转化产物、混合物与载体导论

《Environmental Science: Processes and Impacts》：Introduction to transformation products, mixtures, and vectorsFree

　　

许多化学物质在全球市场和环境中的身份和效应尚未得到充分了解。化学物质通常以复杂混合物形式存在，其中一些可能产生潜在有害的转化产物（TPs）。混合物可能比混合物中的已知组分构成更大的风险，而持久性终点转化产物（dead-end TPs）可能累积，例如三氟乙酸（TFA）的情况。因此，应对化学混合物及其转化产物是环境化学、环境科学、法规和生态毒理学中的一个关键前沿。本专题合集突出了关于被忽视的污染源、转化产物（TPs）发生和形成的新贡献，以及关于化学混合物在生物系统中命运和效应的新见解。通过这篇社论，研究人员强调了该合集出版物中的总体趋势，从当前关注的核心关键材料和物质类别，到凸显新出现的挑战。本专题合集还强调了需要制定评估化学混合物的策略，这些策略应涵盖整个化学生命周期中由环境产生的转化产物（TPs）。理想情况下，此类策略将为“安全可持续设计”（Safe-and-sustainable-by-design）的化学物质提供信息。如果不可能，则应选择并设计“可处理设计”（treatable-by-design）的化学物质，以确保化学物质及其转化产物（TPs）易于去除，例如必要时从水中去除。

本论文解读基于《Environmental Science: Processes & Impacts》期刊上发表的社论《Introduction to transformation products, mixtures, and vectors》。该社论作为专题合集引言，旨在探讨化学混合物及其转化产物（TPs）这一环境科学前沿领域。

**研究背景与问题**
当前，全球市场及环境中大量化学物质的特性与效应认知不足。化学物质通常以复杂混合物形式存在，部分可生成潜在有害的转化产物（TPs）。混合物风险可能大于其已知组分，且持久性终点转化产物（dead-end TPs）会在环境中累积，如三氟乙酸（TFA）。因此，应对化学混合物及其转化产物（TPs）成为环境化学、环境科学、法规及生态毒理学中的关键前沿。现有研究多聚焦于单一化合物，忽视混合物及转化产物（TPs）的复杂交互作用，导致风险评估不全面。亟需开发涵盖化学物质全生命周期中环境转化产物（TPs）的评估策略，以支持“安全可持续设计”（Safe-and-sustainable-by-design）或“可处理设计”（treatable-by-design）的化学物质开发。

**研究内容与结论**
研究人员通过本专题合集，汇集了关于被忽视污染源、转化产物（TPs）发生与形成，以及化学混合物在生物系统中命运与效应的新见解。主要结论包括：全氟和多氟烷基物质（PFASs）的混合物与转化产物（TPs）仍是领域内重大挑战，需超越单一化合物监测方法；塑料、聚合物、树脂和橡胶的降解产物（如纳米/微塑料及转化产物（TPs））是另一前沿，关注点转向可浸出添加剂，特别是橡胶材料，轮胎与道路磨损颗粒是重要扩散源；转化产物（TPs）可经由环境过程及修复副产物形成，如紫外光降解塑料、氯消毒、油膜成分、蓝藻次生代谢产物混合物及海洋防污剂浸出等；吸附与局部反应中间体（如活性氧物种）是转化关键因素；转化产物（TPs）毒性可能保持或变化，持久性三嗪和三唑亚结构可产生更持久、更易迁移且毒性更强的终点转化产物；建立评估化学混合物及转化产物（TPs）的通用指南面临挑战，但已有研究提出新方法，如基于BPA当量（BPA-equivalents）评估混合物毒性及替代，以及基于生物转化半衰期分析生物放大因子，机器学习模型有望预测未知化学物质的不良结局。

