CN110361408B - 一种南极磷虾复眼中颗粒的稀土元素的检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种南极磷虾复眼中颗粒的稀土元素的检测方法，所述方法包括将南极磷虾按照不同生长期、不同性别进行区分；分别摘取复眼加入戊二醛进行固定、冲洗、解剖、加入戊二醛进行固定、冲洗、梯度洗脱、加入锇酸进行固定、冲洗、干燥、检测。检测到复眼中含有颗粒的存在，复眼中的颗粒含有17中稀土元素的存在。

Description

一种南极磷虾复眼中颗粒的稀土元素的检测方法
技术领域
本发明属于物理化学技术领域，具体涉及一种南极磷虾复眼中颗粒的稀土元素的检测方法。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
南极磷虾作为南极生态环境的关键环节，是地球上繁衍最成功的物种。南极磷虾之所以可以在恶劣的南极环境下成功的生存，是因为自身对环境的适应以及逐步的进化。其中复眼是南极磷虾重要的光感受器，有着独特的结构特点和复杂的生理功能，对南极磷虾的生存起着极其重要的作用。
稀土元素由17种元素组成，主要包括15种镧系元素、钇(Y)和钪(Sc)，它们都具有相似的化学性质，溶解性都非常低并且都属于天然资源[38]。稀土作为一种非常重要的不可再生资源，被广泛地应用于各个领域，在国民经济发展中占据重要地位。我国是世界上稀土资源丰富的国家，稀土资源具有储存量大和种类齐全等特点。在科技日新月异的今天，稀土元素已被广泛应用于农业、发光材料和催化剂、冶金工业、稀土激光材料、稀土永磁材料、稀土超导材料、生物医药如神经退行性疾病、帕金森病、阿尔茨海默症、亨氏舞蹈症和肌萎缩、侧索硬化症等疾病等诸多领域。由于稀土元素的使用能够促进国家整体竞争力和科技水平的提高，各个国家对稀土元素的需求都在日益增长。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的一个目的是提供一种南极磷虾复眼中颗粒的稀土元素的检测方法。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：
一种南极磷虾复眼中颗粒的稀土元素的检测方法，所述方法包括将南极磷虾按照不同生长期、不同性别进行区分；分别摘取复眼加入戊二醛进行固定、冲洗、解剖、加入戊二醛进行固定、冲洗、梯度洗脱、加入锇酸进行固定、冲洗、干燥、检测。
本发明中对不同生长阶段、不同性别的南极磷虾的复眼进行观察，检测到复眼中含有颗粒的存在，而且不同生长阶段的南极磷虾的复眼中的颗粒的直径大小和分布状态是不同的，通过检测得到复眼中的颗粒含有17中稀土元素的存在，准确的检测Y和Os元素存在，Y和Os元素是同时存在的。OS是加入锇酸固定液时外加的，非复眼固有。
在一些实施例中，戊二醛的质量分数为2-3％。
在一些实施例中，第一次利用戊二醛进行固定的时间为10-15h，保存的温度为3-5℃；在一些实施例中，第二次利用戊二醛进行固定的时间为22-26h，保存的温度为3-5℃；在一些实施例中，第一次冲洗和第二次冲洗均利用PBS缓冲液进行冲洗；在一些实施例中，锇酸溶液的质量分数为0.8-1.2％；在一些实施例中，锇酸进行固定的时间为1.5-2.5h；在一些实施例中，梯度洗脱的洗脱液为乙醇溶液，乙醇溶液的体积分数依次为30％、50％、70％、90％、100％，每个梯度的洗脱时间为12-20min。
经过洗脱的过程使复眼中的水分，也除去了能溶于从低浓度到高浓度乙醇的杂质如氨基酸、小肽，脂肪酸，虾青素等类胡萝卜素，小分子的糖类，以及维生素等杂质保留难溶于水的、难溶于乙醇的稀土元素。经过固定将稀土元素以及和稀土元素相连接的物质固定在材料内，更利于使复眼中颗粒暴露出来，有利于观察和检测复眼中颗粒，有利于颗粒中稀土元素的保留。
