一种植物果实中维生素C的活体微创检测装置及方法

一种植物果实中维生素c的活体微创检测装置及方法
技术领域
1.本发明涉及维生素检测技术领域，具体涉及一种植物果实中维生素c的活体微创检测装置及方法。


背景技术：

2.维生素c是人体需要量最大的一种维生素，它对维持人体生理机能意义重大，人类缺乏维生素c将导致坏血病，因此又被称为抗坏血酸。维生素c在人体氧化还原代谢反应中起调节作用，主要生理功能有：促进胶原蛋白及结缔组织的合成，促进伤口愈合；作为高效抗氧化剂，清除体内的活性氧基团及一些自由基，以保护细胞免遭氧化损害；增强免疫功能；预防癌症；促进机体对铁的吸收等。由于人体缺乏古洛糖内酯氧化酶，不能自身合成维生素c，必须从食物中获取。水果中含有丰富的维生素c，人体所需大量的维生素c都来源于水果。因此，水果中维生素c含量的高低不仅是评价其营养价值的重要指标之一，也是人们根据营养需求合理选择、科学搭配饮食的依据。
3.目前植物果实中维生素c的测定方法较多，主要有2，6-二氯靛酚滴定法、碘量法、荧光分光光度法和高效液相色谱法等。这些方法都具有局限性，如2，6-二氯靛酚滴定法和碘量法存在判断滴定终点困难、样品提取液易氧化从而导致测定不准确、不适于有色样品的测定等问题；荧光分光光度法操作繁琐费时、易受色素影响；高效液相色谱法所需仪器造价高、操作繁琐、耗时较长。此外，上述测定方法均需要将植物果实进行离体处理，包括研磨、提取、纯化等步骤，然后才可进行测定，无法实现活体快速检测。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服上述存在的问题，提供一种植物果实中维生素c的活体微创检测装置，该活体微创检测装置可以实现对植物果实中的维生素c进行活体微创检测，检测精度高，操作简单，提高了检测效率，降低检测成本，实现果实生长过程的全周期检测。
5.本发明的另一个目的在于提供一种植物果实中维生素c的活体微创检测方法。
6.本发明的目的通过以下技术方案实现：
7.一种植物果实中维生素c的活体微创检测装置，包括壳体、负压检测区、导流管、丝网印刷电极、电化学信号检测仪以及气泵；其中，
8.所述负压检测区设置在所述壳体的上端，该负压检测区与所述气泵的进气口连通，所述气泵设置在壳体的内部；所述丝网印刷电极设置在所述负压检测区上，该丝网印刷电极与所述电化学信号检测仪连接；所述导流管的下端与所述负压检测区连通，用于插入植物果实中吸取汁液，将汁液导入丝网印刷电极上。
9.上述植物果实中维生素c的活体微创检测装置的工作原理是：
10.将导流管的上端插入待检测植物果实的内部约2mm，启动气泵，使得负压检测区形成负压状态，植物果实的汁液会从导流管中吸入负压检测区中，落在丝网印刷电极；接着打开电化学信号检测仪，对植物果实中的维生素c进行检测；对下一个测植物果实进行检测
时，将丝网印刷电极进行更换。
11.本发明的一个优选方案，其中，所述壳体上设有用于打开和关闭所述负压检测区的盖板，所述盖板的后端与所述壳体铰接，所述盖板的前端与所述壳体之间通过锁紧机构连接；所述导流管设置在所述盖板上。通过设置盖板，一方面，便于保证负压检测区的气密性，从而实现吸取植物果实中汁液；另一方面，打开盖板，可以方便对丝网印刷电极进行更换。
12.进一步地，所述锁紧机构包括两组对称设置在所述盖板两侧的锁紧组件，每组锁紧组件均包括滑动设置在所述壳体上的滑动块、设置在所述滑动块上的锁紧销以及设置在所述盖板上的锁紧孔，所述锁紧销与所述锁紧孔相互配合。需要打开盖板时，推动滑动块，使得滑动块朝着远离盖板的方向移动，并带动锁紧销运动，锁紧销与锁紧孔分离，即可打开盖板；当需要锁紧关闭盖板时，盖板合上后，推动滑动块朝着靠近盖板的方向移动，并带动锁紧销运动，锁紧销插入锁紧孔中，实现了盖板的锁紧；由于设置两组锁紧组件，进一步提高了锁紧的效果。
