专利名称：便携式食品及环境污染物检测仪及其应用的制作方法
技术领域：
本发明属于一种检测仪器，特别涉及能够对食品及环境污染物进行现场分析的便携式检测仪器，以及在甲醛，农药残毒，水中溶解氧等分析技术中的应用。
背景技术：
随着科学技术的发展，分析化学显现出一些新的特点，这表现在1、从分析仪器的角度来看，分析仪器一个重要的发展方向是向小型化、微型化发展，逐步走出实验室，成为普通人的工具。2、从分析方法的角度来看，开发新型试剂尤其是一些专用的测试试剂及改进现有试剂使其具有更佳的应用效果是分析方法领域中一项重要的研究内容。
现今在粮食、食品及环境污染物检测的方法上普遍采用分光光度法，分光光度法是分析化学中的一种常规的测量方法，因其具有操作简便、使用范围宽、灵敏度高等特点而得到了广泛的应用。在我国现阶段，在环境、医药、材料等领域，分光光度法在研究中都有着重要的应用，在各种层次的分析实验室中几乎无一例外的配备分光光度计。
跟本发明相近的背景技术是通常的分光光度计，其结构主要包括有电源、光源、分光系统、不具塞的棱柱状吸收池、检测器、控制芯片、显示屏等。我国现在广泛使用的分光光度计经过从721到751型的发展，功能上虽然得到了完善与提高，但仍然存在一些不足，这表现在光源采用钨灯，光源强度不是很稳定，使得其精密度较低；采用机械扫描的分光系统，该系统价格较高但结构脆弱而且稳定性不佳；所用的检测试剂不稳定，一些试剂有毒性，因此不易保存、携带，使用不方便；整机价格较高，体积较大，不能用于现场分析，无法走出实验室。
发明内容
分光光度计走出实验室成为便携式仪器，必然伴随着检测试剂尤其是专用试剂的开发和改进，这种试剂必须具有这样的特点稳定，容易保存；反应条件温和，反应完全速度快；操作简单，携带方便。研制这类试剂对于食品及环境污染物检测类仪器走出实验室，成为便携式仪器起关键作用。
针对背景技术的缺点和不足本发明提供了一种高灵敏度、精密度好、检出限低、结构紧凑、体积小而重量轻、应用范围广的一种便携式食品及环境污染物检测仪；并且建立几种相对应的应用于便携式食品及环境污染物检测仪的专用试剂及检测技术，使便携式食品及环境污染物检测仪更适于进行现场测定。
本发明的便携式食品及环境污染物检测仪，由电源、光源、吸收池、检测器、控制芯片、显示屏构成，吸收池置于光源及检测器之间，检测器通过放大及读数装置与显示屏连接，其特征在于，所说的光源是高亮发光二极管；所说的吸收池是带有塞盖的圆柱形吸收池。省去了背景技术的分光系统部分。
光源采用高亮发光二极管(LED)，不同波长LED既作光度计的光源，又作单色器，根据被测物质吸收光的波长不同，可方便选样不同波长的发光二极管。因此省去了背景技术中的分光系统，并且高亮发光二极管不但使用寿命长，价格便宜，并且利用脉冲供电方式，耗电量也很低。
具塞圆柱形吸收池既能防止溶液溢出，又作样品与试剂反应的反应管，无需转移样品，实现连续检测。
所说的检测器可以用光敏三极管，也可以用光电管或光电倍增管。
测量结果在显示屏上显示，可以方便的读数上述的便携式食品及环境污染物检测仪可做成便携式检测仪，方便的用于现场分析。重量不超过6kg，体积不超过1L。
本发明效果主要有1、灵敏度高，以测磷为例检出限为5ppb；与传统分光光度计测磷低了3个数量级；精密度和检出限均优于现有的分光光度计。2、体积小、重量轻，整机重量不超过6千克，利于携带，能方便的进行现场分析。3、加工简易，成本低，易产业化。4、使用范围宽，除可测定一般食品环境污染物中的无机成分和有机成分还可以用于一些复杂污染物的测定。
本发明的便携式食品及环境污染物检测仪的结构还包括有试剂包，其内装检测试剂。
为了使食品及环境污染物检测仪成为便携式仪器，其分析用化学试剂必须具有稳定，容易保存；反应条件温和，反应完全速度快；操作简单，携带方便等特点，只有具备这些特点才能使便携式食品及环境污染物检测仪用于现场在线分析。为达到以上目的本发明设计了用于甲醛，农药残毒，溶解氧测定的专用试剂包。
