手持式农药残留速测仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种体积小，重量轻，便于携带，检测速度快，操作简单，适用于现场实时检测的手持式农药残留速测仪。速测仪为：单色光源产生的单色光经半透半反镜分为两部分，一部分光直接照射到光电传感器，另一部分光穿过装有待测溶液的比色池到达光电传感器，两个光电传感器所接收到的信号经过A/D转换器转换成数字信号，输入单片机系统处理后输出。采用双光电检测电路，避免了光源的光强变化所造成的影响，提高了仪器的稳定性和准确性。本速测仪可以直接显示农药残留毒性程度和抑制率，特别适合现场快速筛选和半定量测定的需要。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及到一种农药残留检测仪，尤其是适合现场快速检测有机磷和氨基 甲酸酯类农药的便携式检测仪器。 手持式农药残留速测仪
【背景技术】
[0002] 我国作为农业大国，农药的年总产量和消费量已超过30万吨，位于世界前列。有 机磷和氨基甲酸酯类农药是我国目前使用量最大的农药，占农药使用量的70%，且多喷洒 在蔬菜、瓜果的表面，很容易通过食物被人体摄入。高含量的有机磷农药可导致急性中毒事 件，低浓度农药长期摄入也会引起神经传导阻碍、神经麻痹乃至死亡。
[0003] 目前农药残留定量分析一般采用色谱分析法及质谱联用等方法，这些方法预处理 较为烦琐，测试时间较长，且使用实验室昂贵的大型分析仪器，依靠专业技术人员完成分析 工作。农药残留毒性的检测一般使用酶抑制率法，使用的仪器一般是分光光度计，并且需要 使用恒温装置（恒温箱或恒温水浴锅），设备体积庞大，需要220V供电，分析操作复杂，需要 经过取样、显色、测定、校正、计算等步骤，并且要由专业技术人员在实验室中完成，因此，不 能满足现场和野外快速分析的需求。
【发明内容】
[0004] 为了克服现有农药残留检测仪的不足，本实用新型为人们提供了一种体积小，重 量轻，便于携带，检测速度快，操作简单，适用于现场实时检测的手持式农药残留速测仪， 并可以直接显示农药残留毒性程度和抑制率，特别适合于现场快速筛选或半定量测定的需 要。
[0005] 它包括单片机系统和光电检测系统，采用锂电池作为电源；
[0006] 单片机系统包括单片机、显示屏和按键、接口电路、实时时钟和数据存储电路；
[0007] 光电检测系统主要由单色光源、半透半反镜、比色池、光电传感器和A / D转换器 构成；
[0008] 单色光源产生的单色光经过一个半透半反镜，一部分光束直接透过到达光电传感 器，另一部分光束反射到达比色池穿出后照到另一个光电传感器，两个光电传感器所接收 到的信号经过A / D转换器转换成数字信号输入单片机处理后输出。
[0009] 其特征在于：
[0010] 所述的光电检测系统依次安放有单色光源9、聚光透镜10、狭缝11、滤光片12、半 透半反镜13、比色池1和光电传感器14,并且它们各自之间的距离保持一个固定值，比色池 1是一个暗室结构；
[0011] 所述的光源是由高亮度窄带宽的发光二极管发出中心波长412±2nm的光；
[0012] 所述的光电检测电路为双光电管检测电路，光源处和样品池后分别有一个光电传 感器，两个光电传感器所接收到的信号传入A / D转换器转换成数字信号输入单片机系统 处理后输出；
[0013] 所述的速测仪采用锂电池供电，配备USB数据端口既可以用来充电也可以用来进 行数据传输；
[0014] 所述的速测仪外壳上有三个按键，电源键、空白键和测量键，所述的按键与单片机 连接；
[0015] 所述的单片机采用STM32103C8。
