草酸钙结石患者尿液中纳米级和微米级晶体研究

尿液中存在的微晶与尿石症的形成密切相关。采用X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、纳米粒度仪、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)研究了20位草酸钙结石患者尿液中纳米级和微米级晶体的组分、形貌和Zeta电位,并与结石组分进行了比较。结果表明,草酸钙结石中常常含有少量共生的尿酸、磷酸钙和磷酸铵镁;而草酸钙结石患者的尿微晶组分主要为尿酸、磷酸盐和草酸钙等,晶体棱角尖锐,尺寸不一,从几十纳米到几十微米不等,并且有明显的团聚现象。20位草酸钙结石患者的尿纳米晶体的Zeta电位平均值为-5.92 mV,明显高于20位健康对照者尿纳米晶体的Zeta电位(平均值-12.9 mV);相比之下,结石患者尿液pH值(平均值为6.03)则与健康对照者(平均值5.92)没有明显差异。利用现代仪器分析方法分析尿液微晶与尿石组分的关系,可为临床上对症下药,制定预防与治疗措施提供重要的依据。     

海带多糖对草酸钙结晶过程中晶相的影响

采用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)和原子吸收光谱(AAS)等方法研究了从海带中提取的硫酸多糖(SPS)对尿结石主要成分草酸钙结晶的影响。SPS可以稳定热力学亚稳定的二水草酸钙(COD)晶体。随着SPS浓度从0增加到0.60 mg·mL-1,COD晶体的质量百分比从0增加到100％;亚稳溶液中草酸钙的相对过饱和度从1.0增加到19.6。SPS可以稳定COD晶体在溶液中的存在并增加可溶性Ca2+离子的浓度,这有利于防止草酸钙结石形成。结果表明,SPS是一种潜在的防止草酸钙尿结石形成的药物。     

尿液中的纳米晶体组分及其对草酸钙结石形成的影响

采用高分辨率透射电子显微镜、选区电子衍射、能谱分析和X射线衍射对草酸钙(CaOx)结石患者尿液中纳米晶体的组分进行了准确分析。这些技术检测到一水草酸钙(COM)、尿酸(UA)和磷酸钙(CaP)的存在,能谱分析检测到大量C,O,Ca和少量N和P等元素,表明尿纳米晶体的主要组分是COM,并含有少量的尿酸和磷酸盐。电子显微镜观察到CaOx结石患者尿纳米晶体的粒径主要分布在几十纳米,其结果与Scherer公式计算相符。采用不同孔径的微孔滤膜(0.45,1.2和3 μm)将尿液过滤后,得到的尿微晶衍射峰的数量随着滤膜孔径的增加而增加,表明尿微晶的种类增加。CaOx尿石的形成过程涉及尿液晶体的成核、生长、团聚和与细胞的粘附等过程。尿液中大量纳米COM晶体的存在是草酸钙结石形成的重要原因。纳米UA,CaP晶体能够作为晶巢促进草酸钙结石的形成。     

