AFT在“氧化鐵-腐殖質(zhì)-Pb2+”系統(tǒng)中的吸附及土壤中AFT-Pb2+檢測的生物傳感新方法.pdf

1、土壤是微生物生活和繁殖的良好棲息地，在土壤微生物中，黃曲霉菌是普遍存在的一類真菌，其檢出率可達(dá)80％以上，特別是在種植花生、玉米等農(nóng)作物的土壤中。土壤中的黃曲霉菌可以侵染生長期和收獲后的各種農(nóng)作物，危害對人類的安全生產(chǎn)和健康生活。黃曲霉菌在代謝過程中會產(chǎn)生黃曲霉毒素，從土壤中分離出的黃曲霉菌中，能產(chǎn)生黃曲霉毒素的占70％左右。
　　黃曲霉毒素(AFT)是一大類結(jié)構(gòu)相似的化合物，其分子結(jié)構(gòu)中均含有一個雙呋喃環(huán)和一個氧雜萘鄰?fù)Y(jié)構(gòu)。最

2、常見的黃曲霉毒素有六種，其中，黃曲霉毒素B1(AFB1)是存在最為廣泛、毒性和致癌性最強(qiáng)的一種。土壤中的AFB1會發(fā)生吸附、遷移和轉(zhuǎn)化，在此過程中，土壤中大量存在的、電化學(xué)活性很強(qiáng)的氧化鐵扮演著重要的角色。在土壤中，氧化鐵是含量最高的金屬氧化物，其常見的形態(tài)有針鐵礦、赤鐵礦、纖鐵礦及磁鐵礦，各種氧化鐵會與土壤中的腐殖質(zhì)相互作用，形成有機(jī)-無機(jī)復(fù)合體，對土壤中的有機(jī)污染物和真菌毒素起到吸附和降解的作用。由于成土和污染的原因，在土壤中還存在

3、鉛、銅、鋅等重金屬離子，它們在土壤中會產(chǎn)生競爭吸附，從而與氧化鐵和腐殖質(zhì)一起，共同影響著有機(jī)污染物和真菌毒素的吸附、遷移及降解。為了了解土壤中生物毒素的環(huán)境行為，系統(tǒng)地認(rèn)識土壤中AFB1的吸附、轉(zhuǎn)化和歸宿，降低AFB1對農(nóng)產(chǎn)品的污染危害，探尋秸稈歸田等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中AFT的污染治理方法，本論文確立了AFB1在氧化鐵、氧化鐵-腐殖酸以及氧化鐵-腐殖酸-Pb2+系統(tǒng)中的吸附研究目標(biāo)。
　　利用水熱法，本研究首先合成了土壤中的四種主要氧

4、化鐵，考察了氧化鐵與腐殖酸的相互作用，然后研究了氧化鐵、氧化鐵-腐殖酸及氧化鐵-腐殖酸-Pb2+系統(tǒng)對AFB1的吸附反應(yīng)規(guī)律。
　　在合成針鐵礦、赤鐵礦、纖鐵礦和磁鐵礦四種土壤中的常見氧化鐵過程中，探討了不同老化反應(yīng)時間對目標(biāo)晶體結(jié)晶度的影響。利用胡敏酸、富里酸對合成的氧化鐵進(jìn)行了改性研究。經(jīng)XRD圖譜證明，胡敏酸和富里酸不能改變氧化鐵的晶體結(jié)構(gòu)，但其XRD圖譜的細(xì)節(jié)發(fā)生了變化。胡敏酸和富里酸的作用使針鐵礦、赤鐵礦和磁鐵礦晶體的衍

5、射強(qiáng)度降低，衍射峰變寬。胡敏酸與纖鐵礦的作用使其衍射強(qiáng)度增加，衍射峰變寬。說明氧化鐵與胡敏酸和富里酸發(fā)生了相互作用，形成了氧化鐵-腐殖酸復(fù)合物，且胡敏酸對氧化鐵性質(zhì)的影響大于富里酸。四種氧化鐵中，纖鐵礦性質(zhì)受腐殖酸的影響最大，其次是針鐵礦，磁鐵礦受影響最小。通過SEM和AFM研究了合成的四種氧化鐵及其與胡敏酸、富里酸反應(yīng)后產(chǎn)物的晶體形狀、聚集狀態(tài)和表面變化。經(jīng)SEM和AFM表征說明，胡敏酸和富里酸都不能改變氧化鐵晶體的基本構(gòu)型，但胡敏酸

