銀牙耳石組構(gòu)的紅外光譜和熱重分析表征

許河峰，范曉東*，張淑華

(1.西北工業(yè)大學(xué)理學(xué)院，陜西 西安 710072；2.桂林理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院 廣西環(huán)境友好電磁化學(xué)功能物質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林 541004)

許河峰1，范曉東1*，張淑華2

(1.西北工業(yè)大學(xué)理學(xué)院，陜西 西安 710072；2.桂林理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院 廣西環(huán)境友好電磁化學(xué)功能物質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林 541004)

Abstract：We characterized the morphology,structure,and chemical composition of otoliths fromOtolithesargenteusby digital cammera,infrared spectroscopy,and thermogravimetric analysis.The results showed that otoliths fromOtolithesargenteushad several rounded crystalline tubers without main groove on the back.The strongest absorption peak at 1 479 cm-1of FTIR spectrum was related to carbonate structure，and absorption peaks at 1 082 cm-1and 854 cm-1could come from vaterite calcium carbonate crystal.Thermogravimetric analysis showed that the thermal decomposition of otoliths fromOtolithesargenteuscomprised three stages: evaporation of crystal interlayer water，decomposition and carbonization of organic matters,and calcium carbonate decomposed into carbon dioxide and calcium oxide.The otolith contained 98.16% calcium carbonate，1.84% interlayer water，other inorganic salts and organic compounds.The study can help to enrich the database of fish chemicobiology classification，and establish chemometrics of otolith physicochemical evaluation which is the new direction of fish classification based on the otolith research.

Keywords：otolith;texture;Otolithesargenteus;infrared spectroscopy;thermogravimetric analysis

耳石是一種鈣生物礦化產(chǎn)物，從化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)的角度對其進(jìn)行定性、定量測定，獲取其晶體的物理形貌特征及化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)等信息，與傳統(tǒng)研究耳石的生物特征、物理量測不同[4-8]，能在另一層面拓展耳石研究內(nèi)容。作者采用紅外光譜、熱重分析方法對銀牙耳石進(jìn)行表征，擬為豐富化學(xué)生物學(xué)分類數(shù)據(jù)庫，建立耳石研究的新方向——耳石理化評價的化學(xué)計量學(xué)提供幫助。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料、試劑與儀器

無水乙醇、氫氧化鈉，分析純；純凈水。

SONY-DSC-HX300型數(shù)碼照相機(jī)，索尼電子(無錫)有限公司；BRUKER-VECTOR22型傅立葉變換紅外光譜儀，德國布魯克公司；TGA SDT Q600型熱重分析儀，美國TA儀器公司。

1.2 方法

耳石樣品用數(shù)碼相機(jī)在室內(nèi)自然光下以紅紙為背景，微距自動拍攝；KBr壓片，測定紅外光譜；以100.0 mL·min-1的純氮?dú)鉃檩d氣，90 μL氧化鋁為樣品坩堝，進(jìn)行熱重分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 銀牙耳石的數(shù)碼照片(圖1)

a.6粒耳石 b.其中2粒耳石

2.2 紅外光譜分析(圖2)

圖2 銀牙耳石的紅外光譜Fig.2 FTIR spectrum of otolith from Otolithes argenteus

2.3 熱重分析(圖3)

圖3 銀牙耳石的熱重分析曲線Fig.3 TGA curve of otolith from Otolithes argenteus

TGA數(shù)據(jù)經(jīng)程序計算得到CaCO3含量為98.16%。結(jié)合紅外光譜中弱吸收峰(712 cm-1)是少量方解石型CaCO3晶體的可能分析結(jié)果，判斷造成重量差值1.84%的可能因素為銀牙耳石中含有層間水、其它無機(jī)鹽與有機(jī)化合物(如含Na、K、Sr、Cl、S、P鹽及脂肪、蛋白質(zhì))等[12-13]。

