单室MFC型生物毒性传感器对重金属离子的检测研究

武汉工业学院毕业论文论文题目：重金属对微生物毒性效应研究姓名学号院系化学与环境工程学院专业环境工程指导教师2010年5月15日目录中文摘要 (Ⅰ)英文摘要 (Ⅱ)1.前言 (1)1.1 重金属对微生物毒性研究现状 (1)1.2 本实验研究的目的和意义 (3)2．大肠杆菌、荧光假单胞菌和枯草芽孢杆菌的简介 (4)2.1 大肠杆菌的简介 (4)2.2 荧光假单胞菌的简介 (4)2.3 枯草芽孢杆菌的简介 (5)3．汞，铬，镉，铅对大肠杆菌，荧光假单胞菌，枯草芽孢杆菌毒性的实验研究 (7)3.1 细菌在重金属污染下存活数量 (7)3.1.1 实验材料和仪器 (7)3.1.2 实验步骤 (7)3.1.3 结果与分析 (7)3.2 细菌在受到重金属污染后在细胞水平上的研究 (9)3.2.1实验材料和仪器 (9)3.2.2 实验步骤 (9)3.2.3 结果与分析 (10)3.3 单细胞凝胶实验 (12)3.3.1 实验材料和仪器 (12)3.3.2 实验步骤 (12)3.3.3 结果与分析 (13)4．微生物和重金属相互作用的应用范围及发展前景 (15)4.1 微生物和重金属相互作用的应用范围 (15)4.1.1 重金属污染的微生物学评价 (15)4.1.2 微生物在环境保护中的应用 (15)4.2 重金属和微生物相互作用的发展前景...................．16 谢辞 (17)参考文献 (18)摘要微生物不仅种类繁多，数量极大，分布广泛，而且具有繁殖迅速，个体微小，比表面积大，对环境适应能力强等特点，因而成为人类最宝贵、最具开发潜力的资源库之一。

作为分解者，微生物在地球生态系统的物质循环过程中起着“天然环境卫士”的作用。

众所周知，重金属不能被微生物降解并且对它们有毒害作用，本次实验是以四种常见的重金属离子+2H g、+6Cd、+2P b对大肠杆菌、荧光假单Cr、+2胞菌、枯草芽孢杆菌三种细菌生长过程的毒性研究。

