一种自动化农药残留快速筛查质谱仪和农药残留检测系统

摘要

本发明公开了一种自动化农药残留快速筛查质谱仪和农药残留检测系统，涉及质谱仪技术领域。该质谱仪包括框架、安装于框架上的机械臂进样装置、流体进样装置和电离腔装置，机械臂进样装置包括三维运动机构和采样针，流体进样装置包括注射机构和连通管道，连通管道的一端与注射机构连通，连通管道的另一端与采样针连通，电离腔装置包括电离腔、离子源、特氟龙膜和传送机构，离子源与电离腔连通，特氟龙膜通过传送机构穿设于电离腔内且能在传送机构的带动下离开电离腔，电离腔设置有加样口，采样针可通过加样口将采用获得的样品滴加至位于电离腔内的特氟龙膜上。本申请的传送机构替代了人工把玻片插入到电离腔中进行检测，提高了效率及人工成本。

说明书

技术领域

本发明涉及质谱仪技术领域，具体而言，涉及一种自动化农药残留快速筛查质谱仪和农药残留检测系统。

背景技术

农业产业化的发展使农产品的生产越来越依赖于农药、抗生素和激素等外源物质，我国农药在农产品的用量居高不下，而这些物质的不合理使用必将导致农产品中的农药残留超标，影响消费者食用安全，严重时会造成消费者致病、发育不正常，甚至直接导致中毒死亡，农药残留超标也会影响农产品的贸易，世界各国对农药残留问题高度重视，对各种农副产品中农药残留都规定了越来越严格的限量标准，使中国农产品出口面临严峻的挑战。

针对目前所使用的农产品农药残留检测仪器主要是质谱仪，但质谱仪中电离腔装置在检测时，需要把玻片插入到电离腔装置中进行点液，再进行人工点液进行检测，效率低、成本高，容易造成污染。同时电离腔不方便拆装，造成离子源容易产生堵塞。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自动化农药残留快速筛查质谱仪和农药残留检测系统。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明提供一种自动化农药残留快速筛查质谱仪，其包括框架、机械臂进样装置、流体进样装置和电离腔装置，所述机械臂进样装置、所述流体进样装置和所述电离腔装置均安装于所述框架上，

所述机械臂进样装置包括三维运动机构和采样针，

所述流体进样装置包括注射机构和连通管道，所述连通管道的一端与所述注射机构连通，所述连通管道的另一端与所述采样针连通，

所述电离腔装置包括电离腔、离子源、特氟龙膜和传送机构，所述离子源与所述电离腔连通，所述特氟龙膜通过所述传送机构穿设于所述电离腔内且能在所述传送机构的带动下离开所述电离腔，所述电离腔设置有加样口，所述采样针可通过所述加样口将采用获得的样品滴加至位于所述电离腔内的所述特氟龙膜上。

在可选的实施方式中，所述传送机构包括输出轮盘、回收轮盘和传送电机，所述特氟龙膜的一端缠绕至所述输出轮盘上，另一端缠绕于所述回收轮盘上，所述输出轮盘和所述回收轮盘传动连接，所述传送电机与所述输出轮盘传动连接以带动所述特氟龙膜运动。

在可选的实施方式中，所述电离腔装置还设置有用于与质谱连接的快拆螺母；

优选地，所述电离腔装置还设置有用于向所述电离腔内通入气体的毛细管；

优选地，所述电离腔装置还设置有用于观测所述电离腔的观测窗口。

在可选的实施方式中，所述三维运动机构包括X轴运动组件、Y轴运动组件、Z轴运动组件以及分别驱动所述X轴运动组件、所述Y轴运动组件和所述Z轴运动组件运动的电机组件，所述Y轴运动组件可滑动地安装于所述X轴运动组件上，所述Z轴运动组件可滑动地安装于所述Y轴运动组件上，所述采样针可滑动地安装于所述Z轴运动组件上；

