CN104614350A - 一种用于黄曲霉素的检测装置 - Google Patents

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赵春江
赵贤德
董大明
李文龙
张石锐
矫雷子
吴文彪
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Abstract

本发明涉及食品检测技术领域，具体涉及一种用于黄曲霉素的检测装置。该检测装置包括裸纤探头、传输部件、光源、光电检测器、驱动调理模块、手柄、显示屏和核心电路板；所述裸纤探头通过传输部件与光源及光电检测器连接，所述裸纤探头用于激发黄曲霉素分子产生荧光，并将荧光传递至光电检测器中；所述光电检测器用于将荧光转化为光电信号，且通过驱动调理模块将光电信号传至核心电路板中进行数据分析；所述显示屏用于显示分析结果。该检测装置具有小型化及便携式的特点，利于质检人员进行快速测量，且检测精度、准确度和检测限都优于常规检测设备。

Description

一种用于黄曲霉素的检测装置
技术领域
本发明涉及食品检测技术领域，尤其涉及一种用于黄曲霉素的检测装置，具体涉及了一种便携式食用油中黄曲霉素B1的检测装置。
背景技术
食用油是人们日常生活必不可少的烹饪材料和能量来源，食用油的质量安全与人们的身体健康息息相关。黄曲霉素B1是一种剧毒的强致癌物，由于生产食用油的谷物容易发霉产生黄曲霉素，因此食用油常常被此物质污染。对食用油中黄曲霉素的检测关系到人们的身体健康，已经引起人们高度重视。
黄曲霉素检测技术包括化学分析法、生物分析法和免疫亲和柱法。化学分析法和生物分析法都需要前期预处理，且分析过程复杂，仪器操作困难、设备贵、专业性要求高，往往需要几小时到几天才能实现定量测量，不利于快速现场测量。免疫亲和柱法往往结合液相色谱或者质谱等方法实现检测，检测效率有很大提高，但是因为同样需要前期预处理，过程依然复杂，不利于现场测量。目前荧光光谱法也已经应用于黄曲霉素的测量，但是常规的荧光检测方法一般用强紫外光直接照射黄曲霉素样本，然后检测激发出的荧光强度，但是强紫外光直接照射容易使黄曲霉素分解，导致测量准确度降低；另外由于荧光强度容易受到光源波动、自然光及食用油中其他因素的干扰，直接测量荧光强度测量信号不稳定，且含有大量噪声，信噪比较小，使测量精度降低，甚至在阳光强烈的环境不能使用；还有，由于常规方法检测器直接接收荧光，不管光源是对射还是反射，都不能保证光路中激发出的荧光全部被检测器接收，对射的话接近光源而离探测器远的光路上的荧光由于被检测器接收到的光强很微弱，而反射的话由于检测器需要与待测样本保持一定的距离才能保证光源的光能够打到样本上且将样本激发出荧光，同样是仅仅一部分荧光被检测器接收，这就导致需要有较强的荧光检测器才能正常响应输出电信号，而一般食用油中的黄曲霉素含量是极低的，不可能被激发出较强的荧光。可见，常规的荧光检测方法一般检测限较高，不能应用于黄曲霉素含量极低的样本测量上。
因此，针对以上不足，需要一种在对食用油中黄曲霉素检测时，具有小型化，便携式的特点，利于质检人员快速进行测量，且检测精度、准确度和检测限都优于常规检测设备的装置。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是提供了一种用于黄曲霉素的检测装置，使得在对食用油中黄曲霉素检测时，具有小型化，便携式的特点，方便质检人员进行快速测量，且检测精度、准确度和检测限都优于常规检测设备的装置。