基于脱氧核酶的水中铀酰离子光纤倏逝波生物传感检测技术研究

为了满足铀的高通量快速筛查及环境突发事件快速检测的需要,本研究利用脱氧核酶的特异性催化反应,结合本课题组自主研制开发的倏逝波光纤生物传感器,通过设计两步法的反应策略,即"均相反应,固相杂交"的检测方案,建立了光纤倏逝波生物传感检测铀酰离子的新型技术方法.结果发现,该方法对于5~100 nmol·L~(-1)内的铀酰离子具有良好的线性检测区间,检测限低至0.5 nmol·L~(-1),整个检测过程仅需16 min即可完成,铅和汞等10种金属离子对于本检测方法无明显干扰,表现出了对铀酰离子的良好选择性.传感光纤可重复使用100次以上,不会有信号的明显衰减,可有效降低检测成本.对丹江口水库水进行的实际水样加标回收实验结果显示,丹江口水库实际水样的加标回收率为91.6%~94.6%.本研究可为利用生物传感器法检测环境水体中的铀酰离子提供技术支撑.     

恩诺沙星完全抗原的合成及间接竞争ELISA方法的建立

为了建立环境新型抗生素类污染物恩诺沙星的免疫检测方法,采用间接竞争ELISA方法,用酶标仪测定酶标二抗与底物反应生成的有色产物量来确定恩诺沙星含量.研究了恩诺沙星完全抗原的合成方法,以及间接竞争ELISA的优化条件和实际水样的检测效果.结果表明,通过碳二亚胺法(EDC+NHS)成功合成了恩诺沙星的理想完全抗原,采用BCA法测定完全抗原浓度,紫外吸收法和MADLI-TOF MS法测得完全抗原的偶联比为14~16.建立的恩诺沙星间接竞争ELISA检测方法,检测限为1.92μg·L~(-1),定量检测区间为7.33~238.24μg·L~(-1).采用优化后的实验条件测定了清华大学地下水和饮用水配制的恩诺沙星加标样品,发现所有样品的变异系数和回收率分别为3%~11%和82%~122%,表明建立的间接竞争ELISA方法适用于实际水样中恩诺沙星的快速简便检测.     

离子色谱法测定化工废水中的甲酸、乙酸和丙酸

建立了用离子色谱法测定化工废水中的甲酸、乙酸和丙酸的方法。对实际样品进行分析,甲酸加标回收率为95.5%~104.2%;乙酸加标回收率为94.0%~105.8%;丙酸加标回收率为93.5%~103.8%。本方法分析速度快,所需样品量少,且无需复杂的前处理,简便、灵敏、可靠。     

基于平面波导传感器的恩诺沙星与诺氟沙星同时检测方法

为了实现对于环境中抗生素恩诺沙星与诺氟沙星的同时快速灵敏检测,本研究基于间接竞争免疫反应模式及荧光全内反射原理,以本课题组自主研发的平面波导生物传感器为平台,建立了恩诺沙星和诺氟沙星的同时快速检测方法.通过对抗体浓度、pH及钙离子浓度的优化,提高了检测方法的灵敏度,结果表明,恩诺沙星的检测限为0.34μg·L~(-1),诺氟沙星的检测限为0.14μg·L~(-1).在单物质检测的基础上,首次实现了基于平面波导传感器的两种抗生素同时检测,检测周期仅15 min,检测限为0.06μg·L~(-1).本研究从理论上分析了同时检测时检测限下降、灵敏度提高的原因,为利用生物传感器法同时检测抗生素提供了理论指导及技术支撑.     

间接竞争ELISA法测定稻田土壤中除草剂毒莠定的残留量

通过对反应体系中酶标二抗(辣根过氧化物酶标记羊抗兔IgG)和抗体的最佳稀释浓度等条件的筛选和确定,最终建立了一种快速灵敏地测定污染稻田土壤中毒莠定残留量的方法--间接竞争ELISA分析方法.结果表明,酶标二抗和抗体的最佳稀释度均为1:500(体积比),毒莠定的检出下限达到5 ng·mL-1,在0.07～0.7μg·mL-1浓度范围内有良好的线性;土壤浸出液加样的平均回收率为104.11%,变异系数在3.13%～11.13%之间,符合农药残留分析的要求;样品基质对检测结果没有干扰.     

