溴氰菊酯在煙葉中的降解機(jī)理研究

陳雪 喻會(huì)平 黃化剛 代園鳳 張承 李榮玉 龍友華 吳小毛

摘要：為了探明溴氰菊酯的殘留污染風(fēng)險(xiǎn)，在田間試驗(yàn)條件下，采用氣相色譜-質(zhì)譜法研究了溴氰菊酯在煙葉中的降解動(dòng)態(tài)及機(jī)理。結(jié)果表明，溴氰菊酯在煙葉中的降解動(dòng)態(tài)符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程，降解半衰期為5.3 d；溴氰菊酯在煙葉中的殘留量隨施藥劑量增加和收獲時(shí)間縮短而增高；溴氰菊酯在煙葉中的主要降解途徑是被水解、氧化，轉(zhuǎn)化成更為穩(wěn)定的3，3-二甲基環(huán)丙烷-1，2-二甲酸和3-苯氧基苯乙酸。

關(guān)鍵詞：溴氰菊酯；煙葉；殘留；降解；機(jī)理

中圖分類號(hào)：S572：S481⁺.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A 文章編號(hào)：1001—4942（2016）03—0098—04

溴氰菊酯（Dehamethrin）化學(xué)名稱為右旋-順式-2，2-二甲基-3-（2，2-二溴乙烯基）環(huán)丙烷羧酸-（S）-α-氰基-3-苯氧基芐酯，屬擬除蟲菊酯類廣譜性殺蟲劑，具有觸殺和胃毒作用，對(duì)煙草上的煙青蟲有較好的防治效果。目前，關(guān)于溴氰菊酯殘留分析的方法有氣相色譜法、液相色譜法、氣質(zhì)聯(lián)用法、液質(zhì)聯(lián)用法、免疫分析法、熒光光度法、薄層色譜法、基質(zhì)固相分散法。尚未見(jiàn)有關(guān)溴氰菊酯在煙葉中的降解與代謝轉(zhuǎn)化的相關(guān)報(bào)道。本研究采用氣相色譜一質(zhì)譜分析方法對(duì)溴氰菊酯在烤煙上的降解動(dòng)態(tài)和代謝產(chǎn)物進(jìn)行了分析，旨在闡明溴氰菊酯在煙葉中的殘留污染風(fēng)險(xiǎn)，以期為烤煙種植中該殺蟲劑的合理使用提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1藥劑與儀器

溴氰菊酯標(biāo)樣（99.0%）（國(guó)家農(nóng)藥質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心）；2.5g/L溴氰菊酯乳油（德國(guó)拜耳作物科學(xué)公司）；石油醚、丙酮、氟羅里硅土、活性炭、無(wú)水硫酸鈉等試劑均為分析純。

HP 6890/5975C GC/MS聯(lián)用儀；HP-5石英毛細(xì)管柱（30 m×0.32 mm×0.25μm），AL104電子分析天平（瑞士梅特勒）；SHZ-82恒溫振蕩器（常州澳華儀器有限公司）；HIS10260D超聲波清洗機(jī)（天津恒奧科技發(fā)展有限公司）；RE-52A型旋轉(zhuǎn)濃縮蒸發(fā)儀（上海亞榮生化儀器廠）以及其它常用儀器設(shè)備。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

按照《農(nóng)藥登記殘留田間試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程》，于2012年在貴陽(yáng)市花溪區(qū)云煙85煙草田進(jìn)行殘留試驗(yàn)，包括降解動(dòng)態(tài)試驗(yàn)、最終殘留試驗(yàn)。2.5g/L溴氰菊酯乳油在煙草上的推薦劑量為1000～2500倍液。小區(qū)面積30 m²，施藥時(shí)按每666.7m2對(duì)水60 L，采用工農(nóng)16型手動(dòng)噴霧器噴施。

1.2.1降解動(dòng)態(tài)試驗(yàn) 用2.5g/L溴氰菊酯乳油推薦使用高劑量的2倍量（500倍液），在煙草團(tuán)棵期噴施，設(shè)清水為空白對(duì)照，每處理重復(fù)3次。分別于施藥后2 h及1、3、5、10、15、30、45 d采取煙葉。煙葉樣品為每小區(qū)隨機(jī)取上、中、下部煙葉，采樣量不少于1kg。煙葉樣品于-20℃冰箱中貯存，待測(cè)。

1.2.2最終殘留試驗(yàn) 分別設(shè)施藥低劑量（1000倍液）和高劑量的2倍量（500倍液）2個(gè)處理，另設(shè)空白對(duì)照。小區(qū)隨機(jī)排列，重復(fù)3次。于煙草團(tuán)棵期施藥1次，對(duì)水稀釋，均勻噴霧，于藥后10、20、30 d隨機(jī)取上、中、下部煙葉1kg，貯存-20℃冰箱中待測(cè)。

