杀螨剂丁氟螨酯残留分析及环境降解行为研究

摘要

丁氟螨酯是由日本大塚化学公司开发的苯酰乙腈类新型杀螨剂，化学名称为(RS)-2-（4-特丁基苯基）-2-腈基-3-氧代-3-（a，a，a-三氟-邻甲苯基）丙酸-2-甲氧乙基酯，英文名:cyflumetofen，主要用于防治果树、蔬菜、茶等植物的害螨，与现有杀虫剂无交互抗性，对棉红蜘蛛有效，尤其对幼螨的活性更高。由于其广谱性，目前在日本被广泛使用。由于其较好的杀虫效果及不易产生抗性等特点，也即将被我国登记使用。然而随着丁氟螨酯的大量使用，对目标作物及环境可能存在残留从而对环境及人类健康造成影响。尤其是丁氟螨酯在环境中会代谢转化成复杂的代谢产物。由于主要代谢产物中B-3对哺乳动物毒性大，B-1难降解，对环境和人类都有潜在的风险。研究丁氟螨酯的残留分析方法及环境中的降解行为，为环境和生态安全性评价提供了理论基础和数据支持，更为该农药的合理使用提出具有重大现实意义的理论指导。
　　 本论文研究内容主要集中在两个方面:首先是丁氟螨酯及其代谢物残留分析方法的建立，其次是环境中丁氟螨酯降解行为研究。在样品前处理中首次引用纳米材料（多壁碳纳米管）进行净化研究，研究结果表明与常规净化剂比较具有用量少，操作简便、节约成本、复杂基质净化效果明显等优点。由于环行样品量大，所以选择了分析快、灵敏度高、选择性好并可同时分离丁氟螨酯及2种代谢产物等优点的超高效液相色谱串联质谱作为环境样品的分析方法。环境降解行为研究首次通过室内培养模拟试验，研究了丁氟螨酯的水解，土壤降解，及水-沉积物的降解。在土壤降解行为研究过程中针对传统的厌氧培养存在不完全厌氧的问题，采用了新型的厌氧瓶培养模式进行比较研究，结果表明新型培养方式的厌氧环境更完全。本论文主要研究结果如下:
　　 1、建立了水果、土壤及水中丁氟螨酯的气相色谱串联质谱残留分析方法。样品经乙腈提取液提取、50 mgPSA和20 mgGCB净化，采用多离子反应监测(MRM)模式检测，以m/z145＞75定性，以m/z173＞145定量。在0.05-1 mg/kg添加水平范围内丁氟螨酯的平均添加回收率在76.3-101.5％，相对标准偏差在1.2-11.8％之间。丁氟螨酯的最低检测量(LOQ)为0.015μg/kg相关系数大于0.9985。该方法灵敏度高，操作简单，定量准确，可用于农产品残留分析及快速检测。
　　 2、建立了农产品、水及土壤中丁氟螨酯及其代谢产物的超高效液相色谱串联质谱残留分析方法。样品经乙腈∶水(9∶1)提取、10 mg多壁碳纳米管净化，采用超高效液相色谱串联四级杆质谱仪多离子反应监测(MRM)模式检测，以m/z448＞173、m/z189＞145、m/z190＞173定量。结果显示，三种农药在0.005-1.0 mg/kg的浓度范围内，进样量与峰面积线性关系良好，相关系数在0.9977以上。LODs范围是0.2-3.0μg/kg，LOQs范围是0.7-9.8μg/kg。LOD和LOQ都没有超过日本制定的最大残留限量MRL(2.0 mg/kg)。
　　 3、丁氟螨酯在环境中的行为研究。
　　 (1)丁氟螨酯的水解:采用避光恒温法，研究了三种不同pH值、温度及水体环境对丁氟螨酯水解特性的影响。pH等于4时25、35、45℃条件下的半衰期分别23.3 d、21.0 d、11.6d;pH等于7时25、35、45℃条件下的半衰期分别5.4 d、5.0 d、4.9 d;pH等于9时25、35、45℃条件下的半衰期分别1.1h、1.0 h、0.9 h。供试的丁氟螨酯杀螨剂不同条件下的水解过程存在差异，水解过程可能与丁氟螨酯的结构相关;丁氟螨酯的水解受温度、pH值和有机质的影响，其中pH值的影响尤其明显。研究结果表明丁氟螨酯在水体环境中主要代谢生成代谢产物邻三氟甲基苯甲酸(B-1)与邻三氟甲基苯甲酰胺(B-3)。
　　 (2)丁氟螨酯的土壤降解:丁氟螨酯在4种不同类型土壤中的降解动态符合一级反应动力学方程，不同的土壤类型降解速率不同，有氧与厌氧环境下，丁氟螨酯得降解速率大小分别为灰钙土＞潮土＞黑土＞红壤;在有氧环境中得降解半衰期依次分别为10.8 d、12.8 d、13.1d、13.9 d。发现土壤pH值和土壤微生物对丁氟螨酯的降解有一定的影响。其中pH值得影响较大。厌氧培养过程中进行了不同厌氧培养模式比较，结果表明不同类型土壤中的降解动态也符合一级反应动力学方程，积水厌氧中丁氟螨酯的降解半衰期依次分别为10.3 d、11.2 d、11.4 d、12.4 d。丁氟螨酯得降解速率大小分别为灰钙土＞潮土＞黑土＞红壤;新型厌氧瓶抽真空培养方式中采用了三种土壤进行比较，丁氟螨酯的降解半衰期依次分别为10.8 d、12.8 d、13.1 d。积水厌氧、厌氧瓶抽真空及有氧条件下结果一致，然而通过结果比较得出积水厌氧条件下丁氟螨酯的降解半衰期小于厌氧瓶抽真空条件下丁氟螨酯的降解半衰期。由于其在有氧条件快于厌氧，可推断出积水厌氧培养的厌氧环境不完全，容易对结果产生影响。同时研究结果表明丁氟螨酯母体在土壤中降解产生代谢产物B-1和B-3。从1d开始降解形成大量的B-1，少量的B-3，随着培养时间的延长，B-3逐渐增多，最后丁氟螨酯完全转化成B-1和B-3，并且直到100d仍然有大量的代谢产物存在。
　　 (3)丁氟螨酯的水-沉积物降解:丁氟螨酯在3种水-沉积物系统中的降解规律符合一级反应动力学方程。有氧条件下，丁氟螨酯在东北湖泊、湖南稻田及北京上庄水库水-沉积物系统中的降解速率常数分别0.045、0.041和0.046，降解半衰期分别为15.4 d、16.9 d和15.1 d，厌氧条件下，丁氟螨酯在东北湖泊、湖南稻田及北京上庄水库水-沉积物系统中的降解速率常数分别0.042、0.040和0.043，降解半衰期分别为16.5 d、17.3 d和16.1 d;丁氟螨酯在3种供试水-沉积物系统中的降解速率大小依次为北京上庄水库＞东北湖泊＞湖南水田。通过不同微生物量的比较发现微生物降解占总降解的比例较大。丁氟螨酯在3种水沉积物系统中的降解半衰期均小于30 d。同样的丁氟螨酯在水沉积物系统中也会通过代谢产生代谢产物B-1和B-3，从1d开始丁氟螨酯再沉积物中降解形成大量的B-1，水体中主要降解生成的B-3，随着培养时间的延长，代谢产物逐渐增多，最后丁氟螨酯完全转化成B-1和B-3，并且直到100d仍然有大量的代谢产物存在。相关研究表明代谢产物B-3具有比母体丁氟螨酯更高的毒性，具有潜在的致突变性风险，综合水解、土壤降解及水沉积物降解行为研究，应该以其母体及其代谢产物B-1及B-3总量来评价其安全性具有更现实意义。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 研究背景

