一种水产品兽药残留量检测方法及装置与流程

本发明属于水产品检测，具体涉及一种水产品兽药残留量检测方法及装置。

背景技术：

1、目前，水产品中兽药残留量检测是保证食品安全和合规性的重要环节。传统的兽药残留检测方法如高效液相色谱法(hplc)和质谱法(ms)等已经得到广泛应用，但这些方法通常需要复杂的样品预处理、昂贵的设备和专业操作人员，且分析周期较长。此外，由于水产品样品的复杂性和兽药分子的低浓度，传统方法在灵敏度和选择性方面存在一定的局限性。

2、因此，需要开发一种新型的水产品兽药残留量检测方法，以克服传统方法的限制。这种方法应具有高灵敏度、高选择性和快速分析的特点，以实现对目标兽药的准确检测和定量。

技术实现思路

1、因此，本发明的目的是提供一种水产品兽药残留量检测方法，在提高检测灵敏度、选择性和分析速度的同时，还提供了一种可靠的数据处理和分析方法，为水产品兽药残留量检测提供了一种新颖、高效和实用的解决方案。该方案有望在食品安全监管和质量控制领域发挥重要作用。

2、为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

3、一种水产品兽药残留量检测方法，采用基于表面增强拉曼光谱sers检测，包括以下步骤：

4、①准备纳米颗粒：使用银或金制备纳米颗粒，并进行表面修饰以提高对目标兽药的选择性；

5、②样品预处理：将水产品样品制备成适当的提取物，以便在纳米颗粒上形成sers活性的兽药分子；

6、③sers检测：将提取物与经过表面修饰的纳米颗粒混合，并进行搅拌和孵育，以促使目标兽药分子与纳米颗粒表面发生作用；然后，使用激光光源照射样品，并通过光谱仪获取sers信号；

7、④数据处理和分析：对获得的sers光谱数据进行处理和分析，利用模式识别算法和机器学习技术，构建兽药残留量检测模型；该模型可以根据光谱特征识别目标兽药的存在和浓度，并给出相应的定量结果。

8、其中，所述步骤①中准备纳米颗粒的具体步骤为：基于分子印迹技术，用目标兽药分子作为模板来制备具有选择性的纳米颗粒：

9、①选择功能单体和交联剂：选择适合的功能单体和交联剂来制备纳米颗粒；功能单体选择具有与目标兽药分子相互作用的功能基团；交联剂用于将功能单体交联形成孔隙结构，选择具有多个反应位点的分子；

10、②模板制备：将目标兽药分子与功能单体和交联剂共同反应，形成模板复合物；

11、③聚合和交联：将模板复合物进行聚合和交联反应，生成具有孔隙结构的纳米颗粒；

12、④模板去除：通过溶剂提取、热解或酸碱处理，将模板从纳米颗粒中去除，留下具有孔隙结构的纳米颗粒；使纳米颗粒表面能高度选择性地识别和结合目标兽药分子。

13、其中，所述步骤②中样品预处理的具体步骤为：

14、①样品准备：选择合适的水产品样品，并从中获取所需的组织部分，确保样品新鲜，避免受到污染或氧化；

15、②样品处理：将样品进行预处理以去除可能的干扰物质并提取目标兽药分子；

16、③浓缩和纯化：对提取物进行浓缩和纯化，以增加目标兽药分子的浓度并去除可能的干扰物质。

17、其中，所述步骤③sers检测的具体步骤为：

18、①混合和孵育：将提取物与表面修饰的纳米颗粒混合，并进行搅拌和孵育，以促使目标兽药分子与纳米颗粒表面的功能化修饰相互作用，并形成复合物；

19、②激光照射和sers信号获取：将混合后的样品放置在sers实验平台上，使用激光光源照射样品，激发纳米颗粒表面的局域电磁场增强效应，并激发目标兽药分子的振动光谱；通过光谱仪获取sers信号；光谱仪记录并分析从纳米颗粒表面返回的强化光谱信号，其中包含了目标兽药分子的振动信息。

20、其中，所述步骤④数据处理和分析的具体步骤为：

21、①数据预处理：对获得的sers光谱数据进行预处理，以提高数据质量和降低噪声的影响；

22、②特征提取：从预处理后的sers光谱数据中提取有用的特征；

23、③数据分析和模型构建：利用提取的特征数据进行数据分析和模型构建；

24、④训练和验证模型：将获得的特征数据分为训练集和验证集，使用训练集对模型进行训练，并使用验证集进行模型验证和性能评估，通过调整模型参数和特征选择，优化模型性能；

