冰相光化学驱动抗生素亲疏水性依赖的差异性光降解：冻结浓缩效应与溶解性有机质相互作用调控动力学、路径及毒性演化

针对寒冷地区冰封期抗生素环境行为不明的问题，研究人员通过模拟实验揭示了溶解性有机质(DOM)在冰/水体系中对抗生素光降解的双重作用机制。研究发现冻结浓缩效应使亲水性抗生素(如SMZ、OTC)在冰中降解加速，而疏水性抗生素(如CIP、NOR)则因溶剂笼效应在水中更易降解。DOM通过富集腐殖质类物质促进冰中单线态氧(1O2)生成(贡献率达77.1%)，同时通过蛋白类物质淬灭激发态抑制疏水抗生素降解。该研究为寒区水体抗生素风险评估提供了新视角。

　　

在寒冷地区漫长的冰封期，河流表面形成的冰层如同一个巨大的"光学反应器"，其中隐藏着不为人知的污染物转化秘密。抗生素作为新兴环境污染物，在冰水共存体系中的归趋一直存在科学谜题：为什么监测数据显示冰封期抗生素浓度并未如预期般飙升？传统认知中，低温会抑制微生物降解和污染物扩散，但中国东北松辽盆地等寒区水体的实际情况却与此相悖。这个矛盾暗示着可能存在被忽视的低温光化学过程，而溶解性有机质(DOM)这个"环境光敏剂"在冰相中的特殊行为更让问题复杂化。

东北师范大学的研究团队在《Water Research》发表的研究，首次系统揭示了抗生素亲疏水性如何通过冻结浓缩效应与DOM组分相互作用，在冰水体系中产生截然不同的光化学命运。研究选取松花江和辽河提取的DOM(SRDOM/LRDOM)，结合五种典型抗生素（亲水性的磺胺甲恶唑SMZ、土霉素OTC、左氧氟沙星LFX；疏水性的环丙沙星CIP和诺氟沙星NOR），通过模拟日光实验解开了这个环境光化学的"冰水二重奏"之谜。

研究采用固相萃取提取天然DOM，结合三维荧光光谱解析组分特征；通过LC-MS/MS追踪抗生素降解动力学；运用探针化合物量化活性物种(如¹O₂、³DOM*、•OH)的贡献；结合发光细菌毒性测试评估降解产物的生态风险。

【直接光解】小标题下的研究发现：冰中亲水抗生素的降解速率常数(k_obs-ice)显著高于水体(k_obs-water)，SMZ在冰中降解加快3.2倍，归因于冰的液态类似区(LLRs)冻结浓缩效应增强光吸收；而疏水抗生素CIP和NOR则因溶剂笼效应在水中降解更快。

【DOM影响】部分揭示：DOM通过"分子分选"产生冰特异性效应——腐殖质类物质在LLRs中富集，使SMZ的¹O₂氧化贡献提升至77.1%；蛋白类物质则通过能量转移淬灭疏水抗生素的激发态。

【毒性演化】部分显示：DOM诱导的冰相特异氧化路径显著改变毒性特征，如SMZ降解产物对费氏弧菌的抑制率呈现"先升后降"的复杂趋势，这与水相中的单调下降形成鲜明对比。

这项研究建立了"亲疏水性-分布特征-活性物种-降解路径-毒性演化"的寒区抗生素环境行为新框架，证实冰封期并非污染物转化的"休眠期"，而是具有独特光化学活性的关键时期。发现DOM在冰水体系中的"双面神"作用机制，为寒区水体抗生素风险评估提供了动态模型。研究结果对理解全球15-20%季节性冰封河流的污染物转化规律具有普适意义，也为寒区水环境管理提供了科学依据——冬季冰层下的光化学过程可能比夏季更剧烈，这彻底改变了传统环境风险评估的时空认知框架。