CN113155815B - 以甲基橙生物降解溶液测定水中铜离子(ii)浓度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水质检测技术，旨在提供一种以甲基橙生物降解溶液测定水中铜离子(II)浓度的方法。包括：以矿物盐培养基对Shewanella oneidensis MR‑1菌液进行洗菌和重悬，稀释后加至甲基橙溶液和矿物盐培养基配制成的混合液中；继续添加乳酸，置于摇床中进行降解反应，待颜色呈无色时结束降解过程；离心除菌，得到甲基橙生物降解溶液；利用向甲基橙生物降解溶液和已知浓度的铜离子(II)溶液制作吸光值标准曲线；以此为依据测量待测水样中铜离子(II)浓度。本发明以生物法制备反应溶剂，无需昂贵的仪器设备或多种反应试剂，操作简单、成本低、反应快。本发明可用于各种水样品中铜离子(II)的快速检测，不受其它金属离子的干扰，对反应条件要求不高。
Description
技术领域
本发明涉及水质检测领域，具体涉及到一种以甲基橙生物降解溶液测定水中铜离子(II)浓度的方法。
背景技术
铜是人体中不可缺少的微量元素之一，但如果体内铜离子(II)积累过量也会发生血铜蓝蛋白缺乏病、威尔逊氏病、阿尔茨海默病等疾病。WHO饮用水管理规定指出每日摄入铜离子(II)的量为0.5mg/kg，饮用水中铜离子(II)最大值为2mg/L。因此测量各种饮用水及供水源水样中的铜离子(II)含量是一项必不可少的工作，此测定方法在人类的生活工作中起到不可代替的作用。
目前铜离子(II)测定方法分为直接法和间接法。其中，直接法包括电感耦合等离子光谱法、原子吸收法、荧光探针法等。此类方法反应灵敏，但是价铬高昂、仪器复杂，不适用于普通生活用水的铜离子(II)测量。而间接法包括二乙氨基二硫代甲酸钠分光光度法、碘量法、滴定法等；此类方法较为经济，但操作复杂、所需反应药剂种类较多，在部分测定情况下不具有可操作性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种以甲基橙生物降解溶液测定水中铜离子(II)浓度的方法。
为解决上述问题，本发明的解决方案是：
提供一种以甲基橙生物降解溶液测定水中铜离子(II)浓度的方法，包括以下步骤：
(1)制备甲基橙生物降解溶液：
以甲基橙溶液和矿物盐培养基配制成混合液一；
以矿物盐培养基对Shewanella oneidensis MR-1菌液进行洗菌和重悬，稀释后加至混合液一中，得到混合液二；控制稀释菌液的加入量，使混合液二的OD600为0.1～0.5；
向混合液二中添加乳酸，置于摇床中进行降解反应，待颜色呈无色时结束降解过程；离心除菌，得到甲基橙生物降解溶液；
(2)绘制标准曲线：
取50μL甲基橙生物降解溶液于离心管中，加入已知浓度的铜离子(II)溶液2.5mL，混合均匀后在室温下静置5～10min；分别在波长为514nm、552nm处测量吸光值，得到铜离子(II)浓度与波长吸光度呈线性关系的标准曲线；
(3)测定待测水样中铜离子(II)的浓度：
取50μL甲基橙生物降解溶液于离心管中，加入待测水样2.5mL，混合均匀后在室温下静置5～10min；分别在波长为514nm、552nm处测量吸光值，对照标准曲线获得铜离子(II)浓度；对两组浓度数据求平均值，获得的结果即为待测水样中的铜离子(II)浓度。
作为优选方案，所述步骤(1)中，降解反应是在30℃和150转/分钟的摇床条件下进行的。
作为优选方案，所述步骤(1)中，混合液一所含甲基橙的浓度为100～500mg/L。
作为优选方案，所述步骤(1)中，混合液二所含乳酸浓度为0.045～0.060mol/L。
作为优选方案，步骤(1)中，所述矿物盐培养基是厌氧矿物盐培养基，其配方包括以下组分：Na2HPO4 3.4638g/L，NaH2PO41.8717g/L，K2HPO4 0.225g/L，KH2PO4 0.225g/L，(NH4)2SO4 0.255g/L，MgSO4·7H2O 0.024g/L，NaCl 0.46g/L，次氮基三乙酸1.5g/L，MgSO4·7H2O 3g/L，MnSO4·2H2O 0.5g/L，NaCl 1g/L，FeSO4·7H2O 0.1g/L，CoSO40.1g/L，CaCl2·2H2O 0.1g/L，ZnSO4 0.1g/L，CuSO4·5H2O 0.01g/L，AlK(SO4)2 0.01g/L，H3BO3 0.01g/L，Na2MoO4·2H2O 0.01g/L，余量是去离子水。
本发明进一步提供了用于测定水中铜离子(II)浓度的甲基橙生物降解溶液的制备方法，包括以下步骤：
