TW202120908A

TW202120908A - 殘留毒物檢測裝置

Info

Publication number: TW202120908A
Application number: TW108142432A
Authority: TW
Inventors: 許志豪; 蔡睿浤; 王英豪; 張家榮
Original assignee: 財團法人工業技術研究院
Priority date: 2019-11-22
Filing date: 2019-11-22
Publication date: 2021-06-01
Also published as: US20210156791A1; CN112834444A; TWI717117B; US11112353B2

Abstract

本揭露為一種殘留毒物檢測裝置，可用以檢測一待測水溶液之殘留毒物，該殘留毒物檢測裝置包括第一容置腔、第二容置腔、連接架以及感測腔，第一容置腔包括光源及透鏡，第二容置腔包括光感測器及電路模組，連接架，用以連接該第一容置腔及該第二容置腔，第一容置腔、第二容置腔之間及連接架之一側，用以形成可容置一待測水溶液的感測腔，光源發射一波長範圍之光線，光感測器接收通過感測腔之光線的感測訊號，電路模組用以計算出該待測水溶液中殘留毒物之吸收度及吸收度變化量。

Description

殘留毒物檢測裝置

本揭露係關於一種殘留毒物檢測技術，詳而言之，係關於一種用於檢測水溶液中毒物變化量之殘留毒物檢測裝置。

現有食品檢測多採抽檢方式檢驗，在目前極度重視食安下，對於殘留毒物檢測變得相當重要，舉例來說，蔬果取得時可能殘留農藥，但鮮有民眾對蔬果上是否還有農藥殘留進行檢測。

目前常見之殘留毒物檢測方法包括生化法和光譜法，例如農藥快篩檢測方法，於上述生化法中，快篩檢測法為生化脢抑制法，需搭配固定檢體採樣及生化脢反應，較難為消費者接受，且目前使用之生化法僅包含有機磷類、氨基甲酸鹽類農藥，並無法針對所有農藥全面檢測，另外，此方法還具有檢測不正確性之隱憂，特別是對於不可添加之禁用農藥，可能無法有效檢出。考量一般民眾需要居家檢測，基於生化法包含許多近似實驗室之複雜程序，故也難適用於一般居家檢測。

另外關於光譜法，係利用光譜比對判斷農藥種類以及進行濃度判定，然目前註冊使用的農藥種類已超過300種，資料庫比對難度增加，亦即需要大量比對，此導致檢測困難度高。另外，使用此法無法避免需進行定量取樣，故難以被消費者所接受，況且LC/MS/MS(即液相層析儀(LC)和質譜儀(MS)串聯使用)或高效液相色譜法(high performance liquid chromatography，HPLC)方式因昂貴無法廣泛使用，且相當耗時。

由上可知，若能找出一種殘留毒物檢測技術並且適用於一般居家檢測中，特別是，可在無需破壞檢測物以及無需耗費電量進行取樣的動作下，仍有效地監控殘留農藥毒物是否移除，實為目前本技術領域人員急迫解決之技術問題。

本發明實施例提供一種本發明之目的係提出一種殘留毒物檢測機制以及使用該檢測機制之裝置，透過持續量測水溶液內殘留毒物之吸收度及吸收度變化量，以作為水溶液中殘留毒物之移除是否符合預期標準之判斷依據，且此裝置適用於一般居家量測。

本揭露係提出一種殘留毒物檢測裝置，用以檢測一待測水溶液之殘留毒物，該殘留毒物檢測裝置包括第一容置腔、第二容置腔、連接架以及感測腔，第一容置腔包括光源及透鏡，第二容置腔包括光感測器及電路模組，連接架，用以連接第一容置腔及第二容置腔，第一容置腔、第二容置腔之間及連接架之一側，用以形成可容置一待測水溶液的感測腔，光源發射特定波長範圍之光線，光感測器接收通過感測腔之光線的感測訊號，電路模組用以計算出該待測水溶液中殘留毒物之吸收度及吸收度變化量。

