焦磷酸质量法（共7篇）
焦磷酸质量法 篇1
云南云天化国际化工有限公司红磷分公司27 万t / a磷酸二铵装置于1993 年投产, 原设计能力为12 万t/a。经过一系列的技改、工艺指标的优化, 到2011 年底, 装置产能已提升到27 万t/a。随着市场对磷酸二铵产品外观质量要求的不断提高, 为了进一步改善磷酸二铵产品外观质量, 满足顾客的需求, 决定对装置整个系统做进一步优化。
1 影响磷酸二铵产品外观质量的原因
1. 1 磷酸质量的影响
如果磷酸中杂质含量波动大, 致使磷铵用酸质量不稳定, 尤其是酸浓度偏低, 杂质含固量高。在生产过程中, 会影响系统的热量平衡和水平衡, 增大料浆黏性, 造粒机成球率低, 自成粒比例增大, 粒度偏小, 圆整度差。
1. 2 返料量的影响
装置正常开车时, 主要是通过观察造粒机、干燥机电流值指标来控制系统返料量。由于生产负荷增加后, 进造粒机、干燥机的返料量控制不准确, 喷浆量与返料量控制不匹配后, 导致造粒机粒度不好控制, 造粒机出口物料粒度有时偏细, 有时偏粗, 粒子时好时坏, 非常不稳定。
1. 3 管式反应器槽口离料层距离的影响
装置管式反应器槽口离滚动料层距离较短, 约为150mm, 反应器喷出来的料浆雾化效果差, 造粒机出口物料团、块状料较多, 出料状况差。为了减少团、块状料的产生, 基本上采取提高氨酸比的方式进行调整, 导致造粒机氨逸出量较大, 造成造粒洗涤器、干燥洗涤器中和度超标。
1. 4 生产工艺的影响
生产工艺不同对磷酸二铵颗粒外表的影响很大, 管式反应工艺因停留时间过短, 其生成的料浆干燥速率很快, 在造粒机内与其他物料快速结合成球, 磷酸二铵颗粒易粘结。预中和工艺的料浆含湿量较大, 在喷洒时均匀涂布到物料表面, 通过一段时间的不断干燥, 物料表面可塑性较强, 经摩擦滚动后显得圆整光滑。
1. 5 管式反应器料浆比重的影响
料浆比重高容易造成造粒物料偏大, 同时表明光滑度差。料浆比重过低容易造成造粒物料偏细。料浆比重高会影响料浆雾化效果。料浆比重低会影响产品中水分超标。控制好料浆比重对造粒物料的成粒效果和产品内在质量至关重要。
1. 6 筛网规格对磷酸二铵产品外观质量的影响
平均主导粒径 ( SGN) 是根据质量分数50% 以上所在两筛间的物料平均粒径, 反映的是主导粒径的大小。其值是颗粒大小的100 倍, 如颗粒大小平均值为2. 8 mm, 则其SGN值为280。均匀度指数 ( UI) : 反映的是粒径的均匀度, 数值越大, 均匀性越好。如颗粒大小一致, 其UI为100;UI值为50 表示最小粒子的直径是最大粒子直径的50% 。根据市场需求, 磷酸二铵产品平均主导粒径达到280 ~ 340, 均匀度指数≥50% 范围内更能让消费者青睐, 而目前装置磷酸二铵产品平均主导粒径和均匀度指数还达不到要求。
1. 7 造粒机胶板对磷酸二铵产品外观质量的影响
造粒机胶板的完好是保证物料在造粒机内滚动成型, 还是确保颗粒稳定均匀成长的关键。由于管式反应料浆温度高, 大部分喷洒在造粒机料层上, 少部分料浆飞溅到造粒机内胶板上, 造成造粒机胶板被高温烫坏通洞, 通洞的地方形成局部积料, 使得造粒机胶板不能发挥应有作用, 导致造粒机物料滚动效果差。
2 提高磷酸二铵产品外观质量的措施
1) 根据磷酸二铵产品质量要求, 制定出磷酸浓度及含固量质量指标, 每次磷酸样分析结果出来后, 严格按磷酸质量指标进行二次配酸。
2) 在进造粒机前的返料皮带上加装一台电子皮带称, 并将数据引入DCS系统显示, 作为控制指标。改造后, 系统返料量能得到有效控制, 能平稳控制造粒机出口物料粒度分布。
3) 采取增大管反槽口距料层的距离, 将管反槽口段往造粒机右边 ( 从头部看) 平移700 mm左右。通过改造后, 管反喷出来的料浆雾化效果好, 造粒机坨料已消除, 造粒机出料正常, 粒子光滑圆润。
4) 采用管式反应器+ 预中和混合工艺生产, 视产品水分的变化, 适当调整管式反应器与预中和喷浆比例。
5) 生产磷酸二铵使用的磷酸通过加入工艺水或洗涤液的量进行二次调整磷酸比重, 通过多次试验得出, 管式反应料浆比重控制在1. 6 ~ 1. 8 g /cm3范围内较合适, 料浆流动性良好。
6) 通过多次试验得出, 管式反应器料浆中和度控制在1. 6 ~ 1. 9 范围内较合适, 可以使料浆均匀喷洒在造粒机料层上, 这样生产的颗粒表面圆滑, 机械强度高。
7) 装置利用停车机会, 对规格不合适的筛网全部更换。一级筛下层筛2. 8 × 2. 8 ~ 30、上层筛3. 5 × 3. 5 ~ 30; 二级筛下层筛2. 5 × 2. 5 ~ 30、上层筛4. 0 × 4. 0 ~ 30; 成品筛下层筛2. 0 × 2. 0 ~ 30、上层筛5. 0 × 5. 0 ~ 30。
8) 选择耐高温材质的胶板, 并定期更换到期和损坏的胶板, 让造粒机胶板时刻保持完好状态, 发挥应有作用, 保持物料良好的滚动。
3 应用效果
改造前后磷酸二铵产品粒度分布情况对比见表1。
摘要：提出了提高磷酸二铵产品外观质量的改进措施, 实施后效果明显。
关键词：磷酸二铵,外观质量,措施
参考文献
[1]化学工业部建设协调司, 化工部硫酸与磷肥设计技术中心.磷酸磷铵重钙与设计手册[M].北京:化学工业出版社, 1996.
