Мёссбауэровские исследование процессов восстановления атомов железа анаэробными диссимиляторными бактериями

• Автор: Шапкин, Алексей Андреевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 126 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. ДИССИМИЛЯТОРНЫЕ ЖЕЛЕЗОРЕДУЦИРУЮЩИЕ БАКТЕРИИ И ИХ РОЛЬ В БИОГЕННОМ ФОРМИРОВАНИИ МИНЕРАЛОВ ЖЕЛЕЗА (ПО ДАННЫМ ЛИТЕРАТУРЫ)

§1.1 Бактериальное преобразование железосодержащих минералов

§1.2. Особенности структуры железосодержащих минералов

§1.3. Цель и задачи исследования

ГЛАВА И. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

§2.1 Условия синтеза исследуемых образцов и способы их приготовления

§2.2 Мёссбауэровский спектрометр и дополнительное оборудование

§2.3. Элементы теории суперпарамагнитной релаксации в мёссбауэровской спектроскопии

ГЛАВА III. РЕЗУЛЬТАТЫ

§3.1. Исследования процессов восстановления синтезированного ферригидрита алкалофильными анаэробными бактериями
§3.1.1. Исследования структурных и зарядовых состояний атомов железа в структуре синтезированного ферригидрита.
§3.1.2 Исследование процесса восстановления синтезированного ферригидрита бактерией СеоаИшШшсЧег/егпкуЖчМсш (штамм 2-0531).
§3.1.2.1 Исследование влияния концентрации ферригидрита на процесс восстановления синтезированного ферригидрита бактерией
Сеоа1каИЬас1ег/еткуЖ'Шсш (штамм 2-0531)
§3.1.2.2 Исследование влияния объема минеральной среды, доступной для восстановления бактерией ОеоаНсаНЬаМег/егг№у(1гШсш (штамм 2-0531), на
формирование новых фаз
§3.1.2.3 Исследование влияния антрахинона дисульфоната на процесс восстановления синтезированного ферригидрита бактерией
Сеоа1каИЬас1ег/егпИус1пИси5 (штамм 2-0531)
§3.1.2.4 Исследование влияния спирта и ацетона на продукты восстановления синтезированного ферригидрита бактерией Сеоа1каИЪас1ег/егп1гус1гШсш (штамм
2-0531)
§3.1.2.4 Исследование влияния времени культивации на процесс восстановления синтезированного ферригидрита бактерией Сеоа1каНЬас1ег/егпку&Шсш (штамм
2-0531)
§3.1.3. Исследование процесса восстановления синтезированного ферригидрита бактерией ТЪегттсо1а/етасейса (штамм 2-0001).
§3.2. Исследование процесса восстановления атомов железа бинарными культурами
§3.2.1 Исследование процесса восстановления трехвалентных атомов железа бинарной культурой АпаегоЬасШш сйкаШасихШя (штамм 2-0521) и
Сеоа1каИЬасСег/егг1кус/г1!1сих (штамм 2-0531)
§3.2.1.1. Исследование процесса восстановления трехвалентных атомов железа бинарной культурой АпаегоЬасШш аОсаШасшМз (штамм 2-0521) и
Сеоа1каИЬас!ег [еггИлусЬ'Шст (штамм 2-0531) (Концентрация синтезированного
ферригидрита пре{щ =10 мМ)
§3.2.1.2. Исследование процесса восстановления трехвалентных атомов железа бинарной культурой АпаегоЬасШш а1каИаст1пз (штамм 2-0521) и
Сеоа1каНЬасгег /еггИгусЬгШсш (штамм 2-0531) (Концентрация синтезированного
ферригидрита пре(Ш) =100 мМ)
§3.2.2. Исследование процесса восстановления атомов Ре3+ бинарной культурой С. а1каИсе11и1оз1 (штамм 2-7026) и С. /егпИуйгШсш (штамм 2-0531).
§3.2.2.1 Исследование процесса восстановления атомов Ре3" бинарной культурой С. а1каНсе11и1оз1 (штамм 2-7026) и С. /еггШу<ЛгШсш (штамм 2- 0531) в
структуре глауконита
§3.2.2.2 Исследование процесса восстановления атомов Ре3+ бинарной культурой С. сйкаИсеНгйоз! (штамм 2-7026) и С./егпЬуАгШсш (штамм 2-0531) в
структуре биотита
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
Одной из важнейших задач современной физики является исследование свойств наноматериалов, полученных в результате микробиологического синтеза. Как известно, для проведения большинства реакций по искусственному синтезу необходимы катализаторы. В то же время микробиологический синтез может быть проведен в условиях, близких к природным, с использованием легкодоступных соединений. В 1980-х была открыта новая физиологическая группа микроорганизмов - диссимиляторные железовосстанавливающие микроорганизмы [1]. Данные микроорганизмы получают энергию в результате переноса электронов с субстратов на атомы железа, что приводит к формированию новых минеральных фаз. Этот факт положил начало активным исследованиям возможностей микробиологического синтеза [2].
Предположительно, диссимиляторные железовосстанавливающие микроорганизмы принимали участие в преобразовании соединений окисного железа в магнетит в докембрийский период [3], поэтому предпринимаются активные попытки найти аналоги этих геохимических процессов в современном цикле железа. Другой сферой применения данных бактерий являются возобновляемые источники энергии. Существуют топливные элементы, механизм которых основан на микробиологическом синтезе. В качестве акцептора электронов можно использовать один из электродов в топливном элементе. При этом в результате роста бактерий выделяется атомарный водород, который в дальнейшем можно использовать в качестве топлива. Продуктами биосинтеза могут быть также наночастицы минералов. Так как процесс бактериального преобразования протекает в органической среде, данные частицы обладают органической оболочкой и могут быть использованы в качестве носителей для точечной доставки лекарств [4]. Кроме того, за счет большой химической активности такие наночастицы могут использоваться для удаления ионов тяжелых металлов из почв и водоемов [5,6,7].

константы соответствующей атомам на поверхности — К3 (где с1 - диаметр частицы) (10) [86]. Следовательно, перепишем выражение (7) с учетом (10) в виде (11):
К = Ку + 6-К3, (10)
а = ^(Куй3 + 6й2К3)1- = р1-, (11)
где /3 = (Куй3 + 6с12Кв) . (12)
6 /Сб
Таким образом, зная тангенс угла наклона прямой а(и решая графически
уравнение (12), можно провести оценку размера частиц с учетом вклада магнитной анизотропии от поверхностных атомов в энергию частицы.
Модель для обработки спектров малых частиц магнетита состоит из трех парциальных спектров. Первый соответствует атомам Ре3' в третраэдрическом окружении кислорода, второй - атомам Ре3+ в октаэдрическом окружении кислорода, третий - атомам Бе2 5+ в октаэдрическом окружении. Параметры (7) -(9) для всех трех парциальных спектров одинаковы, так как атомы железа находятся в одной и той же структуре. Соответствующее значение ширины линий было одинаково Г = 0.250 ^ и фиксировано. Данное значение больше теоретически возможного Г — 0.194 Такой подход учитывает локальную
неоднородность, а фиксация значение Г уменьшает количество варьируемых параметров и обеспечивает устойчивость решения.
Для оценки размера частиц использовалось значение константы объемной

магнитной анизотропии для магнетита, Ку = 13000 — [52]. По данным этой

работы было также рассчитано значение К5 = —0.7 •