毕业论文-酵母菌与镉离子相互作用研究.doc

酵母菌与镉离子相互作用研究摘要：本文研究了酵母菌与镉离子相互作用的适宜条件。镉-碘化钾-罗丹明B-聚乙烯二醇显色体系在硫酸介质中，显色稳定，摩尔吸光系数大。使用可见分光光度计分别测未加酵母菌和加入酵母菌后溶液的吸光度，根据工作曲线求出离子浓度，进而求出去除率。结果表明:酵母菌与镉离子相互作用时，溶液的温度、溶液的pH以及离子的初始浓度均对酵母菌与镉离子相互作用有影响。当pH值为6.0，离子浓度为5mg/L，菌液体积为1.5mL，温度为30时，去除率达到65%。关键词：酵母菌；镉离子；相互作用；分光光度法Interaction Studies between Yeast and Cadmium Ion Abstract:The suitable conditions of interaction between yeast and cadmium ion was studied. The color of cadmium potassium iodide and Rhodamine B- polyethylene glycol Chromogenic System is stable and the molar absorption of which is coefficient when it is in sulfuric acid medium. The absorbace of yeast or without yeast solution was measured with visible spectrophotometer. According to the working curve , the ion concentration,was fond, and then the removal rate could be worked out.The results show that the temperature of the solution, the pH of solution ,and the initial concentration of cadmium ion had effect on the interaction between yeast and cadmium ion when yeast and cadmium ion interacted. The removal rate reached 65%., when the pH value was 6,the ion concentration was 5mg/L, the bacteria liquid volume was 1.5mL,and the temperature was 30.Keywords:Yeast;Cadmium ion; Interaction;Spectrophotometry 引言众所周知，水是生命之源，没有水，一切生命都将不复存在。然而全世界人民却面临着严重的水资源短缺问题。我国是世界上13个缺水国之一,90%以上的城市水污染严重，50%的地下水被污染，78%的城市水源不符合饮用水标准，70%的人口饮用不合标准的水1 。2005年11月松花江水体遭受硝基苯污染，2005年12月北江水体遭受镉污染，2007年5月无锡太糊水体富营养化2，这些事件提醒人们必须对水体污染引起高度重视。重金属镉是对生态环境和人的身体健康危害很大的一种金属元素，其主要来源于电镀厂，冶金厂，采矿业，化工厂等行业生产的废水3。传统的处理金属废水常常先用诸如活性碳吸附5，纤维素吸附6，然后再用离子选择性电极7，无火焰原子吸收分光光度法、火焰原子吸收分光光度法、电感耦合等离子体发谢光谱法( ICP- AES)、催化示波极谱法8等方法来测定废水中剩余的镉量。这些方法通常耗资大而且可能造成二次污染。近年来利用微生物对金属离子的生物吸附作用来处理废水是国内外新兴的一个研究领域。作为发酵工业的副产物-酵母菌既可用作饲料, 也可用于去除废水中的金属离子9-18。本文采用镉-碘化钾-罗丹明B-聚乙烯二醇显色体系测定与酵母菌作用后溶液中剩余的镉量的方法研究了影响酵母菌对重金属镉相互作用的因素，为使用酵母菌处理含镉废水探讨条件。1实验部分1.1实验原理：镉-碘化钾-罗丹明B蓝紫色三元离子缔合物在硫酸介质中最大吸收波长=595nm，吸光度的变化与镉的质量浓度在01.0ug/mL范围内呈线性关系19-21。使用可见分光光度计测定标准溶液的吸光度，做出工作曲线。酵母菌属于真核生物，其细胞壁有多糖类物质，含有醛基，羟基，羧基等官能团，这些官能团能够与金属离子相互作用11。已知准确浓度的Cd液加入酵母菌后，因酵母菌与镉离子相互作用，试样的吸光度减小。根据工作曲线求出试样中剩余Cd的浓度，进而求出去除率。去除率：（表示Cd的初始浓度，表示与酵母菌作用后Cd的浓度）。1.2实验材料1.2.1实验菌株酵母菌（由生命科学系提供，中高温大曲）1.2.2培养基YPD培养基：向250mL三角瓶中加2g葡萄糖，1.5g酵母膏，2g蛋白胨，2g琼脂，加蒸馏水定容至100mL。