荧光猝灭法研究氧氟沙星与金属离子、DOM的相互作用

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近年来已有大量的文献报道,在环境中已经检测到抗生素类药物,而且它们一旦进入到环境中,就很难完全的去除。它们在环境中的存在,会使得环境中的微生物(如:病毒)产生抗体,随着这些物质在环境中的迁移和转化,就会导致抗生素失效,从而对人类、动物和植物的健康带来严重的威胁。不论是国内还是国外,重金属污染已经不是一个新鲜的名词,众所周知:过量的重金属会对环境中的生物产生毒性影响。重金属的污染还会影响植物的生产和农作物的安全,所以农田中的重金属污染成了一个重要的环境问题。实际上,在未来的30到40年里,土壤中不断增加的重金属将会给我们可利用的土地造成非常大的威胁,所以为了使上述问题得到有效的缓解,研究重金属的环境行为已迫在眉睫。溶解有机质(DOM)由于其结构的复杂性及其在环境中的迁移变化多端而备受人们的关注。抗生素和其他污染物(如:重金属,DOM)的共存现象在环境中普遍存在,它们的相互作用会改变它们在环境中的行为和风险,只有弄清楚它们的相互作用机理,才能合理的预测它们在环境中迁移的风险及规律,从而建立合理可靠的污染治理措施。本研究通过荧光分光光度法探究了抗生素类代表药物-氧氟沙星(OFL)与金属离子、DOM的相互作用机理,为抗生素在环境中的迁移转化提供了理论依据。本研究得到的主要研究结果和结论有以下七点:(1)本研究认为用荧光猝灭法研究OFL与金属离子、逐级提取的DOM的相互作用的数据是可靠的。本研究对荧光猝灭的数据进行了内过滤效应(Inner Filter Effect,IFE)的校正,同时对温度也进行了校正,从而使得数据可靠且可比。(2)通过不同温度下的Stern-Volmer曲线,可以知道:OFL与Cu(Ⅱ)之间的猝灭为静态猝灭,线性拟合的R2都在0.99以上,说明拟合效果较好;通过硝酸铜中阴离子的排除以及Cu(Ⅱ)存在条件下OFL自身降解的排除,证明了 OFL是与Cu(Ⅱ)发生相互作用才使得OFL的荧光发生了猝灭。(3)通过化学计量方程来定量描述OFL与Cu(Ⅱ)的相互作用。计算结果显示:OFL与Cu(Ⅱ)络合物的化学计量数在1:1和2:1之间。AG和AH为负值,说明络合反应是一个自发并且放热的过程。排除了阳离子π键作用和静电作用后,再结合紫外可见光谱,不同pH条件下的影响以及热力学分析得出Cu(Ⅱ)络合在OFL的酮基和羧基上。(4)OFL与逐级提取的DOM(DOM-4~DOM-7)之间的相互作用,在超纯水中,从DOM-4到DOM-7规律不明显,可能是由于OFL与DOM的相互作用不是单一的机理在起作用,而是多种机制共同作用的结果;也可能是由于OFL或DOM会降解,降解产物比较复杂,从而影响了 OFL与DOM的相互作用。(5)OFL-DOM 在背景水(0.01 M NaCl、200 mg/L NaN3)中的结合作用,从DOM-4到DOM-7依次减弱,从拟合数据中较低的n值,可以看出:OFL与DOM的结合是非线性的,而且是在多个位点上结合的;结合作用越来越弱,结合元素分析和红外图谱得出结论:憎水性作用对OFL-DOM相互作用有贡献作用。(6)K+对OFL-DOM体系的影响,得出的结论为:K+存在的OFL-DOM体系中,无论是背景水还是超纯水中,K+对OFL-DOM的相互作用没有影响,可能是由于K+既没有络合作用,也没有桥接作用;还可能是单纯的只有OFL与DOM结合,所以阳离子对它们没有影响。(7)Cu2+对OFL-DOM体系的影响,得出的结论为:Cu2+存在的OFL-DOM体系中,无论是背景水还是超纯水中,Cu2+对OFL-DOM的相互作用都有促进作用,而且超纯水中的相互作用明显的强于背景水中。对此可能的解释为:Cu2+的加入可能先与OFL或DOM络合,形成络合物大分子,这样暴露出更多的结合位点,所以结合增强;还有可能是在超纯水中,OFL或DOM不稳定,容易降解,降解产物会在体系中发生相互作用,从而使得相互作用增强。
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