专利名称：多通道手持式食品安全检测仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种食品快速检测技术，具体涉及一种多通道手持式食品安全检测仪。
背景技术：
近年来，由于农药滥用、食品和饲料添加剂滥用、植物和动物生长激素滥用和环境污染造成对食品的玷污问题十分突出。国外肉鸡二恶英玷污事件造成了数十亿美元的经济损失；国内由于农药滥用造成的急性中毒事故时有发生；集贸市场上腌腊制品亚硝酸盐和泡发食品甲醛超标严重；过量的激素喂养甲鱼等水产品使人们都不能放心食用；污染物超标使得我国大量出口商品造成巨大的经济损失。农药、杀虫剂、食品添加剂和激素滥用，不但造成急性毒性，而且具有致癌、致畸、致突变性和遗传毒性。因此食品安全问题已经受到各级政府和广大人民群众的高度关注。国家科技部设立了耗资1.5亿的食品安全重大专项，各地政府在食品安全检测方面也投入大量研究开发经费，水果蔬菜批发市场、集贸市场、超市、宾馆、学校食堂以及个人用户等，对食品安全的现场快速检测有很大的需求。
相对于世界上的发达国家，我国在食品安全管理、检测方法和仪器等方面有非常大的差距。在食品安全检测仪器方面，目前一般采用色谱分析或光学分析法，使用实验室分析仪器，依靠专业技术人员完成分析工作，从采样到分析耗时数小时甚至数天。与发达国家相比，我国的食品生产特点是农副产品生产具有分散性大、即产即销的特点，传统的实验室仪器分析方法很难实现有效的监控，这就迫切需要一种能够满足现场快速测试和管理部门对食品监管和控制要求的手持式现场检测仪。
国内在食品安全检测仪器的开发方面研究工作较少，主要集中在农药残留检测仪这一类产品的开发。目前，国内市场已经有多家企业推出了测定农药残留的专用仪器，可以测定一个或几个样品。，如上海田京公司的CL-1农残检测仪、湖南利德公司的RAT-201手持式残留农药检测仪等。这些仪器有的使用220V电源、体积大，需要与恒温水浴配套使用，有的一次只能测定一个样品或一个组分，不太适合现场多样品多组分快速分析。此外，也有少数厂家推出了甲醛、亚硝酸盐等单参数检测仪，也不能同时测定多个成分，而且大多数是实验室使用的台式机。吉大·小天鹅公司新近推出了一款可以检测食品中亚硝酸盐与硝酸盐、二氧化硫、甲醛、农残和吊白块五种有害物质的五合一食品安全分析仪，但一次只能测量一个样品，而且采用的是台式设计，适于在实验室内使用，无法实现现场的手持式分析。
目前，国内还没有发现有可以同时对多个样品同时进行多种有毒有害物质快速检测的多通道手持式食品安全检测仪，也未见国外有类似商品化仪器的报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多通道手持式食品安全检测仪，该检测仪可以对多样品、多成份同时进行测量，并具有结构简单、体积小巧、使用方便、分析快速、可以直接显示待测物浓度等特点。
本发明提供的一种多通道手持式食品安全检测仪，包括光路部分、单片机与辅助电路部分以及输入输出部分，单片机与辅助电路部分用于计算与控制，输入输出部分用于信息的输入输出，其特征在于所述光路部分包括光源稳压控制电路、单色光源组、多通道比色池、光电检测器组和信号调理电路；单色光源组、多通道比色池和光电检测器组位于同一光路上，光源稳压控制电路根据单片机与辅助电路部分提供的信号为单色光源提供工作电压，并控制光源的开关；单色光源组产生单色光照射多通道比色池中的待测样品；光电检测器组用于检测透过样品的单色光光强值，并将光信号转换成电信号送入信号调理电路，信号调理电路将电信号进行放大整形后输出给单片机与辅助电路部分进行计算处理并将结果输出给输入输出部分。
本发明针对食品安全检测技术的现状，发明了一种基于光学分析原理的手持式多通道食品安全检测仪器。它采用国际上最先进的高集成度的光电子元器件和计算机技术，实现仪器的数字化、智能化、手持式以及适于非专业人员的现场快速测定。该仪器具有结构简单、浓度直读、人机界面友好、体积小、交直流两用和操作方便的特点，它能同时进行有机磷和氨基甲酸酯类农药、硝酸盐、亚硝酸盐、铅、镉、六价铬、氟化物、氰化物、甲醛与吊白块等多种检测指标、多个样品的现场快速测定，且具有数据存储、查询、结果打印等功能。本仪器适用于果蔬批发市场、集贸市场、宾馆、学校食堂等需要对食品中有毒有害物质进行快速检测的场合。仪器的分析方法大多采用国家标准分析方法，检测结果与国家推荐标准方法具有可比性。
