Автореферат (1103727), страница 4
Текст из файла (страница 4)
ferriacetica показали, что увеличение времени культивации приводит куменьшению относительной интенсивности парамагнитной компоненты спектра иувеличению интенсивности суперпарамагнитной, при этом содержание сидеритапрактически не изменялось (Рис. 7). Размер частиц магнитоупорядоченной фазы возрасталот 3.8±0.8 нм до 10.1±0.5 нм с увеличением времени культивации бактерии от 24 ч до247 ч.Дляподтвержденияналичиядвухвалентныхатомовжелезавсоставемагнитоупорядоченной фазы были проведены мессбауэровские измерения при T = 4.8 Кдля образцов, полученных для времен культивации бактерии 24 ч и 247 ч. Былоустановлено, что при времени 24 ч в образцах содержится смесь ферригидрита инестехиометрического магнетита и маггемита, а при времени 247 ч в образцах содержитсятолько смесь нестехиометрического магнетита и маггемита.17100FHRC, %806040M20S0050100150200250t, чРисунок 7.
Зависимость относительного содержания фаз в образцах в зависимости отвремени культивации бактерии: FH – синтезированный ферригидрит, M –магнитоупорядоченная фаза, S – сидерит.Во втором параграфе отражены результаты преобразования синтезированногоферригидрита бинарной культурой G. ferrihydriticus и A. alkalilacustris и природныхглауконита и биотита бинарной культурой G. ferrihydriticus и C.
Alkalicellulosi.Мессбауэровские спектры образцов, полученные в результате преобразованияферригидрита (nFe(III) = 10 мМ) бинарной культурой для двух времен культивации (7 и 21день) являются спектрами парамагнитного типа. Увеличение времени культивации неприводит к значительному изменению формы линии спектра. Мессбауэровские спектры,измеренныеприкомнатнойтемпературе,являютсясуперпозициейчетырехквадрупольных дублетов, два из которых соответствует атомам Fe , а два других –3+атомам Fe2+.
Параметры одного из квадрупольных дублетов соответствуют атомам Fe2+ вструктуре сидерита. Параметры второго квадрупольного дублета, соответствующегоатомам Fe2+, близки к параметрам сидерита, однако значение квадрупольногорасщепления больше. Параметры квадрупольных дублетов, соответствующих атомам Fe3+отличаются от параметров, соответствующих атомам железа в структуре ферригидрита.Для идентификации сформированных фаз были проведены измерения при T = 4.8 К,которые показали, что в результате бактериального преобразования формируются триновых фазы: сидерит, гидрооксикарбонат и нестехиометричный магнетит (Рис. 8).НаличиегидрооксикарбонатавобразцахбылоподтвержденометодамиИК-спектрометрии.Мессбауэровские спектры образцов, полученных в результате преобразованияферригидрита (nFe(III) = 100 мМ) бинарной культурой для двух времен культивации (7 и 21день) являются суперпозицией трех зеемановских секстетов и одного квадрупольногодублета.
Параметры квадрупольного дублета соответствуют атомам Fe2+ в структуре18сидерита. Измерение спектров при T = 4.8 К (Рис.N, %1009)позволилоидентифицировать98магнитоупорядоченнуюфазу96нестехиометрическогомагнетитакаксмесь(содержаниеатомов Fe2+ ~ 18 %) и маггемита. Для оценки-5-100510v, мм/с8 Мессбауэровский спектрядер 57Fe в структуре минерала,полученноговпроцессеростабактерийG. ferrihydriticusиA. alkalilacustrisприсодержанииFe(III) nFe(III)=10 мМ, измеренные приT = 4.8 K для времени культивации –21 день.Рисунокразмера частиц были проведены мессбауэровскиеизмерения в диапазоне температур T = 81÷300 К,которые показали, что размеры частиц неизменяютсяприувеличениивременикультивации от 7 дней (11.7 ± 0.5 нм) до 21 дня(12.0 ± 0.5 нм).
