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环境内分泌干扰物,或称环境激素,是干扰那些维持自身平衡、生殖、发育和行为的体内激素的合成、分泌、传输、键合、作用或清除的外源性物质。环境内分泌干扰物(EEDs)其来源有天然和人工合成的化合物;环境内分泌干扰物与人类的生殖障碍、发育异常、某些免疫系统和神经系统疾病有关。在环境内分泌干扰物的诸多研究方向中,内分泌干扰物的环境化学行为(如光降解)和处理是其中的两个重要方向。环境内分泌干扰物在环境中的迁移、转化与归宿是当前研究的一个重要领域。 本论文选用了有代表性的环境内分泌干扰物(17α-乙炔雌二醇,壬基酚和双酚A等),首次研究它们在淡水藻水溶液中的光化学降解及相关机制。这为预测其在环境中的光降解行为提供了依据。所选淡水藻有硅藻Nitzschia hantzschiana,小球藻Chlorella vulgaris,鱼腥藻Anabaena cylindrica,微囊藻Microcystis aeruginosa。采用高压汞灯(λ≥313 nm)、30W紫外灯(λ=254 nm)等为光源。光化学反应实验在同心圆光反应器等支架上进行的,间隔不同时间取样,采用荧光法或高效液相色谱法监测环境内分泌干扰物在光降解过程中的浓度变化,并分析表观反应动力学。我们通过对含藻水溶液中·OH光致生成的首次研究和17α-乙炔雌二醇(EE2)光降解产物的鉴定,推测出淡水藻水溶液中EE2光降解机理,即是通过·OH自由基加成反应(光氧化)等而促进了EE2的光化学降解。 以下为本论文的主要研究内容、结果与结论。 1.研究了水溶液中17α-乙炔雌二醇(EE2)、17β-雌二醇(E2)在250W高压汞灯或紫外灯光照下的光解,并进行了相关动力学分析;分析研究了影响其光解的因素,如Fe(Ⅲ)、pH、光源、光强及光照时间t等。实验结果表明,Fe(Ⅲ)能促进其光解;pH对光解效率有影响;在紫外灯光照下,光解速率比250W高压汞灯光照下的大,且光解反应属假一级动力学(1n(c/c0)=kt)。 2.首次研究了含藻(Anabaena cylindrica、Nitzschia hantzschiana或Chlorella vulgaris)水溶液中17α-乙炔雌二醇在250W高压汞灯光照下的光降解,光照时间0~4小时,并进行了动力学分析。研究了影响光解的因素:EE2初始浓度、藻浓度、Fe(Ⅲ)和光照时间等。研究结果表明,随着水溶液中藻浓度增大,EE2光降解效率也增大。根据其动力学分析,在藻存在下水样中EE2的光降解反应符合假一级动力学方程。同时也研究了硅藻水溶液中浓度均为5.0 mg/L的双酚A和壬基酚光降解情况,实验结果表明,藻同样对以上内分泌干扰物的光降解具有促进作用。对由硅藻、腐殖酸HA和Fe(Ⅲ)组成的二元和三元体系中EE2光降解情况进行了初步研究;结果表明,二元和三元体系中EE2在250W高压汞灯光照下其去除效果比一元藻体系中的好。EE2在紫外灯下的光降解实验结果表明,藻(如Anabaena cylindrica)对其降解也有一定的促进作用。 3.采用荧光光谱法(包括同步扫描荧光法)对藻/Fe(Ⅲ)/HA体系进行了表征研究。实验用藻(N.hantzschiana,A.cylindrica和C.vulgaris等)、Fe(Ⅲ)和HA的浓度范围分别为3×107~8.00×109 cells/L、10~60μM和1.0~10.0 mg/L。对试样在440 nm激发波长下的荧光发射光谱进行了考察。在以440 nm光激发下可获得藻的荧光发射峰(N.hantzschiana:675 nm,A.cylindrica:670nm,C.vulgaris:685 nm,M.aeruginosa:670 nm)。同时,也对试样的三维荧光光谱进行了扫描,发现藻样品以及藻/Fe(Ⅲ)样品的三维荧光光谱类似。 本实验采用了有效的表征方法-同步扫描荧光光谱法(SFS),激发和发射波长之间差值(△λ)为90 nm;在同步扫描荧光图中约EX 236 nm/EM 326 nm处获得藻水溶液的特征荧光峰。藻浓度越大,EX 236 nm/EM 326 nm处荧光强度随着增大。其它物质如Fe(Ⅲ),腐殖酸HA和Ba(OH)2均在此处EM 300-360 nm范围内无荧光峰。对荧光强度I与藻浓度cα作了动力学分析,I与cα成线性关系,I=A+B cα,A、B为常数。本文首次采用同步扫描荧光法研究了藻/Fe(Ⅲ)/HA体系中藻荧光碎灭现象。Fe(IIl)是一有效的荧光碎灭剂;Fe(m)浓度。越大,碎灭效率10/I越大,10/I与c成线性关系,10/I=卜k。。腐殖酸Aldrich HA也是有效的碎灭剂:HA浓度越大,荧光碎灭作用越明显。pH对含Fe(llI)和/或腐殖酸的藻水溶液的同步扫描荧光强度影响明显。加有碎灭剂(HA、Fe(111))的藻水溶液液pH为3.0时,藻荧光碎灭作用最为明显。在酸性环境下,HA和藻表面发生了质子化,形成了很多的轻基,使得 HA与藻由于氢键作用而结合力更强,使得藻的同步扫描荧光强度减弱。 4.对淡水藻水溶液中·oH的光致产生进行了首次研究。本论文以苯作为探针用HPLC分析测定含藻水溶液中·OH。藻〔硅藻N hantzschiana、小球藻c.,ulgaris和鱼腥藻A.cylindrica等)水溶液4小时高压汞灯光照实验结果表明,在光照下藻水溶液能产生.OH。藻浓度增加,·OH光致产生量也增大。影响.oH光致产生的因素较多。其中三种因素较重要:Fe(川)浓度,藻浓度和光源。Fe(川)能促进·OH的光致产生。含有Fe(Ill)藻水溶液中·oH光致产生量比无Fe(川)藻液中的要大,Fe(III)影响很大。实验发现,含Fe(III)的藻水溶液中·OH