25、⑤目标兽药识别和定量：使用经过训练和验证的模型，对新的sers光谱数据进行目标兽药的识别和定量；根据光谱特征和模型的映射关系，推断目标兽药的存在和浓度。

26、其中，准备纳米颗粒的具体过程包括：

27、材料选择：银纳米颗粒：使用银盐(如agno3)作为前体，并选择氨作为还原剂；

28、粒径控制：还原剂浓度，使用0.1m的氨水(nh3)作为还原剂；

29、反应温度：在室温下进行反应；

30、反应时间：反应时间为30～35分钟；

31、表面修饰：功能化试剂，使用0.1mg/ml的单链抗体修饰银纳米颗粒；

32、反应时间：进行表面修饰的反应时间为1～1.5小时；

33、表面修饰后的稳定性：稳定剂，添加聚乙二醇(peg)作为稳定剂，浓度根据需要进行调整。

34、其中，样品预处理的具体过程包括：

35、样品清洗：用冷水彻底清洗水产品样品，以去除表面的污垢和杂质；

36、组织部分处理：将水产品切割成1-2厘米小块状，以增加提取效率；

37、组织破碎：将水产品块放入离心管中，使用均质器或超声波处理器进行破碎，以释放目标兽药分子；

38、提取剂选择：选择乙腈作为提取剂，其具有良好的溶解性和提取效果；

39、提取过程：将水产品块与乙腈按1:10(质量比)的比例混合，用搅拌器或振荡器进行搅拌提取，提取时间为1小时；

40、浓缩和纯化：将提取液转移到离心管中，使用旋转蒸发仪进行乙腈的蒸发浓缩，然后使用溶剂交换(如乙酸乙酯/丙酮)进行纯化。

41、其中，sers检测的具体过程包括：

42、提取物与纳米颗粒混合：将提取物与经表面修饰的纳米颗粒按1:10的比例混合；

43、搅拌和孵育：搅拌，使用磁力搅拌子，在500rpm的搅拌速度下对混合物进行搅拌，以促进目标兽药分子与纳米颗粒表面的相互作用，搅拌时间为1小时；孵育，将混合物置于恒温孵育器中，在25℃下进行孵育，以进一步促使目标兽药分子与纳米颗粒表面发生作用，孵育时间为2小时；

44、激光照射和sers信号获取：激光光源，使用532nm波长的激光光源；照射条件，调整激光的功率为1-2mw，并照射样品30秒至1分钟，以充分激发纳米颗粒表面的局域电磁场增强效应，并激发目标兽药分子的振动光谱；光谱仪，使用拉曼光谱仪进行信号获取，设置10秒的积分时间和500-2000cm^-1的光谱范围，记录纳米颗粒表面返回的sers信号。

