專利名稱:手持式快速探測農(nóng)藥殘留物的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型涉及一種農(nóng)藥殘留物探測裝置,尤其是一種現(xiàn)場無需預(yù)處理制樣,直接采集蔬菜瓜果上農(nóng)藥殘留物的蒸氣或揮發(fā)性氣體后,現(xiàn)場進(jìn)行快速探測的裝置,屬于檢測技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
農(nóng)藥的發(fā)明和使用無疑大大提高了農(nóng)作物的產(chǎn)量,但伴隨著農(nóng)藥的大量和不合理地使用,同時(shí)帶來因食物中的農(nóng)藥殘留量增大而直接危害人類身體健康的負(fù)面影響。尤其在人口眾多的中國,因受限于農(nóng)藥的生產(chǎn)、使用現(xiàn)狀,年均發(fā)生的農(nóng)藥急性中毒事件多達(dá)數(shù)萬起,可謂觸目驚心。根據(jù)國際“綠色和平”環(huán)保組織公布2010年3 · 15調(diào)查報(bào)告,在包括華南地區(qū)超市取樣的83個(gè)蔬果樣品中,大多數(shù)都存在農(nóng)藥殘留物超標(biāo)等問題。檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn),在公眾寄予極大信任的超市購買的生鮮果蔬檢出含有危害較大的幾類農(nóng)藥混合殘留是一個(gè)普遍問題,殘留中甚至包括國家已經(jīng)明令禁止生產(chǎn)或使用的農(nóng)藥,這些農(nóng)藥包括聯(lián)合國糧農(nóng)組織建議不應(yīng)該在發(fā)展中國家使用的劇毒和高毒類農(nóng)藥。我國農(nóng)產(chǎn)品、食品生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量大、規(guī)模小、分散,且法治和自律意識(shí)很弱;而人口眾多,消費(fèi)人群和渠道也多,因而構(gòu)成了食品安全問題多發(fā)。除了環(huán)保因素和生產(chǎn)條件的客觀因素外,大多源于對(duì)農(nóng)藥、獸藥、添加劑等的違用、濫用。控制農(nóng)產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一就是對(duì)農(nóng)產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留量及時(shí)、準(zhǔn)確地進(jìn)行分析檢測,以監(jiān)控農(nóng)藥的合理使用,同時(shí)杜絕農(nóng)藥殘物留超標(biāo)的產(chǎn)品上市銷售。農(nóng)藥殘留的測試方法,總體來說可以分為實(shí)驗(yàn)室常規(guī)測試方法和現(xiàn)場速測方法兩類。實(shí)驗(yàn)室常規(guī)農(nóng)藥殘留分析測試方法有氣相色譜法(GC),它是一種經(jīng)典適用的分析方法,也是我國檢測有機(jī)磷農(nóng)藥殘留的國家標(biāo)準(zhǔn)方法。薄層色譜法(TLC),氣相色譜一質(zhì)譜法(GC-MQ,高效液相色譜法(HPLC),液相色譜一質(zhì)譜法(LC-MQ,毛細(xì)管電泳法(CE)等。 這些常規(guī)的實(shí)驗(yàn)室農(nóng)藥殘留分析檢測方法的優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)確、多樣,但缺點(diǎn)是儀器投資大,對(duì)操作人員的技術(shù)水平要求高,需要進(jìn)行復(fù)雜、繁瑣的前期制樣處理,檢測成本高,檢測時(shí)間長等等,尤其是將上述分析儀器真正用于現(xiàn)場快速檢測的較少,給食品安全監(jiān)管部門對(duì)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后的監(jiān)督工作帶來了許多不便。僅靠上述一系列實(shí)驗(yàn)室檢測方法和儀器是難于及時(shí)、快速而全面地從源頭監(jiān)控食品安全狀況的。