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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 便攜式大眾果蔬常見(jiàn)農(nóng)藥殘毒光電快速檢測(cè)儀
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 作品通過(guò)運(yùn)用化學(xué)發(fā)光原理、光電轉(zhuǎn)換技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)，對(duì)農(nóng)藥樣品產(chǎn)生的光信號(hào)進(jìn)行濾波、優(yōu)化和辨識(shí)，快速檢測(cè)出果蔬等農(nóng)副產(chǎn)品產(chǎn)品中農(nóng)藥殘毒的種類和殘留量，研制成一種高精度、便攜式的農(nóng)藥殘毒檢測(cè)儀器。所設(shè)計(jì)的儀器具有質(zhì)量輕、體積小、檢測(cè)時(shí)間短等特點(diǎn)。本作品便于質(zhì)監(jiān)部門和用戶隨身攜帶，實(shí)現(xiàn)對(duì)果蔬等農(nóng)副產(chǎn)品中農(nóng)藥殘毒含量進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，保證了百姓的食品安全。
- 詳細(xì)介紹：
- 隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，大量農(nóng)藥的應(yīng)用導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境中農(nóng)藥含量超標(biāo)，對(duì)人、畜和水、大氣、土壤等環(huán)境要素產(chǎn)生了嚴(yán)重的危害。在我國(guó)，經(jīng)常有因殘留農(nóng)藥而造成的負(fù)面影響如：人體食用有殘留農(nóng)藥的蔬菜后，會(huì)對(duì)體內(nèi)的膽堿酯酶有抑制作用，阻斷神經(jīng)遞質(zhì)的傳遞，引起肌肉麻痹造成中毒而引起的毒性作用；而進(jìn)口我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品的國(guó)家也以此為借口進(jìn)行限制，給農(nóng)新產(chǎn)品生產(chǎn)、加工和出口帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)損失。因此，人們對(duì)農(nóng)藥污染問(wèn)題越來(lái)越重視，對(duì)農(nóng)藥污染的監(jiān)測(cè)和控制正成為當(dāng)前和未來(lái)的研究熱點(diǎn)。 本作品涉及有機(jī)磷等農(nóng)藥殘毒的光轉(zhuǎn)化-化學(xué)發(fā)光檢測(cè)方法、機(jī)理研究。檢測(cè)原理基于申報(bào)組的新發(fā)現(xiàn)：多種農(nóng)藥經(jīng)過(guò)一定轉(zhuǎn)化后，與氧化劑作用或通過(guò)電極反應(yīng)會(huì)引發(fā)發(fā)光現(xiàn)象。擬通過(guò)對(duì)單線態(tài)氧與各種農(nóng)藥的作用研究，通過(guò)實(shí)驗(yàn)表征和量子化學(xué)計(jì)算等手段研究單線態(tài)氧與相關(guān)物質(zhì)的反應(yīng)，建立相應(yīng)的化學(xué)發(fā)光或電致發(fā)光檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)與分離方法的聯(lián)用。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用發(fā)展迅速的單片機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)微型化。由于光電轉(zhuǎn)換部分的電信號(hào)十分微弱，將存在很大的干擾和非線性，運(yùn)用數(shù)據(jù)融合等處理方法，對(duì)所檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、辨識(shí)、優(yōu)化等，提高檢測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性。