钙离子浓度（精选8篇）
钙离子浓度 篇1
胎衣不下 (RFM) 是指奶牛胎衣在产后12 h内不能自行完全排出而滞留于子宫内的现象, 该病已成为严重影响奶牛的繁殖障碍性疾病之一。我国RFM的发病率仍然相对较高, 一般在10%～25%之间。奶牛RFM常能引起奶牛乳房炎、子宫复旧延迟、子宫脱出等疾病, 并导致产奶量下降。若子宫感染严重还能导致子宫内膜炎、奶牛不孕, 甚至发生全身败血症, 致使畜体死亡, 是奶牛养殖业中危害极为严重的常见产科病。
胎儿和胎盘的排出动力都依靠子宫平滑肌的收缩来进行, 对于平滑肌来讲, 当Ca2+浓度降低调节轻链磷酸酯酶使磷酸化轻链去磷酸化, 肌肉舒张[1]。患有分娩低血钙症的奶牛, 有23.9%奶牛发生RFM, 而未患分娩低血钙症的奶牛仅有12.0% RFM[2] , 说明钙在胎衣外排过程中起到重要的作用。
eNOS是一种Ca2+钙调素 (CaM) 依赖性蛋白, 能催化产生少量的NO, 虽对体内NO含量的调节不起主导作用, 但也具有一定的辅助调节作用。mRNA稳定性是eNOS蛋白表达的重要调节点, 目前尚未见有关于eNOS与RFM关系的相关报道。因此本试验通过检测血浆中Ca2+浓度和胎儿胎盘中eNOS蛋白及mRNA的表达, 来探讨影响奶牛RFM发生时它们的变化情况, 为研究奶牛RFM发生机理提供必要的理论依据。
1 材料与方法
1.1 主要试剂
Ca2+浓度检测试剂盒购于长春汇力生物技术有限公司;兔源一抗、SP试剂盒及DAB显色剂均购于北京博奥森生物技术有限公司;RNA提取试剂盒购于QIAGEN公司;反转录酶、RNA酶抑制剂、Taq酶、SYBR GreenⅠ荧光染料等购于Invitrogen公司;其它常规试剂均为国产分析纯。
1.2 样品分组及处理
试验奶牛在分娩前4 d (-4 d) 至分娩后2 d (2 d) , 尾静脉采取血液, 肝素抗凝 (20 U肝素/mL血液) 血20 mL, 3 000 r/min离心15 min, 分离血浆, 分装于EP管中, 将产后RFM和NRFM的样品分为两组, -70℃冰箱保存待测。分别取两组奶牛产后胎儿胎盘, 一部分按常规方法固定于10%中性福尔马林溶液中24 h以上, 用于组织学检测;另一部分液氮中保存, 用于总RNA提取。
1.3 试验方法
1.3.1 操作方法:
Ca2+浓度通过半自动生化分析仪, 采用终点法进行检测, 按试剂盒说明操作。按常规方法制备胎儿胎盘绒毛组织切片, 进行免疫组织化学染色, 方法严格按照试剂盒指定步骤进行。RNA提取、反转录均严格按试剂盒要求操作。采用琼脂糖凝胶电泳分离PCR扩增的目的片段, 割胶回收, 用回收试剂盒纯化后连接到PMD18-T vector, 转化大肠杆菌E. coli DH5α感受态细胞, 铺板, 采用蓝白斑筛选法筛取疑似阳性单菌落, 对其进行培养、提取质粒、质粒PCR鉴定后, 测序。
1.3.2 引物及反应条件:
引物由上海生工合成, eNOS (GenBank登录号:NM_181037) 引物序列:上游:CCCAGGAGGTGACAAGCC, 下游:GCCAACAGGACAGCGGTA, 目的片段大小为194 bp;β-actin (GenBank登录号:NM_173979) 引物序列:上游:GATGTGGATCAGCAAGCA, 下游:CCTTCACCGTTCCAGTTT, 目的片段大小为230 bp。普通PCR反应条件为94℃、5 min;94℃、30 s, 57℃、30 s, 72℃、30 s, 30个循环;72℃10 min。实时荧光RT-PCR反应条件分别为95℃预变性1 min;95℃变性15 s, 57℃退火15 s, 72℃延伸15 s, 共进行45个循环。反应结束后进行熔解曲线分析。每个样品做2个重复, 用2-ΔCt计算mRNA的相对表达量[3]。
1.4 免疫组化结果判断
每批以PBS (phosphate-buffersaline, 磷酸盐缓冲液) 代替一抗作阴性对照;用已知的eNOS免疫反应阳性的大鼠肺组织切片作为阳性片。以细胞浆染成黄色、棕色或棕褐色且其染色强度高于背景非特异染色为阳性细胞;按许良中[4]等级评分方法, 根据阳性染色强度和阳性细胞所占百分比对eNOS蛋白的表达和分布进行评估。
1.5 数据处理
试验结果以undefined表示, 数据统计分析采用SPSS11.5软件进行数据处理。
2 结果
2.1 两组奶牛分娩前后血浆Ca2+浓度变化
注:上角标小写字母不同者表示差异显著 (P<0.05) , 相同或无表示差异不显著 (P>0.05) 。
本试验的结果可以看出, RFM组奶牛血浆中Ca2+的浓度均低于NRFM组, 其中在产前第4天、第1天和产后第2天显著性 (P<0.05) 低于NRFM组的水平, 且在产前4 d (2.15 mmol/L±0.14 mmol/L) 和产后第2天 (1.70 mmol/L±0.18 mmol/L) 血浆中Ca2+的浓度低于正常参考值范围 (2.25 mmol/L～2.75 mmol/L) [5]。
2.2 奶牛胎儿胎盘中eNOS的分布
本试验研究结果显示, 大鼠肺组织阳性对照组有大量eNOS表达 (图1A) ;以PBS代替一抗阴性对照组无阳性表达 (图1B) ;NRFM组奶牛胎儿胎盘中有较多的eNOS分布, SP染色偶见阳性产物 (图1C) ;RFM组中有少量的eNOS阳性产物分布 (图1D) , 且eNOS分布在胎儿胎盘的滋养层细胞和内皮细胞。NRFM组奶牛胎儿胎盘中eNOS的阳性细胞表达率 (5.33%±0.21%) 显著高于RFM组 (3.19%±0.12%) (P<0.05) 。图1中箭头所指为eNOS的阳性表达。
A.大鼠肺组织eNOS表达阳性对照 400×;B.奶牛胎儿胎盘eNOS表达阴性对照 400×; C. NRFM奶牛胎儿胎盘eNOS表达及分布 400×;D. RFM奶牛胎儿胎盘eNOS表达及分布 400×
2.3 两组奶牛胎儿胎盘eNOS mRNA表达量差异
总RNA经1.0%的琼脂糖凝胶电泳检测, 可清晰地看见总RNA的2条电泳条带28S、18S, 经测定, 光密度比值A260/A280为1.8～2.0, 说明RNA的完整性和纯度均符合反转录的要求 (图2) 。RT-PCR产物经1.5%琼脂糖凝胶中电泳, 显示测扩增得到与目的基因大小一致的片段 (图3) 。
挑取重组子进行菌体PCR扩增和凝胶电泳鉴定, 显示明亮的与理论片段长度相符的条带 (图4) , 表明目的基因已成功转入大肠杆菌。测序结果显示与GenBank中登录的已知基因同源性达100%。
分别以不同样品中的β-actin基因为内标, 对奶牛胎盘中的eNOS基因表达水平进行荧光定量RT-PCR分析。经分析, 其中NRFM组 (1.00 ±0.04) 高于RFM组表达水平 (0.15 ±0.04) , 且两组差异显著 (P<0.05) (图5) 。
3 讨论
1. RFM组;2. NRFM组
3.1 血浆Ca2+浓度与RFM的关系
RFM组奶牛血浆Ca2+水平下降的主要原因是分娩前后大量血钙进入初乳以及奶牛动用骨钙能力下降所造成的[2]。对子宫平滑肌而言, 当Ca2+浓度升高时, Ca2+与钙调蛋白结合使肌球蛋白轻链激酶活化, 最终使轻链丝氨酸-19磷酸化, 肌肉收缩;当Ca2+浓度降低时, 调节轻链磷酸酯酶使磷酸化轻链去磷酸化, 肌肉舒张, 就会影响到子宫平滑肌的收缩力量。
1. β-actin;2. eNOS;M. DL2000 marker
1. β-actin;M. DL2000 marker;2. eNOS
本试验结果显示, RFM奶牛的血钙水平在分娩前后均低于NRFM组。这一结果与马衡、Hernandez 以及牟瑞营等的报道相一致[6,7,8]。由此可见, 细胞内的Ca2+浓度降低时, 收缩蛋白对Ca2+敏感性也减弱, 肌细胞膜上K+通道活性下降, 从而导致生殖系统血管内皮细胞及平滑肌细胞血管舒张, 使母体和胎儿胎盘的收缩产生惰性, 胎盘突中的毛细血管处于充盈状态, 子叶绒毛就难以从肉阜陷窝中脱出。因此, Ca2+水平的下降, 会使奶牛产后胎儿胎盘的排出缺乏动力, 容易导致RFM。
