阳离子对抗生素-溶解有机质相互作用机理的影响

抗生素的环境风险已得到普遍关注，但其环境地球化学行为机理还不清楚。本申请拟以磺胺甲恶唑和氧氟沙星为代表性抗生素系统探讨抗生素与溶解有机质（DOM）的非理想相互作用，以离子强度对其的影响为重点剖析抗生素与DOM相互作用机理。以往对离子强度影响的研究中，只考察阳离子的总浓度，阻碍了对抗生素-DOM作用机理的准确认识。本研究结合阳离子选择性电极、原子吸收、渗透平衡系统、化学平衡计算等手段，在抗生素-DOM体系中区分游离的、与抗生素结合的和与DOM结合的阳离子，通过结合简单体系中的研究结果以及比较原子半径不同或电荷不同阳离子的不同影响，阐明抗生素-DOM的相互作用机理，以及控制此过程的关键阳离子形态。本研究深入分析抗生素-DOM体系中阳离子的络合形态，有利于准确理解抗生素-DOM相互作用的机理，推动对抗生素环境地球化学行为的定量认识，为其风险评价和污染控制提供重要的理论依据。

经过三年的持续研究，基本上实现了预期的科研目标，发表的SCI论文超过预期篇数（20篇vs. 4篇）。并在此基础上，针对发现的新问题，将研究内容进行了有效扩展；因此，在保证项目完成的前提下，也体现了科学研究中发现新问题、解决问题的思路。本项目执行中重点解决的问题包括：溶解有机质（DOM）与抗生素之间的荧光猝灭机制、金属离子对溶解有机质-氧氟沙星相互作用的不同影响、抗生素与金属离子相互作用机制，以及抗生素与土壤有机质之间的相互作用动力学。.结果显示：.1、高有机碳含量的固体颗粒与低有机碳含量的固体颗粒相比，有较慢的吸附速率，但是纯胡敏酸的吸附较快。可能是由于，与纯的无机矿物和有机质相比较，有机-无机复合体上的吸附位点由于覆盖而减少，且这些位点的可用性相对较低。扩散并不是控制抗生素吸附过程的因素。.2、通过受温度的结合动力学过程，成功区分了抗生素和DOM之间的动态猝灭和静态猝灭。抗生素分子可能以氢键达到DOM聚合表面而与这些官能团相结合，这可能是一个非常快的结合过程。抗生素分子还可能穿过DOM的聚合亲水表面，达到疏水性区域，这个过程将需要更长的时间达到平衡，因此速率常数往往较较小。.3、氧氟沙星的荧光猝灭比例随着温度的升高而降低，证实了氧氟沙星与铜（II）之间为静态猝灭。氧氟沙星与铜（II）之间的相互作用通过化学计量方程式进行定量描述，稳定常数随着温度的升高在下降，氧氟沙星与铜（II）的结合比例在1:1到1:2之间。通过紫外可见光谱，不同pH的影响以及热力学分析得出铜（II）在氧氟沙星的酮基和羧基上进行了络合。.4、Cu（II）的加入促进了DOM-OFL相互作用，但是Mg（II）的加入却抑制DOM-OFL的结合。OFL的加入增加了Cu（II）在DOM上的结合，却抑制Mg（II）的结合。加入Cu（II）促进形成三元络合物DOM-OFL-Cu和DOM-Cu-OFL，从而使与DOM结合的OFL和Cu（II）都增加。Mg（II）可以通过阳离子交换作用与含氧官能团结合，从而与OFL竞争位点，或者遮掩附近OFL的结合位点。..这些结果理解抗生素-DOM-金属离子相互作用机制提供了重要的依据，为抗生素的环境行为模拟和风险评估奠定了重要基础。