生物体内重金属离子的转运和代谢研究重金属离子是指比较密度大、化学性质稳定的金属离子，其中包括铅、镉、汞等。

这些物质对人体健康有着严重损害，因为它们可以对细胞和组织造成氧化损伤和毒性影响。

在生物学中，转运和代谢是关键过程，它们对这些有害物质的内在处理和除去具有重要的意义。

本文将重点探讨生物体内重金属离子的转运和代谢研究。

1. 转运过程细胞膜是一层复杂的结构，它由磷脂双层和许多蛋白质组成。

这里有一些与重金属离子共存的转运蛋白，它们可将这些物质从细胞内部向外运输，或在细胞内排泄它们。

这些蛋白能够识别重金属离子并与其结合，从而调控其通过细胞膜的通道和转运蛋白的转运。

转运蛋白在体内起到重要的保护和去除作用，因为它们可以帮助人体从食品和饮用水中排出重金属离子，降低其在体内的毒性。

2. 代谢过程在生物体内，重金属离子通常与其他物质结合进入细胞中，如蛋白、核酸、酶等，这些物质参与基础代谢，如氧化还原、酸碱平衡和能量转化等过程。

一小部分重金属离子可以通过酯化、甲基化、还原等化学反应，发生代谢转化，并被转化为无害化合物。

一些分泌酸和内生性螯合剂也能够使重金属离子以无害形式排出体外。

在代谢和排泄过程中，中心作用的是肝脏。

肝脏是对重金属离子进行代谢和排泄的主要器官。

肝细胞中的代谢酶可以催化重金属离子的代谢转化过程，如细胞色素P450酶、硫化酶等，这些酶可以代谢化合物，并促进其在体内转化为无害化合物。

此外，胆管和肾脏也可以帮助人体有效地排除重金属离子。

3. 对策重金属离子在人体内的持续存在和聚集，会导致多种负面影响，如氧化应激、细胞毒性和免疫损伤等。

因此，生物制药和环境保护已经开始注重研究重金属离子的转运和代谢过程，以促进人体内这些有害物质的清除。

在预防和治疗重金属中毒的方法中，控制暴露这些有害物质的途径是非常重要的。

例如，使用无铅水管、避免长时间处于某些工业环境和减少人工添加重金属的食品和药品的摄入，都是降低重金属离子暴露的有效措施。

生物化学研究中的电化学检测技术在生物化学研究中，电化学检测技术已经成为一种不可或缺的手段。

电化学检测技术的优点在于其灵敏度高，重现性好，且操作简便。

本文将从电化学检测技术的原理入手，介绍其在生物化学研究中的应用。

一、电化学检测技术的原理电化学检测技术是通过电化学反应来检测分析物的一种方法。

其中，电化学反应涉及到电荷转移和电子转移，可分为氧化还原反应和非氧化还原反应。

在氧化还原反应中，分析物在电极表面发生氧化还原反应，通过电流信号来检测分析物的浓度。

而在非氧化还原反应中，分析物与电极表面发生吸附作用，通过差分电流信号来检测分析物的浓度。

二、电化学检测技术在生物化学研究中的应用1. 重金属离子检测重金属离子对生物体有毒性，因此在生物样品中的含量具有很重要的意义。

电化学检测技术可以通过测量反应电位和电流强度，来测定重金属离子的种类和含量。

例如，利用阳极溶出电池，可以检测水样中的铜、铅、镉等离子的含量。

2. 生物分子检测利用电化学检测技术，研究人员可以检测生物分子的含量和性质，例如蛋白质、DNA、RNA等。

通常会将生物分子与电极表面进行修饰，使其与电极表面有相互作用，以便进行检测。

例如，将DNA固定在电极表面上，可以实现单核苷酸的检测。

3. 生物燃料电池生物燃料电池是一种微型燃料电池，通过微生物代谢活动产生的电子来发电，可以实现长时间和稳定的电能输出。

电化学检测技术在生物燃料电池中起到了重要的作用。

例如，通过燃料电池的输出电流来测量微生物代谢活动的速率，从而了解微生物在不同条件下的代谢特性。

4. 药物检测电化学检测技术还可以用于检测药物含量和药物代谢产物。

例如，通过将药物分子修饰在电极表面上，可以实现对药物分子的快速检测。

而将药物代谢产物与电极表面进行修饰，则可以重建药物代谢途径，从而深入研究药物在体内的代谢动力学过程。

总之，电化学检测技术在生物化学研究中具有广泛的应用。

随着技术的不断发展和创新，其应用领域也会不断拓展，并为我们带来更多的科研成果和技术进展。

一种检测重金属毒性的光纤传感器系统的研究
张理兵;于海;刘敬彪
【期刊名称】《杭州电子科技大学学报》
【年(卷),期】2007(027)001
【摘要】该研究以明亮发光杆菌作为指示物,将固定化技术、生物传感器技术与发光细菌毒性测试技术有机结合起来,建立一种快速、灵敏、简便的检测环境污染物急性毒性的生物传感器.分析了Zn2+毒性作用的动力学过程,并测出了Zn2+的剂量-效应曲线.实验表明,该传感器与传统实验方法具有很好的相关性.传感器系统采用光纤作为发光菌信号传导介质,使传感器与后面的集成光学检测分析系统相分离,便于现场应用.
【总页数】4页(P9-12)
【作者】张理兵;于海;刘敬彪
【作者单位】杭州电子科技大学电子信息学院,浙江,杭州,310018;浙江清华长三角研究院,浙江,嘉兴,314050;杭州电子科技大学电子信息学院,浙江,杭州,310018【正文语种】中文
【中图分类】TP212.3
【相关文献】
1.液位检测光纤传感器系统设计 [J], 王箭;肖韶荣
2.重金属对发光海藻Pyrocystis lunula的毒性研究——一种新型的快速生物毒性测试方法QWikLite [J], 冯鸣凤;朱琳;陈中智
3.面向直驱式风力发电机气隙检测用光纤传感器系统设计 [J], 徐志豪; 张小栋; 熊逸伟; 赵震; 朱家浩
4.分布光纤喇曼光子传感器系统的一种解调方法 [J], 张在宣;沈为民;郭宁;吴孝彪;余向东
5.一种新型光纤光栅F-P电流传感器系统 [J], 陈超;周王民;张浩;许猛;张晓娟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

