相關(guān)方作業(yè)人員培訓(xùn)試題

1、小型直鏈淀粉測定儀的設(shè)計(jì)與研究現(xiàn)狀摘 要本文介紹的DPCZ-II型直鏈淀粉測定儀是針對目前的直鏈淀粉檢測儀器體積大，價(jià)格昂貴的現(xiàn)狀而設(shè)計(jì)的體積小型，價(jià)格經(jīng)濟(jì)的檢測儀器，井對其檢測裝置進(jìn)行了大膽的改進(jìn)。該儀器由托普儀器代理銷售，它采用MCS一51系列的單片機(jī)AT89C51作為CPtI，系統(tǒng)由檢測裝置部分，單片機(jī)基本系統(tǒng)，光電流信號放大，AD轉(zhuǎn)換，時(shí)鐘，液晶顯示，鍵盤擴(kuò)展，打印機(jī)擴(kuò)展以及RS232串口通信等部分組成。其中對檢測裝置的改進(jìn)主要包括：(1)采用單色性良好的635nm的激光光源； (2)連續(xù)進(jìn)樣裝置采用重力勢能原理自動進(jìn)樣器；(3)吸收池采用126微升(以)微量吸收池；(4)信號檢測器采

2、用硅光電池；(5)對光電流采用單路信號放大。軟件采用C51語言編寫，通信部分的PC機(jī)軟件則采用vc+6。0實(shí)現(xiàn)。該小型直鏈淀粉測定儀具有良好的人機(jī)對話功能，由鍵盤控制實(shí)現(xiàn)直鏈淀粉含量的測定，液晶顯示測量進(jìn)程中的計(jì)算結(jié)果并提示所要進(jìn)行的下一步操作，測量結(jié)果可以打印，能實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)的通信并將結(jié)果保存為TXT文檔。另外，液體的流速可由自動進(jìn)樣器調(diào)節(jié)并能夠?qū)崿F(xiàn)液體的自動進(jìn)樣及連續(xù)數(shù)據(jù)采集。儀器能夠達(dá)到國標(biāo)要求的測量精度，鍵盤簡單，操作方便，實(shí)現(xiàn)了所要求的體積小型，經(jīng)濟(jì)的開發(fā)目標(biāo)，對縣鄉(xiāng)級稻谷直鏈淀粉測定儀器的應(yīng)用與普及具有重要的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：直鏈淀粉，自動進(jìn)樣器。串口通信11研究目的和意義我國的稻

3、谷產(chǎn)量占我國糧食總產(chǎn)量的一半以上，居世界第一，但是由于缺乏能夠快速測試分析其品質(zhì)參數(shù)的儀器，使得按質(zhì)定級和質(zhì)量監(jiān)督難以進(jìn)行，造成在國際市場上缺乏競爭力，相反，國外的優(yōu)質(zhì)稻米卻走俏中國市場。所以優(yōu)質(zhì)稻谷的開發(fā)是我國今后農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一個(gè)主要方向。而影響稻米品質(zhì)的一個(gè)主要因素是其直鏈淀粉的含量。稻米直鏈淀粉的含量是評價(jià)稻米等級的一個(gè)重要指標(biāo)。稻米直鏈淀粉含量的高低不僅影響到蒸煮米的食味品質(zhì)，而且影響外觀形象。故對大米直鏈淀粉的檢測是稻谷品質(zhì)檢測的一個(gè)重要方面。盡管我國已經(jīng)制定了適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展的糧食質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GBT178911999優(yōu)質(zhì)稻谷標(biāo)準(zhǔn)“1，但用于農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測的手段仍比較落后，尤其是缺乏能夠