全氟辛酸(PFOA)厌氧生物可降解性

全氟辛酸(PFOA)的可生物降解性对阐明其环境归趋具有重要意义.根据前人的还原降解研究成果,采用PFOA摩尔回收率、氟离子浓度、乙酸根浓度、2H-PFOA[F(CF_2)_6CHFCOOH]浓度和短链(C8)全氟羧酸(PFCAs)浓度的变化等作为指标,研究PFOA的厌氧可生物降解性.结果表明,活菌降解样中PFOA摩尔回收率由培养期初(3d)的101%±5%降至培养期末(250 d)的85.6%±3.9%,而氟离子浓度则由培养期初(3 d)的0.59 mg·L~(-1)±0.02 mg·L~(-1)增至培养期末(250 d)的0.63 mg·L~(-1)±0.02 mg·L~(-1),且检出了一定量的乙酸根、2H-PFOA和短链PFCAs,但是这却和其对照样中相应指标的变化类似,且不存在显著性差异.由此可见,尽管热力学计算结果表明还原脱氟产生的热量足够维持微生物生命活动,但在本研究的实验条件下却并没有发现PFOA可被生物降解的证据.     

分散液液微萃取-气相色谱法快速测定水中十五种有机磷类农残

建立了分散液液微萃取结合气相色谱-火焰光度检测器(GC-FPD)技术快速检测水体中15种有机磷农残的检测方法。重点对影响萃取效率的参数,如萃取剂和分散剂的类型及用量等进行了优化。在最佳条件下,15种有机磷的富集倍数可达108~135。在两个加标水平下,方法的加标回收率在80.4%~119.2%之间,相对标准偏差在3.4%~6.5%之间,定量限在0.078μg/L~0.14μg/L之间,可满足各种水体中有机磷类农残的检测要求。     

基于平面波导型荧光免疫传感器的双酚A检测适用性研究

双酚A是一种环境内分泌干扰物,逐渐受到国内外广泛关注.平面波导型荧光免疫传感器可以对水样中存在的痕量双酚A进行快速高灵敏度检测.在最优检测条件下测得双酚A标准曲线的检出限为(0.04±0.007)μg·L-1,线性区间为0.16~22.40μg·L-1,半抑制浓度为(1.67±0.47)μg·L-1.加入0.5%的EDTA到样品溶液中可以削弱水体硬度的干扰,并在最优条件下测得4种实际水样的加标回收率在88%~111%之间,相对标准偏差小于15%,表明该方法可以运用于实际水样中双酚A的检测.     

混凝处理工艺对再生水水质生物稳定性的影响

再生水在储存、输配过程中微生物的再生长现象给再生水的利用造成不利影响,因此,研究再生水的生物稳定性十分必要.本研究以可同化有机碳(AOC)表征再生水生物稳定性,考察了混凝处理对北京市再生水厂二级出水生物稳定性的影响.研究发现,二级出水中投加聚合氯化铝(PACl)剂量为20~120 mg·L~(-1)混凝处理后,水中溶解性有机碳(DOC)和不饱和有机物、含氮有机物(用UV254表征)的去除率分别为3%~30%和10%~36%,水样中荧光物质的去除效果不明显.分子量为3000~20000 Da的有机物容易被混凝过程去除,但分子量小于3000 Da的有机物在混凝过程中几乎不能被去除.二级出水经混凝处理后,AOC水平有升高的趋势.在PACl投加量为60 mg·L~(-1)时,混凝前后二级出水的AOC水平分别为48~485μg·L~(-1)和121~910μg·L~(-1),变化率为-4%~124%,说明混凝处理导致了水样水质生物稳定性降低.     