优选地，所述X轴运动组件、所述Y轴运动组件和所述Z轴运动组件中至少一者设置有用于控制电机组件行程的磁栅尺。

在可选的实施方式中，所述注射机构包括注射器、拉杆、注射安装架和注射驱动组件，所述注射器固定于所述注射安装架上，所述拉杆通过所述注射驱动组件可滑动地连接至所述注射器内部，所述连通管道的一端与所述拉杆连通；

所述注射驱动组件包括注射电机、注射转轴、注射导轨、注射滑块和注射螺母，所述注射电机和所述注射导轨均安装于所述注射安装架上，所述注射转轴与所述注射电机传动连接，所述注射螺母与所述注射滑块固定连接，所述注射转轴穿过所述注射螺母和所述注射滑块转动连接至所述注射安装架上，所述注射滑块可滑动地连接至所述注射导轨，所述注射滑块与所述拉杆连接。

在可选的实施方式中，所述自动化农药残留快速筛查质谱仪还包括试剂腔和用于遮蔽所述试剂腔的外罩，所述外罩与所述框架可转动连接。

在可选的实施方式中，所述自动化农药残留快速筛查质谱仪还包括用于驱动所述外罩启闭的升降外罩装置，所述升降外罩装置包括电动推杆、外罩支撑座、推杆滑块和推杆导轨，所述外罩支撑座安装于所述外罩的至少一侧，所述电动推杆和所述推杆导轨均固定连接至所述框架上，所述电动推杆的自由端与所述推杆滑块固定连接，所述推杆滑块通过所述电动推杆可滑动地安装于所述推杆导轨，所述推杆滑块与所述外罩支撑座转动连接以带动所述外罩启闭。

在可选的实施方式中，所述自动化农药残留快速筛查质谱仪还设置有多个分别控制所述机械臂进样装置、所述流体进样装置和所述升降外罩装置中的对应电机或电动推杆的启动的光电传感器和控制系统，所述控制系统与所述光电传感器信号连接。

在可选的实施方式中，所述自动化农药残留快速筛查质谱仪还包括质量分析器装置，所述质量分析器的进口与所述电离腔装置的出口连通。

第二方面，本发明提供一种农药残留检测系统，其包括如前述实施方式任一项所述的自动化农药残留快速筛查质谱仪。

本发明具有以下有益效果：

本申请提供的自动化农药残留快速筛查质谱仪通过机械臂进样装置和流体进样装置拆分，可以实现更精准的控制，同时流体进样装置还可以拆分供其他装置使用，而电离腔装置中传送机构和特氟龙膜的配合方式可以实现滴加有待测试剂的特氟龙膜输送至电离腔内进行电离，检测完成后由传送机构把检测完成的特氟龙膜拉出电离腔，保证每次点样下去的特氟龙膜干净、未污染。同时，回收轮盘回收达到一定程度后可以进行更换，本申请中的传送机构替代了人工把玻片插入到电离腔中进行检测，提高了效率及人工成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的自动化农药残留快速筛查质谱仪在第一视角下的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的自动化农药残留快速筛查质谱仪在第二视角下的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的自动化农药残留快速筛查质谱仪的机械臂进样装置的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的自动化农药残留快速筛查质谱仪的流体进样装置的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的自动化农药残留快速筛查质谱仪的电离腔装置在第一视角下的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的自动化农药残留快速筛查质谱仪的电离腔装置在第二视角下的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的自动化农药残留快速筛查质谱仪的升降外罩装置的结构示意图。

图标：100-自动化农药残留快速筛查质谱仪；

110-框架；111-线槽；

120-机械臂进样装置；121-三维运动机构；122-采样针；123-X轴运动组件；124-Y轴运动组件；1241-同步轮；1242-同步带；1243-同步滑块；125-Z轴运动组件；1251-丝杠；1252-螺母；1253-丝杠滑块；126-电机组件；127-三维导轨；128-三维光电传感器；129-磁栅尺；

130-流体进样装置；131-注射机构；133-注射器；134-拉杆；135-注射安装架；136-注射驱动组件；1361-注射电机；1362-注射转轴；1363-注射导轨；1364-注射滑块；1365-注射螺母；137-注射光电传感器；