[0016] 本实用新型基于国家标准酶抑制率法，利用有机磷和氨基甲酸酯类农药对乙酰胆 碱酯酶活性的抑制作用，通过检测酶活性被抑制的程度，判断瓜果、蔬菜中有机磷和氨基甲 酸酯类农药的残留情况。以乙酰胆碱为底物，在乙酰胆碱酯酶（ACHE)的作用下，乙酰胆碱 水解成胆碱和乙酸，胆碱和显色剂二硫双对硝基苯甲酸（DNTB)会产生显色反应，使反应液 成黄色，在412nm波长处有最大吸收峰。
[0017] 根据酶促反应动力学原理，在没有有机磷和氨基甲酸酯类农药存在时，底物在酶 的催化作用下发生水解，水解底物与显色剂发生显色反应，反应速率可以用吸光度值随时 间的变化率来表示。当有机磷和氨基甲酸酯类农药加入到酶的显色体系中时，农药抑制了 酶的活性，影响显色体系的反应速度。有机磷和氨基甲酸酯类农药对酶活性的抑制程度可 用抑制率I %表示：
[0018] 抑制率（1% ) = [(AA0-AAt) / ΛΑο] X100%
[0019] ΛΑο :对照样品反应3min吸光度的变化值；
[0020] Λ At :样品溶液反应3min吸光度的变化值。
[0021] 当酶完全水解底物乙酰胆碱时，测定溶液显黄色，其抑制率为0% ;当酶活性被农 药抑制而部分水解乙酰胆碱时，测定溶液显淡黄色，出现相应的抑制百分率，当酶完全被农 药抑制，测定溶液显无色，抑制率为100 %，这样就可以建立起农药残留量与酶活性抑制率 之间的关系。因而可以通过测定抑制率的大小来显示农药残留的毒性程度。
[0022] 由于待测溶液在检测过程中需要在37°C保温一段时间，因此用本仪器来检测农药 时可以使用专门为本仪器设计的便携式恒温箱来完成保温操作。关于便携式恒温箱的具体 说明，在《一种农残检测专用便携式恒温箱》专利中会有详细介绍。
[0023] 本实用新型的有益效果如下：
[0024] 1.以高亮度窄带宽的特定波长发光二极管为光源，同时增加聚光透镜，狭缝，滤光 片这些光路元件，确保获得精准的光路；
[0025] 2.采用半透半反镜将光束分为两部分，既利于操作又能够缩小仪器的空间；
[0026] 3.双光电检测电路的设计，避免了光源的光强变化所造成的影响，提高了仪器的 稳定性和准确性；
[0027] 4.以可充电锂电池为电源，便于携带和现场使用。
[0028] 综上所述，本实用新型体积小巧，结构简单、检测快速、方便携带，适用于果蔬中有 机磷和氨基甲酸酯类农药的现场快速检测。
【专利附图】
【附图说明】
[0029] 图1为本实用新型一个实施例的原理框图；
[0030] 图2为本实用新型实施例的外观示意图；
[0031] 图3为本实用新型实施例的内部结构示意图；
[0032] 图4为本实用新型实施例的光源、电源、按键和USB端口电路图。
[0033] 图5为控制、显示电路图。
【具体实施方式】
[0034] 下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。
[0035] 参阅图1所示，为本实用新型实施例的原理框图。其中包括单片机系统和光电检 测系统。单片机系统包括单片机、显示屏和按键、接口电路、实时时钟和数据存储电路；光电 检测系统主要由单色光源、半透半反镜、比色池、光电传感器和A / D转换器构成。
[0036] 参阅图2所示,为本实用新型实施例的外观示意图。其中包括比色池 1、外壳2、显 示屏3、电源开关4、空白键5、测量键6。
[0037] 参阅图3所示，为本实用新型实施例的内部结构示意图。其中包括比色池 1、USB 接口 7、单片机8、LED光源9、聚光透镜10、狭缝11、滤光片12、半透半反镜13、光电传感器 14、检测电路板15。
[0038] 参阅图4和图5所示，为本实用新型实施例的电路图。本实用新型使用锂电池作 为电源，也可使用5V的外接电源。
[0039] 仪器的使用方法：
[0040] 仪器共有三个可操作的按键：电源键，空白键和测量键。整个测量过程就由这三个 键完成，具体操作步骤如下：