果糖二磷酸钠注射液的质量研究 篇2
1 样品来源
果糖二磷酸钠注射液由吉林省都邦制药有限公司提供，规格为每100 mL含果糖二磷酸钠10 g；批号为20131210、20131211、20131212。果糖二磷酸钠：上海新亚药业有限公司。6-磷酸果糖购于美国siga化学公司，果糖为分析纯。市售样品生产厂家为：广东宏远集团药业有限公司，批号为131209。
2 含量限度
测定方法：见含量测定项下，三批样品含量为99.0%、100.8%、99.0%，对照品为100.47%。结论：从含量测定结果可知本单位产品的含量均在90%～110%。
3 性状
对本品三批样品进行检查。测定方法：目测，检测结果显示三批样品与对照品均为无色或几乎无色的澄明液体。结论：试验结果表明，本单位产品均为无色澄明液体。
4 鉴别
4.1取本品作为供试品溶液，另取果糖二磷酸钠对照品适量，加水制成每1 mL中含0.1 g的溶液，作为对照品溶液。按照中国药典2010年版进行薄层色谱法试验，吸取上述两种溶液各5μL，分别点于同一微晶纤维素薄层板上，按35∶20∶22.5∶15∶7.5的比例将正丁醇-冰醋酸-水-丙酮-稀氨溶液进行混合做为展开剂，展开后，晾干，喷以盐酸间苯二酚乙醇溶液（取盐酸间苯二酚0.36 g，加76%乙醇10 mL，使溶解即得）。在105℃加热30 min，使显色，本品所显主斑点的颜色及位置应与对照品溶液的主斑点相同，继续再喷以钼酸铵混合溶液[丙酮-12.5%钼酸铵溶液-盐酸-高氯酸（86∶8∶3∶3）]，本品所显斑点的颜色及位置应与对照品溶液相同。三批样品与对照品一致。
4.2取本品约0.5 mL，加硝酸使成酸性，加热，加钼酸铵试液，即发生黄色沉淀，加过量氨试液，沉淀溶解。
4.3本品显钠盐的鉴别反应（中国药典2010年版二部附录Ⅲ）。结论：三批样品与对照品鉴别试验均呈对应的阳性反应。
5 检查
(1)酸度：本品标准规定pH值的范围为3.0～4.5。取本品的三批样品，依法检查（中国药典2010年版）。三批样品pH值为4.14、4.06、4.03，对照品pH值为4.06。结论：三批样品pH均在3.0～4.5。(2)颜色：取本品与黄色、橙黄色或黄绿色1号标准比色液（中国药典2010年版）比较，不得更深。(3)游离磷酸盐：精密量取约相当于果糖二磷酸钠20 mg的本品0.2 mL，置100 mL量瓶中，加水15 mL，混合均匀，另取标准磷酸盐溶液[精密称取经105℃干燥2 h的磷酸二氢钾0.1433 g，置1 L量瓶中，加硫酸溶液（3→10)10 mL与水适量使溶解，并稀释至刻度，摇匀，临用前用水稀释10倍]25 mL，置另一100 mL量瓶中，各精密加钼酸铵硫酸试液5.0 mL与1-氨基-2-萘酚-4-磺酸溶液（取无水亚硫酸钠5.0 g，亚硫酸氢钠94.3 g与1-氨基-2-萘酚-4-硫酸0.7 g，充分混合，临用前取此混合物1.5 g，加水10 mL使溶解，必要时滤过）2 mL，加水至刻度，摇匀，在20℃左右放置30～50 min，按照中国药典2010年版分光光度法，在740 nm的波长处测定吸收度，本品的吸收度不得大于对照溶液的吸收度（1.25%）。(4)装量：按照中国药典2010年版的要求，取本品，进行检查，均符合规定。(5)热原：按照中国药典2010年版的要求，取本品，剂量按家兔体质量每1 kg注射2 mL，进行检查，均符合要求。(6)无菌：按照中国药典2010年版的要求进行检查，取本品，用薄膜过滤法处理后，均符合要求。(7)异常毒性：照果糖二磷酸钠项下的方法检查，均符合要求。(8)过敏试验：照果糖二磷酸钠项下的方法检查，均符合要求。(9)降压物质：取本品，加灭菌注射用水制成每2 mL中含100 mg（以无水物计）的溶液，按照中国药典2010年版要求进行检查，剂量按体质量每1000 g注射0.5 mL，均符合规定。
6 有关物质
取本品作为供试品溶液，精密量取6-磷酸果糖适量，加水制成每2 mL中含有1 mg的溶液，作为第一对照品。另精密量取果糖适量，加水制成每2 mL中含有1 mg的溶液，作为第二对照品。按照中国药典2010年版薄层色谱法试验，将上述三种溶液各吸取5μL，分别点于同一微晶纤维素薄层板上，以正丁醇-冰醋酸-水-丙酮-稀氨溶液（35∶20∶22.5∶15∶7.5）为展开剂，展开后，晾干，喷以盐酸间苯二酚乙醇溶液（取间苯二酚0.5 g，加80%乙醇100 mL使溶解，加盐酸5 mL，摇匀，即得）。在105℃加热5 min，使显色，如果本品显杂质斑点，不得多于2个，并与相应的对照品溶液主斑点比较，不得更深。方法学验证试验：我们对果糖二磷酸钠进行加热、酸、碱和强光照射（4500lux）试验，本品破坏性样品的浓度为0.3 g/mL，为样品点样浓度的3倍。破坏方法如下：(1)酸破坏：取果糖二磷酸钠对照品适量，加0.1 mol/L盐酸5 mL，使成0.3 g/mL的果糖二磷酸钠，置水浴中加热破坏20 min，过滤。(2)碱破坏：取果糖二磷酸钠对照品适量，加0.1 mol/L氢氧化钠5 mL，使成0.3 g/mL的果糖二磷酸钠，置水浴中加热破坏10 min，过滤。(3)热破坏：取果糖二磷酸钠对照品适量，置10 mL具塞刻度试管中，使成0.3 g/mL的果糖二磷酸钠，置水浴中加热破坏10 min，过滤。(4)强光破坏：取果糖二磷酸钠对照品适量，置10 mL具塞刻度试管中，使成0.3 g/mL的果糖二磷酸钠，置强光（4500Lux±500Lux）破坏6 h，过滤。破坏样品过滤后直接进行点样。破坏性样品的图谱见附页3。(5)最低检测限与定量限的测定：取果糖二磷酸钠注射液[20131210]适量，加水分别制成每1 mL含0.5、0.4、0.3 mg的溶液，按照有关物质测定项下的方法试验，测定的最低检测限约0.3 mg/mL，定量限约为0.5 mg/mL。测定的结果见附图4。
7 含量测定
对照品溶液的制备：精密称取约相当于无水果糖二磷酸钠20 mg的果糖二磷酸钠对照品适量，置100 mL量瓶中，加水溶解并稀释至刻度，摇匀，即得。供试品溶液的制备：精密量取本品适量，加水稀释制成含C6H11Na3O12P2约0.2 mg/mL的溶液，摇匀，即得。测定法：精密量取对照品溶液与供试品溶液各1 mL，分别置于10 mL量瓶中，各加8 mol/L盐酸溶液5 mL与2.5%二苯胺乙醇液2 mL摇匀，置于（95±2）℃水浴中加热30 min，并时刻振摇，取出，冷却，以70%乙醇稀释至刻度，按照中国药典2010年版分光光度法，在638 nm波长处分别测定吸收度，计算。
