CN219675842U - 手持式农药残留快速检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型手持式农药残留快速检测装置，有一个以纸基微流控芯片为基础的检测装置及配套的可分别与各种不同农药对应并显色的检测纸基微流控芯片；检测装置包括带有盖体的壳体，盖体中有白色光源；壳体内有依次连接的比色检测模块、单片机和可触摸显示屏，以及比色凹槽；比色凹槽和可触摸显示屏设在壳体正面，比色凹槽与比色检测模块连接，比色检测模块的色传感器经A/D转换器与单片机连接，可触摸显示屏与单片机的输入和输出端口连接；不透明材质制成的盖体可转动盖在比色凹槽上面；在单片机集成电路板上，还设有电池充电、电源开关、升降压、TFT显示、光源及色传感器电路；壳体有一侧面设电源键，后侧设有进行数据传输的USB端口。

Description

手持式农药残留快速检测装置

技术领域

本实用新型涉及农药残留检测技术领域，具体涉及一种基于纸基微流控芯片的手持式农药残留快速检测装置。

背景技术

农产品在我国食品消费市场中占据主导地位，在农产品从生产到销售的过程当中，农药的施用无可避免。目前全球化学农药的品种已经达到了1400多种，常用的约40种，包括除草剂、杀虫剂、杀菌剂、植物生长调节剂等。因而农药残留已成为潜伏在农产品中的最大健康隐患。

在食品消费市场的农产品中，农药残留是影响其质量安全的主要因素，农产品的农药残留主要来源于生产过程中施用农药造成的直接污染。到目前为止，已报道了多种有关农药残留的分析检测方法，主要分为光谱法、色谱法及酶联免疫分析法等。然而，基于大型精密仪器的高效液相色谱法、气相色谱法、液相色谱-质谱法和气相色谱-串联质谱法，虽然在定量分析方面具有较高的灵敏度和稳定性，但仪器设备复杂昂贵、样品前处理步骤繁琐耗时，并且需要专业的实验操作人员，仅能满足实验室分析检测需求，难以实现农药残留的现场快速检测。而基于单克隆抗体的酶联免疫分析法虽然具有较高的特异性和选择性，但其在实际复杂基质样品中的适用性和精准度仍需要进一步提升。因此，开发一种简便、灵敏和快速的残留农药检测方法对人体健康和环境安全具有非常重要意义。

发明内容

本实用新型的目的是，克服现有技术检测农药残留量的设备、方法、耗费时间和检测成本所存在的不能令人满意的缺陷，提供一种简便、灵敏、经济和快速的农药残留检测装置。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。

一种手持式农药残留快速检测装置，其特征是，有一个以纸基微流控芯片为基础的检测装置及与其配套的可分别与各种不同农药对应并显色的检测纸基微流控芯片；

检测装置包括带有盖体的可手持的壳体，盖体中有白色光源；壳体内有依次连接的比色检测模块、单片机和可触摸显示屏，以及比色凹槽；

比色凹槽和可触摸显示屏设在壳体正面，比色凹槽与比色检测模块连接，比色检测模块的色传感器经A/D转换器与单片机连接，可触摸显示屏与单片机的输入和输出端口连接；不透明材质制成的盖体可转动盖在比色凹槽上面，白色光源正对着照射比色凹槽；

在设置单片机的集成电路板上，还设置有电池充电电路、电源开关电路、升降压电路、TFT显示电路、光源电路及色传感器电路；

壳体有一侧面设有电源键；壳体后部侧面设有可以用来充电也可以用来进行数据传输的USB端口。

优选方案，比色凹槽的形状呈树枝状结构并与纸基微流控芯片相吻合。

优选方案，色传感器采用高灵敏度的颜色采集传感器TCS34725。

优选方案，色传感器采用2S4C作为色传感器。

优选方案，其特征是，纸基微流控芯片的相邻通道之间设置有断裂间隙。

由于通道材料存在对液体的渗透性，而相互通道之间相隔非常接近，会造成通道之间因流体渗透造成交叉污染，使检测失去准确值，所以通过微加工将相邻通道之间割裂形成间隙以达到隔断渗透而不仅仅是降低渗透的效果。

纸基微流控芯片虽然在亲水的纸基上制作图案化的疏水边界，但该边界之厚度很有限，以及材料本身特性的局限，存在渗透仍然难以避免。

优选方案，树枝状结构的纸基微流控芯片对应四道分别对应毒死蜱、丙溴磷、甲氰菊酯和溴氰菊酯四种农药并分别与各自的显色剂发生反应的检测通道。

优选方案，光源为白炽灯，且多个光源与同样多个比色凹槽一一对应设置。

优选方案，白色光通过聚光镜照射样本，并且均匀照明的区域比色传感器的大小通过聚光镜在物体上投影的面积大。

在构成色传感器时，最重要的是照明光源和聚光系统，要有效地在物体上形成照明点，用白炽灯作光源最为方便，白炽灯的连续光谱特性比起其他线光谱特性对于任何颜色检测都更能适应。至于聚光系统，则必须注意聚光镜的焦距以及照明点的直径。均匀照明点的区域应该比色传感器的大小通过聚光镜在物体上投影的面积大得多。否则色传感器的辨色元件上的亮度就不均匀，从而不能很好的辨别颜色。必要时本装置可配置光源聚焦调整机构。

