留标准化快速检测装置，其特征在于，所述装置还包括检测台，所述检测台上设置有安装所述仓位转盘以及所述转盘驱动组件的安装槽；所述转盘驱动组件设置在所述仓位转盘的下表面，所述仓位为设置在所述仓位转盘的上表面的槽体，所述仓位转盘呈圆环形，所述罩体的下表面成型有与所述仓位转盘配合的圆环形槽，所述入仓开口与所述圆环形槽连通，所述罩体的下端边缘固定在所述安装槽的开口处。
5.根据权利要求4所述的一体化农药残留标准化快速检测装置，其特征在于，所述检测台上设置有位于所述罩体上方的安装架，所述试剂添加机构设置在所述安装架上，所述罩体上设置有对应所述试剂添加机构的试剂添加孔。
6.根据权利要求1所述的一体化农药残留标准化快速检测装置，其特征在于，所述仓位上设置有供所述摄像模块进行拍摄的摄像窗和供所述光检模块光检的光检孔。
7.根据权利要求6所述的一体化农药残留标准化快速检测装置，其特征在于，所述光检孔设置有两个，且分别对应仓位内一体化试剂盒的检测舱光检窗和对照仓光检窗。
8.根据权利要求1-7任一所述的一体化农药残留标准化快速检测装置，其特征在于，所述控制单元包括控制微电脑、上位机和通讯模块；
所述控制微电脑，通过数据线路连接执行单元，并按程序进行检测流程控制；
所述上位机，通过数据线路连接控制微电脑下发控制程序并读取执行单元的检测过程和检测结果，将检测过程和检测结果在屏幕上显示，并将检测结果上传到网络服务器；
所述通讯模块连接在上位机上，为所述上位机提供网络通讯能力。
9.一种一体化农药残留标准化快速检测方法，应用于如权利要求1-8任一所述的一体化农药残留标准化快速检测装置，其特征在于，实现方法如下：
准备样品与一体化试剂盒激活：
准备符合标准的待检样品和一体化试剂盒，通过扫描一体化试剂盒编码网络登记激活一体化试剂盒；
一体化农药残留标准化快速检测装置开机自检：
打开一体化农药残留标准化快速检测装置，执行单元和控制单元自动开始自检；
向一体化试剂盒添加待测样品：
移除一体化试剂盒的密封膜，将待检样品放入一体化试剂盒的提取舱，并确保提取液对样品充分浸润：
装载一体化试剂盒：
将添加了样品的一体化试剂盒插入仓位，摄像模块对试剂盒编码进行拍照，控制单元联网查询试剂盒有效性，同时摄像模块拍摄样品照片存档；若试剂盒编码有效，控制单元控制移动机构运行将试剂盒入仓，同时等待下一个试剂盒的装载；如果所有的仓位都有试剂盒装载，控制单元控制执行单元自动开始满仓检测；如果存在仓位未装载试剂盒，此时若启动检测则控制单元控制执行单元开始缺仓检测；
开始检测：
控制单元按照试剂盒入仓识别的检测项目，对照检测项目的标准流程，生成执行单元动作流程，并按动作流程开始检测操作；
检测完成：
控制单元在检测完成后控制执行单元，开始试剂盒退仓操作，逆序将有试剂盒的仓位移至入仓位置，并提醒操作者移除试剂盒；摄像模块通过识别当前仓位的试剂盒编码的有无判断试剂盒是否移除，如果试剂盒已经移除，装置自动将下一有盒仓位移动到入仓位置；
返回待检、关机：
如果检测过的试剂盒已经全部移除，控制单元控制执行单元关闭仓门，控制单元进入待检状态。
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