核黄素在废水处理过程中的荧光光谱特性研究 4页

核黄素在废水处理过程中的荧光光谱特性研究王俊波李占锋武志翔邓琥(西南科技大学,绵阳,621010)摘要废水处理过程中会产生核黄素，其含量在一定程度上能够反映生物反应器的运行状态.本文采用荧光光谱法,针对废水处理过程中核黄素的自身的浓度效应、pH值和离子强度与核黄素的荧光光谱特性之间的关系进行了相关研究，为废水处理过程中生物反应器的参数控制提供相关数据，以进一步提高厌氧降解效率。关键词核黄素浓度效应pH离子强度1引言废水降解处理过程中，在高温厌氧生物反应器内微生物的降解作用下，会生成很多有机物，如色氨酸、辅酶(NADH)和核黄素等⑴。它们的种类和浓度与微生物反应过程、反应器运行状态有着密切的联系⑵込废水处理过程中，从好氧状态到厌氧状态转变时，会出现辅酶(NADH)、黄素单核昔酸(FMN)、黄素腺噪吟二核昔酸(FAD)的富集。核黄素参与组成黄素单核昔酸(FMN)和黄素腺嚓吟二核昔酸(FAD)两种辅酶，是细胞内的氧化还原系统的主要成分。在厌氧反应过程中NADH可以将氢传递给FMN或FAD而生成其还原型FMNH2和FADH?,而FMNH2或FADH2并没有荧光活性,因此,NADH荧光相对强度会岀现突变，这一特征可以被用来监控生物反应器的状态变化。在一定程度上,核黄素荧光相对强度的变化显示了FMN或FAD浓度的变化“⑷，同时被用来监控生物反应器的状态变化。因此,对生物反应器中核黄素含量的检测，可反映废水处理过程中生物反应器的状态，及时调整生物反应器的各种参数，可提高废水处理的效率。核黄素(Riboflavin),又称维生素氏，属于水溶性维生素,对人体的正常成长和健康而言是必需的。近年来，随着各种检测技术的发展和各种算法在荧光领域内的应用，对核黄素的检测越来越受到人们的重视。邓洁雄采用高效液相色谱法(HPLC)对核黄素磷酸钠中核黄素进行了相关研究，并测出其含議⑸。李长文等分别采用高效液相色谱法、荧光光度法和分光光度法对酵母胞内核黄素含量测定的方法进行了研究，并指出荧光光度法测定准确性高，稳定性强，为测定酵母胞内核黄素的最佳方法邵晓芬等采用荧光法测定了果蔬中核黄素的含量刀。倪永年等利用平行因子一同步荧光法成功测定了食品中维生素弟氏和讣。EulogioJ.等采用多波长激发的荧光采集系统对维生素B2和Bs进行了详细研究⑸。An-KaiSu等采用发光二极管激发的方式检测岀人体尿液中的核黄素含本文采用荧光光谱法，针对废水处理过程中核黄素的自身的浓度效应、pH值和离子强度与核黄素的荧光特性之间的关系进行了相关研究，可为废水过程中生物反应器的参数控制提供相关数据，进一步提高厌氧降解效率。2仪器和样品LS-55荧光分光光度计(美国，PerkinElmer),设置激发波长462nm,发射扫描480-600nm,激发狭缝Ex=2.5nm,发射狭缝Em=2.5nm,平均5次，扫描速度1200nm/min;酸度计(KL26O2)；移液器(德国，Eppendorf)；KNO3(AR试剂)；核黄素(BR试剂)和二次蒸懈水。用二次蒸憎水溶解核黄素，配置100mg/L的样本母液，然后逐级至稀释所需浓度。将配制好样本装入12.5X12.5X45mm的比色皿。3实验与结果讨论3.1核黄素基本荧光特性墓金项目：国家“863”计划项目(2009AA063002);四川省科技支撑项目(2009S20118)・作者简介：王俊波•男3956年出生，教授•E-mail：jbwang@swws2.edv.cn.\n核黄素在发射峰520nm处的激发谱如图1所示，在350-400nm和420-475nm范围内都可以进行有效激发，本文选择了462nm作为最佳激发峰。其相应的发射谱图如图2所示。300350400450500wave(nm)J0050g5000500^2211图2不同浓度下核黄素发射谱Mlsuec一8A-亘电图1核黄素激发m(Ex=520nm)3.2核黄素荧光光谱特性的浓度效应为了研究核黄素的工作曲线，且考虑到其荧光特性较强，配置低浓度段(0.005mg/L,0.05mg/L.0.lmg/L、0.5mg/L)和高浓度段(lmg/L、3mg/L、5mg/LJOmg/L.2Omg/L)样本，分別对其结果进行数据分析。