2.2.4.1. Nguồn gốc tên gọi
Năm 1885, tại München (Đức), một bác sĩ nhi khoa tên là Theodor Escherich rất quan tâm đến những phát hiện quan trọng của Louis Pasteur và Robert Kock về vi khuẩn. Cùng với việc nghiên cứu bệnh tiêu chảy, Escherich tỏ rõ mối lưu ý tới một vi sinh vật đường ruột trẻ em qua nhiều thí nghiệm lâm sàng. Vi khuẩn do Escherich phát hiện từ trong tã lót của trẻ em được công bố với tên gọi
đầu tiên là Bacterium coli commune. Chỉ 4 năm sau vi khuẩn này được giới chuyên môn đổi tên thành Escherich nhằm tri ân người có công khám phá. Năm 1895, người ta lại gọi bằng tên Bacillus coli. Năm 1896, gọi thành Bacterium coli. Sau
nhiều kiểu gọi, đến năm 1991, vi khuẩn kia được định danh thống nhất toàn cầu là
Escherichia coli.
2.2.4.2. Phân loại khoa học
- Vực (domain): Bacteria
- Ngành (phylum): Proteobacteria - Lớp (class): Gamma Proteobacteria - Bộ (ordo): Enterobacteriales
- Họ (familia): Enterobacteriaceae
- Chi (genus): Escherichia - Loài (species): E.coli
2.2.4.3. Đặc điểm
Vi khuẩn E.coli thuộc nhóm vi trùng đường ruột Enterbacteriaceae có
nhiều trong tự nhiên, sống cộng sinh trong của hầu hết động vật máu nóng. Trong
đường ruột chúng có nhiều trong đại tràng nên còn gọi là vi khuẩn đại tràng. Vi khuẩn E.coli nhiễm vào đất, nước, không khí,… từ phân của động vật. Chúng gây bệnh khi gặp điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của chúng.
- Hình dạng: E.coli là một vi khuẩn Gram (-), có dạng hình que, di động bằng tiên mao, không tạo bào tử, sinh sản bằng cách phân đôi khoảng 20 phút một lần. E.coli là một vi khuẩn kỵ khí ngẫu nhiên, kích thước trung bình 0,5µm x 1 ÷ 3µm, hai đầu tròn [2].
- E.coli có cấu tạo đơn giản làm cho tế bào vi khuẩn đơn giản hơn và dễ tìm hiểu hơn so với tế bào Eukaryote. Sự đơn giản của cấu trúc là lí do chính để chọn
E.coli đại diện cho hầu hết các nghiên cứu trong sinh vật học phân tử hay trong vi
trùng học. E.coli vẫn được biết đến như là vi sinh vật nghiên cứu tốt nhất và là vi sinh vật đặc trưng nhất.
- E.coli O157:H7 là một trong hàng trăm chủng loài của E.coli. E.coli
O157:H7 là nguyên nhân chính gây nên các bệnh lây nhiễm từ thực phẩm. Hầu hết các bệnh điều liên quan đến việc sử dụng thịt bị nhiễm bẩn và không được nấu chín, uống sữa tươi chưa tiệt trùng,… Mặc dù hiện nay chưa thể xác định rõ số lượng sinh vật cần thiết để gây bệnh, nhưng số lượng vi khuẩn E.coli gây bệnh được dự đoán là rất ít. Vì vi khuẩn này sống trong ruột của gia súc khỏe mạnh nên cần nghiên cứu các biện pháp ngăn ngừa sự lây nhiễm từ gia súc cũng như lây nhiễm trong suốt quá trình chế biến thịt.
- Một số nguồn lây nhiễm khác có thể kể đến như từ rau diếp, xúc xích, nước ép trái cây, khi uống nước bị nhiễm bẩn và trong môi trường hồ bơi cũng có thể bị lây nhiễm vi khuẩn này.
- E.coli O157:H7 truyền nhiễm thường gây nên tiêu chảy ra máu và các chứng bị chuột rút không bình thường. Đôi khi sự truyền nhiễm không gây nên triệu chứng gì, thường thì không có hoặc sốt nhẹ kèm theo và bệnh thường hết trong vòng 5 ÷ 10 ngày [2].
