專利名稱：多通道手持式食品安全檢測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種食品快速檢測技術(shù)，具體涉及一種多通道手持式食品安全檢測儀。
背景技術(shù)：
近年來，由于農(nóng)藥濫用、食品和飼料添加劑濫用、植物和動(dòng)物生長激素濫用和環(huán)境污染造成對食品的玷污問題十分突出。國外肉雞二惡英玷污事件造成了數(shù)十億美元的經(jīng)濟(jì)損失；國內(nèi)由于農(nóng)藥濫用造成的急性中毒事故時(shí)有發(fā)生；集貿(mào)市場上腌臘制品亞硝酸鹽和泡發(fā)食品甲醛超標(biāo)嚴(yán)重；過量的激素喂養(yǎng)甲魚等水產(chǎn)品使人們都不能放心食用；污染物超標(biāo)使得我國大量出口商品造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。農(nóng)藥、殺蟲劑、食品添加劑和激素濫用，不但造成急性毒性，而且具有致癌、致畸、致突變性和遺傳毒性。因此食品安全問題已經(jīng)受到各級政府和廣大人民群眾的高度關(guān)注。國家科技部設(shè)立了耗資1.5億的食品安全重大專項(xiàng)，各地政府在食品安全檢測方面也投入大量研究開發(fā)經(jīng)費(fèi)，水果蔬菜批發(fā)市場、集貿(mào)市場、超市、賓館、學(xué)校食堂以及個(gè)人用戶等，對食品安全的現(xiàn)場快速檢測有很大的需求。
相對于世界上的發(fā)達(dá)國家，我國在食品安全管理、檢測方法和儀器等方面有非常大的差距。在食品安全檢測儀器方面，目前一般采用色譜分析或光學(xué)分析法，使用實(shí)驗(yàn)室分析儀器，依靠專業(yè)技術(shù)人員完成分析工作，從采樣到分析耗時(shí)數(shù)小時(shí)甚至數(shù)天。與發(fā)達(dá)國家相比，我國的食品生產(chǎn)特點(diǎn)是農(nóng)副產(chǎn)品生產(chǎn)具有分散性大、即產(chǎn)即銷的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室儀器分析方法很難實(shí)現(xiàn)有效的監(jiān)控，這就迫切需要一種能夠滿足現(xiàn)場快速測試和管理部門對食品監(jiān)管和控制要求的手持式現(xiàn)場檢測儀。
國內(nèi)在食品安全檢測儀器的開發(fā)方面研究工作較少，主要集中在農(nóng)藥殘留檢測儀這一類產(chǎn)品的開發(fā)。目前，國內(nèi)市場已經(jīng)有多家企業(yè)推出了測定農(nóng)藥殘留的專用儀器，可以測定一個(gè)或幾個(gè)樣品。，如上海田京公司的CL-1農(nóng)殘檢測儀、湖南利德公司的RAT-201手持式殘留農(nóng)藥檢測儀等。這些儀器有的使用220V電源、體積大，需要與恒溫水浴配套使用，有的一次只能測定一個(gè)樣品或一個(gè)組分，不太適合現(xiàn)場多樣品多組分快速分析。此外，也有少數(shù)廠家推出了甲醛、亞硝酸鹽等單參數(shù)檢測儀，也不能同時(shí)測定多個(gè)成分，而且大多數(shù)是實(shí)驗(yàn)室使用的臺(tái)式機(jī)。吉大·小天鵝公司新近推出了一款可以檢測食品中亞硝酸鹽與硝酸鹽、二氧化硫、甲醛、農(nóng)殘和吊白塊五種有害物質(zhì)的五合一食品安全分析儀，但一次只能測量一個(gè)樣品，而且采用的是臺(tái)式設(shè)計(jì)，適于在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)使用，無法實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場的手持式分析。
目前，國內(nèi)還沒有發(fā)現(xiàn)有可以同時(shí)對多個(gè)樣品同時(shí)進(jìn)行多種有毒有害物質(zhì)快速檢測的多通道手持式食品安全檢測儀，也未見國外有類似商品化儀器的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種多通道手持式食品安全檢測儀，該檢測儀可以對多樣品、多成份同時(shí)進(jìn)行測量，并具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小巧、使用方便、分析快速、可以直接顯示待測物濃度等特點(diǎn)。
