根据米氏理论,原核生物的浊度范围是定义了一个假设的单分散球形细胞群 (1) τ λ = N p ℓ π 4 问 ext 米 , λ , D D 2 , 在哪里 N p 细胞的数量, ℓ 路径长度, λ 波长在中, D对应于细胞的平均直径, 问 ext 米 , λ , D 是消光效率,它是一个函数的细胞大小、波长和细胞的折射率比介质。

如果细胞吸收的介质可以忽略不计,消光效率等于散射效率 问 ext 米 , λ , D = 问 年代 c 一个 米 , λ , D 。

假设生物细胞是近似均匀的球形粒子,散射系数 问 年代 c 一个 从严格的米氏理论计算给出的( 32]: (2) 问 年代 c 一个 = 2 α 2 ∑ n = 1 ∞ 2 n + 1 一个 n 2 + b n 2 , 一个 n = ψ n ” 米 α ψ n α − 米 ψ n 米 α ψ n ” α ψ n ” 米 α ξ n α − 米 ψ n 米 α ξ n ” α , b n = 米 ψ n ” 米 α ψ n α − ψ n 米 α ψ n ” α 米 ψ n ” 米 α ξ n α − ψ n 米 α ξ n ” α , 一个无量纲的粒子大小在哪里 一个等于 π D / λ 和 米细胞的折射率比吗 n λ 介质的折射率 n 0 λ ,在那里 n 0 λ 是水的折射率 33]。米氏系数 一个 n 和 b n 复杂的函数吗 一个和 米( 32]。 (3) ψ n x = π x 2 J n + 1 / 2 x , ξ n x = π x 2 H n + 1 / 2 2 x , 在哪里 J n + 1 / 2 semi-integer阶贝塞尔函数和吗 H n + 1 / 2 2 x 是第二种汉高函数。

如果散射测量细胞的影响可忽略,造成的光强度下降只是吸收细胞的化学成分。根据比尔-朗伯定律,吸光度是写成的 (4) 一个 = 日志 我 0 我 t = ε λ 0 c ℓ , 在哪里 一个测量吸光度, ε λ 对应于一个wavelength-dependent吸收系数, c化学成分的浓度, ℓ 是样本路径长度。显然,如果吸收系数和路径长度是已知的,( 4)可用于估计化学成分的浓度。

大肠杆菌(中金公司10389号)从中国获得工业文化中心集合(中金公司)。细菌悬液是由激活细菌,培养在37°C在牛肉膏蛋白胨培养基(pH值7.0)包含0.3%牛肉膏、蛋白胨1%,0.5%氯化钠和2%的琼脂,扩大文化传播的解决方案,使离心的离心机(h - 1650,江东的乐器),并在消毒去离子水洗涤。

多波长的透射光谱 大肠杆菌记录由紫外/可见分光光度计(UV 2550日本岛津公司,日本京都)在该地区从230年到820海里。仪器记录的光谱代表3复制测量与1海里的平均采样间隔。消除悬浮介质的不均匀性的影响,消毒去离子水作为参考的解决方案。所有尺寸都是使用一个腔长1厘米在室温下石英比色皿。

细胞悬浊液(1毫升)与9毫升消毒去离子水稀释获得连续稀释(10⁻¹−10⁻⁹从细菌悬浮液。每个稀释溶液(1毫升)的吸管和营养琼脂培养基在45°C注入无菌盘。这些盘子是孵化在37°C / 24 h和CFU计数( 13]。

被革兰氏染色观察细胞大小和石油显微镜(奥林巴斯,CX41), 大肠杆菌细胞被视为椭圆体。使用下列公式计算细胞体积( V从宽度),( w)和长度( l)的细胞: v = π / 6 ⋅ l ⋅ ω 2 。细菌的长度和宽度计算通过20个细胞的平均长度和宽度测量,测量。

多波长的透射光谱 大肠杆菌在该地区从230年到820海里文化16小时后如图所示 1;横坐标代表波长和纵坐标代表光密度。400年和820年之间的光谱波长地区纳米轻轻变化没有明显的吸收峰,这主要是表明细胞及其内部结构的散射,并反映差异数量,大小和细胞的内部结构。光谱在该地区从230年到400海里似乎显然比前者更强烈,这不仅包括细菌的散射信息,但也吸收信息。注意到的光谱 大肠杆菌肩峰在260纳米左右,这是由于吸收引起的化学成分 大肠杆菌。

折射率的变化与线粒体和质体的存在 大肠杆菌。因此,细胞分为两个结构组:胞体和内部结构 34]。

细胞的折射率的身体 大肠杆菌是由( 35] (5) n λ 0 = 1.3776 + 3034.9100 λ 0 2 。

和内部结构( 31日), (6) n λ 0 = 1.5500 + 5900年 λ 0 2 。

在该地区230至820海里,大小分布的方差光密度(几乎没有影响 25];因此,如果吸收可以忽略不计,散射光谱的光密度( 1)可以改写: (7) τ λ 0 = N p l π 4 x 问 1 年代 c 一个 1.3776 + 3034.9100 λ 0 2 , D 1 D 2 1 + 1 − x 问 2 年代 c 一个 1.5500 + 5900年 λ 0 2 , D 2 D 2 2 , 在哪里 N p 细菌浓度, ℓ 是散射路径长度, 问 1 年代 c 一个 和 问 2 年代 c 一个 散射系数的宏观结构和内部结构的细菌,分别。 D 1 和 D 2 等效直径的宏观结构和内部结构的细菌,分别。

