不同吸附材質(zhì)對(duì)毒死蜱和溴氰菊酯的凈化效果分析

陳珂珂，唐少霞，王子愛，李智怡，楊陳晨，陳逸晗，徐玉婷，戴文博

（海南師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，海南 ?？?571158）

毒死蜱（Chlorpyrifos）屬于低毒有機(jī)磷農(nóng)藥，化學(xué)分子式為C9H11Cl3NO3PS，是美國(guó)Dow 化學(xué)品公司于1965年推出的一種高效殺蟲劑，具有殺蟲譜廣、作用迅速的特點(diǎn)[1]，目前被廣泛用于防治水稻、麥類、玉米、甘蔗、茶葉、果樹、畜牧和花卉等病蟲害。溴氰菊酯（Deltamethyrin）是Elliott 1974年在研究天然除蟲菊酯化學(xué)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上合成的一種含有α-氰基的擬除蟲菊酯類仿生殺蟲劑[2]，其化學(xué)分子式C22H19Br2NO3。由于高效低毒、對(duì)光穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，溴氰菊酯被廣泛應(yīng)用于各類害蟲、寄生蟲防治中[3]。

毒死蜱和溴氰菊酯對(duì)保障和提高農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量及產(chǎn)量有一定的成效，但由于施用時(shí)只有10%～20%附著在植物體上，其余部分約有40%～60%降落于地面，5%～30%漂浮于空氣中[4]，因此在施用農(nóng)藥后稻田水體會(huì)有一定的農(nóng)藥殘留[5]。對(duì)海南省某縣5位農(nóng)戶施用農(nóng)藥后第二天的稻田水進(jìn)行檢測(cè)的結(jié)果表明，稻田水體中毒死蜱的檢出濃度范圍為0.7～1.2 ug/mL，溴氰菊酯的檢出濃度范圍為0.7～0.9 ug/mL。毒死蜱在水體中較穩(wěn)定，降解較慢，半衰期為25.6 d[6]，特別是在中性、弱酸性介質(zhì)中較穩(wěn)定，不易水解[7]。南方水稻種植期往往多暴雨，農(nóng)藥在稻田中的大量施用可能導(dǎo)致其隨地表徑流及滲漏而發(fā)生遷移[8]，不可避免地會(huì)給周圍環(huán)境及人類帶來潛在的風(fēng)險(xiǎn)。研究表明，長(zhǎng)期或反復(fù)接觸毒死蜱會(huì)導(dǎo)致麻木、刺痛等中樞神經(jīng)系統(tǒng)癥狀，而高劑量則會(huì)導(dǎo)致昏迷死亡[9]，毒死蜱毒性機(jī)制還涉及非膽堿能神經(jīng)系統(tǒng)變化、DNA與蛋白質(zhì)合成抑制及對(duì)重要信號(hào)通路的影響[10-11]；也有研究表明，菊酯類農(nóng)藥對(duì)子代的生理發(fā)育會(huì)產(chǎn)生不良影響[12]，溴氰菊酯對(duì)魚類等水生生物具有很高的毒性[13]，人類長(zhǎng)期大量接觸后免疫功能會(huì)受到抑制[14-15]。

目前對(duì)毒死蜱和溴氰菊酯的研究主要集中在水體中殘留量的檢測(cè)[16-17]、殘留降解動(dòng)態(tài)[18-20]、單因素降解因素[21-23]、生態(tài)毒性[9]和檢測(cè)方法[17,24-25]等方面。在凈化材質(zhì)的使用方面，有研究認(rèn)為沙子對(duì)生活污水中的氨氮有很好的去除效果[26]，而玄武巖對(duì)重金屬有很好的去除效果[27-28]?？梢?，沙子和玄武巖對(duì)受到污染的水體有一定的凈化作用。目前利用玄武巖和沙子等天然材質(zhì)來吸附水體中毒死蜱和溴氰菊酯的研究還較少見。為了探明玄武巖和沙子對(duì)水體中毒死蜱和溴氰菊酯的凈化效果，項(xiàng)目將稻田水體引入模擬實(shí)驗(yàn)池，通過對(duì)比監(jiān)測(cè)，揭示玄武巖和沙子對(duì)水體中毒死蜱和溴氰菊酯的凈化規(guī)律，為水體環(huán)境的生態(tài)管理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

