基于酶抑制法重金属检测的微量热学研究

论文摘要

为开发微小型量热式生物反应器提供了基础参数。关注食品安全就是关注健康，近年来随着人们安全意识的提高，关于食品重金属污染的报道越来越多的引起了人们对重金属污染的重视。并且由于重金属污染的不可降解性，能随着食物链的富集作用在人体内积聚，当体内重金属含量超过一定量时，能导致各种病变的产生，对人体造成了极大的危害。因此关于重金属的检测的重要性就显而易见了。目前关于食品重金属污染的问题已引起学者们的高度重视和深入研究，对食品和水体中的重金属污染进行检测和分析研究，对于保证食品质量、保护人类健康和维持社会经济的可持续发展都具有非常重要的现实意义。本课题得到了国家自然基金项目资助。本论文采用微量热法研究了不同条件下重金属离子对脲酶催化过程产生的影响，并对微小型量热式生物反应器基础传热参数的进行了初步的研究。主要内容如下：（1）利用微量热计MicroDSCIII对重金属离子影响游离态脲酶催化水解反应的过程进行研究，并进一步探讨了重金属离子联合作用对脲酶催化反应的影响。研究结果表明：在25℃，pH值6.6柠檬酸--柠檬酸钠缓冲体系中重金属离子对脲酶水解反应热是有影响的，在广泛浓度范围（0.1、1、10、100和103mg/L）内这种影响不仅仅表现在抑制作用方面，在一定的浓度范围内也会促进其水解反应的进行，重金属离子浓度与其抑制率具有显著或极显著的相关性，当重金属离子联合作用时，其抑制效果与抑制率较高的重金属离子抑制作用接近。（2）使用MicroDSCIII的流通池进行了富集检测重金属离子的研究。采用流动注射分析法设计了实验流程图，研究结果表明在低流速（0.1mL/min），载体颗粒粒径为0.5-0.6mm，脲酶进样量为3mL，重金属离子进样量为5mL的条件下，先进行重金属离子的富集，再检测其对固定化脲酶催化反应的影响可得到较好的检测效果。（3）根据热生物传感反应器的特点，搭建了微小型固定床的传热实验系统，研究了恒壁温条件下，低流速蒸馏水流过微细颗粒固定床纵向和径向的瞬态和稳态温度分布情况。研究结果表明即使在流速非常低的情况下，微细颗粒固定床仍然存在明显的“入口段效应”，即流体入口区域温度分布很不均匀，但随着床层的增高，这种效应快速减小。本实验所采用树脂的导热系数很低，导致其有效传热参数比较小，还需要筛选导热性能良好的微细颗粒作为生物敏感元件的载体，才有利于微量反应热信号的检测。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1.1 重金属污染及其危害
• §1.1.1 重金属污染的危害性
• §1.1.2 食品中重金属污染的来源
• §1.2 我国食品中重金属污染现状
• §1.3 重金属检测的研究进展
• §1.3.1 光谱法在重金属检测中的应用
• §1.3.2 电化学方法在重金属检测中的应用
• §1.3.3 生物化学方法在重金属检测中的应用
• §1.4 微量热法检测的研究进展
• §1.5 立题意义及背景
• §1.6 本课题目的及主要研究内容
• 第二章 重金属离子对游离态脲酶催化水解反应的微量热研究
• §2.1 实验试剂与仪器
• §2.1.1 实验试剂
• §2.1.2 仪器与设备
• §2.2 实验方法
• §2.2.1 奈氏试剂法脲酶酶活性的测定
• §2.2.2 脲酶催化水解反应过程的微量热测量
• §2.2.3 重金属离子对脲酶催化水解反应焓影响的测定
• §2.2.4 实验数据处理
• §2.3 实验结果与分析
• §2.3.1 奈氏试剂法测定脲酶活性的研究
• §2.3.2 微量热法测定脲酶催化水解反应焓的研究
• §2.3.3 不同种类重金属离子浓度对脲酶催化反应的影响
• §2.3.4 不同种类重金属离子的浓度与脲酶催化反应抑制率的相关性
• §2.3.5 重金属离子联合抑制作用对脲酶催化反应的影响
• §2.4 本章小结
• 第三章 微量热法富集检测重金属离子的研究
• §3.1 实验试剂与仪器
• §3.1.1 实验试剂
• §3.1.2 仪器与设备
• §3.2 实验方法
• §3.2.1 实验流程设计
• §3.2.2 树脂预处理
• §3.2.3 固定化脲酶催化尿素水解反应热焓的测定
• §3.2.4 重金属富集及其对固定化脲酶催化水解反应焓影响的测定
• §3.2.5 实验数据处理
• §3.3 实验结果与分析
• §3.3.1 重金属离子进样顺序对脲酶催化反应的影响
• §3.3.2 进样流速对重金属离子抑制脲酶催化反应的影响
• §3.3.3 树脂颗粒粒径对重金属离子抑制脲酶催化反应的影响
• §3.3.4 脲酶固定化进样量的优化
• §3.3.5 重金属离子进样量的优化
• §3.3.6 不同重金属离子富集及其对脲酶催化反应的影响
• §3.4 本章小结
• 第四章 微小型量热式生物反应器基础传热参数的研究
• §4.1 实验装置和方法
• §4.1.1 实验装置系统
• §4.1.2 固定床填充材料
• §4.1.3 传感器标定
• §4.1.4 实验方法
• §4.2 实验结果与分析
• §4.2.1 固定床温度分布
• §4.2.2 有效传热参数分析
• §4.3 本章小结
• 第五章 结论和展望
• §5.1 结论
• §5.2 展望与建议
• 参考文献
• 在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果
• 致谢