不同分子量龙须菜多糖对草酸钙结晶的调控作用

植物多糖的化学结构与尿液中的结石抑制剂葡胺聚糖相似,有可能用于预防和治疗肾结石。天然多糖由于分子量和分子体积过大,导致其应用受到限制。研究了四种分子量分别为49.6,16.2,8.2和3.8 kDa的降解龙须菜多糖GLP1,GLP2,GLP3和GLP4对草酸钙(CaOx)晶体生长的调控作用。1H NMR,13C NMR和气相色谱-质谱(GC-MS)谱分析表明四种GLPs由β-D-半乳糖和6-O-硫酸基-3,6-α-L-吡喃半乳糖组成。X射线衍射(XRD)检测表明,在各GLPs存在下,诱导了二水草酸钙(COD)晶体形成,COD的衍射峰出现在晶面间距d=0.617,0.441,0.277和0.224 nm处;而没有多糖存在时只生成一水草酸钙(COM)晶体,COM的衍射峰出现在d=0.593,0.364,0.296和0.235 nm。由于COD比COM更容易排出体外,COD的形成有利于降低结石形成的风险。傅里叶变换红外光谱(FTIR)检测表明,随着GLP分子量减小或GLP浓度增加,草酸根中羧基的不对称伸缩振动ν_as(COO-)和对称对称伸缩振动ν_s(COO-)都发生了不同程度的蓝移,其中ν_as(COO-)从1 618 cm-1增加到1 642 cm-1,ν_s(COO-)从1 318 cm-1增加到1 328 cm-1,即GLP4诱导的全部是COD晶体。扫描电子显微镜(SEM)检测表明,随着GLP分子量减小,不但晶体中COD的比例增加,而且晶体的分散程度增大,晶体更加圆钝。随着GLP分子量减小或GLP浓度增加,其诱导生成的CaOx晶体表面电荷越负,Zeta电位绝对值越大,这有利于抑制晶体的聚集。电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP)检测表明,四种GLPs均可以增加溶液中可溶性Ca2+的浓度,同时减少CaOx沉淀的生成量。在浓度为1.0 g·L-1多糖存在时,上清液中可溶性Ca2+的摩尔浓度分别为：GLP4 (37.88 μmol·L-1)>GLP3 (19.70 μmol·L-1)>GLP2 (16.05 μmol·L-1)>GLP1 (10.55 μmol·L-1)。结果表明,四种GLPs均可以抑制COM生长,诱导COD生成,降低晶体的聚集程度,增加晶体表面的Zeta电位绝对值和溶液中可溶性Ca2+浓度,减少CaOx晶体的生成量,且GLPs的调控活性与其分子量呈负相关。这些结果提示GLPs特别是分子量最小的GLP4有可能是防治CaOx结石的潜在药物。     

服药前后草酸钙结石患者尿微晶的性质变化

采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、纳米粒度仪和透射电子显微镜(TEM)研究了6例草酸钙结石患者在服药前后尿微晶性质的变化.结果表明,服药后尿pH值由服药前的5.87±0.51增加至6.23±0.74;服药前的主要成分为尿酸、一水草酸钙(COM)和磷酸氢盐,服药后尿微晶种类和数量均比服药前减少;服药前,尿微晶的平均粒径为(579±326) nm,服药后减小至(404±338) nm;服药前尿微晶的Zeta电位为(-4.28±2.55) mV,服药后为(-7.29±4.16) mV,Zeta电位变负有利于防止尿微晶沉积;服药前尿微品棱角尖锐,有明显的团聚现象,而服药后尿微晶形貌圆钝,团聚较少.采用现代仪器分析研究服药前后草酸钙结石患者尿液微晶的性质变化,对临床上预防和治疗尿结石具有重要的临床意义.     

安徽茶园茶叶中四种大量元素和七种微量元素的含量分析及生物富集研究

主要采用电感耦合等离子体质谱技术(inductively coupled plasma mass spectrometry,ICP-MS)测定了安徽茶园茶叶中四种大量元素(Ca,K,Mg,P)和七种微量元素(Al,Mn,Fe,Cu,Zn,Cd 和Pb)含量,并进行了生物富集分析。结果表明,嫩叶中Ca,K,Mg 和 P的含量最高(Ⅰ, >3.0 mg·g-1),Al,Mn,Zn 和 Fe的含量次之(Ⅱ, 0.2～3.0 mg·g-1),Cu,Pb 和 Cd的含量最低(Ⅲ, <0.05 mg·g-1);而老叶中含量最高的是Ca,K,Mg 和Al(Ⅰ, >3.0 mg·g-1),P,Mn,Zn 和 Fe的含量次之(Ⅱ, 0.2～3.0 mg·g-1),Cu,Pb 和 Cd的含量最低(Ⅲ, <0.05 mg·g-1)。其中,P和Mn是茶叶中富集能力最强的;此外,Cu, Pb和Cd的含量低于相关的限量标准。聚类分析结果表明舒茶早和龙井43两个品种之间矿质元素的组成没有显著性的差异。     