生物炭吸附重金属离子的研究进展一、本文概述随着工业化和城市化的快速发展，重金属污染问题日益严重，对人类健康和生态环境构成了严重威胁。

重金属离子具有生物毒性、持久性和难以降解等特点，其在水体、土壤和大气中的累积会对生态系统产生长期的负面影响。

因此，开发高效的重金属离子去除技术成为了当前环境保护领域的研究热点。

生物炭作为一种新兴的吸附材料，因其独特的物理化学性质，如高比表面积、丰富的官能团和良好的生物相容性等，在重金属离子吸附领域展现出了巨大的应用潜力。

本文旨在对生物炭吸附重金属离子的研究进展进行综述，以期为相关领域的研究提供有益的参考和启示。

本文首先介绍了重金属离子污染的现状及危害，阐述了生物炭的来源、制备方法和表征手段。

随后，重点综述了生物炭吸附重金属离子的机理、影响因素和吸附性能评价方法。

本文还讨论了生物炭在实际应用中的优缺点及改进策略，并展望了生物炭在重金属离子吸附领域的未来发展方向。

通过对相关文献的梳理和评价，本文旨在为相关领域的研究者提供全面的信息参考，推动生物炭在重金属离子吸附领域的应用和发展。

二、生物炭的制备与表征生物炭的制备是吸附重金属离子应用中的关键步骤，其过程涉及生物质原料的选择、热解条件的优化以及炭化产物的后处理。

常用的生物质原料包括农林废弃物、水生生物以及城市有机废弃物等，这些原料具有来源广泛、可再生、环境友好等特点。

热解条件如温度、气氛和升温速率等，对生物炭的理化性质如比表面积、孔结构、表面官能团等具有显著影响。

生物炭的表征是评估其吸附性能的基础。

常用的表征手段包括扫描电子显微镜（SEM）观察其表面形貌，透射电子显微镜（TEM）分析其内部结构，比表面积和孔径分布测定仪（BET）测定其比表面积和孔结构，以及傅里叶变换红外光谱（FTIR）和射线光电子能谱（PS）分析其表面官能团和化学元素组成。

