基于质谱数据的阿特拉津降解溶液急性毒性研究：高级氧化工艺的实验与计算机模拟方法

为解决法国地下水中残留阿特拉津(ATZ)及其代谢物的污染问题，研究人员采用高压放电(HVED)、高频超声(HFUS)和芬顿氧化三种高级氧化工艺(AOPs)对ATZ进行降解，结合LC-HRMS分析和QSAR模型评估毒性。研究发现HVED和HFUS处理更高效环保，为农药污染治理提供了新思路。

　　

在法国部分地区的地下水中，一种名为阿特拉津(Atrazine, ATZ)的三嗪类除草剂尽管已被禁用20年，却依然阴魂不散。这种顽固的农药分子及其代谢产物持续检出，某些区域的浓度甚至超过欧盟《地下水指令》规定的0.1 μg/L限值。更令人担忧的是，这种污染物正在通过饮用水威胁人类健康——研究显示ATZ不仅是潜在致癌物，还会干扰内分泌系统，导致生殖功能障碍，甚至与不良妊娠结局相关。面对这一环境顽疾，来自法国技术大学(Université de Technologie de Compiègne)的研究团队开展了一项创新研究，他们采用实验与计算机模拟相结合的方法，系统评估了三种高级氧化工艺处理ATZ溶液的效率与毒性，相关成果发表在《Ecotoxicology and Environmental Safety》上。

研究人员采用了高压放电(HVED)、高频超声(HFUS)和芬顿氧化三种技术处理ATZ溶液，通过液相色谱-高分辨质谱(LC-HRMS)鉴定降解产物，结合Daphnia magna急性毒性测试和QSAR模型进行毒性评估。研究特别关注了自来水基质对处理效果的影响，并采用主成分分析(PCA)比较不同处理组的代谢物谱差异。

3.1 水质基质对ATZ降解的定性与定量影响
研究发现HVED处理在去离子水中降解效率显著高于自来水，120分钟处理后残留浓度分别为1.8 mg/L和4.4 mg/L，这归因于自来水中的杂质与ATZ竞争羟基自由基(OH)。PCA分析显示HVED处理在不同水质中产生的代谢物谱存在明显差异，而HFUS处理受基质影响较小。质谱鉴定出8种主要代谢产物，包括羟基阿特拉津(HA)、去乙基阿特拉津(DEA)等，其中HVED主要产生羟基化产物，HFUS则倾向于生成烷基氧化产物。

3.2 含ATZ处理溶液的毒性评估
急性毒性测试显示不同处理溶液的LC₅₀差异显著：芬顿氧化处理的溶液毒性最强(LC₅₀ < 0.1 mg/L)，远高于原始ATZ溶液(LC₅₀=3.3 mg/L)；HFUS处理毒性最低(LC₅₀ >5 mg/L)；HVED处理介于两者之间(1.550<2.5 mg/L)。研究指出芬顿处理的毒性被低估，因为QSAR模型未考虑残留的Fe²⁺和H₂O₂的毒性贡献。

通过整合LC-HRMS数据和QSAR模型预测，研究人员建立了预测复合毒性(Ptox)的计算方法。虽然该方法能有效比较不同处理条件的相对毒性，但也存在局限——无法检测未电离的小分子如H₂O₂，且缺乏定量数据会影响计算精度。值得注意的是，HVED处理中电极材料的溶出(如Ti、Al)可能带来额外毒性风险，这提示需要优化处理设备以减少二次污染。

这项研究不仅证实了HVED和HFUS作为无铁离子参与的物理处理技术在ATZ降解中的优势，更重要的是建立了一套结合实验毒理学和计算机模拟的评估框架。该方法可显著降低生态风险评估的成本和时间，为选择环境友好的水处理工艺提供科学依据。研究结果对实施欧洲绿色协议、保障饮用水安全具有重要实践意义，同时也为其他持久性有机污染物的治理提供了可借鉴的技术路线。未来研究需要进一步优化电极材料、完善毒性预测模型，并拓展到更广泛的水质条件和污染物种类。