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基于生物光谱技术结合多元统计分析的消毒效果快速评价方法.pdf
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1、华南师范大学学报(自然科学版)()():./.收稿日期:华南师范大学学报(自然科学版)网址:.基金项目:广东省科技计划项目()通信作者:刘芳:.基于生物光谱技术结合多元统计分析的消毒效果快速评价方法刘 婧 赵佳慧 熊 倩 邓文靖 刘 芳 胡立新(.华南师范大学环境学院 广州 .广东省化学品污染与环境安全重点实验室 广州.香港教育大学科学与环境研究系 香港 .华南师范大学地理科学学院 广州)摘要:利用傅立叶变换红外光谱研究了次氯酸钠、过氧化氢和紫外线对革兰氏阴性大肠杆菌()和革兰氏阳性海氏肠球菌()的生物学效应 结果表明:细菌失活和光谱变化之间存在显著的相关性而且不同消毒剂和细菌引起的效果曲线也
2、明显不同 革兰氏阴性菌比革兰氏阳性菌更容易受消毒剂的影响对膜透性、蛋白质和脂类氧化的生物效应最为显著其次是 光解产生的 自由基的氧化效应最后是紫外辐射对 的损伤作用 研究结果为了解消毒过程的生物效应提供了新的见解并为优化消毒过程、确保水安全提供了科学依据关键词:生物光谱 生物效应 消毒 过氧化氢 紫外线辐射中图分类号:.文献标志码:文章编号:()(.):.:饮用水加氯消毒是最常用的城市水消毒方法 为确保饮用水安全我国生活饮用水卫生标准()要求自来水厂出水余氯质量浓度大于./管网末端水中余氯质量浓度大于./可确保饮用水中的生物指标达标防止一些细菌(如大肠杆菌)危害人类健康 据报道在南亚和撒哈拉以
3、南的非洲由于供水和卫生条件差因腹泻死亡的人数占全球腹泻死亡人数的 因此在日常生活中消毒必不可少各种消毒方法已被应用于水行业如氯、紫外线辐射、臭氧或超氧化物消毒 疫情期间为做到高效精准消毒对清洁程序进行了加强并且增加了消毒剂的使用量亟需了解各种消毒剂的灭活能力及其消毒机理以评价其消毒效果提高消毒效率国内外对消毒剂消毒效果的评价方法主要是定量灭活试验 通过观察消毒前后细菌和病毒等微生物含量的减少情况来表征消毒效果 病毒所处环境对化学消毒剂灭活病毒的效果会产生较大影响所以模拟实验需要考虑选取不同的实验干扰条件来预测消毒效果可能存在的偏差 目前的消毒效果评价方法较为复杂人们对消毒剂在分子水平消毒机制的
4、理解仍然有限细菌失活和生物效应之间的关系迄今尚不清楚 而利用生物光谱技术结合多元统计分析探索细菌失活与生物效应之间的关系有望实现通过图像以及数据分析直观快速地评价消毒效果傅立叶变换红外()光谱作为一种表征和鉴定生物材料的有力工具与多元统计分析相结合可以在分子水平上增进消毒机理的研究 已被广泛应用于环境监测、毒理学研究和病理诊断 该方法的优点是无破坏性、无试剂、易于操作和可获取详细的生化信息 当生物样品与红外光相互作用时生物分子中的化学键吸收辐射并产生红外吸收光谱 每种生物都有其独特的振动模式包括峰位置、峰高和峰形信息这些信息构成了生物材料的“指纹”因此使用生物光谱法可表征消毒前后生物分子的变化
5、情况进而通过多元统计分析快速评估消毒效果 主成分分析()是一种无监督分析方法可被用于降低复杂数据集中的维数同时在 个主成分()中捕获大部分生化信息 线性判别分析()使组间方差最大化同时使组内方差最小化结果以得分图和载荷图呈现 得分图通过组间距离直观地显示处理组和对照组之间的差异而载荷图可识别与化学物质引起的生物大分子变化相关的红外波数对聚类矢量图中最突出的 个波数进行重点分析以识别主要生化水平的变化本研究采用生物红外光谱与多元统计分析相结合的方法从生化水平进一步探讨 种常用消毒剂(、和 辐射)的消毒机理以快速评价其消毒效果 选取 种具有代表性的细菌(革兰氏阴性大肠杆菌(简称.)和革兰氏阳性海氏
6、肠球菌(简称.)作为受试菌种获得其生化信息并对其进行处理以反映消毒后生物分子的变化 本研究有助于更好地理解消毒剂的消毒机理更快速地对消毒效果进行评价有助于优化消毒工艺更好地保障用水安全 研究方法.细胞培养革兰氏阴性菌.()和革兰氏阳性菌.()从广东省菌种采集中心获得在 ()肉汤培养基中培养温度 转速 /将实验用的细菌培养过夜离心 (/)然后用磷酸盐缓冲溶液(.)悬浮.消毒剂有效氯约为.的 购自 .(.)并储存于 配制原液并用余氯 分 析 仪()(.)测定 浓度 溶液()购自广州化学试剂厂 用超纯水配制 原液并用高锰酸钾滴定法测定其浓度 紫外辐射由紫外灯产生波长集中在 辐射强度由紫外辐照计(.)
7、测量.中和剂鉴定试验为了在实验结束时对残留的消毒剂进行有效中和停止其与微生物继续反应需要在灭菌试验之前进行中和剂鉴定试验以选择合适的中和剂 本试验共设 组:()消毒剂细菌悬浮液检测消毒效果()(消毒剂细菌悬浮液)中和剂检测残留消毒剂中和时的细菌回收能力()中和剂细菌悬浮液检测中和剂的灭活情况()(消毒剂中和剂)细菌悬浮液进行中和后产品的灭活试验()参照对照用 代替消毒剂()只使用 确保 无菌()只使用中和剂确保中和剂无菌()介质控制 选择合适的中和剂已符合以下要华 南 师 范 大 学 学 报(自 然 科 学 版)第 卷求:第、组无菌第、组的细菌数量相近误差率可控制在 以内第 组的细菌数量多于第
8、 组但少于、组.消毒试验消毒试验在超净工作台(苏州安泰爱尔科技有限公司)上进行温度控制在()在 试管体系内进行消毒反应细菌数量保持在/实验前配制消毒剂浓度用 稀释 向每支容积为 的试管中加入 的细菌悬浮液转移至不同浓度的消毒剂()中混匀 在规定的时间取上述混合液 加入试管中每支试管中预先加入.中和剂 后收集细菌样本用于菌落平板计数和 分析紫外线消毒试验在清洁工作台的水平紫外线灯下进行 将 孔板置于适当位置每孔板含 细菌悬浮液紫外的辐射强度为 /紫外灭菌前应将紫外灯提前 打开以稳定辐射强度 当辐射暴露实验完成后立即用锡纸覆盖细菌悬浮液防止进一步的紫外线辐射 然后采集细菌样本进行后续分析 细菌计数
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