本發(fā)明提供的一種多通道手持式食品安全檢測儀，包括光路部分、單片機(jī)與輔助電路部分以及輸入輸出部分，單片機(jī)與輔助電路部分用于計(jì)算與控制，輸入輸出部分用于信息的輸入輸出，其特征在于所述光路部分包括光源穩(wěn)壓控制電路、單色光源組、多通道比色池、光電檢測器組和信號調(diào)理電路；單色光源組、多通道比色池和光電檢測器組位于同一光路上，光源穩(wěn)壓控制電路根據(jù)單片機(jī)與輔助電路部分提供的信號為單色光源提供工作電壓，并控制光源的開關(guān)；單色光源組產(chǎn)生單色光照射多通道比色池中的待測樣品；光電檢測器組用于檢測透過樣品的單色光光強(qiáng)值，并將光信號轉(zhuǎn)換成電信號送入信號調(diào)理電路，信號調(diào)理電路將電信號進(jìn)行放大整形后輸出給單片機(jī)與輔助電路部分進(jìn)行計(jì)算處理并將結(jié)果輸出給輸入輸出部分。
本發(fā)明針對食品安全檢測技術(shù)的現(xiàn)狀，發(fā)明了一種基于光學(xué)分析原理的手持式多通道食品安全檢測儀器。它采用國際上最先進(jìn)的高集成度的光電子元器件和計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)儀器的數(shù)字化、智能化、手持式以及適于非專業(yè)人員的現(xiàn)場快速測定。該儀器具有結(jié)構(gòu)簡單、濃度直讀、人機(jī)界面友好、體積小、交直流兩用和操作方便的特點(diǎn)，它能同時(shí)進(jìn)行有機(jī)磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥、硝酸鹽、亞硝酸鹽、鉛、鎘、六價(jià)鉻、氟化物、氰化物、甲醛與吊白塊等多種檢測指標(biāo)、多個(gè)樣品的現(xiàn)場快速測定，且具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢、結(jié)果打印等功能。本儀器適用于果蔬批發(fā)市場、集貿(mào)市場、賓館、學(xué)校食堂等需要對食品中有毒有害物質(zhì)進(jìn)行快速檢測的場合。儀器的分析方法大多采用國家標(biāo)準(zhǔn)分析方法，檢測結(jié)果與國家推薦標(biāo)準(zhǔn)方法具有可比性。


圖1為儀器硬件的原理框圖；圖2為儀器測量部分的軟件流程框圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
本手持式儀器主要包括三大部分光路部分1、單片機(jī)與輔助電路部分2以及輸入輸出部分3。光路部分1主要由光源穩(wěn)壓控制電路4、單色光源組5、多通道比色池6、光電檢測器組7和信號調(diào)理電路8構(gòu)成。單片機(jī)與輔助電路部分2包括單片機(jī)9、電源控制電路10、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路11、數(shù)據(jù)存貯電路12、系統(tǒng)監(jiān)控電路13、溫度測量電路14以及多路選擇開關(guān)15等。輸入輸出部分3包括顯示裝置16、輸入裝置17和串行通訊電路18。
光源穩(wěn)壓控制電路4為單色光源提供恒定的工作電壓，同時(shí)控制光源的開關(guān)；單色光源組5用于產(chǎn)生單色光；待測樣品可放置在多通道比色池6中；光電檢測器組7用于將檢測到的光強(qiáng)信號轉(zhuǎn)換成電信號；信號調(diào)理電路8可對輸出的電信號進(jìn)行放大整形；單片機(jī)9是整個(gè)儀器的運(yùn)算與控制核心；電源控制電路10為整個(gè)儀器提供穩(wěn)定可靠的工作電源；實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路11用于系統(tǒng)計(jì)時(shí)；數(shù)據(jù)存貯電路12用于將數(shù)據(jù)存貯在非易