可用于血清游离铜快速检测的特异性识别元件

铜离子广泛存在于环境和食品中,机体中游离铜离子含量增加可导致神经系统功能紊乱和肝、肾损害等。目前铜离子的检测方法主要有:原子吸收光谱法(AAS)、电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)和电感耦合等离子体质谱法(ICPMS),这些方法虽然检测结果准确、灵敏度高,但仪器昂贵、样品处理复杂且不能区分铜离子的存在形态。因此,探索基于铜离子特异性识别元件构建的荧光或电化学检测方法在游离铜快速特异性响应中的应用受到了广泛青睐,其对应的铜离子特异性识别元件如有机小分子、纳米材料、生物分子等亦得到了不断地丰富和发展。有机小分子设计灵活,纳米材料响应灵敏,生物分子特异性强、生物相容性好,此三者作为特异性识别元件在血清游离铜的检测中具有广阔的应用前景。     

金纳米粒子修饰丝网印刷电极测定化妆品中的汞含量

采用丝网印刷电极,通过电化学沉积法修饰纳米金颗粒,对化妆品中重金属Hg~(2+)进行快速测定.实验结果表明,Hg~(2+)在金纳米粒子修饰电极上可得到灵敏的溶出峰,在优化的实验条件下Hg~(2+)在5—160μg·L~(-1)范围内呈现良好的线性关系,相关系数为0.992,检测限为0.3μg·L~(-1).该方法简便、快速、灵敏度较高、具有较好的选择性和准确性,能满足化妆品中Hg~(2+)含量的检测分析.     

基于MoS_2纳米片的荧光生物传感器对饮用水中Hg~(2+)的检测

本文利用MoS)2纳米片优异的荧光淬灭能力以及其与DNA分子之间的相互作用,构建了一种检测Hg~(2+)的新型荧光生物传感器,并考察了其用于饮用水中微量Hg~(2+)测定的可行性.实验优化了MoS_2纳米片浓度、p H值、盐浓度及反应时间等参数对荧光生物传感器性能的影响.在此基础上建立了测定饮用水中微量Hg~(2+)的荧光新方法.在最佳条件下,Hg~(2+)浓度在10—900 nmol·L-1范围内与荧光强度的相对值具有良好的线性关系,检测限为6.3 nmol·L~(-1).该方法简单、灵敏、特异性强.该方法已成功用于饮用水中微量Hg~(2+)的测定,回收率为95.7%—103.3%.该研究工作将MoS_2纳米片的应用拓展到了环境监测领域,这对无机类石墨烯材料的深入研究具有重要意义.     

薏仁米秸秆生物炭对水中Hg~(2+)的吸附特性及机制

农业废弃物资源化利用和无害化处理是实现农业可持续发展和发展循环经济的有效途径,对薏仁米(Semen Coicis)秸秆制备生物炭吸附剂,实现有机固体废弃物资源化利用,解决重金属废水处理难题,以薏仁米秸秆为原料,采用快速热解法制备生物炭。为探明不同温度下制备的薏仁米秸秆生物炭对重金属Hg~(2+)的去除机制及机理,并用扫描电子镜-能谱分析法(SEM-EDS)、傅立叶变换红外光谱法(FT-IR)、氮吸附法(BET)、X射线光电子能谱法(XPS)脱附对制备的生物炭进行了表征,研究其对水中Hg~(2+)的吸附特性及机制。通过结果表明,随裂解温度的升高,生物炭的孔径尺寸逐渐增大,表面极性官能团逐渐减少,比表面积、孔隙容积呈现先增加后减小的趋势。薏仁米秸秆生物炭具有丰富的蜂窝状孔结构和-COOH、-OH等表面活性基团。生物炭对质量浓度小于100 mg·L~(-1)溶液中Hg~(2+)的去除率大于92%,且生物炭对Hg~(2+)的去除率主要发生在前1 h吸附时间内,然后趋于平衡;随添加量的增加,生物炭对Hg~(2+)去除效率呈现先增加后减小的趋势,含量为2 g·L~(-1)时生物炭对水中Hg~(2+)的去除效率最高,且700℃制备的生物炭对Hg~(2+)的去除效率最高,最大吸附量可达235.3mg·g~(-1)。吸附平衡等温线和吸附动力学结果表明,薏仁米秸秆生物炭对Hg~(2+)的吸附过程符合Langmuir等温吸附模型和准二级动力学吸附模型,其对Hg~(2+)的吸附为单层吸附;结合X射线光电子能谱和立叶变换红外光谱,吸附作用机制主要以共沉淀和表面络合为主,Hg-π非共价相互作用为辅的形式结合机理。     

