研究不同液体酸酸析对碱溶酸析法提取腐植酸的光谱学特性的影响, 进而优选酸析液体酸, 解析泥炭甲烷发酵、 腐植酸提取耦合的泥炭利用新工艺机理。 泥炭甲烷发酵, 将发酵后泥炭残渣和未发酵的泥炭, 采用碱溶酸析法提取腐植酸, 提取时采用不同液体酸酸析, 对得到的腐植酸进行傅里叶红外光谱分析、 荧光光谱分析、 E4/E6的表征。 碱溶酸析法提取泥炭腐植酸, PHA1腐植酸产率最高, PHA2腐植酸产率有所降低。 PHA1和PHA2硝酸酸析腐植酸产率为45.30%和35.00%, 且硝酸酸析腐植酸纯度较大, PHA1是54.83 mg·L-1, PHA2为61.03 mg·L-1, 综合产率与纯度, 硝酸是碱溶酸析法提取泥炭腐植酸的最佳液体酸。 傅里叶红外光谱分析显示, 硝酸酸析得到的腐植酸含O—H基团最多, 存在较多的脂肪碳链结构、 烷基、 醇羟基。 PHA1和PHA2腐植酸的红外谱图相似, PHA1腐植酸饱和碳明显高于PHA2, PHA2腐植酸羰基、 苯环较多。 三键和累积双键、 羟基、 PHA1和PHA2差别不大。 荧光光谱分析表明, 泥炭腐植酸均在450 nm附近出现峰值, 以PHA1腐植酸峰值最高, PHA2峰值最低。 磷酸酸析腐植酸峰值最高, 硝酸酸析峰值次之, 表明不同液体酸酸析得到的腐植酸官能团数目不同。 E4/E6分析显示, PHA1腐植酸的E4/E6比值均较大, 芳香缩合程度低, 发酵后PHA2的E4/E6均降低, 芳香缩合程度高。 表明甲烷发酵会消耗低芳香缩合度的腐植酸, 而复杂芳香结构无法被降解, 提取的腐植酸芳香缩合程度明显增大。 碱溶酸析法提取泥炭腐植酸光谱学变化特征研究表明, 不同液体酸、 甲烷发酵对碱溶酸析法提取泥炭腐植酸产率、 纯度、 官能团有明显影响, 泥炭联产甲烷和腐植酸的工艺可行。

利用植酸(IP6)、柠檬酸三钠和硝酸银的氧化还原制备了银纳米粒子,基于银纳米粒子与氯金酸的置换反应制备了IP6封端的金纳米颗粒,研究了该纳米颗粒的粒径分布和组成,结果显示:该纳米颗粒的均匀性良好;通过合成表面增强拉曼散射(SERS)基底可以准确有效地检测拉曼探针,检测极限可以达到10 ^-8 mol·L ^-1;当添加质量分数为0.28×10 ^-6~0.56×10 ^-6的Fe ³⁺时,IP6与Fe ³⁺形成的螯合物可以增加热点数,使SERS增强效果及检测灵敏度得到提升。

