3种抗病毒药物在水中的光解动力学_汪涛.pdf

抗病毒药物是一种可直接抑制或杀灭病毒、抑制生物合成、增强宿主抗病毒能力的药物1-2.与传统口服药物一样，抗病毒药物可以通过粪便或尿液排出，但污水处理厂对抗病毒药物的去除效率有限，所以这些药物会通过污水处理厂排水进入水环境中.尽管抗病毒药物的环境浓度很低，但根据定量构效关系模型和毒性数据可知3-5，它们对藻类、水蚤和鱼类存在潜在威胁.除对水生生物有毒性外，抗病毒药物还可能导Photolysis kinetics of three antiviral drugs in waterWANG Tao1，2，WU Yingxin1，2，MENG Lingchen2，ZOU Hongyan1，2（1.Tianjin Key Laboratory of Water Resources and Environment，Tianjin Normal University，Tianjin 300387，China；2.School of Geographicand Environmental Sciences，Tianjin Normal University，Tianjin 300387，China）Abstract：Inordertolearnthephotolysiskineticsofantiviraldrugsinwaterandtheeffectsofdifferentenvironmentalconditions,a simulated sunlight experiment was carried out with abacavir（ABV），entratabine（ETB）and zidovudine（ZDV）as researchobjects.The results showed that The photolysis of ETB and ZDV were mainly dominated by direct photolysis，while thephotolysis of ABV was mainly by indirect photolysis；The degradation rates of ETB and ZDV in fresh water were lower thanthat in pure water，but higher than that in seawater，while ABV had a completely opposite trend；NO3-could significantlypromote the photolysis of the three antiviral drugs.NO2-had no obvious effects on the photolysis of ETB and ZDV，but couldsignificantly decrease the reaction rate of ABV；CO3-and HCO3-inhibited the photolysis of the three drugs to differentdegrees；Dissolved organic matter（DOM）could promote the photolysis of ABV，but could inhibit the photolysis of ETB andZDV；NH4+and SO42-had no obvious effects on the photolysis of ETB and ZDV，but could significantly enhance the photoly-sis of ABV；Halogen ions could inhibit the photolysis of ETB and ZDV to some extent，but could promote the photolysis ofABV；ABV could undergo self-sensitized photolysis in addition to directphotolysis and indirectphotolysis.Keywords：antiviraldrugs；photolysis kinetics；directphotolysis；indirectphotolysis；selfsensitized photolysis3 种抗病毒药物在水中的光解动力学汪涛1，2，武英欣1，2，孟令辰2，邹红艳1，2（1.天津师范大学 天津市水资源与水环境重点实验室，天津 300387；2.天津师范大学 地理与环境科学学院，天津300387）摘要：为了解抗病毒药物在水中的光解动力学以及不同环境条件对其的影响，以阿巴卡韦（ABV）、恩曲他滨（ETB）和齐多夫定（ZDV）为研究对象，进行了模拟日光实验.结果表明：恩曲他滨和齐多夫定均主要进行直接光解，阿巴卡韦则主要进行间接光解；恩曲他滨和齐多夫定在淡水中的降解速率比在纯水中的降解速率低，但比在海水中的降解速率高，而阿巴卡韦则完全相反；NO3-能明显促进这 3 种药物的光解反应，NO2-对恩曲他滨和齐多夫定的光解反应没有明显影响，却能显著抑制阿巴卡韦的反应速率；CO3-和 HCO3-对这 3 种药物的光解反应均有不同程度的抑制作用；溶解性有机质（DOM）能够促进阿巴卡韦的光解，但会抑制恩曲他滨和齐多夫定的光解；NH4+和 SO42-对恩曲他滨和齐多夫定的光解反应没有明显的影响，却能显著提高阿巴卡韦的反应速率；卤素离子能不同程度地抑制恩曲他滨和齐多夫定的光解进程，却能促进阿巴卡韦的光解进程；阿巴卡韦除了发生直接光解和间接光解外，还会发生自敏化光解.关键词：抗病毒药物；光解动力学；直接光解；间接光解；自敏化光解中图分类号：P342文献标志码：A文章编号：1671-1114（2023）01-0015-07收稿日期：2021-10-10基金项目：国家自然科学基金资助项目（21906118）.