**主要技术方法**
研究人员在专题合集中涉及的主要技术方法包括：基于氧化流动反应器（oxidation flow reactor）与质子转移反应飞行时间质谱（PTR-TOF-MS）研究大气转化路径；采用高分辨质谱（HRMS）进行非靶向筛查（suspect screening）以识别转化产物（TPs）及持久性亚结构；应用机器学习驱动的定量结构-活性关系（QSAR）模型预测代谢机制与甲状腺激素干扰效应；引入BPA当量（BPA-equivalents）概念评估混合物毒性及替代策略；利用生物转化半衰期（biotransformation half-lives）临界值评估空气呼吸野生动物的食物链生物累积与生物放大；通过紫外光降解、氯消毒等模拟实验研究微塑料的降解与溶解有机质释放；借助表面吸附与局部反应中间体（如溶解有机质疏水微域中的反应）分析转化机制；采用同位素标记与质谱联用技术追踪电子烟液中尼古丁氧化产物。样本来源包括人工草地赛场、城市冰场、农业生态系统中蓝藻水华湖泊等。

**研究结果**
1. **PFASs的混合物与转化产物**：研究人员通过氟调聚羧酸（fluorotelomer carboxylic acids, FTCAs）的碱促进转化、工程水系统中全氟烷基酸（PFAAs）前体物排放及4:2氟调聚醇（4:2 fluorotelomer alcohol, 4:2 FTOH）的大气归趋研究，揭示了PFASs（全氟和多氟烷基物质）需超越单一化合物监测方法，以开发更准确的归趋评估与管理策略。
2. **塑料与橡胶的转化产物**：研究人员通过橡胶衍生化合物稳定性研究、轮胎与道路磨损颗粒长期田间老化、人工草地作为金属和轮胎衍生污染物点源、攀岩鞋磨损及冰场废水中微塑料与塑料相关化学品（PMT物质）的共污染，证明了橡胶添加剂是重要关注点，且需针对具体情境制定管理策略，如源头控制。
3. **转化产物形成机制**：研究人员通过紫外光降解微塑料、氯消毒促进生物降解微塑料转化为纳米塑料和溶解有机碳、防污涂料在模拟寒冷气候中释放微塑料和金属、蓝藻次生代谢产物混合物时空变化、溶解有机质中UV-328（一种紫外吸收剂）的加速间接光解、气相中活性氧物种驱动农药及电子烟成分转化、δ-MnO₂介导的氟苯尼考低温转化、Cr(VI)（六价铬）在复杂混合物中的异相反应释放与固定，表明转化产物（TPs）形成受环境条件及修复中间体控制，吸附与局部反应中间体至关重要。
4. **转化产物毒性**：研究人员通过佳乐麝香（galaxolide）及其光转化产物佳乐麝香内酯（galaxolide lactone）在大型蚤（Daphnia magna）中的比较毒性，以及持久性三嗪和三唑亚结构在斑马鱼胚胎中的识别，发现转化产物（TPs）毒性可比拟或高于母体，持久性亚结构可导致终点转化产物在环境中累积。
5. **评估方法与未来方向**：研究人员通过引入BPA当量（BPA-equivalents）评估混合物毒性及替代，以及基于生物转化半衰期临界值分析空气呼吸野生动物的生物放大因子，提出了新型评估方法。机器学习驱动的QSAR模型（定量结构-活性关系模型）在预测甲状腺激素干扰效应中显示出潜力，为未知化学物质的不良结局预测提供了新途径。

**总结与讨论**
社论总结指出，本专题合集仅是更好地管理化学混合物及转化产物（TPs）的拼图之一。在所有强调的领域，预计未来几年将有大量探索、创新和进展。研究人员感谢众多为混合物及转化产物（TPs）专刊做出贡献的参与者，并期待与所有人共同解开混合物及终点转化产物（dead-end TPs）未知且累积风险的复杂世界。研究结论强调，需制定涵盖化学物质全生命周期中环境转化产物（TPs）的评估策略，推动“安全可持续设计”或“可处理设计”化学物质，并特别关注PFASs（全氟和多氟烷基物质）和塑料橡胶添加剂等难以降解的混合物与转化产物（TPs）。