CN102645544A - 全自动农药残留量检测仪 - Google Patents

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马丽萍
吴永凯
陈小明
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全自动的农药残留量检测方法，自动机械臂和自动加样器相配合，实现酶液、显色剂和底物试剂按照程序设定添加，包括控制器和控制软件模块对机械臂组件、自动加样器组件、旋转式比色盘组件、光电测量模块进行控制并检测；所述机械臂组件包括沿水平弧形绕轴旋转运动和上下垂直运动的机械臂，机械臂的端部设有自动加样器组件加样针，自动加样器将试剂架或试剂盘上不同的试剂通过加样针加入到位于旋转比色盘组件中的比色杯中；自动加样器组件包括管路和由步进马达控制的计量泵加样器，加样器通过管路与机械臂上的加样针相连接；通过机械臂动作将试剂架试剂定量吸起并加入到比色杯中，比色杯中已经预置需要检测的样品，光电测量模块进行检测。

Description

全自动农药残留量检测仪
技术领域
本发明涉及农药残留量检测方法与仪器。
背景技术
现有的农药残留量检测仪，有利用比色法进行检测的仪器。如最常见的是用于检测蔬菜瓜果中的有机磷和氨基甲酯类农药，然而，质量和食品***门检测的样品量大，需要机械化和自动化的农药残留量检测仪，现有产品不能适应质量和食品***门检测的样品量大以及检测要求精确的场合。
自动化线的设有多工位机械臂对产品进行位移，但未有在农药残留量检测仪的应用。
目前现有的农药残留检测仪主要采用LED光源照射反应液，通过光电接收器来测量溶液的吸光度变化，从而计算出抑制率，并以此判断测试样品中有机磷和氨基甲酸酯残留物的含量。采用同样装置，不同的波长可检测包括亚硝酸盐等多种其他食品安全相关指标。实验过程中不可避免的存在加样误差、计时误差，操作繁琐。
现有仪器检测时：酶液、显色剂和底物都需要手工按比例添加到比色杯中，效率低，误差大。要按照试剂说明书要求在不同的时间段加入不同量的各种试剂，为避免交叉污染还需要更换加样器，实验过程中不可避免的存在计时误差，操作繁琐。现有多通道的检测仪由于测量时使用的不是同一个通道，整个光学检测***存在个体差异，无法避免通道间的测量误差。且试剂空白对比和样品检测分时进行，间隔时间长，电源、温度等环境变量都将影响检测结果；没有或者不具备检测比色杯空气空白(或蒸馏水)空白的功能。
发明内容
本发明目的是：提出一种全自动的农药残留量检测方法与仪器，克服现有检测方法和产品的不足，能适应质量和食品***门检测的样品量大以及检测要求精确的场合。
采用同样装置，不同的波长可检测包括亚硝酸盐等多种其他食品安全相关指标。实验过程中不可避免的存在加样误差、计时误差，操作繁琐。
全自动的农药残留量检测方法，自动机械臂和高精度自动加样器相配合，实现酶液、显色剂和底物等试剂自动按照程序设定添加，包括控制器和控制软件模块对机械臂组件、自动加样器组件、旋转式比色盘组件、光电测量模块进行控制检测；所述机械臂组件包括一个控制软件模块连接并控制的沿水平弧形绕轴旋转运动和上下垂直运动的机械臂，机械臂的端部设有自动加样器组件加样针，控制器和控制软件模块控制自动加样器将试剂架或试剂盘上不同的试剂通过加样针加入到位于旋转比色盘组件中的比色杯中；自动加样器组件包括管路和由步进马达控制的计量泵加样器，加样器通过管路与机械臂上的加样针相连接；控制器和控制软件模块控制机械臂动作，到达试剂吸液位置和试剂加液位置时按照程序设定的试剂用量将试剂架或者试剂盘上试剂定量吸起并加入到对应的旋转式比色盘组件比色杯中，比色杯中已经预置需要检测的样品，通过控制器和控制软件模块控制光电测量模块进行检测。旋转式比色盘组件中比色盘能够伸入至恒温(孵育)装置内。本发明尤其是用于有机磷和氨基甲酸酯的残留量的快速检测装置。
