Сорбционные свойства мха по отношению к микроорганизмам и тяжелым металлам
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1. Методы исследований
2.1.1. Получение микробной суспензии
Питательный агар, который готовится согласно прописи, заливают предварительно по 5-10 мл в пробирки, которые оставляют наклонными в специальном штативе до полного застывания среды. Бактериологической петлей отбирают клетки микроорганизмов и вводят петлю в пробирку со скошенным агаром до дна. Слегка касаясь бактериологической петлей поверхности среды, проводят от дна пробирки вверх зигзагообразную линию, тем самым, засевая культуру микроорганизмов. После посева пробирки помещают в термостат (30°С) на 1 сутки (по истечению этого срока пробирки извлекают из термостата) и заливают в них по 2.0-3.0 мл физиологического раствора (ФР). Осторожно отделяют микробную культуру от агара постепенным встряхиванием и покачиванием пробирки. Полученную суспензию хранят в холодильнике.
2.1.2. Определение количества жизнеспособных клеток методом высева на плотную среду
Микробную суспензию разводят в стерильном физиологическом растворе, при этом используя один и тот же коэффициент разведения.
Посев осуществляют из 5-ого, 6-ого и 7-ого разведений перенося 0, 1 мл суспензии на поверхность питательного агара в чашках Петри. Затем суспензию равномерно распределяют шпателем по питательному агару. Высев из каждого разведения осуществляют стерильной пипеткой. После посева чашки помещают в термостат (30°С) на сутки.
Количество жизнеспособных клеток в 1 мл суспензии рассчитывают по следующей формуле:
M=a * 10z/ V; ( 2.1 )
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
БГТУ 02.00.ПЗ |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||
Изм. |
Кол.уч. |
Лист |
№ док. |
Подпись |
Дата |
|
|||
Разраб. |
Ковалевич А. |
|
|
Экспериментальная часть |
Стадия |
Лист |
Листов |
||
Пров. |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
18 |
Консульт. |
|
|
|
|
БГТУ 7140607 2004 |
||||
Н.контр. |
|
|
|
|
|
||||
Утв. |
|
|
|
|
|
где M - количество клеток в 1 мл исходной суспензии;
а - количество колоний, которые выросли на чашках Петри;
Z - порядковый номер разведения суспензии;
V - объем суспензии, взятой для высева на чашку Петри, мл.
Величину оптической плотности измеряют с помощью фотоколориметра ФЭК-56М. Для измерения светорассеяния выбирают светофильтр, который обеспечивает максимум пропускания света данной суспензией. В результате опытов получили, что максимум пропускания света обеспечивает длина волны 540 нм.
2.1.3 . Изучение сорбции металлов мхом
Для эксперимента на аналитических весах взвешивают образцы мха массой 200+0,5 мг и помещают их в стеклянные флаконы с привинчивающимися крышками объемом 100мл. Затем в эти же флаконы заливают по 50 мл раствора металла различной концентрации (для эксперимента были выбраны следующие концентрации металлов: 0,1; 0,02;0,005; 0,0001; 0,00002; 0,00001 моль/л), которые готовят путем последовательного разведения исходного раствора соли металла (0,1 моль/л). Флаконы закрывают и оставляют на 24 часа при комнатной температуре (18+2°С) при периодическом перемешивании. После чего мох из суспензии отфильтровывают через бумажный фильтр в колбы для титрования и титруют по следующим методикам.
2.1.3.1. Определение меди комплексонометрическим методом
В качестве источника меди использовали сульфат меди.
Ионы меди образуют с ЭДТА комплексы голубого цвета с константой устойчивости 6,3*1018 (ионная сила 0,1: 20 °С). Анализируемый раствор разбавляют водой до метки в мерной колбе. Равновесные растворы с исходной концентрацией 0,100 моль/л после фильтрования в количестве 48 мл разбавляют водой в мерной колбе до 100 мл. После перемешивания отбирают пипеткой аликвотную часть раствора в коническую колбу, прибавляют 20 мл дистиллированной воды, 5 мл буферного раствора, на кончике металлического шпателя 20-30 мг индикаторной смеси, растворяют ее и титруют раствором ЭДТА 0,0500 М до изменения окраски из зеленовато-желтого цвета в чисто-фиолетовую. Измеряют объем ЭДТА и вводят 1 каплю 2 М раствора NH4ОН, если цвет раствора остается фиолетовым, титрование прекращают; если от добавления аммиака окраска
изменилась в желтую или желто-зеленую, продолжают титрование раствором ЭДТА до устойчивой фиолетовой окраски.
