水中幾種光敏物質對布洛芬光解動力學的影響?

李富華 馬杜娟 程嘉穎 李騫凱 周玉輝 潘兆琪 張妍 江學頂 劉國光

摘? 要：布洛芬是一種常用的非甾體抗炎藥，在水環境中被廣泛檢出。光解是布洛芬在水中的主要消除方式之一，其光解動力學受水中溶解性物質的影響。通過模擬光解實驗，研究腐植酸、雙氧水、丙酮、模擬淡水和模擬海水對布洛芬光解動力學的影響。結果表明，低濃度的腐植酸促進了布洛芬的光解，高濃度則抑制了布洛芬的光解。雙氧水明顯促進了布洛芬的光解，丙酮對布洛芬光解的影響不大。模擬淡水和模擬海水條件下布洛芬的光解速率為0.001 72 min-1和0.009 28 min-1。

關鍵詞：布洛芬? 光敏物質? 光解? 動力學

中圖分類號：X131.2? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2021）11（a）-0000-00

Effects of Several Photosensitive Substances in Water on the Photolysis Kinetics of Ibuprofen

LI Fuhua1? MA Dujuan2? CHENG Jiaying1? LI Qiankai1? ZHOU Yuhui1? PAN Zhaoqi1? ZHANG Yan1? JIANG Xueding1? LIU Guoguang3*

（1.School of Environment and Chemical Engineering， Foshan University， Foshan， Guangdong? Province， 528225? China; 2.Guangdong Jianyan Environmental Monitoring Co.， Ltd.， Guangzhou， Guangdong? Province， 510630 China; 3.School of Environmental Science and Engineering， Guangdong University of Technology， Guangzhou， Guangdong? Province， 510006 China）

Abstract： Ibuprofen is a common nonsteroidal anti-inflammatory drug， which is widely detected in water environment. Photolysis is one of the main elimination methods of ibuprofen in water， and its photolysis kinetics is affected by soluble substances in water. The effects of humic acid， hydrogen peroxide， acetone， simulated freshwater and simulated seawater on the photolysis kinetics of ibuprofen were studied by simulated photolysis experiments. The results showed that low concentration of humic acid promoted the photolysis of ibuprofen， while high concentration inhibited the photolysis of ibuprofen. Hydrogen peroxide significantly promoted the photolysis of ibuprofen， acetone had little effect on the photolysis of ibuprofen. The photolysis rate of ibuprofen in simulated freshwater and simulated seawater were 0.001 72 min-1 and 0.009 28 min-1， respectively.

Key Words： Ibuprofen; Photosensitive substances; Photodegradation; Kinetics

近年來，藥品及個人護理品（PPCPs）在水環境中被廣泛檢出引起了科學家和管理部門的關注。張倩分析了污水處理廠不同工藝對PPCPs的去除情況發現同一個處理工藝對不同PPCPs去除率與同一種PPCPs在不同的處理工藝中去除率差異很大[1]。張艷強調在改進污水處理廠工藝的同時，要健全監管機制，完善尾水排放標準及優控名單，加強PPCPs管控[2]。衛先寧等研究發現城市污水廠再生水中PPCPs的濃度較低，但其環境風險不容忽視[3]。布洛芬（IBP）是全球環境中檢出頻率最高的非甾體抗炎藥之一，同時它被Besse等人界定為ⅠA級化合物[4]。研究表明，布洛芬對很多生物具有毒性作用。布洛芬會引起暴露的非洲尖齒鯰的魚鰓、肝臟和腎臟的組織病理學損傷[5]。

光化學降解是PPCPs在水環境中的一個重要的削減途徑[6-8]，其光解速率受水中溶解性物質的影響[9]。該研究以布洛芬為目標污染物，考察了腐植酸、雙氧水和丙酮這幾種環境水體中常見的光敏物質對其光解動力學的影響;同時，探討了布洛芬在模擬淡水和模擬海水中的光解情況。研究結果為揭示布洛芬在不同環境水體中的光化學行為提供基礎數據。

