一种基于物联网的掌上农药残留快速检测仪制造技术

本发明专利技术公开了一种基于物联网的掌上农药残留快速检测仪，检测仪掌上手持，由纸过滤膜、丝网印刷电极乙酰胆碱酯酶传感器、类似USB接口的丝网印刷电极插入口、电信号采集与处理子模块、显示打印存储子模块、电源子模块和无线数据输出模块组成。掌上检测仪具有无需样品前处理的优势，挤出少量果蔬汁液滴到样品区域，即可进行检测，检测完成，结果自动传至物联网数据库。操作简单，携带方便，可用于果蔬样品中有机磷和氨基甲酸酯类农药的现场快速检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于物联网的掌上农药残留快速检测仪，属于农产品质量安全快速检测

技术介绍
蔬菜和水果是人们日常饮食中最重要的组成部分之一。众所周知，中国利用了不到地球百分之十的土地养活了将近百分之三十的人口，农药则成为防治病虫害，保证农作物增产增收的重要武器。农药在果蔬的种植过程中起到病虫草害的防治作用，但是农药并不能全部被植物吸收，大部分仍残留在果实表面。在推动现代农业生产迅速发展方面，农药的出现为人类社会带来巨大的经济利益。然而农药化学物质的本源性加上人们大面积不科学合理的使用，加之管理不够规范，造成了生态系统的平衡遭到破坏,农药残留问题随之显现出来。现在生产领域中应用的农药种类已经达到100多种，对农业保持丰收增产起到了很大的作用，其已成为重要的一种生产资料。伴随着改革开放的深入进行，在一些常熟地区，农药事业的发展速度变得很快。因农业机械化正在不断推进，农药的大面积使用是不可缺少的。但因农药的不合理的使用，造成了诸多的环境问题，如农田生态系统被破坏等。农药的大量使用，在保证了粮食等农作物大量稳产的同时，也带来了诸多的环境问题。在植物、土壤和水体中残留的农药有两种残存的形式：第一种保持原有的化学结构；第二种以化学转化后的产物或被生物降解产物的形式残存。因此，农药残留问题不容忽视。目前农药残留分析的主要方法是气相色谱仪、液相色谱仪、气质联用仪、液质联用仪等，这些方法虽然分析精度高，定量准确，但其样品的前处理复杂、检测耗时长、成本高、需要技术熟练的操作人员。我国农药残留的速测方法是酶抑制试纸法和酶抑制分光光度法（农残快速检测仪），可以实现有机磷农药及氨基甲酸酯类农药的现场快速检测，具有较好的实用价值。速测卡是通过肉眼观察卡片的颜色变化，因此一般只能用于严重超标的蔬菜样品进行定性测量。酶抑制分光光度法的应用也比较广泛，国内已有多种农药残留速测仪均是基于此原理。分光光法的原理是基于吸光度的变化进行检测的，但蔬菜水果中大量的色素会对分光光度法造成很大的影响，导致检测结果的不准确。生物传感器法具有灵敏度高便于集成化等优点，成为近年来研究的热点。研发基于生物传感器的现场快速检测的农药残留快速检测仪器，解决目前农药残留快速检测仍需要样品前处理，离不开实验室的问题，彻底实现农药残留现场快速检测。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种基于物联网的掌上农药残留快速检测仪，其特征在于，检测仪掌上手持，由纸过滤膜、丝网印刷电极乙酰胆碱酯酶传感器、类似USB接口的丝网印刷电极插入口、电信号采集与处理子模块、显示打印存储子模块、电源子模块和无线数据输出模块组成；所述的一种基于物联网的掌上农药残留快速检测仪，通过电信号采集装置可检测丝网印刷电极工作区域接触样品前后导致的电流信号变化，将信号送至检测仪的数据处理模块进行数据处理后，获取样品中的农药残留量的信息；所述的纸过滤膜放置于丝网印刷电极表面，纸过滤膜是带有疏水区和亲水通道的微孔滤膜，将检测样品滴到纸过滤膜的检测分离区，果蔬样品纤维素等由于大于分离膜的孔径而不能透过分离膜，而小分子农药透过分离膜，通过通道的亲水吸力进入测试区，样品渗透到丝网印刷电极的工作表面，解决现有的农药残留检测仪需要进行样品前处理问题；所述的纸过滤膜的制作过程如下：将一片WhatmanNo.1定性滤纸切成大小为1.8cm×2.0cm的矩形，将两片Whatman样品分离膜切成大小为1.6cm×2.0cm的矩形。将WhatmanNo.1定性滤纸的边缘重叠在距离样品分离膜边缘1mm处，置于载玻片上。然后，将一个哑铃型磁铁放在滤纸上，通过载玻片另一侧的永磁体将其暂时性吸附在滤纸表面。