溶解性有机质(DOM)是水环境中一类复杂的溶解性有机混合物, 不仅可影响污染物归趋及生物有效性, 且DOM自身属于消毒副产物(DBPs)前驱体。 为此, 如何高效去除水中DOM已成为当前环境污染控制与治理技术研究的热点问题之一。 以商品化腐植酸(HA)为DOM典型代表物质, 利用紫外可见吸收光谱结合二维相关光谱法(2D-COS)从动力学、 吸附等温线及热力学等角度研究了原始多壁碳纳米管(MWCNT)、 羟基化MWCNT及羧基化MWCNT与HA吸光组分间吸附行为。 2D-COS提高了HA一维吸收光谱分辨率, 经二维相关吸收光谱图分析显示3种MWCNTs对HA吸光组分的吸附变化顺序均为275 nm→400 nm, 表明MWCNTs与HA吸光组分间为非均相吸附行为。 动力学结果显示MWCNTs与275 nm处HA吸光组分间吸附速率高于MWCNTs与400 nm处HA吸光组分间吸附速率, 表明275 nm处HA吸光组分可优先吸附至三种MWCNTs上。 在25和35 ℃条件下, MWNCTs与HA吸光组分间吸附等温线表现为非线性, 且Freundlich模型拟合决定系数R2大于Langmuir模型拟合决定系数, 表明Freundlich吸附等温模型比Langmuir吸附等温模型更有利于描述MWCNTs与HA吸光组分间吸附等温线。 275 nm处HA吸光组分的饱和吸附容量(qmax)及相同给定平衡浓度下单点吸附系数Kd高于400 nm处HA吸光组分, 进一步表明MWCNTs与HA吸光组分间为非均相吸附。 此外, 当给定平衡浓度(ｃe=0.5 cm-1和ce=1.5 cm-1)越低, MWCNTs与HA吸光组分间结合能力越大, 即HA吸光组分浓度较低时更易与MWCNTs上高能吸附位点相结合。 相同平衡浓度下MWCNTs与特定HA吸光组分间吸附能力顺序表现为MWCNT8>MWCNT8-OH>MWCNT8-COOH, 表明功能化基团可影响MWCNTs与HA吸光组分间吸附特性。 另外, 相同条件下单点吸附系数Kd与MWCNTs比表面积间无显著相关性(p>0.05), 表明比表面积不是造成MWCNTs与特定HA吸光组分间结合能力差异的主要因素; Kd与MWCNTs中孔孔隙度间呈显著正相关(p<0.05)而与微孔孔隙度间无显著相关性(p>0.05), 这主要是由于HA吸光组分可进入MWCNTs中孔而难以通过MWCNTs微孔。 最后热力学分析结果显示Gibbs自由能变(ΔG0)<0、 焓变(ΔH0)>0和熵变(ΔS0)>0, 表明MWCNTs吸附HA吸光组分的过程为吸热反应, 可自发进行, 升温可促进MWCNTs对HA吸光组分的吸附, 且吸附过程中固液界面的无序性增加。 相同温度及吸光组分下, MWCNT8的ΔG0值小于MWCNT8-OH及MWCNT8-COOH, 进一步表明MWCNT8与特定HA吸光组分结合能力强于MWCNT8-OH及MWCNT8-COOH。 证明了2D-COS可识别HA中具有不同吸附行为的吸光组分, 二维相关吸收光谱技术可作为研究MWCNTs与DOM间非均相吸附行为的有效工具。 同时, 有助于更好地理解MWCNTs与DOM间相互作用特性及机理, 不仅可为水环境中DOM去除研究提供基础数据及新的研究思路, 且有利于更好地预测自然环境中MWCNTs及DOM迁移传输及环境归趋。

基于平行因子(PARAFAC)分析的激光诱导纳秒时间分辨荧光(LITRF)猝灭法原位研究典型多环芳烃(PAHs)芘(Pyr)和菲(Phe)单独及混合状态下与Aldrich腐植酸(HA)相互作用。 实验表明, 在266 nm激发波长下, Pyr, Phe及HA三者的LITRF光谱相互重叠, 无法直接同时测定混合组分中游离Pyr和Phe荧光强度。 利用PARAFAC分析可快速有效消除HA荧光干扰, 获取混合溶液LITRF光谱中Pyr和Phe荧光强度及各自荧光衰减曲线, 并以Freundlich吸附等温模型描述PAHs与HA结合特性。 结果验证了Pyr和Phe与HA以非线性形式结合(n<1); Pyr和Phe共存时, 两者与HA结合存在竞争关系。 加入竞争吸附质后, Pyr和Phe与HA的吸附等温线非线性程度减弱(n趋近于1), 单点结合系数下降, 且竞争强度随竞争吸附质浓度增加而增强。 此外, LITFR-PARAFAC猝灭法与传统荧光猝灭法所得单组分Pyr和Phe与HA结合特性无显著差异。 猝灭速率常数及荧光寿命分析反映出Pyr和Phe与HA间荧光以静态猝灭形式为主。 LITFR-PARAFAC猝灭法可快速原位研究混合PAHs与HA相互作用, 有利于原位预测和评估PAHs的环境行为及其生态风险。