1.3殘留量分析方法

1.3.1樣品的提取 稱取鮮煙葉5.0 g，剪碎，置于250 mL具塞三角瓶中，加入50 mL石油醚/丙酮（2：1，V/V）作為提取劑；浸泡2 h，振蕩萃取30min；抽濾后將濾液轉(zhuǎn)移到250 mL分液漏斗中，加入2%硫酸鈉水溶液100 mL，振蕩后去丙酮及水溶性雜質(zhì)；水相再用石油醚30 mL分配2次，合并3次有機(jī)相，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器濃縮至近干，待凈化。

1.3.2凈化 玻璃層析柱（15 mm×300 mm）中由下至上依次裝入2 cm高無(wú)水硫酸鈉、6.0 g弗羅里硅土和0.2 g活性炭的混合物及2 cm高無(wú)水硫酸鈉。先用10 mL石油醚淋洗，加入濃縮樣品，并用少量石油醚分3次洗滌濃縮瓶，使之完全轉(zhuǎn)移。打開(kāi)活塞，棄去餾出液，用30 mL石油醚/丙酮（9：1，V/V）混合液淋洗，收集全部淋出液。減壓濃縮至近干，氮?dú)獯蹈?，用丙酮定?mL，待測(cè)定。

1.3.3氣相色譜-質(zhì)譜條件 柱溫50℃（保留2 min），以6℃/min升溫至320℃，保持2 min；汽化室溫度250℃；載氣為高純He（99.999%）；柱前壓52.54 kPa，載氣流量1.0 mL/min；進(jìn)樣量1μL；不分流，溶劑延遲時(shí)間：5 min。離子源為EI源；離子源溫度230℃；四極桿溫度150℃；電子能量70 eV；發(fā)射電流34.6μA；倍增器電壓1 124V；接口溫度280～C；質(zhì)量范圍20～550 amu。

1.4數(shù)據(jù)處理

2結(jié)果與分析

2.1方法準(zhǔn)確度、精密度和靈敏度

在上述氣相色譜一質(zhì)譜條件下，溴氰菊酯在煙葉中能得到較好的分離，無(wú)雜質(zhì)干擾。采用外標(biāo)法峰面積定量，溴氰菊酯在煙葉中的最低檢出限為0.002 mg/kg。從表1中可知，溴氰菊酯在煙葉中的添加回收率為89.63%～97.25%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.04%～5.26%，符合農(nóng)藥殘留分析的要求。目前，煙草中溴氰菊酯的殘留分析方法為“煙草及煙草制品擬除蟲菊酯殺蟲劑、有機(jī)磷殺蟲劑、含氮農(nóng)藥殘留量的測(cè)定（GB/T13595-2004）”。該方法采用混合有機(jī)相提取、凝膠滲透色譜凈化、氣相色譜檢測(cè)，能同時(shí)檢測(cè)分析包括溴氰菊酯在內(nèi)的23種農(nóng)藥殘留，但試劑耗費(fèi)量大，過(guò)程繁瑣，成本高，不適宜溴氰菊酯單殘留的快速分析。結(jié)合煙草的特點(diǎn)及溴氰菊酯的特性，本研究建立的氣相色譜一質(zhì)譜分析方法簡(jiǎn)便快速、靈敏度高，適用于煙葉中溴氰菊酯殘留量的快速測(cè)定。

2.2溴氰菊酯在煙葉中的降解動(dòng)態(tài)

溴氰菊酯在煙葉中的降解動(dòng)態(tài)見(jiàn)圖1。溴氰菊酯在煙葉中的原始沉積量為5.46 mg/kg，施藥1～3 d降解較快，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸下降。溴氰菊酯在1 d內(nèi)的降解率為58.79%，3 d后為72.89%，10 d后為83.33%，30 d后達(dá)到了98.90%?；貧w分析結(jié)果表明，溴氰菊酯在煙葉中的降解動(dòng)態(tài)可用一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程C_t=3.022e^-0.13t（R=0.952）來(lái)擬合。根據(jù)降解速率常數(shù)，計(jì)算溴氰菊酯的降解半衰期為5.3 d。

