一種定量檢測果蔬中農藥殘留的快速檢測儀的製作方法
2024-04-04 08:05:05
一種定量檢測果蔬中農藥殘留的快速檢測儀的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種定量檢測果蔬中農藥殘留的快速檢測儀，屬於農產品安全檢測【技術領域】。本發明所公開的快速檢測儀由乙醯膽鹼酯酶傳感器三電極系統，信號檢測與處理系統，顯示與列印存儲系統，供電系統組成。在檢測儀的微處理器中植入果蔬農藥種類及國家農藥殘留限量資料庫、有機磷和氨基甲酸酯農藥標準曲線資料庫及BP神經網絡算法。利用BP神經網絡將測定值與存儲單元存儲的常用的有機磷和氨基甲酸酯類農藥標準曲線資料庫進行比較，定量的確定含有何種農藥及是否超標等信息。本發明所提供的快速檢測儀可實現農藥殘留的定性定量檢測，具有攜帶方便、檢測快速準確、操作簡單的特點，適用於對果蔬中農藥殘留的現場快速檢測。
【專利說明】一種定量檢測果蔬中農藥殘留的快速檢測儀
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種定量檢測果蔬中農藥殘留的快速檢測儀，屬於農產品安全檢測【技術領域】。
技術背景
[0002]現在生產領域中應用的農藥種類已經達到100多種，對農業保持豐收增產起到了很大的作用，其已成為一種重要的生產資料。伴隨著改革開放的深入進行，在一些常熟地區，農藥事業的發展速度很快。因農業機械化正在不斷推進，農藥的大面積使用是不可缺少的。但因農藥的不合理的使用，造成了諸多的環境問題，如農田生態系統被破壞等。農藥的大量使用，在保證了糧食等農作物大量穩產的同時，也帶來了諸多的環境問題。在植物、土壤和水體中殘留的農藥有兩種殘存的形式:第一種保持原有的化學結構；第二種以化學轉化後的產物或被生物降解產物的形式殘存。因此，農藥殘留問題不容忽視。
[0003]目前農藥殘留分析的主要方法是氣相色譜儀、液相色譜儀、氣質聯用儀、液質聯用儀等，這些方法雖然分析精度高，定量準確，但其樣品的前處理複雜、檢測耗時長、成本高、需要技術熟練的操作人員。我國農藥殘留的速測方法是酶抑制試紙法和酶抑制分光光度法(農殘快速檢測儀)，可以實現有機磷農藥及氨基甲酸酯類農藥的現場快速檢測，具有較好的實用價值。速測卡是通過肉眼觀察卡片的顏色變化，因此一般只能用於嚴重超標的蔬菜樣品進行定性測量。酶抑制分光光度法的應用也比較廣泛，國內已有多種農藥殘留速測儀均是基於此原理。分光光法的原理是基於吸光度的變化進行檢測的，但蔬菜水果中大量的色素會對分光光度法造成很大的影響，導致檢測結果的不準確。並且上述方法存在回收率低、錯檢、漏檢比例較高、重複性差、難以滿足低殘留和定量檢測的要求等缺點。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於針對現有技術的不足，提供一種可定量檢測果蔬中農藥殘留的快速檢測儀，具有攜帶方便、檢測快速準確、操作簡單、可定性定量測定果蔬中是否含有農藥殘留、具體濃度和是否超標等信息。採取如下的技術方案:
一種定量檢測果蔬中農藥殘留的快速檢測儀，包含乙醯膽鹼酯酶傳感器三電極系統，信號檢測與處理系統，顯示與列印存儲系統，供電系統組成，在檢測儀的內部的微處理器中植入果蔬農藥種類及國家農藥殘留限量資料庫，有機磷和氨基甲酸酯農藥標準曲線資料庫和BP神經網絡算法，檢測儀利用BP神經網絡將測定值與存儲單元存儲的常用的有機磷和氨基甲酸酯類農藥標準曲線資料庫進行比較，定性確定樣品所含農藥種類和是否超標，並定量超標農藥的濃度；
所述乙醯膽鹼酯酶傳感器三電極系統，由固定有乙醯膽鹼酯酶工作電極、飽和甘汞參比電極和鉬對電極組成，將採集到的含有農藥前後的電流信號傳送給信號檢測與處理系統；
所述乙醯膽鹼酯酶傳感器的製備方法，步驟如下: 1)在50mL乙酸溶液中加入0.1g殼聚糖製備成0.2%殼聚糖溶液，在4mL 0.2%殼聚糖溶液中加入Img 二氧化錫和3mg躲避碳納米管，25°C水中超聲震蕩30min後，獲得多壁碳-二氧化錫-殼聚糖納米複合膜；
2)取2.5 μ L製備好的多壁碳-二氧化錫-殼聚糖納米複合膜滴塗到預處理好的金電極表面，常溫靜置lh，用pH7.5的磷酸鹽緩衝溶液衝洗電極表面；
3)電極表面晾乾後，取2.5 μ L的乙醯膽鹼酯酶滴塗在電極表面，4°C下靜置2h，然後用PH7.5的磷酸鹽緩衝溶液衝洗表面，氮氣吹乾；
4)取2.5 μ L 0.5%的Nafion保護膜滴塗在電極表面，常溫下靜置1.5h，然後用pH7.5的磷酸鹽緩衝溶液衝洗表面，氮氣吹乾；
所述信號檢測與處理系統，由微弱信號檢測與處理電路，A/D轉換晶片和單片機組成，微弱信號檢測與處理電路將採集而來的微弱電流信號進行I/V轉換，放大，濾波後經A/D晶片轉換後將數字量信號送入單片機進行程序處理；
所述顯示與存儲列印系統，由微型印表機，顯示屏和存儲單元組成並由單片機對其進行統一編程控制，顯示屏將殘留農藥濃度、抑制度顯示出來，數據存儲於存儲單元中以便用戶及時查看和進行數據分析，微型印表機將數據進行列印輸出；
所述供電系統，含有恆電位電路為工作電極與參比電極提供500mV的穩定工作電壓；所述果蔬農藥種類及限量資料庫，是根據GB2763-2012中規定的食品中農藥最大殘留限量建立，並事先植入於檢測儀的微處理器中；
所述有機磷和氨基甲酸酯類農藥標準曲線資料庫，是通過加標法測定建立，並事先植入於檢測儀的微處理器中；
所述檢測儀內部的微處理器中植入BP神經網絡算法，利用BP神經網絡將測定值與存儲單元存儲的常用的有機磷和氨基甲酸酯類農藥標準曲線資料庫進行比較，定性確定樣品所含農藥種類和是否超標，並定量超標農藥的濃度。
[0005]一種利用權利要求1所述快速檢測儀的檢測方法的步驟如下:
1)選擇要檢測蔬菜的種類，然後將乙醯膽鹼酯酶生物傳感器工作電極放入含農藥的測試底液中，測得不含農藥時的電流I1,即抑制前電流，或者採用系統中設定的默認值；
2)將乙醯膽鹼酯酶生物傳感器工作電極取出，用蒸餾水衝洗，然後將工作電極放入待測樣品液中孵育lOmin，再次用蒸餾水衝洗，然後將工作電極放入測試底液中，測得抑制後電流I2 ;
3)運行檢測程序，檢測儀根據計算公式自動計算出抑制率；
4)檢測儀根據步驟I)中選定的蔬菜種類，與農藥種類及限量資料庫和標準曲線資料庫進行比對計算，確定農藥殘留是否超標及濃度。