該研究可建立對(duì)重要農(nóng)藥殘毒的一系列高靈敏檢測(cè)新的手段，同時(shí)在本項(xiàng)目的研究原理和方法上具有重要的理論價(jià)值和應(yīng)用前景。 本套檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)用單片機(jī)和光電轉(zhuǎn)換技術(shù)，通過(guò)對(duì)農(nóng)藥和化學(xué)藥品反應(yīng)產(chǎn)生的光信號(hào)進(jìn)行濾波、優(yōu)化和辨識(shí)，快速檢測(cè)出農(nóng)副產(chǎn)品和環(huán)境中農(nóng)藥殘毒的種類和殘留量，儀器操作簡(jiǎn)便，體積小，便于攜帶。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 研究目的 隨著長(zhǎng)期不合理使用農(nóng)藥以及人們對(duì)食品安全的不斷關(guān)注，農(nóng)藥殘毒檢測(cè)問(wèn)題已經(jīng)越來(lái)越被人們所重視。常規(guī)檢測(cè)是將樣品送實(shí)驗(yàn)室，利用專門儀器進(jìn)行化驗(yàn)檢測(cè)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力效率低。如何以小巧、便捷的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)蔬菜瓜果快速檢測(cè)，是一項(xiàng)既有便于質(zhì)檢部門的監(jiān)管，又有利于保證百姓食品安全的重要課題。 基本思路 作品所提的“光轉(zhuǎn)化-化學(xué)發(fā)光法”屬原創(chuàng)性研究。我們發(fā)現(xiàn)農(nóng)藥中有發(fā)光現(xiàn)象，利用這種發(fā)光現(xiàn)象檢測(cè)農(nóng)藥殘毒量，該方法比目前文獻(xiàn)中的方法具有更高的靈敏度和更好的選擇性。不僅適用于農(nóng)藥殘留的檢測(cè)，還適用于如毒品等一些不飽和化合物的檢測(cè)。 本作品體現(xiàn)出以下創(chuàng)新點(diǎn)： （1）提出新的農(nóng)藥殘毒檢測(cè)原理，即光轉(zhuǎn)化-化學(xué)發(fā)光檢測(cè)法（已獲得國(guó)家發(fā)明專利，授權(quán)號(hào)：ZL200610161427.5）。 （2）完善光敏化轉(zhuǎn)化-電致化學(xué)發(fā)光機(jī)理。 （3）檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了在線智能優(yōu)化。采用最新的微控流分析系統(tǒng)替代傳統(tǒng)的手工或機(jī)械加液式反應(yīng)系統(tǒng)，光電轉(zhuǎn)換部分采用進(jìn)口超微型化光電倍增管，使農(nóng)藥殘毒在快速分析方面獲得實(shí)質(zhì)性突破。 （4）作品的研究成果——便攜式農(nóng)藥殘毒檢測(cè)儀。目前國(guó)內(nèi)外農(nóng)藥殘毒檢測(cè)儀器中，所研制的微型化儀器可以做到體積最小。 技術(shù)關(guān)鍵： （1）儀器的微型化 （2）農(nóng)藥殘毒發(fā)光信息的采集 （3）儀器檢測(cè)的重復(fù)性和再現(xiàn)性 主要技術(shù)指標(biāo)： （1）建立新方法：采用光轉(zhuǎn)化—化學(xué)發(fā)光法作為檢測(cè)手段 （2）構(gòu)建農(nóng)藥反應(yīng)信息數(shù)據(jù)庫(kù) （3）研制微型化儀器
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 科學(xué)性： 由于農(nóng)藥種類繁多、化學(xué)機(jī)理各異，反應(yīng)現(xiàn)象不同，所以目前市場(chǎng)上已存在的其他農(nóng)藥殘毒檢測(cè)儀器也只是針對(duì)一類或幾種農(nóng)藥所研究設(shè)計(jì)的，均無(wú)法涵蓋所有種類農(nóng)藥的殘毒檢測(cè)。 而目前國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，常用農(nóng)藥絕大部分均屬于有機(jī)磷類和有機(jī)氯類，此類農(nóng)藥品種多，藥效高，用途廣，已成為防治農(nóng)作物病蟲害的主流，本作品所研究的微型農(nóng)藥殘毒檢測(cè)儀，正是針對(duì)果蔬及其他農(nóng)副產(chǎn)品中有機(jī)磷和有機(jī)氯類農(nóng)藥殘毒含量的在線監(jiān)測(cè)。 