试剂空白和样品检测循环进行，且使用同一个光路通道，循环进行，不存在通道差异。试剂空白检测时比色杯的空气(或蒸馏水)的空白，可以在计算测试结果时自动根据空白和样品检测时空白数据(本底)修正样品检测的结果。
现有的农药残留检测仪主要采用LED光源照射反应液，通过光电接收器来测量溶液的吸光度变化，从而计算出抑制率，并以此判断测试样品中有机磷和氨基甲酸酯残留物的含量。旋转式比色盘组件设在恒温(孵育)装置内。
全自动的农药残留量检测装置，有机磷和氨基甲酸酯的残留量的快速检测装置，包括机械臂组件、自动加样器组件、旋转式比色盘组件、光电测量模块、试剂架或者试剂盘、自动加样器组件、光电测量模块进行控制的控制器和控制软件模块；所述机械臂组件包括一个控制软件模块连接并控制的沿水平弧形绕轴旋转运动和上下垂直运动的机械臂，机械臂的端部设有自动加样器组件加样针，控制器和控制软件模块控制自动加样器将试剂架或试剂盘上不同的试剂通过加样针加入到位于旋转比色盘组件中的比色杯中；自动加样器组件包括管路和计量泵加样器，加样器通过管路与机械臂上的加样针相连接；所述机械臂组件包括设有一个控制软件模块连接并控制的沿水平弧形(如圆周弧线)绕轴旋转运动和上下垂直运动的机械臂；通过控制器和控制软件模块控制步进马达，结合机械臂动作，按照程序设定的试剂用量将试剂定量加入到对应的旋转式比色盘组件比色杯中。旋转式比色盘组件比色杯光电测量模块进行控制的控制器和控制软件模块。现有的农药残留检测仪主要采用LED光源照射反应液，通过光电接收器来测量溶液的吸光度变化，从而计算出抑制率，并以此判断测试样品中有机磷和氨基甲酸酯残留物的含量。
本发明的改进是：设有恒温(孵育)装置，恒温(孵育)的温度为25-40℃，典型的如37℃的恒温(孵育)装置，减少环境温度变化对测试结果的影响，同时可加快反应速度，提高检测效率。旋转式比色盘组件中比色盘能够伸入至恒温(孵育)装置内。
本发明有益效果是：通过自动机械臂和高精度自动加样器相配合，实现酶液、显色剂和底物等试剂自动按照程序设定添加，大幅度降低加样误差，降低工作量，提高效率。可根据程序设定，仪器自动选择需要添加的不同试剂，计时精确，并带有加样针自动清洗装置，每次加样后自动清洗，避免或减少交叉污染。本发明带有恒温孵育装置，减少环境温度变化对测试结果的影响，同时可加快反应速度，提高检测效率。试剂空白和样品检测循环进行，减小环境变量的影响。使用同一个光路通道，循环进行，不存在通道差异。自动检测比色杯的空气(或蒸馏水)的空白，并在计算测试结果时自动根据空白数据修正结果。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明机械臂组件、旋转式比色盘组件放大图。
具体实施方式