纳米二氧化硅与汞(Hg~(2+))对中肋骨条藻(Skeletonema costatum)的联合毒性效应

随着纳米材料在日常生产生活中的广泛应用,部分纳米颗粒物不可避免地会通过废弃物排放等途径进入海洋.当纳米颗粒物与海洋中的污染物(如与重金属)共存时,因其独特的物化特性往往会成为污染物的良好载体并在生物体内累积,从而增加已有污染物和生物的相互作用,对海洋环境构成潜在的生态风险.已有的研究更多关注单一纳米材料的生态毒性效应,有关纳米颗粒物与污染物的复合生物效应的研究较少.因此,本文研究了已广泛应用的纳米Si O2与常见的重金属污染物Hg~(2+)对东海常见海洋微藻-中肋骨条藻(Skeletonema costatum)的联合毒性效应.结果表明,Hg~(2+)会抑制中肋骨条藻的生长,24 h-EC50、48 h-EC50和72 h-EC50值分别为56.3μg·L~(-1)、58.6μg·L~(-1)和36.8μg·L~(-1);低浓度的纳米Si O2(1 mg·L~(-1)和5 mg·L~(-1))未对中肋骨条藻的生长产生抑制作用,而较高浓度的纳米Si O2(≥10 mg·L~(-1))会显著(P0.05)抑制中肋骨条藻的生长,并且提升微藻超氧化物歧化酶SOD的活性,影响微藻的抗氧化系统.添加1 mg·L~(-1)纳米Si O2会增强Hg~(2+)对中肋骨条藻的生长抑制作用,Hg~(2+)的24 h-EC50和48 h-EC50分别下降至41μg·L~(-1)和43μg·L~(-1),虽然1 mg·L~(-1)纳米Si O2本身没有对中肋骨条藻产生生长抑制作用,但是能够明显增强Hg~(2+)对中肋骨条藻的毒性.纳米Si O2对Hg~(2+)有着较强的吸附能力,在60 min时,100 mg·L~(-1)纳米Si O2对100μg·L~(-1)的Hg~(2+)的吸附率为90.08%,最大吸附量为5.92 mg·g~(-1).吸附了Hg~(2+)的纳米Si O2在中肋骨条藻内的累积可能是造成这种协同毒性的主要原因.     

碳纳米材料的水环境行为及对水生生物毒理学研究进展

随着纳米科技的迅猛发展,人工碳纳米材料的生产和使用逐年递增,越来越多的碳纳米材料进入水环境中,对水生生物产生毒性效应。本文在介绍了碳纳米球、石墨烯、碳纳米管3种碳纳米材料的基础上,分析了碳纳米材料的水环境行为,重点综述了碳纳米材料对水生生物毒性效应研究现状,以及可能的致毒机制,并指出今后碳纳米材料对水生生物毒理学亟待加强的研究领域。     

基于功能化纳米材料的环境中重金属快速检测研究进展

重金属污染对生态环境和人类健康均具有极大危害,建立灵敏、快捷、高效的重金属检测技术具有非常重要的现实意义.现有检测技术对大型仪器设备具有较强的依赖性,并且在检测条件、时间以及成本上的要求较高,难以满足当前重金属快速监测和预警工作的需要.纳米材料的飞速发展为解决环境重金属污染物检测所面临的问题提供了良好的理论基础和技术支持.功能化纳米材料与传统检测方法的结合,衍生出具有高灵敏、高通量的快速检测方法.本文主要综述了近年来常用的几种功能识别分子和功能化纳米材料在环境中重金属快速检测应用的研究进展,指出了重金属快速检测技术在实际应用中可能面临的问题,并对未来的发展前景进行了展望.     