為了防治病蟲草害，在煙田中施用農(nóng)藥后，農(nóng)藥殘留在煙株表面或因其親脂性而滲入葉和莖，煙葉是農(nóng)藥吸收的主要途徑。一般來(lái)說(shuō)，不同生態(tài)環(huán)境是造成農(nóng)藥在植物中降解速率差異的主要原因，此外，還受到農(nóng)藥化學(xué)性質(zhì)的穩(wěn)定性、植物生長(zhǎng)過(guò)程的稀釋作用以及植物體內(nèi)代謝作用的影響。因此，在本試驗(yàn)中溴氰菊酯在煙葉中上的降解應(yīng)該是上述因素綜合影響的結(jié)果。

2.3溴氰菊酯在煙葉中的最終殘留

最終殘留試驗(yàn)結(jié)果如表2所示，隨施用劑量增大，溴氰菊酯在煙葉中的殘留量也相應(yīng)增高。隨施藥間隔期的增加，煙葉樣品中溴氰菊酯的殘留量則相應(yīng)降低。采用2.5g/L溴氰菊酯乳油按照有效成分1000和500倍液，施藥后10、20、30d采集煙葉樣品進(jìn)行檢測(cè)，溴氰菊酯的殘留量均未超過(guò)我國(guó)煙草中最高殘留限量標(biāo)準(zhǔn)和CORES—TA指導(dǎo)性殘留限量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的2.0 mg/kg。表明按推薦使用劑量施藥，煙葉的產(chǎn)品質(zhì)量是安全的。

溴氰菊酯作為防治煙草煙青蟲的主要藥劑，在煙田中廣泛使用，進(jìn)入植煙土壤后產(chǎn)生的環(huán)境效應(yīng)、對(duì)土壤微生物種群和功能產(chǎn)生的影響等問(wèn)題目前尚不十分清楚。因此，有關(guān)溴氰菊酯脅迫下植煙土壤的微生物生態(tài)效應(yīng)還有待進(jìn)一步研究。

2.4溴氰菊酯在煙葉中的降解機(jī)理

采用氣相色譜一質(zhì)譜法測(cè)定溴氰菊酯在煙葉中的代謝產(chǎn)物。溴氰菊酯在煙葉中的代謝產(chǎn)物總離子流圖如圖2所示，根據(jù)總離子流圖上每個(gè)峰的保留時(shí)間及其相應(yīng)的質(zhì)譜圖，推測(cè)溴氰菊酯在煙葉中的代謝產(chǎn)物可能有A和B兩種，保留時(shí)間分別為19.45 min和36.42 min，代謝產(chǎn)物A的質(zhì)荷比（m+2/z）為160，即該產(chǎn)物的分子量（MW）為158；代謝產(chǎn)物B的質(zhì)荷比（m-1/z）為227，即該產(chǎn)物的分子量（MW）為228，其質(zhì)譜圖和推測(cè)的分子結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。其他峰的質(zhì)荷比（m/z）有的大于溴氰菊酯的相對(duì)質(zhì)量505，有的則不合理?？瞻讓?duì)照樣品的結(jié)果顯示，除了上述兩個(gè)代謝產(chǎn)物外，其余物質(zhì)均為煙葉本身提取的物質(zhì)。

根據(jù)溴氰菊酯代謝產(chǎn)物的分子結(jié)構(gòu)及其母體的分子特征，解析并對(duì)比溴氰菊酯母體及其2種代謝產(chǎn)物的化學(xué)結(jié)構(gòu)，可初步判斷，溴氰菊酯在煙葉中的主要代謝途徑是被水解、氧化，轉(zhuǎn)化成更為穩(wěn)定的3，3-二甲基環(huán)丙烷-1，2-二甲酸和3-苯氧基苯乙酸。

3結(jié)論

（1）結(jié)合煙草的特點(diǎn)及溴氰菊酯的特性，建立了煙葉中溴氰菊酯殘留的氣相色譜一質(zhì)譜分析方法，該法簡(jiǎn)便快速，靈敏度高，適用于煙葉中溴氰菊酯殘留量的測(cè)定。（2）溴氰菊酯在煙葉中的降解與其理化特性、環(huán)境因子以及煙葉的吸收、代謝有關(guān)，符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程，降解半衰期為5.3d。（3）溴氰菊酯在煙葉中的殘留量與收獲期、施藥劑量有關(guān)，時(shí)間越短、劑量越高，殘留量越高。根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行的MRL，按推薦使用劑量施藥，煙葉中溴氰菊酯在施藥10 d后殘留量不超標(biāo)，煙葉的產(chǎn)品質(zhì)量是安全的。（4）溴氰菊酯在煙葉中的主要降解途徑是被水解、氧化，轉(zhuǎn)化成更為穩(wěn)定的3，3-二甲基環(huán)丙烷-1，2-二甲酸和3-苯氧基苯乙酸。