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        基于嵌入式技術的農(nóng)藥殘留快速檢測系統(tǒng)設計*

        2015-02-28 17:39:20何志琴邊鵬飛龔圣高
        電子器件 2015年6期
        關鍵詞:抑制率光度試劑

        劉 慶,何志琴,邊鵬飛,龔圣高

        (貴州大學電氣工程學院,貴陽 550025)

        農(nóng)藥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要生產(chǎn)資料,對農(nóng)業(yè)的發(fā)展,糧食的供給有不可替代的作用,然而由于過量及不當?shù)氖褂茫沟棉r(nóng)藥殘留及其污染物引起的食品安全問題日益突出。這種情況下迫切需要研發(fā)一批適用于現(xiàn)場快速測定的檢測儀器。2003年國家頒布了基于乙酰膽堿酯酶體系的農(nóng)藥殘留快速檢測方法的國家標準,國家標準的出臺更加快了此類農(nóng)藥殘毒檢測儀標準化,批量化,商品化的進程[1-2]。

        本文主要講解了一種基于乙酰膽堿酯酶分析體系的新型農(nóng)藥殘留檢測儀[3],設計以嵌入式系統(tǒng)STM-32為核心,使用微型化,低能耗,低成本的單色光源與檢測裝置,可使用220 V外接電源或干電池供電,體積小,重量輕,特別適用于現(xiàn)場的快速檢測[4]。

        1 檢測原理

        我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中所使用的農(nóng)藥大多屬于有機磷類或氨基甲酸酯類農(nóng)藥,在一定條件下此類農(nóng)藥對膽堿酯酶正常功能有抑制作用,其抑制率與農(nóng)藥的濃度成正相關性,這樣通過抑制作用,計算出抑制率,則可以判斷出樣品中是否含有有機磷類或氨基甲酸酯類農(nóng)藥的存在。膽堿酯酶對以上兩種農(nóng)藥的敏感度可達0.01 mg/kg~0.5 mg/kg[5]。這種酶動力學分析方法比一般儀器所采用的動物血清作為酶試劑,檢測的專一性和靈敏度都有明顯的提高。

        在正常情況下有機磷類農(nóng)藥與氨基甲酸酯類農(nóng)藥對膽堿酯酶的活性存在一定的抑制作用,向樣品中添加一定量的乙酰膽堿酯酶,當樣品中含有以上兩大類農(nóng)藥時,即會對酶的活性產(chǎn)生抑制作用。再向含有農(nóng)藥的樣品中添加底物(碘化硫代乙酰膽堿)和顯色劑(二硫代硝基甲酸)時,酶因喪失活性則不能徹底催化底物完成顯色反應[6]。此時,通過發(fā)光管產(chǎn)生405 nm波長的藍紫光照射比色皿時,能測出顏色變化造成的吸光度之差,再由吸光度值的變化計算出酶的抑制率,酶的抑制率越大,說明樣品中殘留農(nóng)藥的含量越高,反之亦然[7]。

        在405 nm左右的單色光條件下測定吸光度A隨時間t的變化,單色光通過樣品時,使用探測器硅光電池進行接收,硅光電池屬于一種PN結的單結光電池,它由半導體硅中滲入一定的微量雜質(zhì)而制成。光照射到PN結上時,使PN結兩端產(chǎn)生電動勢,進而產(chǎn)生光伏效應,由于在較大的光照范圍內(nèi),其短路電流與照度有良好的線性關系,故可以通過測量硅光電池的短路電流表示此時的光強度。同時經(jīng)過電流轉電壓放大電路將電流量轉換成電壓量,吸光度定義:

        U0為入射光照在硅光電池上的電壓,U為出射光照在硅光電池上的電壓強度。

        由國標GB|T5009.199-2003推薦的分析方法是通過測量空白試液,以及待測試液2 min前后吸光度值的變化ΔAstd和ΔAsam來計算抑制率R,抑制率R的計算公式為:

        其中ΔAstd表示空白樣品的吸光度變化,ΔAsam表示待測樣品吸光度變化,通過抑制率R可以判斷出樣品中是否含有高劑量的有機磷類或氨基甲酸酯類農(nóng)藥的存在,當待測樣品的抑制率R≥50時,表示蔬菜中有高劑量的有機磷類或氨基甲酸酯類農(nóng)藥的存在,樣品為陽性結果[8-9]。本儀器對采集到的吸光度值進行線性擬合,在擬合后的曲線上利用式(1)~式(2)計算得出吸光度值。對數(shù)據(jù)的線性擬合能加強測量數(shù)據(jù)的精準性。

        2 農(nóng)藥殘毒檢測系統(tǒng)設計

        2.1 系統(tǒng)整體設計

        儀器由光學部分,核心處理器部分與外圍輔助電路3大部分組成[10]。系統(tǒng)工作過程是將光源所產(chǎn)生的平行光經(jīng)過比色皿而后進入到光電檢測模塊,光源采用由發(fā)光管產(chǎn)生的405 nm藍紫光色平行光。由光電檢測電路,將電壓信號采入處理器,最后由處理器計算出農(nóng)藥殘留度。整個反應過程被設計在一個嵌入式微處理器上完成,將計算機技術與測量控制技術結合到一起,使其成為智能儀表。圖1所示為儀器的結構框圖。

        圖1 儀器結構框圖

        光學部分包括LED單色平行光,比色池,光電檢測及相應的輔助與控制電路,整個光學部分被密封在一個暗室內(nèi),可以有效的避免外界雜散光的影響。STM-32作為整個儀器的控制中心,外圍電路有穩(wěn)壓電源,數(shù)據(jù)存儲器[11]。輸入輸出部分包括320*240TFT觸摸屏,鍵盤,串行口可直接上傳到PC機。

        2.2 光學部分

        本系統(tǒng)采用酶動力學分析法,其中乙酰膽堿酶體系顯色劑顯色后吸收峰在405 nm左右,所以本系統(tǒng)采用405 nm藍紫色平行光作為光源,相較于鹵燈,氚燈等,熱致發(fā)光光源相比,LED具有響應速度快,功率小等優(yōu)點[12]。檢測部分使用硅光電池作為光電轉換部分,硅光電池的短路電流與照度成很好的線性關系,故可以通過測量硅光電池的短路電流表示光強,同時進行I/V轉換,將電流轉換成電壓量,再將轉化后的電壓量送入嵌入式系統(tǒng),進行后續(xù)處理。在本設計中采用的電流轉電壓放大器是TLC2254芯片,該芯片是德州儀器公司制造的四路運算放大器,是一款性能良好的電流轉電壓放大器,本器件具有滿電源電壓幅度輸出性能,同時比現(xiàn)有的一般運放具有更好的輸入失調(diào)電壓和更低的工耗,圖2為單路檢測系統(tǒng)電路設計。

        圖2 單路檢測系統(tǒng)電路設計

        2.3 檢測信號處理

        采用乙酰膽堿酶體系顯色劑處理方法[17-18]中的兩點測量法[19],每隔10 s測量一次光強值,一組試劑測量10次,用時2 min,將所測量的電壓值采入嵌入式系統(tǒng),將電壓信號讀取并由式(1)轉換成吸光度值,再對數(shù)據(jù)進行線性回歸擬合得到斜率K值,也就是在確定時間內(nèi)的吸光度變化率。由式(2)計算出抑制率,通過線性擬合后的曲線,只要保持光源穩(wěn)定,則測量精度會顯著提高。圖3為實際測量的一組實驗數(shù)據(jù)。

        圖3 檢測信號處理樣圖

        橫軸為時間軸,單位為s,縱軸為吸光度值。由實際的實驗數(shù)據(jù)與其擬合后的曲線對比,并計算出了擬合后的曲線公式。線性擬合就是用解析表達式逼近離散數(shù)據(jù),即離散數(shù)據(jù)的公式化。實踐中,離散點組或數(shù)據(jù)往往是各種物理問題和統(tǒng)計問題有關量的多次觀測值或實驗值,它們是零散的,不僅不便于處理,而且通常不能確切和充分地體現(xiàn)出其固有的規(guī)律,這種缺陷正可由適當?shù)慕馕霰磉_式來彌補[14]。經(jīng)過擬合后的曲線有更好的線性特性,避免了單個不良數(shù)據(jù)對整體數(shù)據(jù)的干擾,很好的提高了檢測精度。

