Автореферат (1103727), страница 2
Текст из файла (страница 2)
ferrihydriticus дляпреобразования, приводит либо к уменьшению, либо к увеличению размераформирующихся частиц смеси нестехиометрического магнетита и маггемита взависимости от концентрации ферригидрита, что обусловлено различнымколичеством бактериальных клеток, приходящихся на единицу поверхности частицвосстанавливаемого бактерией минерала.4. Увеличение концентрации хинона в среде роста бактерии G. ferrihydriticusприводит к уменьшению размера частиц смеси нестехиометрического магнетита имаггемита от 12 нм до 6 нм.5.
Увеличение времени культивации бактерии G. ferrihydriticus от 1 месяца до 30месяцев приводит к увеличению степени стехиометрии формирующихся частицмагнетита в смеси с маггемитом.6. В результате восстановления атомов железа в структуре ферригидрита бактериейT. ferriacetica формируются сидерит и смесь нестехиометрического магнетита имаггемита. При этом увеличение времени культивации от 24 ч до 247 ч приводит кувеличению размера частиц смеси нестехиометрического магнетита и маггемита.7.
Совместный рост бактерий G. ferrihydriticus и A. alkalilacustris при концентрацииферригидритаnFe(III) = 10 мМприводиткформированиюсидеритаигидрооксикарбоната железа; при nFe(III) = 100мМ – к формированию смесинестехиометрического магнетита и маггемита с размером частиц ~ 10 нм, а такжесидерита.78. Восстановление трехвалентных атомов железа в структуре природных глауконитаибиотитабактериейG.
ferrihydriticusприводиткобразованиюмагнитоупорядоченной фазы, которая является смесью нестехиометрическогомагнетита и маггемита.9. При совместном росте бинарной культуры G. ferrihydriticus и C. alkalicellulosi всреде,содержащейприродныйглауконит,относительноесодержаниеформирующейся магнитоупорядоченной фазы больше, чем в случае ростамонокультуры G. ferrihydriticus.Личный вклад диссертанта.Диссертанту принадлежит основная роль в выполнении мессбауэровских измерений имоделировании мессбауэровских спектров совместно с Чистяковой Н.И. и Русаковым В.С.Автор принимал участие (совместно с Киселевой Т.Ю.) в проведение рентгенофазовогоанализа на кафедре физики твердого тела МГУ имени М.В.Ломоносова.
На всех этапахисследовательской работы диссертант участвовал в постановке задач, проведенииэкспериментовиобсужденииполученныхрезультатов.Совместноснаучнымруководителем были подготовлены научные статьи.Апробация работы.Результатыдиссертационнойработыдокладывалисьнаследующихмеждународных конференциях: International Conference on the Applications of theMossbauer Effect. Vienna, Austria (19-24 July, 2009); Mössbauer Spectroscopy in MaterialsScience, Liptovský Jýn, Slovakia (31 January – 5 February, 2010); 3rd Joint InternationalConference on Hyperfine Interactions and International Symposium on Nuclear QuadrupoleInteractions, CERN/Geneva, Switzerland (13-17 September, 2010); Международныймолодежныйнаучныйфорум«ЛОМОНОСОВ-2010»,Москва,МГУимениМ.В.Ломоносова (12 – 15 апреля 2010); International Conference on the Applications of theMössbauer Effect, Kobe, Japan (25-30 September 2011); Moscow International Symposium ofMagnetism, Moscow, Russia (21-25 August, 2011); Mössbauer Spectroscopy in MaterialsScience, Olomouc, Czech Republic (11-15 June, 2012); XII Международная конференция«Мессбауэровская спектроскопия и ее применения», Суздаль, Россия (6-10 октября, 2012);International Conference on the Applications of the Mossbauer Effect, Opatija, Croatia (16 September,2013).8Публикации.Полученные в диссертационной работе результаты были опубликованы в 20 печатныхработах, 7 из которых – статьи в рецензируемых журналах, входящих в список ВАК(приведены в конце автореферата).Благодарность.Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю кандидату физикоматематических наук, доценту Н.И.
Чистякова за предложенную интересную темуисследований, постановку задачи, помощь и внимательное отношение на всех этапахработы над диссертацией. Автор благодарит доктора физико-математических наук,профессора В.С. Русакова за обсуждение результатов и ценные советы. Автор благодаритсотрудников Института Микробиологии им.
С.Н. Виноградского РАН кандидата геологоминералогических наук Заварзину Д.Г. и доктора биологических наук Жилину Т.Н. запредоставленные образцы и обсуждение результатов.Структура и объем работы.Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка цитируемой литературыи приложения. В заключительных параграфах каждой из глав посвященных результатамдиссертационной работы, формулируются краткие итоги. Объем диссертации составляет126 страниц, включая 47 рисунков, 26 таблиц и список цитируемой литературы из 109наименований.Содержание работыВо введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачиисследования, представлены основные положения, выносимые на защиту, приведеныметоды исследования, обозначена достоверность полученных результатов, показананаучная и практическая ценность проведенных исследований.В первой главе дается обзор литературы, отражающей современное состояние проблемисследованийбактериальногопреобразованияжелезосодержащихминералованаэробными диссимиляторными бактериями.