1 實驗部分

1.1 實驗試劑和儀器

布洛芬（99.8%純度，梯希愛（上海）化成工業發展有限公司）;硫酸、氫氧化鈉和硝酸鈉購自廣州化學試劑廠;腐植酸購自上海阿拉丁生化科技股份有限公司;雙氧水、丙酮、碳酸氫鈉、氯化鈉、氯化鎂、硫酸鈉和冰乙酸購自成都市科龍化工試劑廠;乙腈（色譜純，美國ACS恩科化學）。如無特別說明，所有試劑均為分析純。

模擬淡水：采用超純水配制，添加的試劑為10 mg/L NaNO3，8.4 mg C/L HA，50 mg/L NaHCO3[10]。模擬海水：采用超純水配制，添加的試劑為0.5 mol/L NaCl，0.064 mol/L MgCl2，0.028 mol/L Na2SO4[11]。

南京胥江機電廠XPA-7型光化學反應儀及其配套的500 W汞燈，汞燈的光強為1.15 mW·cm-2;PHS-3C型pH計（上海精密科學儀器有限公司雷磁儀器廠）;AL104型電子天平（梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司）;AS20500BDT-Ⅰ超聲波清洗器（天津奧特賽恩斯儀器有限公司）;LC-20A高效液相色譜儀（日本島津公司）。

1.2 光解實驗

移取25 mL布洛芬溶液到50 mL具塞石英試管中進行光解實驗，每隔15 min取樣，每個實驗進行3次平行，結果取平均值。

1.3 分析方法

采用高效液相色譜儀測定樣品中布洛芬的濃度，色譜柱為ZORBAX Eclipse XDB-C18 （2.1×150 mm，3.5 μm），柱溫40 ℃，進樣體積為4 μL。流動相為60%的乙腈和40%冰乙酸水溶液（冰乙酸濃度為0.3%），流速0.2 mL·min-1。采用光電二極管陣列檢測器，檢測波長220 nm。

2 結果與討論

2.1 腐植酸對布洛芬光解的影響

腐植酸（HA）對布洛芬（30 μmol/L）光解的影響如圖1所示。當HA為10 mg/L時布洛芬的光解速率常數為0.013 77 min-1，HA促進了布洛芬的光解。然而，當HA的濃度較高，達到20或30 mg/L時明顯抑制了布洛芬的光解，此時布洛芬的光解速率常數分別為0.003 33 min-1和0.003 00 min-1。

2.2 雙氧水對布洛芬光解的影響

雙氧水對布洛芬（30 μmol/L）布洛芬光解的影響如圖2所示，雙氧水在光照下可以產生羥基自由基等活性物種，明顯促進了布洛芬的光解，且雙氧水的濃度越大促進效果越明顯。

2.3 丙酮對布洛芬光解的影響

丙酮對布洛芬（30 μmol/L）光解的影響效果如圖3所示，反應體系中加入丙酮后布洛芬的光解速率基本沒有變化，表明丙酮對布洛芬光解的影響不大，實驗結果與丙酮對多數PPCPs光解的影響效果一致。

2.4 模擬淡水和海水中布洛芬的光解動力學

布洛芬在模擬淡水和模擬海水中的光解情況如圖4所示，兩種條件對布洛芬的光解影響較大，其光解速率常數分別為0.001 72 min-1和0.009 28 min-1，表明模擬淡水和模擬海水都不利于布洛芬的光解。

3 結語

研究選取的幾種光敏物質除丙酮以外均會影響布洛芬的光解。HA對布洛芬光解的影響效果與其濃度有關，HA濃度為10 mg/L時促進了布洛芬的光解，濃度為20或30 mg/L時明顯抑制了布洛芬的光解，但抑制強度基本相當。雙氧水的加入明顯促進了布洛芬的光解，其濃度越大促進效果越明顯。模擬淡水和模擬海水條件都不利于布洛芬的光解，布洛芬的光解速率常數分別為0.001 72 min-1和0.009 28 min-1。

參考文獻

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基金項目：教育部產學合作協同育人項目（項目編號：202101255004）。

作者簡介：李富華（1988—），男，博士，講師，主要從事水污染控制研究。

通信作者：劉國光（1963—），男，博士，教授，研究方向為環境化學，E-mail：liugg615@163.com。

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2110-5042-9495