實(shí)驗(yàn)室常規(guī)檢測農(nóng)殘的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能給出蔬菜、水果中農(nóng)藥殘留的定性、定量結(jié)果,提供法律仲裁依據(jù)?,F(xiàn)場速測方法主要有酶抑制法,它是用來檢測有機(jī)磷類和氨基甲酸酯類農(nóng)藥的方法,是利用其在食品中的殘留量的技術(shù),因這兩類農(nóng)藥能夠抑制乙酰膽堿酯酶或丁酰膽堿酯酶的活性,即當(dāng)上述兩類農(nóng)藥存在時(shí),就會(huì)對(duì)酶產(chǎn)生抑制,使其活性下降,反應(yīng)溶液的顏色就會(huì)有變化。因此,可根據(jù)顏色變化而得出有無農(nóng)藥殘留。這類速測方法具有在短時(shí)間內(nèi)能夠檢測大量樣本、檢測成本低、對(duì)檢測人員技術(shù)水平要求不高、易于在基層(如蔬菜、 水果生產(chǎn)基地和農(nóng)貿(mào)批發(fā)市場等)推廣等特點(diǎn),可部分滿足我國基層單位對(duì)水果和蔬菜中農(nóng)藥殘留的檢測需要,但其檢測靈敏度不能滿足我國2005年和歐盟2004年頒布的食品中農(nóng)藥殘留的限量要求,難點(diǎn)歸結(jié)如下樣品基質(zhì)背景復(fù)雜、前處理過程繁瑣、殘留農(nóng)藥為痕量濃度水平、分析儀器的檢測限低、儀器檢測靈敏度不夠,只限于有機(jī)磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥的檢測,且不能給出定性、定量檢測結(jié)果,檢測只限普遍高于國際和國內(nèi)規(guī)定的殘留限量標(biāo)準(zhǔn)值,因此不能作為法律仲裁依據(jù)。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室農(nóng)藥殘留分析檢測很難直接用于現(xiàn)場快速檢測,而常規(guī)的酶抑制法雖可進(jìn)行現(xiàn)場速測,但卻只能對(duì)有機(jī)磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥進(jìn)行檢測,其它類農(nóng)藥則無法檢測;同時(shí),不能給出定性、定量檢測結(jié)果等問題,本實(shí)用新型提供一種能以農(nóng)殘揮發(fā)性氣體或蒸汽為媒介,無需進(jìn)行預(yù)處理制樣,便能快速方便地在現(xiàn)場實(shí)時(shí)探測農(nóng)藥殘留的裝置。本實(shí)用新型提供的是這樣一種手持式快速探測農(nóng)藥殘留物的裝置,包括其上帶進(jìn)氣口、出氣口及氣泵的腔體,其特征在于腔體內(nèi)設(shè)有與進(jìn)氣口連通的濾塵器,濾塵器與其內(nèi)設(shè)有輻射源的離子化室連通,離子化室與其內(nèi)設(shè)有多電極對(duì)極板的離子遷移室連通,離子遷移室與金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器連通,且離子遷移室的電極對(duì)、金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器的信號(hào)極和氣泵與中央控制處理器電連接。所述離子遷移室上、下兩平行極板分別設(shè)有多對(duì)電極對(duì),在極板多電極對(duì)上設(shè)有一組電隔離的檢測放大器,檢測放大器與中央控制處理器中的單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集器電連接。所述金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器采用以三氧化鎢WO3為基礎(chǔ)的氣敏元件,和以二氧化錫SnA為基礎(chǔ)的氣敏元件,其信號(hào)極與中央控制處理器中的單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集器電連接。