Hg2+和Pb2+对中国鲎N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶的影响

节肢动物蜕皮与N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶(EC3.2.1.52,NAGase)密切相关。为了探究Hg~(2+)和Pb~(2+)这2种重金属离子对节肢动物NAGase的影响,以中国鲎(Tachypleus tridentatus)为材料,从其内脏分离提取了NAGase。利用酶促反应动力学方法,研究Hg~(2+)和Pb~(2+)对中国鲎NAGase的影响;通过对酶荧光发射光谱的测定,研究NAGase酶蛋白经Hg~(2+)和Pb~(2+)作用后的空间构象变化。结果表明,Hg~(2+)和Pb~(2+)对中国鲎NAGase均有较强的抑制作用,Hg~(2+)对NAGase的抑制作用强于Pb~(2+),Hg~(2+)和Pb~(2+)对NAGase的抑制作用均表现为可逆过程,其中Hg~(2+)对NAGase的抑制属于竞争性抑制作用,抑制常数KI为22.68μmol·L~(-1),Hg~(2+)只与游离酶结合,不与酶-底物络合物结合;而Pb~(2+)对NAGase的抑制是属于竞争性-非竞争性混合型抑制作用,抑制常数KI和KIS分别为19.13 mmol·L~(-1)和75.23 mmol·L~(-1),Pb~(2+)与游离酶的亲和力相比与酶-底物络合物的亲和力更强。NAGase经Hg~(2+)和Pb~(2+)作用后荧光发射强度均降低,但荧光发射峰值并没有发生位移,说明Hg~(2+)和Pb~(2+)对中国鲎NAGase的抑制作用均为酶蛋白空间构象的变化所致。这证明了Hg~(2+)和Pb~(2+)对中国鲎NAGase活力具调控作用。     

4种固定食用菌加工废弃物吸附剂对水中重金属Hg~(2+)的吸附

将金针菇(Flammulina velutipes)、毛木耳(Auricularia polytricha)、杏鲍菇(Pleurotus eryngii)和平菇(Pleurotus ostreatus)等4种食用菌加工废弃物用聚乙烯醇—海藻酸钠(PVA-SA)固定为吸附小球,研究其对Hg~(2+)的吸附效果、影响因素及吸附机理.结果表明,4种吸附剂对Hg~(2+)的最大吸附率金针菇(81.65%)毛木耳(59.89%)平菇(52.52%)杏鲍菇(39.77%),吸附最适p H值为6;比较伪一级动力学模型方程、伪二级动力学模型方程、Elovich模型方程和颗粒内扩散模型方程对吸附过程的拟合结果发现,伪二级动力学模型更适合描述4种吸附剂对Hg~(2+)的吸附过程,化学吸附过程为限速步骤,对Hg~(2+)的吸附速率杏鲍菇平菇毛木耳金针菇,吸附的前30 min为快速吸附过程,经过120 min左右达到吸附平衡;Langmuir热力学模型对吸附过程的拟合效果好,主要为单层吸附.扫描电镜观察(SEM)和红外光谱(FTIR)分析显示,4种吸附剂细胞表面的活性基团与Hg~(2+)的离子交换、络合等化学反应是其吸附Hg~(2+)的主要机理.固定金针菇加工废弃物对青衣江流域水样低浓度Hg~(2+)的去除率为69.35%,对低浓度重金属的生物去除有一定的实际应用价值.     