3.2 血浆Ca2+浓度对eNOS表达的影响
内皮细胞eNOS存在于细胞膜上的信号传导区域内, 称为小窝。在正常情况下, eNOS黏附在小窝上, 并与小窝蛋白结合, 处于失活状态, 但Ca2+浓度升高时, eNOS迅速从小窝上解离并被激活[9]。因而, 当Ca2+浓度升高时, eNOS表达量也将增加, 表明Ca2+浓度与eNOS表达量呈正相关。
本研究结果可见, RFM组奶牛胎儿胎盘中eNOS蛋白及mRNA表达量均显著低于NRFM组。这与血浆Ca2+浓度呈同向变化, 证明Ca2+浓度对eNOS的表达有直接的影响, 我们有理由推测, eNOS是依赖于Ca2+-CaM而存在的, 受细胞内Ca2+浓度的生理性调节。因而, Ca2+对eNOS有正向调节的作用。
3.3 奶牛胎儿胎盘eNOS的表达与RFM的关系
通过eNOS蛋白在奶牛胎儿胎盘绒毛滋养层细胞和内皮细胞的表达, 我们发现在RFM组与NRFM组表达量有显著差异, 这也说明eNOS蛋白在胎盘中的表达量对奶牛RFM的发生或许有一定的影响;研究又发现mRNA表达量也有显著性差异, 更进一步验证了eNOS与奶牛RFM发生的密切关系。
综上所述, 奶牛血浆中Ca2+水平对奶牛RFM的发生有重要的调节作用, 同时影响eNOS 在胎儿胎盘绒毛中的表达 , eNOS的表达减少或增多对胎盘分离排出影响的作用机制还有待于进一步研究。
参考文献
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钙离子浓度 篇2
1、溶液中的守恒关系
⑴物料守恒(原子守恒)：溶液中某组分的起始浓度等于它在溶液中的各种存在形式浓度之和。
－以1mol·L1CH3COONa为例：
－＋＋－CH3COONa===CH3COO＋Na
H2OH＋OH
－－CH3COO＋H2OCH3COOH＋OH
－－c(CH3COO)＋c(CH3COOH)=1mol·L
1＋－c(Na)=c(CH3COO)＋c(CH3COOH)Na2CO3溶液：
NaHCO3溶液： 小结：等号的一端都含有某种元素，一般为物料守恒。
⑵电荷守恒：溶液呈中性，即溶液中阳离子所带正电荷总数与阴离子所带负电荷总数相等。例：CH3COONa溶液：
Na2CO3溶液：
NaHCO3溶液： 小结：等号一端全为阳离子或阴离子，一般为电荷守恒。
＋－⑶质子守恒：溶液中c(H)水=c(OH)水称为质子守恒。
例：CH3COONa溶液：
Na2CO3溶液：
NaHCO3溶液：
＋－小结：等号一端为c(H)或c(OH)，一般为质子守恒。注意：质子守恒=物料守恒—电荷守恒
作业：写出Na2S溶液和(NH4)2SO4溶液的三个守恒关系
2、溶液中离子浓度大小的比较 ⑴单一溶液离子浓度的比较
①多元弱酸溶液离子浓度的比较：例：H3PO4 ②多元弱酸盐溶液离子浓度的比较：Na2CO3
钙离子浓度 篇3
关键词：褐牙鲆,钙离子,鱼体,耳石,元素
鱼类在与外界环境进行物质交换时,环境中的化学元素不断被摄入鱼体,通过鱼类的鳃呼吸等方式进入血液,在鱼体内经过一系列的代谢和循环,最终沉积到耳石。现已发现耳石中含有钙(Ca)、铝(Al)、锶(Sr)、铁(Fe)、钠(Na)、钾(K)、氯(Cl)、氮(N)和硫(S)等多种化学元素[1,2,3]。在耳石的组成成分中,碳酸钙(CaCO3)占96.2%,痕量元素占0.7%,有机质占3.1%。耳石在形成过程中其轮纹形态结构与化学组成相当稳定,记录了鱼类个体生活过程中丰富的生物-物理-化学环境信息,所以,耳石信息分析可以揭示鱼类的生活史及其所经历的环境变化[1,4]。研究表明,水体盐度、食物中Sr的含量、生长的季节变化和生殖周期等生理因素均可能影响元素在耳石中的沉积[5,6]。海、淡水洄游性鱼类从海水进入淡水或从淡水进入海水后耳石中Ca、Sr等元素的沉积量也会有明显的变化[7,8,9]。许多因素影响着耳石中的锶/钙(Sr/Ca)比率,并且一些因素对耳石中的Sr/Ca比率具有协同影响作用[10]。一般认为耳石各部分元素沉积量与环境中该元素的可利用率以及水化学特性等有关[3,4]。此外,耳石中化学元素的沉积是一个生理过程,与环境温度也关系密切[11]。所以,很多学者认为分析耳石中化学元素的沉积规律有助于鱼类生活史的研究[12],甚至通过耳石中化学元素的分析来研究水域的污染度。Ca对动物生理机能有着重要作用,是构成骨、齿、鳞及甲壳的主要成分。Ca在组织中参与肌肉收缩、血液凝固、神经传导、渗透压调节、某些酶的激活以及细胞膜的完整性和通透性的维持等生理作用。水中钙离子(Ca2+)质量浓度不同能影响水生生物的产卵孵化[13]、成活和生长[14,15,16]。
褐牙鲆(Paralichthys olivaceus),俗称牙片、偏口、比目鱼,是名贵的暖温性、底栖海产经济鱼类,
也是中国北方沿海重要的海水增养殖鱼类之一。目前,还未见关于Ca2+质量浓度对褐牙鲆鱼体和耳石元素积累方面的研究。文章通过研究Ca2+质量浓度对褐牙鲆鱼体组分和耳石成分的影响,探求其影响褐牙鲆生长的化学成分机制。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验鱼于2008年5月29日购自山东省文登市小观镇养殖场,于室内循环水槽暂养20 d。暂养期间,水温(20±0.5)℃,pH(7.80±0.40),盐度30,连续充气,每天饱食投喂山东升索牌牙鲆颗粒饲料2次(08:00和18:00)。
1.2 试验设计和海水配置
为排除其他离子成分的干扰,试验用水以海水素和自来水配制。海水素为中国海洋大学海水素厂专门设计和生产的无钙海水素。保证其他离子成分和总盐度(30)基本不变,分别由氯化钙(CaCl2)、硫酸镁(MgSO4·6H2O)或氯化镁(MgCl2·7H2O)降低和增加Ca、Mg含量,盐度差值部分由无钙海水素补充。Ca2+、镁离子(Mg2+)质量浓度用EDTA络合滴定法测定。在预试验基础上设置了5个处理组,按ρ(Ca2+)不同设为A、B、C、D和E共5组,其中B组(对照)中ρ(Ca2+)为正常海水值(表1)。暂养结束后试验鱼停食24 h,从中选取600尾大小均匀、体质量为(4.06±0.04)g的褐牙鲆幼鱼用作试验。用纱布吸干鱼体表水分,精确称质量到0.01 g。按照每组3个平行,每个水族箱(120 L)放养试验鱼40尾。每天早、晚各投喂1次(8:30和18:00)。试验为期60 d,试验期间投喂规格为P1饵料(山东升索牙鲆颗粒饲料)。
1.3 日常管理
每天补充因收集残饵和粪便流失的水量,每隔5～7 d按水族箱1/3～1/2量换一次水(补水和换水为提前配好的试验用水,保持各试验组ρ(Ca2+)、ρ(Mg2+)不变,试验期间保持光照[光照(L):黑暗(D)]14L:10D,pH为7.80±0.40,ρ(DO)为(7.30±0.41)mg·L-1,氨氮(NH4-N)质量浓度低于0.05 mg·L-1,温度设定在(20±0.50)℃。
a～e. 试验组A～E;标尺50 μma～e. group A～E;bar is 50 μm
1.4 样品处理和分析
试验结束后用纱布吸干鱼体水分称体质量,用烘箱在70 ℃烘干至恒质量,磨碎。耳石去除包膜和黏液,清洗后60 ℃烘烤24 h,于干燥器中冷却后,用电子天平称质量,精确到0.01 mg。取磨碎的全鱼和耳石样品分别经高氯酸和硝酸消化后[17],经电感耦合等离子体原子发射光谱仪(Icp-Oes;Vista-Mpx,Varian)测定样品成分。每个试验组取15尾鱼,每个样品测定3次,取平均值。在解剖镜下观察耳石形态、测量其长和宽(μm)[18,19],并拍照(图1)。
1.5 数据计算和统计分析
对所有试验数据进行单因子方差分析,如果差异显著,进一步对各处理组进行Duncan′s多重比较,以P<0.05作为差异显著的标准。数据的统计分析采用SPSS 13.0进行。
2 结果
2.1 水体Ca2+质量浓度对鱼体成分的影响