所述金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器的進(jìn)氣口處設(shè)有三通電磁閥,出氣口處設(shè)有濕度傳感器,三通電磁閥、濕度傳感器與中央控制處理器中的單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集器電連接。 所述離子化室進(jìn)氣口處設(shè)有溫度傳感器,溫度傳感器與中央控制處理器中的單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集器電連接。所述中央控制處理器包括單片機(jī),與單片機(jī)相連的電源控制器、模式識(shí)別數(shù)據(jù)庫、 存儲(chǔ)器、操作鍵盤及顯示屏、通訊接口。本實(shí)用新型基于下列技術(shù)1、離子遷移測譜法檢測技術(shù)離子遷移測譜檢測技術(shù)——IMS技術(shù),具有在大氣壓下離子化,并且在周圍環(huán)境溫度下對(duì)以空氣媒介產(chǎn)生的離子或離子簇的遷移率進(jìn)行分析。離子遷移譜由多個(gè)電場進(jìn)行測量,其選擇性由離子的質(zhì)量和電荷兩個(gè)參數(shù)決定。流經(jīng)離子遷移槽的氣流是連續(xù)的。吸入型IMS被歸類于開放回路IMS (open loop IMS),其特性和設(shè)備與已經(jīng)認(rèn)可的技術(shù)如質(zhì)譜分析法(MS)或氣相色譜/質(zhì)譜分析法(GC/MS)比較,IMS內(nèi)在的特性(極佳的檢測范圍) 和實(shí)用的考慮(尺寸、重量和電源標(biāo)準(zhǔn))使它形成一股研發(fā)應(yīng)用的熱潮。在檢測樣氣進(jìn)入儀器時(shí),在輻射源危害較小的241Ama輻射源的激化下產(chǎn)生離子和電子,形成離子流。在氣流和電場的共同作用下,離子流在離子遷移槽的不同空間顯示對(duì)應(yīng)相關(guān)物質(zhì)的離子遷移指紋譜信號(hào),這些“指紋譜信號(hào)”與目標(biāo)物之間具有唯一性和可重復(fù)性,將檢測到的“指紋譜” 信號(hào)與儀器中預(yù)先存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)譜進(jìn)行模式識(shí)別和計(jì)算后,即可判明現(xiàn)場物質(zhì)氣體的種類、 性質(zhì)和概略濃度值。IMS技術(shù)中檢測器對(duì)大氣環(huán)境進(jìn)行連續(xù)不斷的采樣,氣體樣本被中轉(zhuǎn)氣泵以每分鐘1 2L的流動(dòng)速率吸入檢測器,在離子化之后,產(chǎn)生的離子流連續(xù)流動(dòng)進(jìn)入一個(gè)槽狀正交電場,在此電場中,離子流隨質(zhì)荷比不同產(chǎn)生偏斜并被多電極對(duì)分別收集。離子流質(zhì)荷比較低時(shí)具有較高的遷移率,與離子流質(zhì)荷比較高時(shí)的遷移速率相比快許多。16通道的離子遷移槽模塊通過電極間的多級(jí)電場分離電離化的樣品成分,樣品成分是根據(jù)離子團(tuán)的質(zhì)量、帶電量、親和力在多級(jí)電場中得到分離。通過16通道離子遷移槽處理后,每一種需要分析的化學(xué)成分都有其特定的‘指紋’圖譜。通常,在信道中的輸出包含有離子遷移率和離子極性的信息。在所有個(gè)體的總信道中通常能給出一個(gè)IMS響應(yīng)的實(shí)時(shí)概略值。離子遷移測譜法由控制和兩個(gè)時(shí)序過程所組成。這就是a)在大氣壓下的空氣中氣體狀態(tài)的電離通過碰撞實(shí)現(xiàn)交換或離子——分子反應(yīng)b)離子的鑒定是在一個(gè)微弱電場中氣體狀態(tài)離子流的遷移,IMS利用化學(xué)分離作為其基礎(chǔ)形式。該吸入式檢測器非常靈敏,響應(yīng)速度快,且結(jié)構(gòu)簡單。對(duì)于終端用戶而言,可靠、使用方便和低周期成本等優(yōu)點(diǎn)是該傳感器的優(yōu)勢。