140-电离腔装置；141-电离腔；1411-加样口；1412-毛细管；1413-观测窗口；142-离子源；143-特氟龙膜；144-传送机构；1441-输出轮盘；1442-回收轮盘；1443-传送电机；145-快拆螺母；

150-升降外罩装置；151-外罩；152-电动推杆；153-外罩支撑座；154-推杆滑块；155-推杆导轨；156-推杆光电传感器；157-推杆固定座；158-导轨固定座；

160-控制系统；

170-吸嘴头盒；

180-采样试剂盒。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

第一实施例

请参阅图1和图2，本发明提供一种自动化农药残留快速筛查质谱仪100，其包括框架110、机械臂进样装置120、流体进样装置130、电离腔装置140、升降外罩装置150和控制系统160。

(1)框架110

框架110作为自动化农药残留快速筛查质谱仪100整体支撑和安装结构，机械臂进样装置120、流体进样装置130、电离腔装置140和升降外罩装置150均安装于框架110上。本申请中框架110采用钣金折弯焊接形成的，划分为线路板安装区域、线路连接排布区域及质谱安装区域。框架110内部安装有线槽111及铆接螺母1252，线路板及其他装置安装在制定的区域，电线根据线槽111进行排布对准连接孔穿入连接到其他各路元器件中。本申请中通过框架110和线槽111的设置，使得线路板和电源线的整体排布整洁，易于维护和拆装，改善了现有线路板排布混乱，难以检修的情况。同时电线在线槽111的保护下，可以避免碰到金属类物质而导致短路或其他事故的发生。

(2)机械臂进样装置120

请参阅图3，机械臂进样装置120包括三维运动机构121和采样针122。其中，三维运动机构121包括X轴运动组件123、Y轴运动组件124、Z轴运动组件125以及分别驱动X轴运动组件123、Y轴运动组件124和Z轴运动组件125运动的电机组件126，X轴运动组件123主要承载运行Y轴运动组件124和Z轴运动组件125，具体来说，Y轴运动组件124可滑动地安装于X轴运动组件123上，Z轴运动组件125可滑动地安装于Y轴运动组件124上，采样针122可滑动地安装于Z轴运动组件125上。本申请中，通过三维运动机构121带动采样针122进行三维运动，进而可以达到需要的位置。

滑动安装的方式有多种，包括但不限于滑轨滑块、丝杠1251螺母1252、同步轮1241和同步带1242等结构。具体到本实施例中，X轴运动组件123采用同步轮1241、同步带1242以及安装与同步带1242上的滑块来实现Y轴运动组件124的滑动，同步带1242缠绕于两个同步带1242上，电机组件126带动同步轮1241转动，进而带动同步带1242进行移动，安装于同步带1242上的滑块随之移动，进而带动Y轴运动组件124整体进行运动。

Y轴运动组件124也采用同步轮1241、同步带1242以及安装与同步带1242上的同步滑块1243来实现Z轴运动组件125的滑动，Z轴运动组件125安装于Y轴运动组件124的同步滑块1243上，通过同步滑块1243的运动带动Z轴运动组件125整体进行运动。

Z轴运动组件125采用丝杠1251和螺母1252的配合实现带动采样针122上下运动。具体来说，Z轴运动组件125包括丝杠1251、螺母1252和丝杠滑块1253，电机组件126带动丝杠1251转动，螺母1252安装于丝杠1251上可随着丝杠1251的转动而在丝杠1251上移动，丝杠滑块1253与螺母1252连接并随着螺母1252的运动而运动，采样针122通过直线轴承与丝杠滑块1253连接。

应理解，在X轴运动组件123、Y轴运动组件124和Z轴运动组件125上，为了确保Y轴运动组件124、Z轴运动组件125以及采样针122的稳定运行，同时减少同步带1242和螺母1252的受力情况，本申请中，还可以在X轴运动组件123、和Y轴运动组件124和Z轴运动组件125上安装三维导轨127，同步滑块1243或丝杠滑块1253可滑动的连接至三维导轨127上，可以保证滑块的稳定运行。