红外光谱法在草酸钙结石研究中的应用

泌尿系结石是一种世界范围的常见病。草酸钙是泌尿系结石中最常见的组分 ,尿石中的草酸钙主要是以一水草酸钙 (COM)、二水草酸钙 (COD)的形式存在。区分草酸钙结石中的COM和COD及其比例 ,对于准确诊断结石的成因和提出正确的预防其复发的方法非常重要。红外光谱法是研究泌尿系结石的一种较理想的常用方法 ,具有快速、简便、鉴定成分准确、使用样品少、可以回收等优点。文中重点综述了傅里叶变换红外光谱 (FTIR)在泌尿系结石研究中对COM和COD的定性和定量分析方法 ,并介绍了零交叉点一次导数光谱法、FTIR与四极质谱仪、FTIR与傅里叶变换拉曼光谱仪 (FTRS)联合分析尿石的方法。     

硅晶体表面石墨烯褶皱形貌的分子动力学模拟研究

本文利用分子动力学的方法和模拟退火技术从原子尺度分析研究了Si (100), Si (111)和Si (211)表面单原子层石墨烯的褶皱形貌及其演化特点. 研究表明, 分别置于Si晶体的三种不同原子表面的石墨烯都展现出原子尺度的褶皱形貌. 石墨烯与Si晶体表面原子的晶格失配是引起石墨烯褶皱的主要原因. 研究发现, Si晶体表面石墨烯的褶皱形貌强烈的依赖于退火温度. 石墨烯的褶皱形貌还将直接影响其在Si晶体表面的吸附稳定性. 这些研究结果有助于人们认识基于Si晶体衬底的石墨烯的结构形貌及其稳定性, 为石墨烯的进一步应用提供理论参考.     

近红外光谱和人工神经网络的金苦荞氨基酸快速测定

荞麦籽粒中富含谷类作物比较缺乏的赖氨酸,使其不同于其他作物,具有较高经济价值。传统氨基酸测定费时且昂贵,为满足金苦荞育种工作的需要,选用近红外光谱技术结合人工神经网络的算法建立快速检测金苦荞叶片中氨基酸含量的近红外模型。使用氨基酸含量差异较大的样品255个,扫描光谱后测定其化学值。研究发现样品苏氨酸(Thr)含量范围是5.307~14.374 mg·g-1;缬氨酸(Val)含量范围是6.137~16.204 mg·g-1;甲硫氨酸(Met)含量范围是0.308~3.049 mg·g-1;异亮氨酸(Ile)含量范围是5.259~14.134 mg·g-1;亮氨酸(Leu)含量范围是9.730~26.061 mg·g-1;苯丙氨酸(Phe)含量范围是5.936~17.223 mg·g-1;赖氨酸(Lys)含量范围是6.640~17.280 mg·g-1;谷氨酸(Glu)含量范围是10.984~27.740 mg·g-1;天冬氨酸(Asp)含量范围是6.437~17.280 mg·g-1;丝氨酸(Ser)含量范围是3.467~8.312 mg·g-1;精氨酸(Arg)含量范围是4.937~14.772 mg·g-1;丙氨酸(Ala)含量范围是3.329~6.885 mg·g-1;组氨酸(His)含量范围是1.946~4.798 mg·g-1;甘氨酸(Gly)含量范围是4.196~9.264 mg·g-1;脯氨酸(Pro)含量范围是1.024~5.672 mg·g-1;酪氨酸(Tyr)含量范围是0.176~1.173 mg·g-1;半胱氨酸(Cys)含量范围是0.422~1.926 mg·g-1。每次随机选取50个样品建设模型,以4∶1的比例随机分为训练集和测试集。数据进行归一化处理后,使用神经网络结构1102-9-1进行模型建设。利用多次学习的方式建立了较优模型,其中Arg和Asp近红外模型的仿真测试结果最好,预测值与真实值的相关系数(R2)均大于0.97,平均相对误差(RSD)也小于10%;另外Leu,Val,Tyr,Ile,Ser,Ala,Thr,His,Phe,Gly和Lys模型的R2均大于0.90,模型仿真测试数据的RSD小于10%,模型均可用;Met与Cys的模型进行仿真测试时,其预测值与真实值的R2均大于0.78,但RSD大于10%,模型不可用。结果表明,金苦荞叶片的氨基酸含量高,有极高应用价值,近红外光谱技术结合人工神经网络的分析方法可应用于金苦荞氨基酸含量的预测,为高品质荞麦育种工作提供了便利。     

