抗生素水环境光化学转化/光致毒性机理与计算模拟

水体抗生素污染及其与重金属的复合污染，是亟需关注的环境问题；抗生素的环境行为和生态毒理效应，是国际前沿研究领域之一。光化学转化和光致毒性是决定其归趋和毒理效应的重要因素。水中抗生素的光化学过程和光致毒性机制、金属离子配位作用对其光化学行为/光致毒性的影响机理，及污染物环境光化学行为/光致毒性的计算毒理模型，是有待解决的重要科学问题。本项目采用计算模拟与实验结合的方法，选取氟喹诺酮、磺胺和头孢菌素类抗生素为模型化合物，研究：水环境中抗生素光化学转化和光致毒性机理、溶解性物质和胶体粒子对其光化学行为的影响机制；金属配位作用对其光化学行为的影响机理；抗生素水环境光化学过程/光致毒性的虚拟筛选及参数预测模型。由于抗生素种类多、结构复杂，可多级解离，能与金属离子配位，其环境光化学行为/光致毒性具有代表性。通过本研究，可丰富和发展水环境光化学理论，为生态风险评价和化学品管理提供基础理论和方法。

本项目采用实验与理论计算相结合的方法，研究了不同解离形态抗生素的直接光解和间接光解动力学、途径和产物；测定了抗生素自敏化产生活性氧物种的能力以及抗生素在生物体内的光敏化毒性；考察了水中溶解性有机质和卤素离子等溶解性物质、表面活性剂和碳纳米管等胶体粒子对抗生素的吸附作用及对抗生素光化学行为的影响；探讨了抗生素与二价铜等金属离子的配位作用以及金属配位对抗生素光化学行为的影响；初步阐明了抗生素水环境光化学和水解反应机制，并在对抗生素环境行为和降解机制认识的基础上，发展了可预测抗生素光化学反应参数的理论预测模型。本项目的研究工作，有助于丰富和发展水环境光化学理论，深入理解和认识抗生素的水环境转化过程及与金属的复合污染机制，为化学品管理和生态风险评价提供支持。同时，本项目发展的一系列计算模拟方法和理论预测模型可以作为环境化学品的化学、光化学转化行为的有效评估手段，具有良好的应用前景和推广价值。