含量测定方法学研究：(1)溶液稳定性试验：取果糖二磷酸钠注射液[20131210]适量，加水制成含0.2 mg/mL果糖二磷酸钠的溶液，于不同时间测定，结果表明：果糖二磷酸钠注射液在8 h内是稳定的。(2)线性关系试验：取果糖二磷酸钠标准品，用水制成每1 mL含160、180、200、220、240µg的溶液，以浓度为横坐标，吸收度为纵坐标进行回归，A值分别为0.462、0.519、0.575、0.632、0.689。得回归方程：A=0.0283x+0.0094,R2=0.9995。结果表明果糖二磷酸钠浓度在16～24µg/mL范围内线性关系良好。见图1。(3)精密度试验：精密称取果糖二磷酸钠对照品，精密称定6份，分别加水制成200µg/mL的溶液，摇匀，分别测定，吸收度分别是0.563、0.572、0.574、0.542、0.571、0.568。RSD=1.31%结果表明：本法精密度较好。另精密称取果糖二磷酸钠对照品加水制成200µg/mL的溶液，摇匀，测定6次，吸收度分别是0.568、0.570、0.569、0.567、0.564、0.568。RSD=0.35%，结果表明：本法精密度较好。含量测定法：(1)对照品溶液的制备。精密称取约相当于无水果糖二磷酸钠20 mg的果糖二磷酸钠对照品适量，置100 mL量瓶中，加水溶解并稀释至刻度，摇匀，即得。(2)供试品溶液的制备：精密量取本品适量，加水稀释制成含C6H11Na3O12P2约0.2 mg/mL的溶液，摇匀，即得。(3)测定法：按上述含量测定研究方法进行测定，对照中国药典2010年版分光光度法分别测定吸收度，计算，即得。三批样品果糖二磷酸钠含量测定结果均为99.0%、100.8%、99.0%，对照品为100.4%。含量测定结果表明：符合规定。
焦磷酸质量法 篇3
焦磷酸亚锡主要用于电镀业和牙膏制造业, 也用于涂料工业、印染工业、皮革制造业及食品工业等。目前制备焦磷酸亚锡的方法是利用氯化亚锡或硫酸亚锡与碱金属焦磷酸盐发生复分解反应生成难溶于水的焦磷酸亚锡沉淀, 经水洗、过滤、干燥后获得焦磷酸亚锡产品。[1]如公开号为CN102951626A, 名为“一种制备高纯度焦磷酸亚锡的方法”的专利申请, 但在实验中发现, 用此法对于氯化亚锡的要求过高, 本文研究的就是一种使用氯化亚锡高铁废液生产焦磷酸亚锡的新工艺。
2 实验部分
2.1 焦磷酸亚锡的性质
焦磷酸亚锡为白色晶体或无定形粉末, 密度4.009g·cm-3 (16℃) 对空气稳定。400℃分解不溶于水, 慢慢溶解于稀酸。主要用于无氰电镀的镀锡。用作牙膏的填充剂, 在牙膏中微有离解, 对于防止牙病有一定作用。印染工业用于染色, 陶瓷工业用于精制陶土。在涂料工业中适当加入可缓解油漆填料在油漆中的沉降速度, 改善油漆性能
2.2 反应原理
本项目是使用氯化亚锡高铁废液与焦磷酸钠进行复分解反应, 其反应化学方程式为:
2.3 实验过程
取一定量的焦磷酸钠配制成1mol/L的溶液, 加入加入250ml标准磨口的圆底三口烧瓶装上温度计与分液漏斗, 开始搅拌升温, 温度控制在60℃, 当温度到达后, 将:高铁废液缓慢滴入, 当反应液PH降至2时, 停止滴加废液, 使用酸将PH降至1后, 反应结束, 冷却至室温后, 对白色沉淀经行甩干、洗涤、烘干即可得到焦磷酸亚锡产品。
3 制备焦磷酸亚锡的条件选择
3.1 焦磷酸亚锡溶液浓度选择实验
焦磷酸钠的浓度配制在查找文献中发现, 浓度控制为0.3~1mol/L, 由于废液浓度不高, 在焦磷酸钠的生产中会产生大量的废水, 而焦磷酸钠的溶解度为62.3g/L, 浓度过高会对溶解产生一定的影响。所以我们选择将焦磷酸钠配制成1mol/L溶液。
3.2 反应温度的选择
在废液与焦磷酸钠制备焦磷酸亚锡的反应中, 反应温度是一个非常重要的影响条件。反应温度对该反应的反应速率有较大的影响, 温度过低不仅影响焦磷酸钠的溶解, 而且会使反应速率下降, 但焦磷酸钠在70℃以上易水解成磷酸二氢钠, 因此控制反应温度在60℃时, 反应速度较快, 产品收率较高。
3.3 反应PH的选择
在氯化亚锡高铁废液与焦磷酸钠溶液混合反应时, 最终上清液的PH也是一个关键因素, PH的不同会严重影响产品的收率, 同时在反应时易产生焦磷酸亚铁, 其在不同的PH下溶解度不同, 因此PH也成为了一个重要因素。通过实验可以知道, 反应结束后上清液PH在该反应的各方面的影响很明显, 在反应温度为60℃, 焦磷酸钠溶液浓度为1mol/L的条件下, 对反应结束后的PH进行了实验分析, 其结果见表1:
从表1可以看出, 当PH为越低, 铁含量越低, 但是产品的收率在PH 2时最高, 但铁含量过高, 产品纯度在PH 1时最高, 而且铁含量达到了标准值, 因此将PH 1作为实验最佳条件, 但是在PH 1时, 收受率不高, 流失的锡离子较多, 因此实验使用酸将反应结束后PH再次做出调整。滴加高铁废液至反应液PH2, 后使用酸调整PH, 结果如表2所示。
由表1及表2的结果可以看出, 当滴加氯化亚锡高铁废液至PH 2时, 再滴加酸调整PH下降至PH 1, 产品纯度较高, 收率高, 同时铁含量得到了有效的控制。
4 结论
本项目通过单因素的实验方法, 实验反应温度、反应PH等条件对于反应结果的影响, 找到了最佳的使用氯化亚锡高铁废液制备焦磷酸亚锡产品的工艺条件。
使用氯化亚锡高铁废液制备焦磷酸亚锡的叫价工艺条件为:
(1) 焦磷酸钠溶液浓度为1mol/L;
(2) 反应温度为60℃;
(3) 最佳PH为反应至PH 2在使用酸将PH调至PH 1。
参考文献
焦磷酸质量法 篇4
锆及其合金具有很高的热中子透过率,优异的延展性、强度及耐腐蚀性能,一直被用作核反应堆燃料包壳及堆芯结构材料。由于锆合金服役条件十分恶劣(会受到高温高压氧化、电化学、辐照以及水冲刷等腐蚀),因而提高其耐蚀、耐磨性能和使用寿命对于核工业的安全具有重要的意义。目前,主要采用表面处理的方法来改善其耐腐蚀性能,即在Zr - 4合金表面生成预生膜[1]。然而这种方法周期长、装置复杂、成本高。微弧氧化(MAO)能在金属表面生成陶瓷氧化膜,但在锆合金上的研究还处在起步阶段,获得的膜层质量还不理想[2,3,4,5,6]。
鉴于此,本工作开发了一种焦磷酸盐电解液,针对锆合金采用直流微弧氧化技术进行处理,研究了膜层的微观结构、相组成及其耐腐蚀性能。
1试验
1.1基材处理
基材为Zircaloy - 4合金(法国电力公司),处理如下:机械加工成ϕ(11.28±0.05) mm×3 mm,顶端与铜导线紧密结合,室温下用环氧树脂和聚氨脂(体积比1 ∶1)混合物密封,暴露工作面积约为1 cm2;依次经600,1 200,2 000号水砂纸以及金相砂纸打磨,水洗,蒸馏水冲洗,丙酮擦洗去油污,用蒸馏水冲洗,干燥备用。
1.2微弧氧化
常用的微弧氧化电解液种类及缺点[7]:(1)含氟电解液,有毒性;(2)能够使金属轻微钝化的电解液,效果不理想;(3)使金属强烈钝化的电解液,如硼酸、碳酸或磷酸盐、无机高分子(如硅酸盐、铝酸盐、钨酸盐和钼酸盐)及碱金属的磷酸盐(能形成高分子阴离子),成膜不匀匀或膜层厚度不能满足要求。而焦磷酸钠没有毒性,水溶液在70 ℃以下尚稳定,煮沸则分解为磷酸氢二钠,因电解液温度不会超过35 ℃,不会存在分解问题。因此,以10 g/L Na4P2O7, 2 g/L KOH为电解液。
