模拟胃液中铜锌离子及乙醇和乙酸对NDMA形成影响的研究

发布时间：2017-10-28 12:31

  本文关键词：模拟胃液中铜锌离子及乙醇和乙酸对NDMA形成影响的研究

  更多相关文章： 模拟胃液 NDMA 铜离子 锌离子 乙醇 乙酸

【摘要】：N-亚硝胺是一类具有很强致癌性的化合物,流行病学调查已表明它可能与人类的胃癌、食道癌和结肠癌等有关。而其中结构最简单的N-亚硝基二甲胺(NDMA)是致癌性最强的N-亚硝胺类物质之一。人类暴露于NDMA有外源和内源两种途径,其中内源性途径占总暴露的60%以上。因此关于内源性NDMA形成机理与抑制方法的研究一直是人类健康研究领域的热点。目前关于重金属Cu~(2+)和Zn~(2+)以及乙醇和乙酸对内源性NDMA形成影响的研究还鲜有报道。因此,本文从这几种物质出发,研究其在模拟胃液体系中对NDMA形成的影响,并进一步研究其影响机理,从而寻找可能的亚硝胺抑制方法。1.模拟胃液中铜锌离子对NDMA形成的影响本研究以水中含量较高的重金属Cu~(2+)和Zn~(2+)为研究对象,运用气相色谱-质谱联用(GC-MS)和离子色谱(IC)技术,考察模拟胃液反应体系中,不同浓度的Cu~(2+)和Zn~(2+)对以亚硝酸盐(NO_2~￣)和二甲胺(DMA)为前体的体系中NDMA形成的影响。研究发现,Cu~(2+)和Zn~(2+)浓度分别达到50~200 mg/L和20~200 mg/L范围时,它们都能促进NDMA的生成。有趣的是,Cu~(2+)和Zn~(2+)浓度分别达到10~50 mg/L和10~20 mg/L范围时,对NDMA的形成有一定的抑制作用。值得注意的是,当Cu~(2+)和Zn~(2+)浓度达到饮用水限量值1.0 mg/L时,它们仍对NDMA的形成分别有16.9%和13.4%的促进。机理研究表明,Cu~(2+)和Zn~(2+)不能与NO_2~￣和NDMA作用,但能与DMA发生相互作用。因此推测Cu~(2+)和Zn~(2+)对NDMA的促进作用,很可能是通过它们与DMA形成了比DMA具有更强反应活性的中间体,此中间体更容易在酸性条件下与NO_2~￣反应,从而促进NDMA的生成。此作用机理与我们组前期探讨Pb~(2+)、Cr~(2+)和Hg~(2+)对NDMA形成影响的研究结果一致。2.模拟胃液中乙醇和乙酸对NDMA形成的影响本研究运用GC-MS和IC技术并结合量子化学理论计算方法,研究了在模拟胃液条件下,乙醇和乙酸对以亚硝酸盐(NO_2~￣)和二甲胺(DMA)为前体的体系中NDMA形成的影响。实验结果发现,乙醇在0~10%(V/V)浓度范围内能够抑制NDMA的生成;然而乙酸浓度在0~10%(V/V)范围内却能够促进NDMA的生成,且它们的抑制和促进作用具有浓度依赖性。进一步的实验结果表明两种物质都能与NO_2~￣作用,可使体系中NO_2~￣含量下降大约45~60%,而与体系中的DMA和NDMA没有相互作用。理论计算结果发现,乙醇和乙酸能与HONO和N_2O_3(NO_2~￣在酸性条件下的存在形式)反应,此结果与实验中发现乙醇与乙酸均能与NO_2~￣作用的结论相一致。理论研究还发现它们与NO_2~￣分别反应生成的亚硝酸乙酯(EtONO)和乙酰亚硝酸(AcONO)具有完全不同的亚硝化能力。EtONO、AcONO和N_2O_3与DMA发生亚硝化反应生成NDMA的活性顺序是:AcONON_2O_3EtONO。这很可能是乙醇能够抑制NDMA的生成而乙酸却能促进其生成的主要原因。由此推断,有效的内源性N-亚硝胺的抑制剂需要满足两个条件:(1)物质应易与此环境中的NO_2~￣反应,从而起到清除NO_2~￣的作用;(2)以上反应的生成物应该具有较低的亚硝化能力。以上研究结果推翻了认为某物质只要能够清除体系中的前体物质NO_2~￣,就具有能阻断亚硝胺生成能力的结论。