冰是水的固态形态,是寒冷地区的重要环境介质,它对污染物的环境行为具有重要的调控作用。光降解是冰中污染物转化的重要途径之一,已有研究多集中关注冰冻圈中持久性有机污染物的光降解行为。抗生素是中高纬度地区季节性冰雪覆盖水体中频繁被检出的受关注的新污染物,其在冰中光降解特征及机制目前仍较少发现报道。本研究选取具有一定环境持久性的四种典型喹诺酮类抗生素为目标抗生素,即环丙沙星、诺氟沙星、氧氟沙星和吡哌酸,其中吡哌酸为前三种抗生素的非含氟结构类似物。通过构建模拟太阳光下典型喹诺酮类抗生素在冰中光降解体系,研究目标抗生素在纯水冰（由仅含喹诺酮类抗生素的超纯水冻结而成的冰相样品）中的光降解特征;通过不同p H对四种喹诺酮类抗生素在纯水冰中光降解的影响,分析不同离子形态喹诺酮类抗生素在冰中的光降解特征,并同时评估光降解产物对大肠杆菌的抗菌活性;选取富里酸作为溶解性有机质（DOM）的代表,探究富里酸对喹诺酮类抗生素在冰中光降解的影响;通过基于密度泛函理论（Density functional theory,DFT）的计算、模型模拟、质谱分析、光谱表征等综合手段,探究四种喹诺酮类抗生素在冰中的光降解产物、途径及作用机制。研究得出以下结论:光通量的增加是导致四种喹诺酮类抗生素在纯水冰中光降解作用增强的最主要的原因。光强的增强和纯水冰粒径的减小都增加了四种喹诺酮类抗生素在纯水冰中的光通量,分别增加了0.7–4.1倍和2.0–4.1倍。四种喹诺酮类抗生素在纯水冰中除了发生直接光降解作用外,还存在自敏化光降解。直接光降解主要导致喹诺酮类抗生素发生脱羧和脱氟作用,而自敏化光降解主要导致喹诺酮类抗生素哌嗪环的裂解和氧化。环丙沙星和诺氟沙星在纯水冰中的脱氟率分别是纯水中的2.1和1.3倍。四种喹诺酮类抗生素在纯水冰中的光降解速率常数,按两性离子形态、阴离子形态和阳离子形态的顺序降低。不同离子形态的喹诺酮类抗生素在纯水冰中量子产率决定了它们的光降解速率常数并且以两性离子、阴离子和阳离子形态的顺序降低。哌嗪环裂解和氧化是阳离子形态的诺氟沙星和氧氟沙星在纯水冰中重要的光降解途径,在C-6位脱氟是两性离子和阴离子形态的环丙沙星和诺氟沙星在纯水冰中重要的光降解途径。脱羧是两性离子和阴离子形态的氧氟沙星的重要光降解途径。诺氟沙星、环丙沙星和吡哌酸在纯水冰中的光降解产物对大肠杆菌活性的抑制率几乎没有影响,而氧氟沙星在纯水冰中的光降解初期,其光降解产物对大肠杆菌活性表现出较高的抑制率。在水中溶解性物质——NO3–、Fe（III）和富里酸的作用下,四种喹诺酮类抗生素在自然水体冰中的光降解速率常数是纯水冰中的2.6–3.7倍。当富里酸和喹诺酮类抗生素的摩尔浓度比≤60时,富里酸的光敏化作用促进了喹诺酮类抗生素在冰中的光降解。富里酸加快了喹诺酮类抗生素哌嗪环的裂解、氧化产物的生成以及脱氟产物的生成。环丙沙星和诺氟沙星在冰中的脱氟率分别提高了33.9%和11.3%。当富里酸和喹诺酮类抗生素的摩尔浓度比在60–650之间时,富里酸对喹诺酮类抗生素在冰中光降解作用由促进转变为抑制。当富里酸和喹诺酮类抗生素的摩尔浓度比在650–2600之间时,富里酸对喹诺酮类抗生素在冰中光降解的抑制作用由猝灭效应（196.7–51.3%）和光屏蔽效应（0–48.7%）导致的。富里酸通过抑制苯胺自由基阳离子的形成,抑制了喹诺酮类抗生素哌嗪环的裂解和氧化。当富里酸和喹诺酮类抗生素的摩尔浓度比>2600时,光屏蔽效应（?50%）大于猝灭效应,抑制喹诺酮类抗生素在富里酸存在条件下冰中的光降解。当富里酸和喹诺酮类抗生素的摩尔浓度比在650–2600之间时,富里酸与四种喹诺酮类抗生素在冰中通过氢键作用结合,对喹诺酮产生了光猝灭作用。环丙沙星与富里酸的结合能力最强,这使得环丙沙星和富里酸结合后产生的光猝灭作用最强。当富里酸和喹诺酮类抗生素的摩尔浓度比≤60时,富里酸受光激发后产生的单线态氧（~1O2）的浓度在类液层中浓缩了4.5倍。~1O2作为富里酸光激发后产生的重要的活性氧物质促进了四种喹诺酮类抗生素在冰中的光降解。环丙沙星、诺氟沙星、吡哌酸和富里酸在类液层中的结合能与冰中结合能的比值分别为0.79、0.76、0.70和1.25。富里酸相较于环丙沙星、诺氟沙和吡哌酸更容易被保留在类液层中。通过比较喹诺酮类抗生素与冰和类液层作用的结合能的大小、氟取代基对喹诺酮类抗生素水溶解度的影响、以及氟取代基作为强给电子取代基的特性,得到含氟的诺氟沙星比非含氟的吡哌酸更容易进入到类液层中,最终导致了诺氟沙星在冰中光降解的增强。本研究将有助于揭示含氟抗生素在寒冷地区的环境行为与归趋,可为新型环境污染物与冰冻圈研究领域的相关研究以及开展有针对性的污染管控提供参考。