В качестве буферного раствора используют ацетатный буфер (ацетат аммония, 50% раствор) с pH6. Титрование ведут на холоду (при комнатной температуре 18+2°С).
В качестве металлоиндикатора используют мурексид (смесь с хлоридом натрия в соотношении 1:100).
Массу определяемого вещества рассчитывают по формуле (2.2.):
m= (V1*Vж*c1*M)/(V2*1000) ( 2.2 )
где - V1 - объем раствора ЭДТА, пошедшего на титрование;
V2 - объем анализируемого равновесного раствора (аликвотная часть);
c1 - молярная концентрация ЭДТА;
M - молярная масса определяемого вещества;
Vж - объем мерной колбы, из которой отбирали аликвотную часть.
2.1.3.2. Определение кадмия комплексонометрическим методом
В качестве источника кадмия в работе использовали ацетат кадмия.
Отбирают аликвотную часть анализируемого раствора из мерной колбы вместимостью 100 мл, прибавляют 2-3 мл буферного раствора с pH 10 (аммиачный буферный раствор: 67г NH4Cl и 570 мл 25%-ного NH3 в 1 л раствора), 15 мл воды, перемешивают и прибавляют на кончике шпателя 20-30 мг смеси индикатора эриохромового черного Т и хлорида натрия. Перемешивают до полного растворения индикаторной смеси и титруют раствором ЭДТА 0,0500 М до изменения окраски раствора из винно-красной в голубую.
Массу определяемого вещества рассчитывают по вышеуказанной формуле (2.2).
2.1.4. Определение кинетики сорбции металлов мхом
В стеклянные флаконы помещают навески по 200+0,5 мг мха, взвешенные на аналитических весах. Добавляют по 50 мл раствора металла 0,02 моль/л и тщательно перемешивают. Через 5, 10, 20, 30, 60 и 120 мин мох отфильтровывают из анализируемых растворов. Фильтраты меди и кадмия оттитровывают раствором ЭДТА по вышеописанной методике.
2.1.5. Изучение сорбции металлов микроорганизмами
В мерную колбу на 50 мл сначала добавляют 1 мл микробной суспензии, затем доводят объем до метки исследуемым раствором металла.
После этого вливают содержимое мерной колбы во флаконы на 100 мл с привинчивающимися крышками. Флаконы оставляют на 24 часа, по истечении которых растворы центрифугируют при 8000 об/мин в течение 10 минут. Далее раствор, отделенный от микроорганизмов, оттитровывают раствором ЭДТА по вышеописанной методике.
2.1.6. Определение кинетики сорбции металлов микроорганизмами
В мерную колбу на 50 мл сначала добавляют 1 мл микробной суспензии, затем доводят объем до метки исследуемым раствором металла. После этого вливают содержимое мерной колбы во флаконы на 100 мл с привинчивающимися крышками.
Через 5, 10, 20, 30, 60 и 120 мин отфильтровывают культуру микроорганизмов на микробном фильтре и фильтраты оттитровывают раствором ЭДТА.
2.1.7. Изучение сорбции металлов в системе мох-суспензия микроорганизмов
В стеклянные флаконы помещают пробы мха 200+0,5 мг предварительно взвешенные на аналитических весах. Потом в эти же стеклянные флаконы добавляют 50 мл раствора металла различной концентрации. И затем добавляют 1 мл микробной суспензии. После этого систему при периодическом перемешивании оставляют на 24 часа. Через сутки исследуемые растворы отфильтровывают на микробном фильтре и титруют раствором ЭДТА по методикам указанным в пп. 2.1.3.1. и 2.1.3.2..
2.1.8. Определение кинетики сорбции металлов микроорганизмами, адсорбированными на мхе
В стеклянные флаконы с привинчивающимися крышками помещают навески мха массой 200+0,5 мг, 1 мл микробной суспензии и 50 мл раствора металла 0,02 моль/л. Через 5, 10, 20, 30, 60, 120 мин культуру микроорганизмов отфильтровывают через микробный фильтр и фильтраты оттитровывают раствором ЭДТА.
