三氯殺螨醇在氣相色譜系統(tǒng)中的降解研究

錢振杰，王 宇，趙金利，王成龍，黃 松，譚錦萍，黃小清，林澤珊，劉 佳

（廣州市食品檢驗(yàn)所，廣東 廣州 511400）

三氯殺螨醇（Dicofol）是一種非內(nèi)吸性持久（半衰期為60 d）有機(jī)氯殺螨劑，常用于水果、蔬菜和其他大田作物及觀賞植物殺蟲殺螨［1－2］。三氯殺螨醇由Dicofol（80%）與其異構(gòu)體2，4′-Dicofol（20%）組成［3］，已被提議作為斯德哥爾摩公約的持久性有機(jī)污染物［4］，并被認(rèn)為是潛在的“內(nèi)分泌干擾化合物”（EDC）［5］。研究表明［6］，三氯殺螨醇不僅對(duì)魚類、鳥類、大鼠和狗等動(dòng)物的生殖功能有影響，還會(huì)增加兒童患霍奇金病、自閉癥和白血病的風(fēng)險(xiǎn)。

三氯殺螨醇由于分子結(jié)構(gòu)擁擠，空間位阻較大（圖1A），且在檢測(cè)過程中易受溶劑、光照、酸堿性和溫度影響發(fā)生降解［7］，造成回收率降低［8］。現(xiàn)階段針對(duì)三氯殺螨醇的降解研究主要集中在降解方法的開發(fā)方面，三氯殺螨醇的光降解［9］、超聲降解［10］、電化學(xué)降解［11］及酶降解［12］等途徑已有報(bào)道。Dang等［13］采用密度泛函理論，對(duì)三氯殺螨醇受自由基誘導(dǎo)氧化降解的機(jī)理進(jìn)行研究，通過理論計(jì)算確定了可能發(fā)生降解的主要位置。但對(duì)儀器分析過程中三氯殺螨醇的降解及其影響因素的研究未見報(bào)道。Lehotay［14］發(fā)現(xiàn)，使用乙腈作為提取溶劑時(shí)，水果中的三氯殺螨醇完全降解成4，4′-二氯二苯甲酮（4，4′-Dichlorobenzophenone，4，4′-DBP）（圖1B），因此無法對(duì)三氯殺螨醇原藥進(jìn)行準(zhǔn)確定量。但在我國(guó)農(nóng)藥殘留限量標(biāo)準(zhǔn)［15］中，只考慮了三氯殺螨醇原藥，未將降解產(chǎn)物計(jì)算在其中，這使得日常監(jiān)督抽檢結(jié)果難以客觀反映樣品中三氯殺螨醇的真實(shí)殘留情況。

圖1 三氯殺螨醇（A）和4，4′-二氯二苯甲酮（B）的分子結(jié)構(gòu)和碳原子標(biāo)識(shí)Fig.1 Molecular structures and the carbon atoms’identification of dicofol（A）and 4，4′-dichlorobenzophenone（B）

本研究對(duì)氣相色譜系統(tǒng)中三氯殺螨醇的降解過程進(jìn)行研究，識(shí)別了其主要的降解產(chǎn)物，并分析了進(jìn)樣口溫度和不同極性的溶劑對(duì)三氯殺螨醇降解的影響，確定了實(shí)際檢測(cè)中用于三氯殺螨醇分析的標(biāo)志物和定量方法。本研究可為三氯殺螨醇的定性和準(zhǔn)確定量提供理論依據(jù)，并可為同類結(jié)構(gòu)化合物的降解行為分析提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

正己烷、丙酮、乙酸乙酯、甲苯、乙腈、四氯化碳（色譜純，美國(guó)Fisher Chemical公司）；碘甲烷（分析純，西亞化學(xué)科技（山東）有限公司）；三氯殺螨醇標(biāo)準(zhǔn)溶液（Dicofol，99.01%）、2，4′-三氯殺螨醇標(biāo)準(zhǔn)溶液（2，4′-Dicofol，10.0 mg/L于正己烷中）、4，4′-二氯二苯甲酮（4，4′-DBP，99.37%）（德國(guó)Dr.Ehrenstorfer公司）。