北京某污水处理厂及受纳水体中典型有机磷酸酯的污染特征和风险评估

有机磷酸酯(organophosphate esters, OPEs)在环境中普遍存在,对生态系统和人体健康构成潜在的风险.在优化固相萃取(SPE)前处理方法的基上,建立了超高效液相色谱-质谱联用(UPLC-MS/MS)测定水体中8种OPEs的检测方法.实验对比了不同SPE小柱、不同洗脱液和不同洗脱液体积对8种目标化合物的回收率.结果发现,使用ENVI-18柱富集OPEs,用8 mL含25%(体积分数)二氯甲烷的乙腈洗脱,目标化合物加标回收率在92.5%～102.2%.不同基质样品加标回收率为88.5%～116.1%,RSD为1.7%～9.9%.对北京某污水处理厂不同工艺和污水受纳河流水体上下游连续6 d取样检测,污水厂出水中OPEs的浓度范围为85.9～235.4 ng·L~(-1),受纳河流下游的6 d OPEs平均浓度为130.3 ng·L~(-1),高于上游来水中浓度(119.4 ng·L~(-1)),但低于污水处理厂出水平均总浓度(162.5 ng·L~(-1)).结果表明,污水处理厂不能完全去除OPEs,对磷酸三乙酯(TEP)和磷酸三(2-乙基己基)酯(TEHP)存在负去除现象,对其它OPEs的去除率在14.1%～84.9%之间,污水处理厂对总∑OPEs去除率为50.0%.污水处理厂出水中磷酸三苯酯(TPhP)存在中等风险(RQ0.10),其他有机磷酸酯的环境风险较低(RQ0.10),但其长期混合作用对受纳河流生态系统产生的生态危害不容忽视.     

桑沟湾溶解态无机砷的分布、季节变化及影响因素

作为一种化学形态有变的有毒类金属元素,砷在水环境中的生物地球化学行为被越来越多的学者所重视.利用氢化物发生-原子荧光光谱法(HG-AFS)对2011年4月、8月、10月和2012年1月航次桑沟湾总溶解态无机砷(TDIAs,[TDIAs]=[As5+]+[As3+])和亚砷酸盐(As3+)的含量进行了测定.结果表明,4个航次中TDIAs的浓度范围分别为3.4~12.4、8.9~16.9、14.7~21.3和13.8~21.9 nmol·L-1,As3+的浓度范围分别为0.3~2.1、0.4~3.8、1.8~4.0和0.3~2.9 nmol·L-1.春、夏季桑沟湾TDIAs的浓度低于秋、冬季,高值出现在湾口和河口区.春、冬季As3+的含量低于夏、秋季,As3+与TDIAs的比值在夏季达到最大值.桑沟湾TDIAs平均浓度为13.9 nmol·L-1±4.7 nmol·L-1,低于美国环境保护署水质标准.根据我国地表水环境质量标准,桑沟湾属于一级水质,这表明桑沟湾未受到明显的人为污染.桑沟湾春、夏季TDIAs的浓度低于与之相邻的爱莲湾和俚岛湾,水文环境和陆源输入的差异是造成这种现象的主要原因.影响桑沟湾TDIAs分布的主要因素包括河流的输入、与黄海的交换以及生物活动的清除,其中养殖活动的影响尤为显著.养殖生物对砷的富集作用可能会带来潜在的生态危机和食品安全问题,需要相关部门加以重视,确保桑沟湾养殖产业的平衡发展.     

浙闽沿岸海域总溶解态无机锑的分布及影响因素研究

作为一种具有潜在致癌性的有毒稀有元素,锑已经广泛地存在于水体中并显现出较为严重的环境问题,引起科学界的广泛关注.利用氢化物发生原子荧光光谱法测定2008年5月浙闽沿岸海域水样中总溶解态无机锑(TDISb)的含量.结果表明,浙闽沿岸海域表、底层TDISb浓度的变化范围分别是0.68~5.64 nmol·L-1和0.71~5.25 nmol·L-1,平均含量分别为2.25、1.79 nmol·L-1,低于我国地表水环境质量标准和世界卫生组织规定的饮用水水质标准(约41.08 nmol·L-1).总溶解态无机锑表现出由沿岸向中央海区递减、表层高于底层的分布特征.影响浙闽沿岸海域溶解态无机锑分布的主要因素有水团混合,生物活动及悬浮颗粒物吸附解吸过程等.     