6、和富里酸能夠與氧化鐵晶體相互作用，改變晶體的聚集狀態(tài)，影響晶體的表面性質(zhì)。
　　本論文從吸附量、吸附動力學(xué)、吸附等溫式等幾方面探究了四種氧化鐵及氧化鐵-腐殖酸、氧化鐵-腐殖酸-Pb2+系統(tǒng)對AFB1的吸附作用，初步明確了氧化鐵體系對AFB1的吸附作用規(guī)律。
　　針鐵礦、赤鐵礦、纖鐵礦和磁鐵礦四種氧化鐵對AFB1的吸附曲線相似，其吸附量均隨溶液中AFB1的初始濃度的增加而增加。在低濃度范圍內(nèi)，針鐵礦的吸附量最大，纖鐵礦次之，赤

7、鐵礦的吸附量最小。AFB1的初始濃度較高時，纖鐵礦和磁鐵礦的吸附量較大，針鐵礦次之，赤鐵礦的吸附量仍然最小。四種氧化鐵對AFB1的吸附量與其比表面積的相關(guān)性不顯著。纖鐵礦的比表面積最大，但在AFB1的初始濃度較低時，其吸附量并不是最大的。磁鐵礦的比表面積最小，但其吸附量卻比赤鐵礦大。說明氧化鐵與AFB1的作用并不是簡單的物理吸附，還發(fā)生了配位絡(luò)合等化學(xué)反應(yīng)。
　　胡敏酸、富里酸對氧化鐵改性形成復(fù)合物后，富里酸對氧化鐵性質(zhì)影響較小。

8、四種氧化鐵及氧化鐵-富里酸復(fù)合物的吸附動力學(xué)曲線相近，吸附量均隨時間而逐漸緩慢增加。在吸附反應(yīng)的1-8h時間范圍內(nèi)，都有解吸脫附現(xiàn)象的發(fā)生，特別是赤鐵礦尤為明顯。氧化鐵-胡敏酸復(fù)合物的性質(zhì)較原氧化鐵改變較大，其吸附動力學(xué)曲線與原氧化鐵差異明顯。各氧化鐵及氧化鐵-腐殖酸系統(tǒng)的吸附可分別用Elovich動力學(xué)方程或化學(xué)反應(yīng)的0級速率方程進(jìn)行描述。
　　利用Langmuir和Freundlich吸附等溫式對各種氧化鐵吸附AFB1的數(shù)據(jù)進(jìn)

9、行了擬合，相關(guān)性良好。針鐵礦、赤鐵礦、纖鐵礦和磁鐵礦四種氧化鐵均為Freundlich吸附類型。形成氧化鐵-腐殖酸復(fù)合物后，其吸附等溫線都發(fā)生了較大的變化。胡敏酸改性氧化鐵的改變更顯著，其吸附類型傾向于由Freundlich類型變?yōu)長angmuir類型;而富里酸改性氧化鐵趨于保持吸附為Freundlich類型。
　　在氧化鐵-腐殖酸復(fù)合物中加入不同濃度的Pb2+，使其充分反應(yīng)，形成“氧化鐵-腐殖酸-Pb2+”復(fù)合體系。實(shí)驗(yàn)探討了“

10、氧化鐵-腐殖酸-Pb2+”復(fù)合體系對AFB1的吸附，并比較了Cu2+、Zn2+兩種重金屬離子的影響。Pb2+的存在使氧化鐵、氧化鐵-腐殖酸體系對AFB1的吸附受到抑制，其抑制作用隨Pb2+濃度的增加而加強(qiáng)。各系統(tǒng)中，單純的氧化鐵對AFB1的吸附受Pb2+的抑制作用最大，氧化鐵-富里酸復(fù)合物次之，氧化鐵-胡敏酸復(fù)合物的吸附受Pb2+的抑制作用最小。此結(jié)果與胡敏酸、富里酸對氧化鐵性質(zhì)的影響大小是相符合的。比較Cu2+、Zn2+兩種離子，其對

