基本信息
- 项目名称：
- 便携式大众果蔬常见农药残毒光电快速检测仪
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 作品通过运用化学发光原理、光电转换技术和单片机技术，对农药样品产生的光信号进行滤波、优化和辨识，快速检测出果蔬等农副产品产品中农药残毒的种类和残留量，研制成一种高精度、便携式的农药残毒检测仪器。所设计的仪器具有质量轻、体积小、检测时间短等特点。本作品便于质监部门和用户随身携带，实现对果蔬等农副产品中农药残毒含量进行现场检测，保证了百姓的食品安全。
- 详细介绍：
- 随着农业生产的发展，大量农药的应用导致生态环境中农药含量超标，对人、畜和水、大气、土壤等环境要素产生了严重的危害。在我国，经常有因残留农药而造成的负面影响如：人体食用有残留农药的蔬菜后，会对体内的胆碱酯酶有抑制作用，阻断神经递质的传递，引起肌肉麻痹造成中毒而引起的毒性作用；而进口我国农产品的国家也以此为借口进行限制，给农新产品生产、加工和出口带来巨大经济损失。因此，人们对农药污染问题越来越重视，对农药污染的监测和控制正成为当前和未来的研究热点。 本作品涉及有机磷等农药残毒的光转化-化学发光检测方法、机理研究。检测原理基于申报组的新发现：多种农药经过一定转化后，与氧化剂作用或通过电极反应会引发发光现象。拟通过对单线态氧与各种农药的作用研究，通过实验表征和量子化学计算等手段研究单线态氧与相关物质的反应，建立相应的化学发光或电致发光检测方法，实现与分离方法的联用。在此基础上，运用发展迅速的单片机技术，实现微型化。由于光电转换部分的电信号十分微弱，将存在很大的干扰和非线性，运用数据融合等处理方法，对所检测的数据进行滤波、辨识、优化等，提高检测数据的可靠性。该研究可建立对重要农药残毒的一系列高灵敏检测新的手段，同时在本项目的研究原理和方法上具有重要的理论价值和应用前景。 本套检测系统运用单片机和光电转换技术，通过对农药和化学药品反应产生的光信号进行滤波、优化和辨识，快速检测出农副产品和环境中农药残毒的种类和残留量，仪器操作简便，体积小，便于携带。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 研究目的 随着长期不合理使用农药以及人们对食品安全的不断关注，农药残毒检测问题已经越来越被人们所重视。常规检测是将样品送实验室，利用专门仪器进行化验检测，费时费力效率低。如何以小巧、便捷的方式，实现对蔬菜瓜果快速检测，是一项既有便于质检部门的监管，又有利于保证百姓食品安全的重要课题。 基本思路 作品所提的“光转化-化学发光法”属原创性研究。我们发现农药中有发光现象，利用这种发光现象检测农药残毒量，该方法比目前文献中的方法具有更高的灵敏度和更好的选择性。不仅适用于农药残留的检测，还适用于如毒品等一些不饱和化合物的检测。 本作品体现出以下创新点： （1）提出新的农药残毒检测原理，即光转化-化学发光检测法（已获得国家发明专利，授权号：ZL200610161427.5）。 （2）完善光敏化转化-电致化学发光机理。 （3）检测数据实现了在线智能优化。采用最新的微控流分析系统替代传统的手工或机械加液式反应系统，光电转换部分采用进口超微型化光电倍增管，使农药残毒在快速分析方面获得实质性突破。 （4）作品的研究成果——便携式农药残毒检测仪。目前国内外农药残毒检测仪器中，所研制的微型化仪器可以做到体积最小。 技术关键： （1）仪器的微型化 （2）农药残毒发光信息的采集 （3）仪器检测的重复性和再现性 主要技术指标： （1）建立新方法：采用光转化—化学发光法作为检测手段 （2）构建农药反应信息数据库 （3）研制微型化仪器
科学性、先进性
- 科学性： 由于农药种类繁多、化学机理各异，反应现象不同，所以目前市场上已存在的其他农药残毒检测仪器也只是针对一类或几种农药所研究设计的，均无法涵盖所有种类农药的残毒检测。 而目前国内农业生产中，常用农药绝大部分均属于有机磷类和有机氯类，此类农药品种多，药效高，用途广，已成为防治农作物病虫害的主流，本作品所研究的微型农药残毒检测仪，正是针对果蔬及其他农副产品中有机磷和有机氯类农药残毒含量的在线监测。 先进性： 申报小组致力于一种先进的光转化-化学发光法的研究，并试用于农药残毒检测试验中。申报组将有机磷类物质与荧光剂共存,有机磷溶液受到可见光辐照后，其中间产物可与某些氧化剂反应产生强烈的发光现象（已获得国家发明专利，授权号：ZL200610161427.5)。进一步研究发现：虽然反应条件略有不同，多种农药也有类似的化学发光反应，特别是有机磷农药和目前已禁用的有机氯农药。因此，运用该方法可对一系列的农药进行快速检测。
