FTIR及SEM诊断铁铝锰氧化物参与微生物利用木质素形成矿物-菌体残留物的结构特征

铁铝锰氧化物催化木质素形成腐殖质具有重要作用。为阐明微生物-木质素-铁铝锰氧化物三者间的关系,揭示矿物-菌体残留物的结构特征,采用液体摇瓶培养法,以木质素为碳源,通过添加针铁矿、三羟铝石及δ-MnO₂粉末,在接种复合菌剂后启动110 d液体培养,期间动态收集矿物-菌体残留物,利用FTIR及SEM技术对其特性进行研究。结果表明：针铁矿呈松针状结构,参与微生物利用木质素形成矿物-菌体残留物后表面附着了条状的暗色物质,表观结构不规则,但晶体结构并未改变。菌体中多糖类物质与针铁矿游离羟基的阴离子发生交换作用,芳香碳结构比例增加,菌体在针铁矿表面堆积掩蔽了Fe-OH键以及(001)面的γ-OH键,Fe-OH发生质子化使Fe-O键振动频率增强;三羟铝石表面结构疏松、呈绒球状物质,参与形成矿物-菌体残留物后,缩聚作用明显、疏松程度降低、表面微孔结构减少。氢键作用使矿物-菌体残留物的铝羟基振动频率下降,即与≡Al-OH相结合的O-H键极性减弱;木质素引入使芳香碳结构比例增加,随着培养进行,其含量先下降,而后再历经缩合;δ-MnO₂表面颗粒粗糙,以絮状或颗粒状团聚,参与形成矿物-菌体残留物后,颗粒团聚趋势明显、堆积更加紧密、表面结构更加光滑。60 d培养期间,δ-MnO₂结晶度受到菌体堆积以及氢键作用使O-H键的极性减弱,而后层间水分子-OH含量增加对其产生了叠加效应,使3 404~3 435 cm-1处吸收峰强度增加。菌体中多糖类物质的羟基通过氢键、化学力与δ-MnO₂表面发生缔合,所形成的矿物-菌体残留物芳香碳结构比例增加,但Mn-O基团受到掩蔽;δ-MnO₂的参与能够使矿物-菌体残留物产生更大数量的芳香碳结构,为腐殖质形成提供更多的稳定性碳,其次是针铁矿,而三羟铝石则在培养30~60 d更有利于木质素的微生物降解。     

水稻秸秆田间焚烧残留物的结构特征初探

秸秆焚烧残留物(生物质炭,biochar)因其特殊的结构特征,对土壤的碳固定及其污染物的迁移转化行为产生重要的影响。本文利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等一系列定性定量分析方法研究了田间不同焚烧强度下产生的稻杆残留物的基本理化性质及结构特征。结果表明: 田间秸秆焚烧残留物的基本理化特征与焚烧强度密切相关。焚烧强度越高,TOC含量越低,但所产生残留物中碳原子的有序度增加,其中的脂肪性成分逐渐减少而芳香性则逐渐增加。此外,有机组分对田间秸秆焚烧残留物比表面积的贡献较为显著。     