13.优选地，所述盖板与所述壳体之间设有用于密封负压检测区的第一密封圈以及用于密封汁液的第二密封圈；所述第二密封圈位于所述第一密封圈的内部，所述第二密封圈的位置与所述丝网印刷电极的位置相互对应；所述第二密封圈的内部空间为检测区域，所述导流管的下端与所述检测区域连通；所述第二密封圈的外部与所述第一密封圈的内部之间的空间为负压区域，所述气泵的进气口与所述负压区域连通；所述第二密封圈的上端设有多个连通槽，该连通槽将检测区域与负压区域连通。上述结构中，第二密封圈上设置多个连通槽，使得检测区域与负压区域连通，可保证检测区域的负压，从而将果汁通过导流管吸入第二密封圈内部的检测区域，丝网印刷电极可以对检测区域的果汁进行检测；第二密封圈可以保证果汁不会漏出检测区域中，同时也保证了检测结果的准确性。
14.优选地，所述负压检测区域的底部设有安装槽，所述丝网印刷电极安装在所述安装槽上。采用上述结构，通过设置安装槽，可以方便丝网印刷电极的安装，且安装后丝网印刷电极可以与检测区域的底部保持齐平，使得结构紧凑，同时也能保证第二密封圈的气密性。
15.优选地，所述丝网印刷电极采用三电极体系，该丝网印刷电极包括依次设置的对电极、工作电极以及参比电极；所述对电极、工作电极以及参比电极分别通过刷涂导电银浆延伸至端部，形成三个信号传输触点；三个信号传输触点与所述电化学信号检测仪连接。上述结构中，采用三电极体系，具有结构简单，测量精度高的特点。
16.优选地，所述对电极通过刷涂碳浆并干燥后形成；所述工作电极通过刷涂掺杂碳纳米管的碳浆并干燥后形成；所述参比电极通过刷涂银浆并干燥后形成。上述结构中，丝网印刷电极具有结构简单、生产工艺简单、设计灵活、一致性好、成本低廉、易于大规模生产等优点。
17.优选地，所述负压检测区上设有三根铜柱，所述盖板上设有两组弹簧顶针；每组弹簧顶针的数量为三个；第一组的三个弹簧顶针的位置与所述三个信号传输触点的位置一一对应；第二组的三个弹簧顶针的位置与三根铜柱的位置一一对应；当盖板合上时，第一组的三个弹簧顶针与三个信号传输触点相互接触，第二组的三个弹簧顶针与三根铜柱相互接触；所述壳体的侧面设有电化学信号传输接口，该电化学信号传输接口用于连接所述电化
学信号检测仪；第一组的三个弹簧顶针与第二组的三个弹簧顶针之间、三根铜柱与电化学信号传输接口之间均通过信号线连接。检测时，先将电化学信号检测仪的信号线插头插入电化学信号传输接口中，合上盖板后，气泵工作，植物果实的汁液从导流管中吸入负压检测区中，落在丝网印刷电极上，丝网印刷电极产生的电化学信号会从三个信号传输触点传输至第一组的三个弹簧顶针，并经过信号线传输至第二组的三个弹簧顶针，经过三根铜柱后，再由信号线传输至电化学信号传输接口，最终传输至电化学信号检测仪；实现植物果实中维生素c的检测。
18.优选地，所述负压检测区上设有抽气口；所述抽气口的上端与所述负压区域连通，该抽气口的下端通过管道与所述气泵的进气口连接。上述结构中，气泵工作，将负压区域中的空气抽离，使得负压区域、检测区域形成负压，便于吸取植物果实的汁液。
19.优选地，所述壳体上设有用于控制气泵工作的电路机构，所述电路机构包括启动开关、供电模块以及运行指示灯；所述运行指示灯与所述气泵两者并联构成气泵模块，所述启动开关、气泵模块和供电模块三者串联设置；其中，所述供电模块包括供电接口以及电源指示灯；所述供电接口以及电源指示灯两者并联设置。上述结构中，供电接口可以和电源线连接，为运行指示灯、气泵、电源指示灯提供电量，运行指示灯可以用于指示气泵运行情况；电源指示灯可以用于指示通电情况；在检测时，通过控制启动开关，实现气泵开启与关闭，从而实现负压检测区对汁液吸取。
20.一种植物果实中维生素c的活体微创检测方法，包括以下步骤：
21.(1)将电源线插入供电接口，为活体微创检测装置提供电源；
22.(2)将电化学信号检测仪的信号线插头插入电化学信号传输接口中，使得电化学信号检测仪与丝网印刷电极连接；
23.(3)打开锁紧机构，然后打开盖板；
24.(4)将丝网印刷电极放入负压检测区中；
25.(5)合上盖板，并关闭锁紧机构，将盖板锁紧；
26.(6)将导流管插入待检测植物果实的内部2mm；
27.(7)按下启动开关，气泵工作，使得负压检测区形成负压状态，植物果实的汁液会从导流管中吸入负压检测区中，落在丝网印刷电极上，然后松开启动开关，气泵停止工作；