优选方案，本装置集成有能与手机端连接的蓝牙通讯。

本装置以纸基微流控芯片为基础，将毒死蜱、丙溴磷、甲氰菊酯和溴氰菊酯四种农药分别与各自的显色剂发生反应，得到不同颜色、不同灰度的纸基微流控芯片，将纸基微流控芯片置于手持器的比色凹槽中，通过装置内部的图像采集及数据处理，实现对农药残留种类及含量的精准检测。

本装置的应用，可通过触摸屏，实现设备的控制、参数的设置、浓度标定等工作。

色传感器将接受的信号转换成数字信号输入单片机，单片机系统将采集到信息与对应的浓度建立成浓度表，通过建立数据表模型，来实现对农药残留量的检测；单片机将微处理器、存储器集成在一块电路芯片上，实现浓度标定与实时检测的双模式转换，单片机系统的输出结果最终显示在手持器显示屏上。

本实用新型的有益效果是：

1、现场实时测试,操作非常方便；

2、浓度标定,数字显示，直观清晰；

3、经济性好；

4、四种农药同时测试，快速简单；

5、手持式，携带方便；

6、通过装置内部的图像采集及数据处理，避免干扰；

7、针对各个检测通道凹槽设置独立光源，光照的均匀面积足够大，达到精准检测。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构外观示意图；

图2是纸基微流控芯片的通道图案化疏水边界示意图。

图中：检测装置1；纸基微流控芯片2；疏水边界3；盖体4；壳体5；白色光源6；单片机7；可触摸显示屏8；比色凹槽9；色传感器10；集成电路板11；微处理器12；存储器13；电源键14；USB端口15。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例作详细说明：本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。

实施例1：一种手持式农药残留快速检测装置，有一个以纸基微流控芯片为基础的检测装置1及与其配套的可分别与各种不同农药对应并显色的检测纸基微流控芯片2。

纸基微流控芯片2作为微型全分析系统的核心技术，它将生物化学分析过程构建在一个几平方厘米甚至更小的芯片上，通过微流通道控制试剂的输送，实现样品的制备、反应和检测等操作。纸基微流控分析技术是通过各种微细加工技术，利用廉价易得的纤维素滤纸代替传统材料，在滤纸上构建流体通道网络及相关分析器件，建立“纸上微型实验室”。纸基微流控芯片2的工作原理就是在亲水的纸基上制作图案化的疏水边界3，从而形成微流通道来控制液体的输送，进行一步或多步生物化学反应过程，进而完成整个检测诊断的过程。这种高通量小型化装置成功将滤纸具有的廉价易得、生物相容性强、制备简单特点与传统微流控芯片自动化、集成化的优点相结合，该技术不仅可以极大降低贵重试剂的消耗，而且可以使分析速度成倍的提高，实现多个样品的同时检测。参见图1。

检测装置1包括带有盖体4的便于手持的壳体5，盖体4中有白色光源6；壳体5内有依次连接的比色检测模块、单片机7和可触摸显示屏8，以及比色凹槽9。比色凹槽9的形状呈树枝状结构并与纸基微流控芯片2相吻合。参见图2。

比色凹槽9和可触摸显示屏8设在壳体5正面，比色凹槽9与比色检测模块连接，比色检测模块的色传感器10经A/D转换器与单片机7连接，可触摸显示屏8与单片机7的输入和输出端口连接；不透明材质制成的盖体4可转动盖在比色凹槽9上方用于遮光防尘，盖体4上侧边与比色凹槽9上侧边相连。该手持器采用锂电池供电，白色光源6正对着照射比色凹槽9。

通过触摸显示屏，可实现设备的控制、参数的设置和浓度标定等工作；本装置集成了蓝牙通讯功能与手机端连接。

在设置单片机7的集成电路板11上，还设置有电池充电电路、电源开关电路、升降压电路、TFT显示电路、光源电路及色传感器10电路。

单片机7将微处理器12、存储器13集成在一块电路芯片上，实现浓度标定与实时检测的双模式转换。

该装置以前期农药残留显色反应为基础，结合光学比色原理，对该检测系统软硬件采用模块化设计，包括检测模式和浓度标定模式。比色检测模块由高灵敏度的颜色采集传感器TCS34725作为感光元件，白色光源6透过已发生显色反应的纸基微流控芯片2，产生光色吸收。数据采集与存储模块对色传感器10将接收的信号转换成数字信号输入单片机7，单片机7系统将采集到的信息与对应的浓度建立成浓度表，通过建立数据表模型并储存，来实现对农药残留量的检测，单片机7系统的输出结果最终显示在显示屏上。

