生物除磷污泥胞外多聚物含磷形态的核磁共振分析

利用31P-NMR研究了生物除磷污泥胞外多聚物(EPS)的含磷形态,并对检测方法中的影响因素进行了分析.研究发现,测定的三种污泥EPS中磷的形态有五种,磷酸盐、磷单脂、DNA磷、聚磷末端、焦磷酸盐和聚磷.具有除磷能力的A/A/O和A/A/O-MBR污泥其EPS中主要含的是聚磷,证明了EPS中含磷不仅是依靠吸附磷酸盐或生物聚磷过程磷酸盐的滞留,而且EPS本身可能也参与了生物聚磷过程.同时实验证明,EPS提取过程会对EPS含磷形态产生影响,但提取时间在1h内时影响较小;EPS在储存前需要进行中和,从而避免储存过程不同磷形态之间的转化.EPS含磷形态的31P-NMR测定过程中,EPS样品的pH 值对峰的分离和各峰化学位移的稳定性有较大影响,需要控制样品pH＞13.0以确保测定过程的准确性.     

微生物胞外聚合物对重金属镉的解毒作用及红外光谱分析

为探索微生物胞外物在微生物对重金属的抗性和去除过程中的作用,比较分析了对重金属镉具有不同抗性和去除率的菌株SCSE425-7和SCSE709-6胞外物的产生情况和菌株的红外光谱谱图。结果表明,在含镉条件培养时,菌株SCSE425-7表现了较高的镉抗性,分泌了相对较多的可溶性胞外多糖;而菌株SCSE709-6镉抗性较SCSE425-7低,但镉的生物去除性能较好,分泌了更多不可溶胞外聚合物。这说明,在重金属毒性胁迫下,微生物分泌的可溶性胞外多糖可能有助于提高微生物对重金属的抗性,而不可溶性胞外聚合物有助于重金属的微生物吸附。菌株红外光谱分析结果表明不可溶胞外聚合物上的酰胺基和羧基是其吸附镉离子的主要官能团。     

La/酸化膨润土吸附剂的表征与除磷性能

以酸化改性膨润土为载体,采用浸泡法制备了稀土La掺杂的La/酸化膨润土吸附剂.通过XRD和FTIR对其结构进行了表征,探讨了膨润土的改性机理,研究了该吸附剂对废水的除磷性能.结果表明：酸化过程洗掉了膨润土中的杂质和氧化铝,稀土镧的掺杂在膨润土层间及表面引入了一定数量的羟基化合物,改善了膨润土的层间结构并生成了新的La-O-Si键,实现了La与膨润土的复合,提高了膨润土的吸附性能.     

生物炭施用对土壤磷及磷酸酶活性影响的可见和荧光光谱法研究

含碳丰富的秸秆在无氧或限氧的条件下低温热解后得到生物炭可施入土壤,有利于缓解秸秆处理压力、减少污染、减少温室气体排放,并改良土壤。在重要的农粮基地辽宁潮棕壤上布置了生物炭还田试验。玉米田施用不同量的生物炭(0,360,1 800和3 600 kg·ha-1)一个生长季后,研究土壤有效磷(P)、有机P和全P含量的变化,并采用荧光共轭物质作为测定底物,通过酶解产生荧光物质研究土壤磷酸酶活性的响应。结果表明,生物炭添加到土壤后,土壤有效P含量随生物炭施用量增加而显著升高、有机P和全P的含量没有显著的变化。其原因是生物炭携带有效P而引起的。碱性磷酸单酯酶和磷酸二酯酶活性随生物炭添加量的增加而增大,适量生物炭处理(1 800 kg·ha-1)可显著增加酸性磷酸酶,而高量生物炭处理(3 600 kg·ha-1)对酸性磷酸酶略有抑制,可能是生物炭自身的偏碱性使土壤pH值增大所致。生物炭的添加对土壤磷素和磷酸酶活性的影响是土壤物理性质、化学性质及土壤微生物群落结构和代谢能力的综合体现,需要进一步深入研究。     