Кроме того, наблюдается слабоеувеличение относительного содержания сидеритав образцах от 11.9 ± 0.5 % до 16.9 ± 0.7 %, чтотакже объясняется в рамках предложенного механизма.Спектры ядер 57Fe в структуре природныхN, %100глауконита и биотита является суперпозицией9998четырех97которых соответствуют атомам Fe3+, а два других96–-5-100510v, мм/сМессбауэровский спектр57ядерFe в структуре минерала,полученноговпроцессеростабактерийG. ferrihydriticusиA. alkalilacustrisприсодержанииFe(III) nFe(III) = 100 мМ, измеренныйпри T = 4.8 K.Рисунок9Fe2+.квадрупольныхНаличиедублетов,четырехдваизнеэквивалентныхпозиций связано с наличием транс- и цисоктаэдров, которые обусловлены ориентациейOH-групп.ВG. ferrihydriticusслучаеростанаблюдалосьбактерииформированиемагнитоупорядоченной фазы, поэтому модельдляанализаспектрасостоялаизчетырехквадрупольных дублетов и одного зеемановскогосекстета, соответствующего формирующейся фазе. С целью более точного определенияотносительного содержания формирующейся фазы, мёссбауэровские спектры былиизмерены при T = 81 К.В случае бактериального роста в среде с добавлением природного глауконита,параметры парциального спектра, соответствующего атомам железа в структуре этойфазы, д = 0.44±0.02 мм/с, е = 0.01±0.02 мм/с, Hn = 495±2 кЭ, соответствуют атомам Fe3+.При этом, в случае бинарной культуры G.
ferrihydriticus и C. Alkalicellulosi, наблюдаетсяформирование наибольшего количества магнитоупорядоченной фазы – RC = 24.2±0.8 %;В сравнении с ростом монокультуры G. ferrihydriticus с добавлением в среду культивации19ацетата относительное содержание формирующейся магнитоупорядоченной фазы вобразцах меньше – RC = 16.2±1.9 %. Однако, добавление микроцеллюлозы (в отсутствииацетата) в среду роста монокультуры также приводит к формированию этой фазы(RC = 18.7±1.2 %). Это может быть обусловлено повышением ферментативной активностимонокультуры.
Низкотемпературные измерения (T = 4.8 К) позволили идентифицироватьформирующуюся магнитоупорядоченную фазу (Рис. 10). Параметры парциальныхспектров, соответствующих этой фазе, RC = 18.5±2.7%, д = 0.40±0.01 мм/с, <е> = 0.013±0.011 мм/с, Hn = 512±1 кЭ, RC = 4.4±2.4%, д = 0.95±0.05 мм/с, <е> = 0.15±0.04 мм/с,Hn = 494±3 кЭ, близки к параметрам для атомов железа Fe3+ и Fe2+ в структурах магнетитаи для атомов Fe3+ в структуре маггемита с замещениями титаном и алюминием [17, 18].N, %1009998Fe2+(M)Fe3+(M)10099989796-10-50510v, мм/сРисунок 10. Мессбауэровские спектры ядер 57Fe в структуре минералов, полученных врезультате взаимодействия глауконита: со средой культивации (верхний) и с бинарнойкультурой (нижний) (T = 4.8 К).В случае бактериального роста в среде с добавлением природного глауконита,параметры парциального спектра, соответствующего атомам железа в структуре этойфазы – д = 0.44±0.04 мм/с, <е> = 0.02±0.04 мм/с, Hn = 493±3 кЭ, соответствуют атомамFe3+.
В случае роста бинарной культуры G. ferrihydriticus и C. alkalicellulosi илимонокультуры G. ferrihydriticus с добавлением в среду культивации микроцеллюлозы,наблюдается формирование магнитоупорядоченной фазы с практически одинаковымотносительным содержанием – RC = 9.5±1.0 %.