先進(jìn)性： 申報(bào)小組致力于一種先進(jìn)的光轉(zhuǎn)化-化學(xué)發(fā)光法的研究，并試用于農(nóng)藥殘毒檢測(cè)試驗(yàn)中。申報(bào)組將有機(jī)磷類物質(zhì)與熒光劑共存,有機(jī)磷溶液受到可見(jiàn)光輻照后，其中間產(chǎn)物可與某些氧化劑反應(yīng)產(chǎn)生強(qiáng)烈的發(fā)光現(xiàn)象（已獲得國(guó)家發(fā)明專利，授權(quán)號(hào)：ZL200610161427.5)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)：雖然反應(yīng)條件略有不同，多種農(nóng)藥也有類似的化學(xué)發(fā)光反應(yīng)，特別是有機(jī)磷農(nóng)藥和目前已禁用的有機(jī)氯農(nóng)藥。因此，運(yùn)用該方法可對(duì)一系列的農(nóng)藥進(jìn)行快速檢測(cè)。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 在2010年3月，通過(guò)對(duì)“基于光電法的農(nóng)藥殘毒快速檢測(cè)和微型化儀器的研究”（報(bào)告號(hào)：20103600L080127）的題目進(jìn)行查新。 查新結(jié)論：在國(guó)內(nèi)公開(kāi)文獻(xiàn)中，未見(jiàn)采用光轉(zhuǎn)化-化學(xué)發(fā)光法作為檢測(cè)手段，研究單線態(tài)氧與各種工農(nóng)藥（特別是有機(jī)磷和有機(jī)氯農(nóng)藥）的作用情況，通過(guò)實(shí)驗(yàn)表征和量子化學(xué)計(jì)算等手段研究單線態(tài)氧與先關(guān)物質(zhì)的反應(yīng)，建立相應(yīng)的化學(xué)發(fā)光或電致發(fā)光檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)與分離方法的聯(lián)用，快速靈敏的測(cè)量農(nóng)藥殘毒，以及在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用迅速發(fā)展的單片機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)儀器的微型化，儀器體積最小200mm*150mm*50mm的公開(kāi)文獻(xiàn)報(bào)道。
作品所處階段
- 樣機(jī)調(diào)試后期
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 暫無(wú)
作品可展示的形式
- 實(shí)物、現(xiàn)場(chǎng)演示及樣機(jī)
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 使用說(shuō)明：將待檢液體樣品泵壓導(dǎo)流，經(jīng)過(guò)光電倍增管，形成由光到電的轉(zhuǎn)換，該弱電信號(hào)通過(guò)濾波、放大處理后輸入到單片機(jī)，完成信號(hào)的處理、反饋及結(jié)果輸出。 該技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：作品采用室溫離子液體作為綠色溶劑，對(duì)樣品中農(nóng)藥殘毒組分進(jìn)行高效、快速富集和萃??；光電轉(zhuǎn)換部分采用高精度光電倍增管把微弱化學(xué)光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，用高性能運(yùn)算放大器對(duì)輸入電信號(hào)放大，采用高速單片機(jī)作為集成電路的微處理器，并通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的分析、辨識(shí)，以提高檢測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性，系統(tǒng)中存有數(shù)十種常見(jiàn)農(nóng)藥的光電強(qiáng)度數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)比對(duì)的方式智能地分析待測(cè)果蔬樣品中的農(nóng)藥殘毒種類及溶度，最后將結(jié)果數(shù)據(jù)顯示在分辨率為320*240的3.2寸高清晰度真彩屏上。 