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于黄曲霉素的检测装置，其包括裸纤探头、传输部件、光源、光电检测器、驱动调理模块、手柄、显示屏和核心电路板；所述裸纤探头通过传输部件与光源及光电检测器连接，所述裸纤探头用于激发黄曲霉素分子产生荧光，并将荧光传递至光电检测器中；所述光电检测器用于将荧光转化为光电信号；所述核心电路板通过驱动调理模块与光源及光电检测器连接，所述显示屏位于手柄上且与核心电路板连接；所述光电检测器通过驱动调理模块将光电信号传至核心电路板中进行数据分析；所述显示屏用于显示分析结果。
其中，所述的驱动调理模块包括分别与核心电路板连接的具有调制功能的光源驱动电路、解调电路和滤波电路，所述光源与光源驱动电路连接，所述光电检测器与解调电路及滤波电路连接。
其中，所述光电检测器上连接有滤光装置，所述滤光装置用于滤除荧光中光源的光。
其中，所述光电检测器为雪崩二极管，所述滤光装置为滤光片。
其中，所述裸纤探头为剥去反射包层的多模光纤。
其中，所述裸纤探头的形状为螺旋状。
其中，所述传输部件为双芯光纤；所述裸纤探头的一端与双芯光纤中的一个纤芯连接，另一端与双芯光纤中的另一个纤芯连接。
其中，所述驱动调理模块包括分别与核心电路板连接的光源驱动电路、解调电路和滤波电路，所述光源与光源驱动电路连接，所述光电检测器与解调电路及滤波电路连接。
其中，所述光源为紫光LED。
其中，所述核心电路板包括电源驱动单元、CPU、AD转换单元、无线通讯单元和存储单元，所述电源驱动单元用于为CPU、AD转换单元及无线通讯单元提供电能；所述AD转换单元用于将光电检测器传递的光电信号转换成数字信号并存储于存储单元中；所述CPU根据内置的数学模型对数字信号进行计算分析，且将分析结果显示在显示屏上；所述存储单元用于存储分析结果。
其中，所述手柄上设有用于固定核心电路板的容纳空间，在手柄上设有与核心电路板连接的控制按钮。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有以下有益效果：本发明用于黄曲霉素的检测装置在对食用油中黄曲霉素检测时，具有小型化，便携式的特点，方便质检人员进行快速测量，且检测精度、准确度和检测限都优于常规检测设备；而且该检测装置可避免自然光的干扰，不受时间和天气的影响，能够为食用油加工、食品检测、质量监督等领域提供快速准确的测量。
附图说明
图1为本发明实施例用于黄曲霉素的检测装置的结构示意图。
其中，1：裸纤探头；2：传输部件；3：光源；4：驱动调理模块；5：显示屏；6：控制按钮；7：核心电路板；8：手柄；9：光电检测器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本实施例提供的用于黄曲霉素的检测装置，其包括裸纤探头1、传输部件2、光源3、光电检测器9、驱动调理模块4、手柄8、显示屏5和核心电路板7；裸纤探头1通过传输部件2与光源3及光电检测器9连接，裸纤探头1用于激发黄曲霉素分子产生荧光，并将荧光传递至光电检测器9中；光电检测器9用于将荧光转化为光电信号；核心电路板7通过驱动调理模块4与光源3及光电检测器9连接，显示屏5位于手柄8上且与核心电路板7连接；光电检测器9通过驱动调理模块4将光电信号传至核心电路板7中进行数据分析；显示屏5用于显示分析结果。该检测装置在对食用油中黄曲霉素检测时，具有小型化及便携式的特点，方便质检人员进行快速测量，且检测精度、准确度和检测限都优于常规的检测设备。