在一些实施例中，能谱检测的电压为15千伏。
在一些实施例中，复眼中颗粒的稀土元素包括Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu。
本发明的有益效果：
本发明在南极磷虾的复眼中检测到17中稀土元素的存在，尤Y、Tm、Yb、Ho含量丰富，而Y的含量最高，对未来南极磷虾本身的生理生化、生长代谢等的研究，物理应用中的仿生学研究，对南极稀土元素矿藏勘探开发、对国民经济的发展都奠定了思想和初步技术基础；
Y和OS颗粒的成功合成和能谱监测确认了Y检测的准确性。解决了电镜能谱检测中的一个长期以来一直未解决的问题；
得到了不同生长阶段的南极磷虾的复眼内颗粒的大小和分布状态，相比于南极磷虾的肌肉组织，肌肉组织内不存在颗粒，肌肉组织内没有稀土元素的存在。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为不同生长阶段、不同性别的南极磷虾复眼扫描电镜观察图；
图2为不同生长阶段、不同性别的南极磷虾复眼能谱检测图；
图3为不同生长阶段、不同性别的南极磷虾复眼的颗粒中稀土元素能谱检测扫描图；
图4为合成的Y颗粒的能谱扫描图；
图5为南极磷虾肌肉组织的扫描电镜图；
图6为南极磷虾肌肉组织的能谱检测扫描图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
能谱检测过程中，用牛津Swift3000软件检测特征X-射线信号，直接显示各元素峰图积极元素含量数据。
下面结合实施例对本发明进一步说明
实施例1
将南极磷虾分成不同生长期和不同性别，解剖复眼并进行处理，扫描电镜观察并统计颗粒分布规律，能谱监测并统计稀土元素分布规律；
将南极磷虾分成不同生长期。捕捞于中国南极长城站附近(48.1区)；将捕捞的南极磷虾的生长阶段分为6个时期(分别是0期、1期、2期、3期、4期、5期)，相对应的体长分别为6.7±1.2mm、28.7±3.0mm、36.0±2.9mm、43.6±3.3mm、50.3±1.9mm、54.3±2.2mm)；从1期开始分离，共分为5个时期(因为0期南极磷虾未捕捞到)；
将南极磷虾分成不同性别。测量南极磷虾头部甲壳长(RCL)和宽(RCW)划分性别，将测量的数据带入公式D＝-1.04-0.146RCL+0.256RCW中计算，雄性计算结果为负值，雌性计算结果为正值；
取已分成不同生长期和不同性别的南极磷虾。摘取适量的南极磷虾复眼放于2.5％戊二醛固定液中固定过夜，放于4℃冰箱中保存。将样品用PBS缓冲液冲洗后放于解剖镜下解剖。去除南极磷虾复眼的角膜和晶椎细胞后将复眼从与眼柄垂直的中心一分为二，将解剖好的样品浸泡在2.5％戊二醛固定液中继续固定24h，放于4℃冰箱中保存。将固定好的南极磷虾复眼用PBS缓冲液进行冲洗，冲洗三遍后加入1％锇酸溶液固定2h；倒掉固定液，用PBS缓冲液冲洗样品3次，每次10min；用梯度浓度(包括30％、50％、70％和90％四种浓度)的乙醇溶液对样品进行脱水处理，每种浓度处理15min，再用100％的乙醇处理三次，每次20min；利用CO2临界点干燥法将南极磷虾复眼进行干燥，然后按照一定次序将样品用导电胶固定到载物台上，并对其进行喷金处理；将处理好的样品进行扫描电镜观察并拍照和能谱检测。
通过对南极磷虾复眼的扫描电镜观察得到图1所示的结果，由图1中可以得到在1至5期的南极磷虾复眼中都检测到了颗粒的存在。存在于1期(图1AⅠ、AⅡ)和2期(图1BⅠ、BⅡ)的南极磷虾复眼中的颗粒大小均匀且直径较小。其中1期的南极磷虾复眼中的最大颗粒直径为4-5μm(图1AⅡ)，颗粒间有透明的囊泡存在，可能反映了颗粒形成的初始阶段；2期的南极磷虾复眼中最大颗粒直径为9-10μm(图1BⅡ)，与1期相比颗粒变大。存在于3期(图1CⅠ、CⅡ、DⅠ、DⅡ)和4期(图1EⅠ、EⅡ、FⅠ、FⅡ)的南极磷虾复眼中的颗粒多为大颗粒且颗粒分布较密集。其中3期和4期的南极磷虾复眼中的最大颗粒直径为25-30μm(图1CⅡ，DⅡ)。存在于5期(图1GⅠ，GⅡ，HⅠ，HⅡ)的南极磷虾复眼中的颗粒较小且排列较为稀疏，最大的颗粒直径为8-11μm(图1GⅡ，HⅡ)。
