地学前缘 ›› 2021, Vol. 28 ›› Issue (5): 104-113.DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.2.20
收稿日期:
2020-05-15
修回日期:
2020-08-20
出版日期:
2021-09-25
发布日期:
2021-10-29
通信作者:
王文科
作者简介:
段 磊(1978—),男,副教授,博士生导师,主要从事水土污染机理和生态环境保护研究。E-mail: duanlei1978@126.com
基金资助:
DUAN Lei(), YANG Shengke, WANG Wenke*(
)
Received:
2020-05-15
Revised:
2020-08-20
Online:
2021-09-25
Published:
2021-10-29
Contact:
WANG Wenke
摘要:
研究抗生素在浅层地下水中不同相态间的分布特征,对于了解抗生素的行为特征及评估其危害具有重要的意义。本文利用三维荧光淬灭法研究了胡敏酸(humic acid, HA)对磺胺嘧啶(sulfadiazine, SD)在地下水中不同相态间分布规律的影响及相互作用,探讨了HA浓度、pH值、温度对SD在不同相态间分布的影响,对淬灭过程进行拟合并计算了分配系数、淬灭参数以及热力学参数。结果表明:地下水中SD浓度(0.5 mg/L)较低时或者HA浓度增加(0~20 mg/L)时,HA可显著促进悬浮相中SD比例的增加;SD对HA的淬灭机理为形成复合物的单一静态淬灭,结合位点数均约为1,荧光淬灭常数Ksv为5.271×103 L/mol,淬灭速率常数Kq为5.271×1011 L/(mol·s),属于自发的放热过程;体系处于低温(15 ℃)、弱碱性(8~10)pH值环境时,SD对HA的淬灭作用最强,HA对SD进入悬浮相的促进作用最明显。
中图分类号:
段磊, 杨胜科, 王文科. 浅层地下水中磺胺嘧啶与胡敏酸相互作用及相态间分布特征[J]. 地学前缘, 2021, 28(5): 104-113.
DUAN Lei, YANG Shengke, WANG Wenke. Effect of humic acid on the phase distribution of sulfadiazine in shallow groundwater[J]. Earth Science Frontiers, 2021, 28(5): 104-113.
图3 SD在相态间的平衡浓度分布及分配系数Kd随SD初始浓度变化
Fig.3 Sulfadiazine partition between phases at equilibrium (left) and SD phase distribution coefficient Kd(right) as a function of SD initial concentration
抗生素 | pH 值 | Ksv/ (103L·mol-1) | Kq/ (1011L·mol-1·s-1) | Kb/ (103L·mol-1) | n |
---|---|---|---|---|---|
SD | 4 | 3.894 | 3.894 | 3.724 | 1.34 |
8 | 4.043 | 4.043 | 4.015 | 0.69 | |
10 | 3.946 | 3.946 | 3.824 | 0.81 |
表1 不同温度下SD-HA作用的热力学参数
Table 1 Thermodynamic parameters for SD-HA interaction at different temperatures
抗生素 | pH 值 | Ksv/ (103L·mol-1) | Kq/ (1011L·mol-1·s-1) | Kb/ (103L·mol-1) | n |
---|---|---|---|---|---|
SD | 4 | 3.894 | 3.894 | 3.724 | 1.34 |
8 | 4.043 | 4.043 | 4.015 | 0.69 | |
10 | 3.946 | 3.946 | 3.824 | 0.81 |
[1] |
GUO X, YIN Y, YANG C, et al. Remove mechanisms of sulfamethazine by goethite: the contributions of pH and ionic strength[J]. Research on Chemical Intermediates, 2016, 42(7):6423-6435.
DOI URL |
[2] | FAN Z, CASEY F X M, HAKK H , et al. Sorption, fate, and mobility of sulfonamides in soils[J]. Water Air & Soil Pollution, 2011, 218(1/2/3/4):49-61. |
[3] |
ISLAS-ESPINOZA M, REID B J, WEXLER M, et al. Soil bacterial consortia and previous exposure enhance the biodegradation of sulfonamides from pig manure[J]. Microbial Ecology, 2012, 64(1):140-151.
DOI URL |
[4] | 金磊, 姜蕾, 韩琪, 等. 华东地区某水源水中13种磺胺类抗生素的分布特征及人体健康风险评价[J]. 环境科学, 2016, 37(7):2515-2521. |
[5] | 金彩霞, 司晓薇, 王子英, 等. 养殖场周边土壤-蔬菜系统磺胺类药物残留及风险评价[J]. 环境科学, 2016, 37(4):1562-1567. |
[6] |
BARNES K K, KOLPIN D W, FURLONG E T, et al. A national reconnaissance of pharmaceuticals and other organic wastewater contaminanants in the United States-Ⅰ groundwater[J]. Science of the Total Environment, 2008, 402(2/3):192-200.
DOI URL |
[7] |
JURADO A, CZRRERA J, PETROVIC M, et al. Occurrence of 95 pharmaceuticals and transformation products in urban groundwaters underlying the metropolis of Barcelona, Spain[J]. Environmental Pollution, 2013, 174:305-315.
DOI URL |
[8] |
SIBLEY S D, PEDERSEN J A. Interaction of the macrolide antimicrobial clarithromycin with dissolved humic acid[J]. Environmental Science & Technology, 2008, 42(2):422-428.
DOI URL |
[9] |
THIELE-BRUHN S, SEIBICKE T, SCHULTEN H R, et al. Sorption of sulfonamide pharmaceutical antibiotics on whole soils and particle-size fractions[J]. Journal of Environmental Quality, 2004, 33(4):1331-1342.
DOI URL |
[10] |
ZHOU P, YAN H, GU B. Competitive complexation of metal ions with humic substances[J]. Chemosphere, 2005, 58(10):1327-1337.
DOI URL |
[11] |
BLACKWELL P A, KAY P, ASHAUER R, et al. Effects of agricultural conditions on the leaching behaviour of veterinary antibiotics in soils[J]. Chemosphere, 2009, 75(1):13-19.
DOI URL |
[12] |
CARMOSINI N, LEE L S. Ciprofloxacin sorption by dissolved organic carbon from reference and bio-waste materials[J]. Chemosphere, 2009, 77(6):813-820.
DOI URL |
[13] | 朱先辰. 淡水环境中溶解性有机物及其与Cu2+相互作用: 荧光光谱学研究[D]. 武汉: 华中科技大学, 2014. |
[14] | 周雪. 光谱学技术探测磺胺类药物与人血清白蛋白的相互作用[D]. 南昌: 南昌大学, 2016. |
[15] | GUO Y, QIN P, WANG C, et al. Characterization on the toxic mechanism of two fluoroquinolones to trypsin by spectroscopic and computational methods[J]. Journal of Environmental Science and Health Part B (Pesticides Food Contaminants and Agricultural Wastes), 2019, 55(3):230-238. |
[16] | 李仲谨, 李铭杰, 王海峰, 等. 腐殖酸类物质应用研究进展[J]. 化学研究, 2009, 20(4):103-107. |
[17] | 陈景元, 王果庭, 刘金柱. 稳态荧光猝灭法确定胶束聚集数的研究[J]. 物理化学学报, 1993, 9(4):461-465. |
[18] | MARTíNEZ L, BILSKI P, CHIGNELL C F. Effect of magnesium and calcium complexation on the photochemical properties of Norfloxacin[J]. Photochemistry & Photobiology, 1996, 64(6):911-917. |
[19] | 李思静. 胡敏酸胶体对DDT在河床沉积物中吸附与运移的影响[D]. 西安: 长安大学, 2012. |
[20] |
PAVEL J, VACLAV H, PETRA B, et al. Reduction and immobilization of hexavalent chromium with coal- and humate-based sorbents[J]. Chemosphere, 2009, 75(6):732-738.