然后，在105~130℃，将其浸入融化的蜡中，浸渍时间1s。20s后，将定性滤纸和载玻片分离，并且将哑铃型磁铁从滤纸上移除。最后，通过蜡浸渍技术，使滤纸与样品分离膜的重叠区域粘着在一起。所述的丝网印刷电极乙酰胆碱酯酶传感器，其特征在于，是在清洗活化后的丝网印刷电极表面先后修饰上制备的纳米氧化铈-壳聚糖的复合物和有序介孔碳-壳聚糖的复合物，然后在修饰好的电极上滴加乙酰胆碱酯酶，得到检测有机磷农药的乙酰胆碱酯酶生物传感器，通过计算传感器接触农药前后的电流变化来检测有机磷农药，根据标准曲线对实际样品中农药的浓度进行定量。所述乙酰胆碱酯酶传感器制备具体步骤如下：1）纳米氧化铈-壳聚糖复合物和有序介孔碳-壳聚糖复合物的制备；2）清洗活化丝网印刷电极，得到预处理好的丝网印刷电极；3）将步骤1）制备得到的纳米氧化铈-壳聚糖复合物和有序介孔碳-壳聚糖复合物先后修饰到步骤2）预处理好的丝网印刷电极上，得到修饰好的丝网印刷电极；4)将乙酰胆碱酯酶滴加到步骤3）所得的修饰好的丝网印刷电极上，自然晾干后得到基于丝网印刷电极的乙酰胆碱酯酶生物传感器；5）对步骤4）所得的乙酰胆碱酯酶生物传感器的三种试验条件通过二次旋转正交试验进行优化；6）在步骤5）所得的最优条件下，对甲胺磷和毒死蜱的标准品进行检测，得到相应的标准曲线；7）对实际蔬菜样品进行检测，根据步骤6）所得的标准曲线对蔬菜样品中的农药浓度进行定量。所述方法，其特征在于，步骤1）所述纳米氧化铈-壳聚糖复合物和有序介孔碳-壳聚糖复合物分别是以壳聚糖为分散剂，分散纳米氧化铈和有序介孔碳，得到的分散均匀的悬浊液。所述方法，其特征在于，步骤3）所述丝网印刷电极的修饰，是先将8μL纳米氧化铈-壳聚糖复合物滴加到预处理好的丝网印刷电极上，室温下晾干后，再滴加上8μL有序介孔碳-壳聚糖复合物，室温下晾干，得到氧化铈-壳聚糖/介孔碳-壳聚糖修饰的丝网印刷电极。所述方法，其特征在于，步骤4）所述在修饰好的电极上滴加乙酰胆碱酯酶，是将5μL0.02U/μL的乙酰胆碱酯酶滴加到氧化铈-壳聚糖/介孔碳-壳聚糖修饰好的丝网印刷电极上，在4℃条件下干燥，得到乙酰胆碱酯酶生物传感器。所述方法，其特征在于，步骤5）所述乙酰胆碱酯酶生物传感器的三种试验条件测试底液pH值、乙酰胆碱酯酶固定量、孵育时间通过二次旋转正交试验进行优化，得最佳测试条件：pH值为8.0，乙酰胆碱酯酶固定量0.1U，孵育时间12min。所述的丝网印刷电极的夹持装置，是一个类似于USB接口装置，可以将丝网印刷电极的三电极端口直接插入，并将三电极工作表面的电化学反应产生的电流信号传递给电信号采集装置；所述的电流信号采集与处理子模块，该子模块含有微处理器、I/V转换电路、信号放大电路、滤波电路和A/D转换电路，该子模块将接收到的检测信号经过I/V转换、信号放大、滤波和A/D转换处理后生成初始检测信息，初始检测信息被传输给显示与打印子模块和数据传输子模块；所述的显示与打印存储子模块，该子模块由触摸屏驱动电路、打印电路、存储器电路、存储器、液晶触摸屏和微型打印机组成，该子模块在接收到初始检测信息后，将初始检测信息通过存储器电路传输给存储器存储，通过打印电路传输给微型打印机打印，并通过液晶触摸屏显示；所述的电源子模块，采用9V锂电池和基于CW7805三端集成稳压器组成，为检测仪提供稳定的电源供给。所述无线数据输出模块，采用Zigbee将检测数据发送至农产品安全溯源物联网数据库。本专利技术获得有益效果如下：现有农药检测设备仪器过于笨重，体积较大，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于物联网的掌上农药残留快速检测仪，其特征在于，检测仪掌上手持，由纸过滤膜、丝网印刷电极乙酰胆碱酯酶传感器、丝网印刷电极夹持装置、电信号采集与处理子模块、显示打印存储子模块、电源子模块和无线数据输出模块组成；所述的一种基于物联网的掌上农药残留快速检测仪，通过电信号采集装置可检测丝网印刷电极工作区域接触样品前后导致的电流信号变化，将信号送至检测仪的数据处理模块进行数据处理后，获取样品中的农药残留量的信息；所述的纸过滤膜放置于丝网印刷电极表面，纸过滤膜是带有疏水区和亲水通道的微孔滤膜，将检测样品滴到纸过滤膜的检测分离区，果蔬样品纤维素等由于大于分离膜的孔径而不能透过分离膜，而小分子农药透过分离膜