2.1.9. Получение кривой выживаемости микроорганизмов
Выживаемость микроорганизмов изучают посевом их на чашки Петри с питательным агаром. Микробную суспензию используют после обработки ее металлами в опыте по изучению сорбции металлов микроорганизмами.
2.1.10. Изучение адсорбции микроорганизмов мхом
В мерную колбу на 50 мл сначала добавляют 1 мл микробной суспензии и доводят объем до метки дистиллированной водой. Затем переливают раствор микробной суспензии в качальную колбу и добавляют навески мха массой 200+0,5 мг. Все колбы ставят на качалку на 2 часа. Измеряют оптическую плотность и делают высев на жизнеспособность. Результаты представлены в таблице 2.8.
2.2. Результаты исследований и их обсуждение
В качестве сорбента-носителя микроорганизмов использовался мох из класса мхи (Мusci) подкласса сфагновые, семейства сфагновые, Sphagnum cuspidatum. Данный вид мха был выбран в связи с тем, что он обладает значительным ареалом распространения в нашей республике.
В качестве микроорганизмов, способных к поглощению тяжелых металлов, изучались Pseudomonas aeroginosa B7. Это прямые или слегка изогнутые палочки, размером 0,5-1 мкм. Граммотрицательные, обладают подвижностью за счет одного полярного жгутика, тип дыхания - аэробы, метаболизм чисто дыхательного типа с использованием кислорода как конечного акцептора электронов, данные бактерии могут выделять в среду сине-зеленый пигмент. Данные бактерии широко распространены, так, например, они часто встречаются при гнойных инфекциях в медицинских учреждениях.
Полученные экспериментальные данные в опыте по изучению сорбции металлов мхом (2.1.3.) сведены в таблицу 2.1. и представлены в виде изотерм сорбции на рисунках 2.1. и 2.2..
Таблица 2.1
Данные ионообменной сорбции металлов мхом
Навеска мха, г |
Исходная концентрация соли металла, моль/л |
Объем аликвоты, мл |
Объем ЭДТА 0,05 моль/л пошедшего на титрование, мл |
Равновесная концентрация соли металла, моль/л |
Количество сорбированного металла, мг-экв/г |
Сульфат меди, CuSO4 |
|||||
0,2012 |
0,1 |
10 |
9,85 |
0,09855 |
0,72 |
0,1998 |
0,1 |
10 |
9,86 |
0,09863 |
0,68 |
0,2001 |
0,02 |
10 |
3,73 |
0,01865 |
0,67 |
0,2020 |
0,02 |
10 |
3,74 |
0,01868 |
0,66 |
0,1995 |
0,005 |
25 |
1,95 |
0,00389 |
0,55 |
0,1987 |
0,005 |
25 |
1,99 |
0,00397 |
0,51 |
Ацетат кадмия, Cd(CH3COO)2 |
|||||
0,2013 |
0,1 |
10 |
9,86 |
0,09864 |
0,69 |
0,2210 |
0,1 |
10 |
9,87 |
0,09871 |
0,66 |
0,1899 |
0,02 |
10 |
3,75 |
0,01876 |
0,62 |
0,2430 |
0,02 |
10 |
3,76 |
0,01880 |
0,60 |
0,2150 |
0,005 |
25 |
1,93 |
0,00386 |
0,57 |
0,2000 |
0,005 |
25 |
1,95 |
0,00390 |
0,55 |
<>
Рис.2.1.
<>
Рис.2.2.
Изотермы сорбции - это кривые, показывающие зависимость количества сорбированного вещества (мг-экв) в расчете на 1 г сорбента от равновесной концентрации этого вещества в моль/л.
Полученные результаты полностью соответствуют существующим сведениям об ионообменной емкости мха, которая по литературным сведениям считается равной 1мг-экв/г.
На основании представленных рис.2.1. и 2.2. можно говорить, что мох является хорошим природным ионообменником и обладает хорошими сорбционными свойствами по отношению к тяжелым металлам, это достигается наличием в структуре мха таких веществ как полиурониды (полисахариды, содержащие карбоксильную группу в 6-пложении пиранового или ангидроглюкозного цикла) и пектина. Сравнивания результаты сорбции ионов меди и ионов кадмия можно сделать вывод, что из исследованных тяжелых металлов лучше сорбируется мхом медь (Cu), чем кадмий (Cd). Это может быть связано в первую очередь с тем, что ионы меди лучше удерживаются карбоксильными группами мха в составе клеточной стенки мха, которые и отвечают в основном за ионообменную активность мха.
