CN109839454A - 农用抗生素在土壤颗粒气-液-固三相界面降解规律的研究方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种农用抗生素在土壤颗粒气‑液‑固三相界面降解规律的研究方法，主要步骤是：首先进行土壤预处理；其次是农用抗生素与灭菌土壤颗粒混合于棕色玻璃瓶内，用缓冲液调节体系pH恒定；然后形成稳定的气‑液‑固三相界面区；设置对照组，盖紧棕色玻璃瓶瓶盖，同时置于人工气候培养箱内；最后，蒸发后，形成气‑液‑固三相界面区，按照设定时间向反应体系投加提取液，将吸附在土壤上的农用抗生素回收并用高效液相色谱定量分析，从而研究农用抗生素的在土壤颗粒气‑液‑固三相界面区的降解规律。本发明通过蒸发过程控制反应体系含水量，构建气‑液‑固三相界面区，模拟土壤包气带的真实状态，更具有指导意义。

Description

农用抗生素在土壤颗粒气-液-固三相界面降解规律的研究 方法

技术领域

本发明属于环境化学领域，具体涉及一种土壤颗粒气-液-固三相界面区的构建方法，能够用于研究农用抗生素在土壤包气带的降解规律。

背景技术

抗生素是治疗传染性疾病的有效药物，数十年来被广泛应用于人类和动物的治疗，目前，作为人类或兽用药物的抗生素已超过250种。我国是抗生素销售和使用量最大的国家，使用后的抗生素可直接或间接进入土壤环境中，可能会对人类和其他生物产生严重、慢性的毒害作用。包气带是大气水、地表水同地下水进行水分交换的地带，也是地表污染物进入地下水的通道，是有机污染物在环境中的“集散地”。由于包气带是岩土颗粒、水、空气三者同时存在的一个复杂系统，对于污染物在土壤颗粒三相区域降解规律的研究至关重要。

关于“三相界面区”的研究主要集中在电化学和腐蚀领域，三相界面区指气-液-固三相交界线区域内0-100μm液膜厚度范围内的液相反应区域。三相界面区的物化性质显著区别于均相或两相介质，有机污染物在三相界面区的转化规律可能完全不同于均相或两相体系。

目前，关于农用抗生素在土壤包气带中迁移转化的研究虽然很多，但大多研究将土壤作为均相或者两相体系，这与土壤包气带的实际物理化学状态相差很大。因此，本发明提出一种土壤颗粒“气-液-固”三相界面区的构建方法，能够用于研究农用抗生素等有机污染物在土壤包气带三相环境中的降解规律。

发明内容

本发明的目的克服现有技术的不足，提供一种土壤颗粒气-液-固三相界面区的构建方法，通过建立气-液-固三相界面，模拟土壤包气带的三相共存状态，研究农用抗生素等有机污染物在真实环境中可能的降解规律和机理。

本发明的技术方案是：农用抗生素在土壤颗粒气-液-固三相界面降解规律的研究方法，包括如下步骤：

1)土壤预处理：将土壤颗粒研磨过筛，高压蒸汽灭菌121℃、45min，三次，时间间隔为24 小时，烘干待用；

2)将农用抗生素与灭菌土壤颗粒混合于棕色玻璃瓶内，用缓冲液调节体系pH恒定；

3)形成稳定的气-液-固三相界面区：将棕色玻璃瓶置于人工气候培养箱中，敞开瓶盖，通过调节恒温箱湿度，模拟自然蒸发过程并降低至土壤含水量1.0(g/g)，维持恒定；

4)设置对照组：实验条件同步骤2)，盖紧棕色玻璃瓶瓶盖，同时置于人工气候培养箱内；

5)蒸发后，形成气-液-固三相界面区，按照设定时间向反应体系投加提取液，将吸附在土壤上的农用抗生素回收并用高效液相色谱定量分析，从而研究农用抗生素的在土壤颗粒气- 液-固三相界面区的降解规律。

本发明所述步骤5)中提取液为0.1M NaOH:甲醇(1:1)。

本发明所述步骤2)中缓冲液调节体系为醋酸盐缓冲液调节体系。

本发明所述步骤2)中缓冲液调节体系pH为4或6。

本发明所述步骤3)调节恒温箱湿度为34％。

有益效果

1、本发明通过蒸发过程控制反应体系含水量，构建气-液-固三相界面区，模拟土壤包气带的真实状态，更具有指导意义。

2、本发明提出了研究农用抗生素在气-液-固三相界面区的降解规律的实验方法，通过对比抗生素两相和三相体系的降解规律，说明目前广泛采用的均相或者两相体系与实际土壤环境有较大差异。

