雙光響應(yīng)農(nóng)殘快速檢測(cè)系統(tǒng)及方法研究.pdf

1、農(nóng)藥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中一直扮演著重要的角色，然而其在提高農(nóng)產(chǎn)量的同時(shí)也帶來(lái)了極大的安全隱患。農(nóng)藥的超量或不當(dāng)使用，已經(jīng)對(duì)環(huán)境造成了非常嚴(yán)重的污染問(wèn)題，進(jìn)而對(duì)人類的身體健康造成嚴(yán)重危害。據(jù)統(tǒng)計(jì)，農(nóng)藥只有10％-20%的有效使用率，余下的約有5-30%通過(guò)揮發(fā)進(jìn)入大氣中，40-60%則滲入土壤及地下水中；而殘留在谷物、水果、水、油以及其他相關(guān)產(chǎn)品中的農(nóng)藥及其有害的降解產(chǎn)物將會(huì)對(duì)以之為食物的動(dòng)物特別是人的健康和安全造成非常嚴(yán)重的威脅。目前，用于

2、農(nóng)藥殘留檢測(cè)的常規(guī)方法：氣相色譜法、液相色譜法、氣相色譜-質(zhì)譜法、液相色譜-質(zhì)譜法以及光譜法，但是這都依賴于昂貴的大型儀器，且需要專業(yè)的人員操作，難以推廣及快速實(shí)時(shí)檢測(cè)；而傳感器技術(shù)，由于其檢測(cè)手段的靈活多樣性，且可以非常方便的與其他檢測(cè)方法相結(jié)合，成為農(nóng)藥殘留檢測(cè)方法中最具活力和發(fā)展前景的檢測(cè)方法。本文結(jié)合課題組基于卟啉分子優(yōu)異的光學(xué)性能對(duì)農(nóng)藥檢測(cè)的前期研究，構(gòu)建了一種基于雙波長(zhǎng)吸光光度法和熒光差譜法的雙光響應(yīng)農(nóng)殘快速檢測(cè)系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)

3、了相應(yīng)的檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)藥殘留快速的定性定量檢測(cè)，對(duì)促進(jìn)保證食品健康安全具有重要意義。本論文主要完成了如下工作：
　?、贅?gòu)建了一套完整的雙波長(zhǎng)吸光度-熒光差譜農(nóng)藥快速檢測(cè)系統(tǒng)
　　基于課題組早期研究，提出了雙波長(zhǎng)吸光度-熒光差譜雙信號(hào)模式，構(gòu)建了基于交叉響應(yīng)的傳感器陣列；從系統(tǒng)需求和整體方案設(shè)計(jì)出發(fā)，提出了五個(gè)關(guān)鍵性技術(shù)問(wèn)題；將整個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)劃分成自動(dòng)注樣、光信號(hào)采集、機(jī)械傳動(dòng)、電路系統(tǒng)四大子系統(tǒng)逐一進(jìn)行構(gòu)建。綜合利用模塊化

4、思想、分時(shí)復(fù)用等多種技術(shù)手段有效解決了提出的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，最終，構(gòu)建了一套完整的雙波長(zhǎng)-熒光雙光響應(yīng)農(nóng)殘檢測(cè)系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的軟件。經(jīng)過(guò)測(cè)試，表明該系統(tǒng)能夠滿足檢測(cè)需求。本系統(tǒng)申請(qǐng)了國(guó)家專利5項(xiàng)，并都已經(jīng)授權(quán)。
　?、跇?gòu)建了基于雙波長(zhǎng)吸光度-熒光差譜信號(hào)的特征提取算法以及一元線性回歸分析方法
　　基于特征提取算法的基本思想以及雙波長(zhǎng)吸光度信號(hào)和熒光差譜信號(hào)的特點(diǎn)，采用不同的方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理后，分別構(gòu)建了相應(yīng)的特征提取算

5、法：對(duì)于雙波長(zhǎng)吸光度信號(hào)，由于是點(diǎn)的形式，只作平均；對(duì)于熒光差譜信號(hào)，綜合考慮其宏觀、微觀兩個(gè)方面，采用小波分析、信息熵等方法，設(shè)計(jì)了其特征提取算法，最終得到農(nóng)藥的雙光信號(hào)的聯(lián)合特征，為農(nóng)藥的定性檢測(cè)奠定基礎(chǔ)；在分析了一元線性方程回歸模型構(gòu)建的基礎(chǔ)上，采用最小二乘法得到了農(nóng)藥的標(biāo)準(zhǔn)回歸直線和方程，為農(nóng)藥的定量檢測(cè)奠定了基礎(chǔ)。
　?、厶岢隽丝捎糜谙到y(tǒng)的模式識(shí)別方法以及一元線性回歸方程組求解算法，并通過(guò)測(cè)試，驗(yàn)證了該方法的有效性

6、>　　根據(jù)農(nóng)藥聯(lián)合特征的特點(diǎn)，在分析了模式識(shí)別方法的基礎(chǔ)上，采用系統(tǒng)聚類分析、主成分分析等方法對(duì)其進(jìn)行處理，得到了良好的定性識(shí)別效果。進(jìn)一步的，根據(jù)各種農(nóng)藥在傳感器陣列上交叉響應(yīng)的特異性，提出了基于線性方程組求解的方法，可以快速的實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥的定性定量檢測(cè)。最后，通過(guò)大量重復(fù)實(shí)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證，結(jié)果表明，定性識(shí)別錯(cuò)誤率為0，定量檢測(cè)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差低于5%，檢測(cè)限低于8ppb，檢測(cè)時(shí)間平均在20分鐘左右。通過(guò)進(jìn)一步實(shí)際樣本回收率實(shí)驗(yàn)，該系統(tǒng)的

7、回收率為：95.02-107.44%。表明其在農(nóng)藥殘留的實(shí)際檢測(cè)中具有巨大的潛力。
　?、苎芯苛烁鶕?jù)線性方程組求解算法對(duì)兩種混合農(nóng)藥的定性定量檢測(cè)效果。
　　根據(jù)雙波長(zhǎng)吸光度以及熒光差譜的可加和性，通過(guò)雙波長(zhǎng)吸光分光光度法回歸得到的線性方程組以及熒光差譜線性回歸得到的線性方程組構(gòu)建方程組，從而通過(guò)求解算法得到兩種混合農(nóng)藥的種類和濃度。并結(jié)合實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的可行性和有效性，結(jié)果表明，該方法能有效區(qū)分兩種混合農(nóng)藥體系，為混合農(nóng)