2.2.4.4. Cấu tạo tế bào vi khuẩn [1]
a. Thành tế bào
Thành tế bào là lớp ngoài cùng bao bọc vi khuẩn, giữ cho chúng có hình dạng nhất định, chiếm 15 ÷ 30% trọng lượng khô của tế bào. Thành tế bào có những chức năng sinh lý rất quan trọng như duy trì hình thái tế bào và áp suất thẩm thấu bên trong tế bào, bảo vệ tế bào trước những tác nhân vật lý, hoá học của môi trường, thực hiện việc tích điện ở bề mặt tế bào.
Thành phần hoá học của thành tế bào vi khuẩn rất phức tạp, bao gồm nhiều hợp chất khác nhau như peptidoglycan, polisaccharide, protein, lipoprotein,…
b. Vỏ nhầy (Capsul)
Bên ngoài thành tế bào còn có một lớp vỏ dày hay lớp dịch nhầy. Vỏ
nhầy có tác dụng bảo vệ vi khuẩn tránh tác dụng thực bào của bạch cầu. Chính vì thế mà ở một số vi khuẩn gây bệnh chỉ khi có lớp vỏ nhầy mới có khả năng gây bệnh. Khi mất lớp vỏ nhầy, lập tức bị bạch cầu tiêu diệt khi xâm nhập vào cơ thể
chủ. Vỏ nhầy còn là một nơi dự trữ các chất dinh dưỡng. Khi nuôi cấy vi khuẩn có
Hình 2.9. Cấu tạo tế bào vi khuẩn Hình 2.8. Hình dạng E.coli
vỏ nhầy trên môi trường nghèo dinh dưỡng, lớp vỏ nhầy bị tiêu biến dần do bị sử
dụng làm chất dinh dưỡng.
c. Màng tế bào chất (Cell membran)
Màng tế bào chất còn gọi là màng nguyên sinh chất là một lớp màng nằm dưới thành tế bào, có độ dày khoảng 4 ÷ 5 nm, chiếm 10 ÷ 15% trọng lượng tế bào vi khuẩn.
Màng tế bào chất có nhiều chức năng quan trọng: duy trì áp suất thẩm thấu của tế bào, đảm bảo việc chủ động tích luỹ chất dinh dưỡng và thải các sản phẩm trao đổi chất ra khỏi tế bào. Màng tế bào chất là nơi sinh tổng hợp một số thành phần của tế bào, đặc biệt là thành phần của thành tế bào và vỏ nhầy, là nơi chứa một số men quan trọng như permeazase, ATP-ase,...
Thành phần hoá học của màng tế bào chất đơn giản hơn của thành tế bào nhiều. Bao gồm photpholipid và protein sắp xếp thành 3 lớp: lớp giữa là photpholipid, hai lớp ngoài là protein. Ngoài hai thành phần chính trên, màng tế bào chất còn chứa một số chất khác như hydratcacbon, glycolipid,…
d. Tế bào chất (Cytoplast)
Tế bào chất là thành phần chính của tế bào vi khuẩn, đó là một khối chất keo bán lỏng chứa 80 ÷ 90% nước, còn lại là protein, hydratcacbon, lipid, axit nucleic v.v... Hệ keo có tính chất dị thể, trạng thái phân tán, luôn luôn biến đổi phụ
thuộc vào điều kiện môi trường. Khi còn non tế bào chất có cấu tạo đồng chất, bắt màu giống nhau. Khi già do xuất hiện không bào và các thểẩn nhập, tế bào chất có trạng thái bắt màu không đều. Tế bào chất là nơi chứa có cơ quan quan trọng của tế
bào như: nhân tế bào, mezosome, ribosome và các hạt khác.
