本發(fā)明涉及一種基于物聯(lián)網(wǎng)的掌上農(nóng)藥殘留快速檢測儀，屬于農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全快速檢測技術(shù)領域。

背景技術(shù)：

蔬菜和水果是人們?nèi)粘ｏ嬍持凶钪匾慕M成部分之一。眾所周知，中國利用了不到地球百分之十的土地養(yǎng)活了將近百分之三十的人口，農(nóng)藥則成為防治病蟲害，保證農(nóng)作物增產(chǎn)增收的重要武器。農(nóng)藥在果蔬的種植過程中起到病蟲草害的防治作用，但是農(nóng)藥并不能全部被植物吸收，大部分仍殘留在果實表面。在推動現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)迅速發(fā)展方面，農(nóng)藥的出現(xiàn)為人類社會帶來巨大的經(jīng)濟利益。然而農(nóng)藥化學物質(zhì)的本源性加上人們大面積不科學合理的使用，加之管理不夠規(guī)范，造成了生態(tài)系統(tǒng)的平衡遭到破壞,農(nóng)藥殘留問題隨之顯現(xiàn)出來。

現(xiàn)在生產(chǎn)領域中應用的農(nóng)藥種類已經(jīng)達到100 多種，對農(nóng)業(yè)保持豐收增產(chǎn)起到了很大的作用，其已成為重要的一種生產(chǎn)資料。伴隨著改革開放的深入進行，在一些常熟地區(qū)，農(nóng)藥事業(yè)的發(fā)展速度變得很快。因農(nóng)業(yè)機械化正在不斷推進，農(nóng)藥的大面積使用是不可缺少的。但因農(nóng)藥的不合理的使用，造成了諸多的環(huán)境問題，如農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)被破壞等。農(nóng)藥的大量使用，在保證了糧食等農(nóng)作物大量穩(wěn)產(chǎn)的同時，也帶來了諸多的環(huán)境問題。在植物、土壤和水體中殘留的農(nóng)藥有兩種殘存的形式：第一種保持原有的化學結(jié)構(gòu)；第二種以化學轉(zhuǎn)化后的產(chǎn)物或被生物降解產(chǎn)物的形式殘存。因此，農(nóng)藥殘留問題不容忽視。

目前農(nóng)藥殘留分析的主要方法是氣相色譜儀、液相色譜儀、氣質(zhì)聯(lián)用儀、液質(zhì)聯(lián)用儀等，這些方法雖然分析精度高，定量準確，但其樣品的前處理復雜、檢測耗時長、成本高、需要技術(shù)熟練的操作人員。我國農(nóng)藥殘留的速測方法是酶抑制試紙法和酶抑制分光光度法（農(nóng)殘快速檢測儀），可以實現(xiàn)有機磷農(nóng)藥及氨基甲酸酯類農(nóng)藥的現(xiàn)場快速檢測，具有較好的實用價值。速測卡是通過肉眼觀察卡片的顏色變化，因此一般只能用于嚴重超標的蔬菜樣品進行定性測量。酶抑制分光光度法的應用也比較廣泛，國內(nèi)已有多種農(nóng)藥殘留速測儀

均是基于此原理。分光光法的原理是基于吸光度的變化進行檢測的，但蔬菜水果中大量的

色素會對分光光度法造成很大的影響，導致檢測結(jié)果的不準確。生物傳感器法具有靈敏度高便于集成化等優(yōu)點，成為近年來研究的熱點。研發(fā)基于生物傳感器的現(xiàn)場快速檢測的農(nóng)藥殘留快速檢測儀器，解決目前農(nóng)藥殘留快速檢測仍需要樣品前處理，離不開實驗室的問題，徹底實現(xiàn)農(nóng)藥殘留現(xiàn)場快速檢測。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的掌上農(nóng)藥殘留快速檢測儀，其特征在于，檢測儀掌上手持，由紙過濾膜、絲網(wǎng)印刷電極乙酰膽堿酯酶傳感器、類似USB接口的絲網(wǎng)印刷電極插入口、電信號采集與處理子模塊、顯示打印存儲子模塊、電源子模塊和無線數(shù)據(jù)輸出模塊組成；

所述的一種基于物聯(lián)網(wǎng)的掌上農(nóng)藥殘留快速檢測儀，通過電信號采集裝置可檢測絲網(wǎng)印刷電極工作區(qū)域接觸樣品前后導致的電流信號變化，將信號送至檢測儀的數(shù)據(jù)處理模塊進行數(shù)據(jù)處理后，獲取樣品中的農(nóng)藥殘留量的信息；

所述的紙過濾膜放置于絲網(wǎng)印刷電極表面，紙過濾膜是帶有疏水區(qū)和親水通道的微孔濾膜，將檢測樣品滴到紙過濾膜的檢測分離區(qū)，果蔬樣品纖維素等由于大于分離膜的孔徑而不能透過分離膜，而小分子農(nóng)藥透過分離膜，通過通道的親水吸力進入測試區(qū)，樣品滲透到絲網(wǎng)印刷電極的工作表面，解決現(xiàn)有的農(nóng)藥殘留檢測儀需要進行樣品前處理問題；

所述的紙過濾膜的制作過程如下：將一片Whatman No. 1定性濾紙切成大小為1.8 cm×2.0 cm的矩形，將兩片Whatman樣品分離膜切成大小為1.6 cm×2.0 cm的矩形。將Whatman No. 1定性濾紙的邊緣重疊在距離樣品分離膜邊緣1mm處，置于載玻片上。然后，將一個啞鈴型磁鐵放在濾紙上，通過載玻片另一側(cè)的永磁體將其暫時性吸附在濾紙表面。然后，在105~130℃，將其浸入融化的蠟中，浸漬時間1s。20s后，將定性濾紙和載玻片分離，并且將啞鈴型磁鐵從濾紙上移除。最后，通過蠟浸漬技術(shù)，使濾紙與樣品分離膜的重疊區(qū)域粘著在一起。

所述的絲網(wǎng)印刷電極乙酰膽堿酯酶傳感器，其特征在于，是在清洗活化后的絲網(wǎng)印刷電極表面先后修飾上制備的納米氧化鈰-殼聚糖的復合物和有序介孔碳-殼聚糖的復合物，然后在修飾好的電極上滴加乙酰膽堿酯酶，得到檢測有機磷農(nóng)藥的乙酰膽堿酯酶生物傳感器，通過計算傳感器接觸農(nóng)藥前后的電流變化來檢測有機磷農(nóng)藥，根據(jù)標準曲線對實際樣品中農(nóng)藥的濃度進行定量。所述乙酰膽堿酯酶傳感器制備具體步驟如下：

1）納米氧化鈰-殼聚糖復合物和有序介孔碳-殼聚糖復合物的制備；

2）清洗活化絲網(wǎng)印刷電極，得到預處理好的絲網(wǎng)印刷電極；

3）將步驟1）制備得到的納米氧化鈰-殼聚糖復合物和有序介孔碳-殼聚糖復合物先后修飾到步驟2）預處理好的絲網(wǎng)印刷電極上，得到修飾好的絲網(wǎng)印刷電極；

4)將乙酰膽堿酯酶滴加到步驟3）所得的修飾好的絲網(wǎng)印刷電極上，自然晾干后得到基于絲網(wǎng)印刷電極的乙酰膽堿酯酶生物傳感器；

5）對步驟4）所得的乙酰膽堿酯酶生物傳感器的三種試驗條件通過二次旋轉(zhuǎn)正交試驗進行優(yōu)化；

6）在步驟5）所得的最優(yōu)條件下，對甲胺磷和毒死蜱的標準品進行檢測，得到相應的標準曲線；

7）對實際蔬菜樣品進行檢測，根據(jù)步驟6）所得的標準曲線對蔬菜樣品中的農(nóng)藥濃度進行定量。

所述方法，其特征在于，步驟1）所述納米氧化鈰-殼聚糖復合物和有序介孔碳-殼聚糖復合物分別是以殼聚糖為分散劑，分散納米氧化鈰和有序介孔碳，得到的分散均勻的懸濁液。

所述方法，其特征在于，步驟3）所述絲網(wǎng)印刷電極的修飾，是先將8 μL納米氧化鈰-殼聚糖復合物滴加到預處理好的絲網(wǎng)印刷電極上，室溫下晾干后，再滴加上8 μL有序介孔碳-殼聚糖復合物，室溫下晾干，得到氧化鈰-殼聚糖/介孔碳-殼聚糖修飾的絲網(wǎng)印刷電極。

所述方法，其特征在于，步驟4）所述在修飾好的電極上滴加乙酰膽堿酯酶，是將5 μL 0.02U/μL的乙酰膽堿酯酶滴加到氧化鈰-殼聚糖/介孔碳-殼聚糖修飾好的絲網(wǎng)印刷電極上，在4℃條件下干燥，得到乙酰膽堿酯酶生物傳感器。

所述方法，其特征在于，步驟5）所述乙酰膽堿酯酶生物傳感器的三種試驗條件測試底液pH值、乙酰膽堿酯酶固定量、孵育時間通過二次旋轉(zhuǎn)正交試驗進行優(yōu)化，得最佳測試條件：pH值為8.0，乙酰膽堿酯酶固定量0.1 U，孵育時間12 min。

所述的絲網(wǎng)印刷電極的夾持裝置，是一個類似于USB接口裝置，可以將絲網(wǎng)印刷電極的三電極端口直接插入，并將三電極工作表面的電化學反應產(chǎn)生的電流信號傳遞給電信號采集裝置；所述的電流信號采集與處理子模塊，該子模塊含有微處理器、I/V轉(zhuǎn)換電路、信號放大電路、濾波電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，該子模塊將接收到的檢測信號經(jīng)過I/V轉(zhuǎn)換、信號放大、濾波和A/D轉(zhuǎn)換處理后生成初始檢測信息，初始檢測信息被傳輸給顯示與打印子模塊和數(shù)據(jù)傳輸子模塊；所述的顯示與打印存儲子模塊，該子模塊由觸摸屏驅(qū)動電路、打印電路、存儲器電路、存儲器、液晶觸摸屏和微型打印機組成，該子模塊在接收到初始檢測信息后，將初始檢測信息通過存儲器電路傳輸給存儲器存儲，通過打印電路傳輸給微型打印機打印，并通過液晶觸摸屏顯示；所述的電源子模塊，采用9V鋰電池和基于CW7805三端集成穩(wěn)壓器組成，為檢測儀提供穩(wěn)定的電源供給。

所述無線數(shù)據(jù)輸出模塊，采用Zigbee將檢測數(shù)據(jù)發(fā)送至農(nóng)產(chǎn)品安全溯源物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫。

本發(fā)明獲得有益效果如下：

現(xiàn)有農(nóng)藥檢測設備儀器過于笨重，體積較大，攜帶不方便，且通常需要對果蔬樣品進行前處理，離不開實驗室條件，本發(fā)明的基于物聯(lián)網(wǎng)的掌上農(nóng)藥殘留快速檢測儀，使用帶有微孔濾膜的絲網(wǎng)印刷電極直接插入掌上檢測儀器，解決了果蔬樣品需前處理的復雜過程，果蔬中擠出少量汁液滴入帶有微孔濾膜的絲網(wǎng)印刷電極，然后將絲網(wǎng)印刷電極插入掌上檢測儀器，就可以顯示農(nóng)藥殘留的濃度及是否超標的檢測信息。檢測儀器使用鋰電池作為電源，檢測儀隨處攜帶方便，完全不需要實驗室條件支持，使用操作簡單，且檢測數(shù)據(jù)隨時無線傳至農(nóng)產(chǎn)品安全檢測物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫?？梢约彝ナ褂?，也可以用于生產(chǎn)企業(yè)自檢。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

所述的一種基于物聯(lián)網(wǎng)的掌上農(nóng)藥殘留快速檢測儀，其特征在于，檢測儀掌上手持，由紙微孔濾膜、絲網(wǎng)印刷電極乙酰膽堿酯酶傳感器、類似USB接口的絲網(wǎng)印刷電極插入口、電信號采集與處理子模塊、顯示打印存儲子模塊、電源子模塊和無線數(shù)據(jù)輸出模塊組成。

所述的紙微孔濾膜的制作方法如下：將一片Whatman No. 1定性濾紙切成大小為1.8 cm×2.0 cm的矩形，將兩片Whatman樣品分離膜切成大小為1.6 cm×2.0 cm的矩形。將Whatman No. 1定性濾紙的邊緣重疊在距離樣品分離膜邊緣1mm處，置于載玻片上。然后，將一個啞鈴型磁鐵放在濾紙上，通過載玻片另一側(cè)的永磁體將其暫時性吸附在濾紙表面。然后，在105~130℃，將其浸入融化的蠟中，浸漬時間1s。20s后，將定性濾紙和載玻片分離，并且將啞鈴型磁鐵從濾紙上移除，最后，通過蠟浸漬技術(shù)，使濾紙與樣品分離膜的重疊區(qū)域粘著在一起。

所述的絲網(wǎng)印刷電極乙酰膽堿酯酶傳感器的制備方法如下：1）納米氧化鈰-殼聚糖復合物和有序介孔碳-殼聚糖復合物的制備：取納米氧化鈰4mg，分散于4 mL 0.2%的殼聚糖溶液中，在超聲波清洗機中超聲至分散均勻，得到1 mg/mL納米氧化鈰-殼聚糖復合物；取2 mg有序介孔碳溶于4 ml的0.2%殼聚糖溶液中，在超聲波清洗機中超聲1h得到均一、黑色的懸濁液，即為0.5 mg/mL有序介孔碳-殼聚糖復合物；