11、AFB1吸附的影響與Pb2+類似，都表現(xiàn)出抑制作用，且其抑制強(qiáng)度隨金屬離子濃度的增加而增加。比較而言，三種離子中，Zn2+的抑制作用最大，Cu2+次之，Pb2+的抑制作用相對較小，但對不同的氧化鐵，三種離子的抑制作用大小有差異。
　　在氧化鐵-腐殖酸-Pb2+復(fù)合體系對AFB1的吸附研究過程中，我們發(fā)現(xiàn)由于氧化鐵-腐殖酸的強(qiáng)烈吸附，致使水溶液中的Pb2+及AFB1的濃度很小。文獻(xiàn)也表明土壤水中的Pb2+及AFB1的濃度通常是很微小

12、的，其檢測還容易受到土壤中其他成分的干擾，難以進(jìn)行準(zhǔn)確的測定。但作為有毒有害物質(zhì)，對極低濃度的Pb2+及AFB1進(jìn)行檢測又是很有必要的，因此，研究建立新的適用于土壤這種復(fù)雜體系的、具有高選擇性和高靈敏度的Pb2+及AFB1的檢測方法具有重要的實(shí)踐意義。與傳統(tǒng)方法比較，生物傳感器由于利用了抗體抗原或酶催化等特異性的生化反應(yīng)為基礎(chǔ)進(jìn)行物質(zhì)檢測，必然具有很高的選擇性和靈敏度，所以本論文利用生物傳感法建立了土壤復(fù)雜體系中Pb2+及AFB1的檢測

13、新方法。
　　本研究合成了一種新的銀核金殼納米復(fù)合材料，用其標(biāo)記抗-AFB1原始抗體作為檢測要素，構(gòu)建了一種新的檢測AFB1的側(cè)向流動免疫試紙。免疫試紙以0.2μm孔徑硝化纖維膜為反應(yīng)墊，在檢測線中包被了B SA-AFB1，最佳包被量為1μg·cm-1，控制線中包被了1μL·cm-1未被稀釋的羊抗-鼠lgG。通過待測分子AFB1與檢測線中包被的BSA-AFB1競爭標(biāo)記抗-AFB1原始抗體，截留銀核金殼復(fù)合納米顆粒顯色，目視法檢測樣

14、品中AFB1的含量。該側(cè)向流動免疫試紙的檢測下限值為0.1ng·mL-1，比傳統(tǒng)的金膠免疫層析法，靈敏度提高了10倍。在實(shí)際樣品的檢測中，與經(jīng)典的ELISA法進(jìn)行了比較，加標(biāo)結(jié)果正常，方法的再現(xiàn)性、穩(wěn)定性良好。該方法的試紙組裝簡單，沒有復(fù)雜的標(biāo)記和分離步驟;操作簡單、快速，不需要復(fù)雜精密的儀器設(shè)備以及熟練的操作人員。為污染土壤修復(fù)、秸稈還田管理、食品安全分析和監(jiān)測等提供了一種簡單快速的AFB1安全篩查方法，具有潛在的商業(yè)應(yīng)用價值。

15、>　　本論文基于脫氧核酶(DNAzyme)修飾、納米金標(biāo)記探針作為信號放大策略，構(gòu)建了以個人葡萄糖計為基礎(chǔ)的土壤及環(huán)境中微量Pb2+的檢測方法。該方法利用Pb2+特異性誘導(dǎo)DNAzyme裂解，將葡萄糖淀粉酶固載結(jié)合到金探針上，根據(jù)葡萄糖淀粉酶水解淀粉的量，通過個人葡萄糖計讀數(shù)實(shí)現(xiàn)對Pb2+的檢測。該方法利用酶催化進(jìn)行檢測，特異性強(qiáng)、靈敏度很高，檢測下限比傳統(tǒng)方法低1000倍，能夠用于環(huán)境中極微量Pb2+的檢測，這在土壤環(huán)境、食品安全等領(lǐng)

16、域尤為有用。該方法不需要價格昂貴的儀器，操作簡單，適合于基層實(shí)驗(yàn)室以及普通民眾。本方法的建立為土壤安全、環(huán)境檢測、食品評估等各領(lǐng)域提供了一種可供選擇的、簡單、靈敏、價廉的Pb2+檢測方案。
　　綜上所述，本論文的主要創(chuàng)新工作，一是利用胡敏酸和富里酸對土壤中常見的氧化鐵進(jìn)行了改性，通過XRD、SEM等表征，證明胡敏酸對氧化鐵的表面性質(zhì)影響大于富里酸。研究了氧化鐵及氧化鐵-腐殖酸-Pb2+系統(tǒng)對AFB1的吸附作用，明確了其吸附作用規(guī)律