Содержится информация о влиянииусловийроста(температуры,pH,составасредыростаидр.)напроцессыбиоминерализации. Представлены данные о структурном и зарядовом состоянии атомовжелеза в некоторых железосодержащих минералах. В главе проанализированы работы, вкоторых были представлены результаты мессбауэровских, магнитных и рентгеновских9исследований биогенных минералов железа. В результате проведенного анализа впоследнем параграфе главы сформулированы цель и задачи исследования.Вторая глава посвящена условиям синтеза и приготовления образцов и методам ихисследования.Всоответствиистематикойработыбыливыбраныжелезовосстанавливающие бактерии Geoalkalibacter ferrihydriticus (штамм Z-0531) [9] ине восстанавливающие атомы железа бактерии Anaerobacillus alkalilacustris (штамм Z0521) [10] и Clostridium alkalicellulosi (штамм Z-7026) [11], относящиеся к мезофильномуи алкалофильному бактериальному сообществу, и железовосстанавливающая бактерияThermincola ferriacetica (Z-0001) [12], относящаяся к термофильному и нейтрофильномубактериальномусообществу.Дляподтверждениявоспроизводимостирезультатовиспользовался метод повтороностей, то есть для каждого эксперимента былосинтезировано по два образца (за исключением опытов по изучению кинетики процессоввосстановления атомов железа, а также влияния спирта и ацетона на продуктыбиовосстановления).Дляисследованиявлиянияконцентрациисинтезированногоферригидрита или антрахинона-2, 6-дисульфоната в среде роста G.
ferrihydriticus напродуктыбактериальногопреобразованияконцентрациименялисьвдиапазонеnFe(III) = 5÷150 мМ и nq = 0÷1 г/л, соответственно. Для выявления влияния объемаминеральной среды, доступной для биовосстановления, была синтезирована серияобразцов при различных ориентациях сосудов: горизонтальном, дном вниз и дном вверх,для трех концентраций nFe(III) = 10;45;100 мМ.
В случае исследования кинетики процессапреобразования синтезированного ферригидрита бактериями G. ferrihydriticus илиT. ferriacetica время культивации менялось t = 5÷150 мес. и t = 24÷247 ч., соответственно.Ацетониспиртдобавлялиськпродуктампреобразованиясинтезированногоферригидрита (nFe(III) = 100 мМ) бактерии G. ferrihydriticus с целью изучения их влияния начастицы магнитоупорядоченной фазы.Дляизученияпреобразованиясинтезированногоферригидритабинарнойкультурой G.
ferrihydriticus и A. alkalilacustris были выбраны две концентрацииферригидрита nFe(III) = 10;100 мМ, при этом в среду роста добавлялся маннит. Маннитявляется субстратом роста для бактерии A. alkalilacustris, продукты его биоразложенияявляются донором электронов для бактерии G. ferrihydriticus. Для исследованиябактериального восстановления атомов железа в структуре природных глауконита илибиотита бактерией G.
ferrihydriticus и бинарной культурой G. ferrihydriticus иC. alkalicellulosiвсредукультивациибактерийвобоихслучаяхдобавляласьмикроцеллюлоза, в случае монокультуры – ацетат. Бактерия C. Alkalicellulosi сбраживаетмикроцеллюлозу, и продукты данного процесса являются донорами электронов для10G. ferrihydriticus. Полученные минеральные осадки высушивались в атмосфере азота.Затем образцы измельчались в яшмовой ступке под слоем этилового спирта в целяхпредотвращения окисления. Полученный мелкодисперсный порошок пересыпался вплексигласовые бюксы, а для измерения во внешних магнитных полях образцызаворачивались в фольгу.Основным методом исследования являлся метод мессбауэровской спектроскопии.Измерения мёссбауэровских спектров образцов проводились на спектрометре МС-1101Эв геометрии поглощения в режиме постоянных ускорений в диапазоне температур4.8÷300 К.
Измерение мессбауэровских спектров при низких температурах и во внешнихмагнитных полях, ориентированных перпендикулярно направлению пролета γ-квантов,проводились в Карловом университете (Прага, Чешская республика). В качествеисточника γ-квантов использовался мессбауэровский источник57Co в матрице Rh,калибровка проводилась с помощью эталонного образца α-Fe. Анализ мессбауэровскихспектров проводился с помощью программы SpectrRelax [13].Врезультатемагнитоупорядоченнойбиопреобразованияфазы,ферригидритаявляющейсясмесьюформируютсямагнетитаичастицымаггемита.Мессбауэровские спектры малых частиц оксидов железа (d < 30 нм) при комнатнойтемпературе являются спектрам суперпарамагнитного типа. Для обработки этих спектровиспользовалась модель, состоящая из трех парциальных спектров в приближениимногоуровневой суперпарамагнитной релаксации [14]: первый соответствует атомам Fe3+в третраэдрическом окружении кислорода, второй – атомам Fe3+ в октаэдрическомокружении кислорода, третий – атомам Fe2.5+ в октаэдрическом окружении.
Используязначения минимизируемого параметра , связанного с энергией магнитной анизотропии(1), где K – эффективная константа магнитной анизотропии, V – объем частицы, T –температура. Эффективную константу магнитной анизотропииможно представить ввиде суммы константы, соответствующей атомам в объеме частицы –соответствующей атомам на поверхности –, и константы(где d – диаметр частицы) (10) [15].Следовательно, перепишем выражение (1) с учетом (2) в виде (3).(1),Таким образом, зная тангенс угла наклона прямой(2)и решая графически уравнение(4), можно провести оценку размера частиц с учетом вклада магнитной анизотропии отповерхностных атомов в энергию частицы.11,(3)где.(4)Рентгендифракционные исследования образцов проводились на дифрактометреEmpyrean Panalytical (Нидерланды) в геометрии Брэгга-Брентано (θ-2θ сканирования),λkα(Cu) = 1.5406.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