采用直流微弧氧化,所用恒电流直流电源规格为600 V, 400 mA,电流密度200 mA/cm2。试样作阳极,不锈钢板作阴极,在1 000 mL烧杯中进行,不断搅拌,用水槽冷却电解液,记录电解槽电压随时间的变化。
为了比较膜层性能结构上的不同,用硅酸盐体系制得了微弧氧化膜,电解液为30 g/L Na2SiO3,4 g/L KOH,电流密度200 mA/cm2,氧化时间10 min。
1.3膜层测试表征
采用TT260型覆层测厚仪,按照ISO 2360-1982非磁性金属基体的非导电膜厚度测量——涡流法测量氧化膜厚度。采用JSM - 6700F型扫描电子显微镜观察微弧氧化膜层表面和横截面微观形貌,并用Oxford EDS能谱仪进行成分分析,测试前进行喷金处理。采用D8X射线衍射仪对微弧氧化膜进行物相分析,管电压40 kV,管电流40 mA,扫描速度为0.1 (°)/s,阳极靶为Cu材。
电化学测试采用CHI660C电化学工作站,选用三电极体系:经过阳极化处理的试样为工作电极,铂片为辅助电极,饱和甘汞电极(SCE)为参比电极。电解液为质量分数3.5%的NaCl溶液,以蒸馏水配制。通过测量极化曲线来考察Zircaloy - 4合金处理前后的耐腐蚀性能。
2结果与讨论
2.1微弧氧化过程中的槽电压 - 时间曲线
对Zircaloy - 4合金进行间歇式氧化,每次氧化600 s,共氧化6次,每次氧化过程中断后,将电极洗净吹干测量厚度,再继续下一阶段的氧化处理。在氧化过程中:最初1 s左右试样表面没有火花,但有大量气体在电极表面产生;初始阶段电压迅速上升,试样表面开始出现大量密集白色火花,并伴随有高频的爆鸣声;在氧化进行一段时间后,火花数目下降,火花的尺寸变大,颜色稍微偏黄。试验中,氧化处理的电压 - 时间曲线见图1。从图1可看出:各段曲线的走向是一致的,只是在每个阶段的最初时间出现电压的上升,由此可以认为,氧化过程的间断不会对膜层的生长带来大的影响,最初阶段的电压起伏可能是体系的扰动引起的;氧化过程的电压相当高,氧化累积1 000～2 000 s体系的槽电压有所下降,随后槽电压又有所上升。
2.2膜层生长动力学曲线
氧化膜厚度与氧化时间的关系见图2。
由图2可以看出:膜层生长近似符合线性规律;膜厚标准差随处理时间延长变化不大,成膜均匀性较好;膜层生长速度较快,大致为2.1 μm/min。
2.3膜层微观形貌和相组成
氧化60 min所得膜的微观结构见图3。从图3看出:氧化膜表面形貌分布不均匀,有很多局部突起;氧化膜的厚度较均匀,内部有微孔,这是MAO膜层的特点。
膜层的相结构谱见图4。膜层的主要相组成为单斜氧化锆(m - ZrO2),另外含有少量的四方氧化锆(t - ZrO2)。这种结果与硅酸盐溶液中形成的膜层的相组成有较大区别,在硅酸盐溶液中形成的膜层,四方氧化锆或立方氧化锆占膜层的比例很大[2,3,4,5,6]。
2.4膜层的耐腐蚀性能
Zircaloy - 4合金及分别经氧化处理10,30,60 min后膜在3.5%NaCl溶液中的动电位极化曲线见图5。
从图5看出,微弧氧化处理大大提高了合金的自腐蚀电位及点蚀击穿电位,根据塔菲尔外推法对其求得不同试样在3.5%NaCl中的电化学参数见表1。由表1可看出:不同氧化处理时间获得的膜层点蚀击穿电位Eb、自腐蚀电位Ecorr的变化不大,但比起未经处理的试样,自腐蚀电位提高了550 mV以上,说明经过氧化处理,膜层的热力学稳定性得到了大幅提高;对于氧化处理试样,自腐蚀电流密度减小了1～2个数量级。
2.5焦磷酸盐膜层和硅酸盐膜层的比较
硅酸盐体系氧化过程的槽电压和时间的关系见图6。与图1比较可知:在硅酸盐体系中的电位 - 时间曲线波动幅度远大于焦磷酸盐体系,硅酸盐体系中的等离子放电火花颜色多为桔黄色。
试样在硅酸盐体系中处理10 min后,制得的膜层宏观粗糙,膜厚平均值95.8 μm,标准差为28.8 μm,而相同条件下的焦磷酸盐体系制得的膜层,膜厚为29.0 μm,标准差为6.6 μm。虽然焦磷酸盐体系的膜厚不如硅酸盐体系的,但膜层厚度均匀得多。
硅酸盐体系膜层的衍射谱见图7。可见,膜层中的四方氧化锆含量非常高,这与文献[2,3,4,5,6]是一致的,图7中出现了金属锆的衍射峰,从侧面又说明了膜层不很均匀。
氧化锆在常温下有3种存在形式[6]:即单斜氧化锆(m - ZrO2)、四方氧化锆(t - ZrO2)以及立方氧化锆(c - ZrO2),1 170 ℃ 左右,单斜氧化锆转变为四方氧化锆,2 370 ℃四方氧化锆转变为立方氧化锆,在2 680～2 700 ℃,立方氧化锆发生熔融。焦磷酸盐中制得的膜层单斜氧化锆居多,硅酸盐体系中制得的膜层四方氧化锆居多,主要是因为这2种电解液中等离子放电时,火花的温度不同导致的;焦磷酸盐体系中火花为白色,可能放电温度要低一些,有利于单斜氧化锆的形成,而硅酸盐体系中,火花要剧烈一些,导致形成的膜层中四方氧化锆占主导地位。
3结论
(1)在焦磷酸钠体系中可以得到微弧氧化膜层,膜层生长符合线性规律,生长速度可达2.1 μm/min。
(2)膜层的主要相组成为单斜氧化锆(m - ZrO2),另外含有少量的四方氧化锆(t - ZrO2)。
(3)经氧化处理的膜层能够大幅度提高Zircaloy - 4合金基体的自腐蚀电位,降低其自腐蚀电流密度。
(4)焦磷酸盐体系中所得膜层以单斜氧化锆居多,而硅酸盐体系中所得膜层以四方氧化锆居多,主要是由等离子放电时火花温度不同所致。
摘要：目前锆合金表面处理存在周期长、装置复杂,得到的膜层质量不理想的问题,为此,开发了以焦磷酸钠为主要成分的电解液,研究了锆合金Zircaloy-4的直流微弧氧化(MAO)行为。采用扫描电镜和XRD对膜层的微观结构和相组成进行了分析。结果表明:微弧氧化膜层的生长符合线性规律,生长速度可达2.1μm/min;膜层的主要相组成为单斜氧化锆(m-ZrO2);经微弧氧化处理的膜层能够大幅度提高Zircaloy-4合金基体的自腐蚀电位,降低其自腐蚀电流密度。
关键词：焦磷酸钠电解液,微弧氧化,锆合金,膜组构,形貌,耐蚀性
参考文献
[1]赵文金,苗志.预生氧化膜处理对锆-4包壳疖腐蚀的影响[J].稀有金属,2000,24(2):150~153.
[2]李娟,白新德,张岱岚.Zr-4合金的阳极氧化膜与高压釜预生膜对比研究[J].稀有金属材料与工程,2006,35(6):1 002~1 005.
[3]Yerokhin A L.Preface[J].Surface and Coatings Technolo-gy,2007,201(21):8 659~8 660.
[4]张岱岚,白新德,李洪义,等.电解液参数对锆合金微弧氧化膜层结构和性能的影响[J].稀有金属材料与工程,2007,36(8):1 447~1 451.
[5]周慧,李争显,杜继红,等.锆合金表面交流微弧氧化膜组织与性能的研究[J].稀有金属材料与工程,2005,34(8):1 330~1 333.