儀器：GC-7890B 型氣相色譜儀（配電子捕獲檢測(cè)器），美國(guó)Agilent公司；全自動(dòng)固相萃取儀SPE-03D，?？苾x器有限公司；ME204E/02 電子天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；哈希專業(yè)檢測(cè)儀，美國(guó)哈希有限公司；PHS-25型數(shù)顯pH計(jì)，上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司。

試劑：毒死蜱標(biāo)準(zhǔn)品和溴氰菊酯標(biāo)準(zhǔn)品（純度≥99%），農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護(hù)科研檢測(cè)所；正己烷、丙酮、甲醇均為國(guó)產(chǎn)色譜純；無水硫酸鈉（經(jīng)200 ℃烘干12 h，待冷卻至室溫后置于容器中密封保存?zhèn)溆茫?/p>

1.2 試驗(yàn)方案及水樣的采集

構(gòu)建3個(gè)水槽（長(zhǎng)120 cm，寬40 cm，高30 cm），見圖1。從南渡江邊取河沙，從石山鎮(zhèn)的路邊取玄武巖敲成小塊，取回的玄武巖和河沙用清水清洗干凈后分別放入A槽和B槽。A槽槽底鋪滿孔徑為0.1～0.5 mm的玄武巖，厚度為3 cm；B槽槽底鋪滿河沙（中沙），厚度為1 cm；C槽為對(duì)照組。A槽中放置的玄武巖為11.185 6 kg，B槽中放置的沙子為11.440 8 kg。在征得農(nóng)戶同意的前提下，用干凈的塑料桶采集農(nóng)戶當(dāng)天施用農(nóng)藥后的稻田水，倒入3 個(gè)玻璃槽中，每個(gè)池的水容積均為83 820 mL，A、B 兩槽水體中玄武巖和沙子分別為0.133 kg/L和0.136 kg/L。

圖1 水槽示意圖Figure 1 Schematic diagram of sink

待3 個(gè)水槽的水靜置1 d 后開始采集水樣進(jìn)行跟蹤檢測(cè)，并以施用農(nóng)藥后第1 d 的監(jiān)測(cè)值做為本底值。實(shí)驗(yàn)時(shí)間共為25 d，實(shí)驗(yàn)期間未降雨，實(shí)驗(yàn)池旁設(shè)蒸發(fā)皿，實(shí)驗(yàn)期間根據(jù)每天蒸發(fā)量，用純凈水對(duì)3個(gè)小池進(jìn)行補(bǔ)給。每天同步跟蹤記錄3個(gè)玻璃槽中的pH和DO值。

跟蹤監(jiān)測(cè)期間，從3個(gè)水槽中采集1 000 mL水，經(jīng)固相萃取富集后上氣相色譜檢測(cè)毒死蜱和溴氰菊酯的殘留量。

1.3 檢測(cè)方法

1.3.1 水體中農(nóng)藥殘留的提取及濃縮

將采集的1 000 mL水樣調(diào)節(jié)pH值至6～7，準(zhǔn)確加入60 mL丙酮，超聲10 min，使用AUTO SPE 06CReeko固相萃取儀，按以下的條件進(jìn)行固相萃取和富集，洗脫液氮吹濃縮至1 mL，供GC-ECD 檢測(cè)使用。萃取條件：5 mL正己烷∶丙酮（3∶1）及10 mL甲醇和10 mL純水以5 mL/min的速度活化柱子，以15 mL/min的速度上樣萃取，10 mL純水以10 mL/min的速度淋洗柱子，5 mL正己烷∶丙酮（3∶1）以15 mL/min的速度清洗注射泵，最后用10 mL正己烷∶丙酮（3∶1）以1 mL/min 的速度洗脫。由于每次從A、B、C水槽中取出的1 000 mL水用三個(gè)萃取通道做平行樣上色譜的檢測(cè)值標(biāo)準(zhǔn)差都較小，故每個(gè)水槽每次的檢測(cè)值均取平均值。