此外，为了实现自动化控制，本申请中，X轴运动组件123、Y轴运动组件124和Z轴运动组件125上均设置有三维光电传感器128和磁栅尺129，其中三维光电传感器128可以在接收到控制系统160的指令后驱动X轴运动组件123、Y轴运动组件124和Z轴运动组件125上对应的电机进行运动，而磁栅尺129的设置可以于控制电机组件126行程，保证电机运行的精确度，进而到达指定位置。

本申请中的采样针122可以移动至一次性吸嘴头盒170上方，通过控制采样针122向下运动插入吸嘴头，此时再转移到采样试剂盒180中。

(3)流体进样装置130

请参阅图4，流体进样装置130包括注射机构131和连通管道(图未示)，连通管道的一端与注射机构131连通，连通管道的另一端与采样针122连通，本申请中，通过连通管道可以实现吸嘴头对采样试剂盒180内的试剂进行采样。

具体来说，注射机构131包括注射器133、拉杆134、注射安装架135和注射驱动组件136，注射器133固定于注射安装架135上，拉杆134通过注射驱动组件136可滑动地连接至注射器133内部，连通管道的一端与拉杆134连通；注射驱动组件136包括注射电机1361、注射转轴1362、注射导轨1363、注射滑块1364和注射螺母1365，注射电机1361和注射导轨1363均安装于注射安装架135上，注射转轴1362与注射电机1361传动连接，注射螺母1365与注射滑块1364固定连接，注射转轴1362穿过注射螺母1365和注射滑块1364转动连接至注射安装架135上，注射滑块1364可滑动地连接至注射导轨1363，注射滑块1364与拉杆134连接。注射驱动组件136上设置有用于控制注射电机1361启闭的注射光电传感器137。

本申请中利用注射器133的大气压强的原理，通过注射器133的拉杆134向上运动，使得采样试剂盒180内的试剂进入吸嘴头，随后将带有吸嘴头的采样针122通过三维运动机构121运动至电离腔装置140的加样口1411处，通过拉杆134向下运动排出吸嘴头内的试样。

(4)电离腔装置140

请参阅图5和图6，电离腔装置140用于对待测样品进行电离，电离后通入质谱中进行检测，本申请中，电离腔装置140包括电离腔141、离子源142、特氟龙膜143和传送机构144，离子源142与电离腔141连通，特氟龙膜143通过传送机构144穿设于电离腔141内且能在传送机构144的带动下离开电离腔141，电离腔141设置有加样口1411、毛细管1412和观测窗口1413，采样针122可通过加样口1411将采用获得的样品滴加至位于电离腔141内的特氟龙膜143上，毛细管1412与电离腔141连通用于向电离腔141内通入气体，气体可以引导电离后的样品进入质谱。观测窗口1413用于对电离腔141内的电离情况进行观测，便于实时了解电离情况。

传送机构144包括输出轮盘1441、回收轮盘1442和传送电机1443，特氟龙膜143的一端缠绕至输出轮盘1441上，另一端缠绕于回收轮盘1442上，输出轮盘1441和回收轮盘1442传动连接，传送电机1443与输出轮盘1441传动连接以带动特氟龙膜143运动。传送机构144上设置有用于控制传送电机1443启闭的传送光电传感器(图未示)。

本申请中，利用传送机构144可以实现特氟龙膜143的运动，同时样品直接滴至特氟龙膜143，特氟龙膜143在运动至电离腔141时，可以直接对特氟龙膜143上的样品进行电离，检测完成后由传送电机1443控制回收轮盘1442转动把检测完成的特氟龙膜143拉出电离腔141，保证每次点样下去的特氟龙膜143干净、未污染。同时，回收轮盘1442回收达到一定程度后可以进行更换，本申请中的传送机构144替代了人工把玻片插入到电离腔141中进行检测，提高了效率及人工成本。