2）絲網(wǎng)印刷電極的清洗、活化：首先，將絲網(wǎng)印刷碳電極放入盛有1mM NaOH溶液的小燒杯中超聲清洗5min，超純水清洗，氮氣吹干，然后，將電極放入盛有1mM HCl 溶液的小燒杯中超聲清洗5min，超純水清洗，氮氣吹干，之后，用無水乙醇清洗電極，氮氣吹干，最后，在pH=5的磷酸鹽緩沖液中進行電流-時間曲線掃描300s，之后，進行循環(huán)伏安曲線掃描，直至性能穩(wěn)定；

3）絲網(wǎng)印刷電極的修飾：在絲網(wǎng)印刷電極上滴加8 μL 1 mg/mL的氧化鈰-殼聚糖溶液，在室溫下放置自然干燥，得到氧化鈰-殼聚糖電極，接著在滴加過氧化鈰-殼聚糖溶液的電極上滴加8 μL 0.5 mg/mL的介孔碳-殼聚糖溶液，在室溫條件下放置自然干燥，得到氧化鈰-殼聚糖/介孔碳-殼聚糖電極；

4）乙酰膽堿酯酶的固定：在上述的電極上滴加5 μL 0.02 U的乙酰膽堿酯酶，在4℃條件下干燥，得到乙酰膽堿酯酶生物傳感器。并將制備好的電極放于4℃干燥的環(huán)境中保存?zhèn)溆谩?/p>

將制作好的紙微孔濾膜置于制備好的絲網(wǎng)印刷乙酰膽堿酯酶傳感器上面。

所述的掌上農(nóng)藥殘留快速檢測儀，裝置部分如下：

所述的絲網(wǎng)印刷電極的夾持裝置，是一個類似于USB接口裝置，可以將絲網(wǎng)印刷電極的三電極端口直接插入，并將三電極工作表面的電化學反應產(chǎn)生的電流信號傳遞給電信號采集裝置；所述的電流信號采集與處理子模塊，該子模塊含有微處理器、I/V轉(zhuǎn)換電路、信號放大電路、濾波電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，該子模塊將接收到的檢測信號經(jīng)過I/V轉(zhuǎn)換、信號放大、濾波和A/D轉(zhuǎn)換處理后生成初始檢測信息，初始檢測信息被傳輸給顯示與打印子模塊和數(shù)據(jù)傳輸子模塊；所述的顯示與打印存儲子模塊，該子模塊由觸摸屏驅(qū)動電路、打印電路、存儲器電路、存儲器、液晶觸摸屏和微型打印機組成，該子模塊在接收到初始檢測信息后，將初始檢測信息通過存儲器電路傳輸給存儲器存儲，通過打印電路傳輸給微型打印機打印，并通過液晶觸摸屏顯示；所述的電源子模塊，采用9V鋰電池和基于CW7805三端集成穩(wěn)壓器組成，為檢測儀提供穩(wěn)定的電源供給；所述無線數(shù)據(jù)輸出模塊，采用Zigbee將檢測數(shù)據(jù)發(fā)送至農(nóng)產(chǎn)品安全溯源物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫。

將帶有紙微孔濾膜的絲網(wǎng)印刷電極插入掌上檢測儀器的預留插口，用手擠出果蔬中的微量液汁放于紙微孔濾膜的兩端，1min后按下檢測按鈕，即可進行檢測。

所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的掌上農(nóng)藥殘留快速檢測儀，其特征在于，該檢測儀可用于檢測果蔬中的有機磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥。

所述的一種基于物聯(lián)網(wǎng)的掌上農(nóng)藥殘留快速檢測儀，其特征在于，采用本發(fā)明使用一次性可拋棄的絲網(wǎng)印刷電極進行檢測，操作簡單攜帶方便，且本身帶有微孔濾膜，實現(xiàn)了果蔬樣品無需前處理，果蔬中擠出少量汁液滴入帶有微孔濾膜的絲網(wǎng)印刷電極，然后將絲網(wǎng)印刷電極插入掌上檢測儀器，就可以完成農(nóng)藥殘留的濃度及是否超標的檢測信息。檢測儀器使用鋰電池作為電源，檢測儀隨處攜帶方便，完全不需要實驗室條件支持，使用操作簡單，且檢測數(shù)據(jù)隨時無線傳至農(nóng)產(chǎn)品安全檢測物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫。可以家庭使用，也可以用于生產(chǎn)企業(yè)自檢。

以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護范圍應由權(quán)利要求限定。