纳米金增强SPR铅离子检测器构建

为满足采用简便方法检测痕量铅离子（Pb²⁺）的需求,构建了新型的超灵敏、高特异性表面等离子体共振（SPR）生物传感器,用于水中Pb²⁺检测.以硫醇化GR-5脱氧核酶（DNAzyme）为Pb²⁺特异性识别探针,并自组装到芯片金膜表面,底物官能化的纳米金（S-AuNPs）用于信号增强,并与DNAzyme杂交形成传感薄膜.AuNPs不仅增加了质量变化,其局部表面等离子体共振（LSPR）与芯片表面传播SPR的耦合作用也可产生信号放大的效果.在Pb²⁺离子存在下,DNAzyme催化底物裂解,导致AuNPs的去除并引起SPR信号显著变化.通过X射线光电子能谱和扫描电镜对芯片表面的表征分析验证了传感薄膜构建过程和检测原理.Pb²⁺检测实验结果表明,1 μmol/L DNAzyme修饰的传感器检测效果最好,检测限为80pmol/L,并在100nmol/L范围内与Pb²⁺浓度的对数呈线性关系（R²=0.992）.该传感器对10倍浓度的其他金属离子无明显响应,说明其具有良好的Pb²⁺特异性;检测自来水和地下水中Pb²⁺的结果与ICP-MS方法有良好的一致性.研究建立的Pb²⁺检测方法具有高灵敏度和特异性,且操作简便,具有现场检测的应用前景.     

纳米金增强SPR铅离子检测器构建

为满足采用简便方法检测痕量铅离子（Pb²⁺）的需求,构建了新型的超灵敏、高特异性表面等离子体共振（SPR）生物传感器,用于水中Pb²⁺检测.以硫醇化GR-5脱氧核酶（DNAzyme）为Pb²⁺特异性识别探针,并自组装到芯片金膜表面,底物官能化的纳米金（S-AuNPs）用于信号增强,并与DNAzyme杂交形成传感薄膜.AuNPs不仅增加了质量变化,其局部表面等离子体共振（LSPR）与芯片表面传播SPR的耦合作用也可产生信号放大的效果.在Pb²⁺离子存在下,DNAzyme催化底物裂解,导致AuNPs的去除并引起SPR信号显著变化.通过X射线光电子能谱和扫描电镜对芯片表面的表征分析验证了传感薄膜构建过程和检测原理.Pb²⁺检测实验结果表明,1 μmol/L DNAzyme修饰的传感器检测效果最好,检测限为80pmol/L,并在100nmol/L范围内与Pb²⁺浓度的对数呈线性关系（R²=0.992）.该传感器对10倍浓度的其他金属离子无明显响应,说明其具有良好的Pb²⁺特异性;检测自来水和地下水中Pb²⁺的结果与ICP-MS方法有良好的一致性.研究建立的Pb²⁺检测方法具有高灵敏度和特异性,且操作简便,具有现场检测的应用前景.     

合流制排水管道雨季出流污染负荷研究

针对北京城区合流制排水管道雨季溢流及雨后河道水质恶化等问题,研究了3场降雨期间合流制排水系统不同来源的污染物特性及污染贡献.通过对2012年雨季几场降雨的降雨量数据监测与统计发现,护城河沿岸合流制排水系统累积雨量约10 mm时发生溢流.特大暴雨情况下,溢流水质的污染物平均浓度高于排水系统旱流污水的污染物浓度,溢流水质差,污染物浓度范围为:TN 5.11 ～ 16.36 mg·L-1,TP 4.34 ～10.52 mg·L-1,氨氮1.88～12.73 mg·L-1,COD 134～250 mg·L-1,SS 120 ～155 mg·L-1.管道沉积物在降雨期间对出流水质的污染贡献率分别为:TN 20.9％ ～44.6％,TP 35.76％～47.3％,COD 46.2％ ～48.8％,SS 35.7％ ～79.7％.控制合流制排水管道沉积物的沉积和冲刷对排水系统的正常运行及削减雨季出流污染负荷具有重要意义.     

娘子关泉群水化学特征及成因

娘子关泉群流量7.19m³·s^-1,提水量约1.7 m³·s^-1,其是阳泉市区和平定县城主要供水水源.查明其泉群水化学特征及成因,对合理利用水资源与污染防治具有重要意义.以娘子关泉域岩溶大泉为研究对象,通过样品采集和水化学同位素,以地球科学系统理论为指导综合运用地质构造、水化学监测和同位素方法分析娘子关泉群水化学特征及成因.娘子关泉群其pH值7.2~7.5.钙离子112.1~135.2 mg·L^-1.硫酸根离子185.6~271.8 mg·L^-1.水化学类型为HCO₃·SO₄-Ca·Mg.泉群水化学特征总体表现为高Ca²⁺、Mg²⁺和SO₄^2-,低Na⁺、K⁺和Cl^-.城西泉的补给路径较短,其次是五龙泉.其余5组泉补给路径较远.娘子关泉群水化学特征表现为：煤矿酸性排水的污染有加剧趋势,生活污水的污染有减缓趋势.环境同位素示踪显示城西泉的SO₄^2-主要来源于大气降水和石膏溶解.五龙泉的SO₄^2-值增加,其变化主要受煤矿酸性水污染量的影响.     