图1为仪器硬件的原理框图；图2为仪器测量部分的软件流程框图。
具体实施例方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步详细的说明。
本手持式仪器主要包括三大部分光路部分1、单片机与辅助电路部分2以及输入输出部分3。光路部分1主要由光源稳压控制电路4、单色光源组5、多通道比色池6、光电检测器组7和信号调理电路8构成。单片机与辅助电路部分2包括单片机9、电源控制电路10、实时时钟电路11、数据存贮电路12、系统监控电路13、温度测量电路14以及多路选择开关15等。输入输出部分3包括显示装置16、输入装置17和串行通讯电路18。
光源稳压控制电路4为单色光源提供恒定的工作电压，同时控制光源的开关；单色光源组5用于产生单色光；待测样品可放置在多通道比色池6中；光电检测器组7用于将检测到的光强信号转换成电信号；信号调理电路8可对输出的电信号进行放大整形；单片机9是整个仪器的运算与控制核心；电源控制电路10为整个仪器提供稳定可靠的工作电源；实时时钟电路11用于系统计时；数据存贮电路12用于将数据存贮在非易失性存贮器EEPROM中；系统监控电路13可以随时监控系统的运行状态，防止程序跑飞；温度测量电路14可以测量环境温度；多路选择开关15则可根据单片机9的指令来选择适当的测量通道；显示装置16和输入装置17提供良好的人机界面；串行通讯电路18用来与PC机或串行打印机进行数据交换。
根据选定的测试指标，单片机9会自动选择当前测量通道，并通过多路选择开关15和光源稳压控制电路4点亮单色光源组5中对应的光源，产生单色光。单色光束穿过装有待测溶液的多通道比色池6后，照射到光电检测器组7中对应的检测器上。检测器将检测到的光强值直接转换成频率信号，再由信号调理电路8整形放大后经多路选择开关15输入单片机。同时，实时时钟电路11和温度测量电路14也会将测量时的时间与温度值转换成数字信号后送入单片机中进行进一步的数据处理。所有测量数据由数据存贮电路12保存在非易失性数据存贮器中，可供用户查询与数据汇总。显示装置16和输入装置17为主要的输入输出设备。通过串行通讯电路18，还可以实现与PC机的数据交换功能，也可以外接串口打印机直接打印测量结果。
上述各部件均可采用现有技术加以实现。可采用普通5号电池作为上述检测仪的电源。
多通道手持式食品安全检测仪的程序可以采用高级语言C编写。整个软件可分为四大模块通道设置、样品测量、数据处理、系统设置。通道设置模块主要完成各测量通道的设置，用户可根据需要设置各通道的测量指标与测量参数；样品测量模块为整个软件的核心。根据用户的通道设置值，对相应的通道进行测量，完成通道选择、样品测量控制、数据采集以及最终测量结果的计算与显示等功能；数据处理模块负责完成测量结果的保存、查询、打印以及与PC机的数据交换等任务；系统设置模块包括系统时间设置、显示屏对比度设计、触摸屏校正等辅助性功能。
配套使用的试剂包参考了国家标准分析方法，为了适应现场快速测试的特殊要求进行了改良，采用类似医疗药品所采用的微型包装，使用方便，易于保存。由于大多采用国家标准分析方法，检测结果与国家推荐标准方法具有可比性。
下面以一个实例为本发明作进一步的说明。
我们制作了一台八通道手持式食品安全检测仪样机，以多个特定波长的窄带发光二级管(LED)作为单色光源组，代替现有实验室分光光度计的热光源和单色器系统；以高集成度的半导体光电检测器(如TSL235)作为光电检测器组，代替现有实验室分光光度计的光电池、光电倍增管；以电池做电源，代替现有实验室分光光度计的220V交流电源，以及低功耗技术的运用，从而实现仪器的微型化、手持式；选用八通道多路开关(如CD4051)，实现了多通道、多样品的同时测量；以单片机(如AT89C55)为核心，配以算法和测量方式上的改进，实现了仪器的现场快速测量能力。
此外，仪器上还配备了实时时钟芯片(如DS1302)、非易失性存贮器(如24LC64)、1-wire温度传感器(如DS1820)以及RS-232串行接口芯片(如MAX3233)，从而实现了数据存贮、温度测量、PC机通讯及串行打印等功能，方便了用户的使用。系统监控电路(包括看门狗、自动复位、电压监控等子电路)保证了仪器的稳定可靠。
多通道手持式食品安全检测仪的程序可以采用国外流行的Keil C单片机语言编写，包括通道设置、样品测量、数据处理、系统设置四大模块。这种模块化程序设计语言既有通用C语言的特点，又具有直接操作单片机硬件的能力，其基本特点包括运行速度快、编译效率高、具有良好的移植性以及丰富的多种复杂运算的库函数与浮点运算能力。样品测量模块的软件流程示意图见图2。