试验发现鱼体中含有多种元素,其中Ca、磷(P)、Na、镁(Mg)元素质量分数接近或超过1 mg·g-1,各元素在鱼体中顺序为w(P)>w(Ca)>w(Na)>w(Mg)>w(Sr)(表2)。w(Ca)在各组中差异不显著(P>0.05),各组间w(Ca)、w(P)、w(Na)、w(Mg)的差异均显著(P<0.05)。其中E组w(P)显著低于A和B组,分别为66.24%和65.13%(P<0.05);C组w(Na)显著低于A和B组,分别为70.19%和67.85%(P<0.05);E组w(Mg)显著低于A和B组,为68.53%和66.67%(P<0.05);A和B组w(Sr)显著高于其他各组(P<0.05)。同时鱼体中含有多种微量元素,在鱼体中顺序为w(Fe)>w(锌)(Zn)>w(锰)(Mn)>w(铜)(Cu)>w(镍)(Ni),各组间w(Zn)和w(Cu)差异不显著(P>0.05);A组w(Fe)、w(Mn)和w(Ni)显著高于B、C、D和E组(P<0.05),A组w(Mn)显著高于C和E组(P<0.05),A组w(Ni)显著高于C、D和E组(P<0.05)(表3)。
2.2 耳石常规指标分析
各组试验鱼体长、体质量差异均不显著(P>0.05)(表4)。A组耳石长显著低于B组和C组,分别为B组和C组的92.38%和90.77%(P<0.05);A组耳石宽也显著低于B组和C组,分别为90.10%和95.71%(P<0.05);A组耳石长宽比L/W显著低于D组,为D组的94.77%(P<0.05);A组的耳石质量显著低于B组和D组,分别为89.69%和90.16%(P<0.05)。通过拟合得到各组褐牙鲆耳石长和耳石质量的关系分别为A组y=0.648 2e0.005 6x,R2=0.565 8;B组y=2.275 8e0.001 6x,R2=0.276 6;C组y=1.084 4e0.003 9x,R2=0.281 2;D组y=0.766 8e0.004 9x,R2=0.481 3;E组y=0.523 9e0.006 2x,R2=0.721 8(图2)。
2.3 水体Ca2+质量浓度对耳石元素成分的影响
褐牙鲆耳石中含有多种元素,主要元素在鱼体中顺序为w(Ca)>w(Na)>w(Sr)>w(Mg)>w(Fe)(表5)。其中各处理组耳石中w(Ca)差异均不显著(P>0.05),w(Sr)随ρ(Ca2+)增加显著下降(P<0.05);各处理组耳石w(Na)和w(Fe)差异不显著(P>0.05);D组w(Mg)显著低于B组和C组,为82.61%和61.29%(P<0.05)。耳石中存在多种微量元素,w(P)>w(Cu)>w(Mn)>w(铅)(Pb)>w(Ni),各处理组w(Mn)和w(Ni)差异不显著(P>0.05),A和C组w(P)和w(Pb)显著高于其他组(P<0.05);C组w(Cu)显著高于其他各组(P<0.05)(表6)。分析耳石微量成分发现,Sr/Ca、Mg/Ca随水体ρ(Ca2+)增加而显著下降;E组Cu/Ca显著低于B组和C组,分别为B、C组的87.5%和87.5%(P<0.05);各处理组Fe/Ca差异不显著(P>0.05)(表7)。
注:同一行数字不同上标字母表示差异显著(P<0.05);后表同此 Note:Values with different superscripts within the same line are singnificantly different(P<0.05).The same case in the following tables.
3 讨论
3.1 耳石形态
鱼类耳石的形态、大小、功能和微结构特征随种类而存在差异,因此,鱼类耳石不仅可作为分类鉴别的特征之一,而且可作为鉴定年龄和分析生长的材料[18,20,21,22]。研究表明,水温、盐度、离子浓度等均可能影响鱼类耳石的形成[2,23,24]。叶振江等[25]研究了2种鲈鱼(Lateolabrax sp.)耳石形态的地理变异,发现鲈(Lateolabrax japonicus)与花鲈(L.maculates)耳石形态、耳石质量-耳石长的关系差异显著;并认为中国近海不同海域的花鲈群体耳石形态存在显著地理差异。STRANSKY[26]通过耳石形态分析了平鲉(Sebastes marinus)和尖吻平鲉(S.mentella)的地理差异,获得较高的判别率。郭弘艺等[19,27]研究了中国鲚属鱼类矢耳石的形态特征,发现海水种类或海水生活周期较长种类的矢耳石要明显大于淡水种类或海水生活周期较短的种类,即在海水生活阶段矢耳石元素的沉积速度要明显大于在淡水生活阶段;并且认为耳石形态分析在近缘种判别方面具有良好的应用前景。KATAYAMA和ISSHIKI[28]研究了褐牙鲆耳石形态特征以区分养殖和野生鱼,发现野生鱼耳石更趋于椭圆,而养殖鱼耳石边缘粗糙不清晰,且水温和投饵条件对耳石形态没有影响。区又君等[29,30,31]研究了黄唇鱼(Bahaba flavolabiata)、大黄鱼(Pseudosciaena crocea)和棘头梅童鱼(Collichthys lucidus)耳石的形态特征和微结构,总结了这几种鱼类耳石形态的异同及鉴别特征。
环境中ρ(Ca2+)的改变也可能影响鱼类耳石的发育。笔者试验发现,水体ρ(Ca2+)变化后鱼体耳石外部形态受到显著影响(图1),高ρ(Ca2+)组耳石长/耳石宽显著大于低ρ(Ca2+)组和对照组。通过拟合发现,各试验组褐牙鲆耳石长和耳石质量的关系式基本符合指数关系,水体ρ(Ca2+)对其相关性影响较大。结果说明水体ρ(Ca2+)能影响褐牙鲆耳石的形成,使其形态发生显著变化。
3.2 鱼体成分
鱼体中含有多种元素,这些元素在生命活动中发挥重要作用。现已知有26种元素为动物生长所必需,按其含量可分为三大类,碳(C)、氢(H)、氧(O)、N为大量元素,构成机体的有机物质;Ca、P、Mg、Na、K、Cl和S为常量矿物元素,约占体内无机物质的60%～80%;Fe、Cu、Mn、Zn和Ni等在动物体内质量分数不超过50 mg·kg-1,称为微量元素,还有一些含量极微的称为痕量元素。这些元素在褐牙鲆鱼体中也存在,且含量基本符合上述结论。研究表明,水生生物能够富集水体中重金属离子,可以作为评价水体污染情况的指标[32,33]。LAROCQUE和RASMUSSEN[34]报道了Ca、Cu、Fe、Mg、Pb和Zn元素会从水中进入鱼体内,且鱼体内重金属含量远大于水体中含量,证明这些离子可在鱼体中富集。因此,LIAO和LING[35]建议用莫桑比克罗非鱼(Oreochromis mossambicus)作为监测水体污染的指标。一般肝脏和鳃中的金属含量要高于肌肉中的含量。
笔者试验发现,褐牙鲆鱼体也含有多种元素,在高ρ(Ca2+)组Mg、Sr、Fe、Mn、Ni质量分数较低,说明高ρ(Ca2+)降低了一些金属离子在体内的累积。水体较高ρ(Ca2+)可以调节其他离子的利用,并控制重金属离子的毒性,主要通过化学竞争、生物学适应或者两者协同作用[35,36]。PERSCHBACHER和WURTS[37]报道Ca-Mg硬度增加会降低硫酸铜(CuSO4)对斑点叉尾(Ictalurus punctatus)的毒性,在1.25 mg·L-1 CuSO4溶液中暴露48 h后,10 mg·L-1 CaCO3水体中斑点叉尾的死亡率为90%,而400 mg·L-1 CaCO3水体中为5%。笔者试验结果也证实高ρ(Ca2+)水体可能限制了一些离子在鱼体的积累。但未发现在鱼体内Ca的累积与水体ρ(Ca2+)呈正相关,推测Ca在鱼体内累积还受其他因素的影响,需要进一步研究加以验证。
3.3 耳石成分
关于耳石中化学元素的沉积规律,前人作过较多的研究。耳石元素组成受到很多因素的影响,主要包括一些生理因素(生长率、胁迫和再生等)和环境因素(温度、盐度和水中离子含量等)[1,4,22]。WRIHGT等[24]对大西洋鲑(Salmo salar)的研究发现,耳石上Ca的沉积受血浆中Ca含量的调节,血浆中Ca含量增高,耳石生长的速度也加快。通过鱼耳石微化学分析,可以了解远距离迁徙鱼类生活习性的转变。海、淡水洄游性鱼类从海水进入淡水或从淡水进入海水后,耳石中Ca、Sr等元素的沉积量会有变化[8],生活在不同水系淡水环境中的红大麻哈鱼(Oncorhychus nerkas)耳石中的Sr含量的变化依赖于水体中该元素含量的变化[9]。TZENG[38]发现在海洋生活阶段,日本鳗鲡(Anguilla iaponica)耳石上Sr的含量逐渐增加,约在溯河洄游前1个月达到高峰;进入河口后Sr含量急剧下降并长期维持在较低水平。ARAI等[39]通过研究远东哲罗鱼(Hucho perryi)耳石的Sr/Ca,探讨其在河流的迁移路径,认为耳石Sr/Ca比可以作为鱼类迁移的路标。王巍令[40]对中国沿海8个站点斑尾复虎鱼(Synechogobius ommaturus)耳石的10种元素进行了研究,以分析斑尾复虎鱼生活水体的相似度,结果显示Sr、Co、Ba、Pb、K、Mn和Sr/Ca有显著性差异。