本揭露所提出之殘留毒物檢測裝置，透過光感測機制來檢測水溶液中之殘留毒物的吸收度，本揭露之殘留毒物檢測裝置為手持式設計，可將其置入待測水溶液中，透過待測水溶液進入檢測腔進行檢測，且可透過燈號來顯示檢測結果，不僅可適用於一般家庭之檢測，且整體設計為整機一體，具防水和無線充電能力，更突顯其實用性。另外，本揭露所採用之使用LED光源結合透鏡的方式，在低成本下提供一般家庭使用。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

以下藉由特定的具體實施形態說明本揭露之技術內容，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本揭露之優點與功效。然本揭露亦可藉由其他不同的具體實施形態加以施行或應用。

請參照第1圖和第2圖，皆為本揭露之殘留毒物檢測裝置的整體外觀圖及分解圖。其中，本揭露之殘留毒物檢測裝置100為手持式大小，外觀為圓柱狀體，第1圖中包括第一容置腔1、第二容置腔2、開關按鍵3、充電裝置4、USB護蓋5、連接架6以及感測腔護蓋7，第2圖中上半部包括第二容置腔2、開關按鍵3、充電裝置4、USB護蓋5以及下半部的防塵蓋8，在本實施例中，第一容置腔1、第二容置腔2以及連接架6的殼體為一體成形的殼體，但本發明也可以互鎖的方式將第一容置腔1、第二容置腔2以及連接架6連成一體。第1圖與第2圖的差異為，第1圖則是在移除防塵蓋8情況下，顯現出殘留毒物檢測裝置100的下半部的連接架6、感測腔護蓋7以及第一容置腔1，續參照第1圖，當取下感測腔護蓋7後，其下半部則顯露出連接架6以及具有提供待測水溶液進出的感測腔9，而第2圖的殘留毒物檢測裝置之實施例下半部只顯示防塵蓋8，將第1圖中的連接架6、感測腔護蓋7、感測腔9以及第一容置腔1覆蓋住，當殘留毒物檢測裝置100無使用狀態時，可防止灰塵或細小顆粒進入感測腔造成汙染或髒汙。

如第3A圖所示，本揭露之殘留毒物檢測裝置100的正面剖面示意圖，同時參照第1圖。殘留毒物檢測裝置100主要包括第一容置腔1、第二容置腔2、連接架6，其中連接架6主要用以連接第一容置腔1及第二容置腔2，並且連接架6具有中空部分可容置電線，將第二容置腔2的電線向第一容置腔1傳遞，用電線將相關電路連接至光源11。另外，第一容置腔1內部包括基板10、光源11、透鏡12、固定環13、第一視窗14、防水環22，關於第一容置腔1內的相關說明將於後進行詳細說明。

同時參考第3A圖及第3B圖，如第3B圖所示，第3B圖為本揭露之殘留毒物檢測裝置之第一容置腔之細部放大圖，其中第一容置腔1包括基板10、光源11、透鏡12、固定環13以及第一視窗14，其中光源11可固定於基板10上，同時與透鏡12保持一固定距離D，在本實施例中，固定環13的底部與頂部可以分別用於固定光源11與透鏡12，可使光源11與透鏡12可以保持一固定距離D，續參照第3B圖，固定環13底部具有倒階梯式結構用以固定光源11，同時固定透鏡12端具有一漏斗型結構，其中該漏斗型結構之側壁靠近光源11處有一傾斜角度Θ向上延伸，其中，傾斜角度Θ可依據光源發光角度進行改變，以使光源11所發出的光線具有更大的利用率，在一實施例中，漏斗型結構的側壁傾斜角度為30^o ，當側壁高度等於固定距離D時，固定環的傾斜角度由30^o 轉為90^o 垂直於底座平面向上延伸至固定環頂部。

光源11與透鏡12保持一固定距離D的方式除上述的固定環之外也可使用其他方式達成，例如支架方式(未繪示)，目的皆是使得光源11發出的發散光通過透鏡12後可以成為一近似平行的光線，而此近似平行的光線將通過第一視窗14進入感測腔9；另外，在一實施例中，基板10可以是具有散熱功能的基板，用以將光源11的所產生的熱予以向下傳導移除。