污泥内层和外层胞外聚合物的三维荧光光谱特性研究

运用三维荧光光谱技术对污泥LB-EPS和TB-EPS的荧光特性进行了研究.实验结果表明,在污泥LB-EPS和TB-EPS中都有三个明显的荧光峰,分别为Peak B(λex/λem=270～280 nm/345～360 nm),Peak C(λex/λem=330～340 nm/410～430 am)和Peak D(λex/λem=390 nm/450～470 nm).其中Peak B为类蛋白荧光(Protein-like)、Peak C为可见区类富里酸荧光(Visible fulvic-like)、Peak D为类腐殖酸荧光(Humic-like).从各荧光峰的荧光强度来分析,LB-EPS和TB-EPS中的主要成分都为类蛋白,然后依次为富里酸和腐殖酸.浓度和pH值对污泥LB-EPS和TB-EPS的三维荧光特性都有很大的影响,但影响程度略有区别,表明作为外层的胞外聚合物,LB-EPS表现出与TB-EPS不全相同的化学结构.     

基于光谱学分析探讨磷的释放促进酿酒酵母菌生物矿化铀的研究

磷作为生物体必需的化学元素之一,在微生物矿化铀的过程中发挥重要作用。以酿酒酵母菌为吸附剂,利用等离子体发射光谱仪和等离子体发射光谱-质谱仪考察了铀酰离子、pH值和磷的释放在生物吸附铀过程中的相互作用和影响;结合光谱学和介观分析手段探讨了酿酒酵母菌与铀作用过程中生物体释放磷的行为与铀生物矿化的关系,进而推测出酿酒酵母菌生物矿化铀的机理。结果表明：酿酒酵母菌可以有效去除水体的U(Ⅵ),且生物体在与U(Ⅵ)作用过程中释放的磷有效促进了酿酒酵母菌生物矿化铀。在溶液初始pH 3.0时,酿酒酵母菌对U(Ⅵ)的去除效果最好;随着吸附体系中U(Ⅵ)浓度的降低,溶液pH值升高,磷的消耗量增大,说明溶液中的H+和酿酒酵母菌释放的磷参与了酿酒酵母菌去除U(Ⅵ)的过程。酿酒酵母菌对U(Ⅵ)的吸附不受反应温度的影响,是自发的、吸热行为。通过FTIR,SEM,XPS和XRD测试分析,推测酿酒酵母菌生物矿化铀的机理为：最初在静电引力作用下,U(Ⅵ)被迅速吸附到酿酒酵母菌细胞表面,随后以配位的形式被菌体表面的磷酸盐、羟基和酰胺等官能团络合;溶液中的H+和酿酒酵母菌释放的无机磷酸盐可作为菌体与U(Ⅵ)结合的沉淀配体,继续矿化形成鳞片状的晶体物质H₂(UO₂)₂(PO₄)₂·8H₂O而被固定在酿酒酵母菌细胞外表面。此外,还有少量的U(Ⅵ)被菌体释放的物质还原成U(Ⅳ)形成CaU(PO₄)₂沉降下来。综上所述,磷是引起酿酒酵母菌生物矿化铀的主要功能元素。开展磷参与的铀的生物矿化机制研究对于铀污染的生物原位修复和深入理解放射性核素铀在自然界中的活化和固定化具有重要的意义。     

具有早期后除极化现象的可激发系统中螺旋波破碎方式研究

在Greenberg-Hasting元胞自动机模型中引入了正常元胞和老化元胞,并规定只有老化元胞存在早期后除极化现象且早期后除极化可以激发其他元胞.在正常元胞和老化元胞均匀分布的情况下,研究了早期后除极化对螺旋波演化行为的影响,重点探讨了早期后除极化导致的螺旋波破碎方式.数值模拟结果表明:早期后除极化在比率约为26.4%的少数情况下不对螺旋波产生影响,在其他情况下则会对螺旋波产生各种影响,包括使螺旋波漫游、漂移、波臂发生形变以及导致螺旋波破碎和消失等.观察到早期后除极化通过传导障碍消失和通过转变为反靶波消失,早期后除极化导致螺旋波破碎有8种方式,包括非对称破缺导致的破碎、对称破缺导致的破碎、同时激发双波导致的破碎、非对称激发导致的破碎、整体传导障碍导致的破碎、整体快速破碎等.分析发现这些螺旋波破碎现象都与早期后除极化产生回火波有关,得到螺旋波破碎的总比率通常约为13.8%,但是在适当选取老化元胞密度和早期后除极化的激发下,螺旋波破碎比率可达到32.4%,这些结果与心律失常致死的统计结果基本一致,本文对产生这些现象的物理机理做了简要分析.     