基于丝网印刷电极的电化学传感器在农药残留检测中的应用综述

环境中农药残留具有较强的毒性,其长期残存会对环境生态系统和人类个体产生毒性效应,因而引起科研工作者的关注.目前,传统的色谱分析方法(如气相色谱法、液相色谱-质谱联用法等)是农药残留检测的主要手段,但是存在费时、样本处理复杂、仪器设备昂贵等局限性,因此,迫切需求建立简单、快速、灵敏的农残检测方法.生物传感技术具有诸多优势,特别是其可以简化样本处理/制备过程,实现场地检测,降低检测成本,有望将来取代传统的分析方法.本文主要综述了丝网印刷电极电化学传感器在农残检测中的研究进展.首先,简单介绍了丝网印刷电极及其制备,然后重点介绍了丝网印刷电极电化学传感器在有机磷类、氨基甲酸酯类、除草剂类等三类农药中的应用进展,并分别阐述了以酶、核酸、蛋白、抗体等为分子识别元件的生物传感检测原理,最后对丝网印刷电极的发展进行了展望.     

多齿配体改性碱木质素对Hg~(2+)和Cd~(2+)的吸附性能

以碱木质素(AL)为原料,经1,2-二氯乙烷、亚氨基二乙酸(IDA)改性制得多齿配体改性碱木质素(AL-IDA)吸附材料,用FT-IR、热重和氮吸附技术对其结构进行表征.通过静态吸附实验,考察了pH值、吸附时间、Hg~(2+)和Cd~(2+)初始浓度、温度和共存离子等因素对AL-IDA吸附Hg~(2+)、Cd~(2+)效果的影响.结果表明,溶液pH值对AL-IDA的吸附性能有显著影响,最适宜pH值范围是5.0—6.0;吸附平衡时间为8 h,吸附动力学可以用准二级动力学模型描述和预测;Langmuir方程可以较好地描述AL-IDA对Hg~(2+)、Cd~(2+)的吸附;在pH值为5、初始浓度为300 mg·L-1、温度为25℃时,对Hg~(2+)和Cd~(2+)最大吸附容量分别为239.5 mg·g~(-1)、129.2 mg·g~(-1);温度升高,吸附容量增大,AL-IDA吸附Hg~(2+)、Cd~(2+)的表观活化能分别为22.49 k J·mo1~(-1)和23.28 k J·mo1~(-1),表明吸附主要为化学作用.AL-IDA对重金属Hg~(2+)、Cd~(2+)主要吸附机理是离子交换作用和表面络合.     

DP-PT-GC-CVAFS法分析水中烷基汞的影响因素和方法适用性

烷基汞(甲基汞和乙基汞)是中国污水排放标准、工业废水排放标准和地表水环境质量标准的重要指标,水中的烷基汞处于痕量水平,其分析检测是目前的难点之一。直接丙基化衍生化-吹扫捕集-气相色谱-冷原子荧光光谱法(DP-PT-GC-CVAFS)能快速、高效分析部分环境水样中的甲基汞,是较为理想的分析方法,但该方法在丙基化过程中易受到水中部分基质的干扰,不利于该方法的推广和应用。文章分析了影响水样丙基化反应的干扰因素,表明有机质、Cl~-和硫化物均会对甲基汞和乙基汞的丙基化衍生化产生干扰,且对甲基汞的影响更大。此外,Hg~(2+)含量较高的水样在丙基化衍生化过程中会生成甲基汞和乙基汞,影响分析结果的准确定量。当水样中Hg~(2+)超过25 ng·L~(-1)时(进样量40 mL),直接衍生化会导致0.06%~0.09%的Hg~(2+)转化为甲基汞,且甲基汞的生成率随Hg~(2+)含量增大呈减小趋势;同时衍生化过程中约有0.1%的Hg~(2+)转化为乙基汞,这将严重干扰水样中低含量乙基汞的准确定量。直接丙基化衍生化方法对于基质干扰较少的地表水(自来水、水库水、江水、地下水等)均能取得良好的分析效果,但并不适用于基质干扰严重和Hg~(2+)含量较高的其他自然水体,衍生化前进行蒸馏处理可以高效和稳定去除水中Hg~(2+)(去除率98%)并消除其他基质的干扰,对多种水体具有普遍适用性。     