第一作者：汪涛（1996），男，硕士研究生.通信作者：邹红艳（1985），女，副研究员，主要从事有机污染物在环境中的迁移转化行为方面的研究.E-mail：.第 43 卷第 1 期2023 年 1 月天 津 师 范 大 学 学 报（自 然 科 学 版）Journal of Tianjin Normal University（Natural Science Edition）Vol.43 No.1Jan.2023doi：10.19638/j.issn1671-1114.20230104天 津 师 范 大 学 学 报（自 然 科 学 版）2023 年 1 月致病毒基因发生不可逆转的变化，微量浓度也能使生物对药物产生耐药性6.因此，全面了解抗病毒药物在水环境中的转化途径是非常必要的.研究表明，多数药品及个人护理用品可在地表水中发生光解反应7-9.分子直接吸收光子变成激发态并发生降解的反应称为直接光解；通过其他激发态物质（如天然有机质）或光照产生的瞬态活性物质（如1O2和 OH）发生的反应称为间接光解10.天然水中存在大量可能影响光解过程的因素11-12，如溶解性有机物（DOM）、硝酸盐、碳酸氢盐、Cl-、Br-、I-和离子强度等.DOM 既可能是产生1O2和 OH 等光解活性中间体的增敏剂，也可能是起到光屏蔽作用的抑制剂13-14.除此之外，自然界水体中的硝酸盐还会通过产生大量 OH来促进光解过程12，15.研究表明，卤化物离子在光化学过程中可能起着重要作用，它们可以通过增加三重态激发溶解有机物的稳态浓度，或通过离子强度效应增强或抑制光化学过程16-18.截至目前，有关抗病毒药物在水环境中光解行为以及环境因素影响的研究仍然有限.周成智19研究了溶解性有机质对阿昔洛韦、拉米夫定和齐多夫定在水中光解动力学行为的影响机制，并构建了这些药物在黄河三角洲水体中的光解动力学模型；Russo 等20发现 UV254/H2O2反应系统可以降低抗病毒药物齐多夫定和司他夫定的毒性，并得到它们的量子产率和二级速率常数；Kurmi 等21比较了拉米夫定和恩曲他滨的光解机制，并通过密度泛函理论研究了它们的反应路径；Prasse 等2探究了阿巴卡韦、恩曲他滨和齐多夫定在湿地系统中的降解动力学，发现光解过程对降解的贡献远比生物降解对降解的贡献大.本研究通过模拟日光实验，对 3 种抗病毒药物（阿巴卡韦、恩曲他滨和齐多夫定）在纯水、淡水和海水中的光解动力学进行探究，系统讨论了不同环境条件对光解过程的影响.1材料与方法1.1材料和样品采集阿巴卡韦、恩曲他滨、齐多夫定、氯化钠、溴化钠、碘化钠、硝酸钠、碳酸氢钠、硫酸铵，购自上海迈瑞尔生化科技有限公司，纯度均大于 99%；甲醇和吡啶，分别购自天津凯马特化工科技有限公司和天津元立化工有限公司，纯度均为分析纯级；三乙烯二胺和异丙醇，购自北京安耐吉化学试剂，纯度大于 99%；山梨酸和对硝基苯甲醚，分别购自北京陆桥技术股份有限公司和上海 TCI 有限公司，纯度大于99%；糠醇，购自阿达玛斯有限公司，纯度大于 99%；玫瑰红（Rose Bengal，RB），购自美国 Sigma 有限公司；阿特拉津，购自北京索莱宝有限公司；苏万尼河黄腐酸标准品（SRFA）和密西西比河上游天然有机质标准品（UMNOM），购自国际腐殖酸协会.淡水样品采集自天津海河永乐桥附近水域；海水样品采集自天津渤海湾附近海域；超纯水由美国 Pall公司生产的 MilliQ-water 超纯水机制备.水样的盐度、pH 值、总有机碳（TOC），以及 NO3-、NO2-、NH4+、CO32-、HCO3-、Cl-、SO42-的浓度如表 1 所示.采集的样品经 0.45 m 玻璃纤维滤膜过滤后储存在-18 的冰箱中，直到实验结束，光解实验之前对水样进行灭菌处理.1.2光解实验利用紫外分光光度计（UV-2600i，日本岛津）测量阿巴卡韦、恩曲他滨和齐多夫定的吸收光谱；利用XPA-7 旋转式光反应器（中国胥江机电厂）进行光解实验.将 290 nm 截止滤光片围绕的水冷的 500 W 汞灯作为光源，光源辐射光谱由胥江机电厂提供，主要辐射波长包括 365、366 和 546.1 nm.分别用超纯水、淡水和海水稀释储备溶液（300 mg/mL）来制备阿巴卡韦、恩曲他滨和齐多夫定的光解反应溶液（20 mol/L）.直接光解的一级速率表达式为：-dCdt=kC（1）式中：C 为抗病毒药物的浓度，mol/L；k为波长 下抗病毒药物的降解速率，h-1；为波长 下抗病毒药物的量子产率.是一个用于衡量化学品量子利用效率的参数，抗病毒药物的量子产率：c=kca，Ikac，Ia（2）式中：a为二元露光剂（吡啶/对硝基苯甲醚）的量子产率；kc和 ka分别为抗病毒药物和二元露光剂的直接光解速率，h-1；c，和 a，分别为抗病毒药物和二元露表 1淡水、海水水质参数Tab.1Parameters of freshwater and seawater参数淡水海水TOC/（mg L-1）4.200003.50pH 值7.800008.30盐度0.100003.50Cl-浓度/（mmol L-1）0.260520.83NO3-浓度/（mmol L-1）0.080NDSO42-浓度/（mmol L-1）0.300023.72NH4+浓度/（mmol L-1）0.660NDNO2-浓度/（mmol L-1）0.003000.21CO32-浓度/（mmol L-1）0.090000.06HCO3-浓度/（mmol L-1）2.210002.6316第 43 卷第 1 期光剂在波长 处的摩尔吸光系数，L/（mol cm）；I是波长 处的太阳辐照度，W/m2.黑暗对照组在相同条件下重复，所有实验设置3 次重复.通过高效液相色谱仪（1200 Series，安捷伦科技（中国）有限公司）对所有样品进行定量分析，参数如表 2 所示.表 2 中，流动相比例