机械力化学改性硅酸盐矿物的FTIR研究

利用气流磨所产生的超音速气流作为机械力，分别对层状硅酸盐矿物滑石、绢云母、高岭土和链状硅酸盐矿折硅灰石与硬脂酸进行超细粉碎－表面改性，应用FTIR法进行研究。     

FTIR及CLSM对转基因杨木细胞壁木质素含量及微区分布研究

通过木质素基因工程能够有效降低杨木细胞壁木质素含量,从而改善人工林杨树作为木质纤维材料的利用现状。选取C3H基因活性抑制表达的转基因杨树和其对照组杨树为实验材料,利用傅里叶红外光谱(FTIR)技术快速表征C3H基因表达活性降低后幼龄杨木细胞壁木质素的含量,并结合激光共聚焦显微镜(CLSM)和组织化学染色技术原位表征木质素含量微区分布变化规律。结果表明转基因杨树与对照组杨树红外谱图的形状和特征峰数目、位置基本一致,表明C3H基因活性降低并未改变杨木细胞壁主要化学成分及结构,但I_{1 508}/I_{1 379},I_{1 508}/I_{1 425}和I_{1 508}/I_{1 740}木质素特征峰高度比值结果表明转基因杨木木质素含量下降了8.2%～9.5%,峰强度的区别说明C3H基因活性抑制表达能够改变杨木细胞壁上木质素等化学组分含量;CLSM观察发现转基因杨木木质素微区分布含量均为纤维细胞角隅>复合胞间层>次生壁,与对照组木质素呈现相同的沉积规律,且转基因杨木细胞壁木质素浓度低于对照组杨木;组织化学染色的结果同样表明杨木S单体木质素均匀分布于纤维细胞壁上,而G单体木质素微区沉积规律为纤维细胞角隅>复合胞间层>次生壁,进一步揭示了C3H基因活性的降低并没有改变转基因杨木G和S木质素单体的沉积规律,但对其纤维和导管壁上木质素单体含量分布有一定影响。     

东北4种典型土壤粘粒矿物的初步表征

以黑土、白浆土、棕壤和褐土为研究对象,采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)及扫描电镜(SEM)等方法对东北4种典型土壤的粘粒矿物进行了表征,结果显示,它们属于蒙脱石型图谱。4种土壤的主要矿物成分均为石英,但黑土和白浆土还有蒙脱石和高山石等成分,棕壤和褐土还有高山石和云母等成分。黑土、棕壤和褐土的粘土矿物颗粒均呈层状结构,表面具有十分明显的非均匀特性,其中黑土粘土矿物表面粗糙不平,而棕壤和褐土的粘土矿物表面比黑土要光滑;与此相反,白浆土的粘土矿物表面轮廓清晰、表面光滑,且有较多的空洞。分析结果表明土壤粘粒矿物的组成和特性可以利用土样的光谱特征进行分析和检验,得到的信息是准确有效的。     

γ-氨基丁酸和苯甲酸共晶体及其形成条件的振动光谱分析

使用太赫兹时域光谱(THz-TDS)、傅里叶红外光谱(FTIR)和傅里叶拉曼光谱(FT-Raman)技术在室温下对γ-氨基丁酸(GABA)、苯甲酸(BA)及其研磨和溶剂共晶体进行表征分析。FTIR,FT-Raman及THz光谱都能够分辨原料物质及GABA-BA共晶体。其中THz实验结果显示了GABA-BA研磨和溶剂共晶体位于0.93,1.33,1.57THz的吸收峰明显区别于原料物质,这体现了不同物质在THz波段具有明显的指纹特征。为确认GABA-BA共晶体的晶型结构,分别采用FTIR和FT-Raman光谱进行光谱归属。通过FTIR的光谱归属推断GABA-BA共晶体由GABA中的氨基H_23和BA中的羰基O1构成第一个氢键,氨基中的N18结合BA中的羟基H15形成第二个氢键。FT-Raman光谱中,原料物质GABA中位于576,886,1 250,1 283,1 337,1 423和1 470cm~(-1)处归属于—CH_2,—NH_2弯曲振动的Raman散射峰在GABA-BA共晶体内消失,判定GABA中的氮原子N18亦可作为氢键受体,从而验证了GABA-BA共晶体的晶型结构。此外,为了进一步说明溶剂pH值对GABA-BA共晶体的形成条件的影响,利用THz-TDS,FT-Raman光谱确认了该共晶体在溶剂条件2.00≤pH≤7.20可稳定地生成。这一研究结果同时也为利用THz-TDS,FTRaman光谱技术辨别固体物质晶型结构、晶型形成条件提供了实验及理论依据。     

橙皮苷的提取与橙皮苷-钕配合物的合成

采用碱提酸沉法从桔子皮中提取橙皮苷,并以橙皮苷化合物为配体与钕金属离子配位,合成出橙皮苷-钕配合物.利用傅里叶红外光谱仪(KBr压片),对橙皮苷及其配合物进行了结构表征.     

