CN214622335U

CN214622335U - 基于可视嗅觉指纹技术的水产品甲醛快速检测装置

Info

Publication number: CN214622335U
Application number: CN202120363005.6U
Authority: CN
Inventors: 管彬彬; 周谧; 陈彬; 丁红梅; 石敏; 杨俊�; 周楠; 蒋林惠; 袁琛凯; 陈煜�
Original assignee: Nantong Food And Drug Control Center
Current assignee: Nantong Food And Drug Control Center
Priority date: 2021-02-08
Filing date: 2021-02-08
Publication date: 2021-11-05
Anticipated expiration: 2031-02-08

Abstract

本实用新型提出一种基于可视嗅觉指纹技术的水产品甲醛快速检测装置，包括上位机、图像采集室、相机支架、相机、平面漫反射光源、反应室、色敏传感器、集气室、泵、氮气瓶、有机吸收池、无机吸收池、进气管路、出气管路；其中平面漫反射光源安装于图像采集室的内侧底部，反应室安装于平面漫反射光源的上表面，色敏传感器安装于反应室的上表面；相机通过相机支架安装于反应室的正上方，并通过数据线连接外部的上位机；集气室和氮气瓶同时通过管道连接泵，泵通过进气管路连接反应室的一端，反应室的另一端通过出气管路依次连接有机吸收池和无机吸收池。本实用新型操作简单，检测速度快，成本低廉，环境友好，可用于水产品各项环节中甲醛含量的快速检测。

Description

基于可视嗅觉指纹技术的水产品甲醛快速检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种水产品中甲醛快速检测的装置，特指一种基于可视嗅觉指纹技术的水产品甲醛快速检测装置，属于农产品检测技术领域。

背景技术

水产品不仅味道鲜美，还富含优质蛋白质、不饱和脂肪酸、维生素和矿物质等多种营养成分，深受广大消费者喜爱。然而，由于水产品水分含量高，肌肉组织脆弱，内源蛋白酶活跃，在其储藏过程中蛋白质易发生降解，导致水产品腐败变质，因此有一些不法商贩为了延长产品货架期而使用甲醛对鱿鱼等水产品进行防腐处理，经甲醛处理后的鱿鱼，其蛋白质发生凝固而不易腐烂，持水率提高，保存期延长，且吸水后膨胀定型，体积增大，质量增加，外观鲜亮悦目。然而，甲醛是一种强性的致癌物，会导致人体嗅觉、肺功能、肝功能和免疫功能异常，若过量摄入会出现头晕、咳嗽、恶心、呕吐、腹痛等症状，严重时出现昏迷、休克，甚至出血、肾衰竭以及死亡。因此，需要对上市前的水产品进行甲醛含量的精确检测，以保证食品质量安全，严厉打击非法处理水产品的行为。

传统的水产品中甲醛的检测方法主要有分光光度法、电化学法和色谱法等，虽然这些方法灵敏度高且测量结果准确，但都不同程度地存在检测时间长、检测成本高、预处理复杂等各种缺陷。如现行标准SC/T 3025-2006所规定的水产品中甲醛含量的测定方法，需要通过蒸馏来提取水产品中的甲醛，步骤繁琐、耗时，很难用于现场快速检测；专利申请号为201510789129.X的发明专利公开了一种鲅鱼中甲醛含量的检测方法，尽管该方法检测成本低，可以有效提取并检测鲅鱼中的甲醛，但依然需要预处理、提取、精华、氧化反应、滴定等操作步骤，前处理复杂，检测周期长；专利申请号为201310371538.9的发明专利公开了一种表面增强拉曼光谱快速检测挥发性甲醛的方法，尽管该方法相比于传统方法较方便快捷，然而，该方法检测过程中需要对样本进行粉碎，进行衍生化反应后再通过拉曼增强技术测定光谱，操作非常复杂，此外设备成本也较高，不利于推广使用。因此急需一种检测速度快、步骤少、成本低的水产品甲醛的检测装置，以适应水产品市场的发展趋势，提高食品安全的保护力度。

发明内容

本实用新型的目的在于提出一种基于可视嗅觉指纹技术的水产品中甲醛快速检测装置，该装置无需前处理，成本低廉，可快速、准确的定量检测出水产品中的甲醛含量，弥补传统检测技术的缺陷，并为落实相关法律提供技术保障。

本实用新型的技术解决方案：基于可视嗅觉指纹技术的水产品甲醛快速检测装置，其结构包括上位机、图像采集室、相机支架、相机、平面漫反射光源、反应室、色敏传感器、集气室、泵、氮气瓶、有机吸收池、无机吸收池、进气管路、出气管路；其中图像采集室整体为方形封闭盒状结构，采用不锈钢材质，其内部表面均涂有黑色漫反射涂层；平面漫反射光源安装于图像采集室的内侧底部，反应室安装于平面漫反射光源的上表面，色敏传感器安装于反应室的上表面；相机通过相机支架安装于反应室的正上方，并通过数据线连接外部的上位机；集气室和氮气瓶同时通过管道连接泵，泵通过进气管路连接反应室的一端，反应室的另一端通过出气管路依次连接有机吸收池和无机吸收池。