在pH=6.0，121条件下灭菌，灭菌时间20min。1.3仪器与试剂S-22PC型可见分光光度计（上海棱光技术有限公司）、超级恒温水浴箱（浙江余姚工业仪表二厂）、电炉（天津市中环实验电炉有限公司）、THZ-300型恒温培养摇床（上海恒科技有限公司）、离心机（上海安亭科学仪器厂制造）、BS210S电子分析天平（梅特勒托利多仪器有限公司）、微量移液器（上海求精生化仪器有限公司）。聚乙烯二醇（PVA-124，天津市科密欧化学试剂开发中心）、罗丹明B（天津市凯通化学试剂有限公司）、抗坏血酸（天津市北方天医化学试剂厂）、碘化钾（天津市福晨化学试剂厂）、磷酸二氢钾（国药集团化学试剂有限公司）、磷酸氢二钾（北京化工厂）、醋酸（天津市凯通化学试剂有限公司）、氢氧化钠（天津市科密欧化学试剂有限公司）、二水合氯化镉（上海崇明县新民化工厂）。0.05%罗丹明B溶液制备:在电子分析天平上称取0.0523g固体药品，加水溶解稀释定容至100mL。转移至试剂瓶中备用。20%2%的碘化钾抗坏血酸溶液(KI-VC)的制备：在电子分析天平上分别称取10.0521g碘化钾固体和1.0172g抗坏血酸，将两者混合均匀，加水溶解稀释，定容至50mL，转移至棕色试剂瓶中（抗坏血酸用来防止碘化钾被氧化），现用现配。CdCl溶液的制备：在电子分析天平上称取0.2005g 二水合氯化镉固体，加水溶解稀释，定容至100mL配制成1g/L的镉储备液；工作液：用移液管准确移取5mL镉储备液稀释至250mL，配制成20ug/L的工作液。缓冲溶液：按一定比例配置pH分别为3.8、5.0、5.5、6.0、6.2、7.0的缓冲溶液,以待使用。1%聚乙烯二醇溶液的制备：在电子分析天平上称取1.023g聚乙烯二醇粉末，放入盛有水的烧杯中，在电炉上加热，用玻璃棒不断搅拌，直至其溶解，待冷却后转移至100ml容量瓶中加水定容至刻度，转移至试剂瓶中备用。硫酸（1mol/L）：由浓硫酸稀释得到，稀释时将浓硫酸缓慢倾倒入水中，并用玻璃棒不断搅拌。酵母菌菌液的配制：将培养好的菌种接入装有100mL培养基，规格为250mL的三角瓶中，放在恒温培养摇床上，转速为120r/min，温度为30，震荡培养16小时。放入冰箱储存，作为储备液。菌液浓度为2g/L。上述配置溶液所用的水均为蒸馏水，所用试剂均为分析纯。1.4实验方法1.4.1镉标准曲线的绘制准确移50uL,100uL,150uL,200uL,250uL,300uL,350uL,400uL,450uL,500uL的20ug/mL的镉标准溶液分别置于10mL的比色管中，依次加入0.8mL1mol/L的硫酸，1.6mL20%-2%碘化钾抗坏血酸溶液，0.4mL1%的聚乙烯二醇溶液，0.72mL 0.05%罗丹明B溶液，加水至刻度，静置10min，使用1cm比色皿在波长=595nm处，以试剂空白为参比，测定吸光度。图1 标准曲线R=0.991.4.2酵母菌与镉离子相互作用操作取数只10ml比色管, 分别加入一定量的已知准确浓度的酵母菌液，镉工作液和pH=6.0的缓冲溶液，混合均匀，加水定容至刻度。摇床温度为30,转速为120r/min，恒温震摇15min。取部分悬浮液离心，转速2000r/min，时间2min。离心后取1mL上清液分析酵母菌与镉离子相互作用后试样中剩余Cd的浓度。1.4.3 Cd的分析步骤取数只10ml比色管，分别向其中加入1mL上清液,0.8mLHSO(1mol/L)，1.6mL 20%2%KI-VC，0.4mL PVA-124，0.72mL 0.05%罗丹明B溶液，混合均匀，加水定容。静置10min，以试剂空白为参比，使用1cm比色皿于595nm处测定试样的吸光度。2结果和讨论2.1酸度对酵母菌与镉离子相互作用的影响在Cd的初始浓度为10mg/L，反应温度为30，试样体积为10mL，菌液量为1.5mL，摇床转速120r/min,酵母菌与镉离子相互作用15min的条件下，考察了pH值分别为3.8、5.0、5.5、6.0、6.2、7.0对酵母菌与镉离子相互作用的影响。按照1.4.2和1.4.3所述方法分析酵母菌与镉离子相互作用后试样中剩余的Cd的浓度。试样的吸光度与酵母菌与镉离子相互作用时溶液的pH的关系曲线如图2所示。图2 pH对酵母菌与镉离子相互作用的影响由图2可见不同的pH对酵母菌与镉离子相互作用有不同的影响，当pH=6.0时，吸光度最小，即酵母菌对Cd的去除率最大，因此后续实验选择pH=6.0的缓冲溶液。2.2作用时间对酵母菌与镉离子相互作用的影响据文献9报道，酵母菌与镉离子相互作用非常迅速，在Cd的初始浓度为10mg/L，摇床温度为30,转速为120r/min ，1.5mL菌液，2mLpH=6.0的缓冲溶液，溶液体积为10mL的条件下，考察了相互作用时间分别为5min、10min、15min、50min、100min对酵母菌与镉离子相互作用的影响，按照1.4.2和1.4.3实验方法分析酵母菌与镉离子相互作用后溶液中剩余的镉离子浓度。试样的吸光度与酵母菌与镉离子相互作用时间的关系如图3所示。图3 作用时间对酵母菌与镉离子相互作用的影响由图3可知相互作用时间越长，试液的吸光度越小，即酵母菌对镉的去除率越大。