一种现场快速检测葡萄酒中有害物质的方法与流程

本发明属于分析检测技术领域，特别涉及一种现场快速检测葡萄酒中有害物质的方法。

背景技术：

葡萄酒以葡萄为原料，经发酵而制成。葡萄酒中含有很多营养物质，如糖类、醇类、酸类、无机盐、氨基酸及各种维生素。不仅味道甘甜醇美，营养丰富，且具有降低不良胆固醇，促消化、强身、美容等功效，因此受到广大人民的喜爱。近年来，随着社会经济的不断发展及人们生活水平的不断提升，很多家庭选择自制葡萄酒。葡萄酒的酿造需要经过选料、清洗、晾晒、破碎、发酵、澄清等环节，由于葡萄酒在酿造过程中很容易受到杂菌污染，因此每个环节对卫生要求非常严格。然而，对于家庭自酿葡萄酒而言，大多数人全凭经验及感觉酿造葡萄酒，对自酿葡萄酒的成分尤其是甲醇及挥发酸(从文献得知甲醇及挥发酸是葡萄酒酿造过程中最容易超标的有害物质)这些有害物质的含量是否超标无从得知，因此有必要设计一种便携式的甲醇及可挥发酸检测装置，检测葡萄酒中甲醇及可挥发酸的含量，以保障人民的生命安全。

甲醇又称木醇、木酒精，无色、易挥发、毒性大，甲醇摄入过量会引起头晕、乏力、视力障碍等中毒症状，严重者甚至死亡。传统的葡萄酒中甲醇的测量方法有：顶空法、激光拉曼光谱法、折射法、气相色谱法、比色法等。其中顶空法需要色谱分析仪器；拉曼光谱法曲线复杂难以识别,需拉曼光谱仪器；折射法虽然简便,但影响因素多难以精确测量；而气相色谱法需要贵重仪器，而仪器不便于携带及现场快速检测。这些均不适合家用葡萄酒的甲醇及挥发酸检测。目前，虽然市面上已有便携式甲醇及挥发酸测量仪器，但这些仪器均是只能对单一有害物质进行测量，且存在不便携、不快速、价格较高等缺点，因此有必要研制一种新的现场快速检测葡萄酒中有害物质的方法，为家庭及个体服务。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有方法的不足，提供一种现场快速检测葡萄酒中有害物质的方法。

具体步骤为：

(1)设置一种便携式装置，包括定量样品提取模块、信号处理电路模块、单片机信号采集系统、电源模块、触摸屏模块和在线存储模块。定量样品提取模块包括传感器、液体吸入器按柄、液体吸入器和液体吸入头；液体吸入器按柄设置在液体吸入器的上部，液体吸入头安装在液体吸入器的下部，传感器设置在液体吸入器和液体吸入头的交界处；信号处理电路模块包括驱动传感器电路、滤波放大电路和A/D转换电路；触摸屏模块包括触摸屏电路和触摸屏；在线存储模块上设置有USB数据接口；定量样品提取模块中的传感器连接至驱动传感器电路的同时还连接至滤波放大电路，滤波放大电路连接至A/D转换电路，A/D转换电路连接至单片机信号采集系统，单片机信号采集系统连接至触摸屏模块的同时还连接至在线存储模块；电源模块包括充电电路、充电电池和输出电路，充电电路设置有Micro-USB 充电接口，充电电池通过输出电路连接信号处理电路模块、单片机信号采集系统、在线存储模块及触摸屏模块。

所述定量样品提取模块用于葡萄酒样品的定量提取，取样时，按下液体吸入器按柄，液体吸入器就通过液体吸入头提取定量体积的样品，且液体吸入头能够更换，方便快速提取不同的样品；传感器包括甲醇传感器和挥发酸传感器，甲醇传感器用于将甲醇的微小变化转换成微弱的电信号，挥发酸传感器用于将挥发酸的微小变化转换成微弱的电信号。

所述驱动传感器电路用于为传感器提供工作电源，滤波放大电路用于将传感器上微弱的电信号进行放大、去噪和滤波，A/D转换电路用于将放大、去噪和滤波后的电信号转换成数字信号，然后输入单片机信号采集系统。