如图2所示为能谱检测结果，其中A代表南极磷虾的1期，B代表南极磷虾的2期，C代表南极磷虾3期雄，D代表南极磷虾3期雌，E代表南极磷虾4期雄，F代表南极磷虾4期雌，G代表南极磷虾5期雄，H代表南极磷虾5期雌。A-H的复眼内颗粒元素的含量如表1所示：
表1 不同生长阶段、不同性别的南极磷虾复眼内颗粒元素含量(((±SD，n＝3，％)
Figure BDA0002095109450000051
Figure BDA0002095109450000061
其中A-H分别与图2中相对应。由表1中可以看出，南极磷虾复眼的颗粒中C、N、O和Y四种元素含量较多。在1期、2期、3期雄、3期雌、4期雄、4期雌、5期雄、5期雌的南极磷虾复眼中颗粒的C、N、O和Y总含量分别为84.224％，73.786％，83.090％，78.602％，76.379％，79.936％，84.581％和87.213％。
如图3所示，为不同生长阶段、不同性别的南极磷虾复眼的颗粒中稀土元素能谱检测扫描图。其中A代表南极磷虾的1期，B代表南极磷虾的2期，C代表南极磷虾3期雄，D代表南极磷虾3期雌，E代表南极磷虾4期雄，F代表南极磷虾4期雌，G代表南极磷虾5期雄，H代表南极磷虾5期雌。稀土元素含量如表2所示：
表2.不同生长阶段、不同性别的南极磷虾复眼内颗粒稀土元素含量
Figure BDA0002095109450000071
Figure BDA0002095109450000072
其中A-H分别与图3中相对应。从表2中可以看出，在南极磷虾复眼的颗粒中检测出了17种稀土元素，其中Y、Tm、Yb和Ho含量较为丰富，四种稀土元素中又以Y的含量最高。在1期、2期、3期雄、3期雌、4期雄、4期雌、5期雄、5期雌的南极磷虾复眼中颗粒的Y、Tm、Yb和Ho总含量分别为80.994％，83.645％，90.381％，69.470％，91.690％，82.299％，88.239％，60.091％。
实施例2
将南极磷虾分成不同生长期和不同性别，解剖复眼并进行处理，扫描电镜观察并统计颗粒分布规律，能谱监测并统计稀土元素分布规律；
将南极磷虾分成不同生长期。捕捞于中国南极长城站附近(48.1区)；将捕捞的南极磷虾的生长阶段分为6个时期(分别是0期、1期、2期、3期、4期、5期)，相对应的体长分别为6.7±1.2mm、28.7±3.0mm、36.0±2.9mm、43.6±3.3mm、50.3±1.9mm、54.3±2.2mm)；从1期开始分离，共分为5个时期(因为0期南极磷虾未捕捞到)；
将南极磷虾分成不同性别。测量南极磷虾头部甲壳长(RCL)和宽(RCW)划分性别，将测量的数据带入公式D＝-1.04-0.146RCL+0.256RCW中计算，雄性计算结果为负值，雌性计算结果为正值；
对南极磷虾复眼中颗粒进行扫描电镜观察；
取已分成不同生长期和不同性别的南极磷虾。摘取适量的南极磷虾复眼放于2.5％戊二醛固定液中固定过夜，放于3℃冰箱中保存。将样品用PBS缓冲液冲洗后放于解剖镜下解剖。去除南极磷虾复眼的角膜和晶椎细胞后将复眼从与眼柄垂直的中心一分为二，将解剖好的样品浸泡在2.5％戊二醛固定液中继续固定22h，放于3℃冰箱中保存。将固定好的南极磷虾复眼用PBS缓冲液进行冲洗，冲洗三遍后加入1％锇酸溶液固定1.5h；倒掉固定液，用PBS缓冲液冲洗样品3次，每次12min；用梯度浓度(包括30％、50％、70％和90％四种浓度)的乙醇溶液对样品进行脱水处理，每种浓度处理15min，再用100％的乙醇处理三次，每次18min；利用CO2临界点干燥法将南极磷虾复眼进行干燥，然后按照一定次序将样品用导电胶固定到载物台上，并对其进行喷金处理；将处理好的样品进行扫描电镜观察并拍照和能谱检测。