2、金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器技術(shù)金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器由以WO3 (三氧化鎢)和SnO2 (二氧化錫)為基礎(chǔ)的氣體敏感層;金屬氧化物半導(dǎo)體檢測池的表面吸附樣品氣體分子后,可以改變其電阻值。產(chǎn)生的電阻值變化弓丨起該傳感器信號(hào)輸出的變化。以WO3為基礎(chǔ)的MOS微型氣體傳感器在半導(dǎo)體氣體傳感器中,以WO3為基礎(chǔ)的MOS 微氣體傳感器,對(duì)有機(jī)硫化物和有毒的硫醇具有極好的靈敏度。對(duì)含磷毒劑具有最高的靈敏度,對(duì)高度揮發(fā)性的有機(jī)干擾物最低值的響應(yīng)具非常好的選擇性和快速響應(yīng),快速恢復(fù)和低的漂移。用于診斷和濃度監(jiān)測。以Sr^2為基礎(chǔ)的MOS微型氣體傳感器在半導(dǎo)體氣體傳感器中,以Sr^2為基礎(chǔ)的 MOS微氣體傳感器是針對(duì)碳酰氯類有機(jī)合成原料具最靈敏和最具選擇性的傳感器。其官能度能夠藉由不同的氣體敏感原料制成。增加的半導(dǎo)體氣體傳感器數(shù)量或更換這些現(xiàn)有傳感器其中一種的研究焦點(diǎn)是改善檢測器在檢測和辨識(shí)化學(xué)物質(zhì)的性能。這種功能加載在檢測器的主傳感器模塊中,與半導(dǎo)體傳感器及軟件數(shù)據(jù)庫結(jié)合,對(duì)于各種有害化學(xué)物質(zhì)所造成的危害事故,現(xiàn)場實(shí)時(shí)檢測器都可進(jìn)行事前和事后的快速化學(xué)檢測和識(shí)別的第一手分析。3、農(nóng)藥殘留探測原理農(nóng)藥殘留現(xiàn)場氣體實(shí)時(shí)探測器主要針對(duì)有機(jī)合成化學(xué)農(nóng)藥,該類農(nóng)藥由人工研制合成,并由化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的一類農(nóng)藥,其品種繁多(常用的約300種)應(yīng)用范圍廣,藥效高。 其農(nóng)藥殘留按化學(xué)結(jié)構(gòu)主要可分為有機(jī)磷(膦),氨基甲酸酯、擬除蟲菊酯、有機(jī)氯化合物等。其中,有機(jī)磷農(nóng)藥由于其藥效高、毒性大、易于被降解、廣譜性等特點(diǎn),成為目前農(nóng)藥生產(chǎn)中噸位最大的品種。有機(jī)磷殺蟲劑是目前國內(nèi)外生產(chǎn)和使用最多的農(nóng)藥品種,約占農(nóng)藥主體的70%。有機(jī)磷農(nóng)藥的一般通式可表示為
5[0027]
(有機(jī)磷農(nóng)藥結(jié)構(gòu)通式)μ,、^m
R1Z P、X式中X為酰基,是多種具酸性化合物的負(fù)離子,X常見的形式為“-OR”或“-SR”, 其中R為較復(fù)雜的或帶有取代基的烴基及雜環(huán)基。?;怯袡C(jī)磷農(nóng)藥分子中的酸性基團(tuán), “P-X”鍵為酸酐鍵。Rl常見的是烷氧基,R2常見的是烷氧基、烷胺基、氨基、烴基等。成品有敵敵畏,甲胺磷,乙酰甲胺磷,樂果,氧化樂果,對(duì)硫磷,甲基對(duì)硫磷等。其它類農(nóng)藥與其相似,各有其結(jié)構(gòu)通式。對(duì)于化學(xué)探測,儀器采用小型化離子遷移測譜法技術(shù)和金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器技術(shù)的合成方式。 4、吸入式離子遷移測譜法技術(shù)運(yùn)作方式開啟電源儀器自檢進(jìn)入測試狀態(tài)后,將待檢測的蔬菜、瓜果等物品置于儀器進(jìn)氣口處,以“聞、嗅”的采樣方式將樣氣吸入濾塵室內(nèi),過濾后吸入離子化室,在危害較小的 241Ama輻射源的激化下樣氣被離子化實(shí)現(xiàn)離子-分子反應(yīng)而產(chǎn)生離子流。