e. Mezosome
Mezosome là một thể hình cầu trong giống như cái bong bóng gồm nhiều lớp màng cuộn lại với nhau, có đường kính khoảng 250 nm. Mezosome chỉ xuất hiện khi tế bào phân chia, nó có vai trò quan trọng trong việc phân chia tế bào và hình thành vách ngăn ngang. Một số enzym phân huỷ chất kháng sinh như
f. Ribosome
Ribosome là nơi tổng hợp protein của tế bào, chứa chủ yếu là ARN và
protein. Ngoài ra có chứa một ít lipid, và một số chất khoáng. Ribosome có đường kính khoảng 200Å, cấu tạo bởi 2 tiểu thể - một lớn, một nhỏ. Tiểu thể lớn có hằng số lắng là 50S, tiểu thể nhỏ 30S (1S = 1 ÷ 13 cm/giây)
Mỗi tế bào vi khuẩn có trên 1000 ribosome, trong thời kỳ phát triển mạnh của nó, số lượng ribosome tăng lên. Không phải tất cả các ribosome đều ở trạng thái hoạt động. Chỉ khoảng 5 ÷ 10% ribosome tham gia vào quá trình tổng hợp protein. Chúng liên kết nhau thành một chuỗi gọi là polysome nhờ sợi ARN thông tin.
Trong quá trình tổng hợp protein, các ribosome trượt dọc theo sợi ARN thông tin như kiểu đọc thông tin. Qua mỗi bước đọc, một axit amin lại được gắn thêm vào chuỗi polypeptid.
g. Thể nhân (Nuclear body)
Vi khuẩn thuộc loại prokaryote, bởi vậy cấu tạo nhân rất đơn giản, chưa có màng nhân. Thể nhân vi khuẩn chỉ gồm một nhiễm sắc thể hình vòng do một phân tử ADN cấu tạo nên dính một đầu vào màng tế bào chất không có thành phần protein như nhân tế bào bậc cao. Chiều dài phân tử AND thường gấp 1000 lần chiều dài tế bào, mang toàn bộ thông tin di truyền của tế bào vi khuẩn.
h. Các hạt khác trong tế bào
Trong tế bào vi khuẩn ngoài các cấu trúc nói trên còn có một số hạt mà số
lượng và thành phần của nó không nhất định. Sự có mặt của chúng phụ thuộc vào
điều kiện môi trường và vào giai đoạn phát triển của vi khuẩn. Nhiều loại hạt có tính chất như chất dự trữ, được hình thành khi tế bào tổng hợp thừa các chất đó và
được tiêu hao khi tế bào cần đến. Các hạt này bao gồm hạt hydratcacbon, hạt polyphotphat vô cơ, các giọt lipid, lưu huỳnh, các tinh thể Ca và các hạt sắc tố.
i. Tiên mao và nhung mao
Tiên mao là cơ quan di động của vi khuẩn. Tiên mao thường có chiều rộng 10 ÷ 25 nm, chiều dài thay đổi tuỳ theo loài vi khuẩn. Tiên mao có bản chất protein, bị phân giải ở nhiệt độ 600C hoặc ở môi trường axit.
Nhung mao: khác với tiên mao, nhung mao không phải là cơ quan di
làm tăng diện tiếp xúc với thức ăn, ngoài ra còn dùng để bám vào giá thể. Nhung mao còn được dùng làm cầu nối nguyên sinh chất trong quá trình tiếp hợp giữa hai vi khuẩn
2.2.5. Cơ chế hấp phụ vi khuẩn của bentonite
Tính chất hấp phụ của bentonite được quyết định bởi đặc tính bề mặt và cấu trúc xốp của chúng. Với kích thước hạt nhỏ hơn 2µ m và do đặc điểm của cấu trúc mạng lưới tinh thể, bentonite có bề mặt riêng lớn. Theo tính toán bề mặt hình học của bentonite khoảng 500 ÷ 760 m2/g, trong khi đó bề mặt của cao lanh chỉ là 15 ÷ 20 m2/g, của Al(OH)3 là 70 ÷ 200 m2/g [5].