DOI URL |
[21] | 王俊. 腐殖酸对砷在土壤中的形态转化和生物有效性的影响研究[D]. 重庆: 西南大学, 2017. |
[22] | 刘阳洋. 腐殖酸对海拉尔河典型抗生素污染物吸附作用研究[D]. 西安: 西安科技大学, 2017. |
[23] | 李璐, 王震宇, 林道辉, 等. 天然有机质与重金属相互作用的分析方法进展[J]. 环境科学研究, 2015, 28(2):182-189. |
[24] | 张红梅, 王彦卿, 周秋华, 等. 腐殖酸与吡虫啉作用的荧光光谱研究[J]. 化学试剂, 2009, 31(9):679-681. |
[25] | 钱正英, 张光斗. 中国可持续发展水资源战略研究综合报告及各专题报告[R]. 北京: 中国水利水电出版社, 2001. |
[26] | 孙梅香, 刘文, 高嘉苓, 等. 荧光光谱法研究草甘膦与腐殖酸的相互作用[J]. 环境化学, 2015, 34(8):1529-1534. |
[27] | WANG R, YANG S, FANG J, et al. Characterizing the interaction between antibiotics and humic acid by fluorescence quenching method[J]. International Journal of Environmental Research & Public Health, 2018, 15(7):1458. |
[28] | XIAOYU Y, SHENGKE Y, JIE F, et al. Interaction mechanism between antibiotics and humic acid by UV-Vis spectrometry[J]. International Journal of Environmental Research & Public Health, 2018, 15(9):1911. |
[29] | DANTAS M D D A, SILVA M D M, SILVA O N, et al. Interactions of tetracyclines with milk allergenic protein (casein): a molecular and biological approach[J]. Journal of Biomolecular Structure & Dynamics, 2019, 38(18):1-21. |
[30] |
GUO H, JIANG N, WANG H, et al. Enhanced catalytic performance of graphene-TiO2 nanocomposites for synergetic degradation of fluoroquinolone antibiotic in pulsed discharge plasma system[J]. Applied Catalysis B: Environmental, 2019, 248(5):552-566.
DOI URL |
[31] | 于泳. 多环芳烃和壬基酚及前体物在水-沉积物界面分配行为研究[D]. 天津: 南开大学, 2009. |
[32] | 傅平青, 刘丛强, 尹祚莹, 等. 腐殖酸三维荧光光谱特性研究[J]. 地球化学, 2004, 33(3):301-308. |
[33] | 方洁. 抗生素在水体中相态间分布规律及与胡敏酸作用机制研究[D]. 西安: 长安大学, 2018. |
[34] | 张步迪, 林青, 曹东平, 等. 磺胺嘧啶在土壤及土壤组分中的吸附/解吸动力学[J]. 土壤, 2018, 50(5):949-957. |
[35] | 兰亚琼. 水环境中镉离子与腐殖酸作用特性的研究[D]. 西安: 西安建筑科技大学, 2011. |
[36] | 朱江鹏, 梅婷, 彭云, 等. 荧光猝灭法研究洛克沙胂与腐殖酸的相互作用[J]. 环境科学, 2014, 35(7):2620-2626. |
[37] |
XU H, YU G, YANG L, et al. Combination of two-dimensional correlation spectroscopy and parallel factor analysis to characterize the binding of heavy metals with DOM in lake sediments[J]. Journal of Hazardous Materials, 2013, 263(2):412-421.
DOI URL |
[38] | 韩甜甜. 水体中共存污染物与抗生素相互作用的荧光光谱法研究[D]. 宜昌: 三峡大学, 2012. |
[39] |
GORDON E, BROWN J, GEORGE A. Sorption of trace elements on mineral surfaces: modern perspectives from spectroscopic studies, and comments on sorption in the marine environment[J]. International Geology Review, 2001, 43(11):963-1073.
DOI URL |
[40] | 孙绍发, 刘洁, 宋功武. 荧光光谱法研究铁(Ⅲ)存在下依诺沙星与牛血清白蛋白的相互作用[J]. 分析科学学报, 2007, 23(2):166-168. |
[41] | 张勇庞, 包维楷. 土壤有机质及其研究方法综述[J]. 世界科技研究与发展, 2005, 27(5):72-78. |
[42] | 王志军, 吴群, 雷海英. 柠檬酸钠与牛血清白蛋白相互作用的荧光光谱研究[J]. 光谱实验室, 2012, 29(2):847-851. |
[43] | 于兵川, 吴洪特, 周培疆, 等. 五氯苯酚与腐殖酸作用的荧光猝灭效应研究[J]. 环境化学, 2006, 25(2):164-167. |
[44] |
GAO J, PEDERSEN J A. Adsorption of sulfonamide antimicrobial agents to clay minerals[J]. Environmental Science & Technology, 2005, 39(24):9509-9516.
DOI URL |
[45] |
TOLLS J. Sorption of veterinary pharmaceuticals in soils: a review[J]. Environmental Science & Technology, 2001, 35(17):3397-3406.