[0006]所述方法步驟I)中所述測試底液為含有1.0 mM氯化硫代乙醯膽鹼的pH7.5磷酸鹽緩衝溶液。
[0007]所述方法步驟2)中所述待測樣品的預處理方法為:選取蔬菜或水果樣品，用潮溼的抹布將蔬菜表面的泥土擦拭乾淨，切碎成2cm見方碎片，取樣品2g，放入提取瓶中，加入IOml磷酸鹽緩衝液,放入超聲提取儀,超聲提取3min,倒出提取液靜置2min,備用。
[0008]所述方法步驟3)中所述計算公式為:1 %=( I1-12)/ I1 X 100%。
[0009]所述快速檢測儀用於水果蔬菜農藥殘留的現場快速檢測。[0010]本發明一種定量檢測果蔬中農藥殘留的快速檢測儀的檢測原理及檢測過程為:乙醯膽鹼酯酶傳感器的三電極系統將乙醯膽鹼酯酶生物傳感器接觸農藥前後導致乙醯膽鹼酯酶活性受到抑制，進而使乙醯膽鹼酯酶催化底物產生的電流減少，通過檢測電路將乙醯膽鹼酯酶生物傳感器產生的電流信號進行採集，檢測電路將採集而來的微弱電流信號進行Ι/v轉換，放大，濾波，A/D轉換最終將數字量信號送入單片機進行程序處理。用戶在檢測儀上輸入蔬菜水果的種類信息，檢測儀就可確定可能使用農藥的種類，根據檢測儀測定的接觸農藥前後乙醯膽鹼酯酶催化底氯代乙醯膽鹼產生電流變化，計算酶活性的抑制率，對應農藥的標準曲線資料庫來確定農藥的種類及濃度是否超標等相關信息。
[0011]本發明的有益效果:
本申請在檢測儀的存儲單元中，加入了果蔬中常用農藥的種類及國家農藥殘留限量標準資料庫，果蔬中常用的有機磷和氨基甲酸酯農藥標準曲線資料庫。利用BP神經網絡將測定值與存儲單元存儲的常用的有機磷和氨基甲酸酯類農藥標準曲線資料庫進行比較，定量的確定含有何種農藥及是否超標等信息。本發明解決了現有的農藥殘留檢測儀只能定性測量的缺陷。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明一種定量檢測果蔬中農藥殘留的快速檢測儀的結構框圖。
[0013]圖2為本發明三電極與恆電位電路及A/D轉換前期處理電路。
【具體實施方式】
[0014]本發明的一種可檢測果蔬中多種農藥殘留的快速檢測儀由乙醯膽鹼酯酶生物傳感器構成的三電極系統，信號檢測與處理系統，顯示與列印存儲系統，供電系統組成。供電系統中的恆電位電路向工作電極與參比電極之前提供500mV的穩定工作電壓。在測試底液中加入一定濃度的氯代乙醯膽鹼底物，通過測定接觸農藥前後工作電極與對電極之間產生的電流的變化對應的測定接觸農藥的濃度等信息。信號檢測電路將工作電極與對電極之間產生的微弱電流信號進行採集；信號檢測與處理系統將採集而來的微弱電流信號進行I/V轉換，放大，濾波，A/D轉換最終將數字量信號送入單片機進行處理；顯示與列印存儲系統將殘留的農藥濃度、抑制度等參數顯示出來，並將數據存儲下來以便用戶及時查看和進行數據分析。本發明的檢測儀內含微型印表機，可以將數據進行相應的列印輸出。信號檢測與處理系統內部的單片機對顯示與列印存儲系統統一進行編程控制。