離子流偏轉(zhuǎn)通過一個(gè)小孔進(jìn)入兩平行板極之間的離子遷移室,在與離子流垂直的低壓電場作用下,離子流在離子遷移室中因質(zhì)荷比不同而產(chǎn)生不同的運(yùn)動(dòng)速度,致使離子流產(chǎn)生偏斜,流過一定的距離后,在電場的作用下最終到達(dá)處于地電位的電極對(duì)極板上;在極板上排列一組電隔離的檢測放大器,分別記錄撞擊在其上面的離子數(shù)量,從而在不同的電極對(duì)上顯示出對(duì)應(yīng)物質(zhì)的離子遷移指紋譜信號(hào),這些“指紋譜信號(hào)”與目標(biāo)物之間具有唯一性和可重復(fù)性,通過電極對(duì)采集這些“指紋譜”信號(hào),并將所采集的“指紋譜”信號(hào)輸送到信號(hào)處理器。該吸入式離子遷移測譜法技術(shù)不設(shè)離子?xùn)砰T,整個(gè)氣路系統(tǒng)處于開放狀態(tài),離子的表征過程連續(xù)進(jìn)行,所有遷移中的離子亦被連續(xù)記錄下來,因此離子的利用率很高。5、金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器運(yùn)作方式除了吸入式離子遷移測譜法主傳感器之外,現(xiàn)場氣體檢測儀還含有二個(gè)金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器,由以WO3(三氧化鎢)和SnO2(二氧化錫)為基礎(chǔ)的氣體敏感層。半導(dǎo)體檢測池的表面吸附樣品氣體分子后,可以改變其電阻值。產(chǎn)生的電阻值變化引起該傳感器信號(hào)輸出的變化。對(duì)于檢測存在的一種低濃度的氣體之前,在MOS陣列中每個(gè)傳感器都是一個(gè)非特定單元。然而,在檢測器中的MOS陣列的運(yùn)作方式對(duì)某種感興趣的農(nóng)藥殘留產(chǎn)生一種半明確的信號(hào)模式。當(dāng)儀器采樣時(shí),MOS腔體的閥門是打開的,陣列進(jìn)行有效的檢測。當(dāng)一種氣體檢測后,閥門關(guān)閉并且傳感器陣列模式對(duì)之進(jìn)行分析。進(jìn)入下次識(shí)別時(shí),閥門重新開放, 陣列清污干凈進(jìn)入下一輪采樣。當(dāng)進(jìn)行一個(gè)新的測量時(shí),通道的“指紋譜信號(hào)”將與檢測器內(nèi)存文件進(jìn)行逐一的比較。如果任何指紋譜分布與模式識(shí)別數(shù)據(jù)庫中配置的文件匹配,并且信號(hào)大小超過預(yù)先設(shè)定的報(bào)警閾值,儀器發(fā)出聲屏報(bào)警信號(hào)。報(bào)警的同時(shí),在探測器液晶屏上可看到農(nóng)藥殘留大類性質(zhì)和氣體概略濃度的顯示。這里的許多參數(shù)用戶可以設(shè)置,例如報(bào)警閾值,基本計(jì)算值,時(shí)間和最近測量的指紋譜分布與數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的“指紋譜信號(hào)”文件如何匹配。雖然從不同濃度和條件下測得的數(shù)據(jù)已建立的數(shù)據(jù)庫是經(jīng)過考驗(yàn)的項(xiàng)目,但新指紋譜文件的學(xué)習(xí)并加入數(shù)據(jù)庫中僅需非常簡單的程序。[0037]在微量痕量氣體現(xiàn)場實(shí)時(shí)探測器中,其檢測和識(shí)別性能主要依靠所采用的數(shù)據(jù)庫。不同物質(zhì)具有不同的“指紋譜信號(hào)”。本實(shí)用新型探測涵蓋范圍廣表1.八種參試農(nóng)藥中含有機(jī)類的有機(jī)磷、有機(jī)氯和菊酯類及一種無機(jī)農(nóng)藥
權(quán)利要求1.一種手持式快速探測農(nóng)藥殘留物的裝置,包括其上帶進(jìn)氣口、出氣口及氣泵的腔體, 