甲醛试剂包在我国当前甲醛检测方法中，国家质检总局推荐三种检测方法，方法一为醋酸铅试纸法，方法二为离子色谱法，方法三为光度法。其中，方法一仅为定性方法，灵敏度差，不能适应检测的需要；方法二和方法三均需蒸馏法进行样品前处理，操作步骤繁杂、不宜控制，实验周期长，且导致灵敏度较低。因此，上述方法用以进行食品中甲醛测定难以做到即快速、又准确，也难于实现现场分析的目的。
为解决上述问题本发明提供一种甲醛专用试剂包的方法，利用水提法提取样品中的甲醛，利用乙酸铅和草酸钾-磷酸氢二钠作为蛋白质沉淀剂将水提液中的蛋白沉淀，与显色剂反应后测量。
按照上述测量方法，试剂包内装有乙酸铅和草酸钾-磷酸氢二钠作为蛋白质沉淀剂，装有乙酰丙酮作为显色剂。沉淀剂及显色剂分别进行密封包装，有利于长期保存，并便于携带。
按照上述测量方法，其特征在于前处理方法使用水提法，这样可以避免蒸馏法的操作繁杂、不易控制的缺点，这样有利于实现仪器进行现场分析。
根据上述测量方法，其特征在于采用了乙酸铅和草酸钾-磷酸氢二钠作为蛋白质沉淀剂，这样可以避免了在国标中以乙酸铅和亚铁氰化钾作为沉淀剂时，溶液呈酸性对甲醛与乙酰丙酮的显色反应不利，且亚铁氰化钾溶液放置后会产生浅黄色等缺点。
农药残毒试剂包蔬菜中有机磷类及氨基甲酸酯类农药残留的检测通常采用气相色谱、色-质联用等仪器分析方法，不适应现场快速检测的要求。关于快速分析方法，国外文献较多的为电化学酶传感器法，还有微孔板酶标仪法的报道。前者存在电极易受污染、且需再生处理的麻烦；后者因受实验条件的限制，难以实现现场检测。
为解决上述问题，本发明采用酶催化动力学光度法测定农药残毒，用乙酰胆碱酯酶为催化剂，利用碘化硫代乙酰胆碱与显色剂的显色反应，测定吸光度值来测定农药残毒含量。
按照上述测量方法，试剂包内装有乙酰胆碱酯酶作为催化剂，装有碘化硫代乙酰胆碱作为底物，装有5，5’-二硫代-2，2’-二硝基苯甲酸作为显色剂。并将显色剂、催化剂及底物分别进行密封包装。
根据上述测量方法，所采用的催化剂乙酰胆碱酯酶可以是经过稳定化处理的，这样处理过的酶可以长期保存。所说的乙酰胆碱酯酶的稳定化处理采用的方法，可以是通过向液体酶中加入保护剂的方法使酶保持稳定性；也可以是采用固体酶，通过酶固定化技术使酶与载体结合达到稳定的目的。
农药残毒试剂包的使用效果1、反应速度快；2、重现性、检出限与传统的分光光度法检测比较都有优势。3、稳定性好，常温可保持15天，在冰箱中可保存一年，使酶试剂保存时间大大提高，可满足现场检测的要求。
溶解氧测定试剂包测定溶解氧的常用方法有碘量法及其修正法、电化学方法。这些常见的方法中，皆因为使用的仪器复杂、方法繁琐、空气、有机物等的干扰严重等原因而难于在现场分析中应用，曾经报导的光度法测定溶解氧的试剂有亚甲基蓝以及靛蓝胭脂红等染料。靛蓝胭脂红因其灵敏度高而受到广泛关注，但是在制备还原态的靛蓝胭脂红时必须使用剧毒的氰代硼氢化钠，使得其应用受到限制。
为解决以上问题，本发明在还原态的靛蓝胭脂红基础上添加一种或几种辅助组分，比如纤维素，制成了一种溶解氧测定专用的液体试剂。将此试剂封装在特制的玻璃管——比色管中，分别采用目视比色和便携式食品及环境污染物检测仪定量测量的方法来测定水中的溶解氧含量。
按照上述测量方法，试剂包内装有还原态的靛蓝胭脂红和辅助组分的液体试剂瓶，即比色管。
按照上述测量方法，本发明还可以用无毒试剂制备还原态的靛蓝胭脂红，这避免了使用剧毒的氰代硼氢化钠。
根据上述测量方法，其特征在于在还原态的靛蓝胭脂红基础上添加辅助成分，制成一种溶解氧测定专用试剂，可消除常见的氧化剂，如Cu2+、Fe3+、V5+、Cl2等的干扰。
