银牙耳石组构的红外光谱和热重分析表征

许河峰，范晓东*，张淑华

(1.西北工业大学理学院，陕西 西安 710072；2.桂林理工大学化学与生物工程学院 广西环境友好电磁化学功能物质重点实验室，广西 桂林 541004)

许河峰1，范晓东1*，张淑华2

(1.西北工业大学理学院，陕西 西安 710072；2.桂林理工大学化学与生物工程学院 广西环境友好电磁化学功能物质重点实验室，广西 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

耳石是一种钙生物矿化产物，从化学组成与结构的角度对其进行定性、定量测定，获取其晶体的物理形貌特征及化学组成、结构等信息，与传统研究耳石的生物特征、物理量测不同[4-8]，能在另一层面拓展耳石研究内容。作者采用红外光谱、热重分析方法对银牙耳石进行表征，拟为丰富化学生物学分类数据库，建立耳石研究的新方向——耳石理化评价的化学计量学提供帮助。

1 实验

1.1 材料、试剂与仪器

无水乙醇、氢氧化钠，分析纯；纯净水。

SONY-DSC-HX300型数码照相机，索尼电子(无锡)有限公司；BRUKER-VECTOR22型傅立叶变换红外光谱仪，德国布鲁克公司；TGA SDT Q600型热重分析仪，美国TA仪器公司。

1.2 方法

耳石样品用数码相机在室内自然光下以红纸为背景，微距自动拍摄；KBr压片，测定红外光谱；以100.0 mL·min-1的纯氮气为载气，90 μL氧化铝为样品坩埚，进行热重分析。

2 结果与讨论

2.1 银牙耳石的数码照片(图1)

a.6粒耳石 b.其中2粒耳石

2.2 红外光谱分析(图2)

图2 银牙耳石的红外光谱Fig.2 FTIR spectrum of otolith from Otolithes argenteus

2.3 热重分析(图3)

图3 银牙耳石的热重分析曲线Fig.3 TGA curve of otolith from Otolithes argenteus

TGA数据经程序计算得到CaCO3含量为98.16%。结合红外光谱中弱吸收峰(712 cm-1)是少量方解石型CaCO3晶体的可能分析结果，判断造成重量差值1.84%的可能因素为银牙耳石中含有层间水、其它无机盐与有机化合物(如含Na、K、Sr、Cl、S、P盐及脂肪、蛋白质)等[12-13]。

3 结论

性较差的斜方晶系霰石型CaCO3晶体，但存在少量的稳定性较高的方解石型CaCO3晶体；热重分析表明，银牙耳石存在CaCO3晶体层间水的汽化、挥发，有机化合物的分解与碳化，CaCO3热分解为二氧化碳与氧化钙等3个热失重阶段，经计算得到CaCO3含量为98.16%，层间水、其它无机盐和有机化合物含量为1.84%。应用红外光谱和热重分析方法对银牙耳石进行化学组构表征还未见报道，因此，作为海鱼耳石化学组构研究的又一案例，红外光谱、热重分析的表征结果不但能丰富鱼类耳石的化学组构测定数据，还拓宽了耳石的化学生物学基础研究内涵。

[1] 徐恭昭，郑文莲，黄国材,等.大亚湾鱼类及生物学图志[M].合肥：安徽科学出版社，1994.

[2] 林能峰，苏永全，丁少雄，等.大黄鱼微卫星标记引物在石首鱼几个近缘种中的通用性研究[J].中国水产科学，2008,15(2)：237-243.

[3] 张永，马春艳，马凌波,等.基于16S rRNA部分系列探讨中国近海十三种石首鱼类的分子系统进化关系[J].海洋渔业，2010,32(3)：276-282.

[4] 区又君，廖锐，李加儿,等.4种石首鱼耳石形态特征的比较[J].华南农业大学学报,2012,33(2):203-210.

[5] 叶振江．中国海洋鱼类耳石形态学分析及应用研究[D]．青岛:中国海洋大学，2010．

[6] 张国华．耳石形态和元素组成及其与鱼类群体识别的研究[D]．武汉:中国科学院水生生物研究所，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] 许河峰,范晓东,张淑华.用热重分析与X-射线衍射法探究中国花鲈耳石的微结构[J].化学分析计量,2016,25(5):8-11.

[10] 王敬尊，王霆.如何解释红外谱图[J].大学化学，2016,31(6)：90-97.

[11] 姚成立，朱金苗.蔗糖、精氨酸体系中碳酸钙结晶的仿生合成[J].分析测试学报，2011,30(1)：64-67.

[12] 蒋新农，李敬之，徐学红，等．几种生物CaCO3霞石结晶的取向性[J]．水生生物学报,2011,25(2):123-127．

[13] 徐学红，唐承欢，唐兆子，等．石首鱼科(Sciaeneida)三种鱼耳石CaCO3晶相结构分析[J]．生物物理学报，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

国家自然科学基金项目(21161006,21274116)

2017-05-05

许河峰(1965-)，男，广东湛江人，副教授，博士研究生，研究方向：天然生物材料物理与化学，E-mail:hfxgdou@163.com；通讯作者：范晓东，教授，博士生导师，E-mail:xfand@126.com。

10.3969/j.issn.1672-5425.2017.09.013