附图说明

图1本发明蒸发过程中含水量随时间的变化；

图2本发明中SMX在土壤颗粒I不同体系的降解情况：(a)pH＝4；(b)pH＝6；

图3本发明中SMX在土壤颗粒II不同体系的降解情况：(a)pH＝4；(b)pH＝6。

具体实施方式

下面通过具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。本发明的实施例是为了更好地使本领域的技术人员更好地理解本发明，并不对本发明作任何的限制。

本实施例选取磺胺甲恶唑(SMX)作为所研究的农用抗生素，所用土壤颗粒为砂质土，取自泰山西南坡。

一种农用抗生素在土壤颗粒气-液-固三相界面降解规律的研究方法，具体步骤如下：

首先，土壤预处理：将土壤颗粒研磨过筛并分为两组：

土壤颗粒I(小于20目)；土壤颗粒II(10-20目)；

高压蒸汽灭菌(121℃、45min)三次，时间间隔为24小时，烘干待用；

其次，将2mL、20μM SMX与0.02g灭菌土壤颗粒混合于棕色玻璃瓶内，用醋酸盐缓冲液调节体系pH为4或6，添加0.01M NaCl用以维持离子强度；

然后，将棕色玻璃瓶置于人工气候培养箱(恒温恒湿装置)中，敞开瓶盖，反应条件设置为：温度25℃、湿度34％、无光照。模拟自然蒸发过程并测定体系含水量(图1)，所设湿度(34％)下，蒸发1天即可将体系水/土质量比降低至4.3(g/g)，2天后将水/土质量比降低至；

再次，设置对照组：步骤(2)相同的实验条件，盖紧棕色玻璃瓶瓶盖，同时置于人工气候培养箱内；

最后，设置多组平行体系(棕色玻璃瓶)，每隔3天(能够形成稳定的气-液-固三相界面区)取两个相同的实验体系并添加5mL提取液，置于恒温摇床，室温下震荡5min，转速为200rpm。

本发明中采用的提取液为0.1M NaOH:甲醇(1:1)，为计算SMX回收率，添加磺胺二甲氧嘧啶(SDM)作为内标物质以提高实验准确性。

对照组与实验组做相同处理，重复步骤(5)；

采用HPLC分离提取后的SMX与SDM混合液，并对二者进行定量分析，分析方法为：流动相A：0.1％磷酸，流动性B：纯甲醇，梯度洗脱，流速1mL/min，RX-C18色谱柱，检测波长为220nm和254nm；

结果如下：

图1为本发明蒸发过程中含水量随时间的变化，所设湿度(34％)下，蒸发1天即可将体系水/土质量比降低至4.3(g/g)，2天后将水/土质量比降低至1.0(g/g)并维持恒定。

图2、图3分别为本发明中SMX在土壤颗粒I、土壤颗粒II的不同体系中的降解情况，结果表明在实施方案所设的两种pH(4、6)下，蒸发实验组(形成“气-液-固”三相界面区) 中SMX的降解速率均快于对照组(代表“液-固”两相体系)。

应当理解的是，这里所讨论的实施方案及实例只是为了说明，对本领域技术人员来说，可以加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.农用抗生素在土壤颗粒气-液-固三相界面降解规律的研究方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)土壤预处理：将土壤颗粒研磨过筛，高压蒸汽灭菌121℃、45min，三次，时间间隔为24小时，烘干待用；

2)将农用抗生素与灭菌土壤颗粒混合于棕色玻璃瓶内，用缓冲液调节体系pH恒定；

3)形成稳定的气-液-固三相界面区：将棕色玻璃瓶置于人工气候培养箱中，敞开瓶盖，通过调节恒温箱湿度，模拟自然蒸发过程并降低至土壤含水量1.0(g/g)，维持恒定；

4)设置对照组：实验条件同步骤2)，盖紧棕色玻璃瓶瓶盖，同时置于人工气候培养箱内；

5)蒸发后，形成气-液-固三相界面区，按照设定时间向反应体系投加提取液，将吸附在土壤上的农用抗生素回收并用高效液相色谱定量分析，从而研究农用抗生素的在土壤颗粒气-液-固三相界面区的降解规律。

2.根据权利要求1所述的农用抗生素在土壤颗粒气-液-固三相界面降解规律的研究方法，其特征在于，所述步骤5)中提取液为0.1M NaOH:甲醇(1:1) 。

3.根据权利要求1所述的农用抗生素在土壤颗粒气-液-固三相界面降解规律的研究方法，其特征在于，所述步骤2)中缓冲液调节体系为醋酸盐缓冲液调节体系。

4.根据权利要求1所述的农用抗生素在土壤颗粒气-液-固三相界面降解规律的研究方法，其特征在于，所述步骤2)中缓冲液调节体系pH为4或6。

5.根据权利要求1所述的农用抗生素在土壤颗粒气-液-固三相界面降解规律的研究方法，其特征在于，所述步骤3)调节恒温箱湿度为34％。