所述单片机信号采集系统采用可编程的开发板制成，该系统用于收集信号处理电路模块输出的数字信号，并对收集到的数字信号进行处理，转换成触摸屏模块中触摸屏能够显示的形式，同时为在线存储模块提供接口支持。

所述触摸屏为人机交互界面，操作人员能够通过触摸屏上的软件进行各项功能操作，包括测量、保存、返回、导出测量结果和对比葡萄酒国家标准限定值，触摸屏电路为触摸屏提供电路支持。

所述在线存储模块用于存储测量结果，能够将测量结果通过USB数据接口存储在U盘中或导出，方便记录、统计和汇总。

所述充电电路设置有Micro-USB充电接口，能够插入便携式充电器，用于为充电电池充电，充电电池通过输出电路为信号处理电路模块、单片机信号采集系统、在线存储模块及触摸屏模块进行供电。

(2)对步骤(1)设置的便携式装置开通电路，电源模块的充电电池通过输出电路为信号处理电路模块、单片机信号采集系统、在线存储模块及触摸屏模块进行供电；触摸屏模块中的触摸屏电路为触摸屏供电，触摸屏处于系统初始化界面，并进行按键扫描；按下液体吸入器上部的液体吸入器按柄，液体吸入头中就会吸取定量的葡萄酒样品，点击触摸屏上的测量按钮，进入测量界面，驱动传感器电路使传感器开始工作，传感器感应到葡萄酒样品中的甲醇及挥发酸后，产生稳定的电信号，该电信号进入信号处理电路模块，经滤波放大电路进行放大、去噪及滤波处理，然后经A/D转换电路进行转换，变成单片机信号采集系统所需要的数字信号；单片机信号采集系统对A/D转换电路输入的数字信号进行处理，转变成测量结果显示在触摸屏模块的触摸屏上，同时触摸屏上显示葡萄酒中甲醇及挥发酸的国家标准限定值，从而自动做出甲醇及挥发酸是否超标的判断，然后测量结果由在线存储模块通过USB数据接口存储在U盘上或导出；当测量下一个样品时，更换液体吸入头，并使触摸屏回到测量界面，重复测量过程，当充电电池电量较小时，通过充电电路上设置的Micro-USB充电接口接入便携式充电器，为充电电池充电，以保证测量快速进行。

(3)完成步骤(2)，即实现现场快速检测葡萄酒中有害物质。

本发明方法操作简单便捷，且所用的便携式装置使用方便、响应速度快、测量精度高、结构简单、体积小、重量轻、防水、防爆、维护方便，本方法从根本上解决了葡萄酒中甲醇及挥发酸现场快速测定的难题，并大大地提高了现场检测速度。

附图说明

图1为本发明中使用的便携式装置的总体框图。

图2为本发明实施例中使用的便携式装置的外观正面图。

图3为本发明实施例中使用的便携式装置的外观背面图。

图4为本发明实施例中使用的便携式装置的定量样品提取模块的外观图。

图中标记：1-Micro-USB充电接口；2-USB数据接口；3-电源开关；4-液体吸入器按柄；5-液体吸入器；6-传感器；7-液体吸入头；8-触摸屏；9-Home键；10-返回键。

图5为本发明实施例中所用软件的主程序流程图。

具体实施方式

实施例：

(1)如图1所示，设置一种便携式装置，包括定量样品提取模块、信号处理电路模块、单片机信号采集系统、电源模块、触摸屏模块和在线存储模块；定量样品提取模块包括传感器6、液体吸入器按柄4、液体吸入器5和液体吸入头7；液体吸入器按柄4设置在液体吸入器5的上部，液体吸入头7安装在液体吸入器5的下部，传感器6设置在液体吸入器5和液体吸入头7的交界处；信号处理电路模块包括驱动传感器电路、滤波放大电路和A/D转换电路；触摸屏模块包括触摸屏电路和触摸屏8；在线存储模块上设置有USB数据接口2；定量样品提取模块中的传感器6连接至驱动传感器电路的同时还连接至滤波放大电路，滤波放大电路连接至A/D转换电路，A/D转换电路连接至单片机信号采集系统，单片机信号采集系统连接至触摸屏模块的同时还连接至在线存储模块；电源模块包括充电电路、充电电池和输出电路，充电电路设置有Micro-USB 充电接口1，充电电池通过输出电路连接信号处理电路模块、单片机信号采集系统、在线存储模块及触摸屏模块。如图2、3和4所示，该便携式现场快速检测装置上还设置有电源开关3、Home键9和返回键10。

