上海市典型环境介质中精神药物污染特性及吸附机理研究

发布时间：2020-06-14 19:42

【摘要】：药物和个人护理用品(PPCPs)在环境介质中的广泛分布可能会对生态系统以及人体健康造成危害。精神药物作为PPCPs中的重要一类,近年来引起了大家的广泛关注。这类药物在污水厂出水、地表水、地下水、饮用水、土壤甚至动植物体内都有检出。能够掌握精神药物在环境中的分布、迁移转化规律、生态风险、主要污染源以及处理方法,对控制该类药物的污染水平和降低其对生态环境及人体健康造成的毒害至关重要。本文通过对上海城市水体系统(污水厂污水、黄浦江地表水、居民饮用水)和精神病医院周边环境介质(医院出水、地表水、地下水、土壤、植被)进行实测和分析,筛选典型精神药物,研究了该类药物在典型城市水体系统的迁移转化规律以及精神病医院作为点污染源对周边环境的影响;同时探讨了不同碳材料对典型精神药物的吸附去除效果及吸附机理。具体研究内容如下:Ⅰ建立环境中精神药物痕量分析方法基于高效液相色谱与质谱联用仪(HPLC-MS/MS)高灵敏度、高分辨率以及优越的选择性,通过对色谱条件和质谱参数的优化,建立了环境中15种精神药物痕量分析方法。在样品前处理方面,对于固体环境样品(土壤、植被)本研究采用了超声萃取联合固相萃取(SPE)前处理方法,针对液体样品(污水、地表水、地下水、饮用水)选择并优化了固相萃取方法,使得样品回收率、方法检测限(5ng/L)以及方法的精确度和准确性都能满足实际研究的需求。Ⅱ精神药物在典型城市水体系统中的分布以及迁移转化规律对上海市淀山湖水源地、黄浦江上中下游地表水、沿江污水处理厂进出水以及居民饮用水进行检测分析,结果表明在污水处理厂进水中精神药物的浓度范围为ND-68.2 ng/L,主要的精神药物为卡马西平、多虑平、地西泮和劳拉西泮。在污水厂出水中检测的目标药物主要是卡马西平和奥沙西泮,浓度范围为ND-47.3 ng/L。污水处理厂对大部分的精神药物的去除效果较差,平均去除率低于50%。此外,地西泮、卡马西平、奥沙西泮以及劳拉西泮在淀山湖水库和黄浦江地表水也有检出,最高浓度达到75.5 ng/L。在居民饮用水中卡马西平(0.8-2.5ng/L)、地西泮(0.5-3.2ng/L)、阿普唑仑(2.3ng/L)部分检出,浓度在健康风险阈值以下。通过相关性分析得出地表水中精神药物组成与附近污水厂出水的药物组成具有显著的相关性(r0.5),表明污水处理厂可能是精神药物的典型污染源。水源地药物与居民饮用水中的药物没有显著的相关性。本研究表明精神药物可能通过污水处理厂、地表水系统进入居民饮用水。需要对该类药物进行持续的关注。Ⅲ精神病医院污水中的精神药物的分布、迁移转化及风险评估。精神病医院作为精神药物的集中使用场所,可能成为环境中精神药物的典型污染源。通过对上海三个具有代表性的精神病医院出水以及周边地下水、地表水、土壤、植被采样分析,系统地研究了精神病医院周边环境中精神药物的分布,分析了目标药物在医院附近地表水和地下水中的迁移,探讨了目标药物在土壤和植被中的富集情况,最后对目标药物进行了环境风险评估。检测结果表明目标药物阿米替林(83.57 ng/L)、劳拉西泮(22.26 ng/L)在医院污水出水中检出的浓度较高。15种药物中有10种在所有12个地表水样中检出,其中劳拉西泮、卡马西平以及地西泮浓度较高。5种药物在3个地下水样品中检出,其中劳拉西泮的最高浓度高达46.83 ng/L。仅有6种药物在土壤样本中检出,浓度较低(LOQ),弱碱性的药物更容易在土壤中富集。卡马西平(1.29ng/L),奥沙西泮(1.22ng/g)以及劳拉西泮(2.95ng/g)在植物药品中有检出。通过SPSS对医院污水和地表水、地表水和地下水进行相关性分析,结果表明精神病医院出水可能是精神药物的典型污染源(从医院污水到地表水,从地表水到地下水)。植被和土壤之间较强的相关性表明植被对土壤中的精神药物具有富集作用。虽然环境风险评估表明精神药物对水生动物的的环境风险较低,但是该类药物在环境中的持续输入可能会对生态系统造成负面影响。Ⅳ生物炭、氧化石墨烯吸附精神药物本研究通过实验和密函数理论计算,探究了氧化石墨烯和生物炭两种碳材料对三种典型精神药物的吸附。结果表明氧化石墨烯对精神药物具有较好的吸附效果,精神药物通过氧化石墨烯吸附60分钟去除率可达80%。从被吸附的药物角度分析,三种精神药物的吸附速率顺序为氟西汀地西泮卡马西平;平衡吸附量顺序为氟西汀地西泮卡马西平。氧化石墨烯吸附精神药物的机理主要是π-π和-F/-Cl-π作用。通过密函数理论计算的吸附能顺序为氟西汀地西泮卡马西平,计算数据与实验结果保持一致。此外,生物炭对精神药物同样具有非常好的吸附效果,并且生物炭的平衡吸附量高于氧化石墨烯,可能是由于其表面具有大量的孔径结构,再加上氧化石墨烯在制备过程中其π-πI共轭结构遭到破坏而生物炭表面的π-π共辄结构相对比较完整。生物炭吸附精神药物的机理同样是π-π和-F/-Cl-π作用,计算数据与实验结果保持一致。氧化石墨烯和生物炭对精神药物都具有较好的吸附效果,但是氧化石墨烯具有更好的分散性,其吸附速率更快;而生物炭表面具有较完整的π-π共轭结构和微孔结构使其对精神药物的平衡吸附量更大。
【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X592
【图文】：