為了檢測到多種毒物，光源11為一種可以發射一特定波長範圍的光線，另外，光源11可為貼片式LED(SMD LED)，但本發明不以此為限，光源11所發出光線為具有特定波長範圍。於一實施例中，該特定波長範圍可包括220~240奈米、250~270奈米、270~290奈米。另外，透鏡12可以為一半球體透鏡，並以塑膠射出成型的方式製作，但本發明不以此為限。在一實施例中，當透鏡12為半球體透鏡且具有一直徑為5mm(ø5mm)時，光源11與透鏡之間的固定距離D設定為介於1.1mm-1.4mm，可以使得光感測器具有最大的感測訊號。

續參照第3A圖及第3B圖，第一容置腔1中還包括防水環(O-ring)20以及外部元件底蓋21，而防水環20配合底蓋21，用以隔絕外部液體進入第一容置腔1，以維持第一容置腔1內的所有元件正常運作內以及保持第一容置腔1內的所有元件的乾燥狀態。

續參照第3A圖，第二容置腔2除了第1圖中的開關按鍵4、USB護蓋5以外，第二容置腔2內部還包括第二視窗15、光感測器16、電路模組17、顯示單元18、以及電池19。其中第二視窗15用以將透過第一視窗14及通過感測腔9的光線導入至第二容置腔2中，並為光感測器16所接收，以便計算光線通過感測腔後吸收度的變化。

第4圖為本揭露之殘留毒物檢測裝置之一實施例的系統架構示意圖。如第4圖所示，系統架構40包括電路模組41、電源模組42及光源/感測模組43。其中，電路模組41至少包括微控制器411及其周邊複數個電路412~416，電源模組42至少包括交流電壓的輸入421、直流電壓的輸出423的功能以及電源轉換器422，光源/感測模組43至少包括光源431及光感測器432。

如第4圖所示，電路模組41可執行多項功能的運算，電路模組41主要功能為藉由感測訊號計算出待測水溶液中殘留毒物之吸收度及吸收度變化量，也就是說，透過光源和光感測器之連續檢測，感測到感測訊號可供電路模組41計算出該待測水溶液中殘留毒物之吸收度，以及透過吸收度的改變量得到吸收度變化量。

有關電路模組41的詳細其他功能與運作，如第4圖所示。電路模組41具有微控制器411(MCU)，微控制器411可包括驅動單元4111、讀取單元4112、記憶單元4113、運算單元4114及傳輸單元4115等，但本發明不以此為限。並依據不同功能提供不同電路，包括充電電路412、傳輸電路413、顯示電路414、類比放大電路415以及光源啟閉電路416，藉此達到電路模組41內部運算、控制、驅動、傳輸、顯示等功能。

進一步來說，微控制器411可透過光源啟閉電路416用以控制光源431之運作，在本實施例中，光源啟閉電路416用以控制光源431；類比放大電路415則連接光感測器432，用以放大來自光感測器之感測訊號；另外，微控制器中的讀取單元4112可用以在固定時間之間隔下讀取來自光感測器的感測訊號；微控制器中的記憶單元4113可用以儲存感測訊號；微控制器中的運算單元4114可用以根據感測訊號以及校正值計算吸收度變化量。在一實施例中，於檢測前可取得一校正值(又稱背景值，可包括電壓或功率等單位)，即在無待測物下得到的感測訊號值。透過下列式(1)將可計算吸收度。吸收度= N * log(檢測值/校正值) 式(1) 其中，N是一可變動數值，檢測值即光感測器檢測時所得到之感測訊號值(可包括電壓或功率等單位)，藉此產生檢測結果；微控制器411中的傳輸單元4115用以傳送檢測結果至顯示單元或其他部外部裝置；外部裝置可為對應設備或者是手機、微電腦、平板、筆電等電子設備；在一實施例中，可透過電源模組42對充電電路412進行直流電壓的輸出。