利用激光诱导纳秒时间分辨荧光(laser-induced nanosecond time-resolved fluorescence, LITRF)猝灭法原位研究腐植酸(humic acid, HA)分别与母环多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)菲(phenanthrene, Phe)及烷基PAHs 9-乙基菲(9-Ethylphenanthrene, 9-EP)和惹稀(retene, Ret)相互作用, 考察HA对母环及烷基PAHs结合特性差异与机制, 对了解PAHs环境行为及生物有效性有重要意义。 结果表明, 通过改变延迟时间(50 ns)可有效消除HA荧光干扰, 实现游离Phe, 9-EP及Ret浓度直接测定。 利用Freundlich非线性等温吸附模型描述Phe, 9-EP和Ret与HA结合特性, LITRF猝灭法与传统荧光法获得的模型拟合参数及单点结合系数结果一致。 其中, 参数n小于1, 表明Phe, 9-EP及Ret与HA均以非线性形式结合, 且9-EP和Ret非线性程度高于Phe; 相同给定平衡浓度下, HA与9-EP和Ret单点结合系数KOC大于Phe, 而9-EP和Ret结合能力相近, 且PAHs与HA结合系数均随给定浓度增加而降低。 疏水性、 取代基及与HA疏水空腔适应能力决定特定PAHs与HA结合特性。 通过荧光寿命分析, HA存在下Phe, 9-EP和Ret寿命分别为36.90, 35.34和35.13 ns, 与未加入HA时的36.36, 35.34和35.84 ns无明显差异, 表明Phe, 9-EP和Ret与HA间的荧光猝灭以静态过程为主。 LITRF猝灭法可快速有效原位研究PAHs与HA相互作用, 有助于实现PAHs生态风险原位评估。

外源植酸酶加入土壤中,能直接或者间接提高有机磷的生物有效性.但外源植酸酶添加后,对土壤本身的磷酸酶(单酯酶、二酯酶)活性会产生何种影响尚不明确.采用荧光物质为底物,将96微孔板和荧光检测法相结合,利用多功能酶标仪测定外源植酸酶(1 g/50 g干土)添加条件下红壤、棕壤以及褐土中磷酸单酯酶(酸性和碱性)和二酯酶的活性响应.结果表明,外源植酸酶添加后,酸性磷酸单酯酶活性在红壤中极显著增加(p≤0.01),而在褐土中显著降低;碱性磷酸单酯酶活性在棕壤和褐土中增加,其中在褐土中增加极显著(p≤0.01),而在红壤中显著降低;磷酸二酯酶活性在三种土壤中均不同程度地增加,其中在棕壤中增加极显著(p≤0.01);不同土壤中,培养到8天时不同酶活性亦保持增加,即红壤中的酸性磷酸单酯酶,棕壤中的磷酸二酯酶以及褐土中的碱性磷酸单酯酶分别保持活性增加,说明外源植酸酶的添加能够有效地增强土壤磷酸酶活性,这种作用不仅与土壤性质如pH和磷形态相关,并且可能与刺激微生物分泌酶量有关.运用荧光光谱法研究外源植酸酶对土壤磷酸酶活性的影响在国内外尚属首次.与传统的分光光度法相比,微孔板荧光法是一种灵敏、准确、快速、简便的土壤磷酸酶活性关系的测定方法.

采用PCR技术扩增细菌酸性植酸aPPA2基因ORF序列,其DNA分子为1 299 bp,编码432氨基酸,蛋白质分子量约为48 kDa.此植酸酶基因被克隆到pEGFP-N3表达载体的BamH1和Pst1克隆区域,重组的pEGFP-aPPA2重组质粒经转化到哺乳类培养细胞COS7中.重组的pEGFP-N3-aPPA2在COS7细胞中正常表达并检测出高的植酸酶活性.本研究提出的pEGFP-N3-aPPA2重组质粒构建和在哺乳类COS7细胞表达体系为植酸酶生产提供了新的技术线路.

应用1.06 μm、0.53 μm与1.06μm+0.53 μm波长的高重复率Nd:YAG激光器,以连续式和脉冲式辐照方式对产植酸酶的黑曲霉(Aspergillus niger)进行诱变.统计诱变结果,比较正变率×正变辐度积数后确定:连续式诱变效果优于脉冲式;在连续式中,1.06 μm激光诱变效果较显著,以辐照功率15 W,辐照时间1 rmin最佳;0.53 μm激光应适当提高诱变时间;在脉冲式中,1.06 μm波长激光辐照效果较佳,脉冲次数以100～200为宜.筛选出一株变异菌株,所产植酸酶具有一定热稳定性,高温对其酶活影响有所下降,80℃保温10 min剩余酶活44%.

采用激光复合诱变方式筛选产中性植酸酶的大肠杆菌(Escherichia coli)、枯草杆菌(Bacillus subtilis),混合波长λ=1.06+0.53 μm,辐照时间1 min,辐照功率15 W;酶的细胞定位实验表明,所产中性植酸酶是胞外酶;酶学特性测定表明,大肠杆菌所产植酸酶酶反应最适pH为7.4,最适温度为37℃,枯草杆菌所产植酸酶反应最适pH为7.4,最适温度为37℃;酶学性质分析表明,大肠杆菌所产植酸酶具有一定的pH适性和一定的温度耐受性.