新疆匹里青河小流域DOM荧光特征及与汞的相互作用

以匹里青河小流域土壤溶解性有机质(DOM)作为研究对象,利用平行因子技术(PARAFAC)结合荧光淬灭滴定技术,分析和讨论流域内不同土地利用类型(包括林地、田地、草地)对DOM的荧光特征及与Hg~(2+)的配位作用。结果表明,不同土地利用类型土壤DOM特征差异显著,土壤DOM含量大小顺序表现为草地林地农田,而有色溶解性有机质(CDOM)含量则表现为草地农田林地。不同土地利用下土壤DOM均包含3种荧光峰:紫外区类腐殖荧光峰A、可见区类富里酸荧光峰C及海洋或陆源类腐殖质荧光峰M。PARAFAC共识别出2种组分:C1为胡敏酸物质,C2为富里酸物质。另外,3种不同土地利用类型中DOM组分荧光强度均随Hg~(2+)浓度的增强出现不同程度的荧光淬灭现象,DOM中各类荧光组分与Hg~(2+)络合常数存在差异,说明由于不同土地利用污染源的不同,DOM参与反应的官能团种类及数量的大小不同,影响了与Hg~(2+)的络合能力,导致络合常数不同。     

电化学DNA生物传感器在检测环境有机污染物中的应用

电化学DNA生物传感器是一种以DNA为生物识别元件并通过电化学信号转换器将目标物的存在转变为可检测的电信号的传感装置.因具有灵敏性高、选择性好、制备成本低、操作简单、携带方便、抗干扰性强等优点而被广泛用于环境分析领域.本文简要阐述了电化学DNA生物传感器的检测原理及DNA在电极表面的固定化方法,重点讨论了电化学DNA生物传感器在检测环境有机污染物中的应用,最后对电化学DNA生物传感器的发展方向进行了展望.     

FTIR在环境毒理学研究中的应用

傅里叶变换红外光谱(FTIR)作为一种常用化学分析方法,与多元统计分析方法相结合,可以识别生物分子的变化情况.红外光谱具有操作简单、快速、灵敏、样品无损等特点,逐渐在环境监测和污染物毒性效应方面被广泛应用.通过研究生物体受到外界胁迫时生物大分子在结构上的变化情况,可从分子水平揭示污染物的毒性效应及其毒性机制.笔者从FT...     

纳米材料对水生生物的生态毒理效应研究进展

随着纳米材料的大量生产和应用,其将不可避免地释放到水环境中．近年来,纳米材料对水生生物的生态毒理效应已经引起了科学家的广泛关注．纳米材料在水环境中的分散液／悬浮液是与环境最为相关的形态;纳米材料在水环境中的分散与团聚、生物累积直接决定了其生态毒理学效应．本文概述了纳米材料在水环境中的环境行为,归纳了纳米材料在水生生物中...     

重金属离子对黑根霉菌生长抑制作用微量热研究

用微量热法测定了Cu~(2+),Cd~(2+),Hg~(2+),Pb~(2+)等四种重金属离子对黑根霉菌生长抑制的产热曲线,得到了黑根霉菌在不同条件下的生长速率常数k,抑制率I,半抑制浓度IC_(50)等参数。实验结果表明,抑制顺序为:Cd~(2+)>Hg~(2+)>Pb~(2+)>Cu~(2+);半抑制浓度分别为:Cd~(2+)0.8μg·ml~(-1);Hg~(2+)1.7μg·ml~（-1）;Pb~（2+）48.0μg·ml~(-1);Cu~(2+)110.0μg·ml~(-1)。     