这些表征手段有助于深入了解生物炭的结构和性质，从而指导其在实际应用中的优化。

近年来，随着制备技术的不断创新和表征手段的日益完善，生物炭的制备与表征研究取得了显著进展。

重金属离子的化学检测在当今的环境和工业领域，重金属离子的检测至关重要。

重金属离子具有毒性，即使在低浓度下也可能对生态系统和人类健康造成严重威胁。

因此，准确、灵敏地检测重金属离子对于环境保护、食品安全、医疗诊断等众多领域都具有极其重要的意义。

常见的重金属离子包括汞（Hg）、铅（Pb）、镉（Cd）、铬（Cr）、砷（As）等。

这些离子可以通过多种途径进入环境和生物体，例如工业废水排放、采矿活动、农药使用以及汽车尾气等。

一旦进入人体，它们可能会累积在器官和组织中，导致各种疾病，如神经系统损伤、肾脏功能障碍、癌症等。

化学检测方法是检测重金属离子的重要手段之一。

原子吸收光谱法（AAS）是一种广泛应用的技术。

它基于物质对特定波长光的吸收来定量分析元素的含量。

在检测重金属离子时，将样品原子化，然后用特定波长的光线照射，测量光的吸收程度，从而确定重金属离子的浓度。

这种方法具有较高的灵敏度和准确性，但仪器设备相对昂贵。

另一种常用的方法是原子荧光光谱法（AFS）。

它利用原子在特定条件下发射荧光的特性来检测重金属离子。

当原子吸收特定能量后，会从激发态回到基态，并发射出荧光。

通过测量荧光的强度，可以确定重金属离子的含量。

AFS 具有灵敏度高、选择性好等优点，尤其适用于砷、汞等元素的检测。

分光光度法也是常见的检测手段之一。

该方法基于重金属离子与特定试剂发生显色反应，形成有色化合物，然后通过测量溶液的吸光度来确定重金属离子的浓度。

例如，二苯碳酰二肼与六价铬反应生成紫红色络合物，可用于铬的检测。

分光光度法操作简单、成本较低，但相对来说灵敏度和选择性可能不如前面提到的两种方法。

电化学分析法在重金属离子检测中也发挥着重要作用。

其中，阳极溶出伏安法是一种常用的电化学分析技术。

将工作电极置于含有待测重金属离子的溶液中，先进行预电解，使重金属离子在电极表面还原沉积。

然后，施加反向电压，使沉积的金属重新氧化溶出，记录电流电压曲线，根据峰电流的大小来确定重金属离子的浓度。

用于重金属检测的纳米传感器的构建与应用纳米技术自诞生以来，已经广泛应用于各种领域，包括传感器技术。

在这个时代，越来越多的人开始意识到环境保护的重要性。

而为了确保健康的人类生存环境，我们需要开发新的方法来检测和控制环境中的重金属元素，这是非常关键的。

在这方面，纳米技术的应用已经显示出了巨大的潜力。

本文将探讨纳米传感器在提高重金属元素检测的精度和效率方面的应用。

一. 纳米传感器的构建纳米传感器是一种非常重要的纳米技术应用，它可以用于环境和生物领域的检测和探索。

通常，它由一个或多个纳米颗粒构成。

纳米传感器的构建需要使用现代化的纳米技术，包括材料分析，粒子合成和表面修饰等。

使用这些技术，我们可以制造出高度灵敏和高度选择性的纳米传感器。

对于重金属元素的检测，纳米传感器使用的方法通常是通过某种反应机制来检测金属离子的存在。

这个反应可能是电化学反应，荧光反应或吸附反应，等等。

重金属离子会在纳米传感器的表面或内部与特定的反应物产生反应，这个反应会改变电子，荧光或电压信号等，然后将这些变化转化为数值。

纳米传感器的构建需要选择一个合适的反应机制，这个反应机制必须可靠、高效、稳定。

二. 纳米传感器的应用纳米传感器已经被成功应用于许多领域，包括环境监测，生物医学和食品安全等。

在重金属元素的检测方面，纳米传感器的应用已经得到了大力的推广和使用。

由于纳米传感器的高度灵敏度和选择性，它们被认为是最有效和最创新的解决方案之一。

在环境监测方面，纳米传感器已经被广泛应用于水和大气领域的检测。

一些纳米传感器已被成功地用于地下水中铅和汞等有毒金属的检测。

这些传感器可以快速准确地检测出毒性金属离子及其存在浓度，并为相关部门提供及时的预警。

这对于环保部门来说是一个十分有利的手段。

在生物领域，纳米传感器的应用涉及到重金属的检测和治疗。

