氯苯胺还原脱氯过程中的多元素（C、N、Cl）稳定同位素分馏

《Environmental Science & Technology》：Multi-Element (C, N, Cl) Stable Isotope Fractionation During Reductive Dechlorination of Chloroanilines

　　

摘要

化合物特异性同位素分析方法被广泛用于验证有机污染物的*原位*生物降解情况。氯苯胺是一类难以分解的地下水污染物，已知在环境条件下会发生还原性脱氯反应，但其同位素分馏现象至今尚不明确。本研究利用以*脱卤菌*为主的富集培养物，研究了2,3-二氯苯胺和2-氯苯胺在还原性脱氯过程中的多元素同位素分馏现象。在2,3-二氯苯胺的脱氯过程中，观察到明显的碳（ε_C = ?8.1 ± 0.3‰）和氯（ε_Cl = ?7.5 ± 0.1‰）同位素分馏现象（Λ_C–Cl = 1.12 ± 0.09），而氮的同位素分馏则不太明显（Δδ¹⁵N < 1‰）。同样地，2-氯苯胺在还原性脱氯过程中也出现了ε_C = ?8.9 ± 0.3‰和ε_Cl = ?18.1 ± 0.4‰的同位素分馏现象（Λ_C–Cl = 0.48 ± 0.03），且δ¹⁵N值几乎没有变化。碳和氯所表现出的显著且相近的表观动力学同位素效应表明，这两种反应具有相似的过渡态特征，其反应速率限制步骤均为C–Cl键的断裂。与有氧条件下的2,3-二氯苯胺生物降解所观察到的同位素分馏现象不同，此处观察到的独特同位素模式有助于区分有氧途径和厌氧途径。通过分析受氯苯胺污染的含水层中的地下水样本，我们证明了多元素同位素分析方法能够在氧化还原条件随时间和空间变化的背景下，帮助区分还原性脱氯反应与有氧生物降解反应。