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红外光谱分析的基本原理与红外光谱分析方法
      
  一、吸附铅及吸附-浮选铅后微生物的红外光谱分析
  由三种吸附剂苦味诺卡菌、草分枝杆菌、胶质芽孢杆菌吸附铅后的红外光谱可以看出,苦味诺卡菌吸附铅后,红外谱图中一NH-的伸缩振动吸收峰变强,并且向高波数漂移至3300cm-1,吸附后的微生物表面酰胺(Ⅰ)峰也移至1655cm-1处,表明Pb2+与细胞表面的酰胺基(-NH-C-CH3)及羰基(-C-)有作用,这可能是因为细胞表的氨基、乙酰胺基和酰胺基中的N原子提供的孤对电子与有空轨道的铅配位所致。国外研究也证明,在氨基酸和的金属络合物中存在鳌合键,N一金属配位键的形成可改变N一键的极性引起振动频率和吸收强度的变化;另外,1536cm-1处的酞胺(Ⅱ=)弯曲振动峰也移到1540cm-1处,而1073cm-1糖环中一OH的伸缩振动仅有微小变化(1070cm-1)。草分枝杆菌吸附铅后没有发生较大变化。
  可以看出,吸附铅后,胶质芽孢杆菌的红外光谱图发生很大的变化。其中,-OH伸缩振动强度明显增强,且振动峰强由3440cm-1移到3433cm-1;2967cm-1的一CH2一由于附近处C==O的影响而移至2956cm-1;而1648cm-1由于对Pb2+的还原作用而漂移到1655cm-1处;在糖环中1080cm-1处的一C一O一振动减弱,进而影响到糖环中一C一O振动向低波数移了18cm-1由1080cm-1漂移至(1062cm-1)。可见,含有COO-、-OH、C==O的糖影响了金属阳离子的键合,发生了络合或氧化还原作用。
  二、吸附锡及吸附-浮选锡后微生物的红外光谱分析
  沟戈登菌吸附镐后及吸附镐后经二正丁胺浮选的沟戈登氏菌的红外光谱可以看出,沟戈登菌吸附福前后,在整个波数范围内,峰形、峰位均发生变化,3448.39cm-1漂移至3444.24cm-1吸收形变强,2971.43cm1漂移至2958.99cm-1,2921.66c-1漂移至2929.95cm-1,1544.7cm-1漂移至1540.55cm-1,1457.6cm-1漂移至1453.46cm-1,1407.83cm-1漂移至1403.69cm-1,1324.88cm-1漂移至1320.74cm-1,1237.79cm-1漂移至1241.94cm-1,1076.04cm-1漂移至1080.18cm-1。羟基、酰胺基、硝基、羧基及巯基均有明显变化,这可能是因为细胞表面蛋白质、多糖等物质中这些官能团中的C、N、S、O等原子提供的孤对电子与有空轨道的镉离子配位,发生了化学络合作用,改变了基团的极性。
  -CH2、-OH等基团的变化表明有氢键和弱的分子间作用力产生。可以看出,沟戈登菌吸附-浮选镉前后,3448.39cm-1的一NH2缔合一OH峰向低波数漂移20cm-1,且峰形变小,表明一OH和一NH2在吸附过程中起主要作用;烃基峰2971.43cm-1、2921.66cm-1、1457.60cm-1分别向低、高、高波数漂移4cm-1,表明有氢键和弱的分子间作用力产生;1644.24cm-1酰胺峰向低波数漂移4cm-1,说明酰胺基团参与了细胞对镉的吸附过程,原因是二正丁胺中的氨参与了吸附过程;1237.79cm-1的峰位向高波数漂移4cm-1,说明菌细胞的含磷基团也参与了对镉的吸附过程。
  胶质芽孢杆菌吸附镉后及吸附镉后经二正丁胺浮选的胶质芽孢杆菌的红外光谱可以看出,胶质芽孢杆菌吸附镉前后,部分峰形、峰位发生变化。3440.09cm-1的一NH2和缔合一OH峰向低波数漂移至3435.94cm-1,且峰形变宽,表明一NH2和一OH在吸附过程中起作用;1457.6cm-1的一CH2剪式振动吸收和一CH3反对称弯曲振动吸收重叠峰向低波数漂移至1461.75cm-1,表明有氢键和弱的分子间作用力产生;1233.64cm-1处的胺基C一N和P=O峰向高波数漂移至1246.08cm-1,说明C一N和P==O在细胞对镉的吸附过程中起主要作用;1080.18cm-1为多糖中C一O伸缩振动吸和S==O伸缩振动峰收峰向低波数漂移至1076.0lcm-1,说明菌细胞的C一O和S==O参与了对镉的吸附过程;532.72cm-1处的P==S、P一O(C)峰位变化较大,可能含P基团参与了吸附作用。