所述定量样品提取模块用于葡萄酒样品的定量提取，取样时，按下液体吸入器按柄4，液体吸入器5就通过液体吸入头7提取定量体积的样品，且液体吸入头7能够更换，方便快速提取不同的样品；传感器6包括甲醇传感器和挥发酸传感器，甲醇传感器用于将甲醇的微小变化转换成微弱的电信号，挥发酸传感器用于将挥发酸的微小变化转换成微弱的电信号。

所述驱动传感器电路用于为传感器6提供工作电源，滤波放大电路用于将传感器6上微弱的电信号进行放大、去噪和滤波，A/D转换电路用于将放大、去噪和滤波后的电信号转换成数字信号，然后输入单片机信号采集系统。

所述单片机信号采集系统采用可编程的开发板制成，该系统用于收集信号处理电路模块输出的数字信号，并对收集到的数字信号进行处理，转换成触摸屏模块中触摸屏8能够显示的形式，同时为在线存储模块提供接口支持。

所述触摸屏8为人机交互界面，操作人员能够通过触摸屏8上的软件进行各项功能操作，包括测量、保存、返回、导出测量结果和对比葡萄酒国家标准限定值，触摸屏电路为触摸屏8提供电路支持。

所述在线存储模块用于存储测量结果，能够将测量结果通过USB数据接口2存储在U盘中或导出，方便记录、统计和汇总。

所述Micro-USB充电接口1能够接入便携式充电器，用于为充电电池充电，充电电池通过输出电路为信号处理电路模块、单片机信号采集系统、在线存储模块及触摸屏模块进行供电。

(2)打开电源开关3，电源模块的充电电池通过输出电路为信号处理电路模块、单片机信号采集系统、在线存储模块及触摸屏模块进行供电。触摸屏模块中的触摸屏电路为触摸屏8供电，并使触摸屏8处于系统初始化界面，进行按键扫描。按下液体吸入器5上部的液体吸入器按柄4，液体吸入头7中就会吸取定量葡萄酒样品，点击触摸屏8上的测量按钮，进入测量界面，驱动传感器电路使传感器6开始工作，传感器6的电极表层加入薄电解层，且表面增加毛细型的针孔，以提高测量精度。传感器6感应到葡萄酒样品中的甲醇及挥发酸后，发生化学变化，产生稳定的电信号，该电信号进入信号处理电路模块，经滤波放大电路进行放大、去噪及滤波处理，然后经A/D转换电路进行转换，变成单片机信号采集系统所需要的数字信号。单片机信号采集系统对A/D转换电路输入的数字信号进行处理，转变成测量结果显示在触摸屏模块的触摸屏8上，同时触摸屏8上显示葡萄酒中甲醇及挥发酸的国家标准限定值，从而自动做出甲醇及挥发酸是否超标的判断，然后测量结果由在线存储模块通过USB数据接口2存储在U盘上。当测量下一个样品时，更换液体吸入头7，按Home键9直接回到测量界面，或者重复按返回键10逐步回到测量界面，当充电电池电量较小时，通过充电电路上设置的Micro-USB充电接口1接入便携式充电器，为充电电池充电，以保证测量快速进行。

(3)完成步骤(2)，即实现现场快速检测葡萄酒中有害物质。

本实施例中使用的软件的主程序的流程图如图5所示，该软件开发使用Keil4 for ARM，编程语言是C 语言。Keil 开发软件提供C 语言、汇编语言编译器，且提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。易学易会，操作方便。