TSQ 8000 Evo氣相色譜－三重四極桿串聯(lián)質(zhì)譜（配電子轟擊離子（EI）源）（美國(guó)Thermo Scientific公司）；8890氣相色譜儀（配電子捕獲檢測(cè)器，ECD）（美國(guó)Agilent公司）。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制及樣品前處理

準(zhǔn)確稱取一定量的三氯殺螨醇和4，4′-二氯二苯甲酮，分別用甲苯溶解并定容至25 mL，得到1 000 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液；進(jìn)一步用溶劑稀釋，得到標(biāo)準(zhǔn)工作溶液（1.0 mg/L）。所有標(biāo)準(zhǔn)溶液均于-（18±2）℃條件下保存。

按照GB 23200.113－2018［16］進(jìn)行樣品前處理。稱取油麥菜、蘋果和紅茶空白基質(zhì)樣品，進(jìn)行提取、凈化、濃縮、復(fù)溶和過膜前處理后制備空白樣品基質(zhì)溶液，吸取適量的三氯殺螨醇標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，配制質(zhì)量濃度分別為10、20、50、100、200 ng/mL的基質(zhì)匹配標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

1.3 儀器條件

1.3.1 GC－μECD法DB－5毛細(xì)管色譜柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm，美國(guó)Agilent公司）；進(jìn)樣口溫度：260℃；不分流進(jìn)樣，進(jìn)樣量1 μL，載氣：氮?dú)猓∟2，99.999%），恒定流速2 mL/min；程序升溫：初始溫度60℃，以20℃/min升至230℃后，保持2 min，再以20℃/min升至280℃，保持5 min。檢測(cè)器溫度：320℃，尾吹氣（N2）流速：50 mL/min。

1.3.2 GC－MS/MS法TR－PESTICIDE毛細(xì)管色譜柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm，美國(guó)Thermo Scientific公司）；進(jìn)樣口溫度：260℃；不分流進(jìn)樣，進(jìn)樣量為1 μL，載氣：氦氣（He，99.999%），恒定流速1.2 mL/min；程序升溫同“1.3.1”；電子轟擊源：70 eV；離子源溫度：300℃；傳輸線溫度：300℃；發(fā)射電流：25 μA；碰撞氣：氬氣（Ar，99.999%）；全范圍掃描模式，掃描范圍為50～500 amu；選擇反應(yīng)監(jiān)測(cè)模式，定量離子對(duì)為m/z111＞74.9，定性離子對(duì)為m/z139＞111，碰撞能均為12 Hz。

2 結(jié)果與討論

2.1 三氯殺螨醇及4，4′-DBP特征離子的選擇

GC－MS法在樣品色譜分離后進(jìn)行電離，通過質(zhì)譜測(cè)定化合物離子的質(zhì)荷比進(jìn)行分析，具有高效、準(zhǔn)確、靈敏度高、選擇性好的優(yōu)點(diǎn)［17］。三氯殺螨醇在EI源中裂解后，主要特征離子的質(zhì)荷比（m/z）為251、139和111，其裂解途徑見圖2。

圖2 三氯殺螨醇在EI源中的裂解途徑Fig.2 Cleavage pathway of dicofol in EI source

4，4′-DBP是三氯殺螨醇已確認(rèn)的降解物，其在EI源中裂解的主要碎片離子的質(zhì)荷比（m/z）為250、139和111，裂解途徑見圖3。

圖3 4，4′-DBP在EI源中的裂解途徑Fig.3 Cleavage pathway of 4，4′-DBP in EI source

2.2 三氯殺螨醇降解物的識(shí)別

參考標(biāo)準(zhǔn)方法［16］，分別選擇正己烷和乙酸乙酯配制質(zhì)量濃度為1.0 mg/L的三氯殺螨醇標(biāo)準(zhǔn)溶液，進(jìn)行GC－MS全掃描測(cè)定。以三氯殺螨醇和4，4′-DBP特征離子的質(zhì)荷比251、250、139、111進(jìn)行提取檢索，對(duì)三氯殺螨醇及其降解物進(jìn)行定性測(cè)定。