Bề mặt bên trong được xác định bởi bề mặt của khoảng không gian giữa các lớp trong cấu trúc tinh thể. Như chúng ta đã biết, khoảng cách cơ bản giữa các lớp bị thay đổi phụ thuộc vào loại cation trao đổi giữa các lớp, phụ huộc vào cấu trúc và tính chất của chất bị hấp phụ. Vì vậy, bề mặt trong của bentonite cũng bị thay đổi trong quá trình hấp phụ.
Bề mặt ngoài được xác định bởi bề mặt các mao quản chuyển tiếp. Các mao quản này tạo nên do sự tiếp xúc của các hạt bentonite và có kích thước khoảng 40 ÷ 90Å [5]. Diện tích bề ngoài và kích thước mao quản chuyển tiếp phụ thuộc vào kích thước hạt bentonite. Hạt càng nhỏ thì diện tích bề mặt ngoài càng lớn và kích thước mao quản chuyển tiếp càng nhỏ.
Sự hấp phụ ở bề mặt trong của bentonite chỉ xảy ra khi chất bị hấp phụ là chất hữu cơở dạng ion hoặc chất hữu cơ phân cực.
Đối với các chất hữu cơ dạng ion thì bentonite hấp phụ chúng theo cơ chế
trao đổi ion. Sự hấp phụ trao đổi này phụ thuộc vào điện tích, hình dạng và kích thước của ion đó. Dung lượng trao đổi cation của bentonite lớn hơn dung lượng trao
đổi anion, do đó bentonite hấp phụ chủ yếu là cation. Trong môi trường kiềm dung lượng trao đổi cation tăng lên đáng kể do sự tham gia của proton trao đổi trong nhóm Si-OH, Al-OH và Mg-OH.
Chất hữu cơ phân cực có kích thước và khối lượng phân tử nhỏ bị hấp phụ
bằng cách tạo phức trực tiếp với các cation trao đổi nằm ở giữa các lớp, hoặc liên kết với các cation đấy qua cầu nước tùy thuộc vào số lượng phân tử nước liên kết ở
Nếu các chất hữu cơ phân cực có kích thước lớn, khối lượng phân tử cao, chúng có thể kết hợp trực tiếp vào vị trí oxy đáy của tứ diện trong mạng lưới tinh thể bởi lực Vander Walls hoặc liên kết hydro.
Còn đối với chất hữu cơ không phân cực, các chất polyme, chất cao phân tử
và đặc biệt là vi khuẩn thì sự hấp phụ chỉ xảy ra trên bề mặt ngoài (bề mặt hạt) của bentonite. Bề mặt ngoài của bentnite được quy định bởi kích thước hạt của nó. Hạt càng nhỏ thì diện tích bề mặt ngoài và độ phân tán càng lớn do đó khả năng hấp phụ
càng cao [5].
Việc phát hiện ra khả năng hấp phụ vi khuẩn của bentonite đã đưa ra một phương pháp mới và rất hiệu quảđể loại khỏi nước các vi sinh vật có hại, đặc biệt là các vi sinh vật có thành tế bào dày đặc và bền vững, mà các phương pháp khử trùng hiện đại khác như sử dụng các chất oxy hóa, chất clo hoá hoặc dùng tia cực tím không có hiệu quả.
Bentonite có bề mặt lớn và độ phân tán cao, đặc biệt là bentonite với cation trao đổi Na. Với kích thước hạt nhỏ hơn 2µ m, huyền phù của bentonite trong nước rất bền vững. Nhưđã biết, bề mặt hạt mang điện tích âm là chủ yếu, đồng thời trong môi trường trung tính, bề mặt bentonite có phần tích điện dương do sự tồn tại của nhóm Al-OH và Mg-OH.
Khi có mặt đồng thời bentonite và vi khuẩn, bentonite hấp phụ vi khuẩn trên bề mặt hạt. Phần điện tích dương của hạt tương ứng với nhóm –COOH của màng vi khuẩn, còn phần điện tích âm của hạt sẽ tương tác với nhóm –NH2. Trong môi trường trung tính, vì vi khuẩn mang điện tích âm, nên sự hấp phụ xảy ra chủ yếu trên phần mang điện tích dương của bentonite. Sự hấp phụ này mang tính chất tĩnh
điện [5].
