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溶解性有机物(DOM)对二氟沙星(DFHC)荧光特性和膜截留效果的影响

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摘要

前言

1.1 抗生素的研究现状

1.1.1 抗生素的来源、环境水平及性质

1.1.2 抗生素的危害

1.1.3 抗生素的去除

1.2 DOM的研究现状

1.2.1 DOM的来源

1.2.2 DOM的性质

1.2.3 DOM对抗生素迁移转化的影响

1.3 光谱分析技术进展

1.3.1 三维荧光分析方法

1.3.2 紫外光谱分析方法

1.3.3 傅里叶红外光谱分析方法

1.4 荧光猝灭机制

1.4.1 荧光猝灭

1.4.2 荧光猝灭机理

1.5 研究目的及主要研究内容

1.5.1 研究目的和意义

1.5.2 主要研究内容和技术路线

第二章 实验设计与方法

2.1 实验材料与仪器

2.2 膜过滤实验

2.2.1 超滤实验

2.2.2 离心过滤实验

2.3 高效液相测量实验

2.4 荧光滴定实验

2.4.1 三维荧光光谱测定

2.4.2 平行因子分析模型

2.4.3 络合模型

2.5 FTIR及XPS实验

2.5.1 傅里叶变换红外光谱法(FTIR)

第三章 溶解性有机物(DOM)对二氟沙星(DFHC)膜截留效果的影响

3.1 DFHC膜截留效果分析

3.2 膜通量变化情况

3.3 DOM分子截留情况

3.4 DFHC吸附情况

3.5 本章小结

第四章 二氟沙星(DFHC)及溶解性有机物(DOM)的光谱特性分析

4.1 荧光猝灭滴定参数优化

4.2 DFHC及DOM的荧光特性

4.2.1 DFHC的荧光特性

4.2.2 SRDOM、HA及其混合物的荧光特性

4.3 UV-vis分析

4.4 本章小结

第五章 二氟沙星(DFHC)与溶解性有机物(DOM)之间的相互作用关系

5.1 平行因子分析及组分荧光特性

5.2 组分荧光强度变化及络合模型分析

5.3 DFHC随DOM浓度变化的动态光谱

5.4 DFHC与DOM之间的荧光猝灭机制

5.5 DFHC荧光猝灭效率与膜截留效率的相关性分析

5.6 DOM的FTIR及XPS分析结果

5.6.1 FTIR分析结果

5.6.2 XPS分析结果

5.7 本章小结

6.1 结论

6.2 展望

6.3 创新点

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

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摘要

近年来,抗生素在医药卫生和畜牧生产中的滥用情况日益严重,排入水体的抗生素严重威胁着人类和水生动植物的健康。溶解性有机物(DOM)作为水体中普遍存在的有机质,极易与排入水体中的抗生素结合,成为一种特殊的环境污染物载体,影响抗生素在水体中的迁移转化、生物利用及最终归趋等行为。因此,研究DOM与抗生素之间的相互作用机制可以为抗生素的环境行为和风险评估提供可靠的理论支持。本文选取二氟沙星(Difloxacinhydrochloride,DFHC)作为氟喹诺酮类抗生素(FQs)的代表物质,以SRDOM和HA以及二者的混合物SRDOM+HA(SRDOM和HA比例为1∶1)作为DOM的代表物质,同时选取20kDa和50kDa的PES超滤膜研究了SRDOM、HA以及SRDOM+HA对DFHC膜截留效果的影响,分析了<3kDa、3~10 kDa、10~100 kDa和>100 kDa四个尺寸范围内的SRDOM、HA以及SRDOM+HA分子与DFHC的结合情况,同时应用三维荧光分析技术-平行因子分析法对DFHC与SRDOM、HA以及SRDOM+HA之间的相互作用机制进行了研究。
  本研究主要内容包括:⑴用两种不同孔径超滤膜过滤DFHC与SRDOM、HA以及SRDOM+HA的混合物,利用高效液相色谱仪分析滤出液中DFHC的浓度,结果表明:20 kDa和50 kDa的超滤膜对DFHC的膜截留效率分别为42%和35%。而SRDOM、HA以及SRDOM+HA的存在,特别是HA,能够显著提高超滤膜对DFHC的截留效果。HA(20 kDa-76%;50 kDa-69%)对DFHC截留效率的影响明显高于SRDOM(20 kDa-65%;50 kDa-44%)。SRDOM、HA和SRDOM+HA对DFHC的吸附都是大分子部分起主导作用。⑵采用三维荧光分析技术对DFHC和SRDOM、HA以及SRDOM+HA及它们混合物的荧光性质进行研究,分析它们的三维荧光谱图,结果表明:DFHC有两个明显的荧光峰,其中最强荧光峰(R)的位置为Ex/Em=280/450 nm,次峰(T)的位置为Ex/Em=320/450 nm。SRDOM、HA以及SRDOM+HA的两个荧光峰之间存在重叠现象,说明SRDOM、HA以及SRDOM+HA内部组分之间发生了分子间相互作用。SRDOM+HA的荧光峰A相比于单纯的SRDOM其Ex发生了蓝移(10nm),Em发生了红移(10nm)。DFHC与SRDOM、HA以及SRDOM+HA混合物中荧光峰S与荧光峰A重叠,且荧光峰R与荧光峰C之间发生明显峰延伸现象,说明DFHC与SRDOM、HA以及SRDOM+HA之间可能发生了结合作用,多重荧光团的存在是导致荧光峰重叠的可能原因。⑶利用平行因子分析法对DFHC与SRDOM、HA以及SRDOM+HA混合物中荧光物质进行拟合,得到四个荧光组分,分别为C1、C2、C3和C4。其中C1为抗生素组分,C2、C3和C4为腐殖酸组分。⑷分析各组分的荧光强度和DFHC的荧光动态光谱,结果表明:SRDOM、HA以及SRDOM+HA能够导致DFHC荧光猝灭,且荧光猝灭的程度依次为HA>SRDOM+HA>SRDOM,当SRDOM、HA以及SRDOM+HA浓度为12mg-DOC/L时,它们对组分C1的荧光猝灭效率分别为96.5%、95%和75%。而DFHC对SRDOM、HA以及SRDOM+HA的荧光强度几乎没有影响,即SRDOM、HA以及SRDOM+HA与DFHC之间的荧光猝灭为单向猝灭。DFHC与SRDOM、HA以及SRDOM+HA之间可能存在静态猝灭。⑸混合物中抗生素组分的条件稳定常数(KM)分别为HA(4.07 L/mg)>SRDOM+HA(2.8 L/mg)>SRDOM(0.86L/mg),与DFHC的荧光猝灭顺序一致。组分C1的荧光猝灭效率和DFHC的膜截留效率之间具有显著的正相关性。SRDOM、HA以及SRDOM+HA中含氧官能团类别和数量的差异可能是导致DFHC荧光猝灭程度差异的主要原因。

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