逡逑从图２．１中可以看出１５种精神药物具有相对较好的分离度。艾司唑仑和奥逡逑沙西泮、劳拉西泮和阿普唑仑、替马西泮和去甲西泮特征峰在提取离子谱图上有逡逑部分重叠现象，通过分析这几种药物的结构式，发现特征峰重叠的几种药物在分逡逑子结构上具有相似的部分，难以分离。由于ＬＣ－ＭＳ／ＭＳ在同时分析多种药物时逡逑具有较好的选择性，实验过程中选取多重反应监控模式（ＭＲＭ）进行分析，结逡逑果表明特征峰重叠对目标药物的标准曲线没有太大的影响。逡逑１邋．Ｂｒｏｍａｚｅｐａｍ邋２－Ｃａｒｂａｍａｚｅｐｉｎｅ邋３．Ｅｓｔａｚｏｌａｍ邋４．Ｏｘａｚｅｐａｍ邋５．Ａｌｐｒａｚｏｌａｍ邋６．邋Ｌｏｒａｚｅｐａｍ邋７．逡逑Ｄｏｘｅｐｉｎ邋８．Ｔｅｍａｚｅｐａｍ邋９．邋Ｎｏｒｄｉａｚｅｐａｍ邋１０．Ｆｌｕｏｘｅｔｉｎｅ邋１１．邋Ａｍｉｔｒｉｐｔｙｌｉｎｅ邋１２．Ｄｉａｚｅｐａｍ逡逑１３．

图３．３采样图逡逑Ｆｉｇ．３．３邋Ｌｏｃａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｓａｍｐｌｉｎｇ邋ｐｏｉｎｔｓ逡逑

【参考文献】

相关期刊论文 前1条

1 王萌萌;周启星;;生物炭的土壤环境效应及其机制研究[J];环境化学;2013年05期

本文编号：2713263