笔者试验发现,各组褐牙鲆幼鱼耳石中仅w(Ca)差异不显著。分析认为,Ca在耳石中主要以CaCO3形式存在,虽然一些微量元素可以替代,但因水体中含量有限,对耳石中w(Ca)影响不大。另一方面,试验水体中ρ(Ca2+)很高,远超过鱼类生长发育的需要,因此,各组试验鱼耳石w(Ca)没有显著差异。但其他离子的质量分数有显著差异,一些微量元素的质量分数随着ρ(Ca2+)的增加而下降,其中w(Sr)随ρ(Ca2+)增加显著下降,且随ρ(Ca2+)增加Sr/Ca比、Mg/Ca比显著下降。研究表明,鱼类从海洋进入河口或河流时耳石Sr/Ca比急剧下降[41]。BROWN[17]分析了侧枝鲽(Pleuronectes vetulus)和眼点副棘鲆(Citharichthys stigmaeus)耳石元素组成在河口和海岸带的差异,发现与海岸带相比,河口区鱼类耳石中Sr的含量较高,锂(Li)的含量较低,利用耳石多种元素判别鱼类生活类群的准确率在80%。笔者试验高ρ(Ca2+)水体中试验鱼耳石Sr/Ca比、Mg/Ca比的下降,说明水体中ρ(Ca2+)的改变在耳石中留下明显标记,耳石离子组分可作为养殖水体中离子成分变化的指标。
钙离子浓度 篇4
1 材料与方法
1.1 材料
随机选取2011年5～7月,上海市杨浦区中心医院妇科收治的子宫肌瘤患者20例,平均年龄43.6±2.7岁。所有患者均接受腹腔镜下子宫动脉阻断术联合优势肌瘤挖出术治疗(手术方式见文献[1]),术后标本经病理检查确诊是子宫平滑肌瘤。在子宫动脉阻断前,每例取少许肌瘤组织及邻近平滑肌组织,共各20例标本。将新鲜组织标本置入灭菌冻存管,做好标记,放入-80℃冰箱保存。
1.2 方法
1.2.1 试剂及仪器
Trizol试剂盒购于Invitrogen公司,PCR试剂盒为上海杰瑞生物科技公司提供,cDNA合成试剂盒购于MBI公司。一抗试剂 IP3R、ab5804、RYR、ab2868、Anti-Cytochrome C antibody、ab13575均为Abcam公司产品,蛋白定量试剂盒(BCA法)购于碧云天公司。Real-time检测仪厂家为美国ABI,发光仪器ImageQuant LAS4000为GE healthcare公司产品。
1.2.2 RT-PCR和Western blot方法分别检测两种组织IP3R、RyR的mRNA及蛋白表达水平
1.2.2.1 RT-PCR检测
取冻存组织室温待解冻,按照Trizol试剂盒(Invitrogen公司)说明书提取组织或细胞总RNA,PCR扩增。IP3R上游引物5′-TATTCGGGTGCTGTCTGATG -3′,下游引物5′-ACAATGCTGTGGGACTTGAG-3′,扩增片段长度102 bp;RyR上游引物5′-GACCGCCTAAATGTCTACAC-3′,下游引物5′-ACGATTGCCACGGATTAGAG-3′,扩增片段长度129 bp;Cytc上游引物5′-TAGATAACTGGGCGTCGTGG-3′,下游引物5′-GGATTGCAGGCATGACCTAC-3′,扩增片段长度200 bp,内参基因为GAPDH。根据cDNA 条带的灰度值计算其相对含量,基因的表达量F=2的-△ct次方[(△ct=待测样品的目的基因的ct的平均值-待测样本的内参基因的ct的平均值)]。
1.2.2.2 Western blot检测
取出适量冻存的组织在液氮中迅速研磨成粉末,将研磨好的粉末或缺氧条件下培养的细胞转移到含有蛋白酶和磷酸酶抑制剂的裂解液的离心管中,离心后取上清,进行蛋白质定量后贮存于-80℃冰箱。用蛋白定量检测试剂盒BCA法(bicinchoninic acid)检测样品蛋白浓度。蛋白样品经过上样、电泳、转膜、封闭、一抗(IP3R:1∶1000;RyR:1∶1000;Anti-Cytochrome C antibody:1∶2000)孵育、二抗(鼠二抗 1∶2000)孵育,最后用荧光定量仪器来检测蛋白,以GAPDH作为蛋白定量内参。
1.2.3 细胞实验
1.2.3.1 原代细胞培养
取新鲜子宫平滑肌组织,将标本置于加双抗(青霉素:1000 U/ml,链霉素:1000 μg/ml)的平衡盐溶液(Hank′s Balanced Salt Solution-Hank′s,HBSS)里,冲洗2～3次,加入0.4%胶原酶8 ml(内含DNase I:20 μg/ml),0.05%胰酶2 ml,37℃摇床消化2～3小时。组织消化好后,用含10%FBS和100 U/ml青霉素、100 μg/ml链霉素的DMEM-F12培养基,悬起细胞,接种于培养瓶内,于37℃恒温培养箱培养。根据时间差采用贴壁法对成纤维细胞和平滑肌细胞进行分离,经过3次贴壁后仍未贴壁的细胞即为平滑肌细胞。采用α-actin免疫组化染色作为鉴定平滑肌细胞鉴定的标准。同法培养制备子宫肌瘤细胞。
1.2.3.2 阻断剂分组实验
将每份细胞标本分成4组:A组加入IP3R阻滞剂肝素(heparin,Hep),B组加入RyR阻滞剂钌红(ruthenium red,Ru),C组加入Hep和Ru,D组不添加任何阻滞剂。然后将原代培养子宫肌瘤细胞和平滑肌细胞同时放置低氧培养箱中(1%O2+5%CO2+94%N2),6小时后取出检测。应用RT-PCR及Western blot方法测定不同细胞中IP3R、RyR及凋亡因子Cytc的mRNA及蛋白表达水平。
1.2.3.3 Ca2+浓度检测
取每组待测细胞悬液,加入Ca2+荧光指示剂Fluo-3-Am,置二氧化碳培养箱中孵育1小时。加入10%Triton X 100(破膜用),1 mmol/L氯化钙,孵育1～10分钟,测定荧光即Fmax值;加入EDTA,20 μl(钙螯合剂),孵育1～10分钟,测定荧光即Fmin值,选用的激发波长为488 nm。计算公式:Ca2+浓度=Kd×(F-Fmin)/(Fmax-F)。Kd为荧光剂与Ca2+ 形成配合物的解离常数,为400 nmol/L,F为缺氧培养6小时后细胞内测得的荧光强度。
1.2.4 统计学方法
检测数据采用undefined形式表示,采用t检验做计量资料均数的比较,组织标本采用Paired-Samples T Test,细胞标本采用Independent-Samples T Test。P<0.05为差异有统计学意义。
2 结 果
2.1 子宫动脉阻断前两种组织中IP3R、RyR mRNA及蛋白表达水平比较
由表1可见,子宫动脉阻断前,平滑肌组织中IP3R mRNA及蛋白表达水平均显著高于肌瘤组织(P=0.000;P=0.000),见图1;平滑肌组织中RyR mRNA及蛋白表达水平高于肌瘤组织,但差异无统计学意义(P>0.05)。
2.2 缺氧条件下两种组织细胞IP3R、RyR、Cytc表达水平的比较
缺氧条件下培养6小时后,肌瘤细胞各组中IP3R mRNA表达均高于平滑肌细胞,但差异无统计学意义(P>0.05);肌瘤细胞中IP3R蛋白表达高于平滑肌细胞,其中B组和D组差异有统计学意义(P=0.001,P=0.000),见图2。两种组织细胞中RyR mRNA表达比较,差异均无统计学意义(P>0.05),肌瘤细胞RyR蛋白表达水平在B组和D组中高于平滑肌细胞(P=0.028,P=0.007)。两种组织细胞中凋亡因子Cytc mRNA表达比较,差异无统计学意义(P>0.05),仅D组肌瘤细胞Cytc蛋白表达水平显著高于平滑肌细胞(P=0.011),见图2、表2。
2.3 缺氧条件下两种组织细胞中Ca2+浓度的比较