在正己烷溶劑中，三氯殺螨醇標(biāo)準(zhǔn)溶液提取離子后得到3個(gè)主要的色譜峰（圖4）。色譜峰1含有相對(duì)強(qiáng)度較高的m/z為250的碎片離子峰，且具有明顯的氯同位素離子峰（m/z252）。通過NIST譜圖檢索，識(shí)別其為三氯殺螨醇的降解物4，4′-DBP。色譜峰3主要碎片離子的m/z為251、139和111，且存在氯同位素離子峰（m/z253），通過NIST譜圖檢索，識(shí)別其為三氯殺螨醇。色譜峰2雖然響應(yīng)非常低，背景干擾較大，但譜庫(kù)檢索顯示其與三氯殺螨醇的匹配度較高，此色譜峰未見文獻(xiàn)報(bào)道。

在乙酸乙酯為溶劑的三氯殺螨醇標(biāo)準(zhǔn)溶液中，存在與圖4相同的3個(gè)色譜峰（圖5）。但色譜峰2的響應(yīng)在乙酸乙酯溶劑中尤為明顯，與三氯殺螨醇的響應(yīng)接近。推測(cè)峰2可能是三氯殺螨醇的同分異構(gòu)體或降解物。

三氯殺螨醇的同分異構(gòu)體是2，4′-三氯殺螨醇（2，4′-Dicofol），主要由工業(yè)生產(chǎn)原料4，4′-DDT的同分異構(gòu)體雜質(zhì)2，4′-DDT引入。通過標(biāo)準(zhǔn)溶液比對(duì)，發(fā)現(xiàn)2，4′-三氯殺螨醇和色譜峰2（圖4和圖5）的保留時(shí)間不同，排除色譜峰2為2，4′-三氯殺螨醇，推測(cè)其為三氯殺螨醇的降解物，以降解物X表示。

圖4 1.0 mg/L三氯殺螨醇正己烷溶液的全掃描圖（A）和質(zhì)譜圖（B～D）Fig.4 Full scan（A）and mass spectra（B－D）of 1.0 mg/L dicofol in n-hexane peak 1：4，4′-DBP，peak 3：dicofol

圖5 1.0 mg/L三氯殺螨醇乙酸乙酯溶液的全掃描圖（A）和色譜峰2的質(zhì)譜圖（B）Fig.5 Full scan of 1.0 mg/L dicofol in ethyl acetate（A）and mass spectrum of peak 2（B）peak 1：4，4′-DBP，peak 3：dicofol

通過上述分析可知，在GC－MS的測(cè)定過程中，三氯殺螨醇的主要降解產(chǎn)物除4，4′-DBP外，還存在降解物X。在檢測(cè)過程中，對(duì)4，4′-DBP、降解物X和三氯殺螨醇3個(gè)組分進(jìn)行識(shí)別，有助于對(duì)樣品中的三氯殺螨醇進(jìn)行準(zhǔn)確定性。

2.3 降解物X結(jié)構(gòu)的初步推測(cè)

根據(jù)三氯殺螨醇的化學(xué)結(jié)構(gòu)，研究人員采用理論計(jì)算分析了其結(jié)構(gòu)中易發(fā)生斷裂的位置。如Yu等［9］采用低水平基組計(jì)算前線電子密度，證實(shí)C8原子的前線電子密度最大，受到攻擊的可能性最大。Ren等［18］在B3LYP/6－311++G（d，p）水平下計(jì)算三氯殺螨醇中各化學(xué)鍵的鍵解離能，發(fā)現(xiàn)C7－C8鍵的解離能最低，C8－Cl鍵的解離能次之，均為結(jié)構(gòu)中容易發(fā)生斷裂的化學(xué)鍵。由圖4和圖5可知，降解物X（峰2）的質(zhì)譜圖與三氯殺螨醇（峰3）的質(zhì)譜圖中都含有m/z251的特征離子，且其同位素峰的相對(duì)豐度一致。由圖3可知，此特征離子結(jié)構(gòu)為C13H9Cl2O+（m/z251）。