28.(8)打开电化学信号检测仪，对汁液中的维生素c进行检测。
29.本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
30.1、本发明中的活体微创检测装置，在检测时，将导流管的上端插入待检测植物果实的内部约2mm，通过负压获取植物果实中的汁液；通过丝网印刷电极结合电化学信号检测仪，实现了对植物果实中的维生素c进行检测，检测精度高，操作简单，提高了检测效率，降低检测成本。
31.2、本发明中的活体微创检测装置，采用基于丝网印刷电极的电化学传感器，以微创吸取微量植物果实汁液的方式实现活体检测，对果实损伤极小。
32.3、本发明中的活体微创检测装置，可以将导流管直接插入植株上的植物果实以获取汁液；无需将植物果实进行离体处理，避免了果实的浪费。
33.4、本发明中的活体微创检测装置，丝网印刷电极具有设计灵活、结构简单、一致性好、成本低廉、易于大规模生产等优点。
34.5、本发明中的活体微创检测装置，配合电化学信号检测仪一起使用，可以设置定时对植物果实进行维生素c含量的检测与分析，实现对植物果实生长过程的全周期检测；可及时了解植物的生长状况，选择果实成熟收获的最佳时期。
附图说明
35.图1-图2为本发明中的一种植物果实中维生素c的活体微创检测装置的其中一种具体实施方式的结构示意图，其中，图1为立体图，图2为另一个视角方向的立体图。
36.图3为本发明中的活体微创检测装置省去盖板的立体结构示意图。
37.图4为本发明中的活体微创检测装置中的盖板处于打开状态时的立体结构示意图。
38.图5为本发明中的活体微创检测装置中的盖板处于打开状态时省去上壳体后的立体结构示意图。
39.图6为本发明中的丝网印刷电极的结构示意图。
40.图7为本发明中的丝网印刷电极与电化学信号检测仪之间连接关系的示意图。
41.图8为本发明中的电路结构的示意图。
具体实施方式
42.为了使本领域的技术人员很好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述，但本发明的实施方式不仅限于此。
43.实施例1
44.参见图1-图7，本实施例公开了一种植物果实中维生素c的活体微创检测装置，包括壳体1、负压检测区2、导流管3、丝网印刷电极4、电化学信号检测仪5以及气泵6；所述负压检测区2设置在所述壳体1的上端，该负压检测区2与所述气泵6的进气口连通，所述气泵6设置在壳体1的内部；所述丝网印刷电极4设置在所述负压检测区2上，该丝网印刷电极4与所述电化学信号检测仪5连接；所述导流管3的下端与所述负压检测区2连通，用于插入植物果实中吸取汁液，将汁液导入丝网印刷电极4上。
45.参见图1-图4，所述负压检测区2为槽体结构，所述壳体1包括上壳体1-1和下壳体1-2，所述负压检测区2设置在所述上壳体1-1上。
46.参见图1-图5，所述壳体1上设有用于打开和关闭所述负压检测区2的盖板7，所述盖板7的后端与所述壳体1铰接，所述盖板7的前端与所述壳体1之间通过锁紧机构8连接；所述导流管3设置在所述盖板7上。通过设置盖板7，一方面，便于保证负压检测区2的气密性，从而实现吸取植物果实中汁液；另一方面，打开盖板7，可以方便对丝网印刷电极4进行更换。
47.参见图1-图5，所述锁紧机构8包括两组对称设置在所述盖板7两侧的锁紧组件，每组锁紧组件均包括滑动设置在所述壳体1上的滑动块8-1、设置在所述滑动块8-1上的锁紧销8-2以及设置在所述盖板7上的锁紧孔8-3，所述锁紧销8-2与所述锁紧孔8-3相互配合。所述滑动块8-1可在限定范围内左右滑动，实现锁紧销8-2的伸出与缩回；需要打开盖板7时，推动滑动块8-1，使得滑动块8-1朝着远离盖板7的方向移动，并带动锁紧销8-2运动，锁紧销8-2与锁紧孔8-3分离，即可打开盖板7；当需要锁紧关闭盖板7时，盖板7合上后，推动滑动块
8-1朝着靠近盖板7的方向移动，并带动锁紧销8-2运动，锁紧销8-2插入锁紧孔8-3中，实现了盖板7的锁紧；由于设置两组锁紧组件，进一步提高了锁紧的效果。
48.所述滑动块8-1设置在所述下壳体1-2上。