通过控制软件模块1控制本发明的工作，有多种方式进行控制：如机械臂组件控制自动加样式逐格(逐个比色杯，步进电机带动)对旋转式比色盘设有多个放置10mm标准容积的方形比色杯内加样，加量通过加样器控制。自动测试的过程是：旋转式比色盘组件的一组420个比色杯在机械臂组件绕轴旋转运动添加的范围内，由机械臂组件步进电机带动控制自动加样在逐格即逐个比色杯，对设有4-20个放置10mm标准容积的方形比色杯内加样，加量通过加样器控制。加完后由旋转式比色盘组件旋转后相邻的一组4-20个比色杯，前一组4-20只方形比色杯恒温装置内进行依次测量。
机械臂组件3：包括绕轴旋转运动和上下垂直运动的机械臂的二维控制装置，采用常规的二维舵机或二维度的伺服电机或步进电机对机械臂进行控制，加样时控制机械臂带动加样器旋转、下降(到位后自动加样器工作、吸液)，加样后退出时上升、旋转；机械臂的端部设有加样针也相应旋转、下降；机械臂装置和高精度自动加样器(如计时方式或自动计量泵入量)相配合，实现酶液、显色剂和底物的自动按比例添加到提取液中与现有的农药残留检测仪的最明显的区别。
试剂置于旋转式比色盘组件4：旋转式比色盘设有多个可供放置10mm标准方形比色杯的位置，均安置于园盘位置，由控制软件模块控制步进马达作圆周旋转，每个比色杯在一定时间内通过光电测量通道，由光电测量模块实现对比色杯中的溶液吸光度进行测量(比色)。
自动测试的过程是：旋转式比色盘组件的一组n个(例如十个)比色杯在机械臂组件绕轴旋转运动添加的范围内，由机械臂组件控制自动加样式逐格(逐个比色杯，步进电机带动)对设有10个放置10mm标准容积的方形比色杯内加样，加量通过加样器控制。
加完后由旋转式比色盘组件旋转后相邻的一组n个(例如十个)比色杯，前一组十只方形比色杯恒温(孵育)装置内可以进行依次测量，再从事上述过程。
另一种方式是，机械臂的加液位置不动，依次将需要的试剂添加到此位置的比色杯中，加完后，比色盘组件旋转一格，加相邻的后一只比色杯，在先的比色杯旋转地恒温(孵育)装置内可以进行依次测量。
弧形试剂架2(或圆形试剂盘)，本装置设有一个弧形的试剂架或圆形试剂盘，
1、弧形试剂架上设有多个试剂瓶位置，试剂瓶的开口位于机械臂的圆弧运动轨迹上(固定位置不动弹)，通过机械臂的旋转到对应位置，加样针向下运动进入试剂瓶，随即自动加样器开始工作以吸取试剂，通过程序控制机械臂旋转不同的角度，可以选择吸取不同的试剂瓶内的试剂；
2、圆形试剂盘上设有多个试剂瓶位置，试剂盘由步进马达驱动，可做圆周旋转运动，通过计算机控制步进马达将装有需要吸取的某一种试剂的试剂瓶旋转到与机械臂圆形运动轨迹的交叉点，机械臂也旋转到此位置并向下运动使加样针进入试剂瓶，随即自动加样器开始工作以吸取试剂。
温控孵育槽5：本装置在比色盘下部设有圆形的温控孵育U槽，通过温控电路和发热模块可以快速实现在37度的恒温状态，以保证比色杯中的溶液全部是在37度的环境下进行化学反应，避免环境温度对测量的影响。
光电测量模块6：可采用现有的LED光源照射反应液，通过光电接收器来测量溶液的吸光度变化，从而计算出抑制率；另一方案是：光电测量模块主要由光源、滤光片、光学透镜以及光电感应器组成，由光源、滤光片和光学透镜来获得中心波长为412nm的单色光束，当旋转比色盘旋转时，光束投射到比色杯上，计算机通过采集光电感应器上的信号来测定比色杯中溶液的吸光度。
本发明控制软件模块基于PC和微软windows平台的软件，本仪器主机通过RS232接口(或者usb接口)与PC电脑相连接，通过运行并设定软件参数来控制仪器、采集数据以及计算并打印测试结果。
全自动农药残留检测仪的流程和检测实施例(包括配套试剂)说明：
1、试剂配制及保存
2、样品提取液的处理