根据上述测量方法，其特征在于特制了一种比色管及取样瓶，具体结构见实施例2。用这种比色管和取样瓶可以准确方便的取样，采用目视比色和便携式食品及环境污染物检测仪定量测量的方法来测定水中的溶解氧含量，这种采样法避免了常规测量方法采样过程中空气造成的干扰，而且方便快捷。
溶解氧测定试剂包的特点1、能够方便快捷而经济地现场测定天然水中的溶解氧浓度；2、采用无毒性试剂减少对环境的污染，也减少了对试验人员的危害。3、避免了常规测量方法采样过程中空气造成的干扰，也消除了常见的氧化剂的干扰，使测量更精确。4、试剂进行密封封装，易于携带，适于野外现场测量。
图1是本发明的内部光学部件位置结构图；图2是本发明的外观示意图；图3是本发明的溶解氧测定用的比色管及取样瓶结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图，说明本发明的具体结构及工作过程。
实施例1本便携式食品及环境污染物检测仪在仪器方面是传统分光光度计的改进与创新，但有别于传统的分光光度计。如图1所示光源1发出的光经由透镜2聚焦后，聚焦在具塞圆柱型吸收池4的侧面，具塞圆柱型吸收池4的上底面开口并用塞盖密封，光与吸收池4中的试剂作用后，由吸收池4相对侧面射出，经由透镜3聚焦照到检测器5上，经过放大及读数装置6(包括放大电路和读数电路)处理后，在显示屏上显示测量结果。上述光源1可以是发光二极管、高强度激光器或集成发光二极管(LED)或LED陈列；所述吸收池4是圆柱状吸收池，其材质可为玻璃或石英，所述检测器5可为光敏三极管或光电管、光电倍增管；放大装置6可分别采用对数放大或普通放大两种放大系统，可以进行测量模式选择。
仪器上部主要集中了仪器的电学部件，包括电源、控制芯片、检测器和开关等。而光学部件集中在仪器下部，光学部件的排列顺序如图1。
图2是本发明的便携式食品及环境污染物检测仪外观示意图。为方便使用，在仪器的外观上，设有显示屏以清楚的显示测量结果；设有电源开关以控制光源和检测器的用电，即控制仪器的使用和关闭；设有与放大电路相连的调零按钮用以调零；设有模式选择开关以进行测量模式的选择；为方便野外使用电源也可为电池。
实施例2图3是本发明溶解氧测定用的比色管及取样瓶结构示意图。图3中，7为比色管，是一个上端具塞的滴管状的容器，下端细管的端头是封闭的，与取样瓶8配合使用；取样瓶8是倒置圆台形状，其下底面接装进水管11，下底面内侧有环状凹槽10。凹槽10的宽度能使比色管7下端细管的端头插入凹槽10的底部，使用时轻轻掰动比色管7上部能使比色管7下端细管折断。
实施例3本发明中关于利用便携式食品及环境污染物检测仪测定甲醛的一个实例配制显色剂乙酰丙酮溶液在100mL蒸馏水中加入醋酸铵25g，冰醋酸3mL和乙酰丙酮0.40mL，振摇促溶，储备于棕色瓶中，装入试剂包待用。此液可保存1个月。
样品用组织捣碎机捣碎，称取水发菜样品10g，干菜样品5g(精确到0.01g)于100mL的容量量瓶中，加入水到60mL，盖紧盖子，放置(60±5)min，每5min摇瓶一次，加入10.0mL乙酸铅溶液，轻轻摇匀，再加入10.0mL草酸钾-磷酸氢二钠溶液，轻摇后，用水定容至刻度，摇匀，静置，用中速滤纸过滤。
滤液装入吸收池4用便携式食品及环境污染物检测仪检测。
实施例4本发明中关于利用便携式食品及环境污染物检测仪测定农药残毒的一个实例秤取1g(精确至±0.1g)剪碎的蔬菜样品，放入具塞试管中，加入10mL缓冲溶液，振荡提取2min，放置3-5min，使上层液澄清；先测空白对照样，取出4.0mL清液(在空白对照样中加入4.0mL缓冲溶液)于吸收池4中，分别加入50μL乙酰胆碱酯酶液和碘化硫代乙酰胆碱液，手捂保温5.0min，将吸收池4插入光路，调零，取出后加入40μL乙酰胆碱酯酶液，摇振20-30s后立即插入光路，按测定键，程序开始记录，3min后停止；重复以上步骤，依次连续进行试样测定，每3min一个循环，仪器自动给出样品酶抑制率，据此判断样品受农药的污染程度。