进一步的，所述反应室的前端呈尖形，后端呈钝形，反应室内部的转角均使用圆角，其结构包括主分流挡板、辅助分流挡板、色敏传感器放置槽、反应室上盖、图像采集窗口、石英玻璃透光口、进气口、出气口；其中进气口设于反应室的前端，并与进气管路连接，主分流挡板设于进气口的后侧，若干排辅助分流挡板并列设于主分流挡板的后侧；色敏传感器放置槽设于辅助分流挡板后侧空间的底部，用于安装色敏传感器，并与相机的镜头相对应设置；色敏传感器放置槽的顶部、底部和两侧均设有石英玻璃透光口；可活动的反应室上盖设于反应室的顶部，图像采集窗口设于反应室上盖表面，并与色敏传感器放置槽相对应设置；出气口设于反应室后端，并与出气管路连接。

进一步的，所述色敏传感器采用疏水的聚偏二氟乙烯膜，其表面为色敏材料阵列，包括以下色敏材料：ZnTPP、MnTPP、CuTPP、NiTPP、CoTPP、中性红、香酚蓝、溴甲酚绿和甲基红。

进一步的，所述有机吸收池内部填充甲醇和水的混合溶液，其中甲醇和水的质量比为70:30；所述无机吸收池内部填充浓度为0.12mol/L的盐酸溶液，无机吸收池的出气口设有管路，管路中填充NaHCO₃颗粒。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

1)本实用新型提出的水产品中甲醛的快速检测装置具备很好的兼容性，可检测鱿鱼、海参、虾仁等多种水产品样本对象，并可定量检测水产品中甲醛的含量；与现有水产品中甲醛检测装置相比，本实用新型结构轻便，操作简单，检测快速无损，不需要复杂的蒸馏、衍生等前处理程序，成本低廉、环境友好，可用于水产品收购、运销、储藏等各项环节中甲醛含量的快速检测；

2)本实用新型检测装置反应室设有主分流挡板和辅助分流挡板，能够保证与色敏传感器接触的挥发性气体的均匀性；通过设置色敏传感器放置槽和相机支架，确保相机与色敏传感器的相对位置固定；底部的平面漫反射光源能够确保色敏传感器光度均匀，确保反应器色敏传感器图像的均一性；两侧、顶部和底部的石英玻璃透光口可以满足从不同角度打光的需求；反应室内部转角使用圆角，减少反应室的气体残留缓冲；装置整体框架采用不锈钢材质，有效减少气体吸附；

3)本实用新型检测装置设有机吸收池和无机吸收池，有机吸收池可以有效吸收挥发性气体中的甲醛等有机试剂，无机吸收池能够有效吸收水产品中的胺类物质及水汽，保证尾气无害排出，绿色环保，对生态友好。

附图说明

附图1是本实用新型基于可视嗅觉指纹技术的水产品甲醛快速检测装置的结构示意图。

附图2是反应室的结构示意图。

图中1是上位机、2是图像采集室、3是相机支架、4是相机、5是平面漫反射光源、6是反应室、7是色敏传感器、8是集气室、9是泵、10是氮气瓶、 11是有机吸收池、12是无机吸收池、13是主分流挡板、14是辅助分流挡板、15 是色敏传感器放置槽、16是反应室上盖、17是图像采集窗口、18是石英玻璃透光口、19是进气口、20是出气口、21是进气管路、22是出气管路。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本实用新型的技术方案。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”等所指示的方位或位置关系均为基于说明书附图内容所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型的结构关系，而不是限定或暗示所指的装置或元件必须只设置于某一个特定的方位，或以特定的某一个构造组成，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如：可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；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，也可以是两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示，基于可视嗅觉指纹技术的水产品甲醛快速检测装置，其结构包括上位机1、图像采集室2、相机支架3、相机4、平面漫反射光源5、反应室6、色敏传感器7、集气室8、泵9、氮气瓶10、有机吸收池11、无机吸收池 12、进气管路21、出气管路22；其中图像采集室2整体为方形封闭盒状结构，平面漫反射光源5安装于图像采集室2的内侧底部，能够确保色敏传感器7光度均匀，确保色敏传感器7获得图像的均一性；反应室6安装于平面漫反射光源5 的上表面，色敏传感器7安装于反应室6的上表面；相机4通过相机支架3安装于反应室6的正上方，并通过数据线连接外部的上位机1，用于控制图像采集及数据处理；集气室8和氮气瓶10同时通过管道连接泵9，泵9通过进气管路21 连接反应室6的一端，反应室6的另一端通过出气管路22依次连接有机吸收池 11和无机吸收池12。