新疆石榴中磷含量的测定及其对人体健康的影响

采用钼蓝光度法借助722型分光光度计在波长660nm处测定了新疆石榴中磷的含量.实验结果表明:新疆石榴籽粒和果皮的总含磷量及石榴籽粒的含磷量分别为12.798mg/100g和11.033mg/100g,完全符合石榴中的标准磷含量为8.9-13mg/100g范围.而石榴汁含磷量为8.68×10-2mg/100mL,含磷量比较低.研究确定了新疆石榴中磷的含量,证明了新疆石榴独特的食用和药用价值和对人体健康的积极影响.     

时间延迟对基因调节回路中生物记忆影响研究

生物记忆是广泛存在于各种生物子系统的一种重要的效应. 基于一个双反馈的基因调节回路模型, 采用数值模拟的方法研究了局部反馈中存在的时间延迟对生物记忆时间的影响. 结果发现, 小量的延迟能够很大地提高生物记忆时间. 并且, 生物记忆随延迟时间呈线性增加. 这种增强模式与噪声对生物记忆时间的提高完全不同. 延迟和噪声对生物记忆的提高可以进行相互的控制增强, 但不会影响对方的增强模式.     

超高压对枯草杆菌胞外蛋白酶的影响

 以枯草杆菌为研究对象,采用Box-Behnken响应曲面设计,研究了超高压处理对枯草杆菌胞外蛋白酶的影响以及菌体致死与胞外酶的关系。结果表明,超高压能显著抑制枯草杆菌胞外蛋白酶的活性,处理过程中压力和温度是酶失活的主要因素,并且两者之间存在交互作用,超高压处理时温度协同有效。利用Design Expert软件建立了胞外蛋白酶超高压钝化模型,决定系数R₂=0.974 7,调整决定系数R_2,adj=0.942 1。方差分析表明,模型显著,可应用于钝化效果分析与预测。实验结果还表明,超高压处理后枯草杆菌的致死率与胞外蛋白酶活的变化相关性达到极显著水平（R=0.933 0）,胞外酶可作为超高压处理对微生物影响的一个评价指标。     

碱土金属离子对掺铒磷酸盐玻璃除水性质的影响

以掺铒磷酸盐玻璃中铒离子寿命随OH含量变化为依据,系统研究了碱土金属离子类型和含量对磷酸盐铒玻璃除水性质的影响。结果表明,采用通干燥O2和CCl4除水工艺可有效降低玻璃中OH含量,除水效果在通气的最初阶段最为明显,玻璃中OH含量降低速率随通气时间延长而减慢,最终趋于动态平衡。值得指出的是,在相同通气时间,磷酸盐铒玻璃的荧光寿命随碱土金属离子半径增大而减短。含有较高浓度碱土金属离子的磷酸盐铒玻璃具有较短的荧光寿命,并且在停止通气后熔体重新吸水的能力变大。     

离子辐照对磷烯热导率的影响及其机制分析

通过离子辐照产生缺陷,可以非常有效地调控磷烯诸多物理性质.本文应用分子动力学方法模拟离子辐照磷烯的过程,给出了缺陷的形成概率与入射离子能量、离子种类以及离子入射角度之间的关系,并且应用非平衡态分子动力学计算辐照后磷烯热导率的变化.以缺陷形成概率为切入点,系统地研究了辐照离子的能量、辐照剂量、离子的种类以及离子的入射角度对磷烯热导率的影响.应用晶格动力学方法研究了空位缺陷对磷烯声子参与率的影响,并计算了声子局域模式的空间分布.基于量子微扰和键弛豫理论,指出空位缺陷明显降低磷烯热导率的最重要物理机制是空位缺陷附近的低配位原子对声子强烈散射.本文研究可为缺陷工程调控磷烯的热输运性质提供理论参考.     