1.3.2 色譜條件

檢測(cè)器為ECD；載氣為高純氮?dú)?；載氣流量為3 mL/min；壓力為12.758 psi；色譜柱：HP-5（30 m×320 um× 0.25 um）；進(jìn)樣口溫度：250 ℃；檢測(cè)器溫度：300 ℃；柱溫：采用程序升溫，初溫：60 ℃，保持1 min 后，以10 ℃/min 升至180 ℃，保持5 min，再以5 ℃/min 升至200 ℃，保持2 min，最后以8 ℃/min 升至290 ℃，保持2 min；進(jìn)樣方式：不分流進(jìn)樣，分流吹掃時(shí)間為0.75 min。進(jìn)樣量：1 uL。

2 結(jié)果與討論

2.1 固相萃取條件優(yōu)化

固相萃取和富集條件參考文獻(xiàn)[29]優(yōu)化而得，通過將1 000 mL 水樣調(diào)節(jié)pH 值至6～7，準(zhǔn)確加入60 mL丙酮，超聲10 min后進(jìn)行固相萃取。在萃取儀運(yùn)行程序中增添5 mL正己烷/丙酮（3∶1）以15 mL/min的速度進(jìn)行清洗注射泵，避免樣品間殘留物污染。在萃取條件優(yōu)化下對(duì)毒死蜱和溴氰菊酯進(jìn)行萃取，259.20 min內(nèi)可完成農(nóng)藥的提取，水體中2種農(nóng)藥的萃取結(jié)果見表1。

表1 毒死蜱和溴氰菊酯的線性方程與檢出限Table 1 Linear regression equations，correlation coefficients and detection limits of the method

2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線及檢出限

將濃度均為100 ug/mL 的毒死蜱和溴氰菊酯的標(biāo)準(zhǔn)溶液各取0.5 mL，并以丙酮稀釋后定容至10 mL，制備成濃度為5 ug/mL的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，再用丙酮把標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液配制成濃度為0.05、0.1、0.2、0.4、0.6、0.8 ug/mL的混合標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，以保留時(shí)間定性，以外標(biāo)法定量，以濃度對(duì)應(yīng)峰面積繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

空白溶液重復(fù)測(cè)定，采用全程序空白值確定法[29]計(jì)算毒死蜱和溴氰菊酯在水中最小檢測(cè)濃度為≤0.003 6 ug/mL和≤0.003 ug/mL。毒死蜱和溴氰菊酯保留時(shí)間、線性回歸方程及檢出限見圖2及表1。

2.3 色譜分離及方法回收率

經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，按1.3.2項(xiàng)下的色譜條件得到的色譜峰尖銳且對(duì)稱，不拖尾，色譜分離較好，見圖2。該方法色譜靈敏度高，能夠滿足定性和定量的要求。對(duì)配制0.2、0.4、0.6 ug/mL 3個(gè)濃度的水樣做加標(biāo)樣回收實(shí)驗(yàn)（n=5），回收率和標(biāo)準(zhǔn)偏差見表2。

2.4 毒死蜱和溴氰菊酯的凈化效果

2.4.1 不同材質(zhì)對(duì)毒死蜱和溴氰菊酯的影響差異

施用農(nóng)藥后第1 d，A、B、C 3個(gè)槽中毒死蜱濃度分別為0.988、0.618和0.877 ug/mL，第13 d前，3個(gè)槽中的毒死蜱濃度均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，第13 d后才開始降低，詳見表3。此外，有可能是受玄武巖孔隙中所含雜質(zhì)的影響，A槽水體的毒死蜱濃度第22 d前均比C槽的高，第22 d時(shí)，A槽與C槽相比低了0.579 ug/mL，第25 d檢測(cè)不出毒死蜱；B槽水體的毒死蜱濃度從第1 d開始一直都比C槽的低，第22 d已檢測(cè)不出毒死蜱。