失性存貯器EEPROM中；系統(tǒng)監(jiān)控電路13可以隨時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，防止程序跑飛；溫度測量電路14可以測量環(huán)境溫度；多路選擇開關(guān)15則可根據(jù)單片機(jī)9的指令來選擇適當(dāng)?shù)臏y量通道；顯示裝置16和輸入裝置17提供良好的人機(jī)界面；串行通訊電路18用來與PC機(jī)或串行打印機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
根據(jù)選定的測試指標(biāo)，單片機(jī)9會(huì)自動(dòng)選擇當(dāng)前測量通道，并通過多路選擇開關(guān)15和光源穩(wěn)壓控制電路4點(diǎn)亮單色光源組5中對應(yīng)的光源，產(chǎn)生單色光。單色光束穿過裝有待測溶液的多通道比色池6后，照射到光電檢測器組7中對應(yīng)的檢測器上。檢測器將檢測到的光強(qiáng)值直接轉(zhuǎn)換成頻率信號，再由信號調(diào)理電路8整形放大后經(jīng)多路選擇開關(guān)15輸入單片機(jī)。同時(shí)，實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路11和溫度測量電路14也會(huì)將測量時(shí)的時(shí)間與溫度值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后送入單片機(jī)中進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理。所有測量數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)存貯電路12保存在非易失性數(shù)據(jù)存貯器中，可供用戶查詢與數(shù)據(jù)匯總。顯示裝置16和輸入裝置17為主要的輸入輸出設(shè)備。通過串行通訊電路18，還可以實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)的數(shù)據(jù)交換功能，也可以外接串口打印機(jī)直接打印測量結(jié)果。
上述各部件均可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。可采用普通5號電池作為上述檢測儀的電源。
多通道手持式食品安全檢測儀的程序可以采用高級語言C編寫。整個(gè)軟件可分為四大模塊通道設(shè)置、樣品測量、數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)設(shè)置。通道設(shè)置模塊主要完成各測量通道的設(shè)置，用戶可根據(jù)需要設(shè)置各通道的測量指標(biāo)與測量參數(shù)；樣品測量模塊為整個(gè)軟件的核心。根據(jù)用戶的通道設(shè)置值，對相應(yīng)的通道進(jìn)行測量，完成通道選擇、樣品測量控制、數(shù)據(jù)采集以及最終測量結(jié)果的計(jì)算與顯示等功能；數(shù)據(jù)處理模塊負(fù)責(zé)完成測量結(jié)果的保存、查詢、打印以及與PC機(jī)的數(shù)據(jù)交換等任務(wù)；系統(tǒng)設(shè)置模塊包括系統(tǒng)時(shí)間設(shè)置、顯示屏對比度設(shè)計(jì)、觸摸屏校正等輔助性功能。
配套使用的試劑包參考了國家標(biāo)準(zhǔn)分析方法，為了適應(yīng)現(xiàn)場快速測試的特殊要求進(jìn)行了改良，采用類似醫(yī)療藥品所采用的微型包裝，使用方便，易于保存。由于大多采用國家標(biāo)準(zhǔn)分析方法，檢測結(jié)果與國家推薦標(biāo)準(zhǔn)方法具有可比性。
下面以一個(gè)實(shí)例為本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