取2g果蔬样品(块茎类取4g)剪成1cm左右见方碎片，放入小烧杯(或取样瓶)中；加入10mL缓冲液，振荡1～2min，倒出提取液，静置2min待测。
3、测试
对照测试：于比色杯中加入2.5mL缓冲液，再分别加入100μL显色剂和酶液，混匀，37℃下放置15min后加入100μL底物，摇匀并立即倒入比色杯中，测试3min的吸光度变值ΔA0。
样品测试：于比色杯中加入2.5mL待测样品液，再分别加入100μL显色剂和酶液，混匀，37℃下放置15min后加入100μL底物，摇匀并立即倒入比色杯中，测试3min的吸光度变化值ΔAt。
4、结果判定：
A、按以下表达式计算出抑制率：抑制率(％)＝[(ΔA0-ΔAt)/ΔA0]×100
B、若样品抑制率≥50％，表示被测果蔬农残超标，为阳性结果。
C、阳性结果的样品建议做2次以上重复检测，多次检测仍呈阳性需用气相色谱等仪器做进一步确认。
参数设定和工作流程简单说明
(一)开机后在控制软件中设定好参数
1、设定显色剂、底物和胆碱酯酶的试剂位置(一般为R1，R2，R3位置)
2、设定“对照品”位置(一般设定在比色盘的B1位置)
3、设定待测样品数(根据实际需要检测的数量n，对应反应盘的S1-Sn位置，)
4、其他需要设定的参数：
A、孵育时间：待测样品加入底物和显色剂后的恒温孵育时间。
B、延迟时间：比色杯中加入酶试剂后到第一次测定吸光度的时间。
C、测定时间间隔：同一比色杯每次测定吸光度的间隔时间(一般为20秒)。
D、测定时间总长：测定整个吸光度变化的反应时间(一般为180秒)。
E、对照和样品量：比色杯中加入的对照品或者样品的容量(一般为2500微升)。
F、显色剂用量：比色杯中加入的显色剂用量(一般为100微升)。
G、底物用量：比色杯中加入的底物用量(一般为100微升)。
H、胆碱酯酶用量：比色杯中加入的胆碱酯酶用量(一般为100微升)。
J、酶抑制率判定标准：判定阳性样品的酶抑制率阈值(一般为50％)。
(二)放置试剂和样品
1、将各种试剂按照在控制软件中设定的参数放入对应位置。
2、将装有2500ul空白缓冲液的比色杯放在设定好的对照品位置。
3、将需要检测的所有待测样品液吸取2500ul加入到每个比色杯中，将所有比色杯放到比色盘的对应位置。
(三)开始检测
1、试剂和样品放置完毕后点击“开始检测”。
2、软件会控制仪器自动按照预先设定的用量在每个比色杯中先添加底物和显色剂。
3、仪器自动计算在比色杯中加入底物和显色剂后的孵育时间，并保持恒温孵育。
4、孵育结束后仪器自动在每个比色杯中加入定量的胆碱酯酶试剂，每加样一次比色盘旋转一周，光电比色模块自动记录每一个比色杯的吸光度数据。
5、完成全部加样后，仪器按照设定的分析时间记录所有检测数据，并根据这些数据计算出单位时间的吸光度变化值及酶抑制率等数据，并判断样品是否为阳性。
上述过程可以试剂空白和样品检测循环进行(选择若干比色杯为空或蒸馏水)，且使用同一个光路通道，循环进行，不存在通道差异。试剂空白检测时比色杯的空气(或蒸馏水)的空白，可以在计算测试结果时自动根据空白和样品检测时空白数据(本底)修正样品检测的结果。

Claims (10)