(1)将甲基橙粉末溶解于去离子水中，得到甲基橙母液；将其加入到矿物盐培养基中，得到甲基橙浓度为100～500mg/L的混合液一；
(2)在LB培养基中培养无致病性的Shewanella oneidensis MR-1菌液，然后以厌氧矿物盐培养基洗菌、重悬，经稀释得到菌液；
(3)将步骤(2)的菌液加至步骤(1)的混合液一中，得到混合液二；控制稀释菌液的加入量，使混合液二的OD600为0.1～0.5；
(4)向混合液二中添加乳酸，使其所含乳酸浓度为0.045～0.060mol/L；然后置于摇床中，在30℃和150转/分钟条件下进行甲基橙的降解反应；当反应体系的颜色呈无色时结束反应，将反应液离心除菌，得到甲基橙生物降解溶液，密封保存备用。
发明原理描述：
Shewanella oneidensis MR-1作为希瓦氏菌属模式生物，能够在厌氧的条件下降解偶氮染料(例如甲基橙)。它能使甲基橙中偶氮双键断裂，降解生成以芳香族化合物为主的产物。因此，通常被用于处理含有偶氮染料的印染、纺织工业废水的相关研究。
但是，申请人在研究工作中发现，经该菌种降解后的甲基橙溶液能够与氧气缓慢反应产生紫红色物质。该物质是N,N-二甲基对苯二胺(N,N-Dimethylphenylenediamine)，在波长为514nm、552nm条件下呈现产生吸收峰的特性，因此可以使用分光光度计进行吸光度检测。而铜离子(II)在整个反应过程中起到催化作用，因此可以通过溶液颜色的变化来判断溶液中铜离子(II)的浓度大小。
与现有技术相比，本发明的技术效果是：
1、本发明以生物法制备反应溶剂，与现有的测量技术相比无需昂贵的仪器设备或多种反应试剂，具有操作简单、成本低、反应快的优点。
2、本发明可用于各种水样品中铜离子(II)的快速检测，不受其它金属离子的干扰，对反应条件要求不高。
附图说明
图1是在2.5mL 4mg/L铜离子(II)溶液中加入50μL甲基橙生物降解溶液后放置10min扫描的紫外可见吸收光谱图。
图2是在514nm处，梯度浓度的铜离子(II)溶液与甲基橙生物降解溶液混合，放置10min后溶液的标准曲线。
图3是在552nm处，梯度浓度的铜离子(II)溶液与甲基橙生物降解溶液混合，放置10min后溶液的标准曲线。
图4是铜离子(II)离子与其它金属离子溶液加入甲基橙生物降解溶液后，放置10min扫描的紫外可见吸收光谱图。
具体实施方式
Shewanella oneidensis MR-1作为一种应用较为广泛的生物菌种，其商业化产品有多种渠道可以获得。例如，国家典型培养物保藏中心NTCC的质粒载体菌种细胞基因保藏中心就有其菌株产品对外销售。本发明实施例中所用的Shewanella oneidensis MR-1菌液的最早来源为美国模式培养物集存库ATCC。
以下通过实施例对本发明内容进行进一步说明，凡基于本发明的内容均属于本发明的范围。
实施例一
(1)配制甲基橙母液：称取0.2g甲基橙粉末，使用去离子水溶解，并定容至100mL，得到2g/L甲基橙母液。
(2)配置Shewanella oneidensis MR-1菌液：取由LB培养基培养的无致病性Shewanella oneidensis MR-1菌液，使用厌氧矿物盐培养基洗菌后重悬，稀释100倍后得到菌液。测定菌液在600nm处的吸光值(假设OD600为x)。
(3)将1.5mL的2g/L甲基橙母液加入到30mL厌氧矿物盐培养基中，得到100mg/L的混合液一。然后向该混合液一中加入步骤(2)所得菌液，得到混合液二；控制加入的菌液体积为v＝30*0.5/x，使混合液二的OD600为0.5。
(4)向步骤(3)所得混合液二中继续加入乳酸，使其浓度为0.060mol/L。以乳酸为电子供体，在30℃温度和150转/分钟的摇床条件下进行降解反应。当溶液颜色呈无色时，结束降解过程。将溶液离心除菌，得到甲基橙生物降解溶液。
(6)取50μL甲基橙生物降解溶液于EP管中，加入已知浓度的铜离子(II)溶液2.5ml；在室温下放置5min后，用1.4mL微量石英比色皿在波长为514nm、552nm处测量吸光值。根据实验测定，铜离子(II)浓度在0～5mg/L范围内时，铜离子(II)的浓度与在加入甲基橙生物降解溶液后的吸光度成线性关系。由此，得到铜离子(II)浓度与在上述2个波长吸光度关系的标准曲线。
(7)取50μL甲基橙生物降解溶液于EP管中，加入待测水样2.5mL，混合均匀后静置5min，用1.4mL微量石英比色皿在波长为514nm、552nm处测量吸光值，对照标准曲线，获得待测水样中铜离子(II)浓度。对两组浓度数据求平均值，获得的结果即为待测水样中的铜离子(II)浓度。
