用户研究亮点|谱临晟元素形态分析系统助力微生物EPS与铁还原菌协同固定砷机制研究

2026-06-16 12:01:52 广州谱临晟科技有限公司

近日，谱临晟的元素形态分析系统用户在权威期刊《Chemical Engineering Journal Advances》（IF=7.1）发表了题为《Synergistic effects of microbial EPS and iron-reducing bacteria on arsenate immobilization via Ferrihydrite transformation》的研究论文。该研究首次揭示了微生物胞外聚合物（EPS）与铁还原菌（Shewanella oneidensis MR‑1）在水铁矿体系中对五价砷[As(V)]的协同固定机制，为砷污染地下水及土壤的修复提供了重要理论依据。

该研究中，精准测定样品中As(III)和As(V)的形态及浓度变化，为证明微生物介导的砷还原过程提供了直接、可靠的证据。但样本土壤/矿物的基质复杂，且不同形态砷浓度的差异极大。谱临晟的元素形态分析系统具备高灵敏度、强抗干扰能力以及高通量，正好完美适配这类样品的需求。

研究背景

砷（As）是一种剧毒类金属元素，广泛存在于地下水和土壤环境中，长期暴露可引发心血管疾病及多种癌症。在自然系统中，砷的环境行为与铁（氢）氧化物的转化及微生物活动紧密耦合。水铁矿（Ferrihydrite）作为一种高比表面积的弱结晶铁矿物，是砷的重要“汇”；但铁还原菌（如MR‑1）可将Fe(III)还原为Fe(II)，导致矿物溶解和砷释放。另一方面，微生物分泌的胞外聚合物（EPS）富含羧基、羟基、氨基等功能基团，能显著改变矿物表面性质。然而，在EPS‑铁矿物‑铁还原菌三者共存体系中，砷究竟是被固定还是活化？EPS起促进还是抑制作用？此前缺乏系统研究。

研究亮点

2.1 EPS显著增强水铁矿对As(V)的吸附能力

单独水铁矿对As(V)的去除率仅为15.00–25.44%，而EPS‑水铁矿复合体系将去除率大幅提升至20.34–58.76%。FTIR和三维荧光光谱证实，EPS中的蛋白质、羧基和磷酸基团参与了砷在矿物表面的内层络合。

2.2 铁还原菌与EPS产生协同效应，进一步提升砷固定效率

在引入铁还原菌MR‑1后，EPS‑水铁矿体系对As(V)的去除率进一步提高至21.85–82.86%，尤其在50 mg/L初始浓度下去除率高达82.86%。Fe(II)浓度检测和形态分析表明，微生物Fe(III)还原与EPS表面络合共同促进了砷的稳定化。

2.3 微生物介导的As(V)还原过程被直接证实

为区分吸附去除与微生物还原作用，研究采用元素形态分析系统与ICP‑MS联用，精准测定了体系中As(III)的生成动态。结果表明：接种MR‑1后As(III)浓度逐渐升高，而非生物对照几乎未检出As(III)，直接证实了微生物还原As(V)的发生。EPS的存在显著降低了As(III)积累，表明其可能抑制还原或促进再固定，揭示了“表面络合+微生物还原+次生矿物再固定”的多重机制。

谱临晟元素形态分析系统的贡献：精准砷形态分析，破解耦合机制

要阐明EPS、铁还原菌与水铁矿三者如何协同调控砷的环境命运，关键在于同步监测As(V)的去除与As(III)的生成动态。然而，矿物悬浊液基质复杂、砷形态浓度跨度大、微生物代谢产物干扰多，对分析仪器的灵敏度、抗干扰能力及操作便捷性构成了严峻挑战。

谱临晟元素形态分析系统凭借以下核心优势，成功攻克了这些技术难题，为研究团队提供了高可信度的形态数据。

高灵敏度，痕量形态“看得见”：分析系统对砷形态的检出限优于0.5 ppb，即使在微生物培养体系这类复杂基质中，也能精准捕捉低浓度As(III)的微弱变化，为证明微生物还原过程提供了不可替代的直接证据；
分析快速，通量大幅提升：使用自研的砷形态分析专用快速柱，仅需6分钟即可实现砷形态的基线分离，显著提高实验效率，使研究人员能够在短时间内完成大批量样品的形态筛查；
抗干扰能力强，数据更可靠：专研的砷形态分析专用快速柱具备优异的抗干扰能力，无需繁琐的样品前处理，即可在复杂基质中获得稳定、准确的测定结果，为研究结论提供了坚实的数据支撑。

正是得益于以上优势，谱临晟元素形态分析系统在复杂矿物悬浊液基质中稳定运行，帮助研究团队精准监测了As(V)的去除与As(III)的生成动态，从而成功揭示了EPS与铁还原菌协同固定砷的耦合机制。