溴氰菊酯在烟叶中的降解机理研究

陈雪 喻会平 黄化刚 代园凤 张承 李荣玉 龙友华 吴小毛

摘要：为了探明溴氰菊酯的残留污染风险，在田间试验条件下，采用气相色谱-质谱法研究了溴氰菊酯在烟叶中的降解动态及机理。结果表明，溴氰菊酯在烟叶中的降解动态符合一级动力学方程，降解半衰期为5.3 d；溴氰菊酯在烟叶中的残留量随施药剂量增加和收获时间缩短而增高；溴氰菊酯在烟叶中的主要降解途径是被水解、氧化，转化成更为稳定的3，3-二甲基环丙烷-1，2-二甲酸和3-苯氧基苯乙酸。

关键词：溴氰菊酯；烟叶；残留；降解；机理

中图分类号：S572：S481⁺.8 文献标识号：A 文章编号：1001—4942（2016）03—0098—04

溴氰菊酯（Dehamethrin）化学名称为右旋-顺式-2，2-二甲基-3-（2，2-二溴乙烯基）环丙烷羧酸-（S）-α-氰基-3-苯氧基苄酯，属拟除虫菊酯类广谱性杀虫剂，具有触杀和胃毒作用，对烟草上的烟青虫有较好的防治效果。目前，关于溴氰菊酯残留分析的方法有气相色谱法、液相色谱法、气质联用法、液质联用法、免疫分析法、荧光光度法、薄层色谱法、基质固相分散法。尚未见有关溴氰菊酯在烟叶中的降解与代谢转化的相关报道。本研究采用气相色谱一质谱分析方法对溴氰菊酯在烤烟上的降解动态和代谢产物进行了分析，旨在阐明溴氰菊酯在烟叶中的残留污染风险，以期为烤烟种植中该杀虫剂的合理使用提供科学依据。

1材料与方法

1.1药剂与仪器

溴氰菊酯标样（99.0%）（国家农药质量监督检验中心）；2.5g/L溴氰菊酯乳油（德国拜耳作物科学公司）；石油醚、丙酮、氟罗里硅土、活性炭、无水硫酸钠等试剂均为分析纯。

HP 6890/5975C GC/MS联用仪；HP-5石英毛细管柱（30 m×0.32 mm×0.25μm），AL104电子分析天平（瑞士梅特勒）；SHZ-82恒温振荡器（常州澳华仪器有限公司）；HIS10260D超声波清洗机（天津恒奥科技发展有限公司）；RE-52A型旋转浓缩蒸发仪（上海亚荣生化仪器厂）以及其它常用仪器设备。

1.2试验设计

按照《农药登记残留田间试验标准操作规程》，于2012年在贵阳市花溪区云烟85烟草田进行残留试验，包括降解动态试验、最终残留试验。2.5g/L溴氰菊酯乳油在烟草上的推荐剂量为1000～2500倍液。小区面积30 m²，施药时按每666.7m2对水60 L，采用工农16型手动喷雾器喷施。

1.2.1降解动态试验 用2.5g/L溴氰菊酯乳油推荐使用高剂量的2倍量（500倍液），在烟草团棵期喷施，设清水为空白对照，每处理重复3次。分别于施药后2 h及1、3、5、10、15、30、45 d采取烟叶。烟叶样品为每小区随机取上、中、下部烟叶，采样量不少于1kg。烟叶样品于-20℃冰箱中贮存，待测。

1.2.2最终残留试验 分别设施药低剂量（1000倍液）和高剂量的2倍量（500倍液）2个处理，另设空白对照。小区随机排列，重复3次。于烟草团棵期施药1次，对水稀释，均匀喷雾，于药后10、20、30 d随机取上、中、下部烟叶1kg，贮存-20℃冰箱中待测。

1.3残留量分析方法

1.3.1样品的提取 称取鲜烟叶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）作为提取剂；浸泡2 h，振荡萃取30min；抽滤后将滤液转移到250 mL分液漏斗中，加入2%硫酸钠水溶液100 mL，振荡后去丙酮及水溶性杂质；水相再用石油醚30 mL分配2次，合并3次有机相，用旋转蒸发器浓缩至近干，待净化。

1.3.2净化 玻璃层析柱（15 mm×300 mm）中由下至上依次装入2 cm高无水硫酸钠、6.0 g弗罗里硅土和0.2 g活性炭的混合物及2 cm高无水硫酸钠。先用10 mL石油醚淋洗，加入浓缩样品，并用少量石油醚分3次洗涤浓缩瓶，使之完全转移。打开活塞，弃去馏出液，用30 mL石油醚/丙酮（9：1，V/V）混合液淋洗，收集全部淋出液。减压浓缩至近干，氮气吹干，用丙酮定容5mL，待测定。

1.3.3气相色谱-质谱条件 柱温50℃（保留2 min），以6℃/min升温至320℃，保持2 min；汽化室温度250℃；载气为高纯He（99.999%）；柱前压52.54 kPa，载气流量1.0 mL/min；进样量1μL；不分流，溶剂延迟时间：5 min。离子源为EI源；离子源温度230℃；四极杆温度150℃；电子能量70 eV；发射电流34.6μA；倍增器电压1 124V；接口温度280～C；质量范围20～550 amu。