实施例二
本实施例中，操作步骤与实施例一相同。
除甲基橙浓度为300mg/L、Shewanella oneidensis MR-1菌液浓度为0.1、乳酸浓度为0.045mol/L，甲基橙生物降解溶液与水样2.5mL混合均匀后静置7min外，其它条件和实施例一相同。
实施例三
本实施例中，操作步骤与实施例一相同。
除甲基橙浓度为500mg/L、Shewanella oneidensis MR-1菌液浓度为0.3、乳酸浓度为0.050mol/L，和甲基橙生物降解溶液与水样2.5mL混合均匀后静置10min外，其它条件和实施例一相同。
各附图的说明：
图1通过对加入铜离子(II)的甲基橙生物降解溶液扫描紫外可见吸收光谱图，得到在514nm与552nm处有两明显峰。由此可以证明：通过测量514nm与552nm处吸光度能够间接测量铜离子(II)的浓度。本发明即通过在514nm和552nm处扫描加入铜离子(II)的甲基橙生物降解溶液的吸光度值间接计算溶液中铜离子(II)浓度。
图2为514nm处，梯度浓度的铜离子(II)和甲基橙生物降解溶液混合10min后的吸光度与铜离子(II)浓度成正比，证明了铜离子(II)浓度与514nm处吸光值成正比。因此，在本发明中通过测量514nm处吸光值间接测量铜离子(II)浓度。
图3为552nm处，梯度浓度的铜离子(II)和甲基橙降生物解溶液混合10min后的吸光度与铜离子(II)浓度成正比，证明了铜离子(II)浓度与552nm处吸光值成正比。因此，在本发明中通过测量552nm处吸光值间接测量铜离子(II)浓度。
图4通过向甲基橙生物降解溶液中加入相同浓度的铜离子(II)、铝离子(III)、镁离子(II)，进行紫外可见吸收光谱图的扫描，得到在514nm和552nm处，仅有加入铜离子的甲基橙生物降解溶液产生吸收峰。因此，证明在本发明中铝离子(III)、镁离子(II)不会对铜离子(II)的测量产生影响。
Claims (1)
1.一种以甲基橙生物降解溶液测定水中铜离子（II）浓度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将甲基橙粉末溶解于去离子水中，得到甲基橙母液；将其加入到矿物盐培养基中，得到甲基橙浓度为100~500 mg/L的混合液一；在LB培养基中培养无致病性的Shewanella oneidensis MR-1菌液，然后以厌氧矿物盐培养基洗菌、重悬，经稀释得到菌液；将菌液加至混合液一中，得到混合液二；
控制稀释菌液的加入量，使混合液二的OD600为0.1~0.5；向混合液二中添加乳酸，使其所含乳酸浓度为0.045~0.060 mol/L；然后置于摇床中，在30℃和150 转/分钟条件下进行甲基橙的降解反应；当反应体系的颜色呈无色时结束反应，将反应液离心除菌，得到甲基橙生物降解溶液，密封保存备用；
所述矿物盐培养基是厌氧矿物盐培养基，其配方包括以下组分：Na2HPO4 3.4638 g/L，NaH2PO41.8717g/L，K2HPO4 0.225g/L，KH2PO4 0.225 g/L，(NH4)2SO4 0.255g/L，MgSO4·7H2O0.024 g/L，NaCl 0.46 g/L，次氮基三乙酸1.5g/L，MgSO4·7H2O 3g/L，MnSO4·2H2O 0.5g/L，NaCl 1g/L，FeSO4·7H2O 0.1g/L，CoSO4 0.1g/L，CaCl2·2H2O 0.1g/L，ZnSO4 0.1g/L，CuSO4·5H2O 0.01g/L，AlK(SO4)2 0.01g/L，H3BO3 0.01g/L，Na2MoO4·2H2O 0.01g/L，余量是去离子水；
（2）绘制标准曲线：
取50μL甲基橙生物降解溶液于离心管中，加入已知浓度的铜离子（II）溶液2.5 mL，混合均匀后在室温下静置5~10 min；分别在波长为514 nm、552 nm处测量吸光值，得到铜离子（II）浓度与波长吸光度呈线性关系的标准曲线；
（3）测定待测水样中铜离子（II）的浓度：
取50μL甲基橙生物降解溶液于离心管中，加入待测水样2.5 mL，混合均匀后在室温下静置5~10 min；分别在波长为514 nm、552 nm处测量吸光值，对照标准曲线获得铜离子（II）浓度；对两组浓度数据求平均值，获得的结果即为待测水样中的铜离子（II）浓度。
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