实施例5本发明中关于利用便携式食品及环境污染物检测仪测定溶解氧的一个实例先将装有还原态的靛蓝胭脂红和辅助组分纤维素的比色管7放在手持式取样瓶8中，使比色管7下端细管的端头插入凹槽10的底部，然后将比色管7尖端在装有水样的取样瓶8中的凹槽10内折断比色管7细尖端，水样即可在大气压的作用下进入比色管7中，使管内试剂变蓝。按下开关键接通电源，再按调零键，使液晶显示屏上显示0.00，将比色管7代替吸收池4放在便携式食品及环境污染物检测仪中，按读数键后即可读出此时溶解氧的浓度。
权利要求
1.一种便携式食品及环境污染物检测仪，由电源、光源(1)、吸收池(4)、检测器(5)、显示屏构成，吸收池(4)置于光源(1)及检测器(5)之间，检测器(5)通过放大及读数装置(6)与显示屏连接，其特征在于，所说的光源(1)是高亮发光二极管；所说的吸收池(4)是带有塞盖的圆柱形吸收池。
2.按照权利要求1所述的便携式食品及环境污染物检测仪，其特征在于，结构包括有试剂包，其内装检测试剂。
3.一种权利要求1的便携式食品及环境污染物检测仪在甲醛、农药残毒、溶解氧测定中的应用，其特征在于，用乙酸铅和草酸钾-磷酸氢二钠作为蛋白质沉淀剂，乙酰丙酮作为显色剂，蛋白质沉淀剂和显色剂分别密封包装放在试剂包内，用于测定甲醛；或用乙酰胆碱酯酶作为催化剂，碘化硫代乙酰胆碱作为底物，5，5’-二硫代-2，2’-二硝基苯甲酸作为显色剂，显色剂、催化剂及底物分别进行密封包装放在试剂包内，用于测定农药残毒；或将装还原态的靛蓝胭脂红和纤维素液体试剂瓶放在试剂包内，用于测定溶解氧。
4.按照权利要求3所述的便携式食品及环境污染物检测仪在甲醛测定中的应用，其特征在于，利用水提法提取样品中的甲醛，利用乙酸铅和草酸钾-磷酸氢二钠作为蛋白质沉淀剂将水提液中的蛋白沉淀，与显色剂反应后测量。
5.按照权利要求3所述的便携式食品及环境污染物检测仪在农药残毒测定中的应用，其特征在于，采用酶催化动力学光度法测定农药残毒，用乙酰胆碱酯酶为催化剂，利用碘化硫代乙酰胆碱与显色剂的显色反应，测定吸光度值来测定农药残毒含量。
6.按照权利要求3所述的便携式食品及环境污染物检测仪在溶解氧测定中的应用，其特征在于，将还原态的靛蓝胭脂红和纤维素液体试剂封装在比色管(7)中，比色管(7)兼作吸收池；分别采用目视比色和定量测量的方法来测定水中的溶解氧含量。
7.按照权利要求3或6所述的便携式食品及环境污染物检测仪在溶解氧测定中的应用，其特征在于，所说的比色管(7)，是一个上端具塞的滴管状的容器，下端细管的端头是封闭的，与取样瓶(8)配合使用；取样瓶(8)是倒置圆台形状，其下底面接装进水管(11)，下底面内侧有环状凹槽(10)，凹槽(10)的宽度能使比色管(7)下端细管的端头插入凹槽(10)的底部。
全文摘要
本发明属检测仪器及在食品及环境污染物检测分析中的应用。其结构由光源1、吸收池4、检测器5、放大及读数装置6、显示屏构成，光源1是高亮发光二极管；吸收池4是具塞的圆柱形吸收池。结构还包括有试剂包，其内装检测试剂。本发明建立了用于本发明检测仪的专用试剂及检测技术，更适于对甲醛，农药残毒，溶解氧进行现场测定。本发明灵敏度高，精密度和检出限均优于现有的分光光度计；体积小、重量轻，使用专用试剂，能方便携带和进行现场分析；加工简易，成本低，易产业化；使用范围宽。本发明的试剂具有稳定，容易保存；反应条件温和，反应完全速度快；操作简单，携带方便的特点。
文档编号G01N21/31GK1560601SQ20041001070
公开日2005年1月5日 申请日期2004年2月25日 优先权日2004年2月25日
发明者金钦汉, 邹明强, 杨蕊, 于爱民, 曹彦波 申请人:吉林大学