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专利号: 2021109412670
申请人: 江苏大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2026-03-04
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于表面增强拉曼光谱SERS技术的柑橘中苯咪唑类农药残留快速检测方法,其特征在于,快速检测系统包括外壳(1)、LED状态指示屏(2)、人机交互终端(3)、开关(4)、样品检测盒(14)、SERS检测皿(10);检测装置内部有拉曼光电转换器(5)、控制主板(6)、激光探头(7)、激光发射器(8)、充电电池(9);

所述的激光探头(7)与拉曼光电转换器(5)、激光发射器(8)之间均通过微型光纤连接,从而建立完整的激光光路,所述的LED状态指示屏(2),拉曼光电转换器(5)、激光发射器(8)均通过排线连接至控制主板(6);所述的开关(4)和充电电池(9)通过电线焊接方式连接在控制主板(6)上;

所述的LED状态指示屏(2)、开关(4)、拉曼光电转换器(5)、控制主板(6)、激光探头(7)、激光发射器(8)、充电电池(9)均通过螺丝和卡槽固定在外壳(1)内,从而集成出便携式拉曼检测器;所述SERS检测皿(10)、样品检测盒(14)与所集成的便携式拉曼检测器均通过物理插槽方式连接,所述人机交互终端(3)与所集成的便携式拉曼检测器通过低功耗蓝牙或串口连接;

所述快速检测方法包括以下步骤:

步骤一:柑橘中苯咪唑类农药残留拉曼信号的表面增强放大:使用两通道的SERS检测皿(10)作为物质反应与检测场所,前处理过的柑橘提取液和SERS增强材料分别通过不同的通道注入到SERS检测皿(10)中,检测皿插入在样品检测盒(14)的卡槽(15)中,通过样品检测盒内一定的温控作用,柑橘提取液中的物质快速的分布在SERS增强材料中,以达到表面增强拉曼的效果;

步骤二:柑橘中苯咪唑类农药残留的表面增强拉曼光谱采集:将便携式拉曼光谱检测装置的激光探头(7)插入到样品检测盒(14)的圆形插槽(16)内,通过控制微型拉曼光谱检测装置的激光发射器(8)和拉曼光电转换器(5)来快速获取被测物质当前的表面增强拉曼光谱数据,然后,进一步的通过低功耗蓝牙模块或串口模块将表面增强拉曼光谱的数据包传输至用户操作的人机交互终端(3)上;

步骤二中所述的激光探头(7)、激光发射器(8)的激发光波段均在785nm,获取被测物中分子的拉曼光谱信号,该激光探头(7)、激光发射器(8)以及拉曼光电转换器(5)均为微型器件,保证集成在便携式的拉曼光谱检测装置中,此外,步骤二所述的激光探头(7)与样品检测盒(14)之间圆形插槽(16)的深度是激光探头的长度加上一倍焦距的长度,从而保证被测物质在激光探头的焦距上,消除距离变化带来的光谱信号误差;

步骤三:柑橘中苯咪唑类农药残留的表面增强拉曼光谱的数据处理与结果计算:依据相关的拉曼光谱基线校正、变量筛选结合定量预测方法,构建柑橘中苯咪唑类农药残留拉曼光谱的快速免标记的数据处理与预测流程,实现农残最终的定性定量检测;

步骤三中所述的基线校正方法为自适应迭代惩罚最小二乘法Air‑PLS,将采集的光谱信号向量代入至Air‑PLS公式(1),设置初始的惩罚系数w和粗糙度系数λ,通过t次迭代,直至达到拟合校正要求,其中,Q是保真度与平滑度的平衡函数,x是采集的光谱信号向量,z是t拟合向量,m是光谱向量长度,d 是由xi与 在t次迭代中的负数组成,步骤三中所述的变量筛选结合定量预测的方法为ACO‑PLS,根据公式(2),设置初始化信息素衰减系数ρ、显著性因子Q以及最大迭代次数,然后根据不同变量组合的均方根误差RMSE,yi为样本实测值,为预测值,n为样本总量,选择最优变量组合,其中P是变量被选中概率,N为变量总数,τ是每个变量的信息素,F为目标函数,最后建立柑橘苯咪唑类农药残留的PLS多元线性回归检测模型,模型计算方法如公式(3),其中X为ACO筛选出的光谱变量,a为变量系数,b为偏移量,Y为模型检测值,k为筛选出的变量个数,下标i和j均是遍历数据的位置索引;

2.根据权利要求1所述的基于表面增强拉曼光谱SERS技术的柑橘中苯咪唑类农药残留快速检测方法,其特征在于,步骤一中,所述的柑橘提取液,是通过有机溶液浸泡、高速离心、固相萃取过滤后得到的提取液,所述的SERS增强材料是指金、银和铜纳米颗粒制成的增强基底。

3.根据权利要求1所述的基于表面增强拉曼光谱SERS技术的柑橘中苯咪唑类农药残留快速检测方法,其特征在于,步骤一中,所述的SERS检测皿(10)整体采用不透光的磨砂石英制成,只有反应室处开有圆形透明检测窗口(13),以便激光器发射的激光得以透过,所述的样品检测盒(14)开有卡槽(15)以确保每次检测的位置不发生变化,避免检测的位置误差,此外,内置的温度控制器件用于调节温度,加快柑橘提取液中的分子物质均匀的附着在SERS增强材料中。

4.根据权利要求1所述的基于表面增强拉曼光谱SERS技术的柑橘中苯咪唑类农药残留快速检测方法,其特征在于,所述的外壳(1)长不超过170mm,宽不超过90mm,高不超过65mm,装置上方开有比人机交互终端(3)大的卡槽,用于放置人机交互终端(3);所述控制主板(6)集成有FPGA和STM32芯片,确保拉曼光谱数据处理与传输的性能,LED状态指示屏(2)嵌入在外壳(1)上表面,显示仪器当前所处状态。

5.根据权利要求1所述的基于表面增强拉曼光谱SERS技术的柑橘中苯咪唑类农药残留快速检测方法,其特征在于,所述的SERS检测皿(10)的长为30mm,宽为5mm,高为50mm,顶端分别开有提取液进样注射通道(11)和SERS增强材料注射通道(12),直径均为Φ3mm,中间开有直径为Φ12mm的圆形透明检测窗口(13);所述的样品检测盒(14)的长为50mm,宽为30mm,高为50mm,顶端开有SERS检测皿(10)的插槽,深度为40mm;中间开有直径为Φ12.8mm的激光探头圆槽。

6.根据权利要求5所述的基于表面增强拉曼光谱SERS技术的柑橘中苯咪唑类农药残留快速检测方法,其特征在于,所述的SERS检测皿(10)的圆形透明检测窗口与样品检测盒(14)的激光探头槽以及激光探头(7)的圆心均在同一条直线上,同时当激光探头(7)完全放入到激光探头圆槽内时,激光探头最前端与圆形透明检测窗口的距离是一倍的焦距。