农林废弃物基生物炭对重金属铅和镉的吸附特性

以沙柳、水稻和玉米秸秆3种农林废弃物为原材料,于500℃条件下热解制备生物炭,并通过元素分析、比表面积分析仪、扫描电镜(SEM)和红外光谱(FTIR)等分析方法对所制备的生物炭进行表征。探究了溶液初始pH、干扰离子强度和初始吸附剂投加量等因素对3种生物炭吸附Pb~(2+)和Cd~(2+)作用的影响,讨论了吸附动力学特性及吸附等温特性。结果表明:不同生物质制备出的3种生物炭的碱性和灰分含量由高到低依次为沙柳秸秆生物炭(SWB)、玉米秸秆生物炭(CB)和水稻秸秆生物炭(SB),FTIR检测结果显示3种生物炭表面均含有大量含氧官能团;当溶液pH为3～6时,3种生物炭对Pb~(2+)和Cd~(2+)吸附量随pH值的增加而升高,对Pb~(2+)的吸附效果随着溶液中离子强度的增强而降低,而SWB对Cd~(2+)的吸附效果随离子强度的增加而增加;3种生物炭对Pb~(2+)和Cd~(2+)的吸附过程符合准二级动力学模型,R~2均大于0.99,表明生物炭吸附速率主要由化学吸附机制决定;SWB、SB和CB对Cd~(2+)的吸附过程既符合Langmuir模型,又符合Freundlich模型,而生物炭对Pb~(2+)的吸附过程更适合Langmuir等温模型,表明生物炭对Pb~(2+)的吸附近似单分子层吸附,而对Cd~(2+)的吸附存在多分子层吸附。     

FTIR研究非完全脱乙酰甲壳质对金属离子的吸附机理

以傅立叶交换红外光谱(FTIR)法研究了非完全脱乙酰甲壳质(NCTS)与Cu~ (2+),Ni~(2+),Co~(1+),Zn~(2+),Cd(2+),Hg~(2+),Ag~+,Pb~(2+)等八种金属离子形成的配合物的结构特征,并对各配合物在4000—400cm~(-1)范围内的主要吸收带作了经验归属.研究结果表明,在NCTS的金属离子配合物中,除—NH_2,—OH参予了配位外,羰基((?)C=O)和酰胺基(—CONH—)亦在不同程度上参予了配位;NCTS对Hg~(2+),Ag~+的吸附过程中存在着明显的氧化还原现象,Hg~(2+),Ag~+,分别被还原为Hg_2~(2+)和Ag~0,而NCTS分子中的—CH_2OH有可能被氧化成—COOH.     

MnO2纳米酶催化ABTS的显色反应及其在Fe2+和Pb2+检测中的应用

本文探讨了纳米MnO_2催化2,2′-联氮双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二铵盐(ABTS)显色反应的类氧化酶活性,系统地评估了单一金属离子Fe~(2+)和Pb~(2+)对MnO_2纳米酶活性的影响及作用机理,揭示了MnO_2纳米酶-ABTS反应体系在选择性检测实际水体中Fe~(2+)和Pb~(2+)的应用.在pH 3.8、25℃条件下,纳米MnO_2能够催化ABTS单电子转移形成ABTS阳离子自由基(ABTS~(·+),绿色产物),其类氧化酶活性为0.0412 U·mL~(-1).酶剂量、底物浓度、pH和温度影响了MnO_2纳米酶活性.在反应体系中添加0.01 mmol·L~(-1) Fe~(2+)(或Pb~(2+))显著地抑制了MnO_2纳米酶活性(P0.01),主要是由于Fe~(2+)(或Pb~(2+))在静电引力作用下强烈吸附在纳米MnO_2表面,导致MnO_2纳米酶催化活性的钝化甚至失活.其中Fe~(2+)吸附在MnO_2纳米酶表面能够与多价锰发生氧化还原反应,而Pb~(2+)特异性吸附在MnO_2纳米酶表面形成络合物.加标回收试验结果表明,MnO_2纳米酶能够用于选择性测定实际水样中单一污染的Fe~(2+)和Pb~(2+).MnO_2纳米酶-ABTS反应体系对天然水体中Fe~(2+)和Pb~(2+)的检测具有较高精确度(相对误差为3.4%—10.5%)和良好回收性能(回收率为96%—110%).研究结果提供了一种简单、快速、高灵敏的检测方法用于可视化分析环境水样中Fe~(2+)和Pb~(2+)浓度.