結(jié)合理論計(jì)算，以共同的特征離子C13H9Cl2O+（m/z251）結(jié)構(gòu)進(jìn)行反推，得到的三氯殺螨醇的主要降解路徑見圖6。路徑①是C7－C8鍵斷裂，脫去?CCl3生成A，并在電子的轟擊下，最終形成特征離子C13H9Cl2O+，以B表示。路徑②是C8－Cl鍵不穩(wěn)定，脫去n個(gè)氯自由基（n≤2），生成降解物X，降解物X可能是三氯殺螨醇脫去一個(gè)氯生成的自由基或脫去兩個(gè)氯的卡賓中間產(chǎn)物。降解物X極不穩(wěn)定，使用高分辨質(zhì)譜及化學(xué)電離源（CI）均無法得到其分子離子峰。在電子轟擊下，降解物X的C7－C8鍵斷裂，生成特征離子B。

圖6 降解物X結(jié)構(gòu)的推測(cè)Fig.6 Speculation on the structure of degraded product X

2.4 三氯殺螨醇在不同進(jìn)樣口溫度下的降解

研究［19］發(fā)現(xiàn)，三氯殺螨醇在高溫下不穩(wěn)定，易發(fā)生降解。本實(shí)驗(yàn)選擇對(duì)化合物降解影響較小的ECD檢測(cè)器，研究進(jìn)樣口溫度對(duì)三氯殺螨醇和主要降解產(chǎn)物（4，4′-DBP和降解物X）的影響。由圖7可知，當(dāng)進(jìn)樣口溫度低于260℃時(shí)，三氯殺螨醇的峰面積穩(wěn)定，降解產(chǎn)物含量較低；隨著溫度升高，三氯殺螨醇的峰面積出現(xiàn)下降趨勢(shì)，兩個(gè)降解產(chǎn)物的峰面積持續(xù)增加；當(dāng)進(jìn)樣口溫度達(dá)到300℃時(shí)，4，4′-DBP和降解物X的峰面積增加明顯，并生成更多的熱解產(chǎn)物，見圖8。因此建議進(jìn)樣口溫度設(shè)置為260℃，以降低三氯殺螨醇受熱降解的程度。

圖7 不同進(jìn)樣口溫度下三氯殺螨醇及主要降解物的峰面積變化Fig.7 Peak area changes of dicofol and the its main degradants at different inlet temperatures

圖8 260℃（A）和300℃（B）下1.0 mg/L三氯殺螨醇標(biāo)準(zhǔn)溶液色譜圖的比較Fig.8 Comparison of chromatograms of dicofol standard in 1.0 mg/L at the temperature of 260℃（A）and 300℃（B）peak 1：4，4′-DBP，peak 2：degraded product X，peak 3：dicofol

2.5 三氯殺螨醇在溶劑中的降解

2.5.1 三氯殺螨醇在溶劑中的穩(wěn)定性由圖4和圖5可知，三氯殺螨醇在正己烷和乙酸乙酯溶劑中存在不同的色譜行為，且研究［7］也表明，三氯殺螨醇在丙酮中非常不穩(wěn)定，極易發(fā)生降解。本實(shí)驗(yàn)基于三氯殺螨醇的極性，在進(jìn)樣口溫度為260℃條件下，采用GC－ECD連續(xù)監(jiān)測(cè)5 d，重復(fù)測(cè)定25次，研究了三氯殺螨醇及其主要降解產(chǎn)物在正己烷、丙酮、乙酸乙酯、甲苯4種常用溶劑中的穩(wěn)定性。

在正己烷和甲苯兩種非極性溶劑中，4，4′-DBP和降解物X的峰面積較小，以三氯殺螨醇為主，峰面積的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）均穩(wěn)定在15%以內(nèi)。與正己烷［20］相比，甲苯的沸點(diǎn)高、飽和蒸氣壓低，在標(biāo)準(zhǔn)溶液保存過程中不易揮發(fā)；其次，甲苯能夠與大多數(shù)常用有機(jī)溶劑以任意比例混溶。因此，可選擇甲苯作為三氯殺螨醇標(biāo)準(zhǔn)溶液的保存溶劑。

