SERS传感器的小麦中农药残留快速检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开SERS传感器的小麦中农药残留快速检测方法及装置，涉及农残检测技术领域；而本发明专利技术包括装置底板和拉曼光谱仪，装置底板靠近拉曼光谱仪的一面固定设有料筒，料筒的外壁转动安装有门板；通过研究单一贵金属纳米材料、贵金属复合材料、贵金属/非贵金属复合材料、非贵金属复合材料与拉曼信号分子之间的信号增强作用及其机制，以实现低成本SERS纳米基底材料的制备；基于低成本SERS纳米基底材料，重点突破高特异性分子识别元件的筛选及高敏感性、高特异性的新型拉曼探针的构建；基于构建的低成本、高效的SERS基底和新型拉曼探针，采用优化的人工智能算法建立农残定量预测模型，实现小麦中农药残留精准识别及快速检测。实现小麦中农药残留精准识别及快速检测。实现小麦中农药残留精准识别及快速检测。

【技术实现步骤摘要】
SERS传感器的小麦中农药残留快速检测方法及装置


[0001]本专利技术涉及农残检测
，具体为SERS传感器的小麦中农药残留快速检测方法及装置。

技术介绍

[0002]粮食安全涉及人们健康利益，农残检测是保障粮食质量和安全的重要手段，然而，现有的技术在对粮食的残留农药进行检测时存在以下问题：
[0003]1、成本高、操作繁琐、耗时等缺点制约了传统的色谱和质谱等方法在粮食农残现场快速检测中的应用。表面增强拉曼光谱(SERS)技术因其在微量物质检测中的高灵敏度、快速且样品处理简单等优势而在农药残留检测领域具有非常大的应用潜力，然而，SERS仍然面临着基底纳米材料昂贵、农药分子检测特异性不强、深度学习算法模型应用不深入、缺少针对粮食农残的一体化便携式现场快速检测设备等问题；
[0004]2、现有的技术在对小麦样品进行残留农药检测时，大多不便对小麦样品进行除尘除杂，当伴随着杂质及灰尘的小麦样品被放置在拉曼光谱仪内进行检测时，杂质及灰尘影响检测数值的精确性，针对上述问题，专利技术人提出SERS传感器的小麦中农药残留快速检测方法及装置用于解决上述问题。