圖2 0.2 μg/mL的毒死蜱和溴氰菊酯標(biāo)準(zhǔn)品的氣相色譜圖Figure 2 Gas chromatograph of 0.2 μg/mL of chloryrifos and deltamethrin

表2 水樣中毒死蜱和溴氰菊酯加標(biāo)回收率（n = 5）Table 2 Chloryrifos and deltamethrin recovery rate in the water samples（n=5）

施用農(nóng)藥后第1 d，A、B、C 3個(gè)槽中溴氰菊酯的濃度分別為0.794、0.727和0.759 ug/mL。施用農(nóng)藥后第1 d，A槽水體的溴氰菊酯含量比C 槽的高，但在施藥后第4 d，A 槽與C 槽的溴氰菊酯濃度相比低了0.096 ug/mL；而B槽的溴氰菊酯濃度從第1 d開始一直都比C槽的低，B槽水體第16 d已檢測(cè)不出溴氰菊酯；A、C兩槽的水體是第19 d才檢測(cè)不出溴氰菊酯。由此可見，玄武巖、沙子對(duì)溴氰菊酯和毒死蜱均有一定的凈化作用，尤其是沙子的凈化效果更明顯。

2.4.2 不同材質(zhì)水槽中毒死蜱和溴氰菊酯的凈化幅度

從3個(gè)水槽毒死蜱濃度的環(huán)比值看，A、B、C水槽中毒死蜱濃度的環(huán)比值在第13 d均為負(fù)值（詳見表4），表明施用毒死蜱后要到第13 d凈化效果才顯現(xiàn)。C槽水體中毒死蜱的凈化效果雖在第13 d達(dá)到最大，但直到第25 d仍然能檢測(cè)出含量；B槽水體中毒死蜱的凈化效果在第16 d達(dá)到最大；A槽水體中毒死蜱的凈化效果在第22 d才達(dá)到最大。

表3 不同材質(zhì)對(duì)毒死蜱和溴氰菊酯的凈化差異Table 3 Degradation differences of chlorpyrifos and deltamethrin in different materials

表4 不同材質(zhì)水槽中毒死蜱和溴氰菊酯的凈化幅度Table 4 Degradation range of chlorpyrifos and deltamethrin in different materials water tanks

從3個(gè)水槽溴氰菊酯濃度的環(huán)比值看，A、B、C水槽中溴氰菊酯濃度的環(huán)比值在第4 d均為負(fù)值，表明施用溴氰菊酯農(nóng)藥后第4 d凈化效果就已顯現(xiàn)；A、B槽溴氰菊酯在第10 d 的凈化效果均比C槽明顯；A、B、C槽水體中溴氰菊酯的凈化效果均在第13 d達(dá)到最大。B槽水體第16 d已檢測(cè)不出溴氰菊酯，但A、C槽在第19 d才檢測(cè)不出溴氰菊酯。由此表明，沙子對(duì)毒死蜱和溴氰菊酯都有較明顯的凈化作用，玄武巖對(duì)毒死蜱和溴氰菊酯有一定的凈化作用。