4组肌瘤细胞中Ca2+浓度普遍高于平滑肌组织,但仅B组及D组比较,差异有统计学意义(P=0.037;P=0.043),见表3。
3 讨 论
3.1 研究背景
2000年以来,国内外学者开始尝试腹腔镜下阻断子宫动脉(laparoscopic uterine artery occlusion,LUAO)治疗子宫肌瘤[1,4]。资料显示,该术式的临床疗效是满意的,并有助于减少肌瘤挖出术中和术后的出血量,缓解月经过多症状及缩小子宫体积效果显著[5,6,7]。LUAO治疗机制研究是临床医师关注的问题。Park等[8]观察17例LUAO患者,发现术后肌瘤组织中出现细胞凋亡现象。我们自2005年开始LUAO治疗机制的验证研究,也发现缺氧刺激下子宫肌瘤组织较平滑肌组织更易发生凋亡事件[9],我们的研究观察到,子宫动脉阻断后肌瘤组织中细胞凋亡现象较平滑肌细胞明显增多,且随着缺氧时间延长,差异更显著;同时电镜下发现肌瘤细胞中肿胀、空泡样变性的线粒体增多。免疫组化实验显示凋亡因子Cytc蛋白表达明显升高,提示缺氧条件下,肌瘤细胞内源性(线粒体)凋亡程序启动,诱导肌瘤细胞发生大量不可逆凋亡。本实验通过缺氧条件下胞内钙离子释放验证肌瘤细胞凋亡途径的发生。
3.2 缺氧后IP3R/RyR介导胞内Ca2+浓度升高诱导肌瘤细胞凋亡
在线粒体细胞凋亡途径中,线粒体通过不同的信号转导方式感应内生和外界的死亡压力,在许多重要分子,如Ca2+、Bcl-2家族蛋白等调控下,通过改变线粒体膜通透性,释放相关信号分子Cytc等,这些分子通过激活下游的caspases级联反应,启动细胞凋亡。因此,细胞内Ca2+浓度变化在细胞凋亡过程中发挥很重要的第二信使作用,Ca2+浓度调控与线粒体凋亡途径启动存在着紧密的联系。肌质网是平滑肌细胞内最主要的钙库,肌质网膜上释放Ca2+的孔道主要有IP3R和RyR。在缺氧信号刺激下,IP3R、RyR孔道被激活,肌质网Ca2+外流,胞浆中Ca2+浓度升高,IP3R/RyR介导胞浆内钙离子浓度升高是启动线粒体凋亡途径的重要信号。本研究结果显示,缺氧6小时后,D组中肌瘤细胞IP3R 、RyR蛋白表达水平均高于平滑肌细胞,差异有统计学意义(P=0.000;P=0.007),提示缺氧后肌瘤细胞肌质网钙通道开放程度大于平滑肌细胞,肌瘤细胞胞浆Ca2+释放水平高于平滑肌细胞。本研究还证实,在D组中,检测到肌瘤细胞中Ca2+浓度明显高于平滑肌细胞(P=0.043)。由于Ca2+作为第二信使,激活启动缺氧条件下肌瘤细胞的线粒体凋亡程序,线粒体摄取Ca2+增多,Ca2+超载导致线粒体损伤,内膜渗透性改变,线粒体质膜的通透性转运孔(mitochondrial permeability transition pore,MPTP)开放,膜间隙的Cytc释放入胞浆,启动下游的caspases级联反应,最终导致细胞凋亡。因此,在D组结果,我们可以看到肌瘤细胞中凋亡因子Cytc蛋白表达水平较平滑肌细胞明显升高(P=0.011),提示缺氧条件下,肌瘤细胞内Ca2+浓度升高,启动线粒体(内源性)细胞凋亡途径,诱导大量肌瘤细胞发生凋亡,这种细胞凋亡现象明显多于平滑肌细胞。
3.3 IP3R/RyR对胞内钙离子释放调控差异的比较
本研究结果同时显示,A组(Hep)、C组(Hep+Ru)肌瘤细胞与平滑肌细胞Ca2+浓度无差异(P=0.613,P=0.383),B组(Ru)、D组(空白组)肌瘤细胞Ca2+浓度明显高于平滑肌细胞(P=0.037,P=0.043),提示只要阻断IP3R,两者胞内Ca2+释放/浓度无差异。说明缺氧条件下,肌瘤细胞与平滑肌细胞内Ca2+释放主要受肌质网IP3R孔道调节,RyR通道调控意义不明显。观察实验RyR蛋白表达可以发现,A组肌瘤细胞与平滑肌细胞中RyR蛋白表达无差异(P=0.987),而D组肌瘤细胞中RyR蛋白表达明显高于平滑肌细胞(P=0.007),说明缺氧应激条件下,IP3R表达可能对RyR的表达有正协同效应:阻断IP3R表达,两种细胞RyR蛋白表达无差异;不添加阻滞剂,IP3R表达可以促进RyR表达,使得两种细胞中RyR蛋白表达显示差异。这一分析结果也同时验证了缺氧条件下,肌瘤细胞与平滑肌细胞内肌质网Ca2+释放、Ca2+浓度差异主要受肌质网IP3R钙通道调节。此外,B组、D组IP3R蛋白表达两者皆有差异(P=0.001,P=0.000),则提示是否阻断RyR表达,对两种细胞IP3R蛋白的差异表达无影响。而B组RyR蛋白表达两者有差异(P=0.028),提示Ru对RyR1阻断特异性不高,Ru可能对RyR其他亚型阻断敏感性更高。
另外,本研究缺氧实验D组显示,肌瘤细胞与平滑肌细胞IP3R、RyR mRNA水平无差异(P=0.142;P=0.968),但IP3R、RyR蛋白表达存在差异(P=0.000;P=0.007),提示IP3R、RyR蛋白表达不完全受IP3R、RyR基因转录水平的影响,缺氧刺激下有可能直接影响转录后IP3R、RyR蛋白的表达、激活。文献提示,在缺氧信号刺激下,细胞膜表面的G蛋白被激活,G蛋白使胞浆中磷脂酶C(PLC)发生活化,PLC继而将4,5-二磷酸磷脂酰肌醇(PIP2)水解为IP3和二脂酰甘油(DAG),IP3从胞浆中转位到肌质网膜表面与IP3R结合,从而使得IP3R孔道开放,肌质网内Ca2+释放,胞浆Ca2+浓度升高。因此,IP3R蛋白表达可通过缺氧刺激下G蛋白传导途径迅速升高,而不完全由IP3R/RyR基因转录水平决定。
本研究还对子宫动脉阻断前的肌瘤与平滑肌组织标本进行了比较研究,结果发现,平滑肌组织中IP3R mRNA及蛋白水平均显著高于肌瘤组织(P=0.000)。提示生理状态下,平滑肌组织中肌质网IP3R孔道开放程度及Ca2+释放大于肌瘤组织,可能在生理状态下,一定Ca2+浓度范围内,Ca2+作为细胞内第二信使,不是发挥激活线粒体细胞凋亡程序的作用,而是参与调节细胞其他生物学功能,如细胞生长、分化及收缩功能等。同时,实验发现RyR mRNA及蛋白水平在两种组织中表达无差异(P=0.719;P=0.090),提示生理状态下,IP3R/RyR介导的胞浆Ca2+信号通路,主要是通过IP3R通道发挥生物学作用的,这一结果与缺氧模型下的细胞实验结果一致。
总之,本实验通过观察缺氧培养6小时后,肌瘤细胞与平滑肌细胞中IP3R/RyR、Cytc的表达及细胞内Ca2+浓度,发现缺氧刺激下,肌瘤细胞内Ca2+浓度较平滑肌细胞明显升高,且Ca2+释放主要受到胞内肌质网IP3R孔道调控。Ca2+浓度升高激活了内源性(线粒体)细胞凋亡途径,肌瘤细胞中Cytc释放明显增多,诱导大量肌瘤细胞发生凋亡。本研究有助于解释子宫动脉阻断后肌瘤细胞缺氧凋亡的机制,为该技术治疗子宫肌瘤提供了有力的理论依据。
参考文献
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钙矾石结合氯离子能力的研究 篇5
钢筋混凝土结构在海水中容易被侵蚀而发生破坏,其主要原因是混凝土中的钢筋表面钝化膜在海水的氯盐环境中受到破坏而导致钢筋发生锈蚀。然而,并不是混凝土中的所有氯离子都会造成钢筋的锈蚀,被水泥水化产物化学结合或物理吸附的氯离子不会引起钢筋的锈蚀。因此,研究水泥水化产物结合氯离子的能力,即化学结合和物理吸附氯离子的能力对研究钢筋混凝土结构的寿命具有重要的意义。目前,国内外学者已经广泛开展了水泥基材料结合氯离子的研究,主要从结合氯离子的方法,测试水泥基材料的组成、氯离子浓度、氯盐阳离子类型、溶液pH值、硫酸根离子浓度以及碳化等方面[1]进行研究。然而,这些研究主要针对的是水泥基材料组成及环境因素的影响,而对水泥水化产物钙矾石(AFt)和单硫型水化硫铝酸钙结合氯离子的研究仍然较少。人们只知道水泥化学结合氯离子后生成了Friedel盐(F盐),而对于水泥水化产物结晶相AFt和单硫型水化硫铝酸钙能否结合氯离子仍不清楚。有研究表明氯离子存在条件下AFt晶体变得不稳定;Buck[2]认为在内掺氯盐情况下AFt能够被F盐取代;Zibara[3]和Ekolu[4]认为仅在高氯离子浓度下AFt才能够被F盐取代;而Midgley[5]和Hirao[6]认为AFt不会被氯离子侵蚀,不具有结合氯离子的能力。为此,本实验采用化学合成法制备了水泥水化产物结晶相AFt,并研究了其结合氯离子的形式及能力。