尿液pH变化与尿液中纳米微晶组分的关系

采用X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)研究了尿液pH变化与尿液中纳米微晶组分的关系。不但尿pH差异大的不同人尿液中微晶组分存在差异,而且同一人的尿pH发生变化时,其尿微晶亦发生变化。尿pH值较低(如pH＜5.8)时,主要为尿酸、酸式磷酸盐和草酸钙等;尿pH值较高(如pH＞6.2)时,主要为尿酸盐、磷酸盐、磷酸铵镁和草酸钙等。联合运用XRD和FTIR两种方法,可以更好地检测尿液中晶体组分,有助于了解尿石症的成因。     

酒石酸钠调控草酸钙晶体生长的SEM,XRD和FTIR研究

采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶红外光谱(FTIR)研究了凝胶体系中尿抑制剂酒石酸钠(Na₂tart)的浓度和结晶温度对草酸钙(CaOxa)晶体生长的影响。当Na₂tart浓度为0.01 mol·L-1时,体系中主要生成棱角尖锐的蔷薇花状一水草酸钙(COM)聚集体,二水草酸钙(COD)含量小于5％,此时XRD图谱上主要为归属于COM的(101),(020)和(202)晶面的衍射峰,FTIR光谱中COM晶体的羧基不对称伸缩振动ν_as(COO-)和对称伸缩振动ν_s(COO-)分别为1 618和1 317 cm-1。当Na₂tart浓度增加到0.10和0.50 mol·L-1时,COD百分含量分别增加至10％和50％,COM晶体的比表面积减小。COD含量增加后,XRD图谱上归属于COD的(200),(211),(411)和(213)晶面的衍射峰增强。环境温度的影响比浓度的影响更为显著。高温(＞47 ℃)有利于COM生成,而低温(＜27 ℃)有利于Na₂tart诱导COD。FTIR光谱中COD的ν_as(COO-)和ν_s(COO-)分别为1 647.6和1 327.7 cm-1。     

扬子克拉通西部金刚石的表面形貌特征及其振动光谱研究

基于金刚石表面形貌的研究,有可能为反演金刚石的形成环境及为金刚石的合成工艺设计提供科学线索。采用光学显微镜、红外光谱、拉曼光谱对扬子克拉通西部的天然砂矿金刚石表面形貌与杂质氮、氢含量及有序度的关系研究结果表明,金刚石的表面形貌包括与晶体生长相关的微形貌、与晶体定向相关的熔蚀形貌、与晶体定向无关的熔蚀形貌及与应力形变相关的形貌等四大类;金刚石以IaAB型为主,氮含量介于22.90～752.40 μg·g-1之间,绝大部分样品的sp3杂化C-H键浓度含量高于sp2杂化C-H键,氢杂质的存在有利于A氮心向B氮心转变;sp3杂质C-H键的存在对金刚石表面出现的形貌类型可能不会造成实质性的影响,但极利于形成熔蚀坑;各种表面形貌的存在都会降低金刚石的表面有序度,但发育晕线者的表面有序度相对最高,而发育三角形生长片层者表面有序度最低。     

新型透明导电薄膜ErF3掺杂In2 O3的研制

利用电子束沉积技术首次制备了氟化铒 (ErF₃) 掺杂的氧化铟(In₂O₃)透明导电薄膜(IEFO),研究了薄膜的晶体结构、光学特性和电学特性。利用原子力显微镜测试了不同厚度薄膜的形貌,初步研究了薄膜的生长过程。研究发现:IEFO薄膜为多晶结构,Er原子的掺入改变了薄膜的优势生长方向,使薄膜在(211)、(222)、(444)3个方向上的生长趋势基本相同。 薄膜电阻率为1.265×10^-3 Ω·cm,电子迁移率为45.76 cm²·V^-1·s^-1,电子浓度为1.197×10²⁰ cm^-3,在380~780 nm范围内的可见光平均透过率为81%。     

