基于色谱耦合分离技术研究DOM结构与其光化学活性的关联机制

Dissolved organic matter(DOM) is ubiquitous in natural water systems, can interact with coexisted pollutants, and change their environmental behaviors and fate. Upon absorbing sunlight, excited state DOM can produce several reactive oxygen species (ROS), and influence the photochemical transform of other organic pollutants. According to previous studies, DOM with different origin or molecular size demonstrates various photochemical activities. However, the correlations between molecular structure and photochemical properties of DOM still keep poorly elucidated due to the complexity of components and structure of DOM. Comprehensive separation techniques are the key step to explore the photochemical properties of DOM. Use the noval hydrophilic interaction chromatography and ROS characterization techniques for reference，a combination separation procudure applied size exclusion and hydrophilic interaction chromatography will be set up to perform an elaborated separation of natural aquatic DOM. By examining the molecular structure and the photochemical activity, the inherent correlative mechanisms will be revealed. This study has remarkable significance in the assessment of effects of DOM on the photochemical transform of organic pollutants in aquatic environment.

DOM是水环境中普遍存在的一类天然物质，通过分子间相互作用，显著影响共存污染物的环境行为和归趋。光照条件下，激发态DOM可以通过产生各种活性氧物种(ROS)影响水中污染物的光化学行为。前人研究表明，不同来源和分子大小的DOM光化学活性存在显著差异。由于DOM本身组成和结构的复杂性，目前关于DOM分子结构与其光化学活性的关联机制尚不清楚。对DOM中不同结构的组分进行有效的分离是进一步研究其光化学活性的关键。本研究以亲水作用色谱分离为基础，构建分子排阻-亲水作用色谱耦合技术，基于分子大小和分子极性对天然水体中的DOM进行精细分级，采用核磁共振和质谱联用等技术对分级组分进行分子结构表征，采用分子探针、顺磁共振和激光闪光光解等技术测试其光化学活性，研究DOM光化学活性与分子结构的内在关联，揭示DOM产生光化学活性的分子机制。该研究对于评价水体中DOM对污染物光化学转化的影响具有重要意义。

从不同来源DOM的提取和表征（紫外光谱、红外光谱、三维荧光光谱、亲水色谱、高分辨质谱等）入手，考察了其光活性活性，特别是通过分子探针、顺磁共振、激光闪光光解等表征了DOM受光激发下，主要光活性物种（如3DOM*、1O2和•OH）的产生情况，分析了与DOM组成、结构和共存离子的关联，并考察了DOM对环境中受到广泛关注的一系列有机污染物（如抗生素、防晒剂、激素等）光转化的影响。 本课题还考察了卤素离子对磺胺类抗生素光化学行为的影响，发现激发三重态磺胺二甲基嘧啶氧化卤素离子导致磺胺二甲基嘧啶的光致卤化反应，产生氯代和溴代磺胺二甲基嘧啶中间体。本课题的研究成果对于评价DOM对环境中有机污染物光降解及其生态风险具有重要参考价值。