技术实现思路

[0005]为了解决SERS的基底纳米材料昂贵、农药分子检测特异性不强及深度学习算法模型应用不深入的问题；本专利技术的目的在于提供SERS传感器的小麦中农药残留快速检测方法及装置。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：基于SERS传感器的小麦中农药残留快速检测方法，包括以下步骤：
[0007]S1、新型SERS基底的制备
[0008]研究贵金属(Au/Ag)、非贵金属(HgTe/石墨烯)以及贵金属/非贵金属复合纳米材料与有机磷类农药毒死蜱通用结构抗原之间的拉曼信号增强作用及机制，明确非贵金属SERS纳米基底材料对农药毒死蜱增强拉曼信号的作用机理，筛选拉曼信号增强效率较优的非贵金属纳米基底材料；
[0009]S2、分子识别元件的筛选及新型拉曼探针的构建与表征
[0010]基于抗原和抗体的特异性结合，筛选具有高灵敏性的农药毒死蜱抗体作为识别元件，并研究农药毒死蜱结构抗原和抗体的最佳工作浓度组合；基于筛选的高灵敏性的农药毒死蜱识别抗体，构建抗体偶联非贵金属(HgTe/氧化石墨烯)复合体(拉曼探针)；通过原子层沉积等方法，实现抗体
‑
非贵金属复合体在SERS基底上的沉积，形成复合膜；分别采集不同浓度毒死蜱标准样品光谱和含农药毒死蜱的粮食光谱，确定农药毒死蜱拉曼光谱的特征峰值，通过比较结合抗体和不添加抗体的农药毒死蜱的SERS峰值强度，表征分子识别元件对农药毒死蜱的结合特异性；基于高灵敏度、高特异性的抗体抗原识别效果，构建高灵敏
度、高特异性的新型拉曼探针；
[0011]S3、基于人工智能算法的定量预测模型的建立
[0012]研究并筛选农药拉曼信号的预处理算法和分类算法，通过农药毒死蜱SERS数据进行优化和验证；构建不同人工智能算法下定量检测小麦有机磷农药毒死蜱残留的预测模型，融合人工智能算法，研究基于拉曼光谱的小麦毒死蜱快速检测方法；优选拉曼光谱信息预处理和模型构建算法，构建小麦毒死蜱残留拉曼光谱快速检测技术；
[0013]S4、一体化拉曼检测设备的开发
[0014]设计和开发便携式拉曼光谱仪软硬件部分，硬件设计包括激光器模块、外光路模块、微型光谱仪模块、控制电路模块和样品室模块等，通过自我组装开发拉曼光谱仪；将开发的基于拉曼光谱的小麦有机磷农药毒死蜱残留预测模型导入软件当中，通过优化模型的参数，提高模型的运行速度，将光谱仪、预测模型与软件部分集成，得到便携式一体化拉曼光谱仪。
[0015]优选地，基于SERS传感器的小麦中农药残留快速检测方法所使用的装置，包括装置底板和拉曼光谱仪，所述装置底板靠近拉曼光谱仪的一面固定设有料筒，所述料筒的外壁转动安装有门板，所述装置底板的上表面设有用于拆装拉曼光谱仪的拆装机构，所述料筒的内部设有除尘除杂机构，所述料筒的内部还设有搅拌机构。
[0016]优选地，所述装置底板的上表面固定安装有推把，所述装置底板远离推把的一面固定安装有均匀分布的万向轮，所述料筒的底端开设有均匀分布的排屑孔，所述料筒靠近排屑孔的一端固定安装有均匀分布的固定座，所述固定座远离料筒的一端和装置底板的上表面固定连接，所述门板的一侧固定安装有拉手。
[0017]优选地，所述拆装机构包括有两个L型限位板，两个所述L型限位板的内壁均固定安装有防滑垫，两个所述防滑垫的内壁和拉曼光谱仪的外壁活动接触，所述装置底板的上表面开设有放置槽，所述拉曼光谱仪和放置槽的内壁活动接触，所述放置槽的内壁开设有滑槽，所述滑槽的内壁滑动连接有两个滑块，一个所述滑块的上表面和一个L型限位板的下表面固定连接。
[0018]优选地，所述装置底板的一侧转动安装有双头螺杆，所述双头螺杆贯穿滑槽并和两个滑块螺纹转动连接，所述双头螺杆的一端固定安装有手柄。
[0019]优选地，所述除尘除杂机构包括有料盘，所述料盘的下表面开设有均匀分布的通孔，所述料盘的下表面固定安装有推动座，所述推动座远离料盘的一面开设有弧面槽，所述料筒的内壁开设有两个导向槽，两个所述导向槽的内壁均滑动连接有导向块，两个所述导向块的相对侧和料盘的外壁固定连接，两个所述导向槽的内壁均固定安装有伸缩杆，所述伸缩杆的活塞端和导向块的下表面固定连接，两个所述伸缩杆的外壁均活动套设有伸缩弹簧，所述伸缩弹簧的一端和导向槽的内壁固定连接，所述伸缩弹簧的另一端和导向块的下表面固定连接。
[0020]优选地，所述料筒的外壁固定设有伺服电机，所述伺服电机的驱动输出端固定安装有转动杆，所述转动杆贯穿料筒并和料筒转动连接，所述转动杆的外壁固定安装有凸轮，所述凸轮和弧面槽竖直对应。
[0021]优选地，所述伺服电机的外壁固定安装有固定块，所述固定块的一侧和料筒的一侧固定连接。