在一實施例中，如第3A圖所示，顯示單元18可用以顯示檢測結果。例如顯示單元可以LED燈連結導光柱或顯示螢幕以顯示檢測結果在殘留毒物檢測裝置外殼上。除了上述主要構件外，殘留毒物檢測裝置100還包括其他構件，藉以組成具備可無線充電等功能之殘留毒物檢測裝置。另外，殘留毒物檢測裝置100第二容置腔內的電池19，可用以提供第一容置腔內的光源11以及第二容置腔內的光感測器16、電路模組17以及顯示單元18運作時所需電力。在一實施例中，殘留毒物檢測裝置本身第一容置腔1、第二容置腔2、連接架6及防塵蓋8的殼體的材質為防水材質，以達到防水效果，例如金屬、塑膠材質，但發明不以此為限，保護第一容置腔及第二容置腔內的所有元件。

在一實施例中，殘留毒物檢測裝置100之感測腔12為第一容置腔1、第二容置腔2、感測腔護蓋7以及連接架6之間形成的感測腔9，可供待測水溶液於其中流動，其中，感測腔護蓋7上具有複數個孔洞72(如第5A圖所示)。簡言之，待測水溶液由感測腔護蓋7上的複數個孔洞進入感測腔9，同時第一容置腔1中的光源所發出特定波長範圍的光線經過第一視窗14進入感測腔9，特定波長範圍的光線會通過感測腔9，被感測腔9內待測水溶液中殘留毒物之吸收後，造成吸收度產生變化，再通過第二視窗15進入第二容置腔2的光感測器16，得以檢測感測腔9中的待測水溶液中殘留毒物之吸收度變化。

進一步說，當待測水溶液經過感測腔9時，因水溶液中殘留毒物與特定波長範圍之光線會產生反應，造成吸收度產生變化，光感測器會感測最終通過感測腔之特定波長範圍之光線，並產生感測訊號，而產生檢測結果。

殘留毒物檢測裝置100更可包括無線充電模組(未繪示)，其可與外部裝置相配合以進行無線充電，而其所產生之電力可儲存至電池19。

為了執行檢測，光源11和光感測器16可分別設置於感測腔9兩側，即光源11發射之光線會通過感測腔9，並由光感測器16所感測，於本實施例中，光源11和光感測器16為各一個，但本揭露不限制於此，也可分別於第一容置腔及第二容置腔設置複數個光源和相對的光感測器。

第5A圖為本揭露之殘留毒物檢測裝置之一實施例的感測腔護蓋示意圖，如第1圖及第5A圖所示，本實施例之殘留毒物檢測裝置中，感測腔護蓋7主要是當殘留毒物檢測裝置放置到待測水溶液中時，能夠使待測水溶液進入感測腔中，而被殘留毒物檢測裝置所檢測待測水溶液中的毒物殘留狀況，其中感測腔護蓋包括複數個孔洞72，而該些孔洞72可整齊排列或交錯排列。如第5A圖所示，該些孔洞的形狀可以是長方形、圓形、或六角形其中之一，但本發明不以此為限。

第5B圖為本揭露之殘留毒物檢測裝置之一實施例感測腔護蓋的剖面示意圖。如第5B圖所示，為了使待測水溶液能夠順利的通過感測腔護蓋7上的複數個孔洞，順利進入感測腔被檢測，該些孔洞72的任一孔洞在感測腔護蓋7之外表面的第一開口面積A1可大於感測腔護蓋之內表面的第二開口面積A2，利用該些漸擴式孔洞，可以使得待測液進入感測腔9的氣泡能夠加速的移動而被移除，以避免檢測過程中氣泡進入檢測腔9中影響檢測結果。另外，第一容置腔1的第一視窗14及第二容置腔2的第二視窗15在靠近感測腔之一側也都可做表面親水處理，同樣的使得氣泡不易停留在視窗前，用以提高檢測結果。

