大环内酯类抗生素在水体中的光降解及毒性变化研究

来源 :石河子大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:gongwen_2003
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抗生素具有广谱性和较强的抗菌能力,在各种疾病的治疗中发挥着重要作用。由于摄入的抗生素不能全部被机体消化,残留的抗生素或其代谢物将通过排泄物等方式进入外界环境中,并最终进入到水体中并对水生生态系统带来威胁,同时影响人类身体健康。在表层水体,光降解是抗生素主要的降解方式,各种环境因素会对抗生素的光降解产生影响。本文以大环内酯类抗生素(Macrolide antibiotics,MLs):螺旋霉素(Spiramycin,SPI)、罗红霉素(Roxithromycin,ROX)、克拉霉素(Clarithromycin,CLA)和泰乐菌素(Tylosin,TYL)为研究对象,研究在紫外光和模拟日光照射下,抗生素在水体中的光降解情况,探索抗生素的光化学类型,光降解动力学,探讨了不同光照条件,水中溶解性物质对抗生素光降解过程的影响及作用机制,考察了模拟日光下四种抗生素光解过程中毒性的变化。主要结论如下:(1)在紫外光、模拟日光和太阳光照射下,四种抗生素的光降解均符合准一级反应动力学,其光降解速率常数有很大差异:紫外光>模拟日光>太阳光。不同光源照射下,四种抗生素的降解常数大小顺序不同。紫外光和模拟日光照射下,四种抗生素在纯水中的光降解过程包括直接光降解和自敏化光降解,并以直接光降解为主。SPI、ROX、CLA和TYL的量子产率分别为:(1.44±0.11)×10-2、(3.47±0.22)×10-3、(6.31±0.19)×10-3和(7.6±0.31)×10-3。光降解速率随其初始浓度的增加而降低,两者呈负相关。水体pH对四种抗生素光降解具有显著影响。紫外光照射下,四种抗生素在水体中的降解速率常数随pH增大而增大,在碱性条件下光降解最快。模拟日光照射下,SPI和TYL在酸性条件下降解最慢,碱性条件下降解最快。对于ROX和CLA,随着pH升高,抗生素的降解速率常数先增大后降低,在酸性条件下降解最慢,中性条件下降解最快。(2)研究了模拟日光照射下SPI、ROX、CLA和TYL对羊角月牙藻的毒性变化。研究表明,SPI光降解过程中产生了对羊角月牙藻毒性较低的产物;ROX、CLA和TYL在光降解过程中产生了对羊角月牙藻毒性较高的产物。(3)对四种抗生素在湖水中的光降解动力学研究表明,在紫外光和模拟日光照射下,光降解均符合准一级反应动力学。紫外光照射下,SPI、ROX和TYL在天然湖水中的降解快于纯水中,CLA在天然湖水中的降解慢于纯水中。模拟日光照射下,四种抗生素在天然湖水中的降解速度均大于纯水中。由此可见,天然水体中存在的一些溶解性物质对抗生素的光降解存在重要的影响。(4)紫外光照射下,腐殖酸(HA)抑制了SPI和ROX的降解,在低浓度下HA促进CLA和TYL光降解,高浓度下具有抑制作用。硝酸根离子(NO3-)对SPI和TYL的光降解具有促进作用。对ROX的光降解具有抑制作用。在低浓度下NO3-抑制CLA的光降解,高浓度下产生了促进作用。亚硝酸根离子(NO2-)促进SPI和TYL的光降解,对ROX的降解具有抑制作用。在低浓度下NO2-促进CLA光降解,高浓度下产生抑制作用。铁离子(Fe3+)促进了SPI的光降解,但是对ROX、CLA和TYL的光降解具有抑制作用。亚铁离子(Fe2+)抑制CLA和TYL光降解,Fe2+低浓度下促进SPI光降解,在高浓度下会产生抑制作用,低浓度的Fe2+对ROX的降解具有抑制作用,当浓度升高时会产生明显的促进作用。(5)模拟日光照射下,腐殖酸(HA)对SPI和CLA的光降解有明显的抑制作用。在低浓度下HA促进ROX光降解,高浓度下有非常明显抑制作用。加入低浓度HA对TYL的降解具有促进作用,当浓度增加时,对TYL的降解产生了明显的抑制作用。硝酸根(NO3-)促进SPI、ROX和TYL的光降解。添加低浓度的NO3-会抑制CLA的光降解,当NO3-的浓度升高时会产生非常明显的促进作用。亚硝酸根(NO2-)对四种抗生素的光降解均具有抑制作用。低浓度下铁离子(Fe3+)对SPI的光降解具有促进作用,高浓度下会抑制降解;对ROX的光降解具有抑制作用,对CLA的光降解具有促进作用;低浓度的Fe3+抑制TYL的光降解具有抑制作用,在高浓度下时会产生促进作用。亚铁离子(Fe2+)对SPI和ROX的光降解具有抑制作用,对CLA的光降解具有明显的促进作用,低浓度下Fe2+抑制TYL的光降解具有抑制作用,高浓度下会产生促进作用。(6)选择硝酸根(NO3-)浓度、腐殖酸(HA)浓度和铁离子(Fe3+)浓度进行中心组合实验设计,研究了三种因素对SPI和TYL的复合影响,运用design expert 8.0对所得结果进行实验数据分析。结果表明,模拟日光照射下,NO3-浓度、HA浓度和Fe3+浓度是SPI和TYL光降解的显著性影响因素。综上所示,在不同光照射下,大环内酯类抗生素的光降解速率不同,均符合准一级反应动力学,其光降解过程包括直接光降解和自敏化光降解,并以直接光降解为主。光降解反应会改变抗生素对羊角月牙藻的毒性效应。水中溶解性物质对抗生素光降解的影响与物质结构和光源有很大的关系。本研究对了解大环内酯类抗生素在水体中的迁移转化和生态效应具有重要意义。
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