В сравнении с ростом монокультуры с20добавлением в среду культивации ацетата относительное содержание формирующейсямагнитоупорядоченной фазы выше – RC = 12.1±0.7 %.Низкотемпературныеизмерения(T = 4.8 К)позволилиидентифицироватьформирующуюся магнитоупорядоченную фазу (Рис. 11). Поскольку относительноесодержание магнитоупорядоченной фазы достаточно мало, для обработки была взятаразность между двумя спектрами образцов: биотита в среде роста и биотита послепреобразования бинарной культурой (Рис.
11). Для полученного разностного спектрабыловосстановленорасположения ядрараспределение57сверхтонкогомагнитногополявобластиFe. В результате были определены следующие параметрымессбауэровского спектра: д = 0.49±0.11 мм/с, е = -0.004±0.054 мм/с, Hn = 512±11 кЭ. Этипараметры, как и в случае глауконита, близки к параметрам спектра атомов железа вмаггемите или магнетите с возможным замещением атомами алюминия или титана.N, %N, %1001009999.8(а)9899.697-5-100.0399.50.0299(б)p(H)961000v, мм/с5100.0198.509835097.5-10-505400450500H, кЭ55010v, мм/сРисунок 11. Мессбауэровские спектры ядер 57Fe в структуре минералов, полученных врезультате взаимодействия биотита: со средой культивации (а) и с бинарной культурой (б)(слева); разность между спектрами (а) и (б) и распределение сверхтонкого магнитногополя в области расположения ядра 57Fe (слева) (T = 4.8 К).ЗАКЛЮЧЕНИЕ.Впервые методами мессбауэровской спектроскопии исследованы продуктыпреобразования синтезированного ферригидрита бактерией Geoalkalibacter ferrihydriticus(штамм Z-0531) при различной концентрации ферригидрита и антрахинона-2,6дисульфоната (хинона) в минеральной среде роста, а также кинетика процессовпреобразования ферригидрита бактерией Geoalkalibacter ferrihydriticus (Z-0531) и21бактерией Thermincola ferriacetica (Z-0001).
В результате проведенных исследованийустановлено следующее.1.Минеральным осадком продукта преобразования бактерией G. ferrihydriticusявляются сидерит и смесь нестехиометрического магнетита и маггемита, в структурекоторой магнитные моменты имеют неколлинеарную ориентацию.2.смесиУменьшение концентрации ферригидрита приводит к уменьшению размера частицнестехиометрическогомагнетитаимаггемита,атакжекувеличениюотносительного содержания сидерита.3.Изменение объема минеральной среды, доступного бактерии G. ferrihydriticus дляпреобразования,приводитлибокуменьшению,либокувеличениюразмераформирующихся частиц смеси нестехиометрического магнетита и маггемита взависимости от концентрации ферригидрита, что обусловлено различным количествомбактериальныхклеток,приходящихсянаединицуповерхностичастицвосстанавливаемого 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 частиц магнетитав смеси с маггемитом.6.В результате восстановления атомов железа в структурах 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.Впервые проведены мессбауэровские исследования продуктов преобразованиясинтезированного ферригидрита при совместном росте бактерий Geoalkalibacterferrihydriticus (штамм Z-0531) и Anaerobacillus alkalilacustris (штамм Z-0521), а такжеприродных глауконита и биотита при совместном росте бактерий Geoalkalibacterferrihydriticus (штамм Z-0531) и Clostridium alkalicellulosi (штамм Z-7026).
В результатепроведенных исследований установлено следующее.1.Совместный рост бактерий G. ferrihydriticus и A. alkalilacustris при концентрацииферригидрита nFe(III) = 10 мМ приводит к формированию сидерита и гидрооксикарбонатажелеза; при nFe(III) = 100мМ – к формированию смеси нестехиометрического магнетита имаггемита с размером частиц ~ 10 нм, а также сидерита.222.Восстановление трехвалентных атомов железа в структурах природных глауконитаи биотита бактерией G.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