已知，重金属离子在人体内会对健康产生一定的影响。

如果重金属含量过高，就会对人体造成不同程度的损害。

因此，对于这些重金属的检测和控制具有重要的意义。

基于电化学分析的重金属离子检测研究随着环境问题的不断加剧，重金属污染的问题也逐渐成为人们关注的焦点。

重金属离子是指密度大于5g/cm³的金属元素，它们对环境、生态和人类健康造成的危害不容忽视。

因此，针对重金属离子的快速、准确检测已经成为当今环境科学中的一个重要课题。

目前，常用的重金属离子检测方法包括原子吸收光谱、电感耦合等离子体质谱、荧光光谱、电化学分析等方法。

其中，基于电化学分析的重金属离子检测方法具有成本低、灵敏度高、选择性好等优点，在实际应用中得到了广泛的推广和应用。

电化学传感器的工作原理是通过电极与被测样品接触，产生氧化还原反应，产生电流变化，从而实现对重金属离子浓度的检测。

根据电化学传感器测量过程中所涉及的化学反应类型和测量参数，可将其分为电动势型、电容型和电流型三种类型。

电动势型电化学传感器的测量原理基于电化学电势的变化。

当金属离子在电极表面发生氧化还原反应时，会产生一定的电势差，通过测量这个电势差可以计算出样品中重金属离子的浓度。

电容型电化学传感器是利用电荷与电位之间的关系进行测量。

当重金属离子进入电极/电容器时，电荷随之改变，从而影响电容的大小。

因此，通过测量电容的变化可以间接地计算出重金属离子浓度。

电流型电化学传感器是一种获得电流输出的传感器，当重金属离子与电极接触时，会发生氧化还原反应，从而产生电流变化，通过测量电流的变化可以计算出重金属离子浓度。

电化学传感器在重金属离子检测中具有操作简便、高灵敏度、高选择性等特点，但在实际应用中面临的挑战也不容忽视。

电化学传感器容易受到环境温度、天气、光照等外界因素的干扰，对于特定重金属离子的检测需要选用特殊电极和电解液，这增加了生产成本和使用难度。

总之，基于电化学分析的重金属离子检测方法优越性明显，研究者们正在开发和改进各种电化学传感器，以提高其检测准确度和稳定性。

相信随着科学技术的不断进步和发展，电化学传感器将在重金属离子检测领域发挥更大的作用。

利用微生物技术治理重金属污染研究随着现代工业生产的不断发展，大量的有害物质被排放到环境中，其中最严重的就是重金属污染，这种污染对人类健康和环境产生了严重的影响。

为了减轻这种污染对环境的影响，研究人员开始研究利用微生物技术治理重金属污染的方法。

一、重金属污染的危害重金属是指相对密度大于4.5的金属元素，它们具有极强的毒性和生物蓄积性，在环境中累积的速度很慢，能够长期的残留在大气、水体和土壤中。

当人们吸入或食入含有重金属的物质时，会将这些物质残留在体内，随着时间的推移，可能会导致慢性中毒。

重金属污染还能够对土壤和水体的质量产生严重的影响，导致环境的恶化。

二、利用微生物技术治理重金属污染的原理微生物技术是一种新型的污染治理方法，它利用微生物能力消化各种有机和无机物质的特点来处理污染物质。

在治理重金属污染中，微生物技术主要通过以下几种方式：1.菌种降解法。

将适应重金属环境的微生物培养出来，并放入含有重金属的环境中，通过微生物代谢的作用来分解重金属离子，从而减少其毒性。

2.重金属还原法。

利用厌氧微生物的代谢作用，将重金属离子还原为较不活泼的元素状态，如将铬离子还原为铬酸盐。

3.重金属吸附法。

将适合生长的微生物细胞放置于含有重金属的环境中，通过微生物细胞表面的吸附物质吸附重金属离子，在一定条件下可以达到去除重金属的效果。

三、微生物荧光法治理重金属污染的应用微生物荧光法是一种新型的治理重金属污染的方法，它通过将一种发光的微生物与含有重金属的土壤接触，借助发光效应来检测重金属及其污染程度。

荧光生物传感器的原理很简单，它将一种荧光蛋白与含有重金属离子的化合物接触，当这种离子进入生物体之后就会发生化学反应，从而激发荧光蛋白的发光效应。

使用微生物荧光法治理重金属污染有以下几个优点：1.荧光生物传感器是一个有效的在线检测方法，只需要将荧光生物传感器添加到含有重金属离子的样品中，就可以实时检测含重金属离子的浓度，而且检测结果准确性高。