1 实验
1.1 原材料的制备
采用高温烧结法制备铝酸三钙(C3A)矿物。将分析纯的CaCO3和Al2O3按3∶1(物质的量比)磨细混合均匀,用无水乙醇拌和后压制成小试饼,然后在1350 ℃煅烧。经两次煅烧后如果游离氧化钙(f-CaO)含量仍偏高,继续第3次甚至第4次煅烧,直至产物中f-CaO的质量分数小于1%。
采用C3A水化反应法合成AFt。用烧制的C3A矿物与分析纯的石膏(CaSO4·2H2O)按物质的量比1∶3混合均匀后浸泡在除去CO2的蒸馏水中水化,密封保存防止碳化,搅拌均匀后静置,期间每天用超声波振荡6 h左右,超声波振荡期间保持水温恒定,防止温度过高给C3A的水化带来影响。7 d后用快速滤纸迅速将其中的结晶体过滤出来,用无水乙醇洗涤3次,然后放入50 ℃的真空干燥箱中烘干备用。对烘干后的产物进行X射线衍射分析与激光拉曼光谱分析确定其组成。
1.2 实验方法
取10 g经真空干燥的AFt晶体颗粒样品置于干燥的三角瓶中,用移液管准确量取40 mL用饱和石灰水配制的CaCl2溶液或用NaOH配制的NaCl溶液置于三角瓶中,氯离子浓度(0.05 mol/L、0.25 mol/L、 0.50 mol/L、 1.00 mol/L、1.50 mol/L、 3.00 mol/L)已知,三角瓶用橡胶塞塞紧,用乳胶套密封,放入(20±2) ℃养护室内养护7 d。
采用平衡法测试AFt结合氯离子的能力。Tang[7]认为7 d后试样的孔溶液与侵蚀液浓度达到平衡。将三角瓶中的清液(平衡液)尽可能多地倒入干燥的称量瓶中,测试此时称量瓶中清液的氯离子浓度,根据氯离子浓度的变化计算AFt结合氯离子的总量。在原三角瓶中再加入200 mL饱和石灰水,用橡胶塞塞紧,乳胶套密封,放入(20±2) ℃养护室内养护3 d。3 d后测试三角瓶中氯离子的浓度。用参考文献[8]中的公式计算AFt化学结合氯离子量及物理吸附氯离子量。
采取滤取法验证AFt化学结合氯离子的能力,这种方法是将浸泡在氯盐溶液7 d后的AFt首先放入50 ℃的真空干燥箱中烘干备用,采用稀硝酸溶解的滤取法测定AFt中含有的氯离子总量,采用蒸馏水溶解的滤取法测定水溶性氯离子量。具体操作步骤可参考《水运工程混凝土试验规程》(JTJ270-98)中的“混凝土中砂浆的氯离子总含量测定”和“混凝土中砂浆的水溶性氯离子含量测定”。根据文献[9]中的公式计算AFt化学结合氯离子量。测试结合氯离子能力方法中测试氯离子浓度至关重要,根据文献[10]中的佛尔哈德法测定氯离子浓度,指示剂采用铁铵矾。
X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)分析采用德国Bruker-AXS公司生产的D8 ADVANCE仪,铜靶。拉曼光谱仪采用英国Renishaw公司生产的激光共聚焦拉曼光谱仪,激光波长为514.5 nm,光谱分辨率约为1 cm-1,重复性为±0.2 cm-1。
2 结果与讨论
2.1 氯离子浓度对AFt结合氯离子的影响
本实验设计了6种不同浓度的CaCl2溶液作为侵蚀液来研究AFt结合氯离子的形式与能力,氯离子浓度分别为0.05 mol/L、0.25 mol/L、0.50 mol/L、1.00 mol/L、1.50 mol/L、3.00 mol/L。图1为平衡法测得的经不同浓度CaCl2溶液侵蚀后AFt结合氯离子的曲线图。
从图1可以看出,随着侵蚀液中氯离子浓度的增加,AFt结合氯离子的总量增加。物理吸附量与总结合量相当,随着侵蚀液中氯离子浓度的增加而增加。由物理化学可知,固体表面存在表面张力及表面吉布斯函数,而吉布斯函数降低的过程是自发过程。由于固体不能通过收缩表面来降低表面吉布斯函数,因此,它需要吸附其他物质以减小表面分子受力不对称的程度,降低表面张力及表面吉布斯函数。在氯盐溶液中,AFt通过吸附氯离子降低表面吉布斯函数,所以,AFt吸附氯离子的过程是一种自发的过程。同时,溶液中吸附质(氯离子)越多,吸附剂(AFt晶体)中每个能够吸附离子的位置吸附到离子的几率越大,宏观上表现为吸附量较大。通过拟合回归分析,可得物理吸附量与自由氯离子浓度符合Freundlich等温吸附曲线cb=3.0cundefined,拟合结果具有0.99的相关性。氯离子的化学结合量是总结合量与物理吸附量的差值,从图1中可以看出,AFt化学结合氯离子的能力很弱,结合量基本在0附近,除去可能存在的实验误差外,可以认为AFt不具有化学结合氯离子的能力。
为了分析AFt受氯盐侵蚀后的晶体结构及官能团的变化,对合成的AFt晶体与经CaCl2溶液侵蚀后的样品进行了X射线衍射分析与拉曼光谱分析。图2为AFt晶体经不同氯离子浓度的CaCl2溶液侵蚀后的XRD对比图。
从图2可以看出,合成AFt晶体的晶格常数与AFt的标准衍射图谱(PDF#41-1451)非常吻合,没有出现合成原料中的C3A或CaSO4·2H2O的衍射峰,说明合成时C3A与CaSO4·2H2O反应充分,合成的产物是AFt晶体。从AFt样品经6种不同氯离子浓度的CaCl2溶液侵蚀后的X衍射曲线可以看出,除衍射峰的强度有所变化之外,衍射峰的位置没有发生变化,即产物的晶格常数没有发生变化,也没有新的衍射峰出现,这说明AFt晶体经氯盐溶液侵蚀后,没有生成新的物质。现有的研究认为水泥水化产物化学结合氯离子的机理在于生成F盐,而从图2中可以看出,没有出现F盐的特征峰(d=0.789 nm, 0.394 nm, 0.287 nm),这说明AFt晶体不能转化为F盐,即AFt晶体不能化学结合氯离子。
拉曼光谱分析法是基于光的拉曼散射效应,通过对入射光频率不同的散射光谱进行分析得到物质分子振动、转动方面的信息,并应用于分子结构研究的一种分析方法。图3为AFt晶体经不同浓度的CaCl2溶液侵蚀后的拉曼光谱对比图。图3中最下面的曲线是合成AFt晶体的拉曼光谱,图中标A的位置是[Al(OH)6]八面体的振动峰[11],其拉曼位移是545 cm-1;除[Al(OH)6]八面体的振动峰外,AFt晶体中存在着4个硫氧键undefined的振动峰,分别为对称的伸缩振动与弯曲振动(v1、v2)和不对称的伸缩振动与弯曲振动(v3、v4),其特征拉曼位移分别是988 cm-1、452 cm-1、1120 cm-1和612 cm-1,这与Renaudin[12]的研究结果相同。从合成AFt晶体的拉曼光谱还可以看出,它不存在CaSO4·2H2O的特征拉曼位移(1008 cm-1)[13],这也说明AFt合成时C3A与CaSO4·2H2O反应充分。从AFt晶体经6种氯离子浓度的CaCl2溶液侵蚀后的拉曼光谱可以看出,除AFt晶体的特征振动峰外,在1085 cm-1处出现了新的拉曼谱峰(图中标记为C),研究认为这是CaCO3的特征拉曼谱峰[14,15]。出现CaCO3的特征拉曼谱峰是由于AFt经氯盐侵蚀时采取的是饱和石灰水配制的氯盐溶液,同时采用平衡法测定化学结合时加入的仍为饱和石灰水,进行微观测试前的样品干燥过程中出现了碳化现象。而在X射线衍射图上没有出现CaCO3的特征峰,说明CaCO3的含量非常少。从图3中还可以看出,除CaCO3的特征拉曼谱峰外,没有新的谱峰出现,说明AFt没有化学结合氯离子,这与XRD的测试结果相一致。
2.2 氯盐阳离子对AFt结合氯离子的影响
图4为不同氯盐阳离子对AFt结合氯离子的影响。从图4中可以看出,NaCl对AFt结合氯离子的影响规律与CaCl2的影响规律相一致。在钠离子的影响下,AFt吸附氯离子量随着氯离子浓度的增加而增加,通过拟合回归分析,可得物理吸附量与自由氯离子浓度符合Freundlich等温吸附曲线cb=2.1cundefined,拟合结果具有0.99的相关性。从图4中还可以看出,在相同氯离子浓度下,与钠离子相比,钙离子能增加AFt对氯离子的吸附。这可以用双电层理论来解释,由于AFt表面是负电位的[16],它会吸附溶液中的钙离子或钠离子而带正电荷,从而使带负电的氯离子被AFt表面牢牢吸附形成紧密层,在紧密层外侧形成氯离子的扩散层,随着与AFt表面距离增大,氯离子的分布由多到少,氯离子逐渐变得可以自由流动。与钠离子相比,钙离子的电位更高,对AFt表面电位的影响更大,从而使分布在紧密层中的氯离子更多,即钙离子更能增强AFt物理吸附氯离子的能力。