参照已有的国家标准与国家推荐分析方法，我们开发了一系列适于现场分析的化学试剂包。配合这些试剂包，我们试制的八通道手持式食品安全检测仪目前可以测量有机磷和氨基甲酸酯类农药、硝酸盐、亚硝酸盐、铅、镉、六价铬、氟化物、氰化物、甲醛与吊白块等多种有毒有害物质含量。表1列出了对应的分析方法及方法来源。
表1测量指标与分析方法测量指标 分析方法 方法来源有机磷和氨基甲酸酯乙酰胆碱酯酶光度法GB/T 5009.199-2003类农药硝酸盐N-1-萘基乙二胺光度法 GB/T 5009.33-1996亚硝酸盐 N-1-萘基乙二胺光度法 GB/T 5009.33-1996铅苯基荧光酮光度法 GB/T 5009.12-1996镉苯基荧光酮光度法 GB/T 5009.15-1996六价铬二苯碳酰二肼光度法GB 7467-1987
氟化物镧氟试剂光度法GB 7483-1987氰化物吡啶-巴比妥酸光度法 GB 7487-1987甲醛 乙酰丙酮光度法GB/T 15516-1995吊白块乙酰丙酮光度法GB/T 15516-1995以下简单介绍一下多通道手持式食品安全检测仪的分析步骤(1)开机。
(2)如有需要，先进入“通道设置”菜单，为每个通道测量指定当前测量的指标。各通道测量的指标可以相同，也可以各不相同。每个通道可供选择的测量指标数根据此通道所安装的LED光源波长不同而有所区别。设置好的值会自动保存在仪器内，不必每次开机都设置。
(3)进入“样品测量”菜单，根据屏幕提示，将各个空白样品(一般是蒸馏水)放入指定的通道，测量空白值。
(4)向各个待测样品中加入配套的试剂包。根据屏幕提示，将各待测样品放入指定的通道，测量。
(5)仪器会根据测得的光强值计算出各项待测指标值，并在屏幕上显示。用户可根据自己需要保存或是打印测量结果。
(6)如果需要继续测量，重复步骤(3)-(4)。
(7)完成测量。用户可进入“数据处理”和“系统设置”菜单进行测量结果查询、数据打印、与PC机进行数据交换及相关系统设置等工作。
(8)关机。
目前多通道手持式食品安全检测仪样机采用的是八通道设计。根据市场定位的不同，选用不同的多路开关，可以方便地将仪器扩展成16通道、32通道甚至更多。
表2列出了使用传统分光光度计(以722型光度计为例)、现有的商品化分析仪(以CL-1农残检测仪为例)和本仪器的主要功能对比。(参见国家环保局，水和废水监测分析方法(第三版)，北京，中国环境科学出版社)
表2几种分析仪器对比
权利要求
1.一种多通道手持式食品安全检测仪，包括光路部分、单片机与辅助电路部分以及输入输出部分，单片机与辅助电路部分用于计算与控制，输入输出部分用于信息的输入输出，其特征在于所述光路部分(1)包括光源稳压控制电路(4)、单色光源组(5)、多通道比色池(6)、光电检测器组(7)和信号调理电路(8)；单色光源组(5)、多通道比色池(6)和光电检测器组(7)位于同一光路上，光源稳压控制电路(4)根据单片机与辅助电路部分提供的信号为单色光源提供工作电压，并控制光源的开关；单色光源组(5)产生单色光照射多通道比色池(6)中的待测样品；光电检测器组(7)用于检测透过样品的单色光光强值，并将光信号转换成电信号送入信号调理电路(8)，信号调理电路(8)将电信号进行放大整形后输出给单片机与辅助电路部分进行计算处理并将结果输出给输入输出部分。
全文摘要
本发明公开了一种多通道手持式食品安全检测仪，包括光路部分、单片机与辅助电路部分以及输入输出部分，单片机与辅助电路部分用于计算与控制，输入输出部分用于信息的输入输出，所述光路部分包括光源稳压控制电路、单色光源组、多通道比色池、光电检测器组和信号调理电路。该仪器具有结构简单、浓度直读、人机界面友好、体积小、交直流两用和操作方便的特点，它能同时进行有机磷和氨基甲酸酯类农药、硝酸盐、亚硝酸盐、铅、氰化物、甲醛与吊白块等多种检测指标、多个样品的现场快速测定，且具有数据存储、查询、结果打印等功能。本仪器适用于果蔬批发市场、集贸市场、宾馆、学校食堂等需要对食品中有毒有害物质进行快速检测的场合。
文档编号G01N21/27GK1595108SQ20041001341
公开日2005年3月16日 申请日期2004年7月4日 优先权日2004年7月4日
发明者陆晓华, 杨海, 王琳玲 申请人:华中科技大学