當(dāng)以丙酮為溶劑時(shí)，三氯殺螨醇迅速降解為4，4′-DBP，第一天三氯殺螨醇的峰面積已不足4，4′-DBP的1%。第二天僅剩4，4′-DBP。而當(dāng)采用乙酸乙酯作為溶劑時(shí)，產(chǎn)生了降解物X，其峰面積與三氯殺螨醇接近，且在5 d內(nèi)的變化穩(wěn)定。由此可見，三氯殺螨醇在丙酮和乙酸乙酯溶劑中會(huì)發(fā)生不同程度的降解，其中以在丙酮中的降解最徹底。

2.5.2 丙酮和乙腈溶劑中三氯殺螨醇降解的原因分析研究發(fā)現(xiàn)［7］，即使在添加0.1%乙酸、避光保存的條件下，三氯殺螨醇的丙酮溶液仍將快速分解為4，4′-DBP。三氯殺螨醇的空間位阻大，CCl3基團(tuán)具有吸電子的誘導(dǎo)作用，使C7－C8易發(fā)生解離，形成過渡態(tài)化合物C。而丙酮屬于非質(zhì)子型極性溶劑，不可避免地存在微量的水，丙酮的存在會(huì)對(duì)過渡態(tài)C起到穩(wěn)定作用。過渡態(tài)C受到親核試劑H2O的進(jìn)攻后，發(fā)生SN1親核取代反應(yīng)［21］，形成帶有兩個(gè)羥基的化合物D?；衔顳不穩(wěn)定，進(jìn)一步脫水形成4，4′-DBP。三氯殺螨醇在丙酮溶劑中的降解路徑見圖9。

圖9 三氯殺螨醇在丙酮溶劑中的降解路徑Fig.9 Degradation path of dicofol in acetone

為驗(yàn)證以上推測(cè)，使用無水硫酸鈣對(duì)丙酮溶劑進(jìn)行脫水處理，比較脫水與未脫水的丙酮溶劑配制的標(biāo)準(zhǔn)溶液中三氯殺螨醇及其主要降解物的峰面積變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，脫水丙酮配制的標(biāo)準(zhǔn)溶液中，4，4′-DBP的峰面積明顯減少，而三氯殺螨醇和降解物X的峰面積增加。證明丙酮中微量存在的水對(duì)三氯殺螨醇的降解影響很大，使之生成降解產(chǎn)物4，4′-DBP。同時(shí)驗(yàn)證了乙腈溶劑對(duì)三氯殺螨醇降解的影響，發(fā)現(xiàn)其峰面積的變化趨勢(shì)與丙酮相似，即未脫水的乙腈溶劑配制的三氯殺螨醇標(biāo)準(zhǔn)溶液中，只存在4，4′-DBP；脫水后的乙腈標(biāo)準(zhǔn)溶液中，4，4′-DBP的峰面積減少，并出現(xiàn)了降解物X和三氯殺螨醇的色譜峰。由于對(duì)有機(jī)溶劑脫水會(huì)增加檢測(cè)的時(shí)間成本和效率，因此，在實(shí)際檢測(cè)過程中使用丙酮或乙腈時(shí)，三氯殺螨醇會(huì)降解為4，4′-DBP，需要對(duì)其進(jìn)行定量分析。

2.5.3 乙酸乙酯溶劑中三氯殺螨醇降解的原因分析由圖5可知，三氯殺螨醇在乙酸乙酯溶劑中生成含量較高的降解物X（色譜峰2），這可能是由于乙酸乙酯具有一定的極性，能夠穩(wěn)定三氯殺螨醇降解過程中生成的脫氯中間體。