Полученные экспериментальные данные в опыте по изучению кинетики сорбции металлов мхом (2.1.4.) сведены в таблицу 2.2. и представлены в виде кинетических кривых сорбции на рисунках 2.3 и 2.4..
Таблица 2.2
Данные по кинетике сорбции металлов мхом
Время, мин |
Навеска мха, г |
Исходная концентрация соли металла, моль/л |
Объем аликвоты, мл |
Объем ЭДТА 0,05 моль/л пошедшего на титрование, мл |
Равновесная концентрация соли металла, моль/л |
Количество сорбированного металла, мг-экв/г |
Ацетат кадмия, Cd(CH3COO)2 |
||||||
5 |
0,2014 |
0,02 |
10 |
3,99 |
0,01997 |
0,01 |
10 |
0,2218 |
0,02 |
10 |
3,94 |
0,01972 |
0,14 |
20 |
0,1899 |
0,02 |
10 |
3,92 |
0,01958 |
0,21 |
30 |
0,2434 |
0,02 |
10 |
3,86 |
0,01931 |
0,35 |
60 |
0,2156 |
0,02 |
10 |
3,81 |
0,01903 |
0,49 |
120 |
0,2213 |
0,02 |
10 |
3,81 |
0,01903 |
0,49 |
Сульфат меди, CuSO4 |
||||||
5 |
0,2266 |
0,02 |
10 |
3,82 |
0,01912 |
0,44 |
10 |
0,2312 |
0,02 |
10 |
3,80 |
0,01901 |
0,50 |
20 |
0,1899 |
0,02 |
10 |
3,77 |
0,01885 |
0,57 |
30 |
0,2001 |
0,02 |
10 |
3,75 |
0,01874 |
0,63 |
60 |
0,2166 |
0,02 |
10 |
3,73 |
0,01863 |
0,69 |
120 |
0,1959 |
0,02 |
10 |
3,73 |
0,01863 |
0,69 |
<Рис.2.3.>
<Рис.2.4.>
Под кинетическими кривыми сорбции принято понимать кривые, показывающие зависимость количества сорбированного вещества (ионов металла) от времени проведения сорбции, t, мин.
По виду кинетических кривых можно говорить о том, что в системе «мох-раствор металла» достаточно быстро устанавливается равновесное состояние (рис.2.3, 2.4.). Так, уже через полчаса сорбируется 91% ионов меди и 72% кадмия. Также по виду кривой 2.3. можно говорить о присутствии у мха двух активных центров связывания ионов металла, об этом свидетельствуют две точки перегиба на кривой, т.е. основной вклад в сорбцию вносит ионообменная сорбция, а не физическая, т.к. в случае физической сорбции точек перегиба бы не было.
Результаты изучения сорбции металлов микроорганизмами (2.1.5.) сведены в таблицу 2.3. и представлены в виде изотерм сорбции металлов на рис.2.5.и 2.6..
Таблица 2.3
Данные по сорбции металлов микроорганизмами
Навеска мха, г |
Исходная концентрация соли металла, моль/л |
Объем аликвоты, мл |
Объем ЭДТА 0,05 моль/л пошедшего на титрование, мл |
Равновесная концентрация соли металла, моль/л |
Количество сорбированного металла, мг-экв/мл |
Количество сорбированного металла мг-экв/см3
плотно упакованных клеток |
Ацетат кадмия, Cd(CH3COO)2 |
||||||
0,1945 |
0,1 |
10 |
9,98 |
0,09979 |
0,11 |
8,0046 |
0,2230 |
0,1 |
10 |
9,99 |
0,09986 |
0,08 |
5,6172 |
0,1981 |
0,02 |
10 |
3,96 |
0,01979 |
0,11 |
7,5130 |
0,2054 |
0,02 |
10 |
3,97 |
0,01986 |
0,07 |
4,9151 |
0,1980 |
0,005 |
25 |
2,38 |
0,00476 |
0,12 |
8,4258 |
0,1996 |
0,005 |
25 |
2,40 |
0,00480 |
0,10 |
7,0215 |
Продолжение таблицы 2.3
Сульфат меди, CuSO4 |
||||||
0,2032 |
0,1 |
10 |
9,93 |
0,09933 |
0,33 |
23,1711 |
0,1975 |
0,1 |
10 |
9,94 |
0,09941 |
0,29 |
20,3625 |
0,1987 |
0,02 |
10 |
3,89 |
0,01947 |
0,27 |
18,6071 |
0,2005 |
0,02 |
10 |
3,90 |
0,01948 |
0,26 |
18,2560 |
0,2400 |
0,005 |
25 |
2,24 |
0,00449 |
0,25 |
17,6943 |
0,2265 |
0,005 |
25 |
2,26 |
0,00451 |
0,24 |
16,8517 |
<Рис.2.5.>
< Рис. 2.6.>
Основываясь на результатах эксперимента можно говорить о том, что исследуемый штам микроорганизмов Pseudomonas aeruginosa В7 обладает сорбционными свойствами по отношению к тяжелым металлам. Так, по отношению к кадмию в результате исследований (п.2.1.5) сорбционная емкость микроорганизмов - 0,114 мг-экв/мл суспензии, по меди - 0,29 мг-экв/мл суспензии.