Khả năng hấp phụ vi khuẩn của bentonite phụ thuộc vào kích thước và độ
phân tán của hạt bentonite, phụ thuộc vào pH môi trường. Bằng cách thay đổi tính phân tán của bentonite, thay đổi pH môi trường, chúng ta có thể làm tăng dung lượng hấp phụ vi khuẩn của bentonite và có thể loại bỏ hoàn toàn vi sinh vật có hại ra khỏi nước.
Với khả năng này, bentonite được dùng để khử trùng nước, nhất là những nguồn nước có độđục cao mà các phương pháp khử trùng khác không hiệu quả.
CHƯƠNG III
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. Phương pháp hóa lý nghiên cứu thành phần và cấu trúc bentonite 3.1.1. Tinh chế bentonite Dụng cụ - Thau, xô - Tủ sấy - Rây Tiến hành
Bentonite thô được lấy từ mỏ Tam Bố (Di Linh – Lâm Đồng). Bentonite thô lấy về gồm các mẫu sét màu xanh lơ, lẫn màu xám và chứa nhiều sỏi, cát,… Dùng các phương pháp thông thường để loại bỏ các hạt sỏi lớn, đá, chỉ giữ lại các mẫu sét xanh xám. Sau đó pha với nước cất, tỷ lệ huyền phù là 10%, khuấy và để qua đêm. Lọc rửa nhiều lần phần sét, cho vào ống đong 1 lít, để lắng và gạn lấy lớp trên, bỏ
lớp đáy. Sấy ở 1200C trong 2 giờ và nghiền qua rây khoảng 100 mesh thu được bentonite tinh chế.
3.1.2. Phương pháp phân tích thành phần các cấu tử trong bentonite [8][9]. 3.1.2.1. Xác định hàm lượng SiO2 3.1.2.1. Xác định hàm lượng SiO2 Sấy khô 1100C trong 2 giờ Nghiền, rây Loại tạp chất BENTONITE TINH CHẾ BENTONITE KHÔ SÉT BENTONITE THÔ 1 BENTONITE THÔ 2 HUYỀN PHÙ 5% + Nước cất, khuấy, lọc Lắng 2 giờ, gạn Hình 3.1.Sơđồ tinh chế bentonite
Phá mẫu bentonite: nung 1 phần bentonite với 5 phần hỗn hợp chảy (4 K2CO3 + 5 Na2CO3) trong chén sứ platin ở 9000C trong 30 phút lấy ra để nguội, sau
đó dùng HCl đặc kết tủa SiO42- về dạng SiO2.H2O. Cô đặc dung dịch làm đông tụ
keo. Lọc rửa kết tủa bằng HCl loãng và nước cất trong điều kiện nóng, nung kết tủa trong lò nung ở 8500C khoảng 1 giờ, để nguội cân nhanh kết tủa. Công thức tính hàm lượng silic có trong bentonite như sau:
%SiO2 = (a/g).100
Trong đó: a là hàm lượng kết tủa sau khi nung (g) g là lượng mẫu lấy phân tích (g)
3.1.2.2. Xác định hàm lượng Fe2O3
Để xác định hàm lượng Fe2O3 ta có thể dùng phương pháp phân tích thể tích.
Cách tiến hành:
- Lấy nước lọc và rửa của quá trình xác định SiO2 đem định mức, lấy một thể
tích V thêm H2O2để chuyển Fe2+ về Fe3+,đun sôi để loại trừ H2O2 dư. 2Fe2+ + H2O2 + 2H+→ 2 Fe3+ + 2H2O
- Thêm axit sulfosalixilic, điều chỉnh pH đến 1,5 hoặc 2, dung dịch có màu đỏ
sẫm của phức sắt sulfosalixilic.
- Vì EDTA tạo phức với Fe3+ bền hơn phức của Fe3+ với axit sulfosalixilic nên: