一種便攜式農(nóng)藥殘毒檢測系統(tǒng)的設(shè)計
摘要:針對傳統(tǒng)農(nóng)藥殘毒檢測設(shè)備價格昂貴、體積龐大以及檢測時間長的缺點,設(shè)計出一種基于光電轉(zhuǎn)換法的農(nóng)藥殘毒快速檢測系統(tǒng)。該方法利用農(nóng)藥在有熒光劑共存時,氯代酚溶液受到一定劑量的可見光輻照后,其中間產(chǎn)物可與某些氧化劑反應(yīng)產(chǎn)生強烈的發(fā)光原理。該系統(tǒng)通過綜合運用化學發(fā)光原理、光電轉(zhuǎn)換技術(shù)和智能微處理器技術(shù),對農(nóng)藥和化學藥品反應(yīng)產(chǎn)生的光信號進行濾波、優(yōu)化和辨識,快速檢測出農(nóng)副產(chǎn)品和環(huán)境中農(nóng)藥殘毒的種類和殘留量。目前常用的氣相色譜、液相色譜等離線檢測技術(shù)相比,該系統(tǒng)具有檢測精度高、檢測速度快、操作簡便、便于攜帶等的特點。
1 引 言
隨著人們對食品安全問題的不斷關(guān)注,與人們日常生活息息相關(guān)的蔬菜瓜果的農(nóng)藥殘毒檢測問題顯得至關(guān)重要。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計顯示,2010年我國農(nóng)藥年使用量突破80萬噸,居世界首位?刂農(nóng)藥殘留對人體的危害,較有效的方法之一是加強對食品中農(nóng)藥殘留檢測的力度。常規(guī)的檢測多數(shù)是將樣品送至實驗室,由檢驗人員利用專門儀器進行化驗檢測,費時費力效率低。目前,市場上在農(nóng)藥殘毒快速檢測儀器普遍采用酶促反應(yīng)或免疫化學方法,因反應(yīng)體系復雜,易受環(huán)境溫度、酶的活性、介質(zhì)和共存組分的影響,導致分析信號本身可靠性和重現(xiàn)性存在較嚴重不足;分析物的檢測往往采用色譜(電子俘獲和火焰光度)和質(zhì)譜檢測器等,這給儀器的微型化帶來極大的困難[1-3]。而且現(xiàn)有的農(nóng)藥殘毒快速檢測的方法僅限于條件較好的科研機構(gòu)、政府主管和市場監(jiān)督部門使用,并且經(jīng)常發(fā)生人們對檢測結(jié)果質(zhì)疑事件。
如今在化學殘留檢測的整個流程中,樣品預處理越來越注重于減少各種人為因素的干擾等偶然誤差及從提高設(shè)備的精確性等方面減少系統(tǒng)誤差,盡可能地避免樣品轉(zhuǎn)移的損失,提高回收率,同時處理技術(shù)向微量化、自動化、無毒化、快速化和低成本方向發(fā)展。未來農(nóng)藥殘留量檢測的樣品預前處理技術(shù)的發(fā)展方向應(yīng)該是盡可能地快速、精確、環(huán)保和高度自動化。采用多殘留檢測技術(shù)和快速篩選檢測技術(shù),結(jié)合各種先進、高效、簡單、綠色和自動化的前處理技術(shù)檢測農(nóng)藥殘留,已成為當今農(nóng)藥殘留檢測發(fā)展的趨勢。因此本文提出了一種基于光轉(zhuǎn)化化學發(fā)光法的農(nóng)藥殘毒檢測的方法,并試用于農(nóng)藥殘毒檢測試驗中。該方法利用農(nóng)藥在有熒光劑共存時,氯代酚溶液受到一定劑量的可見光輻照后,其中間產(chǎn)物可與某些氧化劑反應(yīng)產(chǎn)生強烈的發(fā)光原理,對農(nóng)藥和化學藥品反應(yīng)產(chǎn)生的光信號進行濾波、優(yōu)化和辨識,快速檢測出農(nóng)副產(chǎn)品和環(huán)境中農(nóng)藥殘毒的種類和殘留量,研制成一種高精度、便攜式的農(nóng)藥殘毒檢測儀器。便于質(zhì)監(jiān)部門和用戶隨身攜帶,實現(xiàn)對瓜果、蔬菜或其它農(nóng)副產(chǎn)品中農(nóng)藥殘毒含量進行現(xiàn)場檢測。