2.4.3 水體中pH和DO對(duì)毒死蜱和溴氰菊酯凈化效果的影響

從表5可見，施用農(nóng)藥后第1 d，A、B槽水體中的DO值及pH值均比C槽中的高，表明在水體中放置玄武巖和沙子會(huì)影響水體的pH值和DO值。監(jiān)測(cè)期間3個(gè)水槽的水體均呈堿性，A、B、C 3個(gè)槽水體pH在第13 d達(dá)到最高值，分別是8.67、8.52、8.09。在pH達(dá)到最高時(shí)，3個(gè)水槽中的毒死蜱和溴氰菊酯的凈化幅度也基本達(dá)到最大。A槽中毒死蜱和溴氰菊酯的最大凈化幅度分別為38.56%和64.76%；C槽中毒死蜱和溴氰菊酯的最大凈化幅度分別為38.34%和93.73%；B槽中溴氰菊酯達(dá)到的最大凈化幅度為72.22%，而毒死蜱的凈化幅度為44.84%，僅次于第16 d的?？梢妷A性環(huán)境有利于水體中毒死蜱和溴氰菊酯的凈化，李亞楠和田芹等人的研究也表明堿性條件有助于毒死蜱的降解[6,30]。從監(jiān)測(cè)期間的DO值看，其數(shù)據(jù)的高低對(duì)毒死蜱和溴氰菊酯的凈化沒有明顯的影響。

表5 pH和DO值對(duì)毒死蜱和溴氰菊酯凈化的影響Table 5 Effect of pH and DO on degradation of chlorpyrifos and deltamethrin

3 結(jié)論

（1）固相萃取-氣相色譜法穩(wěn)定，重現(xiàn)性好。用固相萃取-氣相色譜法，按采用程序升溫、不分流進(jìn)樣的色譜條件建立的標(biāo)準(zhǔn)曲線的相關(guān)系數(shù)高，其中溴氰菊酯和毒死蜱的相關(guān)系數(shù)分別為0.999 46和0.999 52。色譜峰尖銳、對(duì)稱、不拖尾，色譜分離較好，重現(xiàn)性較好。毒死蜱3個(gè)濃度的加標(biāo)回收率為94%～106%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在1.45%以內(nèi)。溴氰菊酯3個(gè)濃度的加標(biāo)回收率在84.5%～95.5%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在4.13%以內(nèi)。

（2）沙子對(duì)溴氰菊酯和毒死蜱的凈化作用較明顯。沙子對(duì)毒死蜱和溴氰菊酯都有較明顯的凈化作用，玄武巖對(duì)毒死蜱和溴氰菊酯有一定的凈化作用。模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：放置沙子的B槽水體中的溴氰菊酯和毒死蜱分別在第16 d、第22 d已檢測(cè)不出；放置玄武巖的A槽水體中的溴氰菊酯在第19 d檢測(cè)不出，毒死蜱在第22 d后基本檢測(cè)不出；而對(duì)照組C槽水體中的溴氰菊酯雖然在第19 d也檢測(cè)不出，但第10 d前凈化速率均比A槽和B槽的慢，且毒死蜱在第25 d的含量還有0.525 ug/mL。從A槽和C槽的對(duì)比可見，水體中放置玄武巖對(duì)溴氰菊酯和毒死蜱的凈化有一定作用；從B槽和C槽的對(duì)比可見，水體中放置沙子均有助于加快毒死蜱和溴氰菊酯的凈化，且凈化效果優(yōu)于玄武巖。因此可在實(shí)際的農(nóng)田排水口及周邊水域放置沙子，對(duì)農(nóng)殘起到凈化作用，有利于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。一般情況下，有機(jī)污染物的去除途徑主要有水解、光解、植物吸收、微生物降解及基質(zhì)吸附。有研究表明，不同基質(zhì)對(duì)毒死蜱的吸附量不同[31]。本研究表明玄武巖對(duì)毒死蜱和溴氰菊酯有一定的凈化效果，而沙子對(duì)毒死蜱和溴氰菊酯有較明顯的凈化作用。

（3）堿性環(huán)境有助于加速水體中毒死蜱和溴氰菊酯的凈化。監(jiān)測(cè)期間3個(gè)水槽的水體均呈堿性，A、B、C 3個(gè)槽水體的pH在第13 d達(dá)到最高值，分別為8.67、8.52和8.09。在pH達(dá)到最高時(shí)，3個(gè)水槽中的毒死蜱和溴氰菊酯的凈化幅度也基本達(dá)到最大，這可能是由于毒死蜱和溴氰菊酯在堿性條件下降解加快[6,30,32-34]。對(duì)不同的pH條件下凈化效果的機(jī)制尚有待進(jìn)一步研究。