获奖情况及鉴定结果
- 在2010年3月，通过对“基于光电法的农药残毒快速检测和微型化仪器的研究”（报告号：20103600L080127）的题目进行查新。 查新结论：在国内公开文献中，未见采用光转化-化学发光法作为检测手段，研究单线态氧与各种工农药（特别是有机磷和有机氯农药）的作用情况，通过实验表征和量子化学计算等手段研究单线态氧与先关物质的反应，建立相应的化学发光或电致发光检测方法，实现与分离方法的联用，快速灵敏的测量农药残毒，以及在此基础上，运用迅速发展的单片机技术，实现仪器的微型化，仪器体积最小200mm*150mm*50mm的公开文献报道。
作品所处阶段
- 样机调试后期
技术转让方式
- 暂无
作品可展示的形式
- 实物、现场演示及样机
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：将待检液体样品泵压导流，经过光电倍增管，形成由光到电的转换，该弱电信号通过滤波、放大处理后输入到单片机，完成信号的处理、反馈及结果输出。 该技术的特点和优势：作品采用室温离子液体作为绿色溶剂，对样品中农药残毒组分进行高效、快速富集和萃取；光电转换部分采用高精度光电倍增管把微弱化学光信号转换成电信号，用高性能运算放大器对输入电信号放大，采用高速单片机作为集成电路的微处理器，并通过编程实现对数据的分析、辨识，以提高检测数据的可靠性，系统中存有数十种常见农药的光电强度数据库，通过比对的方式智能地分析待测果蔬样品中的农药残毒种类及溶度，最后将结果数据显示在分辨率为320*240的3.2寸高清晰度真彩屏上。 作品的适用范围：可用于普通家庭和食品卫生监管部门等。 经济效益预测：作品的市场应用及成长与人口基数、生活必需品的需求、社会发展等成正相关关系，一般年增长率可维持在10-20％。未来市场占有率将提升至20％左右。
同类课题研究水平概述
- 当今农业的发展方向是以持续发展、保持环境和生态平衡为前提，新农药品种发展趋势必须符合“高效、安全、经济”的标准，农药残留分析技术也正在不断更新、完善和迅速发展，其发展趋势： （1）前处理工作正朝着省时、省力、低成本、减少溶剂消耗、降低环境污染、系统化、规范化、微型化和自动化方向发展；各种在线联用技术可避免样品转移损失，减少各种人为偶然误差。 （2）利用色谱技术的传统实验室分析模式将被两步分析模式代替。即先利用免疫技术、生物传感器、手提式色谱或光谱仪等进行初筛，再在实验室对呈阳性的样品进行进一步确定。 （3）虽然实验室分析以色谱为主，但将更多地使用选择检测器，如色潜质谱联用、串联质谱、傅立叶红外变换仪等。先进的样品前处理技术，如超临界液体萃取、基质固相分散萃取等得到更加广泛的应用。 （4）为防止新的、低使用率的农药进入市场，需要高灵敏度的检测方法。热镜、光纳技术、激光荧光和高灵敏的质谱的使之成为可能。 （5）生物技术与现代理化分析手段相结合，不断开发新分析技术，对于极性强、难挥发、热不稳定、易分解的农药残留分析发展迅速。 （6）现在生产和使用的农药大多数是化学合成品。其主要成分都是分子量较小的有机物，分子量一般在500以下。将来可能有更多的生物农药代替化学农药，分析重点将转向与生物组织成分很难区分的生物大分子农药。未来的分析化学家将要分析的污染物可能是蛋白质、肽、核酸、细菌、病毒等，因此他们必须掌握细胞化学、发酵化学、免疫化学等方面的知识。 如今在化学残留检测的整个流程中，样品预处理越来越注重于减少各种人为因素的干扰等偶然误差及从提高设备的精确性等方面减少系统误差，尽可能地避免样品转移的损失，提高回收率，同时处理技术向微量化、自动化、无毒化、快速化和低成本方向发展。未来农药残留量检测的样品预前处理技术的发展方向应该是尽可能地快速、精确、环保和高度自动化。采用多残留检测技术和快速筛选检测技术，结合各种先进、高效、简单、绿色和自动化的前处理技术检测农药残留，已成为当今农药残留检测发展的趋势。