[0015]本發明中，檢測電路中的恆電位電路為三電極系統電流/電壓轉化檢測電路提供穩定的工作電壓，圖2為恆電位儀電路的一個實施例，由一個雙路運算放大器UlOTLC272CP和R44, R46, R4, C35, C16, R48構成。運放B的引腳6和7相連與A的3腳相連，A的2腳與三電極體系的工作電極相連並連上了 C16，增強抗幹擾能力，R48是作為反饋電阻在放大器A上，B的5管腳外接一個電位器R46，由正5V供電激勵，R44，R46, R4通過電壓分壓供給500mv電壓給與B的5管腳形成恆電位電路，初始電壓為500mv.運放A和的引腳8接+5V電源，引腳4接-5V，U9 TLC272CP的運放B引腳7與引腳6直接相連作為電壓跟隨器，ADE引腳3與B的引腳5相連接，共同接地，起到抗幹擾的作用。A的引腳2直接與三電極體系的參比電極相連接，引腳I直接與三電極體系的輔助電極相連接，之間連接電容14，目的是起隔離電路的作用，同時能提高帶負載的能力，因此U9和UlO共同構成了生物傳感器的三電極體系，所用檢測端由這裡引出，採集與檢測電化學反應產生的微弱電流信號。
[0016]為實現以上功能，本發明的一種可檢測果蔬中多種農藥殘留的快速檢測儀的乙醯膽鹼酯酶生物傳感器的製備工藝如下:(I)在工作電極表面修飾一層多壁碳-二氧化錫-殼聚糖納米複合膜，多壁碳-二氧化錫-殼聚糖納米複合膜的製備過程如下:在50mL乙酸溶液中加入0.1g殼聚糖製備成0.2%殼聚糖溶液。在4mL 0.2%殼聚糖溶液中加入Img二氧化錫、3mg多壁碳納米管，25°C水中超聲震蕩30分鐘，則多壁碳-二氧化錫-殼聚糖納米複合膜製備成功。(2)取2.5 μ L製備好的多壁碳-二氧化錫-殼聚糖納米複合膜滴塗在預處理好的金工作電極表面，常溫下靜置lh，用ρΗ7.5的磷酸鹽緩衝液衝洗電極表面；(3)電極表面晾乾後，取2.5μ L乙醯膽鹼酯酶滴塗在電極表面，4°C下靜置2h，然後用pH7.5的磷酸鹽緩衝液衝洗表面，氮氣吹乾；(4)取2.5 μ L0.5%Nafion保護膜滴塗在電極表面，常溫下靜置1.5h，然後用pH7.5的磷酸鹽緩衝液衝洗表面，氮氣吹乾。 [0017]本發明的一種可檢測果蔬中多種農藥殘留的快速檢測儀的樣品處理方法如下:選取有代表性的蔬菜和水果樣品，用潮溼的抹布將蔬菜表面的泥土擦拭乾淨，切碎成2cm左右的見方碎片，取樣品2g，放入提取瓶中，加入IOml磷酸鹽緩衝液，放入超聲提取儀，超聲提取3分鐘，倒出提取液靜置2min，備用即可。
[0018]為實現以上功能，本發明的一種可檢測果蔬中多種農藥殘留的快速檢測儀的檢測過程如下:首先，將製備好的乙醯膽鹼酯酶生物傳感器放入不含農藥的測試底液中，測得不含農藥時的電流I1，即抑制前電流(抑制前電流也可以採用系統中設定的默認值)；之後將乙醯膽鹼酯酶生物傳感器工作電極取出，用蒸餾水衝洗後，將乙醯膽鹼酯酶生物傳感器的工作電極放入待檢測樣品液中孵育10分鐘，再次用蒸餾水衝洗，然後將乙醯膽鹼酯酶生物傳感器的工作電極放入測試底液中，測得抑制後的電流I2 ;通過檢測儀上運行的檢測程序自動計算出抑制率(1%)，計算公式如下:
I%=( I1-12)/ I1 X 100%