作品的適用范圍：可用于普通家庭和食品衛(wèi)生監(jiān)管部門等。 經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)：作品的市場(chǎng)應(yīng)用及成長(zhǎng)與人口基數(shù)、生活必需品的需求、社會(huì)發(fā)展等成正相關(guān)關(guān)系，一般年增長(zhǎng)率可維持在10-20％。未來(lái)市場(chǎng)占有率將提升至20％左右。
同類課題研究水平概述
- 當(dāng)今農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向是以持續(xù)發(fā)展、保持環(huán)境和生態(tài)平衡為前提，新農(nóng)藥品種發(fā)展趨勢(shì)必須符合“高效、安全、經(jīng)濟(jì)”的標(biāo)準(zhǔn)，農(nóng)藥殘留分析技術(shù)也正在不斷更新、完善和迅速發(fā)展，其發(fā)展趨勢(shì)： （1）前處理工作正朝著省時(shí)、省力、低成本、減少溶劑消耗、降低環(huán)境污染、系統(tǒng)化、規(guī)范化、微型化和自動(dòng)化方向發(fā)展；各種在線聯(lián)用技術(shù)可避免樣品轉(zhuǎn)移損失，減少各種人為偶然誤差。 （2）利用色譜技術(shù)的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室分析模式將被兩步分析模式代替。即先利用免疫技術(shù)、生物傳感器、手提式色譜或光譜儀等進(jìn)行初篩，再在實(shí)驗(yàn)室對(duì)呈陽(yáng)性的樣品進(jìn)行進(jìn)一步確定。 （3）雖然實(shí)驗(yàn)室分析以色譜為主，但將更多地使用選擇檢測(cè)器，如色潛質(zhì)譜聯(lián)用、串聯(lián)質(zhì)譜、傅立葉紅外變換儀等。先進(jìn)的樣品前處理技術(shù)，如超臨界液體萃取、基質(zhì)固相分散萃取等得到更加廣泛的應(yīng)用。 （4）為防止新的、低使用率的農(nóng)藥進(jìn)入市場(chǎng)，需要高靈敏度的檢測(cè)方法。熱鏡、光納技術(shù)、激光熒光和高靈敏的質(zhì)譜的使之成為可能。 （5）生物技術(shù)與現(xiàn)代理化分析手段相結(jié)合，不斷開(kāi)發(fā)新分析技術(shù)，對(duì)于極性強(qiáng)、難揮發(fā)、熱不穩(wěn)定、易分解的農(nóng)藥殘留分析發(fā)展迅速。 （6）現(xiàn)在生產(chǎn)和使用的農(nóng)藥大多數(shù)是化學(xué)合成品。其主要成分都是分子量較小的有機(jī)物，分子量一般在500以下。將來(lái)可能有更多的生物農(nóng)藥代替化學(xué)農(nóng)藥，分析重點(diǎn)將轉(zhuǎn)向與生物組織成分很難區(qū)分的生物大分子農(nóng)藥。未來(lái)的分析化學(xué)家將要分析的污染物可能是蛋白質(zhì)、肽、核酸、細(xì)菌、病毒等，因此他們必須掌握細(xì)胞化學(xué)、發(fā)酵化學(xué)、免疫化學(xué)等方面的知識(shí)。 如今在化學(xué)殘留檢測(cè)的整個(gè)流程中，樣品預(yù)處理越來(lái)越注重于減少各種人為因素的干擾等偶然誤差及從提高設(shè)備的精確性等方面減少系統(tǒng)誤差，盡可能地避免樣品轉(zhuǎn)移的損失，提高回收率，同時(shí)處理技術(shù)向微量化、自動(dòng)化、無(wú)毒化、快速化和低成本方向發(fā)展。未來(lái)農(nóng)藥殘留量檢測(cè)的樣品預(yù)前處理技術(shù)的發(fā)展方向應(yīng)該是盡可能地快速、精確、環(huán)保和高度自動(dòng)化。采用多殘留檢測(cè)技術(shù)和快速篩選檢測(cè)技術(shù)，結(jié)合各種先進(jìn)、高效、簡(jiǎn)單、綠色和自動(dòng)化的前處理技術(shù)檢測(cè)農(nóng)藥殘留，已成為當(dāng)今農(nóng)藥殘留檢測(cè)發(fā)展的趨勢(shì)。
