基于微电极的生物膜分析技术的研究进展

文章介绍了一类尖端直径为1μm～20μm的吸管型电化学传感器-微电极.由于其具有的较高空间分辨率,可用于废水生物处理反应器中生物膜及生物絮体内部等微环境的测试.综述了近年来微电极在生物膜微环境测试中的应用成果,并与一些其他的生物膜分析技术进行比较.探讨了微电极技术用于环境工程领域的发展前景和趋势.     

利用皂土吸附和介电泳方法间接去除水中的Mn2+

水中重金属去除一直是水处理的技术难点.锰虽然是动物必需的微量元素之一,但是人和动物摄入过量的锰会对神经系统等产生毒害.利用皂土吸附水中的重金属Mn2+,在装有微电极阵列芯片的介电泳池研究装置中,通过调节外加交流电压,捕获悬浮液中的皂土从而间接去除Mn2+.吸附了微量重金属离子的皂土被捕获到电场强度较大的区域,发生了正介电泳.该研究为建立一种从废水中间接去除重金属离子的实际可行方法奠定了实验基础,不存在二次污染.     

基于微电极技术的反硝化滤池生物膜特性分析

为研究反硝化滤池中溶解氧对反硝化作用的影响,制备性能良好尖端直径在30μm以内的氧(O2)以及硝酸盐(NO3-)微电极,以此为测试工具,对反硝化滤池中生物膜内部O2、NO3-微环境分布进行测试,通过建立扩散-反应方程,获得生物膜微环境耗氧及反硝化活性特征.研究结果表明,溶解氧在生物膜内部呈明显的下降趋势,从主体溶液氧浓度约1mg/L下降至生物膜300μm深度处约为0.生物膜内部反硝化活性区域发生在300~600μm深度范围内.该条件下反硝化滤池生物膜的氧利用速率常数以及反硝化速率常数之间的比值为1.46,溶解氧对反硝化过程的影响是显著的.     

电化学微传感器检测水中痕量铜离子

为改善微电极在阳极溶出伏安法检测重金属离子过程中低电流响应和低电催化能力的缺点,提出了一种在碳纤维微电极表面合成还原氧化石墨烯/纳米金材料制得还原氧化石墨烯纳米金修饰碳纤维微电极（rGO/AuNPs CFMEs）的方法.通过SEM表征,所制备的rGO/AuNPs CFMEs具有比表面积高、吸附能力强和催化活性好的特点,因此改性微电极适合作为方波阳极溶出伏安法（SWASV）测定水中铜离子（Cu²⁺）的工作电极.在构建微传感器测试水中痕量铜离子系统后,对pH值、电导率、富集时间和富集电位等检测条件进行了优化.在pH值为4,电导率为36.1S/m,富集时间为360s,富集电位为-1.2V的最佳条件下,铜的线性范围和检出限分别0~1.0μmol/L和2.4nmol/L.此外,微传感器的可重复性、长期稳定性以及选择性也得到了验证.     

反硝化除磷污泥聚集体内原位除磷活性及有机物浓度的影响

以SBR系统反硝化除磷污泥为对象,利用氧化还原电位、溶解氧和磷酸盐微电极定量研究了污泥聚集体内除磷菌的原位除磷活性及有机物浓度的影响.结果发现,厌氧初期污泥聚集体内最大净体积释磷速率为3.29mg·（cm³·h）^-1,是缺氧初期最大净体积吸磷速率的3倍左右;厌氧末期释磷速率明显降低,最大净体积释磷速率仅为厌氧初期的一半.在缺氧末期,最大净体积吸磷速率降至0.14mg·（cm³·h）^-1,且在1800 μm以下深层区域发生了"二次释磷"现象.随着COD浓度由350 mg·L^-1降至250 mg·L^-1和150 mg·L^-1,反硝化除磷菌的最大净体积释磷速率由3.27 mg·（cm³·h）^-1降至2.44 mg·（cm³·h）^-1和2.01 mg·（cm³·h）^-1,且快速吸磷区域整体向污泥聚集体表层收窄.     

