移动沉淀界面(MPB)的计算机模拟及其初步应用研究

摘要

重金属对于人类的健康危害越来越大，所以对于重金属的研究就非常重要，但传统的重金属分析方法不同程度的存在一些问题，如价格昂贵或者灵敏度不高等，因此建立简单、有效的重金属分析检测方法显得尤为迫切。近一段时间，移动反应界面(Moving Reaction Boundary，MRB) MRB引起了更多学者的重视，相关的理论应用逐渐成为生物化学分析领域中一个新的热点，该理论已经应用于分离、分析诸如蛋白质、两性电解质、痕量药物等样本。移动沉淀界面(Moving Precipitation Boundary，MPB)作为MRB系列中最早被发现的反应，MPB在富集与分析金属离子的应用中具有成本低、对仪器要求不高以及富集效率高等优点，但由于MPB反应体系一般比较复杂，条件筛选繁琐等原因，目前其研究还有待完善。
　　本论文分为两部分，第一部分是：通过阴离子 OH-和金属离子Cu(Ⅱ)形成的沉淀界面，结合相关电泳动力学和电化学方程，完善了移动沉淀界面数学模型。为了避免测定实验中一些难以测定的参数以及方便计算，同时预测反应可能发生的情况，通过汇编语言的编译，设计和实现了MPB模型对应的计算机模拟模型软件，开发了第一套MPB有效的数据处理程序和动态模拟程序。本文编写的MPB模拟软件主要有两方面作用：首先，根据用户输入的金属离子及其它体系参数，定量描述生成沉淀物的浓度、界面迁移的速度、方向、两种金属离子的分离效率以及金属离子的富集率；其次，根据软件的计算结果可以动态模拟MPB反应的发生及演变过程。所以本软件可以用于预测MPB反应富集金属离子的实验结果并且优化实验条件。
　　课题第二部分是：通过大管中的MPB实验来验证软件的准确性和可靠性。实验主要分为三个体系：(1)没有置换离子加入的MPB反应；(2)有置换离子的MPB反应；(3)两种金属离子的MPB反应。实验结果证实，对于不同的体系，实验结果和模拟结果吻合较好;并且发现在有置换离子的体系中，低浓度的金属离子在该方法中有很好的富集效果，其中0.1 mM Cu(Ⅱ)富集倍数可以达到308倍。
　　本论文自行研究开发的模拟软件可以简化实验过程，降低研究的工作量，显著提高MPB的研究效率；并且该软件可根据富集要求来设计最佳富集条件，达到对痕量金属离子进行预富集，为弥补现有的金属离子仪器检测方法灵敏度低，通量小，价格昂贵等不足提供了很好的选择。

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符号与缩写说明

第一章 综述

1.1 移动反应界面MRB的发展过程

1.2 移动反应界面MRB的理论

1.3 移动反应界面MRB的应用

1.4 金属离子的富集

1.5 移动沉淀界面MPB及其在金属富集分析应用的展望

第二章 MPB模拟软件的设计与实现

2.1 计算机模拟技术简介

2.2 计算机模拟MPB的数学模型

2.3 模拟软件的设计与实现

2.4 软件实现

2.5 小结

第三章 移动沉淀界面(MPB)的计算机模拟及实验验证

3.1 引言

3.2 模拟与实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 误差分析

3.5 小结

第四章 总结和应用前景展望

4.1 总结

4.2 创新与意义

4.3 改进思路

4.4 MPB富集方法和模拟软件的应用前景

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文和申请的专利