1．1．1 农药残留分析方法研究进展

1．1．2 农药残留样品前处理新技术

1．1．3 农药残留检测技术现状

1．1．4 农药残留检测发展的方向

1．2 农药的降解行为研究

1．2．1 水环境中降解

1．2．2 土壤环境降解

1．2．3 水-沉积物系统降解

1．3 丁氟螨酯的研究概况

1．3．1 丁氟螨酯的理化性质

1．3．2 丁氟螨酯使用现状及研究进展

1．4 本论文的研究目的和主要内容

1．4．1 研究的目的和意义

1．4．2 主要研究内容

1．5 技术路线

2 材料与方法

2．1 实验材料

2．1．1 主要仪器设备

2．1．1 实验试剂

2．2 实验方法

2．2．1 水果、土壤及水中丁氟螨酯气相色谱串联质谱残留分析方法

2．2．2 农产品、土壤及水中丁氟螨酯液相色谱串联质谱残留分析方法

2．2．3 丁氟螨酯水环境中降解方法

2．2．4 丁氟螨酯土壤环境中降解方法

2．2．5 丁氟螨酯水-沉积物系统中降解方法

3 结果与分析

3．1 水果、土壤及水中丁氟螨酯气相色谱串联质谱分析方法的建立

3．1．1 检测条件的选择

3．1．2 提取溶剂的优化

3．1．3 净化方法的优化

3．1．4 基质效应及分析方法线性关系的测定

3．1．5 方法的回收率和检出限

3．2 农产品、土壤及水中丁氟螨酯及其代谢产物液相色谱串联质谱残留分析方法的建立

3．2．1 分析条件的优化

3．2．2 质谱条件的优化

3．2．3 提取溶剂的优化

3．2．4 净化条件的优化

3．2．5 方法验证

3．3 丁氟螨酯水解动态试验

3．3．1 丁氟螨酯在不同pH值条件下的水解

3．3．2 丁氟螨酯在不同温度条件下的水解

3．3．3 丁氟螨酯在不同水体中的水解

3．4 丁氟螨酯土壤降解动态试验

3．4．1 有氧条件下丁氟螨酯在4种不同土壤中的降解动态

3．4．2 积水厌氧条件下丁氟螨酯在4种不同土壤中的降解动态

3．4．3 厌氧瓶厌氧条件下丁氟螨酯在3种不同土壤中的降解动态

3．5 丁氟螨酯水-沉积物解动态试验

3．5．1 有氧条件下丁氟螨酯在3种不同水-沉积物系统降解动态

3．5．2 厌氧条件下丁氟螨酯在3种不同水沉积物系统降解动态

4 讨论

4．1 水果、土壤及水中丁氟螨酯气相色谱串联质谱残留分析方法的研究

4．2 农产品、土壤及水中丁氟螨酯液相色谱串联质谱残留分析方法研究

4．3 丁氟螨酯在水解动态试验

4．3．1 温度和pH值对丁氟螨酯水解的影响

4．3．2 丁氟螨酯的水解动态

4．4 丁氟螨酯土壤降解动态试验

4．4．1 土壤理化性质对丁氟螨酯降解的影响

4．4．2 土壤中丁氟螨酯的降解动态

4．5 丁氟螨酯水-沉积物降解动态试验

4．5．1 丁氟螨酯在水-沉积物系统中水解与微生物降解占总降解的比例

4．5．2 丁氟螨酯水-沉积物降解动态

5 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文