本揭露係透過感測訊號來計算出待測水溶液中殘留毒物之吸收度變化量，判斷機制可為於待測水溶液之吸收度變化量小於門檻值時增加累計檢測計數之值，俾於該累計檢測計數大於或等於設定值時發出檢測結果。本揭露無需預先知道待測水溶液中毒物的種類，可藉由偵測待測物於水溶液中所產生的待測水溶液之吸收度變化量，即可知道待測水溶液上之殘留毒物的移除效率，因待測水溶液之吸收度會在待測物清洗過程中持續變化，則裝置可持續檢測，直到吸收度變化量小於設定門檻值並且達到一定累計次數，又或是連續次數達到預定次數後，即表示待測物之殘留毒物含量以低於設定標準。

在一實施例中，殘留毒物檢測裝置係透過感測訊號來計算出待測水溶液中殘留毒物之吸收度變化量，參照第3A圖所示，殘留毒物檢測裝置100的顯示單元18可依據吸收度不同以產生不同顏色之顯示，亦即根據待測水溶液之吸收度而產生不同顏色的呈現，例如紅燈、黃燈或綠燈的顯示，可代表目前待測水溶液中的毒物殘留狀態，以讓檢測者直接及簡易的知悉該待測水溶液之檢測狀態。

據此，本揭露檢驗方式簡易，且無須透過含多種毒物資料之龐大資料庫進行比對，故利於一般民眾實施此檢測流程。

請參照第6圖，本揭露的殘留毒物檢測裝置100可放置到一待測水溶液200內，並將檢殘留毒物檢測裝置100放入待測水溶液200下，其中感測腔護蓋以下末入待測水溶液中，讓待測水溶液自然地通過感測腔護蓋流入感測腔中，再利用光源通過具有待測水溶液的感測腔後，再被光感測器所接收，用以持續檢測待測水溶液之殘留毒物吸收度。

綜上所述，本揭露之殘留毒物檢測裝置，係透過光感測機制來檢測水溶液中之殘留毒物的變化量，使用時，殘留毒物檢測裝置可直接置入待測水溶液中，待測水溶液自然流入檢測腔進行檢測，無須耗費電量進行取樣，並將檢測結果透過燈號顯示，可適用於一般家庭檢測，另外，本揭露之殘留毒物檢測裝置藉由結合透鏡及光路設計，可提升光利用率一倍以上，一方面提升檢測極限，另一方面還能藉由透鏡結合貼片式LED的設計，可大幅降低成本，本裝置還具有增加具防水和無線充電能力，更具實用性。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100:殘留毒物檢測裝置 1:第一容置腔 2:第二容置腔 3:開關按鍵 4:充電裝置 5:USB護蓋 6:連接架 7:感測腔護蓋 8:防塵蓋 9:感測腔 10:基板 11、431:光源 12:透鏡 13:固定環 14:第一視窗 15:第二視窗 16、432:光感測器 17、41:電路模組 18:LED顯示單元 19:電池 20:防水環 21:底蓋 200:待測水溶液 40:系統架構 411:微控制器 4111:驅動單元 4112:讀取單元 4113:記憶單元 4114:運算單元 4115:傳輸單元 412:充電電路 413:傳輸電路 414:顯示電路 415:類比放大電路 416:光源啟閉電路 42:電源模組 421:交流電壓的輸入 422:電源轉換器 423:直流電壓的輸出 43:光源/感測模組 72:孔洞 D:距離 A1:第一開口面積 A2:第二開口面積 Θ:傾斜角度

第1圖為本揭露之殘留毒物檢測裝置之一實施例的整體外觀示意圖。第2圖為本揭露之殘留毒物檢測裝置之一實施例的整體外觀示意圖。第3A圖為本揭露之殘留毒物檢測裝置之一實施例的正面剖面示意圖。第3B圖為本揭露之殘留毒物檢測裝置之第一容置腔之細部放大圖圖。第4圖為本揭露之殘留毒物檢測裝置之一實施例的系統架構示意圖。第5A圖為本揭露之殘留毒物檢測裝置之一實施例感測腔護蓋的示意圖。第5B圖為本揭露之殘留毒物檢測裝置之一實施例感測腔護蓋的剖面示意圖。第6圖為本揭露的殘留毒物檢測裝置之一實施例的使用示意圖。