如图2所示，所述反应室6的前端呈尖形，后端呈钝形，反应室6内部的转角均使用圆角，用于减少反应室6内部的气体残留缓冲；其结构包括主分流挡板13、辅助分流挡板14、色敏传感器放置槽15、反应室上盖16、图像采集窗口17、石英玻璃透光口18、进气口19、出气口20；其中进气口19设于反应室 6的前端，并与进气管路21连接，主分流挡板13设于进气口19的后侧，若干排辅助分流挡板14并列设于主分流挡板13的后侧，能够形成带状稳定气流，使得反应室的流场均匀性较好，保证与色敏传感器7接触的挥发性气体的均匀性；色敏传感器放置槽15设于辅助分流挡板14后侧空间的底部，用于安装色敏传感器7，并与相机4的镜头相对应设置，确保相机4与色敏传感器7的相对位置固定；色敏传感器放置槽15的顶部、底部和两侧均设有石英玻璃透光口18，可以满足从不同角度打光的需求；可活动的反应室上盖16设于反应室6的顶部，图像采集窗口17设于反应室上盖16表面，并与色敏传感器放置槽15相对应设置；出气口20设于反应室6后端，并与出气管路22连接。

所述图像采集室2采用不锈钢材质有效减少气体吸附，其内部表面均涂有黑色漫反射涂层，保证平面漫反射光源5均匀发光不泄露，同时也保证内部环境不受外界光源影响。

所述有机吸收池11内部填充甲醇和水的混合溶液(质量比为70:30)，可以有效吸收挥发性气体中的甲醛等有机试剂，无机吸收池12内部填充浓度为 0.12mol/L的盐酸溶液，能够有效吸收水产品中挥发的胺类物质；无机吸收池12 的出气口管路中有NaHCO₃颗粒填充，用于吸收管路里的酸和水汽。

利用该装置进行的水产品甲醛快速检测方法，具体包括如下步骤：

1)开始检测前，将装置整体置于恒温室中，保证检测结果不受温度影响；打开上位机1和相机4，同时打开平面漫反射光源5，光源透过反应室6顶部、底部和两侧的石英玻璃透光口18均匀地照在色敏传感器7的表面，保证色敏传感器 7上的色敏材料光度一致，降低图像系统背景噪声影响；

2)打开反应室上盖16，将色敏传感器7置于反应室6的色敏传感器放置槽15 上，相机4透过反应室6上端的图像采集窗口17获取反应前后的色敏传感器7 的R、G、B三个分量的图像传输给上位机1，上位机1进行图像处理获得初始颜色信息；

3)检测样本时，将样本置于集气室8中，打开泵9，样本产生的挥发性气体通过泵9从进气管路21的进气口19抽入反应室6，在主分流挡板13和辅助分流挡板14的分流作用下形成均匀带状气流；混合均匀后的气流与色敏传感器放置槽15上的色敏传感器7接触反应，相机4获取反应后色敏传感器7的R、G、B 图像并传输给上位机1，上位机1进行图像处理获得样品颜色信息；

4)反应后的挥发性气体从出气口20进入出气管路22，然后依次通过有机吸收池11和无机吸收池12，吸收有害物质后排放进入大气；待样本检测结束后，打开氮气瓶10的开关，将氮气充入整个气路，使得整个气路的气体置换，完成系统初始化，继续检测下一个样品；

5)样品全部检测完毕后，将色敏传感器7反应前后的颜色变化值前5个主成分的特征变量作为误差反向传播人工神经网络模型BP-ANN的输入变量，样品中甲醛的含量作为输出变量，用交互验证均方根误差作为网络训练的评估标准，预测均方根误差值评价模型的预测效果，用训练集相关系数Rc和预测集相关系数 Rp来评价预测值和实测值之间的相关性。

下面根据实施例进一步说明本实用新型技术方案的具体实施过程。

实施例

基于可视嗅觉指纹技术的鱿鱼中甲醛的快速检测过程，具体操作如下：

1)于本地超市随机选购新鲜鱿鱼共60条；

2)将每条鱿鱼进行取样并随机分成6组，其中一组设为空白组，鱿鱼样品无需水清洗即可分离，标记为S-0；其余5组鱿鱼样品分别浸泡在不同浓度的甲醛溶液(1％，2％，4％，6％，8％)中持续12小时，分别标记为S-1，S-2，S-3， S-4和S-5，每种浓度10个样品；