我們制作了一臺(tái)八通道手持式食品安全檢測儀樣機(jī)，以多個(gè)特定波長的窄帶發(fā)光二級管(LED)作為單色光源組，代替現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室分光光度計(jì)的熱光源和單色器系統(tǒng)；以高集成度的半導(dǎo)體光電檢測器(如TSL235)作為光電檢測器組，代替現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室分光光度計(jì)的光電池、光電倍增管；以電池做電源，代替現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室分光光度計(jì)的220V交流電源，以及低功耗技術(shù)的運(yùn)用，從而實(shí)現(xiàn)儀器的微型化、手持式；選用八通道多路開關(guān)(如CD4051)，實(shí)現(xiàn)了多通道、多樣品的同時(shí)測量；以單片機(jī)(如AT89C55)為核心，配以算法和測量方式上的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了儀器的現(xiàn)場快速測量能力。
此外，儀器上還配備了實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片(如DS1302)、非易失性存貯器(如24LC64)、1-wire溫度傳感器(如DS1820)以及RS-232串行接口芯片(如MAX3233)，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)存貯、溫度測量、PC機(jī)通訊及串行打印等功能，方便了用戶的使用。系統(tǒng)監(jiān)控電路(包括看門狗、自動(dòng)復(fù)位、電壓監(jiān)控等子電路)保證了儀器的穩(wěn)定可靠。
多通道手持式食品安全檢測儀的程序可以采用國外流行的Keil C單片機(jī)語言編寫，包括通道設(shè)置、樣品測量、數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)設(shè)置四大模塊。這種模塊化程序設(shè)計(jì)語言既有通用C語言的特點(diǎn)，又具有直接操作單片機(jī)硬件的能力，其基本特點(diǎn)包括運(yùn)行速度快、編譯效率高、具有良好的移植性以及豐富的多種復(fù)雜運(yùn)算的庫函數(shù)與浮點(diǎn)運(yùn)算能力。樣品測量模塊的軟件流程示意圖見圖2。
參照已有的國家標(biāo)準(zhǔn)與國家推薦分析方法，我們開發(fā)了一系列適于現(xiàn)場分析的化學(xué)試劑包。配合這些試劑包，我們試制的八通道手持式食品安全檢測儀目前可以測量有機(jī)磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥、硝酸鹽、亞硝酸鹽、鉛、鎘、六價(jià)鉻、氟化物、氰化物、甲醛與吊白塊等多種有毒有害物質(zhì)含量。表1列出了對應(yīng)的分析方法及方法來源。
表1測量指標(biāo)與分析方法測量指標(biāo) 分析方法 方法來源有機(jī)磷和氨基甲酸酯乙酰膽堿酯酶光度法GB/T 5009.199-2003類農(nóng)藥硝酸鹽N-1-萘基乙二胺光度法 GB/T 5009.33-1996亞硝酸鹽 N-1-萘基乙二胺光度法 GB/T 5009.33-1996鉛苯基熒光酮光度法 GB/T 5009.12-1996鎘苯基熒光酮光度法 GB/T 5009.15-1996六價(jià)鉻二苯碳酰二肼光度法GB 7467-1987
氟化物鑭氟試劑光度法GB 7483-1987氰化物吡啶-巴比妥酸光度法 GB 7487-1987甲醛 乙酰丙酮光度法GB/T 15516-1995吊白塊乙酰丙酮光度法GB/T 15516-1995以下簡單介紹一下多通道手持式食品安全檢測儀的分析步驟(1)開機(jī)。
(2)如有需要，先進(jìn)入“通道設(shè)置”菜單，為每個(gè)通道測量指定當(dāng)前測量的指標(biāo)。各通道測量的指標(biāo)可以相同，也可以各不相同。每個(gè)通道可供選擇的測量指標(biāo)數(shù)根據(jù)此通道所安裝的LED光源波長不同而有所區(qū)別。設(shè)置好的值會(huì)自動(dòng)保存在儀器內(nèi)，不必每次開機(jī)都設(shè)置。