近幾年,采用化學方法的方法來研究農(nóng)藥殘毒的含量的技術(shù)越來越多,譬如將流動注射化學發(fā)光技術(shù)被引入農(nóng)藥殘毒檢測的理論研究中,但目前這方面的工作仍處于理論探索階段,一方面是因為發(fā)光體系靈敏度不夠,需要尋找很好的增敏試劑來增加靈敏度,同時避免雜質(zhì)干擾;而且試劑的固定化、重現(xiàn)性問題也是當前需要解決的關(guān)鍵問題。再例如一種衍生化化學發(fā)光方法,即“無試劑” 的光解化學發(fā)光法。該方法僅需紫外光照射即可完成衍生化過程,有較高的靈敏度,但是該方法紫外線的能量高,光解產(chǎn)物較為復雜,樣品中共存的其他組分也會降解產(chǎn)生類似的發(fā)光現(xiàn)象,目前尚未有文獻對其系統(tǒng)機理展開研究,是何種光解產(chǎn)物氧化發(fā)光也尚無定論,所以很難短時間內(nèi)投入應(yīng)用[4]。
本文通過分析氯代酚類物質(zhì)時發(fā)現(xiàn),在有熒光劑共存時,氯代酚溶液受到一定劑量的可見光輻照后,熒光劑FL吸收光子后產(chǎn)生激發(fā)態(tài)FL,再與水中的氧分子作用,通過能量轉(zhuǎn)移生成單線態(tài)氧,并進一步氧化有機分子triclosan產(chǎn)生過氧化物中間體。而該中間體與氧化劑NBS作用,在熒光劑FL存在下即產(chǎn)生化學發(fā)光現(xiàn)象,進一步研究發(fā)現(xiàn)多種農(nóng)藥也有類似的化學發(fā)光反應(yīng),特別是有機磷農(nóng)藥和目前已禁用的有機氯農(nóng)藥,包括:有機磷類的甲拌磷、內(nèi)吸磷、對硫磷、敵百蟲、樂果、敵敵畏;有機氯類的狄氏劑、異狄氏劑、滴滴涕、氯丹等。有機磷農(nóng)藥經(jīng)人體吸收后,主要抑制乙酰膽堿酯酶的活性,使乙酰膽堿不能水解,從而引起相應(yīng)的中毒癥狀;有機氯農(nóng)藥為脂溶性物質(zhì),其毒性機理一般認為進入血循環(huán)中產(chǎn)生不穩(wěn)定的含氧化合物,侵犯神經(jīng)和實質(zhì)性器官。因此,運用該方法可對一系列的農(nóng)藥進行快速檢測。
傳統(tǒng)的農(nóng)藥殘毒檢測儀器的體積都很龐大、反應(yīng)機理比較復雜,因此造成儀器檢測的時間長、且不易隨身攜帶。因為檢測反應(yīng)必需在一定的反應(yīng)器中進行,采用上述光化學和電化學檢測方法,可避免色譜(電子俘獲和火焰光度) 型和質(zhì)譜檢型的缺陷,為我們研究更為微型、具有高靈敏度和穩(wěn)定性的農(nóng)藥殘毒快速檢測方法提供了可行性,F(xiàn)擬采用近年已較為成熟的微控流分析系統(tǒng)(TAS),整個反應(yīng)過程被設(shè)計在一個微型芯片上完成。將計算機技術(shù)與測量控制技術(shù)結(jié)合在一起,使之成為智能儀表后能夠解決許多傳統(tǒng)儀器不能或不易解決的難題。
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