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亚磷酸钙工业废渣制取亚磷酸 篇5
目前国内外已经开发出的亚磷酸钙工业废渣处理技术主要有离子交换法和电解法。Wisnouska等[1]采用离子交换法以亚磷酸钙工业废渣为原料制备了高纯度亚磷酸。王惠平等[2]采用某化工厂亚磷酸钙废渣制备了质量分数为98.2%的亚磷酸钠。离子交换法因生产成本高、污染环境而影响了其实用性。张英喆等[3]以石墨为阳极、不锈钢为阴极,采用电解法制备了质量分数为10%的亚磷酸,经过浓缩后制得高浓度亚磷酸,干渣中亚磷酸钙回收率可达80%。电解法工艺简单,产品纯度高,无污染,但耗电量大,生产成本高,很难工业实施。黄莉等[4]采用溶剂萃取法加入硫酸溶解亚磷酸钙制得亚磷酸,再用正丁醇萃取提纯亚磷酸,最后用氢氧化钡悬浮液反萃取制得亚磷酸氢钙。
本工作采用碳酸钠分解亚磷酸钙工业废渣,制备了亚磷酸钠和纳米级碳酸钙,再用硫酸将亚磷酸钠转化为亚磷酸粗产品,采用有机溶剂萃取提纯亚磷酸粗产品,得到亚磷酸产品。
1 实验部分
1.1 原料、试剂和仪器
实验用亚磷酸钙工业废渣取自浙江某化工厂,其中亚磷酸钙平均质量分数为51.2%。实验所用试剂均为分析纯。
DF-101S型集热式恒温加热磁力搅拌器:河南予华仪器有限公司;SHB-III T型循环水真空抽滤泵:郑州长城科工贸有限公司。
1.2 实验原理
1.3 亚磷酸的制备
称取500.0 g亚磷酸钙工业废渣置于3 L带磁力搅拌器的烧瓶中, 加入1 500 mL去离子水,加热搅拌后加入一定量的碳酸钠, 升温至设定反应温度, 保温搅拌反应一段时间,趁热过滤以除去碳酸钙,并测定滤液中亚磷酸根含量。向滤液中加入19.8 g亚磷酸,调节溶液pH至5～6,将过量的碳酸钠转化成亚磷酸钠,然后加入一定量硫酸,将亚磷酸钠完全转化为亚磷酸。
将所得亚磷酸溶液置于500 mL圆底烧瓶中减压蒸馏至近干,用300 mL无水乙酸分3次萃取亚磷酸,除去产品中的硫酸钠。再将所得亚磷酸溶液减压蒸馏,除去乙酸,得到亚磷酸产品。
1.4 分析方法
亚磷酸根的含量采用HG/T3253—2000《工业次磷酸钠》[5]标准进行测定。亚磷酸产品中亚磷酸、氯化物、硫酸盐和磷酸盐含量采用HG/T2520—93《工业亚磷酸》[6]标准进行测定。
2 结果与讨论
2.1 亚磷酸钙工业废渣最佳溶解条件的确定
2.1.1 反应温度的确定
在亚磷酸钙工业废渣加入量为500.0 g、碳酸钠加入量为350.0 g、反应时间为8 h的条件下,反应温度对亚磷酸根转化率(滤液中亚磷酸根含量与工业废渣中亚磷酸根含量的比值)的影响见图1。由图1可见,反应温度为80～90 ℃时,亚磷酸根转化率最高,故本实验反应温度选择80 ℃。
2.1.2 碳酸钠加入量的确定
在亚磷酸钙工业废渣加入量为500.0 g、反应温度为80 ℃、反应时间为8 h的条件下,碳酸钠加入量对亚磷酸根转化率的影响见图2。由图2可见,碳酸钠加入量大于350.0 g后,亚磷酸根转化率最高,综合考虑,本实验最佳碳酸钠加入量为350.0 g。
2.1.3 最佳反应时间的确定
在亚磷酸钙工业废渣加入量为500.0 g、碳酸钠加入量为350.0 g、反应温度为80 ℃的条件下,反应时间对亚磷酸根转化率的影响见图3。由图3可见,随反应时间延长,亚磷酸根转化率提高,综合考虑,本实验最佳反应时间为8 h。
2.2 硫酸加入量对亚磷酸产率的影响
在亚磷酸钙工业废渣最佳溶解条件下制备亚磷酸钠滤液,然后制备亚磷酸。硫酸加入量对亚磷酸产率((亚磷酸终产品质量+加入亚磷酸的质量)/(亚磷酸钙转化亚磷酸理论质量+加入亚磷酸的质量)×100%)的影响见图4。
由图4可见:随硫酸加入量增加,亚磷酸产率提高;但硫酸加入量过多,产品中硫酸含量高,影响产品质量,亚磷酸产率略有下降。实验测定的最佳硫酸加入量与化学计量比结果保持一致。本实验条件下,亚磷酸钙工业废渣加入量为500.0 g,碳酸钠加入量为350.0 g,生成亚磷酸钠为210.0 g, 最佳硫酸加入量为163.3 g。
2.3 无水乙酸加入量对亚磷酸产率的影响
在硫酸加入量为163.3 g的条件下,无水乙酸加入量对亚磷酸产率的影响见图5。
由图5可见:无水乙酸加入量小于300 mL时,随无水乙酸加入量增加,亚磷酸产率升高;无水乙酸加入量大于300 mL时,随无水乙酸加入量增加,亚磷酸产率降低。因此,萃取亚磷酸粗产品的无水乙酸最佳加入量为300 mL。
2.4 减压蒸馏工艺条件对亚磷酸产率的影响
在减压蒸馏温度为100 ℃、减压蒸馏真空度为0.08 MPa的条件下,蒸馏时间对亚磷酸产率的影响见图6。由图6可见: 随蒸馏时间延长,亚磷酸产率先升高后降低; 蒸馏时间为2 h时,亚磷酸产率最高;蒸馏时间过长,亚磷酸容易发生缓慢氧化,产率降低。
在减压蒸馏温度为100 ℃、蒸馏时间为2 h的条件下,减压蒸馏真空度对亚磷酸产率的影响见图7。由图7可见:随减压蒸馏真空度提高,亚磷酸产率升高;真空度为0.08 MPa时,亚磷酸产率最高;再提高减压蒸馏真空度,亚磷酸溶液沸腾剧烈,分离不彻底,亚磷酸产率下降。最佳减压蒸馏真空度为0.08 MPa。
减压蒸馏亚磷酸的最佳工艺条件:温度为100 ℃,真空度为0.08 MPa,蒸馏时间为2 h;在此最佳条件下得到115.6 g亚磷酸产品,亚磷酸产率为84.6%,产品纯度达到HG/T2520—93《工业亚磷酸标准》中工业级标准。
3 结论
以亚磷酸钙工业废渣为原料制取亚磷酸的最佳工艺条件为:在1 500 mL去离子水中加入亚磷酸钙工业废渣500.0 g、碳酸钠350.0 g、反应温度80 ℃、反应时间8 h,生成亚磷酸钠210.0 g;向该亚磷酸钠溶液中加入163.3 g 硫酸得到亚磷酸粗产品,加入300 mL无水乙酸萃取除去亚磷酸粗产品中的Na2SO4,在减压蒸馏温度为100 ℃、减压蒸馏真空度为0.08 MPa、蒸馏时间为2 h的条件下减压蒸馏亚磷酸,得到115.6 g亚磷酸产品。亚磷酸产率为84.6%,产品纯度达到HG/T2520—93《工业亚磷酸标准》中工业级标准。
摘要：研究了以亚磷酸钙工业废渣为原料制取亚磷酸的工艺条件。实验确定最佳工艺条件为:在1 500mL去离子水中加入亚磷酸钙工业废渣500.0g和碳酸钠350.0g,80℃反应8h,得亚磷酸钠溶液;向亚磷酸钠溶液中加入163.3g硫酸得到亚磷酸粗产品;加入300mL无水乙酸萃取亚磷酸粗产品后,在蒸馏温度100℃、蒸馏真空度0.08M Pa下蒸馏2h,得到115.6g亚磷酸产品,产率为84.6%,产品纯度达到HG/T2520—93《工业亚磷酸标准》中工业级标准。
关键词：亚磷酸钙,亚磷酸钠,亚磷酸,碳酸钙,废渣,综合利用
参考文献
[1]Wisnouska S.Process for preparing phosphorus acid fromin-dustrial waster materials:US,4380531[P].1983-05-24.
[2]王惠平,马一平.从次磷酸钠生产废渣中提取亚磷酸[J].江苏化工,1998,26(4):21-23.
[3]张英喆,钟志鹏,谢藏娥.以次磷酸钠生产废渣为原料回收亚磷酸[J].城市环境与城市生态,2002,15(4):30-32.
[4]黄莉,陈应祥,郭志琴.萃取法从亚磷泥制取亚磷酸氢钙[J].无机盐工业,1997,(6):35-37.
[5]全国化学标准化技术委员会.HG/T3253—2000工业次磷酸钠[S].北京:中国标准出版社,2000.