利用傅里叶变换红外光谱分析高温对木材-胶粘剂界面性能的影响

胶合木层板间界面起传递应力的作用,是构件承载的重要参数,其高温胶合性能决定了构件的抗火性能。以兴安落叶松结构材,以及结构用间苯二酚-酚醛树脂胶粘剂(PRF)和三聚氰胺-脲醛树脂胶粘剂(MUF)为研究对象,研究了20～280 ℃中木材含水率、密度、顺纹弦向抗剪强度和木材-胶粘剂界面胶合性能等216个试件在高温中的物理力学性能变化规律,通过傅里叶变换红外光谱分析高温中胶粘剂官能团变化,揭示了高温对木材-胶粘剂界面性能的劣化机理。结果表明,20～150 ℃时,兴安落叶松主要发生由水分释放导致的木材密度降低等物理反应,木材颜色未发生明显变化;150～200 ℃时,木材热降解开始,密度下降速度变缓,木材颜色逐渐加深;温度继续升高时,木材热降解加剧,颜色急剧加深,木材密度损失快速增加;当温度升至280 ℃时,木材发生炭化、完全转化为黑色,密度降至常温的72.49%。高温对兴安落叶松顺纹弦向抗剪强度有明显的劣化作用;20 ℃时木材抗剪强度为9.654 MPa,20～110 ℃时木材抗剪强度下降较快,150 ℃时降至常温的60.68%;150～280 ℃时,木材顺纹抗剪强度急剧下降,280 ℃时降至1.054 MPa。木材-胶粘剂界面的高温性能与胶粘剂的耐热性能密切相关;常温时,兴安落叶松与PRF和MUF均有较好的胶合性能,其界面抗剪强度分别为9.071和9.619 MPa,木破率均在80%以上;随着温度的升高,两种胶粘剂的界面抗剪强度均明显降低,木材-PRF界面较木材-MUF具有更好的耐高温性能。20～150 ℃时,两种胶粘剂界面抗剪强度劣化规律与木材抗剪强度相似,150 ℃时木材-PRF和木材-MUF的界面抗剪强度分别为常温的60.61%和60.92%,木破率均高于70%。150～280 ℃时,木材-PRF界面抗剪强度劣化规律仍与木材顺纹抗剪强度相似,280 ℃时降至0.774 MPa;木材-MUF界面胶合性能受温度影响更大,220 ℃时其木破率为10%,280 ℃时界面抗剪强度降至0 MPa。傅里叶变换红外光谱图中,20～150 ℃时PRF化学结构无明显变化;温度高于150 ℃时主要发生胶粘剂的进一步交联,以及醚键和亚甲基桥的断裂,PRF开始热解,但化学结构仍较完整;20～150 ℃时MUF的化学结构无明显变化,温度高于200 ℃时,羟甲基特征峰减弱、异氰酸酯基团产生,热降解剧烈,PRF较MUF具有更高的耐热性能。研究结果将为木结构工程合理选择原材料提供数据支撑,并为完善木结构抗火设计理论和方法提供依据。     

研磨影响粘土结构的红外光谱研究

将高岭石和蒙石两种粘土矿物分别用干法和湿法连续研磨,通过不同研磨时间的各粉城叶变换红外光谱（ＦＴ－ＩＲ）的实测和比较,发现干法研１２ｈ高岭石和蒙脱古老珠结构均开发改变,经４２ｈ高岭石的层状结构完全破坏,而经２４ｈ蒙脱石的层状结构即被破坏,但在湿法条件下研磨５４ｈ,它们的结构均无明显变化。由此可见,湿法研磨比干法好,文中还初步探讨了研磨影响粘土结构的原因。     