，通过通道的亲水吸力进入测试区，样品渗透到丝网印刷电极的工作表面，解决现有的农药残留检测仪需要进行样品前处理问题；所述的丝网印刷电极乙酰胆碱酯酶传感器，其制备方法为：在清洗活化后的丝网印刷电极表面先后修饰上制备的纳米氧化铈‑壳聚糖的复合物和有序介孔碳‑壳聚糖的复合物，然后在修饰好的电极上滴加乙酰胆碱酯酶，得到检测有机磷和氨基甲酸酯类农药的乙酰胆碱酯酶传感器，通过计算传感器接触农药前后的电流变化来检测有机磷和氨基甲酸酯类农药，根据标准曲线对实际样品中农药的浓度进行测量；所述的丝网印刷电极的夹持装置，是一个类似于USB接口装置，可以将丝网印刷电极的三电极端口直接插入，并将三电极工作表面的电化学反应产生的电流信号传递给电信号采集装置；所述的电流信号采集与处理子模块，该子模块含有微处理器、I/V转换电路、信号放大电路、滤波电路和A/D转换电路，该子模块将接收到的检测信号经过I/V转换、信号放大、滤波和A/D转换处理后生成初始检测信息，初始检测信息被传输给显示与打印子模块和数据传输子模块；所述的显示与打印存储子模块，该子模块由触摸屏驱动电路、打印电路、存储器电路、存储器、液晶触摸屏和微型打印机组成，该子模块在接收到初始检测信息后，将初始检测信息通过存储器电路传输给存储器存储，通过打印电路传输给微型打印机打印，并通过液晶触摸屏显示；所述的电源子模块，采用9V锂电池和基于CW7805三端集成稳压器组成，为检测仪提供稳定的电源供给。...

【技术特征摘要】
1.一种基于物联网的掌上农药残留快速检测仪，其特征在于，检测仪掌上手持，由纸过滤膜、丝网印刷电极乙酰胆碱酯酶传感器、丝网印刷电极夹持装置、电信号采集与处理子模块、显示打印存储子模块、电源子模块和无线数据输出模块组成；所述的一种基于物联网的掌上农药残留快速检测仪，通过电信号采集装置可检测丝网印刷电极工作区域接触样品前后导致的电流信号变化，将信号送至检测仪的数据处理模块进行数据处理后，获取样品中的农药残留量的信息；所述的纸过滤膜放置于丝网印刷电极表面，纸过滤膜是带有疏水区和亲水通道的微孔滤膜，将检测样品滴到纸过滤膜的检测分离区，果蔬样品纤维素等由于大于分离膜的孔径而不能透过分离膜，而小分子农药透过分离膜，通过通道的亲水吸力进入测试区，样品渗透到丝网印刷电极的工作表面，解决现有的农药残留检测仪需要进行样品前处理问题；所述的丝网印刷电极乙酰胆碱酯酶传感器，其制备方法为：在清洗活化后的丝网印刷电极表面先后修饰上制备的纳米氧化铈-壳聚糖的复合物和有序介孔碳-壳聚糖的复合物，然后在修饰好的电极上滴加乙酰胆碱酯酶，得到检测有机磷和氨基甲酸酯类农药的乙酰胆碱酯酶传感器，通过计算传感器接触农药前后的电流变化来检测有机磷和氨基甲酸酯类农药，根据标准曲线对实际样品中农药的浓度进行测量；所述的丝网印刷电极的夹持装置，是一个类似于USB接口装置，可以将丝网印刷电极的三电极端口直接插入，并将三电极工作表面的电化学反应产生的电流信号传递给电信号采集装置；所述的电流信号采集与处理子模块，该子模块含有微处理器、I/V转换电路、信号放大电路、滤波电路和A/D转换电路，该子模块将接收到的检测信号经过I/V转换、信号放大、滤波和A/D转换处理后生成初始检测信息，初始检测信息被传输给显示与打印子模块和数据传输子模块；所述的显示与打印存储子模块，该子模块由触摸屏驱动电路、打印电路、存储器电路、存储器、液晶触摸屏和微型打印机组成，该子模块在接收到初始检测信息后，将初始检测信息通过存储器电路传输给存储器存储，通过打印电路传输给微型打印机打印，并通过液晶触摸屏显示；所述的电源子模块，采用9V锂电池和基于CW7805三端集成稳压器组成，为检测仪提供稳定的电源供给。2.权利要求1所述的一种基于物联网的掌上农药残留快速检测仪，其特征在于，所述的纸过滤膜放置于丝网印刷电极表面，纸过滤膜是带有亲水通道的微孔滤膜，将检测样品滴到纸过滤膜的检测分离区，果蔬样品纤维素等由于大于分离膜的孔径而不能透过分离膜，而小分子农药透过分离膜，通过通道的亲水吸力进入测试区，样品渗...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙霞，郭业民，赵钰，王强，许诺，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37