环境中微囊藻毒素的检测、提纯及其紫外光助催化降解的研究

论文摘要

随着水体富营养化的日益加剧,蓝藻水华爆发带来的微囊藻毒素污染成为一个全球关注的环境问题。微囊藻毒素MCs是由蓝藻所产生的一种具有强烈致癌作用的肝毒素,其分子结构复杂、种类繁多,以痕量形式稳定地存在于各类富营养化的天然水体中,传统的处理工艺难以有效祛除,这对人类健康构成了极大的潜在威胁。目前迫切要求对MCs进行快速定性、定量分析的同时,也需要大量MCs纯品作为试验材料进行深入研究,以便寻找一种稳定高效的方法降解祛除饮用源水中的MCs。本论文围绕着MCs的分离检测、纯化制备以及UVA光助高级氧化方法（AOP）降解这几个主题,以太湖梅梁湾采集的样品为对象开展了一系列研究工作。具体包括以下内容:优化建立了基于固相萃取（SPE）-高效液相色谱（HPLC）和商品化的ELISA试剂盒的两种途径检测水样中痕量MCs的方法。通过对样品预处理中小柱、淋洗、洗脱、浓缩定容等关键环节的单因素考察,确立的SPE方法能够高效稳定地将水样中MCs浓缩富集1000倍;洗脱液采用配有DAD检测器的HPLC仪器,以含有三氟乙酸（TFA）的甲醇溶液等度洗脱方式进行MCs检测,SPE–HPLC方法不但可以定性不同种类的MCs,而且可以进行准确定量检测。结果同ELISA方法进行了比较验证。采用这两种方法对夏季太湖梅梁湾的水样进行了检测,结果表明水中主要含有的微囊藻毒素为MC-RR和MC-LR,其中MC-RR含量更高,在峰值9月份两种MCs浓度都已经超过了有关标准,需要采取措施控制。在室温条件下采用60%的甲醇结合藻细胞超声粉碎方法从水华藻浆中提取了MCs,毒素浓度较高而杂质含量较低,调节pH值使残余色素蛋白变性析出得以分离。在SPE-HPLC仪器上进行了提取MCs分离条件的优化,并运用LC-ESI/MS设备进一步确认鉴定毒素类型,结果表明MC-RR、MC-YR和MC-LR这几种藻毒素是太湖水华藻样中主要的MCs类型,还包括一种去甲基化的MC-RR和一种未见报道的MCs;同样以此提取液为对象,在Flash色谱和制备型HPLC仪器上进行了MCs放大制备试验,在流动相比例为甲醇/水=55/45,流速选定为10mL/min,进样量为400μL的最佳条件下,同时分离、纯化制得约0.1mg纯净MC-RR和MC-LR单体。不同光照条件下考察了Fenton试剂和Fenton体系对高低不同浓度的提取MC-LR的降解情况,并采用甲基紫褪色光度法对过程中产生的羟自由基进行间接测量,探讨了这些过程中藻毒素降解的机理。结果表明Fenton体系可以部分降解MC-LR,降解速率和程度与Fenton试剂用量成正比,基本遵循羟自由基氧化进攻的机理;在低强度辐照UVA光照下,Fe3+和Fe2+能够有效降解MC-LR,前者更为显著,但过程中的羟自由基产量和毒素降解率的正相关性降低,Fe（OH）2+络合物产生光生羟自由基是导致毒素降解主要的引发剂;UVA-Fenton体系中二者的协同效应加速了体系中Fe2+/Fe3+的循环,极大提高了羟自由基产量,使MC-LR降解速率大于Fenton和Fe3+(Fe2+)/UVA体系中降解速率之和;广谱的太阳光参与的Fe2+(Fe3+)体系和Fenton体系降解MC-LR比UVA更为高效;在采用太阳光照射和模拟天然水中的浓度和