重金属对生物体的毒性效应研究重金属是指密度大于5克/厘米的金属元素，这类元素具有高度的毒性，尤其是对于生物体的毒性效应。

当人们和生物接触到重金属污染环境时，会对其健康和生命造成严重的威胁。

本文将从对重金属的定义入手，以及重金属污染的来源、治理以及对生物体的毒性效应研究等方面进行探讨。

一、重金属的定义重金属是指密度大于5克/厘米的金属元素，大多数的重金属是有害的，因为它们无法被微生物分解，也很难从环境中去除。

此外，人们常见的重金属有铅、镉、汞、铬、锌等，这些金属对于人体和生物来说都有不同程度的毒性。

二、重金属污染的来源重金属在环境中的来源主要包括天然源和人为源两种。

天然源主要指由于地质作用，如火山喷发、岩石侵蚀等所释放的重金属，而人为源主要包括工业、农业等领域的生产和排放，其中一些工业和农业活动使用了含有重金属的化学品，使重金属排放进入环境中。

随着人类经济水平的提高，各种化工、冶金、矿产等工业快速发展，大量重金属物质排放入环境中成为一个不容忽视的问题。

此外，某些生活用品中也含有重金属，如大量使用的水银体温计和含铅颜料等，都是污染环境的主要原因之一。

三、重金属污染的治理重金属是一种顽固性污染物，难以彻底去除。

然而，治理治理重金属污染的手段侧重于控制源头和清除污染物。

以下是一些有效的治理措施：1.控制源头，减少污染物的生成与排放量；2.强制企业遵守国家的污染物排放标准，对违规行为进行严惩；3.建设资源化的垃圾处理厂，实行分类回收和利用；4.加强环境监察和管理，切实保护生态环境；5.研发新技术，高效清除重金属污染物。

四、重金属对生物体的毒性效应研究重金属在环境中的含量不断增加，对人类和动物产生了巨大的健康和生命危害。

长期接触重金属物质，会在人体内积累，导致中毒现象，如消化系统出现胃肠道症状、神经系统中毒等。

此外，重金属还会对动物和植物产生毒性效应，一方面对其生长发育产生影响，另一方面会影响其生态系统的平衡和稳定。

生物炭吸附废水中重金属离子的研究进展生物炭吸附废水中重金属离子的研究进展一、引言随着工业化的发展和人口的增加，废水中的重金属离子污染成为环境保护领域面临的重要问题。

重金属离子对人体和环境具有严重的毒性和污染性，因此如何有效地去除废水中的重金属离子，成为了研究的热点和难点。

近年来，生物炭作为一种新兴的吸附材料，展现出了极大的潜力。

本文对生物炭吸附废水中重金属离子的研究进展进行了全面的总结和分析。

二、生物炭的制备及性质生物炭是一种由有机质经过热解和炭化得到的炭质物质。

制备生物炭的原料多种多样，可以利用农作物秸秆、动植物残渣和一些有机废弃物等进行制备。

生物炭具有高比表面积、多孔性、电阻性和表面活性等特点，使其具有良好的吸附性能。

三、生物炭吸附重金属离子的机制生物炭吸附重金属离子的机制主要包括化学吸附和物理吸附两种。

化学吸附是指重金属离子与生物炭表面功能基团之间发生键结合，比较常见的功能基团有羟基、羧基和胺基。

物理吸附是指重金属离子通过范德华力、静电作用和疏水作用等相互作用与生物炭表面发生吸附。

生物炭的多孔结构和高比表面积为吸附提供了更多的吸附位点，增强了其对重金属离子的吸附能力。

四、生物炭吸附重金属离子的影响因素生物炭吸附重金属离子的效果受多种因素的影响，包括生物炭的制备条件、重金属离子的性质、废水的pH值和温度等。

生物炭的制备条件包括炭化温度、炭化时间和炭化助剂等，这些因素会影响生物炭的孔隙结构和表面化学性质，从而影响吸附效果。

重金属离子的性质主要包括离子的价态、半径和电荷等。

废水的pH值会影响重金属离子的溶解度和生物炭表面的电荷情况，进而影响吸附效果。

温度对吸附过程的速率和平衡吸附量均有影响。

五、生物炭吸附重金属离子的应用生物炭吸附重金属离子在废水处理和环境修复等领域得到了广泛应用。

它可以有效去除废水中的重金属离子，达到环境排放标准。

此外，生物炭还可以应用于土壤修复和植物生长调控等领域，促进土壤肥力的提高和植物的健康生长。