水环境中氟喹诺酮类抗生素与共存污染物相互作用的研究

发布时间：2020-04-11 09:12

【摘要】：随着现代工业的快速发展,越来越多的污染物同时进入生态环境尤其是水环境中,绝对意义上的单一环境污染早已不复存在。当无机和有机污染物共存时,往往会发生复杂的相互作用,使得一些难以生物或化学降解,有毒有害的有机污染物在环境中的迁移转化途径及生态效应变得越来越复杂,加大了治理的难度。抗生素作为一种防治感染性疾病的重要药物,多以原形或活性代谢产物的形式排入环境,对生态环境和人体健康造成污染和危害。水体中的重金属对环境污染也非常严重,还有未经处理就排入水环境中的染料废水,都会对水体造成严重污染。而这些污染物一起进入环境后,会发生复杂的相互作用,使得其迁移转化变得越来越复杂,增大处理难度。因此,研究水环境中共存污染物与抗生素之间的相互作用规律,对认识抗生素在环境中的行为和水体中复合污染的问题具有重要的意义。本文选取具有荧光特征的FLQs,氧氟沙星和环丙沙星作为研究对象,探讨这两种抗生素分别与重金属离子和染料之间的相互作用,主要采用了荧光分光光度法和共振瑞利散射法,得出共存污染物之间相互作用的一些参数,作用机理及其他环境因素(温度、离子强度、pH)对其作用的影响,并对两种方法进行了比较。主要取得了以下成果:(1)采用荧光分光光度法研究了铜氨络离子与氧氟沙星和环丙沙星的相互作用,结果表明:铜氨络离子对氧氟沙星和环丙沙星均有荧光猝灭作用,且为静态猝灭。利用Stern-Volmer关系式计算得到铜氨络离子对氧氟沙星的荧光猝灭常数1.49×106 L·mol-1,对环丙沙星的荧光猝灭常数1.85×106L·mol-1,结合位点数都为1,铜氨络离子对环丙沙星的荧光猝灭作用比对氧氟沙星要强。根据热力学参数确定了相互作用力都为静电作用力。与Cu2+相比,铜氨络离子与FLQs(氧氟沙星和环丙沙星)的荧光猝灭能力更强,猝灭常数大一个数量级。其原因可能在于铜氨离子中,一个Cu2+被四个氨包围,铜氨络离子的体积大于Cu2+,故与抗生素结合几率更大,猝灭常数更大。(2)采用荧光分光光度法研究了刚果红与氧氟沙星和环丙沙星之间的相互作用,结果表明:刚果红对氧氟沙星和环丙沙星均有荧光猝灭作用,且为静态猝灭。利用Stern-Volmer关系式计算得到刚果红对氧氟沙星和环丙沙星的荧光猝灭常数分别为2.68×104L·mol-1和4.21×104L·mo1-1,结合位点数都为1,刚果红对环丙沙星的荧光猝灭作用比对氧氟沙星要强。根据热力学参数确定了相互作用力都为氢键和范德华力。对比铜氨络离子,发现刚果红对这两种抗生素的荧光猝灭作用较弱。(3)采用荧光分光光度法和共振瑞利散射法研究了 FLQs(氧氟沙星和环丙沙星)-刚果红-Cu2+三种污染物之间发生的作用,结果表明:Cu2+对FLQs(氧氟沙星和环丙沙星)-刚果红体系均有荧光猝灭作用,且为静态猝灭。利用Stern-Volmer关系式计算得到Cu2+对氧氟沙星体系的荧光猝灭常数为7.72×103 L·mol-l,对环丙沙星体系的荧光猝灭常数为4.16×105I·mol-1,结合位点数都为1,Cu2+对环丙沙星体系的荧光猝灭作用比对氧氟沙星体系要强。在FLQs-刚果红-Cu2+三元混合体系中,共振瑞利散射增加的强度与Cu2+浓度有一定规律,根据共振瑞利散射定量基础、结合三元体系化学平衡常数计算公式,推导出共振瑞利散射I与Cu2-浓度M之间的关系为:(?)由此可以在测得共振瑞利散射强度下计算出体系稳定常数K1和结合位点数m,得出Cu2+与氧氟沙星体系之间以共振瑞利散射表达的稳定常数K1为6.04×103L·mol-1,与环丙沙星体系之间以共振瑞利散射表达的稳定常数KI为4.40× 105L·mol-1,与氧氟沙星-刚果红体系和环丙沙星-刚果红体系之间的结合位点数m都为1。通过对这两种方法比较,发现同条件下共振瑞利散射法测定三种污染物之间相互作用的稳定性更高,灵敏度更高,适用性更强。
【图文】：

氧氟沙星,环丙沙星

第四章 FLQs 与铜氨络离子之间的相互作用对 FLQs 的荧光猝灭废水是工业中一种常见的生产废水，主要来自电镀、印制电路板路板。铜和氨作为单独的污染物，都对水环境有着一定的危害，而高浓度重影响废水的生化处理过程。对于铜氨有：NH3+H+=NH4+，Cu2+与子电子层外围都有空轨道，像 H+一样，Cu2+与 NH3发生与以上相似 dsp2 杂化轨道，4 个 NH3分子提供形成 4 个孤对电子，，从而生成 4 稳定的[Cu(NH3)4]2+，其空间构型为平面正方形，即 Cu2+位于正方形正方形的四个顶点，其中，N 原子朝向 Cu2+。我们假设铜氨络离子和LQs 的荧光强度进行猝灭，选取 FLQs 氧氟沙星和环丙沙星进行实验度法进行实验，以验证实验结果。氧氟沙星和环丙沙星结构如下图

氨分,摩尔质量,溶液pH,氧氟沙星

Cu2+与氧氟沙星和环丙沙星都是通过电荷作用力相互作用，且都为静态猝灭，利用这一特性，能够研究 Cu2+与这些抗生素之间的相互作用。本文通过荧光猝灭实验和Stern-Volmer 方程获得 Cu2+对氧氟沙星的猝灭常数为 1.56×105L·mol-1，对环丙沙星猝灭常数为 3.40×105L·mol-1，结合位点数都为 1。同实验条件下铜氨络离子与氧氟沙星和环丙沙星之间的结合位点数也都为 1，猝灭机理都为静态猝灭，而对氧氟沙星的荧光猝灭常数为 1.49×106L·mol-1，对环丙沙星的荧光猝灭常数 1.85×106L·mol-1，相比 Cu2+大了一个数量级，说明铜氨络离子与这两种抗生素之间的结合作用比 Cu2+与抗生素之间的要强。作为铜氨溶液猝灭氧氟沙星和环丙沙星的对照实验，我们在氧氟沙星和环丙沙星体系中分别加入与铜氨溶液含有相同摩尔质量的氨，测得体系 pH 变化较大，而铜氨与氧氟沙星和环丙沙星体系的 pH 几乎没有变化，说明铜氨络离子中并无游离氨，而是铜氨络离子整体猝灭的氧氟沙星和环丙沙星。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X52

【参考文献】