抗生素是水环境中广泛存在的新兴污染物,光化学降解是其重要的消减方式。本项目拟选取表层水体中常检出的4大类抗生素(氯霉素类、氟喹诺酮类、噁唑烷酮类和唑类),研究其环境光化学行为。采用模拟实验,考察噁唑烷酮类和唑类抗生素的光解动力学、量子产率和光解路径,判断其能否发生自敏化光解。分析这4类抗生素的自敏化光解动力学与初始浓度的关系,探索自敏化作用机理。定量表达重要水环境因子对抗生素光解的复合影响,揭示影响机理,重点研究腐殖酸、Fe(III)、NO3-等对氟喹诺酮类抗生素光解的作用机理。深入研究这些抗生素的光致毒性及光解过程中抗菌活性变化,评价其生态与健康风险。通过以上研究,总结不同类别抗生素的光化学行为规律,探讨与其他类别污染物光化学反应规律的异同,为抗生素类污染物的生态风险管理及污染防治提供理论支持。
antibiotics;self-sensitized photolysis;aqueous environmental factors;hydroxyl-radical oxidation;photoinduced toxicity
抗生素是水环境中广泛存在的新兴污染物,光化学降解是其重要的消减方式。本项目按计划完成了研究内容,研究了表层水体中常检出的4大类抗生素(氯霉素类、氟喹诺酮类、噁唑烷酮类和唑类)的光化学转化行为,探讨了其自敏化光解动力学、产物及重要水环境因子对光解的影响与作用机制,并着重考察了羟基自由基(?OH)氧化反应活性和路径,探索了光降解过程中抗菌活性变化,旨在深入理解其环境光化学行为规律。深入研究了氯霉素类抗生素甲砜霉素和氟甲砜霉素的?OH参与的自敏化光氧化降解动力学、?OH氧化的反应活性和转化产物。发现在UV?vis (λ > 200 nm)照射下,其光解速率常数(k)随初始浓度(C0)减小而线性增加。?OH氧化速率常数(1.82 ~ 2.13) × 109 L?mol-1?s-1,通过鉴定这两种抗生素与?OH反应的产物,得到相应的转化路径为羟基化、加氧氧化和脱氢反应。研究了FQs光化学转化路径、?OH氧化的反应活性和转化产物及光降解过程中抗菌活性变化。在模拟日光(λ> 290 nm)照射下,加替沙星与巴洛沙星发生了脱氟、光氧化、N1脱环丙基、哌嗪环脱除等光化学反应。9种FQs与?OH的双分子反应速率常数为(7.21 ~ 39.3) × 109 L?mol-1?s-1,选取氧氟沙星和沙拉沙星鉴定了?OH氧化的产物。进一步,发现纯水、淡水和海水中恩诺沙星和二氟沙星光降解生成了抑菌(E. coli)活性更大的产物,表现为光致毒性。考察了噁唑烷酮类抗生素利奈唑酮的光降解动力学、影响因素与转化产物。模拟日光(λ>290 nm)照射下,与纯水中相比, 淡水、海水中利奈唑酮光解较慢,这归因于水中常见溶解性物质的影响。pH、Cl-和海水盐度对光解动力学无显著影响(p> 0.05),但腐殖酸、NO3-和Fe(III)通过光掩蔽等效应显著抑制其光降解。不同光源照射下主要光解产物和途径均有差别,UV-vis光照下主要发生了脱氟和光致水解,而在模拟日光照射下发生了吗啉环脱氢等反应。考察了纯水中唑类抗菌药氟康唑的光降解动力学和光化学反应类型。采用活性氧物种猝灭实验和竞争动力学方法,研究发现氟康唑发生了直接光解和?OH参与的自敏化光解,氟康唑与?OH的反应速率常数为(5.95 ± 0.58) × 109 L?(mol?s)-1,表层水体中相应的半减期为(32.41 ± 3.16) h。通过鉴定