Однако стоит отметить, что в настоящее время существуют более эффективные формы микроорганизмов, которые используются для биосорбции металлов из растворов, в том числе и штаммы данного рода. Из исследованных тяжелых металлов лучше сорбируется мхом и микроорганизмами медь (Cu), чем кадмий (Cd) (см. рис.2.5 и 2.6.) Можно сделать предположение о том, что это связано в первую очередь с тем, что в небольших количествах медь является одним из важнейших биогенных элементов, необходимых для развития микроорганизмов и наряду с сорбцией имеет место утилизация микроорганизмами ионов меди.
Результаты изучения кинетики сорбции микроорганизмами ионов металлов сведены в таблицу 2.4. и представлены в виде кинетических кривых.
Таблица 2.4
Данные по кинетике сорбции металлов микроорганизмами
Время, мин |
Навеска мха, г |
Исходная концентрация соли металла, моль/л |
Объем аликвоты, мл |
Объем ЭДТА 0,05 моль/л пошедшего на титрование, мл |
Равновесная концентрация соли металла, моль/л |
Количество сорбированного металла, мг-экв/мл |
Количество сорбированного металла мг-экв/см3 плотно упакованных клеток |
Ацетат кадмия, Cd(CH3COO)2 |
|||||||
5 |
0,1874 |
0,02 |
10 |
4,00 |
0,01999 |
0,01 |
0,3511 |
10 |
0,1755 |
0,02 |
10 |
3,98 |
0,01990 |
0,05 |
3,3703 |
20 |
0,2100 |
0,02 |
10 |
3,98 |
0,01988 |
0,06 |
4,3534 |
30 |
0,1990 |
0,02 |
10 |
3,97 |
0,01985 |
0,07 |
5,1257 |
60 |
0,1980 |
0,02 |
10 |
3,96 |
0,01982 |
0,09 |
6,2492 |
120 |
0,1996 |
0,02 |
10 |
3,96 |
0,01981 |
0,10 |
6,7407 |
Сульфат меди, CuSO4 |
|||||||
5 |
0,1955 |
0,02 |
10 |
3,97 |
0,01985 |
0,07 |
5,1959 |
10 |
0,2230 |
0,02 |
10 |
3,96 |
0,01978 |
0,11 |
7,5833 |
20 |
0,1906 |
0,02 |
10 |
3,94 |
0,01971 |
0,15 |
10,2515 |
30 |
0,2054 |
0,02 |
10 |
3,93 |
0,01964 |
0,18 |
12,4281 |
60 |
0,1980 |
0,02 |
10 |
3,90 |
0,01949 |
0,26 |
17,9751 |
120 |
0,1996 |
0,02 |
10 |
3,90 |
0,01949 |
0,26 |
17,9751 |
<>
Рис. 2.7.
<>
Рис.2.8.
По виду кинетических кривых сорбции можно говорить, что основной вклад в сорбцию ионов металлов микроорганизмами вносит физическая сорбция, чтобы говорить о ионообменной сорбции необходимы дополнительные исследования. Равновесное состояние устанавливается в течение часа. Также можно сказать, что сорбция меди идет быстрее.