        3 系統(tǒng)軟件設計

        軟件的開發(fā)平臺為Keil 4集成開發(fā)環(huán)境,它是基于Window的開發(fā)平臺。依據(jù)檢測原理中介紹的公式R=[(ΔAstd-ΔAsam)/ΔAstd]×100% ,其中 ΔAstd和 ΔAsam分別由Astd,Asam經(jīng)過一定時間間隔利用線性擬合后得到的,而Astd,Asam分別為:

        系統(tǒng)只要完成對入射光強Vi,以及標準樣液出射光強Vo.std和待測溶液出射光強Vo.sam的測量,則可以進行直線擬合,并完成抑制率的計算。

        基于嵌入式技術的農(nóng)藥殘留檢測儀在使用時涉及很多的運算和控制,如A/D轉換、吸光度計算、濃度計算、顯示和打印測量結果,這些功能的實現(xiàn)都需要軟件程序的支持??刂栖浖捎肅語言編寫,C語言的主要特色是兼顧了高級語言和匯編語言的特點,簡潔、豐富、可移植。系統(tǒng)軟件設計主要包括A/D轉換程序、觸摸屏驅動程序、數(shù)據(jù)處理與傳送程序以及主程序等。其中主程序流程圖如下圖4所示。

        圖4 主程序流程圖

        主程序首先對STM-32控制器、觸摸屏等進行初始化,接下來循環(huán)等待用戶操作命令,并進入相應模塊處理子程序,包括A/D轉換、數(shù)據(jù)處理與傳送,顯示與輸出程序以及歷史數(shù)據(jù)查詢、系統(tǒng)設置等功能。檢測電路得到的電壓信號,經(jīng)過A/D轉換后,將數(shù)據(jù)傳輸至核心處理器進行計算處理。通過鍵盤選擇功能,選擇包括在TFT屏上顯示農(nóng)殘抑制率,控制打印機打印對應通道的檢測樣品數(shù)據(jù)。其中采樣與農(nóng)殘抑制率計算的程序流程圖如圖5所示。

        圖5 采樣與抑制率計算的程序流程圖

        采樣與抑制率的計算過程如下,先由STM-32系統(tǒng)初始化,隨后通過鍵盤對檢測通道進行選擇,完成后設置采樣間隔時間ΔT,最后采樣開始并判斷是否已完成10次采樣,當已完成10次采樣則利用式(4)計算出抑制率R,并將其送入存儲器[15]。

        4 儀器調(diào)試及結果分析

        在實驗平臺搭建完畢后,需要通過實際樣本測試來檢測整個系統(tǒng)的實用性與可靠性,為了保證試驗結果的可靠性,試驗材料選用市場中比較成熟的檢測試劑-廣州天河綠洲生物化學研究中心的AN203型農(nóng)藥殘留速測試劑。它是國家標準農(nóng)殘檢測方法的專用配套試劑,酶的活性以及對農(nóng)藥的敏感性達到并超過了國家標準,具有穩(wěn)定性好,靈敏度高,方便快捷使用等優(yōu)點。實驗反應原理:

        由市場購買含有樂果農(nóng)藥的3種蔬菜作為被檢測樣品。由AN203型農(nóng)藥殘留速測試劑配液說明將3個樣品制成待測溶劑,并依照說明依次加入所需試劑,放入檢測儀器中進行檢測。由嵌入式系統(tǒng)記錄反應過程中吸光度值的變化。

        檢測過程中將在檢測分析室內(nèi)發(fā)生化學發(fā)光反應,光電轉換,并用高性能運算放大器對輸入信號放大,計算出樣品的農(nóng)藥殘留量,并將分析結果顯示在高清晰度真彩屏上或由打印機輸出。