1.4数据处理

2结果与分析

2.1方法准确度、精密度和灵敏度

在上述气相色谱一质谱条件下，溴氰菊酯在烟叶中能得到较好的分离，无杂质干扰。采用外标法峰面积定量，溴氰菊酯在烟叶中的最低检出限为0.002 mg/kg。从表1中可知，溴氰菊酯在烟叶中的添加回收率为89.63%～97.25%，相对标准偏差为3.04%～5.26%，符合农药残留分析的要求。目前，烟草中溴氰菊酯的残留分析方法为“烟草及烟草制品拟除虫菊酯杀虫剂、有机磷杀虫剂、含氮农药残留量的测定（GB/T13595-2004）”。该方法采用混合有机相提取、凝胶渗透色谱净化、气相色谱检测，能同时检测分析包括溴氰菊酯在内的23种农药残留，但试剂耗费量大，过程繁琐，成本高，不适宜溴氰菊酯单残留的快速分析。结合烟草的特点及溴氰菊酯的特性，本研究建立的气相色谱一质谱分析方法简便快速、灵敏度高，适用于烟叶中溴氰菊酯残留量的快速测定。

2.2溴氰菊酯在烟叶中的降解动态

溴氰菊酯在烟叶中的降解动态见图1。溴氰菊酯在烟叶中的原始沉积量为5.46 mg/kg，施药1～3 d降解较快，随着时间的延长而逐渐下降。溴氰菊酯在1 d内的降解率为58.79%，3 d后为72.89%，10 d后为83.33%，30 d后达到了98.90%。回归分析结果表明，溴氰菊酯在烟叶中的降解动态可用一级动力学方程C_t=3.022e^-0.13t（R=0.952）来拟合。根据降解速率常数，计算溴氰菊酯的降解半衰期为5.3 d。

为了防治病虫草害，在烟田中施用农药后，农药残留在烟株表面或因其亲脂性而渗入叶和茎，烟叶是农药吸收的主要途径。一般来说，不同生态环境是造成农药在植物中降解速率差异的主要原因，此外，还受到农药化学性质的稳定性、植物生长过程的稀释作用以及植物体内代谢作用的影响。因此，在本试验中溴氰菊酯在烟叶中上的降解应该是上述因素综合影响的结果。

2.3溴氰菊酯在烟叶中的最终残留

最终残留试验结果如表2所示，随施用剂量增大，溴氰菊酯在烟叶中的残留量也相应增高。随施药间隔期的增加，烟叶样品中溴氰菊酯的残留量则相应降低。采用2.5g/L溴氰菊酯乳油按照有效成分1000和500倍液，施药后10、20、30d采集烟叶样品进行检测，溴氰菊酯的残留量均未超过我国烟草中最高残留限量标准和CORES—TA指导性残留限量标准规定的2.0 mg/kg。表明按推荐使用剂量施药，烟叶的产品质量是安全的。

溴氰菊酯作为防治烟草烟青虫的主要药剂，在烟田中广泛使用，进入植烟土壤后产生的环境效应、对土壤微生物种群和功能产生的影响等问题目前尚不十分清楚。因此，有关溴氰菊酯胁迫下植烟土壤的微生物生态效应还有待进一步研究。

2.4溴氰菊酯在烟叶中的降解机理

采用气相色谱一质谱法测定溴氰菊酯在烟叶中的代谢产物。溴氰菊酯在烟叶中的代谢产物总离子流图如图2所示，根据总离子流图上每个峰的保留时间及其相应的质谱图，推测溴氰菊酯在烟叶中的代谢产物可能有A和B两种，保留时间分别为19.45 min和36.42 min，代谢产物A的质荷比（m+2/z）为160，即该产物的分子量（MW）为158；代谢产物B的质荷比（m-1/z）为227，即该产物的分子量（MW）为228，其质谱图和推测的分子结构见图3。其他峰的质荷比（m/z）有的大于溴氰菊酯的相对质量505，有的则不合理。空白对照样品的结果显示，除了上述两个代谢产物外，其余物质均为烟叶本身提取的物质。

根据溴氰菊酯代谢产物的分子结构及其母体的分子特征，解析并对比溴氰菊酯母体及其2种代谢产物的化学结构，可初步判断，溴氰菊酯在烟叶中的主要代谢途径是被水解、氧化，转化成更为稳定的3，3-二甲基环丙烷-1，2-二甲酸和3-苯氧基苯乙酸。

3结论

（1）结合烟草的特点及溴氰菊酯的特性，建立了烟叶中溴氰菊酯残留的气相色谱一质谱分析方法，该法简便快速，灵敏度高，适用于烟叶中溴氰菊酯残留量的测定。（2）溴氰菊酯在烟叶中的降解与其理化特性、环境因子以及烟叶的吸收、代谢有关，符合一级动力学方程，降解半衰期为5.3d。（3）溴氰菊酯在烟叶中的残留量与收获期、施药剂量有关，时间越短、剂量越高，残留量越高。根据我国现行的MRL，按推荐使用剂量施药，烟叶中溴氰菊酯在施药10 d后残留量不超标，烟叶的产品质量是安全的。（4）溴氰菊酯在烟叶中的主要降解途径是被水解、氧化，转化成更为稳定的3，3-二甲基环丙烷-1，2-二甲酸和3-苯氧基苯乙酸。