在光谱测量细菌浓度不易控制;为了准确计算的宏观结构和内部结构的直径细菌,测量光谱归一化的总光密度在230到820纳米之间。

在该地区从400年到820海里,没有发生吸收,这些光谱主要来自于细胞悬液的散射。因此,从理论上说,这个地区的实测光谱(400 - 820 nm) 大肠杆菌可以计算( 7),这是一个选择的结构参数的函数 大肠杆菌。通过一个非线性最小二乘优化算法,归一化光谱测量在400 - 820纳米波长范围由计算拟合光谱( 7),计算出的光谱迭代直到相对变化的平方和小于10⁻⁸。拟合结果如图所示 2,显然表明良好的测量和计算谱之间的协议。平均相对误差为0.70%,最大相对误差为2.79%。很明显,计算光谱可以表示测量光谱的散射特性。

从散射光谱的分析,表 1显示的结构参数 大肠杆菌包括细胞体积、平均直径、直径、内部结构和内部结构的贡献,数据从显微镜方法也被包括在内。可以看出,平均直径 大肠杆菌是1.4777 μ米,为了与显微镜分析。假设一个细菌细胞球形,计算细胞的平均体积是1.6899 μ米³,这是在良好的协议与显微镜的结果分析(相对误差是7.90%)。

显然,当入射波长是固定的,实测光谱与单个细菌细胞光谱线性关系。因此,测量光密度的情节,作为单个细菌光密度的函数结构参数的计算表 1,如图 3,测量光密度是安装使用线性方程: (8) y = 一个 x + b , 在哪里 一个和 b拟合参数,结果是什么 一个= 35066882.23, b=−0.0001714441807,相关系数= 0.9998,表明这些数据拟合方程。细菌浓度 N p 计算使用公式 一个 = π / 4 N p l ,在那里 l = 1 c 米 。与细菌浓度从板计数,获得相对偏差计算 N p − N / N 是1.02%, N 板计数的观测,给出表吗 2。

知道的结构参数和细菌浓度 大肠杆菌的散射光谱计算( 7);组件吸收光谱在230 - 820纳米波长范围计算,减去散射光谱测量的透射光谱图 4。也,注意吸收组件有很强的峰值在该地区230至300海里,这是由于吸收化学成分造成的 大肠杆菌。因此,吸收的光谱特征分量在该地区230至300海里可以用于测定化学成分参数的目的。

大肠杆菌是一个典型的革兰氏阴性、nonspore杆状细菌,其主要化学成分是蛋白质和核酸(大约80%的细胞干重),它的次要成分,碳水化合物(8.4%)、脂质(9.1%),和辅酶(2.5%) 36, 37]。微生物的化学成分,如蛋白质,核酸,吡啶二羧酸,在紫外线的吸收中起着重要作用[ 38]。图 5显示了一个比较核酸的吸收系数,发色团的氨基酸,和吡啶二羧酸加权的典型浓度和波长。

为了准确计算细菌的化学成分含量,核酸和蛋白质的比例判断。图 4显示了组件吸收光谱的光密度。知道OD_280年= 0.1065,OD_260年= 0.1338,OD_280年/ OD_260年= 0.7960,这一比例在0.5和1.8之间显然表明,核酸和蛋白质的化学成分存在于细菌中。

有20种氨基酸组成的蛋白质在生物体,其中大多数没有吸收230 - 310 nm波长范围;只有芳香族氨基酸(酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸)吸收250 - 300 nm地区和其最大吸收波长在280 nm ( 20.]。核酸核糖和磷酸没有吸收紫外线的地区;然而,嘌呤和嘧啶基地与共轭双键系统有很强的吸收250 - 280 nm波长范围 39]。因此,光谱波长地区在250年和300纳米之间,这是最强的核酸和蛋白质的吸收带,可以分析测定核酸和蛋白质的浓度。

根据比尔-朗伯定律,在固定波长的光密度正比于细菌的化学成分的吸收系数。的组件 大肠杆菌是复杂的,除了核酸和蛋白质吸收的光,其他组件有一些影响光密度。吸光度组件的光密度 大肠杆菌可以表示为 (9) O D λ = c 1 ε 1 λ + c 2 ε 2 λ + c 0 , 在哪里 ε 1 λ 和 ε 2 λ 核酸和蛋白质的吸收系数,分别。 c 1 和 c 2 分别是核酸和蛋白质的浓度。 c 0 是一个常数,它的光学密度生成的其他组件。

吸收光谱在250 - 300纳米波长范围计算,后( 9)。显然,多元线性回归分析方法用于核酸和蛋白质含量的测定。如图 6,吸光度组件光学密度可以写成 (10) y = 3.1850 x 1 + 5.2525 x 2 + 0.0261 , 在核酸含量 c 1 = 3.1850 和蛋白质含量 c 2 = 5.2525 ,相关系数为0.98786,表明这些数据是由( 10)。

的蛋白质和核酸含量计算了单个细菌核酸的内容 c 1 ,蛋白质含量 c 2 ,手机号 N p ,如表中给出 2。

显示在表 2核酸的量估计为7.1335×10⁻¹⁴g /细胞,这几乎是一样的在文献中报道的价值(7.0×10⁻¹⁴,( 40])。此外,蛋白质含量估计肯定是值的范围内发表在文献[ 41),得到完全不同的方法。这意味着大量的核酸和蛋白质 大肠杆菌可以用获得的解释光谱吸收组件。

为了验证该方法的重复性,同样的 大肠杆菌细胞悬液,三个测量光密度谱(230 - 820 nm)收集(图 7);根据分析,提出几个参数计算表 3,他们的相对标准偏差(RSD)小于5%。低相对标准偏差值提供证据表明,方法具有较好的精度。