1.全自动的农药残留量检测方法，其特征是自动机械臂和自动加样器相配合，实现酶液、显色剂和底物试剂按照程序设定添加，包括控制器和控制软件模块对机械臂组件、自动加样器组件、旋转式比色盘组件、光电测量模块进行控制并检测；所述机械臂组件包括一个控制软件模块连接并控制的沿水平弧形绕轴旋转运动和上下垂直运动的机械臂，机械臂的端部设有自动加样器组件加样针，控制器和控制软件模块控制自动加样器将试剂架或试剂盘上不同的试剂通过加样针加入到位于旋转比色盘组件中的比色杯中；自动加样器组件包括管路和由步进马达控制的计量泵加样器，加样器通过管路与机械臂上的加样针相连接；通过控制器和控制软件模块控制机械臂动作，到达试剂吸液位置和试剂加液位置时按照程序设定的试剂用量将试剂架或者试剂盘上试剂定量吸起并加入到对应的旋转式比色盘组件比色杯中，比色杯中已经预置需要检测的样品，通过控制器和控制软件模块控制光电测量模块进行检测。
2.根据权利要求1所述的全自动的农药残留量检测方法，其特征是旋转式比色盘组件中比色杯能够伸入至恒温装置内。
3.根据权利要求1所述的全自动的农药残留量检测方法，其特征是用于有机磷和氨基甲酸酯的残留量的快速检测装置。
4.根据权利要求1所述的全自动的农药残留量检测方法，其特征是自动测试的过程是：旋转式比色盘组件的一组4-20个比色杯在机械臂组件绕轴旋转运动添加的范围内，由机械臂组件步进电机带动控制自动加样在逐格即逐个比色杯，对设有4-20个放置10mm标准容积的方形比色杯内加样，加量通过加样器控制；加完后由旋转式比色盘组件旋转后相邻的一组4-20个比色杯，前一组4-20只方形比色杯恒温装置内进行依次测量。
5.根据权利要求1所述的全自动的农药残留量检测方法，其特征是机械臂的加液位置不动，依次将需要的试剂添加到此位置的比色杯中，加完后，比色盘组件旋转一格，加相邻的后一只比色杯，在先的比色杯旋转地恒温装置内进行依次测量。
6.根据权利要求1所述的全自动的农药残留量检测方法，其特征是试剂空白和样品检测循环进行，且使用同一个光路通道，循环进行，不存在通道差异；试剂空白检测时比色杯的空气或蒸馏水的空白，能够在计算测试结果时自动根据空白和样品检测时空白数据修正样品检测的结果。
7.全自动的农药残留量检测装置，其特征是包括机械臂组件、自动加样器组件、旋转式比色盘组件、光电测量模块、试剂架或者试剂盘、自动加样器组件、光电测量模块进行控制的控制器和控制软件模块；所述机械臂组件包括一个控制软件模块连接并控制的沿水平弧形绕轴旋转运动和上下垂直运动的机械臂，机械臂的端部设有自动加样器组件加样针，控制器和控制软件模块控制自动加样器将试剂架或试剂盘上不同的试剂通过加样针加入到位于旋转比色盘组件中的比色杯中；自动加样器组件包括管路和计量泵加样器，加样器通过管路与机械臂上的加样针相连接；按照程序设定的试剂用量将试剂定量加入到对应的旋转式比色盘组件比色杯中；旋转式比色盘组件比色杯光电测量模块进行控制的控制器和控制软件模块。
8.根据权利要求7所述的全自动的农药残留量检测装置，其特征是试剂置于旋转式比色盘组件：旋转式比色盘设有多个可供放置10mm标准方形比色杯的位置，均安置于园盘位置，由控制软件模块控制步进马达作圆周旋转，每个比色杯在一定时间内通过光电测量通道，由光电测量模块实现对比色杯中的溶液吸光度进行测量（比色）。
9.根据权利要求7所述的全自动的农药残留量检测装置，其特征是试剂架或者试剂盘分别为弧形试剂架或圆形试剂盘。
10.根据权利要求7所述的有机磷和氨基甲酸酯的残留量的快速检测装置，其特征是设有37度的恒温装置，旋转式比色盘组件设在恒温装置内。
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