2.3 滤取法验证AFt化学结合氯离子
现有的研究认为滤取法可以克服平衡法的不足,是测试结合外渗氯离子的最合适的方法[9],其缺点是仅能测试化学结合的氯离子。实验设计了6种不同浓度的NaCl溶液作为侵蚀液来验证AFt化学结合氯离子的性能,氯离子浓度分别为0.05 mol/L、0.25 mol/L、0.50 mol/L、1.00 mol/L、1.50 mol/L、3.00 mol/L。图5为滤取法测得的经不同浓度的NaCl溶液侵蚀后AFt结合氯离子的曲线图。
从图5可以看出,随着氯离子浓度的增加,AFt化学结合氯离子的量变化不大,即使氯离子浓度达到3 mol/L时,其化学结合量数值仍然很小,可以认为AFt不具有化学结合氯离子的能力。
图6为AFt经1 mol/L的NaCl溶液侵蚀前后的XRD对比图。通过两者的对比可以看出,AFt晶体经NaCl溶液侵蚀后产物的晶格常数没有发生变化,仍是AFt晶体。NaCl晶体衍射峰的出现是由于为了减少对侵蚀后产物冲洗可能造成的误差,采取经NaCl溶液侵蚀后直接烘干样品进行X射线衍射分析。滤取法实验的测试结果与平衡法实验的结果相一致,两者均证实了AFt晶体不能化学结合氯离子。
3 结论
(1)通过平衡法的研究结果表明,钙矾石具有结合氯离子的能力,但其结合氯离子是由物理吸附作用引起的,吸附等温线符合Freundlich关系曲线。
(2)化学分析结果与微观测试结果均表明,AFt不具有化学结合氯离子的能力。氯盐溶液侵蚀后AFt晶体的晶格常数和官能团均没有变化。AFt晶体的拉曼光谱测试表明,AFt晶体中存在4个undefined键,其拉曼位移在988 cm-1、452 cm-1、1120 cm-1和612 cm-1左右,而1085 cm-1左右的谱峰是CaCO3的特征谱峰。
(3)钠离子对AFt结合氯离子的影响规律与钙离子的影响规律相一致。但与钠离子相比,侵蚀液中的钙离子能增强钙矾石吸附氯离子的能力,其原因在于钙离子的电位更高,对AFt表面电位的影响更大,从而使分布在紧密层中的氯离子更多。
(4)通过滤取法验证了平衡法测试结果的可靠性。两者的测试结果均表明AFt不具有化学结合氯离子的能力。
摘要：采用化学合成法制备了钙矾石,通过平衡法研究了钙矾石结合氯离子的形式及能力,通过X射线衍射法和拉曼光谱分析法研究了钙矾石结合氯离子前后的晶体结构及官能团的变化以确定其结合氯离子的形式,通过滤取法验证了平衡法测试结果的可靠性。结果表明:钙矾石具有结合氯离子的能力,但其结合氯离子的形式是物理吸附,吸附等温线符合Freundlich关系曲线;经氯盐溶液侵蚀前后钙矾石晶体结构及官能团没有变化,进一步确定了钙矾石不具有化学结合氯离子的形式;与钠离子相比,侵蚀液中的钙离子能增强钙矾石吸附氯离子的能力。
离子色谱法测定血清中钙含量 篇6
1 材料与方法
1.1 试验材料
1.1.1 试验试剂。
甲烷磺酸 (优级纯;New Jersey, USA) ;硝酸、过氧化氢、氯化钙均为分析纯, 长春化学试剂厂。
1.1.2 试验仪器。
MDS-2002AT微波消解仪;SHZ-D循环水真空泵;ICS 2500离子色谱仪;Chromelen色谱工作站;TG28B分析天平;CS12A型分离柱;AG11-HC型保护柱;TRA 4 mm型抑制器;SC-60单体消解罐。
1.2 溶液配制与样品处理
1.2.1 淋洗液的配制。
量取2.33 mL甲烷磺酸溶液, 然后加水配成2 L的水溶液, 经超声振荡, 制成浓度为18 mmoL/L的溶液。
1.2.2 标准溶液的配制。
依次准确称取钙 (CaCl2) 0.138 5 g用水溶解后定容至50 mL, 此溶液含目标阳离子钙的量为1.0 g/L。吸取上述溶液1 mL定容到100 mL, 制成钙标准溶液10 mg/L。分别配制浓度为2.0、4.0、6.0、8.0、10.0 mg/L钙标准溶液。
1.2.3 血清样品的处理。
移取0.50 mL血清微波消解, 加10 mL浓硝酸和1 mL过氧化氢。将消解罐放入消解仪中, 分别于0.5、1.0、1.5、2.0 MPa条件下消解4、5、5、8 min。消解完毕, 加过氧化氢在180℃下继续分解多余的硝酸, 加碱至pH试纸显中性, 经0.45μm滤膜过滤, 将溶液转移到10 mL容量瓶, 用水稀释刻度。
1.3 测定方法
1.3.1 色谱条件。
色谱柱:Ion Pac CS12A (4 mm×250 mm) 阳离子色谱柱, Ion Pac CS12A (4 mm×50 mm) 阳离子保护柱;抑制器:CSRS-ULTRA (4mm) ;检测器:电导检测器;淋洗液:18 mmoL/L甲烷磺酸溶液, 流速:1.00 mL/min;进样量:25μL;采集时间:15 min。
1.3.2 外标曲线的制作。
将配制的钙标准溶液进行离子色谱分析, 以峰高 (y) 为纵坐标, 浓度 (x) 为横坐标, 作图制作外标曲线。
1.4 样品分析
将血清样品用微波消解处理之后进入离子色谱仪检测, 从色谱图读出峰高, 在标准曲线上可以找出对应的钙的浓度, 计算出血清中钙含量。计算公式为:
血清中钙含量 (mg/L) =样品中钙浓度×20。
2 结果与分析
2.1 色谱峰定性分析———钙离子保留值的确定
对样品进行定性分析, 图1为钙标准溶液的离子色谱图, 图2为样品的离子色谱图, 由保留时间法定性分析, 可知图2中第2个峰为钙的色谱峰。
2.2 样品测定结果
离子色谱法测定所得钙标准曲线为y=2.881 3x+1.105 8, 相关系数为R2=0.989 5, 外标曲线见图3。通过外标曲线, 由色谱峰高可比照得样品中钙的含量。通过上述公式, 可计算得到血清中钙的含量。
由图3可知, 样品中钙峰高次为15.44μS, 在外标曲线上可分别得样品中钙的浓度为4.974 9 mg/L, 由公式可得血清中钙的浓度为99.498 mg/L。
2.3 回收率
以钙为标样, 所用样品及预处理同血清样品的前处理, 做加标回收试验, 结果见表1。
3 结论
本文采用微波消解的方法消解血清液, 能够在实际用量少的情况下, 迅速有效地消解血清样品, 消除样品中蛋白质等物质对测定结果的影响。采用单柱离子色谱系统电导检测法检测, 以甲烷磺酸为流动相在15 min内同时分离了溶液中的Ca2+, 并将此法用于血清中的钙元素的测定, 采用外标法进行定量分析, 结果表明钙的回收率在98.83%~102.22%。
摘要：离子色谱法用于测定痕量的阴、阳离子特别有效。采用微波消解血清样品, 再用单柱离子色谱系统电导检测法, 以甲烷磺酸为流动相在15 min内测定Ca2+含量, 用于血清中的钙元素的测定。结果表明, 离子色谱定量所得钙标准曲线为y=2.881 3x+1.105 8, 相关系数为R2=0.989 5, 回收率为98.83%～102.22%。
关键词：离子色谱法,微波消解,血清,钙含量,测定
参考文献
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[2]王艳春, 杨玉竹.营养强化食品中钙的离子色谱测定法[J].环境与健康杂志, 2009 (8) :721-722.
[3]沈惟堂, 周春晓, 顾晓琼, 等.血清镁Calmagite染料比色法[J].上海医学检验杂志, 1993, 8 (1) :20-21.
[4]童式国, 胡明芬.ICP-AES法同时测定人血清中多种微量元素[J].分析试验室, 1994, 13 (3) :80-81.
[5]王光金.儿童血清中钠、钾、钙、镁、铜、铁、锌的原子吸收快速测定[J].分析化学文摘, 1992, 9 (6) :17-19.
[6]郭瑞娣.火焰原子吸收法测定血清中钙、镁、铜、铁、锌[J].环境与健康杂志, 1990, 7 (4) :174-175.
[7]张琢, 邵超英, 温晓华, 等.地下水中钙和镁的离子色谱法同时测定[J].岩矿测试, 2010, 29 (5) :621-624.