Gd3+/Y3+共掺对Nd:CaF2晶体光谱性能的影响

通过坩埚下降法生长了系列共掺Nd,Gd:CaF₂和Nd,Y:CaF₂晶体, 研究了Gd³⁺/Y³⁺共掺对Nd³⁺光谱性能以及Nd:CaF₂晶体晶胞参数的影响规律. 对于0.5 at.%Nd, x at.%Gd(x=2,5,8,10):CaF₂系列晶体, 当调控Gd³⁺掺杂浓度为2 at.%时, 具有最大的荧光寿命499 μs; 当Gd³⁺掺杂浓度为5 at.%时, 具有最大的吸收截面1.47×10^-20 cm², 最大的发射截面1.9×10^-20 cm²; 当Gd³⁺掺杂浓度为8 at.%时, 具有最佳的发射带宽29.03 nm. 对于0.6 at.%Nd, xat.%Y(x=2, 5, 8, 10):CaF₂系列晶体, Y³⁺掺杂浓度为5 at.%时, 有最大的吸收截面2.41×10^-20 cm², 最大的发射截面3.17×10^-20 cm²; 当Y³⁺掺杂浓度为10 at.%时, 具有最长的荧光寿命359.4 μs,并且具有最大发射带宽26 nm.     

Infrared spectra of oxalate, malonate and succinate adsorbed on the aqueous surface of rutile, anatase and lepidocrocite measured with in situ ATR-FTIR

The adsorption of oxalate, malonate and succinate on anatase, rutile and lepidocrocite, was studied by attenuated total reflectance Fourier transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR) at aqueous concentrations of 200 μM between pH 9 and 3. Clear spectral differences between the aqueous species and the surface adsorbed species for all three dicarboxylates are taken as strong evidence for inner-sphere adsorption. The characteristically different spectra on each oxide reveal surface specific interactions and could be used as a diagnostic tool, e.g., to probe the relative abundance of anatase and rutile on the surface of TiO₂ samples. Spectral changes between pH 7.0 and 3.0 show that two to three different surface complexes of oxalate and one to three surface complexes of malonate and succinate are formed on each of the three surfaces. While the exact structures of each complex can currently not be derived, important differences between the dicarboxylates can be identified. Only adsorbed oxalate exhibits two strong bands above 1670 cm⁻¹, as expected for a five- (bidentate chelating) or six-membered (bidentate bridging) ring structure with one oxygen of each carboxylic group coordinated to surface sites and two CO double bonds pointing away from the surface. The absence of clear CO double bond vibrations above 1620 cm⁻¹ show that malonate and succinate adsorb differently, with one or both of the carboxylic groups independently forming monodentate hydrogen bonded, bidentate chelating (four-ring) or bidentate bridging (five-ring) structures. Oxalate is the only one of the three dicarboxylates that formed additional surface complexes at low pH on rutile and anatase and lead to rapid dissolution of lepidocrocite below pH 5.0.     

2019年2期 电子期刊

用化学共沉淀法一次煅烧工艺制备Ce,Pr:GAGG粉体,利用XRD、SEM、荧光光谱仪等对样品表面形貌及发光性能进行表征,研究煅烧温度、沉淀剂引入草酸根对粉体发光性能的影响。结果表明,前驱体经950℃煅烧3 h后全部转变为GAGG相,Pr³⁺、Ce³⁺共掺未改变基质的物相结构;沉淀剂引入草酸铵后,粉体发射光谱积分强度由333 573 a.u上升至420 894 a.u,沉淀剂引入草酸根能提高粉体的发光性能。荧光寿命测试表明,在Ce:GAGG中掺入Pr³⁺可使Ce³⁺的荧光寿命降低,衰减时间为35.43 ns。     

光合产氢-微生物燃料电池耦合系统的能量回收与废水处理特性

本文构建了由生物膜光合产氢反应器和单室无膜空气阴极微生物燃料电池组成的耦合系统,以葡萄糖溶液为底物（模拟废水）对上述系统的能量回收和污水处理持性进行了考察。实验发现,由于耦合系统各组成部分最佳性能时所要求的底物流量不同,使系统的能量回收与废水处理效率随运行工况的变化而体现出不同的特性。当底物流量为10 mL·h^-1时,耦合系统能量回收效率最大,为11.2%;而当底物流量为40 mL·h^-1时,耦合系统的COD去除效率和功率密度达到最佳,分别为76.4%和5.97×10⁵ J·m^-3·h^-1。