水環(huán)境中萘普生共存物競爭光降解研究

李金霞，馮 帆，馬驍瑋，張 婷，陳懷俠

（1.湖北大學化學化工學院，湖北武漢430062；2.德州科技職業(yè)學院，山東德州251200）

水環(huán)境中萘普生共存物競爭光降解研究

李金霞1,2，馮 帆1，馬驍瑋1，張 婷1，陳懷俠1

（1.湖北大學化學化工學院，湖北武漢430062；2.德州科技職業(yè)學院，山東德州251200）

環(huán)境水樣中污染物種類繁多，共存物自然轉(zhuǎn)化相互競爭影響.通過優(yōu)化色譜分離分析條件，建立萘普生色譜分析方法，考察各類共存物對萘普生自然光降解的影響.以呋喃唑酮為紫外吸收重疊共存物考察其對萘普生自然光降解的影響.實驗結(jié)果顯示，呋喃唑酮明顯抑制萘普生光降解，說明具有紫外吸收重疊的共存物會發(fā)生競爭光降解.此外，分別選取了具有與萘普生260 nm處紫外吸收重疊的雙氯芬酸鈉、酮洛芬、吲哚美辛、依洛沙星和紫外吸收不重疊的布洛芬、甲硝唑作為共存物，考察其對萘普生自然光降解的影響規(guī)律.結(jié)果表明，具有不同結(jié)構(gòu)及紫外吸收特征的化合物對萘普生自然光降解的影響不同，這些共存物和萘普生之間紫外吸收的重疊程度及吸收強度決定了共存物對萘普生自然光降解的抑制作用程度，抑制作用隨紫外重疊的增加而增加.這種共存物及紫外吸收特征和其對萘普生的自然光降解抑制作用關(guān)系的競爭降解規(guī)律，是萘普生自然歸趨研究的重要依據(jù).①

萘普生；共存物；競爭光降解

0 引言

藥物及個人護理品（pharmaceutical and personal care products，PPCPs）微污染物種類繁多，應用廣泛且環(huán)境污染“假”持久性，使得PPCPs環(huán)境介質(zhì)多組分共存.Zaharie［1］在羅馬尼亞河流中同時檢出15種PPCPs，質(zhì)量濃度范圍為30 ng/L～10 μg/L，Hamscher［2］、Petrovic［3］和Boxall［4］在各種環(huán)境樣品中發(fā)現(xiàn)PPCPs多組分共存性.

萘普生（Naproxen，NPX）是一種解熱鎮(zhèn)痛非甾體消炎藥，化學名為(+)-2-甲基-6-甲氧基-2-萘乙酸.藥代動力學研究發(fā)現(xiàn)，該藥物經(jīng)人體代謝后約95%隨代謝物排放到環(huán)境中，因此在環(huán)境中的殘留量較高.文獻［5-6］表明萘普生在意大利河流中的平均值為2.5 μg/L，其降解產(chǎn)物也被檢出.

目前，對環(huán)境中萘普生的去除研究主要有高級氧化［7］、自然光降解［8-9］、土壤降解等［10］，這些研究主要針對高濃度的單一化合物.Cleuvers研究了環(huán)境中4種非甾體消炎共存時的生態(tài)毒性，發(fā)現(xiàn)與單一的化合物相比表現(xiàn)出的生態(tài)毒性更復雜［11］.因此，在評估藥物在環(huán)境中的降解時，有必要考慮共存藥物是否會對目標化合物的光降解產(chǎn)生影響.

本文中首次系統(tǒng)研究了共存藥物對萘普生自然光降解的影響，以共存物的紫外吸收及分子結(jié)構(gòu)特征為主線選取了一系列檢出率及檢出濃度較高的共存類似物及非類似物，研究了共存藥物種類對萘普生自然光降解的影響，并初步探討了其影響因素和規(guī)律.

1 實驗部分

1.1 儀器及工作條件Dionex ultimate 3000 HPLC儀（Dionex公司）；Chromeleon色譜管理軟件，手動進樣器配有20.0 μL定量環(huán)；Sepax C18色譜柱（5 μm，4.6 mm×250 mm），配有相同材料的預柱（Agilent）；流動相為甲醇-0.1%磷酸（75∶25，體積比）；柱溫為35℃；檢測波長為230 nm；Milli-Q超純水機（北京歷元電子儀器有限公司）；WH-3微型旋渦混合儀（上海滬西分析儀器廠）；DZF-6021型真空干燥箱（上海一恒科學儀器有限公司）；超聲儀（Branson）；紫外分光光度計（UV2300，上海天美公司）.