49.参见图1-图5，所述盖板7与所述壳体1之间设有用于密封负压检测区2的第一密封圈9以及用于密封汁液的第二密封圈10；所述第二密封圈10位于所述第一密封圈9的内部，所述第二密封圈10的位置与所述丝网印刷电极4的位置相互对应；所述第二密封圈10的内部空间为检测区域11，所述导流管3的下端与所述检测区域11连通；所述第二密封圈10的外部与所述第一密封圈9的内部之间的空间为负压区域12，所述气泵6的进气口与所述负压区域12连通；所述第二密封圈10的上端设有多个连通槽10-1，该连通槽10-1将检测区域11与负压区域12连通。上述结构中，第二密封圈10上设置多个连通槽10-1，使得检测区域11与负压区域12连通，可保证检测区域11的负压，从而将果汁通过导流管3吸入第二密封圈10内部的检测区域11，丝网印刷电极4可以对检测区域11的果汁进行检测；第二密封圈10可以保证果汁不会漏出检测区域11中，同时也保证了检测结果的准确性。
50.参见图1-图5，所述第二密封圈10中的检测区域11的容积约为0.15ml；所述导流管3的直径为0.5mm，对植物果实进行检测时，不会损伤植物果实，达到微创活体检测。
51.参见图1-图5，所述第一密封圈9和第二密封圈10的上端均固定在盖板7上，当打开盖板7时，可以将第一密封圈9和第二密封圈10也跟着在盖板7上，方便负压检测区2中的丝网印刷电极4进行更换。
52.参见图1-图5，所述负压检测区2的底部设有长30mm、宽11mm、深0.3mm的安装槽，所述丝网印刷电极4安装在所述安装槽上，所述安装槽设置在负压检测区2域的中央。采用上述结构，通过设置安装槽，可以方便丝网印刷电极4的安装，且安装后丝网印刷电极4可以与检测区域11的底部保持齐平，使得结构紧凑，同时也能保证第二密封圈10的气密性。
53.参见图6-图7，所述丝网印刷电极4采用三电极体系，该丝网印刷电极4包括从左到右依次设置的对电极4-1、工作电极4-2以及参比电极4-3；所述对电极4-1、工作电极4-2以及参比电极4-3分别通过刷涂导电银浆延伸至端部，形成三个信号传输触点41；三个信号传输触点41与所述电化学信号检测仪5连接；三个信号传输触点41的宽度均为1.2mm；所述丝网印刷电极4长为30mm，宽为11mm，厚度为0.3mm，可安装在负压检测区2的中央。上述结构中，采用三电极体系，具有结构简单，测量精度高的特点。
54.参见图6-图7，所述对电极4-1通过刷涂碳浆并干燥后形成；所述工作电极4-2通过刷涂掺杂碳纳米管的碳浆并干燥后形成；所述参比电极4-3通过刷涂银浆并干燥后形成。上述结构中，丝网印刷电极4具有结构简单、生产工艺简单、设计灵活、一致性好、成本低廉、易于大规模生产等优点。
55.参见图4-图7，所述负压检测区2上设有三根铜柱14，所述盖板7上设有两组弹簧顶针15；每组弹簧顶针15的数量为三个；第一组的三个弹簧顶针15的位置与所述三个信号传输触点41的位置一一对应；第二组的三个弹簧顶针15的位置与三根铜柱14的位置一一对应；当盖板7合上时，第一组的三个弹簧顶针15与三个信号传输触点41相互接触，第二组的三个弹簧顶针15与三根铜柱14相互接触；所述壳体1的侧面设有电化学信号传输接口16，该电化学信号传输接口16用于连接所述电化学信号检测仪5；第一组的三个弹簧顶针15与第二组的三个弹簧顶针15之间、三根铜柱14与电化学信号传输接口16之间均通过信号线25连
接。检测时，先将电化学信号检测仪5的信号线插头插入电化学信号传输接口16中，合上盖板7后，气泵6工作，植物果实的汁液从导流管3中吸入负压检测区2中，落在丝网印刷电极4上，丝网印刷电极4产生的电化学信号会从三个信号传输触点41传输至第一组的三个弹簧顶针15，并经过信号线25传输至第二组的三个弹簧顶针15，经过三根铜柱14后，再由信号线25传输至电化学信号传输接口16，最终传输至电化学信号检测仪5；实现植物果实中维生素c的检测。
56.进一步地，所述负压检测区2左下方开有三个孔，用于安装所述三根铜柱14，每根铜柱14长5mm、直径1.5mm。