壳体有一侧面设有电源键14；壳体5后部侧面设有可以用来充电也可以用来进行数据传输的USB端口15。

纸基微流控芯片2的相邻通道之间设置有防止农药渗透的断裂间隙。

由于通道材料存在对液体的渗透性，而相互通道之间相隔非常接近，会造成通道之间因流体渗透造成交叉污染，使检测失去准确值，所以通过微加工将相邻通道之间割裂形成间隙以达到最大程度阻止渗透的结果。纸基微流控芯片2虽然在亲水的纸基上制作图案化的疏水边界3，但该边界之厚度很有限，加上材料本身特性的局限，存在渗透仍然难以避免。

树枝状结构的纸基微流控芯片2对应四道检测通道，四道通道分别对应毒死蜱、丙溴磷、甲氰菊酯和溴氰菊酯四种农药并分别与各自的显色剂发生反应，得到不同颜色、不同灰度的纸基微流控芯片2，将纸基微流控芯片2置于手持器的比色凹槽9中，通过装置内部的图像采集及数据处理，实现对农药残留种类及含量的精准检测。

白色光源6通过聚光镜照射样本，并且均匀照明点的区域比色传感器10的感应头在检测样本上投影的面积。

实施例2：本装置光源为白炽灯，这是最为方便的光源，就光谱来说，白炽灯比其他所谓的白光与太阳光最相近，例如，用荧光灯照射有色物体看见的效果与在太阳光下看有色物体的效果是不同的。本装置设有多个光源并与同样多个比色凹槽一一对应设置。其余结构同实施例1。

有文献指出：在构成色传感器10时，最重要的是照明光源和聚光系统，要有效地在物体上形成照明点。至于聚光系统，则必须注意聚光镜的焦距以及照明点的直径。均匀照明的区域应该比色传感器10的大小通过聚光镜在物体上投影的面积大得多。否则色传感器10的辨色元件上的亮度就不均匀，从而不能很好的辨别颜色。必要时本装置可配置光源聚焦调整机构，做到不只是可以检测，更要达到精细准确检测。

实施例3：色传感器10采用2S4C作为辨色元件。其余结构同实施例1或实施例2。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种手持式农药残留快速检测装置，其特征是，有一个以纸基微流控芯片为基础的检测装置及与其配套的可分别与不同农药对应并显色的检测纸基微流控芯片；

检测装置包括带有盖体的可手持的壳体，盖体中有白色光源；壳体内有依次连接的比色检测模块、单片机和可触摸显示屏，以及比色凹槽；

比色凹槽和可触摸显示屏设在壳体正面，比色凹槽与比色检测模块连接，比色检测模块的色传感器经A/D转换器与单片机连接，可触摸显示屏与单片机的输入和输出端口连接；不透明材质制成的盖体可转动盖在比色凹槽上面，白色光源正对着照射比色凹槽；

在设置单片机的集成电路板上，还设置有电池充电电路、电源开关电路、升降压电路、TFT显示电路、光源电路及色传感器电路；

壳体有一侧面设有电源键；壳体后部侧面设有可以用来充电也可以用来进行数据传输的USB端口。

2.根据权利要求1所述的手持式农药残留快速检测装置，其特征是，比色凹槽的形状呈树枝状结构并与纸基微流控芯片相吻合。

3.根据权利要求2所述的手持式农药残留快速检测装置，其特征是，色传感器采用高灵敏度的颜色采集传感器TCS34725。

4.根据权利要求2所述的手持式农药残留快速检测装置，其特征是，色传感器采用2S4C作为色传感器。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的手持式农药残留快速检测装置，其特征是，纸基微流控芯片的相邻通道之间设置有断裂间隙。

6.根据权利要求5所述的手持式农药残留快速检测装置，其特征是，树枝状结构的纸基微流控芯片对应四道分别对应毒死蜱、丙溴磷、甲氰菊酯和溴氰菊酯四种农药并分别与各自的显色剂发生反应的检测通道。

7.根据权利要求6所述的手持式农药残留快速检测装置，其特征是，光源为白炽灯，且多个光源与同样多个比色凹槽一一对应设置。

8.根据权利要求7所述的手持式农药残留快速检测装置，其特征是，白色光通过聚光镜照射样本，并且均匀照明的区域比色传感器的大小通过聚光镜在物体上投影的面积大。

9.根据权利要求8所述的手持式农药残留快速检测装置，其特征是，本装置集成有能与手机端连接的蓝牙通讯。