其特征在于腔體內(nèi)設(shè)有與進(jìn)氣口連通的濾塵器,濾塵器與其內(nèi)設(shè)有輻射源的離子化室連通,離子化室與其內(nèi)設(shè)有多電極對(duì)極板的離子遷移室連通,離子遷移室與金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器連通,且離子遷移室的電極對(duì)、金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器的信號(hào)極和氣泵與中央控制處理器電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式快速探測農(nóng)藥殘留物的裝置,其特征在于所述離子遷移室上、下兩平行極板分別設(shè)有多對(duì)電極對(duì),在極板多電極對(duì)上設(shè)有一組電隔離的檢測放大器,檢測放大器與中央控制處理器中的單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集器電連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式快速探測農(nóng)藥殘留物的裝置,其特征在于所述金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器為WO3氣敏元件以及SnA氣敏元件,兩元件的信號(hào)極與中央控制處理器中的單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集器電連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式快速探測農(nóng)藥殘留物的裝置,其特征在于所述金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器的進(jìn)氣口處設(shè)有三通電磁閥,出氣口處設(shè)有濕度傳感器,三通電磁閥、濕度傳感器與中央控制處理器中的單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集器電連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式快速探測農(nóng)藥殘留物的裝置,其特征在于所述離子化室進(jìn)氣口處設(shè)有溫度傳感器,溫度傳感器與中央控制處理器中的單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集器電連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式快速探測農(nóng)藥殘留物的裝置,其特征在于所述中央控制處理器包括單片機(jī),與單片機(jī)相連的電源控制器、模式識(shí)別數(shù)據(jù)庫、存儲(chǔ)器、操作鍵盤及顯示屏、通訊接口。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種手持式快速探測農(nóng)藥殘留物的裝置,包括其上帶進(jìn)氣口、出氣口及氣泵的腔體,其特征在于腔體內(nèi)設(shè)有與進(jìn)氣口連通的濾塵器,濾塵器與其內(nèi)設(shè)有輻射源的離子化室連通,離子化室與其內(nèi)設(shè)有多電極對(duì)極板的離子遷移室連通,離子遷移室與金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器連通,且離子遷移室的電極對(duì)、金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器的信號(hào)極和氣泵與中央控制處理器電連接。以“聞、嗅”的氣體采樣方式,無需進(jìn)行預(yù)處理制樣,將待檢測的蔬菜、瓜果等物品上的農(nóng)藥殘留樣氣吸入,即能方便、快捷、準(zhǔn)確地對(duì)吸入的氣體實(shí)時(shí)進(jìn)行檢測,以獲得被檢物成分、濃度值,為上市食品安全提供快速、可靠、有效的保障,可檢測農(nóng)藥殘留,對(duì)有毒有害物質(zhì)的痕量氣體也能進(jìn)行有效、快速檢測。
文檔編號(hào)G01N27/64GK201955325SQ20102061936
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2010年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月23日
發(fā)明者張仕明, 張建紅, 揚(yáng)兆國, 李德和, 楊春宇, 柯鑫華, 段家光, 秦梅, 程正平, 趙海月 申請(qǐng)人:云南無線電有限公司