实验结果表明(如图3.4)：在低浓度段，其荧光相对强度呈现出良好的线性，相关系数达到0.99963；在高浓度段(lmg/L〜20mg/L),其荧光相对强度的线性稍差,相关系数仅有0.94129。出现上述现象的原因，一方面，由于荧光内滤效应，即当分子发射的荧光通过溶液时，被未激发的荧光物质分子所吸收(自吸收)而引起荧光相对强度下降，当核黄素在高浓度段时，其内滤效应更加严重。另一方面，随着核黄索浓度的升高，虽然其荧光相对强度在一定范围内增强,但是到达一定强度后，不再增强，这是因为在一定空间内分子数目的增加并未使相应的具有荧光特性的荧光基团等比例地受到激发，进而对应的荧光相对强度并未成比例增强。因此,其在高浓度段的相关性稍差，相关系数降低。1000-Y=10.86584+1875.86888xr=099963「/000.102030.40.5CRiboflavin(0.005*0.5mg/L)<1000•Y孝198.8741*44.14543xr=0.94129800-•//600・//■/400r/200-■//■0J11CRiboflavin(1^0mg/L)图4核黄素工作曲线(l-20mg/L)图3核黄索工作曲线(0.0005-0.5mg/L)3.3pH值对核黄素荧光光谱特性的影响配置0.2mol/L的NaOH溶液和0.2mol/L的HC1溶液作为工作液。调整核黄素溶液pH约为2、3、5、7、9、11,并测得其结果如图5所示。由图6可知:核黄素在514：63-74・[3]邓沽雄.广东药学院学报.2006,22(1):53-2008,38(6)：601-608.Llorent-Marfnez,EulogioJ,Gardia-ReyesJuanF,Ortega-Bar-ralesPilar,etal.AnalyticaChimicaActa,2006,(555)-128-133.54.[6]李长文•肖冬光•韩英素，等.夭津师范大学学报(自然科学版).2004,24(2)：25-27.[7]邵晓芬，张韵慧.光谱学与光谱分析，1994,14(2)：125-127.[10]AnKaisuiChenHuanglin・JournalofChromatographyB,2003(785)：39-46.[11]欧阳二明，张锡辉，王伟.水资源保护,2007,23(3)：56-59.[12]BriggsR,GrattanKTV.TransactionsoftheInstituteofMeasurementandControl.1990,12(2):65一84・收稿日期,2010-09-01[8]倪永年，蔡英俊.光谱学与光谱分析，2005,10：1641-1644.Studyonfluorescencecharacteristicofriboflavininprocessofwastewatertreatment.WangJunbo,LiZhanfeng9WuZhixiang>DengHu(CollegeofInformation♦SouthwestUniversityofScienceandTechnologytMianyang^621010)Riboflavinisanorganiccompoundproducedintheprocessofwastewatertreatment.ItsconcentrationcanreflecttheoperationalstatusofthebioreactonThispaperfocusesonthestudyoftherelationshipbetweentheconcentrationeffect,pHvalueandionicstrengthofriboflavinanditsfluorescencecharacteristic9toprovidedataforcontrollingparametersofbireactorintheprocessofwastewatertreatmentandraiseanaerobicdegradationefficiency.