57.参见图1-图5，所述负压检测区2上设有抽气口17；所述抽气口17的上端与所述负压区域12连通，该抽气口17的下端通过管道与所述气泵6的进气口连接；所述气泵6的出气口与大气相连，该抽气口17的直径为4mm。上述结构中，气泵6工作，将负压区域12中的空气抽离，使得负压区域12、检测区域11形成负压，便于吸取植物果实的汁液。
58.所述气泵6为微型气泵，通过螺栓18安装在壳体1的内部，所述螺栓18与气泵6之间还设有减震片19，减小气泵6在工作时发生振动。所述微型气泵的直径为27mm，长度为70mm，功率为5w，可产生0.04mpa的负压；所述管道为真空硅胶管。
59.参见图1-图2和图8，所述壳体1上设有用于控制气泵6工作的电路机构，所述电路机构包括启动开关20、供电模块以及运行指示灯21；所述运行指示灯21与所述气泵6两者并联构成气泵模块，所述启动开关20、气泵模块和供电模块三者串联设置；其中，所述供电模块包括供电接口以及电源指示灯22；所述供电接口以及电源指示灯22两者并联设置。上述结构中，供电接口可以和电源线连接，为运行指示灯21、气泵6、电源指示灯22提供电量，运行指示灯21可以用于指示气泵6运行情况；电源指示灯22可以用于指示通电情况；在检测时，通过控制启动开关20，实现气泵6开启与关闭，从而实现负压检测区2对汁液吸取。
60.参见图1-图2和图8，所述供电接口包括dc供电接口23以及type-c供电接口24，所述dc供电接口23、type-c供电接口24和电源指示灯22三者并联设置；具体地，所述运行指示灯21通过导线与所述气泵6相互并联；启动开关20的一个引脚与所述气泵6的正极连接，另一个引脚与所述type-c供电接口24、电源led的正极连接，所述气泵6的负极与所述type-c供电接口24、电源led的负极连接。所述电源指示灯22、所述运行指示灯21均为led指示灯，且均安装在上壳体1-1的顶面，其中，电源指示灯22发红光，运行指示灯21发绿光。
61.参见图1-图2，所述启动开关20为启动按钮，设置在上壳体1-1的顶面，按压启动按钮时通电，松开时断开，其目的在于，便于对气泵6进行控制，方便吸取植物果实汁液。
62.进一步地，所述下壳体1-2的后侧面设有两个孔，用于安装dc供电接口23与type-c供电接口24；所述下壳体1-2的右侧面设有一个孔，用于安装电化学信号传输接口16。
63.参见图1-图7，上述植物果实中维生素c的活体微创检测装置的工作原理是：
64.将导流管3的上端插入待检测植物果实的内部约2mm，启动气泵6，使得负压检测区2形成负压状态，植物果实的汁液会从导流管3中吸入负压检测区2中，落在丝网印刷电极4；接着打开电化学信号检测仪5，对植物果实中的维生素c进行检测；为了检测结果的准确性，丝网印刷电极4一般都作为一次性电极进行使用，因此，对下一个测植物果实进行检测时，将丝网印刷电极4进行更换。
65.实施例2
66.参见图1-图8，本实施例公开了一种植物果实中维生素c的活体微创检测方法，包括以下步骤：
67.(1)将电源线插入供电接口，为活体微创检测装置提供电源；
68.(2)将电化学信号检测仪5的信号线插头插入电化学信号传输接口16中，使得电化学信号检测仪5与丝网印刷电极4连接；
69.(3)打开锁紧机构8，然后打开盖板7；
70.(4)将丝网印刷电极4放入负压检测区2中；
71.(5)合上盖板7，并关闭锁紧机构8，将盖板7锁紧；
72.(6)将导流管3插入待检测植物果实的内部2mm；
73.(7)按下启动开关20，气泵6工作，使得负压检测区2形成负压状态，植物果实的汁液会从导流管3中吸入负压检测区2中，落在丝网印刷电极4上，然后松开启动开关20，气泵6停止工作；
74.(8)打开电化学信号检测仪5，对汁液中的维生素c进行检测；
75.(9)检测完成后，打开锁紧机构8，然后打开盖板7，对丝网印刷电极4进行更换，重复步骤(5)～(8)，进行下一轮检测。
76.本实施例中，所检测的植物果实为番茄果实。
77.上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。