关键词:
光谱学
多波长透射光谱
细菌活性
双波长
Mie散射
摘要:
研究水体中细菌微生物活性,快速评估细菌在水体环境中的生长态势与繁殖能力,对于水资源科学管理以及公共卫生安全保障具有重要意义。传统细菌活性检测技术,如菌落计数法、染色观察法和分子生物学方法等,虽然有效,但操作流程繁琐,耗费时间与人力,难以满足实时在线检测的需要。针对传统细菌活性检测技术的弊端,提出了一种基于多波长透射光谱的细菌活性快速检测新方法。以水体常见大肠埃希氏菌(大肠杆菌)为研究对象,采用紫外-可见分光光度计测量其在190~800 nm波段范围内的透射光谱,并深入研究不同活菌比例下大肠杆菌透射光谱的特征及规律;通过系统分析不同波长下大肠杆菌透射光谱随活性变化的相关性和灵敏性,构建出双波长光密度比值与细菌活性之间关系模型,基于该模型计算出细菌活性,并对比分析了不同双波长比值法下细菌活性计算结果的准确性和稳定性。结果表明:(1)由于不同活性的细菌体内所含生物分子的含量存在差异,在230~300 nm波段范围内,活菌比例较高的细菌菌液具有更高的光密度;(2)通过分析230~300 nm波段范围内大肠杆菌透射光谱随活性变化的灵敏性和相关性,发现大肠杆菌活性和光密度值之间相关系数范围值为0.9592~0.9933,初步确定为细菌活性定量的最优波段;(3)选取230 nm作为测定波长,670 nm作为参比波长,构建了两波长光密度比值与细菌活性拟合曲线,其相关系数达到0.9462,活细菌比例检测范围为0%~100%;(4)基于该拟合曲线对3份具有不同活性的大肠杆菌菌液活性进行测定,与平板菌落计数法相比,最大相对误差为3.70%,平均相对误差为1.43%,准确性最优。本方法仅需测量230和670 nm处的光密度,检测时间在1秒钟以内,就能完成对细菌活性的快速准确检测。该研究成果为水体细菌微生物活性的快速检测与预警提供了新的技术思路,具有潜在的应用价值。