通常如果檢測溶液中含有農藥，由於乙醯膽鹼酯酶與農藥接觸後，酶的活性受到抑制而降低，導致電流I2明顯小於I115 I1與I2的差值愈大則抑制率愈大，表明檢測溶液中農藥殘留的濃度愈高；I1與I2的差值愈小則抑制率愈小，表明檢測溶液中農藥殘留的濃度愈低。由於根據GB2763-2012中規定的食品中農藥最大殘留限量的國家標準，在檢測儀數據存儲器中植入了常用蔬菜水果中對農藥殘留的限量，因此用戶可在農藥殘留測定時，先輸入蔬菜水果的種類，根據蔬菜水果的種類，檢測儀就可確定對應常用農藥的種類及農藥最大殘留限量。同時在檢測儀數據存儲單元中植入了事先通過加標法測定建立的各種農藥的標準曲線資料庫。根據不同蔬菜可能使用的農藥的種類，對應相應農藥的標準曲線，確定農藥的濃度及是否超標等信息。
[0019]本發明的一種可檢測果蔬中多種農藥殘留的快速檢測儀檢測過程實施例:首先，按照上述的蔬菜樣品的處理方法獲取樣品液。將檢測儀置於工作狀態，按下儀器開關鍵，系統初始化後進入首頁，顯示屏旁邊有蔬菜種類選擇鍵、檢測按鈕、復位、列印和存儲等按鍵。在空白樣品的情況下，連續按下檢測按鈕，進行檢測儀自校準，顯示兩次測量結果的抑制率小於5%，說明檢測儀工作正常，可以開始正常檢測。在進行蔬菜樣品檢測前先選擇蔬菜的種類，然後將固定好乙醯膽鹼酯酶的生物傳感器放入測試底液中，將鱷魚夾分別加緊三電極系統對應的三個電極上。第一次點擊檢測按鈕，開始檢測並顯示讀數I1;之後將乙醯膽鹼酯酶生物傳感器工作電極取出，用蒸餾水衝洗後，將乙醯膽鹼酯酶生物傳感器的工作電極放入待檢測樣品液中孵育10分鐘，再次用蒸餾水衝洗，然後將乙醯膽鹼酯酶生物傳感器的工作電極放入測試底液中，第二次點擊檢測按鈕，顯示結果I2 ;點擊列印，列印結果並保存。通過兩個電流數據自動計算該樣品液對固定化酶的活性抑制率。根據植入的農藥殘留的最大限量標準和標準曲線資料庫確定農藥的種類及濃度，按下列印鍵，將前後兩次檢測的農藥抑制率、農藥種類及檢測濃度的數據進行列印輸出。
[0020]本發明的一種可檢測果蔬中多種農藥殘留的快速檢測儀，操作工藝簡單，檢測時間較短，可實現農藥殘留的定性定量測量，具有靈敏度高，穩定性好、重現性好等優點，符合我國農藥殘留快速檢測技術發展和國際化要求。
【權利要求】
1.一種定量檢測果蔬中農藥殘留的快速檢測儀，其特徵在於，包含乙醯膽鹼酯酶傳感器三電極系統，信號檢測與處理系統，顯示與列印存儲系統，供電系統組成，在檢測儀的內部的微處理器中植入果蔬農藥種類及國家農藥殘留限量資料庫，有機磷和氨基甲酸酯農藥標準曲線資料庫和BP神經網絡算法，檢測儀利用BP神經網絡將測定值與存儲單元存儲的常用的有機磷和氨基甲酸酯類農藥標準曲線資料庫進行比較，定性確定樣品所含農藥種類和是否超標，並定量超標農藥的濃度； 所述乙醯膽鹼酯酶傳感器三電極系統，由固定有乙醯膽鹼酯酶工作電極、飽和甘汞參比電極和鉬對電極組成，將採集到的含有農藥前後的電流信號傳送給信號檢測與處理系統； 所述乙醯膽鹼酯酶傳感器的製備方法，步驟如下: 在50mL乙酸溶液中加入0.1g殼聚糖製備成0.2%殼聚糖溶液，在4mL 0.2%殼聚糖溶液中加入Img 二氧化錫和3mg躲避碳納米管，25°C水中超聲震蕩30min後，獲得多壁碳-二氧化錫-殼聚糖納米複合膜； 取2.5 μ L製備好的多壁碳-二氧化錫-殼聚糖納米複合膜滴塗到預處理好的金電極表面，常溫靜置lh，用pH7.5的磷酸鹽緩衝溶液衝洗電極表面； 