1.2 試劑及標準溶液萘普生、布洛芬、吲哚美辛、甲硝唑、依洛沙星、呋喃唑酮、酮洛芬和雙氯芬酸鈉（98%以上，中國生物藥品制品檢驗所）；甲醇和乙腈（色譜純，Tedia）；過膜超純水.標準儲備液均是用過膜超純水配制所需濃度的化合物水溶液，4℃冷藏儲存.

1.3 水解實驗用過膜超純水將萘普生儲備液稀釋為1 μmol/L標準溶液，室溫避光進行水解實驗，一式3份，每隔一天取樣，HPLC檢測溶液中萘普生殘留量.共持續(xù)15 d.

光解和光量子產(chǎn)率實驗中，相同條件下同時進行暗對照實驗，消除水解及其他因素的影響.暗對照中，試管用鋁箔包裹.文中所列降解數(shù)據(jù)均已扣除暗對照.

1.5 數(shù)據(jù)處理本文中選取一級反應動力學模型處理光降解數(shù)據(jù)，得到光解速率常數(shù)（相關(guān)系數(shù)r2＞0.95）和半衰期t1/2：

其中：c0：初始濃度；c：t時目標化合物的濃度；t：時間；k：反應速率常數(shù).

2 結(jié)果討論

2.1 色譜條件的優(yōu)化及定量分析方法以萘普生與其光降解產(chǎn)物的分離度為評價指標優(yōu)化色譜條件.流動相為甲醇-0.1%磷酸（75∶25，體積比），柱溫為35℃，檢測波長為230 nm時，萘普生與其降解產(chǎn)物具有較高分離度，如圖1萘普生定量分析方法見表1.

2.2 水解實驗及光量子產(chǎn)率的測定水解實驗中，避光保存15 d后，測得純水中萘普生的減少量均小于3%，這說明萘普生的水解可以忽略不計.光量子產(chǎn)率也稱為表觀量子產(chǎn)率，本實驗條件下測得萘普生的平均光量子產(chǎn)率為0.143±0.001.

圖1 萘普生光照前（1）、光照150 min（2）和光照210 min（3）的HPLC圖

2.3 紫外吸收重疊共存物對萘普生光降解的影響選擇和萘普生紫外吸收有重疊的呋喃唑酮（FZD）、酮洛芬（KPF）、吲哚美辛（IDM）、雙氯芬酸鈉（DS）和依洛沙星（ENO）為共存物，探究共存物對萘普生光降解的影響規(guī)律.共存物分子結(jié)構(gòu)式及紫外吸收光譜分別見表2和圖2.

呋喃唑酮最大吸收波長為360 nm，次吸收峰值260 nm，與萘普生混合光降解見圖3，動力學參數(shù)見表3.可見，呋喃唑酮共存時萘普生光降解符合一級動力學方程，ln(c/c0)對t線性擬合，R2大于0.95.呋喃唑酮的存在抑制萘普生光降解.當呋喃唑酮濃度增加時，光降解速率降低，半衰期從43.32 min增加到48.01 min，競爭降解增強，這可能是由于呋喃唑酮260 nm的紫外吸收峰與萘普生260 nm的吸收峰重疊，造成屏蔽效應，抑制了萘普生的光降解.Doll［13］等研究了氯鋇酸對卡馬西平光降解的影響，發(fā)現(xiàn)氯鋇酸的存在相當于濾波器的作用，抑制卡馬西平的光降解，和本實驗結(jié)論相同.

表1 萘普生的HPLC定量分析方法考察

表2 萘普生及共存物結(jié)構(gòu)示意圖

雙氯芬酸鈉與同濃度的萘普生共存時，對萘普生光降解具有抑制作用，降解速率由1.601×10-2min-1降低到1.220×10-2min-1.這可能是由于雙氯芬酸鈉最大吸收波長為275 nm與萘普生次吸收峰有重疊，也可能是由于雙氯芬酸鈉結(jié)構(gòu)較復雜，光降解產(chǎn)物較多，活性中間體抑制萘普生的光降解，或者產(chǎn)生的活性中間體繼續(xù)光降解，和萘普生競爭光子.與萘普生單獨光降解時相比，添加同濃度的吲哚美辛后，光降解速率降低至1.309×10-2min-1，這是由吲哚美辛的最大吸收波長為268 nm，和萘普生的次吸收峰260 nm有部分重疊引起的，其抑制作用與呋喃唑酮相比較弱，是因為呋喃唑酮與萘普生紫外重疊較多，且同波段范圍內(nèi)摩爾吸光系數(shù)大于吲哚美辛.同濃度的酮洛芬、依諾沙星存在時，萘普生的光降解速率分別為1.570×10-2min-1、1.595×10-2min-1.酮洛芬和依諾沙星的最大吸收波長分別為258 nm和270 nm，其紫外吸收和萘普生的次吸收峰重疊較多，但和萘普生的主吸收峰重疊較少，所以，兩者對萘普生光降解存在一定的抑制作用，相對來說，這種影響稍弱，這可能是兩者吸收光子產(chǎn)生活性中間體，又促進萘普生光降解.