[0022]优选地，所述搅拌机构包括有搅拌杆，所述搅拌杆的一端和料盘的内壁转动连接，所述搅拌杆的外壁固定安装有固定套，所述固定套的外壁固定安装有均匀分布的转动板，所述转动板的外壁固定安装有均匀分布的搅拌叶片，所述料盘的上表面设有传动杆，所述传动杆的一端和搅拌杆的一端均固定安装有锥齿轮，两个所述锥齿轮相互啮合，所述传动杆远离锥齿轮的一端固定安装有驱动齿轮，所述料筒的内壁开设有槽口，所述槽口的内壁固定安装有齿板，所述齿板和驱动齿轮啮合连接。
[0023]优选地，所述料盘的上表面固定安装有固定杆，所述固定杆远离料盘的一端固定安装有转动套，所述传动杆贯穿转动套并和转动套的内壁转动连接。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0025]1、通过研究单一贵金属纳米材料、贵金属复合材料、贵金属/非贵金属复合材料、非贵金属复合材料与拉曼信号分子之间的信号增强作用及其机制，以实现低成本SERS纳米基底材料的制备；基于低成本SERS纳米基底材料，重点突破高特异性分子识别元件的筛选及高敏感性、高特异性的新型拉本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.SERS传感器的小麦中农药残留快速检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、新型SERS基底的制备研究贵金属(Au/Ag)、非贵金属(HgTe/石墨烯)以及贵金属/非贵金属复合纳米材料与有机磷类农药毒死蜱通用结构抗原之间的拉曼信号增强作用及机制，明确非贵金属SERS纳米基底材料对农药毒死蜱增强拉曼信号的作用机理，筛选拉曼信号增强效率较优的非贵金属纳米基底材料；S2、分子识别元件的筛选及新型拉曼探针的构建与表征基于抗原和抗体的特异性结合，筛选具有高灵敏性的农药毒死蜱抗体作为识别元件，并研究农药毒死蜱结构抗原和抗体的最佳工作浓度组合；基于筛选的高灵敏性的农药毒死蜱识别抗体，构建抗体偶联非贵金属(HgTe/氧化石墨烯)复合体(拉曼探针)；通过原子层沉积等方法，实现抗体
‑
非贵金属复合体在SERS基底上的沉积，形成复合膜；分别采集不同浓度毒死蜱标准样品光谱和含农药毒死蜱的粮食光谱，确定农药毒死蜱拉曼光谱的特征峰值，通过比较结合抗体和不添加抗体的农药毒死蜱的SERS峰值强度，表征分子识别元件对农药毒死蜱的结合特异性；基于高灵敏度、高特异性的抗体抗原识别效果，构建高灵敏度、高特异性的新型拉曼探针；S3、基于人工智能算法的定量预测模型的建立研究并筛选农药拉曼信号的预处理算法和分类算法，通过农药毒死蜱SERS数据进行优化和验证；构建不同人工智能算法下定量检测小麦有机磷农药毒死蜱残留的预测模型，融合人工智能算法，研究基于拉曼光谱的小麦毒死蜱快速检测方法；优选拉曼光谱信息预处理和模型构建算法，构建小麦毒死蜱残留拉曼光谱快速检测技术；S4、一体化拉曼检测设备的开发设计和开发便携式拉曼光谱仪(13)软硬件部分，硬件设计包括激光器模块、外光路模块、微型光谱仪模块、控制电路模块和样品室模块等，通过自我组装开发拉曼光谱仪(13)；将开发的基于拉曼光谱的小麦有机磷农药毒死蜱残留预测模型导入软件当中，通过优化模型的参数，提高模型的运行速度，将光谱仪、预测模型与软件部分集成，得到便携式一体化拉曼光谱仪(13)。2.如权利要求1所述的基于SERS传感器的小麦中农药残留快速检测方法所使用的装置，包括装置底板(1)和拉曼光谱仪(13)，其特征在于，所述装置底板(1)靠近拉曼光谱仪(13)的一面固定设有料筒(14)，所述料筒(14)的外壁转动安装有门板(16)，所述装置底板(1)的上表面设有用于拆装拉曼光谱仪(13)的拆装机构(2)，所述料筒(14)的内部设有除尘除杂机构(3)，所述料筒(14)的内部还设有搅拌机构(5)。3.如权利要求2所述的基于SERS传感器的小麦中农药残留快速检测方法所使用的装置，其特征在于，所述装置底板(1)的上表面固定安装有推把(11)，所述装置底板(1)远离推把(11)的一面固定安装有均匀分布的万向轮(12)，所述料筒(14)的底端开设有均匀分布的排屑孔(141)，所述料筒(14)靠近排屑孔(141)的一端固定安装有均匀分布的固定座(15)，所述固定座(15)远离料筒(14)的一端和装置底板(1)的上表面固定连接，所述门板(16)的一侧固定安装有拉手(17)。4.如权利要求2所述的基于SERS传感器的小麦中农药残留快速检测方法所使用的装置，其特征在于，所述拆装机构(2)包括有两个L型限位板(21)，两个所述L型限位板(21)的
内壁均固定安装有防滑垫(22)，两个所述防滑垫(22)的内壁和拉曼...

【专利技术属性】
技术研发人员：林琳，潘磊庆，李志军，马辉，杨芳，
申请(专利权)人：中农康正技术服务有限公司，
类型：发明
国别省市：