化学基准法研究新型有机污染物抗病毒药物在自然水体中的迁移转化规律

Pharmaceuticals and personal care products (PPCPs), as emerging contaminants, have drawn great attentions during past two decades. Many studies have been conducted on the fate and transport of PPCPs in the aquatic environment, but mostly for antibiotics, anti-inflammatory or analgesic drugs. In contrast, limited studies have been performed for antiviral drugs, which may produce resistance strains of pathogens similar to antibiotics and were predicted to be one of the most toxic drugs. Thus it is urgent to investigate the fate and transport of antiviral drugs in the aquatic environment. In this project, we will measure 12 antiviral drugs and their degradation products in estuarine and inland rivers, their tributaries and effluents from wastewater treatment plants along river banks, aiming to: 1) analyze spatial and temporal distribution and loading sources of antiviral drugs in natural waters; 2) explore the transport and transformation patterns using chemical benchmarking approach and the influences of saline and fresh water environment; 3) characterize the seasonal variation of transport and transformation behavior of antiviral drugs and discuss the influences of environmental factors. The results of this study will provide sound theoretical basis for future risk assessment of antiviral drugs.

药品和个人护理用品（PPCPs）是近二十多年来被广泛关注的一类新型有机污染物。作为PPCPs的一种，抗病毒药物的长期暴露会导致病毒抗药性的产生，并且这类药物被认为是最有害的药物类别之一。由于相关研究案例较少，目前对抗病毒药物在野外水体中的迁移转化规律尚不清楚，化学基准法的提出为此提供了新的研究手段。本项目拟对不同类型自然水体中的抗病毒药物进行分析，以期：1）分析抗病毒药物在水体中的时空分布特征，估算其负载来源；2）采用化学基准法，测定抗病毒药物在水体中的迁移转化特征，结合室内降解实验，探讨不同环境因素对抗病毒药物迁移转化行为的影响，揭示其主控因子。这将为抗病毒药物的风险评估提供重要的理论基础。

由于大量频繁的使用、污水处理措施不完善及对生态系统和人类健康的威胁，PPCPs成为公众广泛关注的一类新型有机污染物。抗病毒药物作为PPCPs的一种，其销量在全球各类医药销售中位列前10位，但是目前对这类药物在水环境中行为的研究仍然缺乏。本项目结合野外采样、控制实验以及量子化学计算，对抗病毒药物等多种PPCPs在水中的降解行为开展研究：1. 对永定新河、天津地区海河及其支流、黄河多断面以及生活污水处理厂出水进行采样，建立了针对17种PPCPs的水样预处理及UHPLC-MS/MS定量分析方法；2. 通过模拟日光实验，研究抗病毒药物在水中的光解过程以及不同环境条件的影响，总体上光解速率阿巴卡韦（ABV）>齐多夫定（ZDV）>恩曲他滨（ETB）>拉米夫定（LMV）>司他夫定（STV），ETB和ZDV均主要进行直接光解，ABV、STV和LMV则主要进行间接光解，其中，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。通过毒性预测，阿巴卡韦为潜在的有害、有毒化合物，齐多夫定为潜在的有害化合物，而恩曲他滨、司他夫定和拉米夫定危害较低，并且除了阿巴卡韦和齐多夫定的个别产物毒性高于母体外，其它抗病毒药物的光降解产物毒性均低于母体毒性。而生物降解速率STV>ETB>ZDV>喷昔洛韦>LMV>替比夫定；3. 氢氯噻嗪中性条件下水解速率最快，通过密度泛函理论计算，水解反应主要通过C-N1键的断裂形成亚胺中间体，为整个反应的速度决定步，然后H2O对亚胺中间体进行亲核进攻以及质子迁移等得到水解产物以及释放甲醛，反应整体活化能为25.6 kcal/mol，与实验结果相接近。该项目对了解抗病毒药物等PPCPs在水环境中的迁移转化规律以及国际及国家进行化学品评估、控制和管理提供一定的数据支持。另外，对鹿特丹公约下危险化学品和废塑料全球跨境转移特征进行了深入研究，更好地了解了全球危险化学品及废塑料的贸易流动和演变，揭示了全球贸易的主导国家以及复杂的贸易伙伴关系，深入探讨了中国废塑料进口禁令给废塑料跨境转移带来的影响，为采取有针对性的应对措施提供参考依据。