[0041] 1.仪器开机：按下电源键，仪器开机。
[0042] 2.对照样品测试：放入对照样品，按空白键，屏幕显示开始计时，同时显示在不同 时刻相应的吸光度值，3min后可读出对照样品的吸光度变化值Λ Ao ;
[0043] 3.待测样品测试：放入待测样品，按测量键，屏幕重新开始计时，同时显示待测样 品吸光度变化情况，3min后可读出农药抑制率。
[0044] 根据测得的抑制率大小判断农药残留情况，如果抑制率1% >50%，表示果蔬中 有高剂量的有机磷或氨基甲酸酯类农药存在，农药残留超标，不能食用；如果抑制率1%在 20%?50%之间，表示果蔬中有低浓度的农药残留；如果抑制率1%〈20%为安全，可以放 心食用。
[0045] 本实用新型是基于国标酶抑制率法的手持式果蔬农药残留速测仪，具有直接显示 农药残留毒性程度和抑制率的功能。我们以特定波长的发光二极管作为光源，代替现有实 验室分光光度计的通用光源和单色器；以高集成度的光电二极管代替现有实验室分光光度 计的光电池、光电倍增管；以电池做电源，代替现有实验室分光光度计的220V交流电源；采 用新型光路系统以及双光电检测电路，提高了仪器的稳定性和准确性；运用低功耗技术从 而实现仪器微型化、便携式。同时以单片机为核心的计算机软硬件，简化了实验室校正、测 量、计算步骤，使仪器操作简单、快速，特别适合于现场快速筛选或半定量测定的需要，可广 泛应用于果蔬批发市场，蔬菜种植基地、超市、菜场、酒店、食堂、食品质量监督部门等单位 对果蔬残留进行现场检测。
【权利要求】
1. 一种手持式农药残留速测仪，其特征在于，包括单片机系统（22)和光电检测系统 (21)； 单片机系统（22)包括单片机（8)、显示屏（3)和按键（5、6)、接口电路（7)、实时时钟 (19)和存储电路（20); 光电检测系统（21)主要由单色光源（9)、半透半反镜（13)、比色池（1)、光电传感器 (14、16)和A/D转换器（18)构成； 单色光源（9)产生的单色光经过一个半透半反镜（13)，一部分光束直接透过到达光电 传感器（14)，另一部分光束反射到达比色池⑴穿出后照到另一个光电传感器（16)，两个 光电传感器接收到的信号经过A/D转换器（18)转换成数字信号输入单片机（8)处理后输 出。
2. 根据权利要求1所述的农药残留速测仪，其特征在于，所述的光电检测系统依次安 放有单色光源（9)、聚光透镜（10)、狭缝（11)、滤光片（12)、半透半反镜（13)、比色池（1)和 光电传感器（14、16)，并且它们各自之间的距离保持一个固定值，比色池（1)是一个暗室结 构。
3. 根据权利要求1所述的农药残留速测仪，其特征在于，所述的光源是由高亮度窄带 宽的发光二极管发出中心波长412±2nm的光。
4. 根据权利要求1所述的农药残留速测仪，其特征在于，采用双光电管检测电路，光源 处和样品池后分别有一个光电传感器，两个光电传感器所接收到的信号传入A/D转换器转 换成数字信号输入单片机系统处理后输出。
5. 根据权利要求1所述的农药残留速测仪，其特征在于，速测仪采用锂电池供电，配备 USB数据端口既可以用来充电也可以用来进行数据传输。
6. 根据权利要求1所述的农药残留速测仪，其特征在于，速测仪的外壳上有三个按 键，电源键、空白键和测量键，所述的按键与单片机连接。
7. 根据权利要求1所述的农药残留速测仪，其特征在于，所述的单片机采用 STM32103C8。
【文档编号】G01N21/78GK203881687SQ201420093697
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年3月3日 优先权日:2014年3月3日
【发明者】沈晓芳, 饶丽, 庞月红 申请人:江南大学