Полученные результаты в экспериментах по изучению сорбции металлов в системе мох-суспензия микроорганизмов (п.2.1.6.) сведены в таблицу 2.5. и представлены в виде изотерм сорбции на рис. 2.9.и 2.10..
Таблица 2.5
Данные по сорбции металлов в системе мох-суспензия микроорганизмов
Навеска мха, г |
Исходная концентрация соли металла, моль/л |
Объем аликвоты, мл |
Объем ЭДТА 0,05 моль/л пошедшего на титрование, мл |
Равновесная концентрация соли металла, моль/л |
Количество сорбированного металла, мг-экв/г |
Ацетат кадмия, Cd(CH3COO) |
|||||
0,2156 |
0,1 |
10 |
9,84 |
0,09842 |
0,80 |
0,2643 |
0,1 |
10 |
9,85 |
0,09850 |
0,76 |
0,1986 |
0,02 |
10 |
3,69 |
0,01846 |
0,77 |
0,1921 |
0,02 |
10 |
3,70 |
0,01850 |
0,75 |
0,1896 |
0,005 |
25 |
1,73 |
0,00346 |
0,77 |
0,1955 |
0,005 |
25 |
1,71 |
0,00342 |
0,79 |
Сульфат меди, CuSO4 |
|||||
0,2000 |
0,1 |
10 |
9,80 |
0,09805 |
0,97 |
0,1955 |
0,1 |
10 |
9,81 |
0,09811 |
0,94 |
0,1970 |
0,02 |
10 |
3,63 |
0,01816 |
0,92 |
0,1979 |
0,02 |
10 |
3,64 |
0,01819 |
0,90 |
0,2053 |
0,005 |
25 |
1,62 |
0,00323 |
0,88 |
0,1990 |
0,005 |
25 |
1,61 |
0,00322 |
0,89 |
<>
Рис. 2.9
<Рис.2.10.>
По результатам этого эксперимента можно сделать вывод, что совместное использование мха и микроорганизмов значительно повышает эффективность биосорбции и улучшает поглощение тяжелых металлов из растворов этих металлов. Так, если мхом сорбируется 0,655 мг-экв(кадмия )/г, то при совместном использовании мха и микроорганизмов- 0,777 мг-экв/г и мл. Таким образом, эффективность сорбции увеличивается на 16% . При аналогичном сравнивании результатов сорбции по ионам меди эффективность увеличивается на 26%.
Экспериментальные данные по изучению кинетики сорбции металлов микроорганизмами, адсорбированными на мхе сведены в таблицу 2.6. и представлены в виде кинетических зависимостей концентрации металла от времени на рис. 2.11. и 2.12..
Таблица 2.6.
Данные по кинетике сорбции металла в системе мох-суспензия микроорганизмов
Время, мин |
Навеска мха, г |
Исходная концентрация соли металла, моль/л |
Объем аликвоты, мл |
Объем ЭДТА 0,05 моль/л пошедшего на титрование, мл |
Равновесная концентрация соли металла, моль/л |
Количество сорбированного металла, мг-экв/г |
Ацетат кадмия, Сd(CH3COO)2 |
||||||
5 |
0,2251 |
0,02 |
10 |
3,95 |
0,01975 |
0,13 |
10 |
0,2643 |
0,02 |
10 |
3,95 |
0,01974 |
0,13 |
20 |
0,1986 |
0,02 |
10 |
3,93 |
0,01965 |
0,18 |
30 |
0,1921 |
0,02 |
10 |
3,93 |
0,01965 |
0,18 |
60 |
0,1896 |
0,02 |
10 |
3,69 |
0,01845 |
0,78 |
120 |
0,1955 |
0,02 |
10 |
3,69 |
0,01845 |
0,78 |
Сульфат меди, CuSO4 |
||||||
5 |
0,2312 |
0,02 |
10 |
3,79 |
0,01897 |
0,52 |
10 |
0,2087 |
0,02 |
10 |
3,79 |
0,01897 |
0,52 |
20 |
0,1982 |
0,02 |
10 |
3,79 |
0,01895 |
0,52 |
30 |
0,19 |
0,02 |
10 |
3,75 |
0,01873 |
0,64 |
60 |
0,191 |
0,02 |
10 |
3,68 |
0,01841 |
0,79 |
120 |
0,24 |
0,02 |
10 |
3,67 |
0,01833 |
0,83 |
< Рис.2.11.>
< Рис.2.12.>
По результатам эксперимента можно сделать следующие выводы: в системе быстро наступает равновесное состояние, так уже через 60 мин сорбируется 95% ионов меди, и 97% ионов кадмия; наличие на кинетических кривых двух точек перегиба свидетельствует о наличие у мха двух активных центров связывания и значимости ионообменной сорбции в суммарном процессе.