圖2 萘普生及共存物的紫外吸收光譜

圖3 不同濃度呋喃唑酮共存時萘普生的光降解

表3 不同濃度呋喃唑酮共存時萘普生的光降解動力學參數(shù)

2.4 紫外吸收不重疊共存物對萘普生光降解的影響本實驗選用布洛芬（IPF）和甲硝唑（MET）為對象，考察紫外吸收不重疊共存物對萘普生光降解影響，兩者的紫外吸收光譜見圖2.不同濃度布洛芬共存時，萘普生的光降解見圖4，動力學參數(shù)如表4所示.可見，布洛芬共存時萘普生光降解依然符合一級動力學方程，ln(c/c0)對t線性擬合，R2值大于0.95.布洛芬和萘普生濃度相同時，萘普生的光降解速率變化不大，這說明布洛芬的存在對萘普生光降解抑制作用很弱，且濃度改變時影響均不大.這可能是由于布洛芬的最大吸收波長為217 nm，與萘普生吸收幾乎無重疊，屏蔽作用較小.

當添加同濃度甲硝唑時，萘普生的光降解速率為1.590×10-2min-1，與萘普生單獨光降解速率1.601× 10-2min-1相比無明顯變化，這可能是由于甲硝唑和萘普生分子結(jié)構(gòu)差別較大，且甲硝唑320 nm處的吸收與萘普生的吸收沒有重疊.可見，紫外吸收不重疊的共存物對萘普生水體光降解影響較小.圖5為不同藥物存在下萘普生光解速率對比圖.可見，有紫外吸收重疊的共存物對萘普生的光降解均有影響，吸收不重疊的共存物幾乎沒有影響.Wu［16］等研究了自然光照下共存物對甲硝唑的競爭降解，也得出了相似的結(jié)論.

圖4 不同濃度布洛芬共存時萘普生的光降解

圖5 萘普生（1 μmol/L）在不同藥物共存下的光降解常數(shù)

表4 不同濃度布洛芬共存時萘普生的光降解動力學參數(shù)

3 結(jié)論

共存物的存在都有可能影響萘普生的光降解，凡紫外吸收重疊的共存物因其屏蔽效應而抑制萘普生的光降解，存在競爭光降解，主次吸收峰重疊的程度決定了抑制的程度，除酮洛芬外，紫外重疊越多抑制作用越明顯.共存物的濃度越大，對奈普生的光降解抑制作用越明顯.由于共存物對目標化合物的影響機理復雜，較難預測，在對PPCPs污染物自然降解轉(zhuǎn)化研究中應予以重視.

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（責任編輯 胡小洋）

Competition for light degradation of naproxen and its coexists

LI Jinxia1,2，F(xiàn)ENG Fan1，MA Xiaowei1，ZHANG Ting1，CHEN Huaixia1
(1.School of Chemistry and Chemical Engineering，Hubei University，Wuhan 430062，China；2.Technological Vocational College of Dezhou，Dezhou 251200，China)

The effect of coexisting compounds on the fate of pharmaceuticals under solar irradiation was investigated.Furazolidone with familiar absorption spectrum to NPX was employed to study the effect of photodegradation.The experimental results indicated that the presence of coexisting compounds with familisr absorption spectrum to NPX could produce obvious effect on the photodegradation of NPX.Besides，the overlapping absorption spectrum to NPX of 260 nm such as diclofenac sodium，ketoprofen，indometacin，enoxacin and the non-overlapping absorption spectrum ibuprofen and metronidazole were selected to investigate the mechanism of effect.The results showed that the effect depended on the degree of overlapping absorption spectrum between NPX and the coexisting pharmaceuticals.The relationship between the degree of the influence and the ultraviolet absorption spectra of coexisting pharmaceuticals found in this study could give an example in assessing the fate of pharmaceuticals in environmental water.

naproxen；coexists；competition for light degradation

O655

A

10.3969.j.issn.1000-2375.2015.05.003

1000-2375（2015）05-0415-05

2014-12-05

國家自然科學基金（2009CDB364）資助

李金霞（1974-），女，講師；陳懷俠，通信作者，教授，E-mail:hxch@hubu.edu.cn