进一步理论研究发现乙硫醇(EtSH)是一个潜在的NDMA的抑制剂,而Br￣是NDMA形成的催化剂,这些结论与实验结果相一致。此外,本研究还利用量子化学理论计算方法探讨了在燃烧后胺为吸附剂捕获CO_2系统(PCC)中,二乙醇亚硝胺(NDELA)的形成机理。研究中以广泛使用的二乙醇胺(DEA)为前体,以燃烧中可能生成的N_2O_3为亚硝化试剂。研究发现CO_2能与DEA反应生成中间体二乙醇氨基甲酸(DECA),该中间体与亚硝化试剂N_2O_3发生亚硝化反应的能垒明显高于DEA和N_2O_3生成NDELA的反应能垒。由此可见,CO_2在此反应过程中可以抑制NDELA的生成,其抑制机理是通过钝化胺降低胺的反应活性来实现的。本论文的研究不但扩展了人们对内源性N-亚硝胺形成机理的深入了解,还对寻找和开发N-亚硝胺的抑制剂具有指导意义,这对于维护人类健康,减少癌症发生具有积极意义。
【关键词】：模拟胃液 NDMA 铜离子 锌离子 乙醇 乙酸
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R730.2
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 N-亚硝胺的研究概况12-16
• 1.2.1 N-亚硝胺的结构和性质12-13
• 1.2.2 N-亚硝胺形成机理的研究现状13-15
• 1.2.3 内源性N-亚硝胺形成影响因素的研究进展15-16
• 1.3 NDMA及其前体的分析检测方法16-18
• 1.4 密度泛函理论方法18-19
• 1.5 课题研究内容19-21
• 第2章 模拟胃液中铜锌离子对NDMA形成的影响21-37
• 2.1 引言21-22
• 2.2 实验材料22-23
• 2.2.1 实验试剂22-23
• 2.2.2 主要仪器及配件23
• 2.3 实验方法23-30
• 2.3.1 分析检测方法23-28
• 2.3.2 溶液的配制28
• 2.3.3 反应条件及过程28-30
• 2.4 结果与讨论30-34
• 2.4.1 模拟胃液中重金属Cu~(2+)和Zn~(2+)对NDMA形成的影响30-32
• 2.4.2 重金属Cu~(2+)和Zn~(2+)影响NDMA生成的作用机理32-34
• 2.5 本章小结34-37
• 第3章 模拟胃液中乙醇和乙酸对NDMA形成的影响37-59
• 3.1 引言37-38
• 3.2 实验材料38-39
• 3.2.1 实验试剂38-39
• 3.2.2 主要仪器及配件39
• 3.3 实验方法39-42
• 3.3.1 分析检测方法39-40
• 3.3.2 计算方法40
• 3.3.3 溶液的配制40-41
• 3.3.4 反应条件及过程41-42
• 3.4 结果与讨论42-57
• 3.4.1 乙醇和乙酸对NDMA形成的影响42-44
• 3.4.2 实验研究乙醇和乙酸影响NDMA形成的机理44-47
• 3.4.3 理论研究乙醇和乙酸影响NDMA形成的机理47-52
• 3.4.4 预测其他影响NDMA生成的物质52-57
• 3.5 本章小结57-59
• 第4章 亚硝胺在胺为吸附剂的CO_2捕获系统中的形成机理59-65
• 4.1 引言59
• 4.2 计算方法59-60
• 4.3 结果与讨论60-64
• 4.3.1 DECA的生成60-63
• 4.3.2 NDELA的生成63-64
• 4.4 本章小结64-65
• 结论65-67
• 参考文献67-73
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文73-75
• 致谢75

，

本文编号：1108283