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 富营养化水体中水华污染现状与危害
• 1.1.1 蓝藻毒素的概述
• 1.1.2 微囊藻毒素MCs 的结构
• 1.1.3 微囊藻毒素MCs 的理化性质
• 1.1.4 微囊藻毒素MCs 的产生
• 1.1.5 微囊藻毒素MCs 在水体中的分布
• 1.1.6 微囊藻毒素MCs 在水体中的变迁
• 1.1.7 微囊藻毒素MCs 的毒性机理和危害
• 1.1.7.1 微囊藻毒素MCs 的毒性机理
• 1.1.7.2 微囊藻毒素MCs 对人类健康的危害
• 1.1.8 微囊藻毒素MCs 污染的控制与去除
• 1.1.8.1 微囊藻毒素MCs 控制标准
• 1.1.8.2 微囊藻毒素MCs 的去除
• 1.2 高级氧化方法概述
• 1.2.1 纳米半导体光催化技术
• 2 光催化原理'>1.2.1.1 纳米TiO₂光催化原理
• 2 光催化技术的应用领域'>1.2.1.2 纳米TiO₂光催化技术的应用领域
• 2 光催化技术的局限与发展'>1.2.1.3 纳米TiO₂光催化技术的局限与发展
• 1.2.2 Fenton 氧化反应
• 1.2.2.1.F enton 试剂
• 1.2.2.2.F enton 反应机理的研究
• 1.2.2.3.F enton 氧化技术的局限与发展
• 1.3 立题背景和意义
• 1.4 本课题的研究内容
• 参考文献
• 第二章 水中痕量微囊藻毒素 MCs 的检测
• 2.1 本文建立的微囊藻毒素分析方法
• 2.2 HPLC 检测MCs 试验
• 2.2.1 环境水样采集与前处理
• 2.2.2 实验材料和仪器
• 2.2.3 高效液相色谱分析
• 2.2.4 色谱条件优化
• 2.2.4.1 色谱柱的选择
• 2.2.4.2 流动相的选择
• 2.2.5 线性范围和检测限
• 2.2.6 样品预处理的优化
• 2.2.6.1 淋洗步骤的优化
• 2.2.6.2 洗脱步骤的优化
• 2.2.6.3 浓缩定容过程优化
• 2.2.6.4 固相萃取柱的选择
• 2.2.7 HPLC 在不同水体条件下的检测
• 2.3 ELISA 试剂盒检测MCs 试验
• 2.3.1 实验材料和仪器
• 2.3.2 ELISA 检测MCs 原理
• 2.3.3 检测程序
• 2.3.4 标准曲线
• 2.3.5 加标回收试验
• 2.4 实际水样的检测结果
• 2.5 问题讨论
• 2.5.1 HPLC 检测方法
• 2.5.2 ELISA 检测方法
• 2.5.3 太湖水样检测结果
• 2.6 本章小结
• 2.6.1 SPE 预处理过程以及HPLC 条件
• 2.6.2 ELISA 方法对MCs 的检测
• 2.6.3 两种方法检测分析了天然水体中痕量MCs 以及结果比较
• 参考文献
• 第三章 微囊藻毒素 MCs 的分离、鉴别和纯化
• 3.1 藻毒素的初步分离
• 3.1.1 实验材料和仪器
• 3.1.2 藻毒素的提取
• 3.1.3 分离纯化
• 3.1.4 HPLC 分析
• 3.1.5 结果与讨论
• 3.2 太湖藻样中藻毒素的分离与鉴定
• 3.2.1 仪器与试剂
• 3.2.2 藻浆样品采集与藻种鉴定
• 3.2.3 样品预处理
• 3.2.4 MCs 纯化和富集
• 3.2.5 仪器条件
• 3.2.6 结果与讨论
• 3.2.6.1 萃取剂的选择
• 3.2.6.2 粗提液中蛋白质的净化处理
• 3.2.6.3 淋洗液的选择
• 3.2.6.4 洗脱液的选择以及洗脱方案的选择
• 3.2.6.5 提取温度和时间对提取率的影响
• 3.2.6.6 HPLC 对收集液的检测结果
• 3.2.6.7 LC-ESI/MS 系统对收集液的检测结果
• 3.3 太湖藻样中MC-RR 和MC-LR 的制备
• 3.3.1 仪器及试剂
• 3.3.2 微囊藻毒素MCs 的分离制备
• 3.3.2.1 Flash 色谱预纯化
• 3.3.2.2 制备HPLC 分离纯化
• 3.3.2.3 制备藻毒素的检测
• 3.3.3 结果及讨论
• 3.3.3.1 淋洗液和洗脱液的检测结果
• 3.3.3.2 制备样品的检验
• 3.3.3.3 讨论
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 Fenton 与光-Fenton 反应降解微囊藻毒素 MC-LR
• 4.1 高浓度MC-LR 降解实验
• 4.1.1 材料
• 4.1.2 试验方法
• 4.1.2.1 Fenton 体系确定
• 4.1.2.2 不同体系降解MC-LR 试验
• 4.1.2.3 检测
• 4.1.3 结果与讨论
• 4.1.3.1 Fenton 体系的最佳配比确定
• 4.1.3.2 无光照条件下单独的Fenton 试剂降解
• 4.1.3.3 无光照条件下Fenton 体系降解
• 4.1.3.4 UVA 光照条件下单独的Fenton 试剂降解
• 4.1.3.5 UVA-Fenton 体系降解
• 4.1.3.6 阳光和可见光源体系降解
• 4.2 低浓度MC-LR 降解试验
• 4.2.1 实验方法
• 4.2.2 结果与讨论
• 4.3 本章小结
• 参考文献
• 2膜对水中微量微囊藻毒素的光催化降解'>第五章 纳米 TiO₂膜对水中微量微囊藻毒素的光催化降解
• 5.1 实验
• 5.1.1 材料
• 2 薄膜的制备'>5.1.2 纳米TiO₂薄膜的制备
• 5.1.3 试样的表征
• 5.1.4 光催化降解
• 5.1.5 检测分析
• 5.2 结果与讨论
• 2 催化剂的表征'>5.2.1 TiO₂催化剂的表征
• 5.2.2 光催化对比试验
• 5.2.3 pH 值对降解的影响
• 5.2.4 动力学研究
• 5.2.5 辐照强度的影响和表观量子效率（Φapp）的估算
• 5.2.6 光催化降解MC-LR 过程的产物分析
• 5.3 结论
• 参考文献
• 第六章 结论
• 附录：部分色谱图
• 博士研究生期间发表的论文
• 致谢