焦磷酸质量法 篇6
1 材料与方法
1.1 材料与设计
试验以黑龙江省第一积温带超级稻主栽品种松粳9号为试验材料,以黑龙江省第一积温带生产试验对照品种松粳6号为对照,于2008年种植于东北农业大学植物实验实习基地。试验采用随机区组设计,每品种插21行,10m行长,3次重复;插秧密度为30cm×16.7cm,每穴3苗,4月20日大棚育秧,5月26日插秧,总施肥量为尿素277.1kg/hm2、磷酸二铵120.0 kg/hm2、硫酸钾100.0 kg/hm2。
1.2 测定项目及方法
蔗糖合成酶(SS)、ADPG焦磷酸化酶、RuBP羧化酶活性的测定:于齐穗期后7d、14d、21d、28d、35d,上午9:30-11:30取样,取样时选择比较有代表性的植株,同时取功能叶片和籽粒并且要一一对应,功能叶片进行蔗糖合成酶、RuBP羧化酶活性的测定,籽粒进行蔗糖合成酶和ADPG焦磷酸化酶活性的测定。蔗糖合成酶活性的测定参考於新建[5]的方法,ADPG焦磷酸化酶活性的测定参照程方民[6]的方法,RuBP羧化酶活性参照王学奎[7]的方法。
净光合速率的测定:从抽穗开始每隔7 d,上午9:30-11:30用CB-1102便携式光合蒸腾仪测定各处理剑叶的净光合速率。
灌浆速率的测定:除测酶用去的籽粒其余籽粒(数量要求在500粒以上)105℃下杀青30min、80℃下烘干至恒重,称重,计算千粒重,最后统计各时期干重的变化。
完熟期测产:每小区在对角线上取三点分别收2m2,自然风干后,分别脱粒称重。
数据分析使用Excel和DPS等数据处理软件。
2 结果与分析
2.1 籽粒灌浆速率的变化
从图1可见,超级稻品种与常规品种的籽粒灌浆速率变化趋势相近,均呈前期升高后期降低的趋势,超级稻品种与常规品种相比,起始灌浆势和最高值略低于常规品种,但超级稻的灌浆活跃时间长于常规品种,这说明超级稻的灌浆更为平缓、灌浆期长,有利于获得较高粒重,也有利于缓解其穗型较大引起的籽粒间物质的激烈竞争。
2.2 功能叶及籽粒中蔗糖合成酶(S S)活性的变化
在作物体内碳水化合物大约占干物质总量90%～95%,而碳水化合物中含量较高且能够互相转化和再利用的主要是蔗糖、淀粉和还原糖等糖类物质。蔗糖既是光合作用碳同化的主要末端产物,又是碳水化合物运输和分配的主要形式,但蔗糖运输到籽粒后,并不能被直接提供碳骨架,须经降解才能进行合成利用[8],在这个过程中SS起到了关键的作用,能促使蔗糖分解为尿苷二磷酸葡萄糖和果糖,为淀粉合成提供糖基。
在两品种功能叶片和籽粒中蔗糖合成酶活性均呈现出前期升高后期又逐渐降低的趋势,在齐穗后14d出现峰值,松粳9号高于松粳6号,且差异达极显著水平(表2),在籽粒中松粳9号的酶活性的活跃时间要长于松粳6号,在叶片中松粳9号在后期下降的趋势较松粳6号平缓,籽粒的蔗糖合成酶活性要高于功能叶(图2、图3)。籽粒的蔗糖合成酶活性在齐穗后7d、14d、21d、28d、35d都与灌浆速率呈极显著正相关关系,在齐穗后14d与产量呈极显著正相关关系,功能叶蔗糖合成酶活性在齐穗后7d、21d、28d、35d与灌浆速率呈显著正相关,在齐穗后14d与灌浆速率和产量都呈极显著正相关关系(表1、表3),由回归分析进一步验证了这一点(图4、图5),由此说明超级稻品种松粳9号的蔗糖合成与分解能力要强于常规品种松粳6号,在齐穗后14d是超级稻高产形成的关键时期。
2.3 籽粒中ADP G焦磷酸化酶活性的变化
籽粒中ADPG焦磷酸化酶是淀粉合成的关键酶之一,与淀粉积累和灌浆的充实关系密切[9],进而与产量的关系也是密不可分的。从图6可以看出两品种ADPG焦磷酸化酶活性均呈现出前期升高后期又逐渐降低的趋势,在齐穗后14d达到最高,松粳9号高于松粳6号,且差异达极显著水平(表2),松粳9号前期升高的速度要快于松粳6号,在后期下降速度比松粳6号平缓,通过相关分析可知ADPG焦磷酸化酶活性在齐穗后7d、14d、21d、28d、35d与灌浆速率均呈极显著正相关,在齐穗后14d与产量也呈极显著正相关(表1、表3),由此可知超级稻松粳9号淀粉合成积累量要明显高于常规品种松粳6号,在水稻的生育后期提高ADPG焦磷酸化酶活性对产量的提高是有绝对作用的。
2.4 功能叶RuBP羧化酶活性及净光合速率的变化
功能叶片的RuBP羧化酶活性与净光合速率变化趋势基本相似,在齐穗后均随着生育进程逐渐降低,超级稻品种高于常规品种,且在齐穗后14d差异达极显著水平(表2),超级稻品种在齐穗后7到21d内下降的较常规品种缓慢(图7、图8),由相关分析结果可以看出RuBP羧化酶活性与净光合速率呈极显著正相关,RuBP羧化酶活性和净光合速率与灌浆速率和产量都呈极显著正相关关系(表1、表3)。由此表明超级稻品种功能叶净光合速率较高的直接原因是其RuBP羧化酶活性较高,较高的RuBP羧化酶活性与净光合速率是高产形成的生理基础。
注:“**”表示在0.01水平上显著,“*”表示在0.05水平上显著。
3 结论与讨论
3.1 结论
在齐穗后14d高产寒地超级稻品种松粳9号的蔗糖合成酶、ADPG焦磷酸化酶、RuBP羧化酶活性与净光合速率均高于常规品种松粳6号,且差异达极显著水平。寒地超级稻品种松粳9号的活跃灌浆时间长于松粳6号,可以有效的缓解籽粒间灌浆物质的竞争。
注:大写字母表示1%水平上显著,小写字母表示5%水平上显著。
注:*显著相关;**极显著相关;X(1)-功能叶蔗糖合成酶活性;X(2)-籽粒蔗糖合成酶活性;X(3)-ADPG焦磷酸化酶活性;X(4)-Ru BP羧化酶活性;X(5)-净光合速率;X(6)-产量。
籽粒ADPG焦磷酸化酶活性、蔗糖合成酶活性与灌浆速率极显著正相关,功能叶蔗糖合成酶活性和RuBP羧化酶活性、净光合速率与灌浆速率分别呈显著正相关和极显著正相关,将蔗糖合成酶和ADPG焦磷酸化酶、RuBP羧化酶活性及净光合速率的高低作为寒地超级稻品种选育的生理指标是可行的。
3.2 讨论
(1)超级稻品种与常规品种SS活性差异及其与灌浆速率关系。普遍认为SS的主要功能是分解蔗糖,为淀粉的合成提供前体物质[10]。王志琴等研究表明,功能叶和籽粒中SS活性在水稻开花后迅速增加,于花后12-16d达最大值,以后迅速下降,与籽粒灌浆有着密切的关系[11]。赵步洪等人研究认为,籽粒中SS活性与灌浆速率呈显著正相关,对灌浆速率和充实度起着重要调节作用[12],本研究结果与前人所作的研究相似,但也不尽相同。功能叶和籽粒中SS活性在齐穗后呈现出前期升高后期降低的趋势,不同品种酶活性差异显著,叶片中SS活性与灌浆速率呈显著正相关,籽粒中SS活性与灌浆速率呈极显著正相关,随着SS活性的升高松粳9号的灌浆活跃时间也明显长于松粳6号。高产超级稻品种松粳9号SS活性在前期升高趋势较常规品种松粳6号迅速,在籽粒中松粳9号峰值持续时间明显长于普通品种松粳6号,在叶片中松粳9号SS活性在后期下降的速度较松粳6号平缓,这表明在灌浆中后期松粳9号保持有较强的同化物生产能力,为籽粒发育提供了较好的物质基础。SS的活性在前期较低有利于叶片蔗糖的积累,而灌浆中后期的活性迅速升高,积累的蔗糖迅速分解,以保证生长后期籽粒库对碳水化合物的需求。在超级稻的育种过程中,要注意选择在灌浆期特别是灌浆早期籽粒中SS活性高的后代,便有可能培育出籽粒充实度较好的超级稻品种。