電極表面晾乾後，取2.5μ L的乙醯膽鹼酯酶滴塗在電極表面，4°C下靜置2h，然後用PH7.5的磷酸鹽緩衝溶液衝洗表面，氮氣吹乾； 取2.5 μ L 0.5%的Nafion保護膜滴塗在電極表面，常溫下靜置1.5h，然後用pH7.5的磷酸鹽緩衝溶液衝洗表面，氮氣吹乾； 所述信號檢測與處理系統，由微弱信號檢測與處理電路，A/D轉換晶片和單片機組成，微弱信號檢測與處理電路將採集而來的微弱電流信號進行I/V轉換，放大，濾波後經A/D晶片轉換後將數字量信號送入單片機進行程序處理； 所述顯示與存儲列印系統，由微型印表機，顯示屏和存儲單元組成並由單片機對其進行統一編程控制，顯示屏將殘留農藥濃度、抑制度顯示出來，數據存儲於存儲單元中以便用戶及時查看和進行數據分析，微型印表機將數據進行列印輸出； 所述供電系統，含有恆電位電路為工作電極與參比電極提供500mV的穩定工作電壓；所述果蔬農藥種類及限量資料庫，是根據GB2763-2012中規定的食品中農藥最大殘留限量建立，並事先植入於檢測儀的微處理器中； 所述有機磷和氨基甲酸酯類農藥標準曲線資料庫，是通過加標法測定建立，並事先植入於檢測儀的微處理器中； 所述檢測儀的內部的微處理器中植入BP神經網絡算法，利用BP神經網絡將測定值與存儲單元存儲的常用的有機磷和氨基甲酸酯類農藥標準曲線資料庫進行比較，定性確定樣品所含農藥種類和是否超標，並定量超標農藥的濃度。
2.一種利用權利要求1所述快速檢測儀的檢測方法，其特徵在於，步驟如下: 選擇要檢測蔬菜的種類，然後將乙醯膽鹼酯酶生物傳感器工作電極放入含農藥的測試底液中，測得不含農藥時的電流I1，即抑制前電流，或者採用系統中設定的默認值； 將乙醯膽鹼酯酶生物傳感器工作電極取出，用蒸餾水衝洗，然後將工作電極放入待測樣品液中孵育lOmin，再次用蒸餾水衝洗，然後將工作電極放入測試底液中，測得抑制後電流I2 ;運行檢測程序，檢測儀根據計算公式自動計算出抑制率； 檢測儀根據步驟I)中選定的蔬菜種類，與農藥種類及限量資料庫和標準曲線資料庫進行比對計算，確定農藥殘留是否超標及濃度。
3.權利要求2所述方法，其特徵在於，步驟1)中所述測試底液為含有1.0 mM氯化硫代乙醯膽鹼的PH7.5磷酸鹽緩衝溶液。
4.權利要求2所述方法，其特徵在於，步驟2)中所述待測樣品的預處理方法為:選取蔬菜或水果樣品，用潮溼的抹布將蔬菜表面的泥土擦拭乾淨，切碎成2cm見方碎片，取樣品2g，放入提取瓶中，加入1Oml磷酸鹽緩衝液，放入超聲提取儀，超聲提取3min，倒出提取液靜置2min,備用。
5.權利要求2所述方法，其特徵在於，步驟3)中所述計算公式為:
I %=( I1-12)/ I1 X 100%。
6.權利要求1 所述快速檢測儀用於水果蔬菜農藥殘留的現場快速檢測。
【文檔編號】G01N27/26GK103940866SQ201410142977
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月10日 優先權日:2014年4月10日
【發明者】郭業民, 孫霞, 王相友, 劉君峰, 趙國 申請人:山東理工大學