4、快速檢測分析稻谷品質(zhì)參數(shù)的經(jīng)濟(jì)實(shí)用的新型儀表。為了確保農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量，需要研制開發(fā)一批用于農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測的經(jīng)濟(jì)型測量儀器。本課題是在“九四八”課題的基礎(chǔ)上，主要針對稻谷的直鏈淀粉含量這一參數(shù)，研究設(shè)計(jì)一種小型，經(jīng)濟(jì)的主要面向廣大農(nóng)村基層單位的檢測儀器。由于國外進(jìn)口的農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測儀器價(jià)格昂貴，檢測工藝復(fù)雜，費(fèi)用較高，一般在540萬元，僅適用于大城市的科研檢測機(jī)構(gòu)以及實(shí)驗(yàn)室：另外。國內(nèi)已經(jīng)研發(fā)和正在開發(fā)的檢測儀器也主要面向大城市且價(jià)格不菲，一般在24萬以上，不利于我國廣大農(nóng)村的普及應(yīng)用，不能滿足縣鄉(xiāng)級農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測的迫切需要。目前，我國省級農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)檢機(jī)構(gòu)配置的儀器設(shè)備。無法全面開展國家標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目的檢

5、測，地市級質(zhì)檢機(jī)構(gòu)則更相差甚遠(yuǎn)。針對此現(xiàn)狀，特研發(fā)面向地市級單位使用的價(jià)格便宜，操作簡單，檢測快捷且又滿足援4量精度的小型稻谷直鏈淀粉測定裝置，為稻谷品質(zhì)檢測提供技術(shù)支持，以提高我國農(nóng)產(chǎn)品的市場競爭力。小而經(jīng)濟(jì)型直鏈淀粉測量儀器將使我國的大米品質(zhì)檢測水平躍上一個(gè)新臺階，對解決稻米深加工，稻米優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)，指導(dǎo)農(nóng)民進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，培養(yǎng)和推廣優(yōu)質(zhì)品種等問題，提供更大的技術(shù)支持。它將具有良好的推廣前景，對提高稻米質(zhì)量，增加農(nóng)民收入，增強(qiáng)我國稻米的市場競爭力，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。12國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在國外，農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)快速檢測技術(shù)和儀器儀表的研制與開發(fā)已得到發(fā)展，美國，日本已經(jīng)研制成功稻谷品質(zhì)快速檢測儀表并

6、在生產(chǎn)中應(yīng)用。美國ALPKEN公司一直致力于分析技術(shù)的開發(fā)和研究，并且不斷吸收應(yīng)用相關(guān)技術(shù)的最新成果，成功的開發(fā)出一代又一代產(chǎn)品，代表了該領(lǐng)域的世界先進(jìn)水平。中國農(nóng)科院杭州水稻所，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)等十幾個(gè)單位已經(jīng)購進(jìn)的美國ALPKEN稻谷品質(zhì)快速檢測儀器，其檢測原理是碘比色法，但是由于它采用24路蠕動泵和三維自動進(jìn)樣器，自動化程度高，分析速度快，約1個(gè)樣品1分鐘。通過在樣品池中測定樣品液的吸光度來求出樣品直鏈淀粉的含量。該儀器自動化程度較高，處于國際先進(jìn)水平，但價(jià)格昂貴，約為49萬美元。目前，國際上谷物品質(zhì)分析技術(shù)已達(dá)到較高的水平，已經(jīng)研制出由計(jì)算機(jī)控制試驗(yàn)程序的先進(jìn)檢測儀器，農(nóng)業(yè)糧食院校機(jī)構(gòu)和生

7、產(chǎn)廠家擁有齊全的檢測儀器及完善的試驗(yàn)程序。近年來，色譜技術(shù)及差示掃描技術(shù)也開始應(yīng)用于稻谷品質(zhì)分析中去。稻谷品質(zhì)分析的技術(shù)水平主要取決于品質(zhì)檢測儀器的技術(shù)水平。我國農(nóng)業(yè)科學(xué)儀器的種類與質(zhì)量與國外相比差距還很大，與國內(nèi)的先進(jìn)工業(yè)儀器相比也要落后。目前農(nóng)業(yè)儀表已經(jīng)基本上形成了一個(gè)比較完籀的體系，已經(jīng)開始由傳統(tǒng)的模擬儀表和簡單的數(shù)字儀表向具有數(shù)據(jù)處理能力，能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的通信接口，以及人機(jī)界面方向發(fā)展。但是處理能力還是比較弱，儀器的種類不全，并且很多儀表的傳感器部分技術(shù)還有待改進(jìn)，測量思路也需要轉(zhuǎn)變，這些都是當(dāng)前中國農(nóng)業(yè)儀表急需解決的問題。當(dāng)前，我國對于農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)檢測還有一定的難度，迫切需要開發(fā)經(jīng)