        4.1 數(shù)據(jù)分析

        將試劑檢驗過程中嵌入式系統(tǒng)記錄的吸光度值制成吸光度隨時間變化的二維坐標圖。以下為三組待測樣液與標液吸光度值的對比曲線,橫軸為時間,單位為s,縱軸為吸光度。其中包括標準試液(Standard Solution)的吸光度曲線,待測試劑1(Sam?ple 1)的吸光度曲線,待測試劑2(Sample 2)的吸光度曲線,以及待測試劑3(Sample 3)的吸光度曲線。樣機檢測完畢后,使用氣象色譜儀,再對樣品進行檢測,檢測其濃度,以判斷是否滿足國標關于樂果農(nóng)藥殘留的檢出限。

        圖6為試劑1和標準試劑吸光度值的關系曲線。在計算抑制率R的過程中需要對所測量的點進行曲線擬合,而后由兩點測量法對擬合后的曲線求抑制率R,這樣可以減小單個不良數(shù)據(jù)對整體數(shù)據(jù)造成的影響。經(jīng)計算后試劑1的抑制率為65.64%,已超標。由氣象色譜儀測量可得試劑1的濃度為4 mg/kg同樣超標。

        圖6 試劑1與樣液吸光度值曲線圖

        圖7為試劑2與標準試劑吸光度值的關系曲線。求出抑制率R。經(jīng)計算后試劑2的抑制率為51.46%。由氣象色譜儀測量可得試劑2的濃度為3 mg/kg,處于檢出限。

        圖7 試劑2與樣液吸光度值曲線圖

        圖8為試劑3與標準試劑吸光度值的關系曲線。在計算抑制率R的過程中需要對所測量的點進行曲線擬合,由擬合后的曲線來求抑制率R。經(jīng)計算后試劑3的抑制率為31.59%,沒有超標。由氣象色譜儀測量可得試劑3的濃度為2.5 mg/kg,在檢出限以內(nèi)。

        由氣象色譜儀可測得的待測樣液濃度,與本設備所測量出樂果農(nóng)藥是否超標相符合,樂果農(nóng)殘國家檢出限標準為 3 mg/kg[16],測試的過程中,不僅記錄下不同時間所對應的吸光度值,并將擬合曲線及其公式顯示在圖中。調(diào)試實驗表明,本設計電路選取合理,檢測性能有較高的精準性,通過數(shù)據(jù)擬合后,提高了數(shù)據(jù)計算精度。調(diào)試實驗表明本產(chǎn)品檢測一次只需要花費2 min~3 min,而目前常用的農(nóng)藥殘留檢測儀主要采用色譜儀與質(zhì)譜儀,由于儀器龐大,樣品制備時間過長,檢測時間過程需要1 h~2 h,因此具有快速性特點。

        圖8 試劑3與樣液吸光度值曲線圖

        5 誤差分析

        實驗誤差是實驗測量值(包括直接和間接測量值)與真值(客觀存在的準確值)之差,實驗誤差來源于多個方面,其中包含了系統(tǒng)誤差和隨機誤差。本實驗儀器誤差主要來源于三個方面,其中包括系統(tǒng)性誤差光源誤差,使用實驗器材誤差,以及溫度這一隨機誤差。

        5.1 系統(tǒng)光源誤差

        任何光源都不會是絕對穩(wěn)定的,其光強都會有微小變化,另外本系統(tǒng)中使用了放大電路,使得微弱的電流變化也會造成較大的電壓變化。使得采入嵌入式系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)產(chǎn)生一定的偏差。下面數(shù)據(jù)是一個光源反復測量其光強度而觀察到的光源不穩(wěn)定現(xiàn)象。

        表1 光源強度的不穩(wěn)定

        5.2 室溫

        室內(nèi)溫度低于37℃,導致酶的反應速度隨之減慢,加入酶和相關試劑后容易導致變化率變低,而引起抑制率的偏差。

        5.3 儀器誤差

        在實驗操作配制溶劑的過程中,因實驗儀器的使用也會造成一定的誤差。裝入比色皿的不同溶液會因實驗器材的不標準操作造成誤差,測得的吸光度值大小也會產(chǎn)生差別。另外在放入比色皿的時間上也會有差別,造成檢測反應初始時間點也有差別,而引起吸光度變化率的差別。