3)将ZnTPP、MnTPP、CuTPP、NiTPP和CoTPP用三氯甲烷溶剂溶解，中性红，香酚蓝，溴甲酚绿和甲基红用乙醇溶解，混合得到各色敏材料浓度均为1mg/mL 的溶液，通过点样毛细管吸取上述溶液印染在疏水的聚偏二氟乙烯(PVDF)膜上，在氮气环境下待溶剂挥发制成色敏材料传感器阵列；

4)将制得的色敏传感器阵列置于反应室底部的色敏传感器放置槽上，底部漫反射光源从底部均匀打光，色敏传感器放置槽上方的相机获取反应前的色敏传感器阵列图像；

5)将鱿鱼样本置于集气室中，打开泵，泵抽取鱿鱼样本的挥发性气体进入反应室与色敏传感器放置槽上的色敏传感器接触反应，色敏传感器放置槽上方的相机获取反应后的色敏传感器阵列图像；

6)上位机处理反应前后的传感器阵列图像，得到色敏传感器与鱿鱼样本反应前后的反应差值；

7)从反应室出来的鱿鱼样本挥发性气体依次进入有机吸收池和无机吸收池，最后排到空气中；

8)将色敏气体传感器反应前后的颜色变化值前5个主成分的特征变量作为误差反向传播人工神经网络模型(BP-ANN)的输入变量，鱿鱼中甲醛的含量作为输出变量，对该方法进行验证，模型用交互验证均方根误差作为网络训练的评估标准，预测均方根误差值评价模型的预测效果，用训练集相关系数Rc和预测集相关系数Rp来评价预测值和实测值之间的相关性。结果表明基于可视嗅觉指纹技术检测得到的鱿鱼中甲醛含量与鱿鱼中的实际甲醛含量相关性较好，Rc＝1， Rp＝0.9887，为了验证模型的准确性和适用性，使用配对样本t检验来验证 BP-ANN模型中甲醛的预测值与实际添加量之间的成对差异。从表1中可以看到，训练集和预测集的Sig值都大于0.05，因此，模型的预测值和实际值之间没有显着差异。

表1配对样本t检验结果

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.基于可视嗅觉指纹技术的水产品甲醛快速检测装置，其结构包括上位机(1)、图像采集室(2)、相机支架(3)、相机(4)、平面漫反射光源(5)、反应室(6)、色敏传感器(7)、集气室(8)、泵(9)、氮气瓶(10)、有机吸收池(11)、无机吸收池(12)、进气管路(21)、出气管路(22)；其特征在于，所述图像采集室(2)整体为方形封闭盒状结构，平面漫反射光源(5)安装于图像采集室(2)的内侧底部，反应室(6)安装于平面漫反射光源(5)的上表面，色敏传感器(7)安装于反应室(6)的上表面；相机(4)通过相机支架(3)安装于反应室(6)的正上方，并通过数据线连接外部的上位机(1)；集气室(8)和氮气瓶(10)同时通过管道连接泵(9)，泵(9)通过进气管路(21)连接反应室(6)的一端，反应室(6)的另一端通过出气管路(22)依次连接有机吸收池(11)和无机吸收池(12)。

2.根据权利要求1所述的基于可视嗅觉指纹技术的水产品甲醛快速检测装置，其特征在于，所述反应室(6)的前端呈尖形，后端呈钝形，反应室(6)内部的转角均使用圆角。

3.根据权利要求1所述的基于可视嗅觉指纹技术的水产品甲醛快速检测装置，其特征在于，所述反应室(6)包括主分流挡板(13)、辅助分流挡板(14)、色敏传感器放置槽(15)、反应室上盖(16)、图像采集窗口(17)、石英玻璃透光口(18)、进气口(19)、出气口(20)；其中进气口(19)设于反应室(6)的前端，并与进气管路(21)连接，主分流挡板(13)设于进气口(19)的后侧，若干排辅助分流挡板(14)并列设于主分流挡板(13)的后侧；色敏传感器放置槽(15)设于辅助分流挡板(14)后侧空间的底部，用于安装色敏传感器(7)，并与相机(4)的镜头相对应设置；色敏传感器放置槽(15)的顶部、底部和两侧均设有石英玻璃透光口(18)；可活动的反应室上盖(16)设于反应室(6)的顶部，图像采集窗口(17)设于反应室上盖(16)表面，并与色敏传感器放置槽(15)相对应设置；出气口(20)设于反应室(6)后端，并与出气管路(22)连接。

4.根据权利要求1所述的基于可视嗅觉指纹技术的水产品甲醛快速检测装置，其特征在于，所述图像采集室(2)采用不锈钢材质，其内部表面均涂有黑色漫反射涂层。

5.根据权利要求1所述的基于可视嗅觉指纹技术的水产品甲醛快速检测装置，其特征在于，所述无机吸收池(12)的出气口设有管路，管路中填充NaHCO₃颗粒。