在开始15min内试样的吸光度随时间的增加减小的速率较大，15min后试样的吸光度随时间的增加减小的速率较小。因此后续实验选择相互作用的时间为15min。2.3温度对酵母菌与镉离子相互作用的影响在Cd的初始浓度为10mg/L，摇床温度为30,转速为120r/min ，溶液体积为10mL，1.5mL菌液用量，2mLpH=6.0的缓冲溶液，相互作用时间为15min的条件下，考察了溶液的温度对酵母菌与镉离子相互作用的影响。按照1.4.2和1.4.3实验方法分析酵母菌与镉离子相互作用后溶液中剩余Cd的浓度。试样的吸光度与酵母菌与镉离子相互作用时溶液温度的关系如图4所示。图4 温度对酵母菌与镉离子相互作用的影响由图4可见，随温度升高，吸光度先变小后变大，即酵母菌对镉的去除率先增大后减小。30时吸光度最小，此时酵母菌对镉的去除率最大。因此后续实验选择酵母菌与镉离子相互作用时溶液的温度为30。2.4离子的初始浓度对酵母菌与镉离子相互作用的影响取数只10mL比色管，加入不同体积等浓度的镉工作液，相互作用时间为15min，其它实验条件如2.3。按照1.4.2和1.4.3分析酵母菌与镉离子相互作用后溶液中剩余Cd浓度。酵母菌对Cd的去除率与Cd的初始浓度的关系如图5所示。图5 Cd的初始浓度对酵母菌与镉离子相互作用的影响由图5可知在相同条件下，溶液中Cd的初始浓度越大，酵母菌对Cd的去除率越小，说明酵母菌在处理低含量含镉废水时，去除效果较好。3结束语本文研究了酵母菌与镉离子相互作用的适宜条件，结果表明：（1）pH对酵母菌与镉离子相互作用影响较大，pH=6.0时酵母菌对含镉溶液中镉的去除率最大；（2）酵母菌与镉离子相互作用非常迅速，这一特点有利于其在处理废水方面的应用，可以减少操作时间，提高工作效率，增大废水处理量。（3）酵母菌与镉离子相互作用时，温度为30时酵母菌对含镉溶液中镉的去除效果较佳；（4）在溶液的pH=6.0，菌液体积为1.5mL，温度为30，酵母菌与镉离子相互作用15min时，离子的初始浓度越大，去除效果越差，说明在处理低浓度含镉废水时，使用酵母菌，去除效果较好；处理高含量含镉废水时应增大菌液用量。参考文献1蒲晖.水污染触目惊心的话题J.百科聚集,2000(9):4-5.2xiaojian zhang,chao chen .Emergency drinking water treatment in source water pollution incidenttechnology and practice in ChinaJ.Frontiers of Environmental ScienceEngineering in china ,volueme3,issue3,pp:364-368.3黄秋婵,韦友欢,黎晓峰.镉对人体健康的危害效应及其机理研究进展J.安徽农业科学,2007,35(9),2528-2531.4Satoshi Ito，Yasukazu Asano,Hiroko wada.Development of highly sensitive cadmium iondashselective electrodes by titration method and its application to cadmium ion determination in industrial waste waterJ, Talanta,1997,Vol.44(4),pp:697-704.5Fawzi Banat,SameerAl-Asheh,Leema Al-Makhadmeh .Kinetics and Equilibrium Study of Cadmium Ion Sorption onto Date Pits An Agricultural WasteJ. Adsorption Science & Technology,2009.Vol.21(3),pp:245-260.6Zheng Liuchun,Zhu Chaofei,Dang Zhi.Preparation of cellulose derived from corn stalk and its application for cadmium ion adsorption from aqueous solutionJ.Carbohydrate polymers,2012,Vol.90(2),pp:1008-15.7M. J. D. Brand, J. J. Militello,G. A. Rechnitz. Potentiometric Measurements with A New Solid State Cadmium Ion Selective ElectrodeJ. Analytical Letters,1969,Vol.2(10),pp:523-535.8GB /T 5750. 6 - 2006. 生活饮用水卫生标准标检验方法金属指标 S .9邱延生，成先雄.啤酒酵母吸附镉离子的试验研究J.环境污染与防治治,2004,26(2):95-97.10韩润平