        6 結論

        本文介紹了一種農(nóng)藥殘毒檢測系統(tǒng)的設計方法,它由光電采集系統(tǒng)采集到農(nóng)藥殘毒顯色反應的信息,再由嵌入式系統(tǒng)進行信息處理與運算,輸出結果信號并在顯示設備上顯示,通過多次試驗后,通過對實驗數(shù)據(jù)的分析,顯示該設計思路達到了預期的效果,并且該便攜式農(nóng)藥殘毒檢測儀器具有體積小,便于攜帶以及操作簡潔等優(yōu)點。

        [1]中華人民共和國衛(wèi)生部.中國國家標準化管理委員會.GB/T5009.199-2003蔬菜中有機磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥殘留量的快速檢測[S].2003.

        [2]中華人民共與國衛(wèi)生部.GB2763-2005食品中農(nóng)藥最大殘留限量[S].北京:中國標準出版社,2005.

        [3]田子華.酶抑制法農(nóng)藥殘留快速檢測技術研究[D].南京:南京農(nóng)業(yè)大學,2005.

        [4]孫啟富,孫運強,姚愛琴.基于STM32的通用智能儀表設計與應用[J].儀表技術與傳感器,2010(10):35-36.

        [5]裘正軍,陸江峰,何勇.基于酶抑制法的農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留快速檢測系統(tǒng)及影響因素分析[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2007,23(9):229-233.

        [6]林春綿,胡曉燕,張安平.酶抑制法快速檢測有機磷農(nóng)藥殘留的研究進展[J].浙江工業(yè)大學學報,2009,8(4):386-391.

        [7]劉永杰,張金振,曹明章,等.酶抑制法快速檢測農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留的研究與應用[J].現(xiàn)代農(nóng)藥,2004,3(2):25-27.

        [8]孫永梅.有機磷農(nóng)藥殘留快速檢測方法研究[J].農(nóng)機化研究,2008,30(7):161-162.

        [9]桂文君.農(nóng)藥殘留檢測新技術研究進展[J].北京工商大學學報:自然科學版,2012,3(3):13-18.

        [10]楊銀賢,方凱,黃迎華,等.農(nóng)藥殘留毒性快速檢測技術及其產(chǎn)品開發(fā)[J].工業(yè)儀表與自動化裝置,2006(1):50-53.

        [11]談衛(wèi)星,胡建人.基于STM32的全彩色LED顯示屏系統(tǒng)設計[J].電子器件,2011,6(3):258-260

        [12]楊海,金偉,王琳玲,等.一種具有溫度校正功能的新型手持式農(nóng)藥殘留檢測儀[J].分析化學,2005,33(7):1041-1044.

        [13]李曉婷,王紀華,朱大洲,等.果蔬農(nóng)藥殘留快速檢測方法研究進展[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2011,27(S2):263-370.

        [14]許勇,葉剛,卞青青,等.基于A/D轉換最小二乘法的數(shù)據(jù)采集應用[J].微計算機信息,2009,4(2):280-282.

        [15]武利珍,張文超,程春榮基于STM32的便攜式心電圖儀設計[J].電子器件,2009(32):946-948.

        [16]王小瑜,孫霞,王相友,等.不同來源酶快速檢測有機磷農(nóng)藥的靈敏度比較[J].農(nóng)業(yè)機械學報,2008,39(9):83-86.

        劉 慶(1989-),男,漢族,貴州大學電氣工程學院12級研究生,主要研究方向為計算機控制技術,544137493@qq.com;

        邊鵬飛(1990-),男,漢族,貴州大學電氣工程學院13級研究生,主要研究方向為計算機控制技術。

        何志琴(1971-),女,漢族,貴州大學電氣工程學院,教授,碩士生導師,主要研究方向為計算機控制技術;

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