(2)超级稻品种与常规品种ADPG焦磷酸化酶活性差异及其与灌浆速率关系。在水稻籽粒中的淀粉一般占糙米干物重的90%左右,因此籽粒的灌浆过程主要为淀粉的合成和积累过程[13]。源器官制造的光合同化物以蔗糖形式输入库器官(籽粒),在籽粒中经一系列酶催化转化为淀粉,其中包括蔗糖合成酶、ADPG焦磷酸化酶、淀粉合成酶、淀粉分支酶和淀粉去分支酶等,也是影响籽粒库容活性的关键酶[14]。有研究认为ADPG焦磷酸化酶是淀粉合成过程中最关键的酶[15]。金正勋对水稻ADPG焦磷酸化酶作了进一步研究,认为在籽粒灌浆过程中,ADPG焦磷酸化酶活性总的变化趋势为单峰曲线,不同品质类型的品种酶活性大小有差异[16]。还有研究认为[17],不同水稻品种籽粒中ADPG焦磷酸化酶活性前期变化较小,齐穗后不断升高,以乳熟期该酶活性最高,且不同品种间该酶活性差异较大,进而导致灌浆速率和产量都有很大的差异。本研究的结果表明,在灌浆前期ADPG焦磷酸化酶活性较低,在灌浆中期酶活性迅速升高,并出现峰值,高产超级稻品种松粳9号高于常规品种松粳6号,之后酶活性不断下降,但超级稻品种松粳9号下降速度较松粳6号平缓且高于松粳6号,这说明高产超级稻品种的淀粉合成能力明显高于常规品种。经过相关分析可知,在整个灌浆期AGPP活性与灌浆速率和产量都表现为显著正相关关系。这说明,提高籽粒中AGPP的酶活性,有助于提高籽粒的产量。将ADPG焦磷酸化酶活性的高低作为寒地超级稻育种工作中的一项生理指标是可行的。
(3)超级稻品种与常规品种RuBP羧化酶活性、净光合速率差异及其与灌浆速率的关系。
RuBP羧化酶是光合碳同化的关键酶,它主要存在于叶绿体间质中,呈可溶状态,是CO2的直接固定者,其活性高低直接影响光合速率,也就是说,RuBP羧化酶活性大小是反应光合能力强弱的重要指标之一。许晓明[18]等结果表明,超高产水稻叶绿体具有较强的光能吸收转化能力,其叶片光能转化效率、光合电子传递活性和RuBPCase活性均高于常规品种,叶片较高的光能吸收、转化和利用能力可能是实现超高产的重要原因之一。这与本研究结果相似,寒地超级稻松粳9号的RuBP羧化酶活性和净光合速率均高于常规品种松粳6号,且差异达到极显著水平,通过相关分析还可知RuBP羧化酶活性和净光合速率与灌浆速率和产量均呈极显著正相关关系,这也进一步验证了高的光能吸收、转化和利用能力是高产形成的生理基础,因此在培育超级稻品种时应注意选择RuBP羧化酶活性和净光合速率均高的品种。
摘要：试验对黑龙江省寒地超级稻品种松粳9号的蔗糖合成酶、ADPG焦磷酸化酶、光合特性及其与灌浆速率的关系进行了研究。结果表明:籽粒ADPG焦磷酸化酶活性、蔗糖合成酶活性与灌浆速率极显著正相关,功能叶蔗糖合成酶活性和RuBP羧化酶活性、净光合速率与灌浆速率分别呈显著正相关和极显著正相关,高产寒地超级稻品种松粳9号的酶活性与净光合速率均高于常规品种松粳6号,且差异达极显著水平。将蔗糖合成酶和ADPG焦磷酸化酶、RuBP羧化酶活性、净光合速率的高低作为超级稻品种选育的生理指标是可行的。
焦磷酸质量法 篇7
关键词：焦磷酸法测序,CYP3A5*3多态性,肾移植
细胞色素P450 3A5 (CYP3A5) 是CYP3A家族中的一个亚型, 在人体中的表达呈多态性, 是引起个体间CYP3A总量及活性差异的最主要因素[1,2]。在CYP3A5基因中迄今已发现CYP3A5*2、*3、*4、*5、*6等多个等位基因突变, 其中以CYP3A5*3/*3最为重要[2,3,4,5]。大量研究发现, CYP3A5*3基因多态性是影响器官移植受体他克莫司 (FK506) 血药浓度的重要因素[6]。野生型等位基因CYP3A5*1携带者才会显著表达CYP3A5, 使FK506的清除率要较CYP3A5*3/*3突变型纯合子患者高25%~40%, 其FK506剂量校正谷浓度 (C0) 显著低于CYP3A5*3/*3突变型纯合子, 携带CYP3A5*1等位基因的患者需要增加口服剂量才能达到与CYP3A5*3/*3基因型患者相似的靶浓度范围。文献报道CYP3A5*3在中国人群中的突变频率是71%~76%[7]。因此测定CYP3A5*3基因型, 有助于更好地实现FK506个体化药物治疗。
焦磷酸微测序技术 (pyrosequencing) 是目前最先进的基因多态性分析技术之一, 与传统的聚合酶链反应-限制性片断长度多态性 (polymerase chain reactions-restriction fragment length polymorphism, PCR-RFLP) 技术相比, 具有快速、准确、高通量等特点[8]。本研究旨在建立一种基于焦磷酸微测序技术的CYP3A5*3基因分型新方法, 在较大量样本基础上分析肾移植受体中CYP3A5*3的突变频率, 为测定肾移植受体CYP3A5*3基因多态性、实现他克莫司个体化用药提供一种新的技术。
1 材料和方法
1.1 研究对象
随机选取我院移植随访门诊的肾移植受体或者拟在我院行肾移植的尿毒症患者221例为研究对象, 均为汉族, 其中, 男性165例, 女性56例;年龄18~65岁, 平均 (37.48±9.53) 岁。随机选取我院体检中心200名汉族健康人群作为正常对照组, 其中, 男性107名, 女性93名;年龄18~60岁, 平均 (36.17±10.13) 岁。
1.2 仪器设备
聚合酶链式反应 (PCR) 仪 (Biometra Tgradient, 德国Biometra公司) ;高速离心机 (Thermo Heraeus Pico 17微量离心机, 德国Heraeus公司) ;水平电泳仪 (DYY26C, 北京六一实验仪器厂) ;凝胶成像仪 (天能GIS凝胶图像分析系统, 上海天能科技有限公司) ;焦磷酸测序仪 (Pyrosequencing Pyro Mark ID系统, 瑞典Biotage公司) ;DGG-9023A型电热恒温鼓风干燥箱 (上海森信实验仪器有限公司) 。实验过程中用到的耗材均经高压湿热灭菌处理。
1.3 主要试剂
DNA标本提取采用全血基因组DNA提取试剂盒 (美国Promega公司) ;焦磷酸测序采用SNP通用试剂盒 (瑞典Biotage公司) ;PCR反应体系试剂包括PCR Buffer、Mg Cl2、d NTP (均购自大连宝生物技术有限公司) , r Taq DNA多聚酶 (Qiagen德国试剂盒) ;琼脂糖 (AMERSCO, 美国) ;Streptavidin Sepharose Beads抗生物素蛋白链菌素磁珠 (瑞典GE Healthcare Bio Science AB公司) 。其余试剂均为市售分析纯试剂。
1.4 DNA提取
抽取受试者静脉血3 m L, 置于乙二胺四乙酸 (EDTA) 抗凝管中。按照DNA抽提试剂盒 (Promega, 美国试剂盒) 说明书提取外周血基因组DNA。采用紫外分光光度法测定DNA浓度, 分别测定260 nm及280 nm两个波长下的吸光度值, 计算DNA浓度。DNA产物于4℃~8℃保存备用。
1.5 聚合酶链式反应
采用聚合酶链式反应 (PCR) 的方法扩增目的基因片段。采用PyrosequencingTM测序分析设计软件设计PCR引物。聚合酶链反应正向引物:5'-Biotin-AGCTTAACGAATGCTCTACTGTCA-3', 正向引物5'端由生物素标记, 反向引物:5'-CAGGAAGCCA GACTTTGATCATT-3', 测序引物:5'-CCAAACAGGG AAGAGATA-3', 由上海博尚生物科技有限公司合成。