100:殘留毒物檢測裝置

1:第一容置腔

2:第二容置腔

3:開關按鍵

5:USB護蓋

7:感測腔護蓋

10:基板

11:光源

12:透鏡

13:固定環

14:第一視窗

15:第二視窗

16:光感測器

17:電路模組

18:LED顯示單元

19:電池

20:防水環

21:底蓋

Claims

一種殘留毒物檢測裝置，該殘留毒物檢測裝置包括：一第一容置腔，其中該第一容置腔包括：一光源，發射一特定波長範圍之光線，配置於一基板；一透鏡，與該光源具有一第一距離；一第二容置腔，其中該第二容置腔包括：一光感測器，用以接收該波長範圍之光線，獲得一感測訊號；一電路模組，電性連接該光源及該光感測器；一連接架，用以連接該第一容置腔及該第二容置腔；以及一感測腔，位於該第一容置腔、該第二容置腔之間及該連接架之一側，用以容置一待測水溶液，其中該第一容置腔之該光源發射之光線通過該感測腔進入該第二容置腔之該光感測器。
如申請專利範圍第1項所述之殘留毒物檢測裝置，其中該第一容置腔更包括一固定環，該固定環的底部及頂部分別用以固定該光源及該透鏡，以使該光源及該透鏡保持該第一距離。
如申請專利範圍第2項所述之殘留毒物檢測裝置，其中該固定環具有一漏斗型結構。
如申請專利範圍第3項所述之殘留毒物檢測裝置，其中該漏斗型結構之側壁傾斜角度為30^o 。
如申請專利範圍第1項所述之殘留毒物檢測裝置，其中該電路模組透過該感測訊號計算出該待測水溶液中的殘留毒物之吸收度。
如申請專利範圍第1項所述之殘留毒物檢測裝置，其中該電路模組透過該光源和該光感測器模組之連續檢測該感測腔中的該待測水溶液，以計算出該感測腔溶液中殘留毒物之一吸收度變化量。
如申請專利範圍第1項所述之殘留毒物檢測裝置，更包括：一電池，用以提供該光源、該光感測器以及該電路模組所需之電力。
如申請專利範圍第1項所述之殘留毒物檢測裝置，其中該光源及該光感測器模組分別設置於該感測腔與該第一容置腔及該第二容置腔之相對側邊。
如申請專利範圍第1項所述之殘留毒物檢測裝置，更包括：一顯示單元，設置於該第二容置腔之外表面上，依據該吸收度變化量以產生不同顏色之顯示。
如申請專利範圍第1項所述之殘留毒物檢測裝置，其中該第二容置腔更包括一開關按鈕，用以啟動該殘留毒物檢測裝置之運作。
如申請專利範圍第1項所述之殘留毒物檢測裝置，更包括：一感測腔護蓋，用以覆蓋該感測腔。
如申請專利範圍第11項所述之殘留毒物檢測裝置，其中該感測腔護蓋包括複數個孔洞，該些孔洞可整齊排列或交錯排列。
如申請專利範圍第12項所述之殘留毒物檢測裝置，其中該感測腔護蓋之外表面的該些孔洞之第一開口面積大於該護蓋之內表面的該些孔洞之第二開口面積。
如申請專利範圍第12項所述之殘留毒物檢測裝置，其中該些孔洞的形狀為圓形、方形、長方形或六角形。
如申請專利範圍第1項所述之殘留毒物檢測裝置，更包括：一防塵蓋，用以包覆該第一容置腔、該感測腔及該連接架。
如申請專利範圍第1項所述之殘留毒物檢測裝置，其中該第一容置腔更包括一底蓋及一防水環。
如申請專利範圍第1項所述之殘留毒物檢測裝置，其中該光源及該光感測器的數量為複數個。