根據(jù)“2.3”的分析，已知降解物X是三氯殺螨醇脫氯形成的中間體產(chǎn)物。研究表明［22］，當(dāng)溶液中添加一定量的多氯化合物時(shí)，在GC熱進(jìn)樣口形成的氯自由基會(huì)優(yōu)先與進(jìn)樣口中的活性成分結(jié)合，從而對(duì)不穩(wěn)定化合物中氯的解離產(chǎn)生抑制作用，降低不穩(wěn)定化合物脫氯的程度。本實(shí)驗(yàn)以生成降解物X明顯的三氯殺螨醇的乙酸乙酯標(biāo)準(zhǔn)溶液為研究對(duì)象，通過加入不同體積的四氯化碳（CCl4）和碘甲烷（CH3I），研究鹵代物的加入對(duì)三氯殺螨醇和及其主要降解物的影響。由圖10A可以看出，當(dāng)CCl4加入量為50 μL時(shí)，降解物X的峰面積減少了一半，而三氯殺螨醇的峰面積增加60%以上。圖10B中，加入CH3I后化合物峰面積的變化更明顯：當(dāng)加入20 μL CH3I后，三氯殺螨醇的峰面積顯著提高了50%以上，而降解物X的峰面積則迅速下降93%。CCl4和CH3I的加入量雖然對(duì)4，4′-DBP的峰面積變化有一定影響，但其對(duì)降解物X的影響更明顯。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)使用乙酸乙酯作為溶劑時(shí)，降解物X是三氯殺螨醇的主要降解物，需要對(duì)其進(jìn)行定量分析。

圖10 CCl4（A）和CH3I（B）的加入體積對(duì)三氯殺螨醇及其降解物的影響Fig.10 Effect of the addition volume of CCl4（A）and CH3I（B）on dicofol and its degradation products

2.6 三氯殺螨醇定量化合物的確定

綜上所述，三氯殺螨醇在氣相色譜熱進(jìn)樣口、丙酮、乙腈和乙酸乙酯溶劑中均存在明顯降解，主要降解產(chǎn)物為4，4′-DBP和降解物X。在實(shí)際檢測(cè)過程中使用上述溶劑或樣品中存在水和極性基質(zhì)時(shí)，建議以4，4′-DBP、降解物X和三氯殺螨醇作為三氯殺螨醇的標(biāo)志物，采用峰面積加和的計(jì)算方式對(duì)樣品中的三氯殺螨醇進(jìn)行定量分析。

2.7 實(shí)際樣品的加標(biāo)回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差

選擇油麥菜、蘋果和紅茶3種空白基質(zhì)，分別添加低、中、高3個(gè)水平的三氯殺螨醇標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照“1.2”進(jìn)行樣品前處理，采用GC－MS/MS檢測(cè)，基質(zhì)匹配標(biāo)準(zhǔn)工作溶液定量，每個(gè)水平重復(fù)6次，測(cè)定4，4′-DBP、降解物X和三氯殺螨醇的峰面積和含量。由表1可知，三氯殺螨醇在3種基質(zhì)中全部降解成4，4′-DBP和降解物X，未檢出三氯殺螨醇。因此以4，4′-DBP、降解物X和三氯殺螨醇三者加和進(jìn)行定量分析，得到三氯殺螨醇在3種基質(zhì)中的平均回收率為72.5%～110%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）為5.1%～10%，檢測(cè)結(jié)果滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)［23］的要求。

表1 4，4′-DBP、降解物X和三氯殺螨醇在不同基質(zhì)樣品中3個(gè)加標(biāo)水平下的峰面積、平均加標(biāo)回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（n=6）Table 1 Peak areas，average recoveries and RSDs of 4，4′-DBP，degraded product X and dicofol in different sample matrices at three spiked levels（n=6）

3 結(jié)論

本研究以三氯殺螨醇為分析對(duì)象，評(píng)估了其在氣相色譜系統(tǒng)中的降解過程，識(shí)別和推測(cè)了其主要降解產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)，并對(duì)影響降解的進(jìn)樣口溫度、溶劑進(jìn)行考察，確定了用于三氯殺螨醇定量分析的標(biāo)志物，并對(duì)該方法進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明，本方法顯著改善了三氯殺螨醇的檢測(cè)結(jié)果，提高了其準(zhǔn)確度，降低了檢測(cè)中假陰性的風(fēng)險(xiǎn)，保證了三氯殺螨醇定性和定量分析的準(zhǔn)確性。