溶液中离子浓度大小比较 篇7
电解质溶液中离子浓度大小比较问题, 是高考的“热点”之一。高考化学试卷年年涉及这种题型。这种题型考查的知识点多, 灵活性、综合性较强, 有较好的区分度, 它能有效地测试出学生对强弱电解质、电离平衡、电离度、水的电离、pH值、离子反应、盐类水解等基本概念的掌握程度及对这些知识的综合运用能力。掌握此类题有三个思维基点:电离、水解和守恒。
一、电离平衡理论和水解平衡理论
1.电离理论:
⑴弱电解质的电离是微弱的, 电离消耗的电解质及产生的微粒都是少量的, 同时注意考虑水的电离的存在;例如NH3·H2O溶液中c (NH3·H2O) >c (OH-) >c (NH4+) >c (H+) 。
⑵多元弱酸的电离是分步的, 主要以第一步电离为主;例如H2S溶液中微粒浓度关系为:c (H2S) >c (H+) >c (HS-) >c (OH-)
2.水解理论:
⑴弱酸的阴离子和弱碱的阳离子因水解而损耗;如NaHCO3溶液中有:c (Na+) >c (HCO3-) 。
⑵弱酸的阴离子和弱碱的阳离子的水解是微量的 (双水解除外) , 因此水解生成的弱电解质及产生H+的 (或OH-) 也是微量, 但由于水的电离平衡和盐类水解平衡的存在, 所以水解后的酸性溶液中c (H+) (或碱性溶液中的c (OH-) ) 总是大于水解产生的弱电解质的浓度;例如 (NH4) 2SO4溶液中c (NH4+) >c (SO42-) >c (H+) >c (NH3·H2O) >c (OH-) 。
⑶多元弱酸的酸根离子的水解是分步进行的, 主要以第一步水解为主。例如Na2CO3溶液中c (CO32-) >c (HCO3-) 。
二、电荷守恒和物料守恒
1.电荷守恒:
电解质溶液中所有阳离子所带有的正电荷数与所有的阴离子所带的负电荷数相等。如NaHCO3溶液中c (Na+) +c (H+) =c (HCO3-) +2c (CO32-) +c (OH-)
【注意】书写电荷守恒式必须①准确的判断溶液中离子的种类;②弄清离子浓度和电荷浓度的关系。
2.物料守恒:
电解质溶液中由于电离或水解因素, 离子会发生变化变成其它离子或分子等, 但离子或分子中某种特定元素的原子的总数是不会改变的。如NaHCO3溶液中n (Na+) :n (C) =1:1, 推出:c (Na+) =c (HCO3-) +c (CO32-) +c (H2CO3)
3.导出式——质子守恒:
如碳酸钠溶液中由电荷守恒和物料守恒将Na+离子消掉可得:c (OH-) =c (H+) +c (HCO3-) +2c (H2CO3) 。此关系式也可以按下列方法进行分析, 由于指定溶液中氢原子的物质的量为定值, 所以无论溶液中结合氢离子还是失去氢离子, 但氢原子总数始终为定值, 也就是说结合的氢离子的量和失去氢离子的量相等。可以用图示分析如下:
由得失氢离子守恒可得:c (OH-) =c (H+) +c (HCO3-) +2c (H2CO3) 。
又如醋酸钠溶液中
电荷守恒:c (Na+) =c (CH3OO-) +c (CH3COOH)
物料守恒: c (Na+) +c (Na+) =c (CH3OO-) +c (OH-)
将钠离子消掉可得质子守恒:c (OH-) =c (H+) +c (CH3COOH) 。
【专题突破】
【例1】在Na2S溶液中下列关系不正确的是
A.c (Na+) =2c (HS-) +2c (S2-) +c (H2S)
B.c (Na+) +c (H+) =c (OH-) +c (HS-) +2c (S2-)
C.c (Na+) >c (S2-) >c (OH-) >c (HS-)
D.c (OH-) =c (HS-) +c (H+) +c (H2S)
分析:电荷守恒:c (Na+) +c (H+) =c (OH-) +c (HS-) +2c (S2-) ;
物料守恒:c (Na+) =2c (HS-) +2c (S2-) +2c (H2S) ;
质子守恒:c (OH-) =c (HS-) +c (H+) +2c (H2S) , 选A D
【例2】用物质的量都是0.1 mol的CH3COOH和CH3COONa配制成1L混合溶液, 已知其中C (CH3COO-) >C (Na+) , 对该混合溶液的下列判断正确的是 ( )
A.C (H+) >C (OH-)
B.C (CH3COOH) +C (CH3COO-) =0.2 mol/L
C.C (CH3COOH) >C (CH3COO-)
D.C (CH3COO-) +C (OH-) =0.2 mol/L
分析:CH3COOH和CH3COONa的混合溶液中, CH3COOH的电离和CH3COONa的水解因素同时存在。已知C (CH3COO-) >C (Na+) , 根据电荷守恒C (CH3COO-) +C (OH-) =C (Na+) +C (H+) , 可得出C (OH-)
【例3】物质的量浓度相同的下列溶液中, NH4+浓度最大的是 ( )
A.NH4Cl B.NH4HSO4
钙离子浓度 篇8
1测量方法
按照中华人民共和国国家标准GB/T 5750.5-2006 (3.2离子色谱法) [2]操作。
1.1氟标准系列溶液配制
水中氟标准 (上海计量测试技术研究院) :SBO 20101批号2008.01, 1.000g/L (k=2, ρ=95%) 。稀释液:自制超纯水, 电阻率为18.0MΨ/cm。见表1。
1.2测定仪器
IS0-90离子色谱仪带自动进样器
1.3仪器操作条件
色谱柱:IonPacASll-HC型阴离子分离柱 (4mm×250mm) ;预柱:IonPacAGll-HC型保护柱 (4mm×50mm) ;淋洗液:0.48g/L碳酸钠;流速:1.0ml/min;进样量:50μl。
2数学模型
2.1标准系列溶液浓度 (μg/ml) =
2.2标准曲线y=bx+a
2.3样液浓度
3分析不确定度的来源及方差合成
式中:urel (1) —标准溶液配制产生的相对不确定度;urel (2) —工作曲线拟合产生的相对不确定度;urel (3) —样品重复性测定产生的相对不确定度;urel (4) —样品定容时产生的相对不确定度。
4不确定度分量评定[3]
4.1标准溶液配制引起的相对不确定度
4.1.1氟标准溶液, 由国家标准物质中心提供, 证书给出的相对不确定度为1%, k=2。
则
则5ml吸管合成体积标准不确定度
4.1.3 10ml移液管MPE为±0.02,
重复测量10次的不确定度U2=0.005ml
温度:设温度范围为 (20±5) ℃, 设为均匀分布, 查手册水的膨胀系数是2.1×10-4ml/℃。
则水的温差效应引入的标准不确定度
则10ml移液管合成体积标准不确定度
4.1.4 100ml容量瓶的允许误差为±0.10ml, 故
重复测量10次的不确定度U2=0.07ml
温度:设温度范围为 (20±5) ℃, 设为均匀分布, 查手册水的膨胀系数是2.1×10-4ml/℃。
则水的温差效应引入的标准不确定度
100ml容量瓶的合成标准不确定度
则氟标准溶液配制引起的相对不确定度:
4.2工作曲线拟合产生的不确定分量Urel (2) 的评定用离子色谱法对标准溶液系列测定的数据结果见表2。
由表中数据进行数据拟合得如下直线方程
4.3样品重复性测定产生的相对不确定分量urel (3) 的评定见表3。
n=6, x=0.890mg/L, s=0.019, urel (3) =s/x=0.019/0.890=0.021
4.4样品定容引起的不确定度的评定
4.4.1使用编号128 10mlA级单标线吸管, 允许差MPE=±0.020ml, 按均匀分布评定:u1 (V10) =0.020/3=0.012ml
4.4.2重复性试验, 按统计数据得u2 (V10) =s (x) =0.004ml
4.4.3液温变化带入的不确定度;实验时液温 (20±s) ℃, 设为均匀分布, 查手册水的膨胀系数是2.1×104ml/℃
则水的温差效应引入的标准不确定度
4.4.7样品定容引起的合成不确定度
5相对不确定度分量
不同来源相对不确定度的合成相对不确定度见表4。
合成相对不确定度:urel=u2rel (1) +u2rel (2) +u2rel (3) +u2rel (4) =0.042
6扩展不确定度计算
扩展相对不确定度:Urel=0.042×2=8.4% (k=2)
扩展不确定度:U=0.890mg/L×8.4%=0.075 (k=2)
7报告
水中氟的含量:C= (0.890±0.075) mg/l (k=2)
8结果讨论
由上述分析 (表4) 可知, 离子色谱法测定的误差影响最主要的是标准曲线的拟合及样品的重复性。故通常在实验中要注意仪器的灵敏度, 且离子色谱分析的速度较慢, 通常情况下, 样品测量时采用标准曲线校正法, 测量溶液的浓度应在标准曲线的线性范围内。所以实验室要取得准确的检测结果, 则要注意每个检测环节, 减少测量误差, 确保监测结果的的准确, 提供技术保障。
参考文献
[1]倪育才.实用测量不确定度评定.2版.北京:中国计量出版社, 2008.
[2]GB/T5750.5-2006.生活饮用水标准检验方法无机非金属指标.