纳米SiO_2及其改性物的透射和漫反射傅里叶变换红外光谱研究

对两种纳米SiO2材料及两种SiO2改性物的透射及漫反射红外光谱进行了研究。漫反射红外光谱法更能表征出纳米SiO2材料及其改性物结构的表面状态特征,当样品取样量受限的条件下,表征结果更优于透射法。     

应用XRD光谱研究水旱利用方式下盐碱土粘粒矿物演化特性

以吉林省典型盐碱土为研究对象,对比分析水田与旱田利用方式下土壤粘粒矿物的组成特征,并利用X射线衍射(XRD)光谱研究两种利用方式下粘粒矿物的演化规律。结果表明,水田利用方式下,盐碱土各项理化性质均优于旱田利用,且水田利用较旱田利用更能促进盐碱土颗粒风化,提高粉粒颗粒含量。水田利用下土壤有强烈的脱钾过程,粘粒矿物的水化程度较高,伊利石结晶度降低。XRD光谱分析表明,两种利用方式下粘粒矿物组成相似,但衍射峰的强度及峰位存在差异。旱田利用的盐碱土粘粒矿物演变过程主要为S/I混层矿物→蛭石,水田方式下演变过程则主要为黑云母→伊利石和S/I混层矿物→蛭石→高岭石;长期水田利用后的盐碱土会出现一类羟基化的“绿泥石化”矿物。研究结果表明水田利用更有助于改善土壤结构,培育高肥力土壤,对盐碱土的改良效果较好。利用XRD光谱分析方法,较为全面的测定了粘粒矿物的各项特性,并针对两种利用方式进行对比分析,是土壤矿物研究的新视角。     

X射线荧光光谱法快速分析盐湖粘土矿物元素含量

以低压聚乙烯粉镶边垫底粉末压片法制样,用X射线荧光光谱法测定盐湖粘土矿物中主次组分含量的定量分析曲线,测量了粘土矿物中As, Mn, Co, Cu, Cr, Dy, Ga, Mo, P, Pb, Rb, S, Sr, Ba, Cs, Ta, Th, Ti, U, V, Y, Zn, Zr, MgO, K₂O, Na₂O , CaO, Fe₂O₃, Al₂O₃, SiO₂含量。研究了各元素的谱线干扰特别是谱线的间接干扰,同时提出了元素周期表中各周期元素相互之间干扰的判别方法; 使用α经验系数法及康普顿内标法校正基体效应,经对国家标准物及实际样品进行分析,测量值与标准值结果吻合。方法的检出限和准确度均满足分析要求,除了Mo,Cs,Ta ３个元素RSD较高,其他元素RSD 为0.01%～5.45%。     

ICP-MS法分析不同种质荒漠肉苁蓉矿质元素分布特征

矿质元素是中药材品质评价的重要指标之一,与中药材功效物质合成及其功效的发挥密切相关,中药材矿质元素含量受其种质、采收时期、药用部位、产地等因素的影响。荒漠肉苁蓉是我国著名补益中药,也是药食同源类药材,其矿质元素含量越来越受到人们关注。应用ICP-AES法测定了黄花、白花、紫花三种类型荒漠肉苁蓉不同部位4种常量矿质元素和8种微量矿质元素含量。结果表明：(1)不同类型荒漠肉苁蓉均含有K、 Ca、 Mg、 Na、 Fe、 Mn、 Cu、 Zn、 Cr、 As、 Pb和Cd元素,但不同类型荒漠肉苁蓉矿质元素含量差异较大,黄花肉苁蓉矿质元素含量低于白花肉苁蓉和紫花肉苁蓉;白花肉苁蓉K、 Ca、 Mg、 Na、和Cu含量高于紫花肉苁蓉,而Zn、 Cr和Cd含量低于紫花肉苁蓉。(2)荒漠肉苁蓉中12种矿质元素分布特征差异明显,K、 Ca、 Mg、 Na和Cu主要分布在上部。(3)荒漠肉苁蓉不同部位矿质元素比值差异显著,三种类型荒漠肉苁蓉K/Na值均为下部>中部>上部;Mg/Fe值紫花、白花类型中部最高,黄花类型上部最高;Zn/Mn比值紫花和黄花类型中部最高,而白花类型下部最高;Cu/Cr...     