本实施例中裸纤探头1为剥去反射包层的多模光纤，具体的，裸纤探头1可由一根多模光纤制成，其直径为1mm，长度为1.5m。光纤被剥去外面的反射包层，其纤芯材质为聚苯乙烯，富含疏水键，容易吸附样本分子，纤芯表面经过腐蚀处理，使表面变得粗糙，全反射条件被部分破坏，因此一部分光很容易从纤芯中逸出，由于逸出的光不多，不至于使黄曲霉素分解。但被吸附在光纤粗糙表面的黄曲霉素分子可以被激发出荧光，激发出的荧光直接进入光纤内部，被光纤传送到光电检测器9端，此方法可激发光纤表面的黄曲霉素，并且具有极高的灵敏性。
进一步的，裸纤探头1的形状可以为螺旋状。同时，传输部件2为双芯光纤；裸纤探头1的一端与双芯光纤中的一个纤芯连接，另一端与双芯光纤中的另一个纤芯连接。这根裸露的光纤被从中间弯曲，然后两端呈螺旋状盘绕，螺旋直径为5cm，长度为15cm，光纤顶端被直径为5mm的不锈钢管合并为一股。目的是为了延长光纤长度，增加光纤与样本的接触面积，提高激发出的荧光数量，从而提高检测能力，最后光纤端部的两个光纤断面与双芯光纤中两个纤芯熔接，双芯光纤中两个纤芯为一进一出，每根纤芯中的光都是单向传输，光从光源中发出后，先经过双芯光纤中的一根纤芯进入裸纤探头1，在裸纤探头1中传输过后，一部分光源的光损失掉，同时增加了一部分激发出的荧光，然后这些光经过双芯光纤中另一根纤芯最后被同时送到光电检测器9端。
由于传至光电检测器9的光中除了含有荧光外还有光源产生的光，为了得到纯净的荧光，在光电检测器9上连接有滤光装置，滤光装置用于滤除荧光中光源3的光。
优选地，光电检测器9采用高灵敏的雪崩二极管，其前面加装了带通滤光片，将光源3的光滤掉以后，被光电检测器9接收的就是干净的荧光。
其中，光源为紫光LED，波长为370nm。
其中，驱动调理模块4包括分别与核心电路板7连接的光源驱动电路、解调电路和滤波电路，光源3与光源驱动电路连接，光电检测器9与解调电路及滤波电路连接。通过驱动调理模块4中具有调制功能的光源驱动电路和解调电路配合使用，能够同时测量荧光的强度和寿命。核心电路板7包括电源驱动单元、CPU、AD转换单元、无线通讯单元和存储单元，电源驱动单元包括锂离子电池和充放电电路，用于为CPU、AD转换单元及无线通讯单元提供电能；AD转换单元用于将光电检测器9传递的光电信号转换成数字信号并存储于存储单元中；CPU根据内置的数学模型对数字信号进行计算分析，且将分析结果显示在显示屏5上；存储单元用于存储分析结果。
具体的，光源驱动电路具有调制功能，测量时，光源驱动电路输出是在5KHz频率的方波基础上叠加35KHz的正弦波。因此，紫光LED发出的光就会按相同的规律变化；同时，激发出的荧光具有同样的变化规律，荧光到雪崩二极管后，使雪崩二极管以同样的频率输出电流，经过解调电路及滤波电路的解调及滤波去噪后，此时的信号变得非常干净；然后转换成直流之后被核心电路板7上的AD转换单元采集，并变成数字信号，最后CPU根据内置的数学模型，计算得出测量结果，并显示在显示屏5上，同时，内部存储单元储存此次测量结果，储存内容包括测量编号，测量时间，测量结果，存储容量为20000条。
其中，核心CPU为一片MSP430单片机，超低功耗，电源控制模块用于为整套***提供12V稳定电源，无线通信单元使用WIFI无线模块，可以与计算机或者手机直接进行数据通信。
手柄8上设有用于固定核心电路板7的容纳空间，在手柄8上设有与核心电路板7连接的控制按钮6。值得说明，手柄8可以为一壳体结构，可作供操作人员拿持使用，同时，其也为内部电路模块提供外壳保护。手柄8的形状并不局限于某种特定形式，可根据实际需要进行灵活设计，例如：手柄8的形状为一个直径为6cm的空心圆柱体，外壳厚度为0.3mm，不锈钢材质，长度约为15cm，内部安装有5000mAh的锂离子电池，能够测量500-600次，外壳上面有一块液晶显示屏，用于人机交互。