人工神经网络参数调整对生物光谱识别的影响

本文介绍了一种利用反向传播人工神经网络 (BP ANN)对生物可见光谱进行识别的方法。利用自组的光纤探头式光谱仪对苹果的疤痕和烂痕微区表面进行部分可见光范围 (5 0 0～ 730nm)的光谱测量 ,采用具有单隐层的BP ANN对光谱数据进行分析 ,以便对生物表面性质实现自动识别。本文着重就神经网络的输出值范围、训练方式、隐层数及不同程度的噪音信号等对神经网络识别精度的影响做了较为详尽的讨论。     

强化生物除磷过程中聚β羟基烷酸酯的红外光谱分析

强化生物除磷是废水生物除磷的主要技术手段。在厌氧与好氧交替运行的反应过程中,污泥中聚β羟基烷酸酯(PHA)经历了厌氧储存和好氧降解的过程,其位于1 740 cm-1吸收峰亦呈现出先增强后减弱的变化。通过比较PHA标准品的红外光谱图,实现了活性污泥PHA的红外特征归属,1 740 cm-1红外吸收峰源于PHA羰基特征吸收。利用高斯分峰法将相互重叠的PHA峰、蛋白质Ⅰ峰和蛋白质Ⅱ峰进行了分离,PHA与蛋白质Ⅰ峰的峰面积比值与PHA测定值有较好相关性,相关系数可达0.873,峰面积比值可反映污泥中PHA的变化趋势。选取1 480~1 780 cm-1区域红外光谱,经过归一化处理并转化为吸光度数据后,结合污泥样品PHA含量的色谱分析结果,应用偏最小二乘法建立了污泥样品红外光谱与PHA含量的关系模型,模型预测值与测量值具有较好的一致性,结合未知浓度活性污泥样品的红外光谱以及该关系模型,可以迅速预测未知污泥样品中的PHA含量。该方法的研究为污泥胞内PHA的快速表征和定量分析提供了新的分析方法。     

温度对生物组织模拟液光学特性影响的研究

采用牛奶作为生物组织的模拟液,研究温度变化对生物组织光学特性的影响。应用双积分球技术对牛奶在光波波长为1100~1700 nm、温度25~40℃范围内的光学参量进行了测量,分析光学参量随温度的变化规律。结果表明,温度对散射作用的影响比吸收作用更大,随温度的升高,约化散射系数具有明显减小的趋势。与25℃相比,40℃下的约化散射系数下降了约10%;而吸收率的变化趋势不明显且规律复杂。以上研究结果与公开发表的人体离体皮肤组织光学参量随温度变化的研究结果基本一致,从而为深入研究温度对生物组织光学测量的影响提供了理论和实践上的指导。     

透明剂对生物组织光学相干层析成像的影响研究

生物组织光透明技术针对生物组织具有的高散射及浑浊特性,严重影响生物组织成像的对比度及分辨率等问题,提供了较好的解决办法。把离体猪皮表面涂抹不同浓度的聚乙二醇、甘油、丙二醇这些光学透明剂(Optical Clearing Agents, OCA),利用光学相干断层析(Optical Coherence Tomography, OCT)技术对其进行动态监测,有效地提取测量信号在渗透过程中随测量深度的变化。结果表明,利用光透明技术均可增加OCT的成像深度,但对于不同OCA不同深度的作用效果不同。该研究为了解OCA浓度及作用时间对于不同深度最优选择,提供有价值的数据参考,进一步理解了OCA的作用机制,对于OCA在医学方面的应用有一定的指导作用。     

边界条件对生物组织漫射光时域模拟计算的影响

采用蒙特卡洛方法与漫射近似相结合的杂合算法,在不同的边界条件下(零边界条件、外延边界条件、部分流边界条件),对板状生物组织模型的漫射光的时域分布进行了计算,计算结果表明:采用外延边界条件,在保证计算精度的基础上,和单纯的蒙特卡洛方法相比,较大地提高了运算速度.