8、濟(jì)實(shí)用且又精準(zhǔn)的儀器。目前國內(nèi)稻谷直鏈淀粉的檢測仍采用國標(biāo)法，主要儀器為紫外一可見分光光度計(jì)。分光光度計(jì)對物質(zhì)進(jìn)行檢測的方法是分光光度法。分光光度法就是利用溶液對光的選擇吸收來研究溶液的性質(zhì)和含量的一種分析方法，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、食品衛(wèi)生、冶金、地質(zhì)、生物、醫(yī)學(xué)、等領(lǐng)域。紫外一可見分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)由輻射源、單色器、吸收池、監(jiān)測器和信號處理器及輸出裝置構(gòu)成。單色器是分光光度計(jì)的核心部分，它的作用是將來自光源的復(fù)合光分解為單色光，一般用到光柵和濾色片等；檢測器的功能是檢測光信號，并將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺Ｓ玫墓怆娹D(zhuǎn)換器件為光電管和光電倍增管。但是，由于單色器，檢測器等的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，價(jià)格也較昂貴，單

9、色器價(jià)格一般在2000到5000元，檢測器的價(jià)格也在2000元左右，所以紫外一可見分光光度計(jì)的體積比較大，價(jià)格比較昂貴，一般在幾萬元以上，不利于在縣鄉(xiāng)普及。所以開發(fā)體積小且經(jīng)濟(jì)實(shí)用的稻谷直鏈淀粉檢測儀器勢在必行，符合目前國內(nèi)農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測儀器的發(fā)展趨勢和要求。13研究的主要任務(wù)本課題主要是研究設(shè)計(jì)一種面向縣鄉(xiāng)級用戶，可方便快捷的檢測稻谷直鏈淀粉含量的體積小、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的儀器。主要任務(wù)有三個(gè)：(1)直鏈淀粉的檢測裝置部分對檢測裝置部分的改進(jìn)和設(shè)計(jì)以及對檢測裝置的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。(2)直鏈淀粉檢測儀器的硬件模塊的設(shè)計(jì)主要有信號放大、電源、AD轉(zhuǎn)換、顯示、打印、鍵盤、時(shí)鐘、通信和電源監(jiān)控模塊等。(3)直鏈淀

10、粉檢測儀器的軟件設(shè)計(jì)軟件模塊有數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、打印，時(shí)鐘，通信，鍵盤等，由鍵盤控制直鏈淀粉含量的檢測流程，良好的人機(jī)對話功能可引導(dǎo)用戶方便的實(shí)現(xiàn)樣品液的檢測。14研究內(nèi)容和方法(一)借鑒美國ALPKEN公司生產(chǎn)的ALPKEN稻谷品質(zhì)快速檢測儀器，在保留其優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上；適當(dāng)降低了其自動化程度；去掉蠕動泵和三維自動進(jìn)樣器，改由重力作用控制進(jìn)樣；方法為用一段高于進(jìn)樣平臺的導(dǎo)管，在重力作用下，使溶液以一定速度近乎勻速的流過樣品池中并在采樣后導(dǎo)出，樣品的流速由導(dǎo)管的高度調(diào)節(jié)。此方法不但減小了儀器的體積而且節(jié)省了大量生產(chǎn)資金。(二)采用635nm的激光光源代替干涉濾色片，簡化了儀器結(jié)構(gòu)，降低了儀器成

11、本。此光源波長單一，體積小，穩(wěn)定性好，檢測方法簡單，快速，節(jié)省，準(zhǔn)確。從而可以去掉濾光裝置。(三)在光電轉(zhuǎn)換電路上采用硅光電池代替光電轉(zhuǎn)換元件，硅光電池具有結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉不需外接電源，不需放大裝置就可直接測量電流等優(yōu)點(diǎn)，可進(jìn)一步減小儀器體積，降低儀器成本。(四)對樣液進(jìn)行多次連續(xù)采樣，去極值取其平均值，提高了測量精度；由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，處理，標(biāo)準(zhǔn)曲線擬和，測量結(jié)果輸出；集檢測裝置，鍵盤、顯示、打印于一體。主要由以下幾部分組成。(1)單片機(jī)控制，加外設(shè)微型打印機(jī)、鍵盤、顯示器。由鍵盤控制儀器需要進(jìn)行的各步操作；顯示器顯示測量結(jié)果并提示用戶要進(jìn)行的下一步操作。(2)直鏈淀粉測定裝置：包括