光度法对不同土地利用类型河流在不同水期氮磷分布特性及定量源解析研究

氮和磷是水环境生物生长和繁殖必须的营养成分,影响水体初级生产力的水平,且水体富营养化水平与氮磷形态密切相关,随着水体环境的改变,沉积物会向水体释放氮磷,造成二次污染。同时,对外源氮磷污染来源的贡献进行定量识别,可有效管理和控制水体氮磷污染负荷。毗河和石亭江是沱江的重要支流,影响着长江母亲河的水质。采用钼锑抗分光光度法和连续提取法研究在枯水期和丰水期毗河和石亭江水体和表层沉积物中总氮(TN)、总磷(TP)及各形态氮磷的分布特性,对比不同土地利用类型河流氮磷行为特性及释放风险,并采用Multiple Linear Regression of the Absolute Principal Component Scores(APCS-MLR)受体模型进行氮磷污染源的识别和量化。研究结果表明：(1)研究区水体和表层沉积物中氮磷均处于不同程度的污染水平,水体枯水期TP的主要贡献者是颗粒态无机磷(PIP)和颗粒态有机磷(POP),而丰水期却是颗粒态无机磷(PIP)和溶解态无机磷(DIP),两水期水体中TN的主要贡献者是硝态氮(NO^-₃-N)和有机氮(ON)...     

傅里叶红外结合拉曼分析卡拉胶寡糖对南美白对虾蛋白结构影响

为深入研究卡拉胶寡糖对反复冻融南美白对虾样品品质与蛋白变化影响,采用傅里叶变换中红外（Fourier transform infrared, FTIR）互补结合激光显微拉曼（micro Raman）光谱技术,以不同预处理方式（无菌蒸馏水、三聚磷酸盐溶液与卡拉胶寡糖溶液）下反复冻融南美白对虾肌原纤维蛋白为研究对象,深入研究了卡拉胶寡糖预处理对不同冻融阶段南美白对虾肌肉品质和蛋白的影响机制。分别对三种预处理方式下经0,2,4和6次冻融循环后的南美白对虾肌原纤维蛋白进行FTIR和拉曼光谱分析。FTIR和拉曼一阶谱图中各特征峰强度变化谱图可得出,随冻融次数增加,南美白对虾肌肉的蛋白损失和结构破坏明显加剧。样品肌肉蛋白二级结构的主链构象主要由酰胺Ⅰ带（1 600~1 700 cm-1）表征,FTIR分析显示新鲜虾肉蛋白二级结构以β-转角为主,其次为β-折叠,其弥补了拉曼光谱对β-折叠和β-转角的不敏感。FTIR与拉曼光谱酰胺Ⅰ带高斯拟合后谱图可定性定量显示冻融过程中样品的蛋白二级结构变化主要是α-螺旋结构的减少与无规卷曲结构的增加,而卡拉胶寡糖预处理能明显抑制冻融过程中α-螺旋结构的损失。FTIR对蛋白表面氨基酸变化不敏感,拉曼光谱则可互补显示样品蛋白侧链的构象变化。其表征酪氨酸残基的谱带出现在850和830 cm-1,峰强比表征了样品中酪氨酸的暴露程度在冻融期间呈增长趋势;脂肪族侧链氨基酸残基的C-H弯曲与伸缩振动分别在1 440~1 465和2 800~3 100 cm-1区间,1 448和2 935 cm-1处峰强变化表征了样品侧链氨基酸的疏水相互作用在冻融过程中逐渐增强。拉曼光谱中蛋白侧链的特征谱带变化表明冻融过程使虾肉蛋白中分子内、分子间氢键断裂和侧链酪氨酸、脂肪族氨基酸残基暴露,而卡拉胶寡糖处理后明显延缓了该变化。因此,卡拉胶寡糖可延缓反复冻融虾肉蛋白中氢键断裂、侧链疏水基暴露,进一步稳定蛋白二级结构,维持其蛋白功能特性,从而起到对反复冻融南美白对虾肌肉品质的保护作用。同时,本研究将FTIR与拉曼光谱技术结合应用在卡拉胶寡糖对冻融南美白对虾肌肉品质保护机制研究上,发现FTIR在南美白对虾蛋白二级结构的表征上更敏感,拉曼光谱则能为样品蛋白侧链构象变化提供参考,二者结合可通过提供互补信息,更好表征样品经处理后蛋白的结构变化。     

