水环境中氨基苷类抗生素与其他污染物相互作用研究

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众所周知,绝大多数抗生素以原型或代谢产物的形式在水环境中存在,且几乎所有抗生素在水环境中是难以降解的,这对人体健康和水体都造成了严重的危害。目前,水环境中的污染已经不仅仅是抗生素这一类单一污染,随着越来越多的污染物进入水体,会在水体中发生一系列复杂的作用,对水体治理带来极大的不便。为了深入了解各类污染物在水环境中发生的相互作用,为水体治理提供理论依据,本文以氨基糖苷类抗生素—新霉素(NEO)和庆大霉素(GEN)为目标污染物,选取有机染料—刚果红(CR),不同价态的金属离子和表面活性剂为其它污染物的代表,通过共振瑞利散射法研究两种抗生素与刚果红之间的相互作用,推导了二元体系中共振瑞利散射强度与结合常数之间的关系;研究温度、p H、离子强度等因素对其相互作用的影响,通过2D-COS图谱深入研究两者所形成的复合体系及其作用机制,在此基础上,进一步研究抗生素—刚果红体系中有不同价态金属离子及不同表面活性剂等污染物存在时,体系中共振瑞利散射强度变化规律及污染物之间的相互作用机制。所得结论如下:1、向氨基糖苷类抗生素NEO和GEN溶液中加入一定量的有机染料CR时,均有共振瑞利散射现象,随着NEO和GEN浓度的增加,CR-NEO(GEN)体系的共振瑞利散射强度逐渐增强,原因是CR-NEO(GEN)之间形成的复合离子复合物的共振瑞利散射光位于其吸收带中;其疏水性增强,分子平面性和刚性增加,体积增大,共振瑞利散射强度增强。2、CR分别与NEO(GEN)通过疏水作用力结合,形成1:1的二元离子缔合物,在酸性条件下,两个体系的共振瑞利散射强度明显增强。在CR-NEO(GEN)体系中,共振瑞利散射增加的强度与NEO(GEN)浓度有关。根据共振瑞利散射定量分析推导的公式,得出NEO与CR之间的稳定常数为16.4×105 L·mol-1,结合位点数为0.9280,近似为1,GEN与CR之间的稳定常数为78.8×104 L·mol-1,结合位点数为0.9058,近似为1。3、将不同价态金属离子加入CR-NEO体系后,发现金属离子对共振瑞利散射强度的影响为:二价金属离子对体系共振瑞利散射强度的影响>三价金属离子的影响>一价金属离子的影响。其中K+,Na+,Ca2+,Mg2+,Al3+等金属离子加入原有二元体系后,整体上共振强度增加幅度小,相比较加入Al3+后,共振强度增加最大。Cu2+,Zn2+,Fe3+等金属离子加入原有二元体系后,体系的共振瑞利散射强度都呈现升高的趋势。其中加入Cu2+后,体系的散射强度增加最大,Fe3+次之,Zn2+加入后,体系强度变化最小。这可能是因为这三种金属离子虽然都有d轨道,然而Cu2+和Fe3+的d轨道会提供空轨道,使之发生反应形成配合物,而Zn2+虽含有d轨道,然而没有空轨道可供使用,因此不易生成配合物。而通过将三种不同价态的金属离子分别加入原有二元体系,发现二价加入Cu2+后的共振强度是最大的,原因是Cu2+含有较多未充满d的电子层,故Cu2+能提供较多的空轨道,使其与原有二元体系发生反应,形成配合物,体系体积增大,故增加了瑞利散射强度。4、向原有CR-NEO二元体系加入阳离子,非离子和阴离子三种表面活性剂,发现加入阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAMB)后,随着CTAMB浓度的增加,体系的共振瑞利散射强度增加;加入非离子表面活性剂聚乙二醇400(PEG400)后,体系的共振瑞利散射强度随着PEG400浓度的增加也有所增加,然而增加幅度较小;加入阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)后,体系的散射强度随着SDBS的增加而降低。对于CR-NEO-SDBS(CTAMB,PEG400)体系,共振结合常数分别为-0.0028L·mol-1,0.0558 L·mol-1,0.0198L·mol-1;CR-NEO-CTMAB(PEG400)的结合位点数分别为1.2098,0.5482,近似为1,0.5。不同种类的阳离子表面活性剂实验表明:阳离子表面活性剂的浓度越高,三元复合体系的共振瑞利散射强度也越大,加入不同长度碳链(C8\C10\C12\C14\C16)表面活性剂后实验表明,十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)加入后,体系的共振瑞利散射强度最大,这是因为烷基数越大,越有利于阳离子表面活性剂与CR-NEO的结合,而过长的碳链会使其疏水基团过长,空间位阻效应过大,导致三者不易结合。对于不同种类的非离子表面活性剂,三元复合体系的共振瑞利散射强度随着非离子表面活性剂的浓度的增加而增加,加入PEG400后,体系的共振瑞利散射强度最大,这是因为当分子量增加时,聚合度增加,碳氢链增加,空间位阻效应越明显,越不易与原有二元体系结合。
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