表层水体中典型小分子有机氮的光铵化反应

地表水体中溶解性有机氮(DON)向无机氮的光化学转化是氮循环的重要过程之一。本文以自然水体中典型小分子DON(如氨基酸、核苷酸、尿素等)为对象,通过检测不同条件下的光铵化速率,探究小分子DON的结构、光源及水质条件对其光铵化过程的影响。结果表明:模拟自然光下,含有芳香环结构的氨基酸可以发生不同程度光铵化反应,酪氨酸和色氨酸的光铵化速率最大,6 h转化率可达约50%,而尿素和核苷酸则无明显光铵化反应发生;自然光下,酪氨酸和色氨酸在缓冲液中发生明显光铵化反应,而自然水样中组氨酸和苯丙氨酸也可生成NH4+;可见光波段对DON的光铵化几乎没有贡献,说明DON的光铵化速率受光源与水质组分影响。分子结构也影响DON的光铵化反应,如组氨酸分子中的氮可以完全转化为NH4+,而一个色氨酸分子中则仅有一个氮原子可以发生转化。基于密度泛函理论计算发现,氨基酸光铵化速率与其分子轨道能隙值有较好的负相关性。系列实验表明了水体中DON光化学转化的复杂性,应当在氮循环、水质变化和生态环境的评估中得到重视。