黄土高原水蚀风蚀交错区不同类型生物土壤结皮光谱特征

黄土高原水蚀风蚀交错区生物土壤结皮光谱特征的研究,为基于遥感的区域尺度生物土壤结皮的识别提供了重要的科学价值,为进一步估算生物土壤结皮在区域水土流失防治中所起的作用提供了重要的技术支持。采用地物光谱测定技术,在黄土高原水蚀风蚀交错区六道沟小流域对不同覆盖度藻类和不同类型藓类生物土壤结皮以及不同高等植被进行了光谱测定,并进行定量分析。研究表明,黄土高原水蚀风蚀交错区藻类生物土壤结皮与土壤具有相似的光谱特征,光谱曲线没有明显的“峰-谷”。藻类生物土壤结皮光谱特征主要表现为光谱反射率随生物土壤结皮覆盖度增加而降低的变化规律;其中可见光区,覆盖度10%~20%,30%~40%及50%~60%藻类生物土壤结皮相比于裸地,反射率归一化均值分别下降了8.64%,15.80%和23.09%。随藻类结皮覆盖度增加,680 nm处吸收特征(叶绿素)越来越明显,2 200 nm处吸收谷(次生矿物)越来越小。藓类生物土壤结皮光谱曲线表现出与高等植物相似的特征,形成绿波段的反射峰和红光波段的吸收谷以及近红外波段的高反射。但在760~930 nm区间,藓类生物土壤结皮的斜率明显大于高等植物, 藓类生物土壤结皮的光谱斜率Slope_(930/760)是高等植物的2.5～4.5倍。黄土高原生物土壤结皮光谱特征的研究可为生物土壤结皮的遥感识别提供一定的理论依据和技术支持。     

采用AES深度刻蚀研究不同氧气含量下短路熔痕的成分

火灾中短路发生时周围的环境气氛对短路时导线上形成的熔化痕迹特征具有决定性影响。为了探讨环境气氛中氧浓度对短路熔痕特征的影响,文章对木材、纸板、泡沫、橡胶、塑料等典型燃烧物燃烧时燃烧部位的氧气浓度进行了测定,确定了典型燃烧物燃烧时燃烧部位氧气浓度的极限条件。选择100% N₂, 10% O₂+90% N₂和20% O₂+80% N₂三种浓度的试验气体,分别在3种气体环境下进行短路实验,然后对得到的短路熔痕样品进行AES深度剖析,得出短路熔痕样品表层平均氧含量与环境氧浓度成近似线性的对应关系。因此可以根据测得的氧浓度,确定出短路发生时的周围环境气氛条件,推断其与火灾发生的关系,进一步推断火灾原因。     

基于众数的比值导数法在混合颜料解混中的研究

混合颜料比例的确定一直是文物精确修复的难点,传统的文物色彩修复是在基于经验基础上不断试色的过程,效率不高。本文在原有比值导数法的基础上,通过改进特征波段的选取方法,提出基于众数的比值导数光谱法进行光谱解混。利用模拟数据与真实数据进行了检验,结果表明该方法能够缩小修复过程中试色的范围,提高解混精度,在文物混合颜料识别分析中有很大的应用潜力。