45、其中，数据处理和分析的具体过程包括：

46、光谱数据获取：

47、光谱范围，500-1800cm^-1的拉曼频率范围；

48、分辨率，1cm^-1；

49、数据预处理：

50、背景校正，使用空白样品的光谱进行背景校正，以去除非兽药相关的背景信号；

51、基线校正，采用线性或非线性的基线校正方法，以消除光谱的漂移和基线偏移；

52、光谱平滑，采用savitzky-golay平滑法，使用11点窗口和2次多项式，以去除噪声和提高信号质量；

53、数据归一化，对每个光谱进行最大值归一化，将光谱中的最大峰值设置为1，以消除不同样品之间的强度差异；

54、特征提取：

55、主成分分析(pca)，应用pca算法，从预处理后的光谱数据中提取主成分特征；

56、选择前n个主成分，根据主成分的贡献率，选择前n个主成分，保留信息量大部分的主要特征；

57、构建模型：

58、支持向量机(svm)，选择svm算法进行建模，使用线性核函数或高斯核函数；

59、训练集和测试集划分，将数据集划分为训练集和测试集，通常采用70％的数据作为训练集，30％的数据作为测试集；

60、参数调优，使用网格搜索或交叉验证方法，调整svm的惩罚参数c和核函数参数γ以优化模型性能；

61、模型评估和验证：

62、准确性评估，计算模型在测试集上的准确性、灵敏度和特异度；

63、外部验证，使用独立的样本集对模型进行外部验证，以评估模型的稳定性和预测能力。

64、与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

65、1.本发明通过表面增强拉曼光谱(sers)技术，利用纳米颗粒表面的局域电磁场增强效应，可以大幅提高目标兽药分子的信号强度，从而实现对低浓度兽药的高灵敏度检测。通过对纳米颗粒进行表面修饰，可以增强其对目标兽药分子的亲和性，使其与目标兽药分子发生选择性相互作用，从而提高检测的选择性，减少对其他干扰物质的响应。相比传统的兽药残留检测方法，该方案无需复杂的样品前处理步骤，减少了分析时间和操作复杂性，使检测过程更加快速高效。通过调整表面修饰的纳米颗粒和数据处理方法，可以实现对多种兽药的同时检测，提高了分析的多样性和实用性。结合模式识别算法和机器学习技术，对获得的sers光谱数据进行处理和分析，构建兽药残留量检测模型，可以实现对兽药的定量分析和定性识别，提供准确的检测结果。

66、综上所述，本技术的方案在提高检测灵敏度、选择性和分析速度的同时，还提供了一种可靠的数据处理和分析方法，为水产品兽药残留量检测提供了一种新颖、高效和实用的解决方案。该方案有望在食品安全监管和质量控制领域发挥重要作用。

67、2.本发明的纳米颗粒具有较大的比表面积，表面修饰后可以增加与目标兽药分子的相互作用，从而大幅增强拉曼散射信号的强度。这种增强效应使得即使在低浓度下，也能够获得明显的sers信号，提高了检测灵敏度。通过表面修饰纳米颗粒，可以引入适当的功能单体和交联剂，使其与目标兽药分子发生特异性相互作用。这种选择性修饰增加了纳米颗粒对目标兽药的亲和性，从而减少了对其他干扰物质的响应，提高了检测的选择性。纳米颗粒的尺寸、形状和表面修饰可通过合适的合成方法进行调控。通过调整这些参数，可以优化纳米颗粒与目标兽药之间的相互作用，进一步提高检测的选择性和灵敏度。纳米颗粒表面修饰可引入不同的功能分子，如抗体、分子印迹等，以实现对不同目标兽药的同时检测。这种多功能性使得纳米颗粒在多种兽药残留检测中具有广泛的应用潜力。经过适当的表面修饰，纳米颗粒在稳定性和可重复性方面具有良好的性能。这些修饰可提高纳米颗粒的抗氧化性能和稳定性，确保其在检测过程中的可靠性和重复性。使用纳米颗粒进行表面修饰的方法在兽药残留量检测中具有创新性，能够开辟新的检测途径和方法。纳米颗粒的特殊性质和表面增强效应使得该方法在提高检测灵敏度和选择性方面具有独特优势。

68、综上所述，准备纳米颗粒并进行表面修饰以提高对目标兽药的选择性具有增强信号强度、提高选择性、可控调节、多功能性、稳定性和可重复性等优点，并能够实现一些意想不到的效果，为兽药残留量检测领域带来新的可能性和创新应用。

69、3、本发明的sers技术利用纳米颗粒表面的局域电磁场增强效应，使目标兽药分子的拉曼散射信号大幅增强。相较于常规拉曼光谱，sers具有更高的灵敏度，可以实现对低浓度兽药的快速检测。通过表面修饰的纳米颗粒，可以引入特定的功能单体和交联剂，提高与目标兽药分子的选择性相互作用。这种选择性修饰使得sers检测具有优秀的选择性，能够准确地检测目标兽药而不受其他干扰物质的影响。sers检测无需复杂的样品前处理步骤，操作简便快速。纳米颗粒与提取物混合后，只需短暂的搅拌和孵育即可实现兽药分子与纳米颗粒表面的作用，然后通过光谱仪获取sers信号，整个过程迅速高效。多组分同时检测：通过调整纳米颗粒表面的修饰和激光光源的选择，可以实现对多种兽药的同时检测。这种多组分同时检测的能力使得sers方法具备广泛的应用潜力。可重复性和稳定性：经过表面修饰的纳米颗粒具有良好的稳定性和可重复性，可以提供稳定的sers信号。这种稳定性使得sers检测结果具有可靠性，可用于长期的兽药残留量监测。sers技术不仅可以提供兽药分子的定性检测，还可以获取分子级别的特征信息，例如分子结构、化学键振动等。这使得sers成为分子识别和结构分析的有力工具。sers具有抗干扰能力，可以应对样品中的复杂基质和杂质。通过选择适当的纳米颗粒表面修饰和光谱数据处理方法，可以降低非目标分子的干扰，提高兽药检测的准确性和可靠性。sers检测方法可以在实时监测样品的同时进行分析，使其在追踪兽药残留变化和快速检测的应用场景中具有巨大潜力。