3 結(jié)論

性較差的斜方晶系霰石型CaCO3晶體，但存在少量的穩(wěn)定性較高的方解石型CaCO3晶體；熱重分析表明，銀牙耳石存在CaCO3晶體層間水的汽化、揮發(fā)，有機(jī)化合物的分解與碳化，CaCO3熱分解為二氧化碳與氧化鈣等3個熱失重階段，經(jīng)計算得到CaCO3含量為98.16%，層間水、其它無機(jī)鹽和有機(jī)化合物含量為1.84%。應(yīng)用紅外光譜和熱重分析方法對銀牙耳石進(jìn)行化學(xué)組構(gòu)表征還未見報道，因此，作為海魚耳石化學(xué)組構(gòu)研究的又一案例，紅外光譜、熱重分析的表征結(jié)果不但能豐富魚類耳石的化學(xué)組構(gòu)測定數(shù)據(jù)，還拓寬了耳石的化學(xué)生物學(xué)基礎(chǔ)研究內(nèi)涵。

[1] 徐恭昭，鄭文蓮，黃國材,等.大亞灣魚類及生物學(xué)圖志[M].合肥：安徽科學(xué)出版社，1994.

[2] 林能峰，蘇永全，丁少雄，等.大黃魚微衛(wèi)星標(biāo)記引物在石首魚幾個近緣種中的通用性研究[J].中國水產(chǎn)科學(xué)，2008,15(2)：237-243.

[3] 張永，馬春艷，馬凌波,等.基于16S rRNA部分系列探討中國近海十三種石首魚類的分子系統(tǒng)進(jìn)化關(guān)系[J].海洋漁業(yè)，2010,32(3)：276-282.

[4] 區(qū)又君，廖銳，李加兒,等.4種石首魚耳石形態(tài)特征的比較[J].華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2012,33(2):203-210.

[5] 葉振江．中國海洋魚類耳石形態(tài)學(xué)分析及應(yīng)用研究[D]．青島:中國海洋大學(xué)，2010．

[6] 張國華．耳石形態(tài)和元素組成及其與魚類群體識別的研究[D]．武漢:中國科學(xué)院水生生物研究所，2000．

[7] THORROLD S R,LATKOCZY C,SWART P K,et al.Natal homing in a marine fish metapopulation[J].Science,2001,291(5502):297-299.

[8] WALTHER B D,THORROLD S R.Limited diversity in natal origins of immature anadromous fish during ocean residency[J].Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Science,2010,67(10):1699-1707.

[9] 許河峰,范曉東,張淑華.用熱重分析與X-射線衍射法探究中國花鱸耳石的微結(jié)構(gòu)[J].化學(xué)分析計量,2016,25(5):8-11.

[10] 王敬尊，王霆.如何解釋紅外譜圖[J].大學(xué)化學(xué)，2016,31(6)：90-97.

[11] 姚成立，朱金苗.蔗糖、精氨酸體系中碳酸鈣結(jié)晶的仿生合成[J].分析測試學(xué)報，2011,30(1)：64-67.

[12] 蔣新農(nóng)，李敬之，徐學(xué)紅，等．幾種生物CaCO3霞石結(jié)晶的取向性[J]．水生生物學(xué)報,2011,25(2):123-127．

[13] 徐學(xué)紅，唐承歡，唐兆子，等．石首魚科(Sciaeneida)三種魚耳石CaCO3晶相結(jié)構(gòu)分析[J]．生物物理學(xué)報，1993,9(1)：41-45．

TextureCharacterizationofOtolithfromOtolithesargenteusbyInfraredSpectroscopyandThermogravimetricAnalysis

XU He-feng1,FAN Xiao-dong1*,ZHANG Shu-hua2

(1．SchoolofNaturalandAppliedSciences,NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xi′an710072,China；2.GuangxiKeyLaboratoryofEnvironmentalFriendlyElectromagneticChemistryFunctionMaterials,CollegeofChemistryandBioengineering,GuilinUniversityofTechnology，Guilin541004,China)

O657.33 O657.99

A

1672-5425(2017)09-0061-03

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(21161006,21274116)

2017-05-05

許河峰(1965-)，男，廣東湛江人，副教授，博士研究生，研究方向：天然生物材料物理與化學(xué)，E-mail:hfxgdou@163.com；通訊作者：范曉東，教授，博士生導(dǎo)師，E-mail:xfand@126.com。

10.3969/j.issn.1672-5425.2017.09.013