(3)進(jìn)入“樣品測量”菜單，根據(jù)屏幕提示，將各個(gè)空白樣品(一般是蒸餾水)放入指定的通道，測量空白值。
(4)向各個(gè)待測樣品中加入配套的試劑包。根據(jù)屏幕提示，將各待測樣品放入指定的通道，測量。
(5)儀器會(huì)根據(jù)測得的光強(qiáng)值計(jì)算出各項(xiàng)待測指標(biāo)值，并在屏幕上顯示。用戶可根據(jù)自己需要保存或是打印測量結(jié)果。
(6)如果需要繼續(xù)測量，重復(fù)步驟(3)-(4)。
(7)完成測量。用戶可進(jìn)入“數(shù)據(jù)處理”和“系統(tǒng)設(shè)置”菜單進(jìn)行測量結(jié)果查詢、數(shù)據(jù)打印、與PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換及相關(guān)系統(tǒng)設(shè)置等工作。
(8)關(guān)機(jī)。
目前多通道手持式食品安全檢測儀樣機(jī)采用的是八通道設(shè)計(jì)。根據(jù)市場定位的不同，選用不同的多路開關(guān)，可以方便地將儀器擴(kuò)展成16通道、32通道甚至更多。
表2列出了使用傳統(tǒng)分光光度計(jì)(以722型光度計(jì)為例)、現(xiàn)有的商品化分析儀(以CL-1農(nóng)殘檢測儀為例)和本儀器的主要功能對比。(參見國家環(huán)保局，水和廢水監(jiān)測分析方法(第三版)，北京，中國環(huán)境科學(xué)出版社)
表2幾種分析儀器對比

權(quán)利要求
1.一種多通道手持式食品安全檢測儀，包括光路部分、單片機(jī)與輔助電路部分以及輸入輸出部分，單片機(jī)與輔助電路部分用于計(jì)算與控制，輸入輸出部分用于信息的輸入輸出，其特征在于所述光路部分(1)包括光源穩(wěn)壓控制電路(4)、單色光源組(5)、多通道比色池(6)、光電檢測器組(7)和信號調(diào)理電路(8)；單色光源組(5)、多通道比色池(6)和光電檢測器組(7)位于同一光路上，光源穩(wěn)壓控制電路(4)根據(jù)單片機(jī)與輔助電路部分提供的信號為單色光源提供工作電壓，并控制光源的開關(guān)；單色光源組(5)產(chǎn)生單色光照射多通道比色池(6)中的待測樣品；光電檢測器組(7)用于檢測透過樣品的單色光光強(qiáng)值，并將光信號轉(zhuǎn)換成電信號送入信號調(diào)理電路(8)，信號調(diào)理電路(8)將電信號進(jìn)行放大整形后輸出給單片機(jī)與輔助電路部分進(jìn)行計(jì)算處理并將結(jié)果輸出給輸入輸出部分。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多通道手持式食品安全檢測儀，包括光路部分、單片機(jī)與輔助電路部分以及輸入輸出部分，單片機(jī)與輔助電路部分用于計(jì)算與控制，輸入輸出部分用于信息的輸入輸出，所述光路部分包括光源穩(wěn)壓控制電路、單色光源組、多通道比色池、光電檢測器組和信號調(diào)理電路。該儀器具有結(jié)構(gòu)簡單、濃度直讀、人機(jī)界面友好、體積小、交直流兩用和操作方便的特點(diǎn)，它能同時(shí)進(jìn)行有機(jī)磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥、硝酸鹽、亞硝酸鹽、鉛、氰化物、甲醛與吊白塊等多種檢測指標(biāo)、多個(gè)樣品的現(xiàn)場快速測定，且具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢、結(jié)果打印等功能。本儀器適用于果蔬批發(fā)市場、集貿(mào)市場、賓館、學(xué)校食堂等需要對食品中有毒有害物質(zhì)進(jìn)行快速檢測的場合。
文檔編號G01N21/27GK1595108SQ20041001341
公開日2005年3月16日 申請日期2004年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月4日
發(fā)明者陸曉華, 楊海, 王琳玲 申請人:華中科技大學(xué)