一种采用TMS320LF2407A的农药残留快速检测仪

　　0　引　言

　　当前,由于农药的大量使用,已严重地制约了中国农业的发展。近年来,国家加大了对农药残留检测的投入,引导农业走出一条健康发展的道路。本文利用昆虫毒理学原理和光学朗伯2比耳定律,研制出了一种快速、准确地农药残留检测仪,经试验使用,达到了国家规定的标准要求。

　　1　昆虫毒理学原理和光学朗伯2比耳定律定律

　　昆虫毒理学原理指的是有机磷和氨基甲酸酯类农药能抑制昆虫中枢和周围神经系统中乙酰胆碱酶的活性,造成神经传导介质乙酰胆碱的积累,影响正常传导,使昆虫中毒致死。根据这一原理,本产品的检测过程在检测试剂中,用碘化硫代胆碱(BTC I,即底物) ,在乙酰胆碱酯酶的作用下发生水解反应生成硫代胆碱和乙酸。硫代胆碱和显色剂(二硫代二硝基苯甲酸,DTNB)产生显色反应,使反应液呈黄色,该反应液在410nm波长的光有最大吸收峰。如果被检样品液中含有有机磷类或氨基甲酸脂类农药残留,由于农药对酶的活性的抑制作用,将使显色反应减缓,使试液的黄色变浅。根据酶促反应动力学原理,在没有有机磷类或氨基甲酸脂类农药存在时,底物在酶的催化作用下发生水解,反应速率可以用吸光度值随时间的变化率R来表示。在本仪器中,设参照检测液吸光度值随时间的变化率为Rr,含有有机磷类或氨基甲酸脂类农药的样品检测液吸光度值随时间的变化率为Rs,则含有有机磷类或氨基甲酸脂类农药对酶的活性的抑制率y为

　　这就是光学朗伯2比耳定律定律。

　　2　硬软件设计

　　整个仪器系统可以分为光信号收发系统和测量控制系统两部分组成。

　　2·1　光信号收发系统

　　光路设计如图1所示:

　　选用特性相同的激光器1和2使其发射功率均为P,参考液的吸光度为Kr,样品液的吸光度为Ks,接收器1和2的接收功率分别为P1和P2,接收器的特性相同,则有:

　　从而有:

　　从公式(2)可知,在相同发射功率和相同的时间下,含有有机磷类或氨基甲酸脂类农药对酶的活性的抑制率仅与接收器1和2的变化量的比值有关。

　　因此可以通过大量的实验,找出接收器1和2变化率的比值与农药残留程度的关系,从而可以判定农药残留的程度。

　　从上述分析可知,反应液对410nm波长的光最敏感,考虑到为光路提供较大的信噪比,我们选择410nm发光功率稳定,波长宽度窄的激光器作为发射光源。其基本原理图1已进行了说明。为排除噪声干扰,由TMS320LF2407A中的PWM电路产生的PWM波形在激光器上加载使激光器产生1kHz的脉冲调制光。接收器采用灵敏的PIN光电二极管来检测入射光。对接收的信号采用高输入阻抗、低漂移、低噪声的前置放大器进行放大,以满足抗同相共模干扰的要求;同时采用锁相技术以排除背景光的干扰。