工作中，本发明用于黄曲霉素的检测装置对花生油中黄曲霉素B1的检测过程如下：将裸纤探头投入被测花生油中；开机，显示屏上显示***启动状态；等待***稳定以后，轻按一下测量按钮；然后保持裸纤探头浸在花生油中不动；大概20s后，显示屏上就显示出此次测量结果，包括有无黄曲霉素B1定性结果。如果检测到有黄曲霉素B1，还会定量的给出黄曲霉素B1的浓度。
综上所述，本发明用于黄曲霉素的检测装置在对食用油中黄曲霉素检测时，具有小型化，便携式，方便质检人员进行快速测量，且检测精度、准确度和检测限都优于常规检测设备；而且经过调制电路对光源调制，配合光电检测器输出信号的解调滤波，该检测装置可避免自然光的干扰，不受时间和天气的影响，能够为食用油加工、食品检测、质量监督等领域提供快速准确的测量。
本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种用于黄曲霉素的检测装置，其特征在于，包括裸纤探头(1)、传输部件(2)、光源(3)、光电检测器(9)、驱动调理模块(4)、手柄(8)、显示屏(5)和核心电路板(7)；所述裸纤探头(1)通过传输部件(2)与光源(3)及光电检测器(9)连接，所述裸纤探头(1)用于激发黄曲霉素分子产生荧光，并将荧光传递至光电检测器(9)中；所述光电检测器(9)用于将荧光转化为光电信号；
所述核心电路板(7)通过驱动调理模块(4)与光源(3)及光电检测器(9)连接，所述显示屏(5)位于手柄(8)上且与核心电路板(7)连接；所述光电检测器(9)通过驱动调理模块(4)将光电信号传至核心电路板(7)中进行数据分析；所述显示屏(5)用于显示分析结果。
2.根据权利要求1所述的用于黄曲霉素的检测装置，其特征在于，所述驱动调理模块(4)包括分别与核心电路板(7)连接的具有调制功能的光源驱动电路、解调电路和滤波电路，所述光源(3)与光源驱动电路连接，所述光电检测器(9)与解调电路及滤波电路连接。
3.根据权利要求1所述的用于黄曲霉素的检测装置，其特征在于，所述裸纤探头(1)为剥去反射包层且纤芯表面经过腐蚀处理，使表面变得粗糙的多模光纤。
4.根据权利要求3所述的用于黄曲霉素的检测装置，其特征在于，所述裸纤探头(1)的形状为螺旋状。
5.根据权利要求1所述的用于黄曲霉素的检测装置，其特征在于，所述传输部件(2)为双芯光纤；所述裸纤探头(1)的一端与双芯光纤中的一个纤芯连接，另一端与双芯光纤中的另一个纤芯连接。
6.根据权利要求1所述的用于黄曲霉素的检测装置，其特征在于，所述光电检测器(9)上连接有滤光装置，所述滤光装置用于滤除荧光中光源(3)的光。
7.根据权利要求6所述的用于黄曲霉素的检测装置，其特征在于，所述光电检测器(9)为雪崩二极管；所述滤光装置为滤光片。
8.根据权利要求1所述的用于黄曲霉素的检测装置，其特征在于，所述光源(3)为紫光LED。
9.根据权利要求1所述的用于黄曲霉素的检测装置，其特征在于，所述核心电路板(7)包括电源驱动单元、CPU、AD转换单元、无线通讯单元和存储单元，所述电源驱动单元用于为CPU、AD转换单元及无线通讯单元提供电能；所述AD转换单元用于将光电检测器(9)传递的光电信号转换成数字信号；所述CPU根据内置的数学模型对数字信号进行计算分析，且将分析结果显示在显示屏(5)上；所述存储单元用于存储分析结果。
10.根据权利要求1所述的用于黄曲霉素的检测装置，其特征在于，所述手柄(8)上设有用于固定核心电路板(7)的容纳空间，在手柄(8)上设有与核心电路板(7)连接的控制按钮(6)。
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