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1、中国科学:化学2010年第40卷第2期:124~135《中国科学》杂志社SCIENTIASINICAChimicawww.scichina.comchem.scichina.comSCIENCECHINAPRESS评述抗生素在水环境中的光化学行为*葛林科,张思玉,谢晴,陈景文工业生态与环境工程教育部重点实验室,大连理工大学环境科学与工程系,大连116024*通讯作者,E-mail:jwchen@dlut.edu.cn收稿日期:2009-08-12;接受日期:2009-10-20摘要抗生素是在水环境中广泛存在的一类新兴污染物,近年来,由于其“假”持久性并能引关键词起环境菌群的抗药性而备
2、受关注.光化学降解是水环境中抗生素类污染物的重要消减方式.本抗生素光解文总结了水环境中抗生素光化学行为研究的最新进展,介绍了抗生素的直接、间接和自敏化光影响因素解动力学,评述了pH和水中溶解性物质对抗生素光解的影响及典型抗生素的光降解路径与机光化学行为理,讨论了抗生素的光致毒性,最后对抗生素在水环境中光化学行为的研究进行了展望.1引言工作,主要包括3方面:非环境条件(非水溶剂或光源[17~20]λ<290nm)下的光化学行为研究、模拟环境条件近年来,抗生素类化合物在水体、沉积物和土壤[9,21~23](水为溶剂,λ>290nm)下的光化学行为研究和[1~3]中不断被检出,成为一类新兴
3、的环境污染物.通[13,24~26]环境条件下的光化学行为研究.通常,抗生素常将抗生素等药物及个人护理用化学品简称为类化合物的蒸气压比较小、疏水性不强,所以抗生素PPCPs,PPCPs的环境水平与来源、环境行为和生态类污染物主要存在于水环境中.本文将总结抗生素[2,4,5]毒理等方面的研究,是当前国际研究的热点领域.在水环境中光化学行为研究进展,侧重介绍典型抗与持久性有机污染物(POPs)相比,抗生素类化合物生素的环境光化学降解动力学、影响因素、光解路径在环境中通常具有较短的降解半减期.然而由于人和光致毒性等.类、畜禽养殖和水产养殖的不断使用,抗生素类化合物不断进入环境中,亦表现为“
4、持续存在”的状态,因[6~8]2抗生素的光解动力学此将该类污染物称为“假”持久性环境污染物.环境中持续存在的抗生素不仅可以选择性抑杀一些环在表层水体中,普遍存在着有机污染物的直接境微生物,而且能够诱导一些抗药菌群的产生,从而光解和间接光解[27~30],此外某些污染物也能发生自导致其特殊的生态毒理效应[6,9].因此,抗生素的环[31,32]敏化光解.抗生素类污染物可以发生这三种光境行为及生态效应受到了广泛关注.解反应[21,22].光化学转化是决定有机污染物环境归趋的重要途径[10~12].一些研究表明,光化学降解是抗生素类污2.1直接光解动力学[9,11,13][33,34][2
5、2][26]染物在环境中的重要消失途径,而且光解可强喹诺酮类、四环素类、青霉素类、磺烈影响此类污染物的生态毒理效应[14~16].因此,揭示[35,36][9][23,37]胺类、硝基呋喃类、大环内酯类抗生素在抗生素的环境光化学行为,对于该类污染物的暴露太阳光或模拟太阳光(λ>290nm)照射下,均可以发评价具有重要意义.生直接光解,其光解反应遵循准一级反应动力学.对前人在抗生素的光化学行为方面所开展的研究于硝基呋喃类(如呋喃唑酮)和大环内酯类(如泰乐菌中国科学:化学2010年第40卷第2期−17−15素)抗生素,发现其光化学反应动力学包括两个阶段:种(ROS),其中·OH的浓度范围
6、约为10~10−11−15−12−1[41]首先发生光致异构,反应较快;而后发生光降解,反mol·L,O2为10~10mol·L.ROS对有机污[9,37]应较慢.这两个阶段均可用一级反应动力学表征.染物的氧化降解,也是抗生素类化合物在水环境中根据污染物的直接光解量子产率(Φ)、摩尔吸光[42~44]的一种重要消失途径.水环境中还存在其他一系数(ελ)以及不同纬度太阳光的强度(Iλ),可以计算表些间接光解反应,例如水合电子导致的光还原反应,层水体中污染物的直接光解速率常数(k)和半减期但这种光还原反应的重要性低于ROS所导致的光氧(t)[38,39],即:[45]1/2化降解反应.k
7、=2.303Φ∑(Iλελ)(1)可以分别采用稳态光解实验和Fenton实验测定1[35,46,47]O2和·OH氧化有机物的反应速率常数.表2ln2t=(2)11/2k总结了一些典型抗生素与O2和·OH反应的速率常数(k)以及相应的降解半减期(t1/2),可见不同抗生素表1中总结了一些代表性抗生素的Φ和t1/2值,可见不1与·OH反应的t1/2变化范围较小,而与O2反应的t1/2同抗生素的t1/2变化范围较大,从几分钟到几天.同变化较大.这与ROS的反应