此外，本申请电离腔装置140还设置快拆螺母145，电离腔141通过快拆螺母145与质谱连接，实现电离后的样品直接进入到质谱中进行检测。

(5)升降外罩装置150

请参阅图7，升降外罩装置150用于对试剂腔进行遮蔽或打开，以便于采样针122在打开时采样，采样结束后自动遮蔽，避免空气中的灰尘容易导致试剂液体液产生污染。

本申请中的升降外罩装置150包括外罩151、电动推杆152、外罩支撑座153、推杆滑块154和推杆导轨155，外罩151与框架110可转动连接，外罩支撑座153安装于外罩151的至少一侧，电动推杆152和推杆导轨155均固定连接至框架110上，其中，电动推杆152通过推杆固定座157固定于框架110上，推杆导轨155通过导轨固定座158固定于框架110上。电动推杆152的自由端与推杆滑块154固定连接，推杆滑块154通过电动推杆152可滑动地安装于推杆导轨155，推杆滑块154与外罩支撑座153转动连接以带动外罩151启闭。

电动推杆152上设置有用于控制其启闭的推杆光电传感器156。

(6)控制系统160

请返回参阅图1，控制系统160独立地与多个光电传感器信号连接，以便控制系统160可以独立控制机械臂进样装置120、流体进样装置130、电离腔装置140和升降外罩装置150中的对应电机或电动推杆152的启动，实现全自动化操作。

此外，本申请提供的自动化农药残留快速筛查质谱仪100还包括质量分析器装置(例如质谱)，质量分析器的进口与电离腔装置140的出口连通。

本申请提供的自动化农药残留快速筛查质谱仪100的工作原理是：本申请中采用框架110来实现机械臂进样装置120、流体进样装置130、电离腔装置140、升降外罩装置150和控制系统160的安装，使得整体的布局达到整洁、容易维护拆装的理想效果。机械臂进样装置120中的采样针122随着三维运动机构121运动至指定位置(一次性吸嘴头盒170上方)，采样针122向下运动插入吸嘴头，此时再转移到采样试剂盒180中，由于采样针122与流体进样装置130中的连接通道连通，注射机构131通过拉杆134向上运动，使得连通通道内的大气压降低，采样试剂盒180内的试剂进入吸嘴头完成采样。采样针122在采样时，升降外罩装置150中的电动推杆152控制外罩151打开，采样针122进行采用，采样结束后，电动推杆152控制外罩151关闭，可以有效避免空气中的灰尘容易导致试剂液体液产生污染。当试剂盒内的试剂用完后，可以人工更换试剂盒。接着利用三维运动机构121将带有吸嘴头的采样针122移动至电离腔装置140的加样口1411处，特氟龙膜143通过传送机构144实现向电离腔141内输送，此时，将吸嘴头内的试样递交至特氟龙膜143上，特氟龙膜143进入电离腔141后，与离子源142接触进行电离，电离结束后随着从毛细管1412内进入的气体排出至质谱内进行检测，检测完成后由传送电机1443控制回收轮盘1442转动把检测完成的特氟龙膜143拉出电离腔141，保证每次点样下去的特氟龙膜143干净、未污染。同时，回收轮盘1442回收达到一定程度后可以进行更换，本申请中的传送机构144替代了人工把玻片插入到电离腔141中进行检测，提高了效率及人工成本。

此外，本申请还提供了一种农药残留检测系统，其包括上述自动化农药残留快速筛查质谱仪100。

综上所述，本申请提供的自动化农药残留快速筛查质谱仪100通过机械臂进样装置120和流体进样装置130拆分，可以实现更精准的控制，同时流体进样装置130还可以拆分供其他装置使用，而电离腔装置140中传送机构144和特氟龙膜143的配合方式可以实现滴加有待测试剂的特氟龙膜143输送至电离腔141内进行电离，检测完成后由传送机构144把检测完成的特氟龙膜143拉出电离腔141，保证每次点样下去的特氟龙膜143干净、未污染。同时，回收轮盘1442回收达到一定程度后可以进行更换，本申请中的传送机构144替代了人工把玻片插入到电离腔141中进行检测，提高了效率及人工成本。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。