70、综上所述，sers检测方法具有高灵敏度、强选择性、快速分析、多组分同时检测的优点，同时还能提供分子级别的特征信息和抗干扰能力。这些特点使得sers成为一种有前景的兽药残留量检测方法，为食品安全和质量控制提供了一种快速、准确和可靠的分析手段。

71、4、本发明通过对获得的sers光谱数据进行处理和分析，利用模式识别算法和机器学习技术，可以构建兽药残留量检测模型。该模型基于已知兽药的光谱特征和浓度信息进行训练，并能够根据样品的sers光谱特征，准确地识别目标兽药的存在和浓度。这种定量结果可以为兽药残留量的监测和控制提供准确可靠的依据。数据处理和分析方法可以对多个兽药的光谱数据进行处理，实现多兽药的同时检测和定量。通过训练模型，可以识别和区分不同兽药的光谱特征，提高分析的多样性和实用性。利用机器学习技术，构建的兽药残留量检测模型可以在短时间内快速响应，实现实时的兽药检测和监测。这种快速响应能力有助于在生产和食品安全监管中进行快速决策和采取相应措施。通过数据处理和分析，可以发现光谱数据中隐含的特征和关联信息。这些信息可能与兽药的来源、生产过程、使用情况等相关，有助于进一步了解兽药的使用和控制情况。利用机器学习技术和模式识别算法，构建的模型可以根据光谱特征识别已知兽药的存在和浓度。在实际应用中，如果出现未知兽药或新兽药的情况，该模型也可以识别出与已知兽药不同的光谱特征，从而提供潜在的新兽药识别能力。通过对多个样品的sers光谱数据进行关联分析，可以揭示兽药残留的空间分布、时间变化和相关因素。这些分析结果有助于了解兽药的使用情况、残留量的分布规律等，并为食品安全监管提供科学依据。

72、综上所述，数据处理和分析在sers光谱数据中具有高准确性的定量结果、多元分析能力和快速响应能力等优点。此外，还包括隐含信息的发现、新兽药的识别和数据关联分析等，为兽药残留量检测提供了更多的应用潜力和深度分析能力。

73、5、本发明的恒温孵育器通过从半球形底座底部通入一定温度的气体，并从半球形盖体顶部排出，控制和保持悬浮球壳内混合物的温度稳定可控。循环控温装置、调温机构和温度监控装置的结合，确保了恒温孵育器在操作过程中的温度稳定性和精确性。通过电磁铁的通断电和磁性变化，悬浮球壳受到不均匀的浮力作用，从而实现混合物的搅拌。这种搅拌方式能够使混合物充分接触和交互，提高混合效果。悬浮球壳通过万向机构与半球形底座和半球形盖体连接，并且永磁铁在一定范围内自由转动。这种结构设计使得悬浮球壳能够在孵育过程中自由转动，实现更好的搅拌效果和摇晃流畅性。通过电磁铁和永磁铁的相对面同极相斥，实现悬浮球壳的悬浮和转动。永磁铁底面通过万向机构与底座和盖体连接，使其能在一定范围内自由转动。这样的设计可以提高斥力对悬浮球壳的作用效果和效率，减少电力浪费。恒温孵育器结构和工作原理的设计能够实现混合物内的温度均匀分布。通过循环控温装置和多级调温机构的配合，可以有效避免温度梯度的形成，确保混合物在整个孵育过程中的温度均匀性。通过调节各级半导体制冷片，恒温孵育器可以快速响应温度调节需求。处理器根据各级调温机构监测到的气体温度调节半导体制冷片，使通过该级的空气温度在要求的范围内。这种灵活的温度调节方式能够满足不同实验条件下的温度要求。恒温孵育器中的内盖和承装壳通过嵌条和凹槽的可拆卸密封连接，方便对孵育器内部进行清洗和维护。这种设计使得恒温孵育器易于操作和维护，提高了使用的便利性。

74、综上所述，恒温孵育器具有温度稳定可控、混合物均匀搅拌、悬浮球壳的自由转动和独特的斥力调节等优点。同时，其均匀的温度分布、灵活的温度调节和可拆卸密封连接，使其在科研和实验中具有广泛的应用潜力。