新疆叶尔羌河流域地表水水化学特征及控制因素

本文运用Piper三线图、Gibbs图、饱和指数和离子比例关系等方法分析新疆叶尔羌河流域地表水水化学特征及其控制因素,对流域地表水资源合理开发利用具有重要意义.结果表明,地表水pH范围为7.40~8.33,均值为7.92,整体呈弱碱性.河水、渠水和水库水的溶解性总固体（TDS）均值呈现依次递增的趋势,其中河水的TDS均值为429.24 mg·L^-1,高于世界河流的平均值（115 mg·L^-1）.河水的水化学类型主要为HCO₃·SO₄-Ca·Na和SO₄·HCO₃·Cl-Ca·Na·Mg型.渠水的水化学类型主要为HCO₃·SO₄·Cl-Ca·Na型.水库水的水化学类型主要为SO₄·Cl-Na·Ca型.叶尔羌河沿程河水TDS呈连续增加趋势,提孜那甫河沿程河水TDS呈连续波动变化,而主要离子的变化趋势较为复杂.地表水体离子主要受岩石风化、蒸发结晶和阳离子交换作用影响,其中岩石风化作用过程中以石膏和岩盐的溶解为主.此外,人类活动对下游地表水水化学组分具有重要影响.     

生物传感细胞ADP1_pWHlux在水环境急性毒性检测中的应用

针对天然发光菌和以模式微生物为宿主构建的生物传感细胞在急性毒性检测应用中对测试条件要求苛刻等适用性问题,本研究将1株基因工程构建的生物传感细胞不动杆菌ADP1_p WHlux应用于急性毒性检测,建立检测方法,考察其灵敏度及检测范围.结果表明,ADP1_p WHlux发光受急性毒物的抑制,毒物剂量与发光抑制存在剂量效应关系.在4 mg·L-1Hg Cl2诱导下仅5 min可作出响应,暴露30~60 min后可以给出较为准确的结果.对Hg Cl2的检出限可达0.04 mg·L-1.对我国生活饮用水卫生标准的指标中Be2+、Ba2+、Cu2+、Ni2+检出效果明显,对Be2+、Ba2+、Cu2+的检测范围均在0.025~250 mg·L-1,对Ni2+的检测范围在0.002 5~250 mg·L-1,对Pb2+、Br O-3、Cl O-2的检出限均在0.002 5 mg·L-1,对Cl O-3检出限为0.025mg·L-1.采用ADP1_p WHlux生物传感细胞检测方法对北京市清河水环境急性毒性进行评价,表明ADP1_p WHlux生物传感细胞检测方法可用于污染水样检测.     

蛤蟆通河流域地下水化学特征及控制因素

为研究蛤蟆通河流域水化学特征及主要离子来源,2017年先后采集地下水样品59组,综合运用数理统计、Piper三线图、Gibbs模型和离子比等方法,分析了蛤蟆通流域地下水的水文地球化学特征,并探讨了蛤蟆通流域的水化学演化规律及主要离子来源.结果表明,该区地下水阳离子以Ca~(2+)为主,占阳离子总量的质量分数为22. 1%～72. 4%,平均为48. 7%;阴离子以HCO_3~-为主,占阴离子总量的质量分数为35. 3%～97. 5%,平均为80%; TDS介于93. 3～521. 1 mg·L~(-1),平均值为219. 1 mg·L~(-1),均为淡水;地下水类型以HCO_3-Ca、HCO_3-Ca·Mg和HCO_3-Ca·Na型水为主;地下水样品均分布在Gibbs模型左中部,说明该流域水化学离子组成受岩石风化作用控制;通过离子来源分析,该区主要离子来源于硅酸盐岩和碳酸盐岩的风化溶解.