  胶质芽孢杆菌吸附镉,再用二正丁胺浮选后,峰3440.09cm-1、1544.70cm-1、1457.60cm-1、1080.18cm-1、532.72cm-1分别向低、高、高、低、高漂移25cm-1、4cm-1、4cm-1、4cm1、62cm-1说明对应的一NH2、一OH;一C==O一NH一;一CH3及一C一O一、一P==SP一O等基团在吸附-浮选中起作用,一NH2变化最明显,可能是由于浮选剂中胺基吸附于细胞上所致。
  枯草芽孢杆菌吸附镉后及吸附镉后经二正丁胺浮选的红外光谱可以看出,枯草芽孢杆菌吸附福前后,在整个波数范围内,峰形、峰位发生明显变化
  3440.09cm-1的一NH2和缔合一OH峰向低波数漂移29cm-1,且峰形变宽、变强,表明一NH2和一OH在吸附过程中起主要作用;烃基峰2963.13cm-1,2925.81cm-1向高波数漂移4cm-1和8cm-1,1457.6cm-1向低波数漂移6cm-1,表明有氢键和弱的分子间作用力产生;1648.39cm-1的酰胺峰向高波数漂移7cm-1,1544.7cm-1,1403.69cm-1的酰胺峰分别向低波数漂移9cm-1和4cm-1,说明酰胺基团和羧基参与了细胞对镉的吸附过程,但变化不如-OH明显;1071.89cm-1的峰位向低波数漂移7cm-1,说明菌细胞的多糖中的C一O和S==O也参与了对镉的吸附过程;523.32cm-1的P==S和P一O一(C)峰变化显著,含磷基团在吸附过程中起作用。
  枯草芽孢杆菌吸附一浮选镉前后,3440.09cm-1的一NH2和缔合一OH峰向高波数漂移12cm-1,且峰形变小,表明一OH和一NH2在吸附过程中起作用;烃基峰2963.13cm-1,2925.81cm-1均向高波数漂移4cm-1,且峰变强、峰形变宽,表明有氢键和弱的分子间作用力产生;1648.39cm-1和1544.7cm-1酰胺峰分别向低波数漂移8cm-1和llcm-1,1403.69cm-1的酰胺峰分别向高波数漂移4cm-1,说明酰胺基团参与了细胞对镉的吸附过程,且作用比吸附镉后明显,原因是二正丁胺中的氨也参与了吸附过程;1071.89cm-1的峰位向高波数漂移4cm-1,说明菌细胞的多糖中也参与了对镉的吸附过程。
  水洗工业废菌吸附电镀废水中镉后的红外光谱可以看出,水洗工业废菌吸附镉前后,部分峰形、峰位发生变化。3419.35cm-1的一NH2和缔合一OH峰向高波数漂移约4cm-1,且峰形变宽,1528.llcm-1的酰胺峰向高波数漂移约13cm-1,表明一NH2和一OH在吸附过程中起作用;烃基峰2929.95cm-1向高波数漂移4cm-1,1457.6cm-1向低滋数漂移4cm-1,表明有氢键和弱的分子间作用力产生;1047.00cm-1的处峰位向启波数漂移8cm-1,说明菌细胞的C一O和S==O参与了吸附过程。549.51cm-1配P==S,P一O峰位向高波数漂移16cm-1,说明菌细胞中含磷基团P==S,P一O在吸附中作用较大。基团P==S、P一O、N一H、C==O、C一O、C一H、一OH中S、O、N、C等原子可提供共用电子对与具有空轨道的镉发生化学络合。可见,化学络合是主要吸附形式。
  上述测定结果表明,沟戈登菌、胶质芽孢杆菌、枯草芽袍杆菌和水洗工业废菌4种微生物的吸附过程及吸附-浮选过程中,起吸附作用的主要基团为一OH、一NH2、一CONH2、C==O、CH2和一CH2等,由于一OH、一NH2、一CONH2、C一C中可提供孤对电子的N、O等元素与有空轨道的镉离子容易发生化学络合作用。所以,吸附过程是以化学络合为主,并存在氢键和范德华力的作用。
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