PCR体系50μL:10×PCR反应缓冲液5μL, 三磷酸脱氧核糖核酸 (d NTP) 4μL (各10 mmol/L) , 蒸馏水37.5μL, 正向引物和负向引物各0.5μL (100μmol/L) , r Taq DNA多聚酶0.5μL (5 u/μL) (Qiagen德国试剂盒) , 基因组DNA 2.0μL (20~30μg/m L) 。
PCR条件为94℃预变性10 min, 变性、退火和延伸分别为94℃30 s、55℃30 s和72℃45 s, 共50个循环, 最后72℃延伸7 min。1%琼脂糖凝胶电泳检测聚合酶链反应扩增产物, 可见239 bp条带。
1.6 焦磷酸测序法对CYP3A5进行基因分型
取40μL PCR产物加入含有3μL结合了抗生物素蛋白链菌素的磁珠 (streptavidin-coated sepharose beads) 和37μL结合缓冲液 (bingding buffer, 含10 mmol/L Tris碱、2 mol/L Na Cl、1 mmol/L EDTA和0.1%Tween-20) ;置于p H为7.6的96孔PCR板中, 在室温下振荡孵育10 min (振荡器速度1800 r/min) , 使磁珠与生物素标记的PCR模板链充分结合。
在真空制备工作台中, 4个样品板依次加入180m L高纯水 (1) 、70%乙醇 (2) 、Denaturation Buffer (3) 和120 m L Washing Buffer (4) 。打开真空泵, 将Vacuum Prep tool在高纯水 (1) 中清洗30 s, 然后移到PCR板中, 抓取磁珠, 依次在 (2) 、 (3) 、 (4) 中清洗5s、5 s和5~10 s, 使生物素标记的与未标记生物素的DNA单链互相分离, 将Vacuum Prep tool放入含已加好40μL annealing buffer和3μL测序引物的PSQ96孔板中, 摇动, 释放磁珠, 在80℃加热孵育2min, 然后冷却至室温。
根据Pyro Mark ID软件设计好程序并在试剂仓内加好程序给定剂量的所需的反应酶、底物和d NTP (焦磷酸测序SNP通用试剂盒, 瑞典Biotage公司) 等试剂, 将冷却后的PSQ96孔板放入机器反应板中, 装入试剂仓, 进行SNP分析, 并通过Pyro Mark ID软件读取分析结果。
1.7 结果重复及验证
随机选取96例DNA样本, 在1周时间内重复3次实验。观察CYP3A5*3多态性测定重复性。随机取不同基因型各两个标本的PCR产物10μL用Sanger法进行DNA测序, 证实PCR产物为CYP3A5基因, 并验证相应的基因型。
1.8 统计学处理
计算出肾移植受体人群与正常人群中CYP3A5*3等位基因频率, 用χ2检验分析研究组与正常对照组等位基因分布, 是否符合Hardy-Wein berg遗传平衡。
2 结果
2.1 焦磷酸测序片段的扩增
取扩增产物和上样缓冲液混合液5μL, 在1%琼脂糖电泳, 可获得大小为239 bp的清晰的扩增产物 (图1) 。
2.2 焦磷酸测序法CYP3A5*3基因分型
PCR扩增产物分离纯化后的经过Pyro Mark ID系统测序所得焦磷酸测序结果信噪比极高, 能清晰显示出所检测片段的DNA序列, 按照基因片段的序列, 可以迅速识别CYP3A5*3基因型。与经Beckman coulter CEQ 800遗传分析仪Sanger法标准测序的结果作比较, 结果完全一致 (图2) 。
2.3 肾移植受体中CYP3A5*3基因型分布
221例肾移植受体CYP3A5*3基因型分布:*1/*1型为23例 (10.4%) , *1/*3型为89例 (40.3%) , *3/*3型为109例 (49.3%) , CYP3A5*3基因突变频率为69.5%;200例健康对照人群CYP3A5*3基因型分布:*1/*1型为15例 (7.5%) , *1/*3型为89例 (44.5%) , *3/*3型为96例 (48.0%) , CYP3A5*3基因突变频率为70.3%, 见附表。经过χ2分析, 研究组与正常对照组等位基因分布符合Hardy-Weinberg遗传平衡。
3 讨论
CYP3A5的表达与活性呈高度多态性, 有广泛的个体及种族间差异。最近研究显示CYP3A5*3基因是导致CYP3A5蛋白功能改变的主要原因[9]。遗传药理学研究认为CYP3A5*3基因多态性显著影响肾移植受体FK506药物代谢[10]。在服用同等剂量的FK506情况下, CYP3A5*3/*3纯合子携带者较CYP3A5*1等位基因携带者的体内FK506血药浓度高, 尤其是CYP3A5*1/*1野生型纯合子的FK506血药浓度显著低于CYP3A5*3/*3突变纯合子携带者。因此, 要使不同基因型的患者FK506在体内均达到有效药物治疗浓度, CYP3A5*1携带者需要较大的剂量, 而CYP3A5*3/*3所需的剂量较低[11,12]。
目前国内外大部分关于CYP3A5基因型与FK506药物处置影响关系的研究均采用传统的聚合酶链反应-限制性片段长度多态性 (PCR-RFLP) 法进行CYP3A5基因分型。该方法在PCR反应后, 需要加入限制性核酸内切酶, 然后经琼脂糖凝胶电泳, 根据不同片段长度来判定基因型[13], 其优点是实验成本较低, 缺点是操作较复杂, 所需时间较长, 且由于酶切时孵育温度和时间的改变容易出现假阴性或假阳性结果。
焦磷酸测序法 (Pyrosequencing) 是基于检测DNA合成时释放的焦磷酸基团数量的新型定量遗传分析技术, 其工作原理是基于酶的级联反应, 通过光信号的有无判断碱基是否掺入, 根据光信号的强弱判断碱基掺入的数量[8,14,15,16]。与PCR-RFLP法比较, PCR以后省去了特异性内切酶酶切反应和凝胶电泳, 大大节约了操作时间[17]。该方法与经典的Sanger法测序不同, 该方法不需要跑平板胶或毛细管电泳, 不需要任何DNA片段的荧光标记及荧光激发和检测装置, 更具有常规化学测序所不具备的内设标准控制, 检测信号的信噪比高, 因此, 具有更高的准确性[18,19]。同时具有快速、简便、高通量和自动化操作等特点, 其中, Pyrosequencing测序法96个样本DNA单链模板的制备只需15 min, 而经典的Sanger测序法, 96个样本的制备需要至少3 h。此外, 在临床实践中, PSQ96孔板中可以同时检测96个不同的SNP, 在肾移植术前检测CYP3A5*3多态性的同时, 可以与其他对药物个体化治疗有指导意义的基因多态性如K-ras、CYP2C9*3等同时进行, 另外Pyrosequencing测序法检测成本较低, 更易于科研和临床推广。
本研究建立了CYP3A5*3基因突变位点的Pyrosequencing检测方法, 能够快速准确地检测肾移植受体CYP3A5*3的基因型情况, 具有可靠性高、重复性好的特点。笔者对221例肾移植受体的CYP3A5*3基因型进行分析, 准确率100%, 所测得的CYP3A5*3基因突变频率与正常对照组相似, 与其他研究结果也无差别[13,20]。CYP3A5*3在我国肾移植受体人群中的突变频率为65%~79%, CYP3A5表达型与不表达型约各占一半, 即一半的肾移植受体术后早期应采取较低的他克莫司初始剂量进行抗排斥治疗。由于移植术后早期FK506血药浓度过高或者过低, 与肾移植受体的FK506毒副作用 (如肾毒性、神经毒性、感染等) 和急性排斥反应发生率密切相关, 术前测定肾移植受体CYP3A5*3基因型并根据不同基因型调整肾移植受体的FK506初始剂量, 具有重要的临床意义。