DOI URL |
[46] | 李毓骐, 朱亚先, 鹿贞彬, 等. 荧光极性探针在腐殖酸和芘相互作用研究中的应用[J]. 厦门大学学报(自然科学版), 2007, 46(1):59-62. |
[47] | 李文慧, 李爱民, 王学军. pH值和离子强度对胡敏酸与芘之间相互作用的影响[J]. 环境化学, 2009, 28(5):636-639. |
[48] | 马连刚, 肖保华, 唐婷. 胡敏酸衰减全反射-傅里叶变换-红外光谱研究[J]. 地球与环境, 2014, 42(1):55-61. |
[1] | 金之钧, 陈书平, 张瑞. 沉积盆地波动过程分析:研究现状与展望[J]. 地学前缘, 2024, 31(1): 284-296. |
[2] | 董海良, 曾强, 刘邓, 盛益之, 刘晓磊, 刘源, 胡景龙, 李扬, 夏庆银, 李润洁, 胡大福, 张冬磊, 张文慧, 郭东毅, 张晓文. 黏土矿物-微生物相互作用机理以及在环境领域中的应用[J]. 地学前缘, 2024, 31(1): 467-485. |
[3] | 兰春元, 张立飞, 陶仁彪, 胡晗, 张丽娟, 王超. 基于DEW模型的地球深部流体组成与水岩相互作用计算方法综述[J]. 地学前缘, 2024, 31(1): 64-76. |
[4] | 王振, 郭华明, 刘海燕, 邢世平. 贵德盆地高氟地下水稀土元素特征及其指示意义[J]. 地学前缘, 2023, 30(3): 505-514. |
[5] | 郭晓玉, 罗旭聪, 高锐, 徐啸, 卢占武, 黄兴富, 李文辉, 李春森. 印度-欧亚板块主碰撞带全地壳尺度相互作用关系研究[J]. 地学前缘, 2023, 30(2): 1-17. |
[6] | 邢世平, 吴萍, 胡学达, 郭华明, 赵振, 袁有靖. 化隆-循化盆地含水层沉积物地球化学特征及其对地下水氟富集的影响[J]. 地学前缘, 2023, 30(2): 526-538. |
[7] | 郭永丽, 肖琼, 章程, 吴庆. 石油类污染的岩溶地下水环境特征:以淄博市大武水源地为例[J]. 地学前缘, 2023, 30(2): 539-547. |
[8] | 张旭, 张炜晨, 王振乾, 郑凯, 邓凤飞. 季节性海冰驱动的冰期北大西洋“电容器”效应[J]. 地学前缘, 2022, 29(5): 334-341. |
[9] | 廖福, 罗新, 谢月清, 易立新, 李海龙, 王广才. 氡(222Rn)在地下水-地表水相互作用中的应用研究进展[J]. 地学前缘, 2022, 29(3): 76-87. |
[10] | 郭华明, 高志鹏, 修伟. 地下水典型氧化还原敏感组分迁移转化的研究热点和趋势[J]. 地学前缘, 2022, 29(3): 64-75. |
[11] | 王广才, 王焰新, 刘菲, 郭华明. 基于文献计量学分析水文地球化学研究进展及趋势[J]. 地学前缘, 2022, 29(3): 25-36. |
[12] | 刘海燕, 刘茂涵, 张卫民, 孙占学, 王振, 吴通航, 郭华明. 华北平原高氟地下水中稀土元素分布和分异特征[J]. 地学前缘, 2022, 29(3): 129-144. |
[13] | 邢世平, 郭华明, 吴萍, 胡学达, 赵振, 袁有靖. 化隆—循化盆地不同类型含水层组高氟地下水的分布及形成过程[J]. 地学前缘, 2022, 29(3): 115-128. |
[14] | 路淼, 李东东, 李武, 董亚萍, 胡斌. 基于Pitzer模型预测Na-K-Ca-Mg-Cl-H2O溶液的密度[J]. 地学前缘, 2021, 28(6): 179-186. |
[15] | 杜杨松, 曹毅, 秦新龙, 庞振山, 杜轶伦, 王功文. 皖赣沿江地区中生代壳幔相互作用与多成因夕卡岩成矿过程研究综述[J]. 地学前缘, 2020, 27(2): 165-181. |
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