12、樣液進(jìn)樣部分和直鏈淀粉檢測部分，如圖卜1。(3)軟件部分：稻谷直鏈淀粉測定程序。系統(tǒng)操作流程如圖卜2所示。1.5 目前的直鏈淀粉測定儀儀器名稱：直鏈淀粉測定儀儀器型號： DPCZ-直鏈淀粉測定儀-DPCZ-II的硬件組成 整個(gè)系統(tǒng)由直鏈淀粉測定儀、計(jì)算機(jī)檢測系統(tǒng)組成。直鏈淀粉測定儀和計(jì)算機(jī)之間由RS-232串口線連接。計(jì)算機(jī)通過RS-232通訊端口與備有專用接口的直鏈淀粉測定儀連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集和傳輸。整個(gè)系統(tǒng)由直鏈淀粉測定儀系統(tǒng)軟件控制。其中采用激光光源的直鏈淀粉含量檢測儀和CCD稻谷外觀品質(zhì)圖像分析與識別軟件系統(tǒng)屬創(chuàng)新性成果，填補(bǔ)了我國儀器儀表在稻谷品質(zhì)測試領(lǐng)域的空白，為國內(nèi)首創(chuàng)，屬國

13、際先進(jìn)水平。由于DPCZ-I型稻谷品質(zhì)快速檢測裝置的直鏈淀粉檢測單元部分設(shè)計(jì)的高靈敏度和穩(wěn)定性能，測定直鏈淀粉時(shí)，采用脫脂和不脫脂預(yù)處理，均能保證檢測精度。美國ALPKEM公司的FS-IV化學(xué)自動分析儀是1996年ALPKEM公司推出的世界上最先進(jìn)的第六代產(chǎn)品，該新型流動分析系統(tǒng)針對中國水稻行業(yè)分析測試的需要，可實(shí)現(xiàn)直鏈淀粉的測定，分析方法符合中國國家標(biāo)準(zhǔn)，但價(jià)格昂貴，到岸價(jià)4.9萬美元。DPCZ-I型稻谷品質(zhì)快速檢測裝置的直鏈淀粉檢測單元和FS-IV化學(xué)自動分析儀進(jìn)行了對比試驗(yàn)，兩種儀器均采用不脫脂的前處理工藝，測定大米直鏈淀粉含量的最大偏差為0.725%，滿足了測定準(zhǔn)確度的要求。該裝置對國

14、產(chǎn)優(yōu)質(zhì)大米和進(jìn)口泰國香米均進(jìn)行了測定，測定結(jié)果表明，DPCZ-I型稻谷品質(zhì)快速檢測裝置不僅可以用來測試分析國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)大米的品質(zhì)，也可用來測試和評價(jià)進(jìn)口大米的品質(zhì)。農(nóng)業(yè)部谷物品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心，國家分析儀器質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心分別對DPCZ-I型稻谷品質(zhì)快速檢測裝置直鏈淀粉單元進(jìn)行了技術(shù)測試，測試結(jié)果均滿足技術(shù)要求。DPCZ-型直鏈淀粉測定儀在DPCZ-I型稻谷品質(zhì)快速檢測裝置直鏈淀粉檢測單元的基礎(chǔ)上并且保留其優(yōu)點(diǎn)和性能，吸取分析儀器專用化、微型化、接口通用化的思想設(shè)計(jì)研制，集計(jì)算機(jī)技術(shù)、分光光度技術(shù)于一體的快速、在線檢測儀器，可用于大米，玉米，小麥等谷物的直鏈淀粉品質(zhì)的快速、在線檢測。靈敏度高，穩(wěn)定性好，自動化程度高，檢測速度較快，重復(fù)性好，基于Windows操作系統(tǒng)的控制軟件，界面直觀，操作簡單，方便使用，性能價(jià)格比高等特點(diǎn)，是糧食部門和食品生產(chǎn)部門提高檢測水平與效率，控制糧食質(zhì)量與成本，減少浪費(fèi)的先進(jìn)技