实施例3
Y颗粒的合成及能谱检测。
取0.3mg Y标准品颗粒放入0.1mol/L的硫代硫酸钠溶液中，用盐酸调节PH至4以下，反应3h后，液体颜色不改变，取出Y标准品颗粒后加入少量锇酸混匀，即可成功地合成了含Y和Os的颗粒。立即涂抹在载物台的导电胶上，进行能谱检测。
如图3所示，可以得到合成的Y颗粒中主要含有C、O、S、Na、Y、Os元素。各元素的含量如表3所示：
表3.合成的Y颗粒中的元素含量(％)
Figure BDA0002095109450000091
从图4和表3中可以看出，在合成的Y颗粒中，有来自硫代硫酸钠的和锇酸的O,有来自硫代硫酸钠的S和Na.锇酸通过强氧化Y颗粒表面的硫代硫酸钠附着在了Y颗粒表面。能谱监测表明了合成的成功。这解决了电镜能谱监测所遇到的长期以来未解决的一个问题。Y元素占6.991％,Os元素占4.597％，两种元素可以同时检测到，平面观察Y和Os确实是在同一个峰位。
对比例1
取摘取南极磷虾适量的肌肉。浸泡在2.5％戊二醛固定液中继续固定24h，放于4℃冰箱中保存。将固定好的南极磷虾复眼用PBS缓冲液进行冲洗，冲洗三遍后加入1％锇酸溶液固定2h；倒掉固定液，用PBS缓冲液冲洗样品3次，每次10min；用梯度浓度(包括30％、50％、70％和90％四种浓度)的乙醇溶液对样品进行脱水处理，每种浓度处理15min，再用100％的乙醇处理三次，每次20min；利用CO2临界点干燥法将南极磷虾复眼进行干燥，然后按照一定次序将样品用导电胶固定到载物台上，并对其进行喷金处理；将处理好的样品进行扫描电镜观察并拍照。然后进行能谱检测。
由图5可以得到南极磷虾的肌肉组织由肌细胞组成，肌细胞细而长，可见骨骼肌纤维。从电镜扫描图中可以清楚的观察到，南极磷虾的肌肉组织没有颗粒的存在。由图6中可以看出南极磷虾的肌肉组织中含有的元素成分较为单一，主要是C、N和O三种元素，没有稀土元素的存在。元素的含量如表4所示：
表4.南极磷虾肌肉组织中的元素含量
Figure BDA0002095109450000092
Figure BDA0002095109450000101
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种南极磷虾复眼中颗粒的稀土元素的检测方法，其特征在于：具体步骤为：
所述方法包括将南极磷虾按照不同生长期、不同性别进行区分；分别摘取复眼加入戊二醛进行固定、冲洗、解剖、加入戊二醛进行固定、冲洗、梯度洗脱、加入锇酸进行固定、冲洗、干燥、检测；第一次利用戊二醛进行固定的时间为10-15h，保存的温度为4℃；第二次利用戊二醛进行固定的时间为22-26h，保存的温度为4℃；
戊二醛的质量分数为2.5％；
第一次冲洗和第二次冲洗均利用PBS缓冲液进行冲洗；
锇酸溶液的质量分数为1％；
锇酸进行固定的时间为2h；
梯度洗脱的洗脱液为乙醇溶液，乙醇溶液的体积分数依次为30％、50％、70％、90％、100％，每个梯度的洗脱时间为12-20min。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：干燥后的复眼利用能谱进行检测能谱检测的电压为15千伏。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：复眼中颗粒的稀土元素包括Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu。
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