用微电极测定生物膜微环境中的物质迁移

通过微电极法测定生物活性炭流化床反应器中pH、NH4+、NO2-、NO3-和O2的剖面图,得出不同C/N下各种物质在生物膜内部的迁移情况。通过分析比较:传统的C(C)∶C(N)=100∶5的条件下,并不是硝化反应的最佳条件,而C(C)∶C(N)=5时,NH4+-N的去除率最高。     

利用空心微球和介电泳去除水中Pb~(2+)

利用空心微球吸附水中的重金属Pb2+,将悬浮液注入装有微电极阵列芯片的微介电泳池中,施加交流电压,用介电泳捕获悬浮液中的空心微球.同时,研究了空心微球吸附铅离子前后的介电迁移规律.结果表明,吸附了Pb2+的空心微球发生了正介电泳现象.此方法可以将吸附了重金属离子的空心微球捕集到一定的区域中,为工业废水中重金属离子的治理提出一种可能的方法.     

冷冻胁迫对芦荟叶肉细胞原生质体中Ca2+、Na+分布的影响

低温和冻害是造成巨大农业损失和植物死亡的主要逆境因子。为揭示冷冻胁迫对植物细胞中离子分布的影响,选择芦荟细胞原生质体为受试材料,使用离子选择性微电极检测了经冷冻处理后的芦荟原生质体在低渗液中破裂时产生的Ca~(2+)浓度脉冲信号,并同时检测Na~+浓度脉冲信号作为对比。研究了冷冻温度、解冻时间和ZnO NPs处理等因素对冷冻胁迫下芦荟原生质体中Ca~(2+)分布的影响。结果表明,与未经冷冻处理的原生质体相对比,经过冷冻处理的原生质体破裂后,其Ca~(2+)脉冲信号前沿处发生明显的"凹陷",这说明,原生质体中Ca~(2+)分布出现分层现象,靠近细胞中心浓度较高而细胞膜附近浓度较低。这一分层现象在温度为-7℃时开始出现,原生质体解冻5 h后仍未消失。经过ZnO NPs预处理后再进行冷冻的原生质体,其Ca~(2+)脉冲凹陷深度明显减小。而当用ZnO NPs处理解冻后的原生质体时,其Ca~(2+)分层现象消失。冷冻胁迫下芦荟原生质体内Ca~(2+)分布发生显著变化,表明原生质体内Ca~(2+)分布变化与其抗寒反应存在一定关系。与Ca~(2+)相反,Na~+的分布几乎不受冷冻因素的影响。ZnO NPs处理对冷冻芦荟原生质体中Ca~(2+)浓度分布分层有明显的缓解作用,表明一定浓度范围的ZnO NPs在缓解冷冻造成的Ca~(2+)流动性下降,维持细胞Ca~(2+)分布的调控能力方面,具有一定的积极影响。     

基于硝酸盐液膜微电极的动态膜反硝化特性研究

制成性能良好的硝酸盐微电极与氧化还原电位(ORP)微电极,对动态膜在不同进水COD负荷下的内部反硝化过程进行研究.结果表明,动态膜中的反硝化作用出现在膜水界面0.6～1mm以下;在反硝化发生的区域,用ORP微电极测得氧化还原电位在88.6～-128.4mV之间,是反硝化发生的适宜ORP范围.当进水COD负荷为0.45 kg/(m³·d)时,动态膜的反硝化速率(以氮计)最大,可以达到0.634 7×10^-6mol/(L·s).增加进水COD负荷能够拓展动态膜内部的     

厌氧氨氧化颗粒污泥内部原位生物活性与N2O产生特性

以厌氧氨氧化颗粒为对象,利用NH₄⁺、NO₂^-、NO₃^-和N₂O微电极测定了浓度连续分布,并建立微生物原位活性与N₂O产生之间的关系.结果表明,NH₄⁺和NO₂^-同步消耗的厌氧氨氧化活性区分布在颗粒的表层区域(0～1500μm),其中200～400μm活性最高;当NH₄⁺-N浓度为14mg/L(c(NH₄⁺):c(NO₂^-)=1:1.2)时,NH₄⁺-N和NO₂^--N最大净体积消耗速率分别为1.19与1.65mg/(cm³·h).反硝化活性主要分布在1500～2500μm的深层区域,当采用...