Результаты эксперимента по получению кривых выживаемости микроорганизмов Pseudomonas aeruginosa (2.1.9.) представлены на рис. 2.13. и 2.14..
<>
Рис. 2.13.
< Рис.2.14.>
Результаты данного эксперимента полностью соответствуют литературным сведениям о выживаемости микроорганизмов при воздействии на них ионов тяжелых металлов [5,7]. Сопоставляя результаты этого эксперимента и эксперимента по изучению сорбции металлов микроорганизмами (пп.2.1.5. и 2.1.6.) можно говорить о том, что сорбция ведется и мертвой культурой, что подтверждает физический характер сорбции при использовании микроорганизмов.
Результаты изучения адсорбции микроорганизмов мхом (п.2.1.10.) сведены в таблицу 2.7..
Таблица 2.7
Концентрация микробной суспензии после разведения ее до 50мл, кл/мл |
Оптическая плотность (D) разбавленной суспензии до опыта |
Оптическая плотность (D) суспензии после проведения опыта |
Концентрация микробной суспензии после проведения эксперимента, кл/мл
(рис.2.15.) |
Фактическая концентрация, определенная путем высева на агаризованную среду, кл/мл |
6,8*107 |
0,092 |
0,073 |
5,07*107 |
4,5*107 |
6,8*107 |
0,092 |
0,069 |
5,07*107 |
5*107 |
6,8*107 |
0,092 |
0,071 |
5,07*107 |
4*107 |
Согласно результатам этого эксперимента можно говорить о том, что мох губительно воздействует на микроорганизмы так, в результате исследований (п.2.1.10) концентрация микроорганизмов снизилась с 6,8*107 до 5,07*107 кл/мл. Данные свойства мха могут в дальнейшем найти применение в медицине, при использовании мха как энтеросорбента.
<>
Концентрация микробной суспензии, кл/мл*109
Рис. 2.15.
Можно сделать следующие выводы по итогам исследований:
Мох является хорошим природным ионообменником и обладает хорошими сорбционными свойствами по отношению к тяжелым металлам, это достигается наличием в структуре мха таких веществ как полиурониды (полисахариды, содержащие карбоксильную группу в 6-пложении пиранового или ангидроглюкозного цикла) и пектина. Ионообменная емкость мха по меди 0,7 мг-экв/г, по кадмию 0,65 мг-экв/г.
Мох оказывает губительное воздействие на микроорганизмы.
Исследуемый штам микроорганизмов Pseudomonas aeruginosa В7 обладает сорбционными свойствами по отношению к тяжелым металлам. Так, по отношению к кадмию в результате исследований (п.2.1.5) сорбционная емкость микроорганизмов - 0,114 мг-экв/мл суспензии, по меди - 0,29 мг-экв/мл суспензии.
По виду кинетических кривых сорбции, согласно современным представлениям о механизме процесса сорбции можно сделать вывод, что в исследованных гетерогенных системах достаточно быстро устанавливается равновесное состояние.
Совместное использование мха и микроорганизмов значительно повышает эффективность биосорбции и улучшает поглощение тяжелых металлов из растворов этих металлов.
2.3. Статистическая обработка
2.3.1. Расчет статистической ошибки определения сорбции микроорганизмов мхом
n:=3 i:= 1..n
X1:=0.073 X2:=0.069 X3:=0.071- объем раствора ЭДТА пошедшего на титрование;
X:=0.071 - среднее значение;
S:=0.0006
t:=3.14
D:=0.0015
Z:=0.103
2.3.2. Расчет статистической ошибки определения концентрации металлов путем титрования
Рассчитаем ошибку в опыте по изучению сорбции меди мхом (п.2.1.3) для исходной концентрации 0,1 моль/л (табл.2.1):
n:=3 i:= 1..n
X1:=9.85 X2:=9.86 X3:9.84 - объем раствора ЭДТА пошедшего на титрование;
X:=9.85- среднее значение;
S:=0.0007