（有机化学专业论文）手性农药降解对映体选择性及新农药残留研究.pdf

南开大学2 0 0 1 级硕士研究生学位论文 摘要 本论文是结合国家自然科学基金项目“手性农药的对映体选择性环境行为的基础研 究”和农业部委托的“氯噻啉在甘蓝大田生态环境的残留试验研究”项目而进行的，主要 研究内容分为两部分： 一土壤中手性有机磷农药对映体选择性降解动力学的研究。选取手性有机磷农药 乙酰甲胺磷和甲胺磷为研究对象，采用新型样品预处理方法基质固相分散法( m s p d ) ， 结合g c 。f p d ，建立了一种快速、简便、准确地同时测定土壤中上述两种农药对映体浓度 的分析方法。在三个浓度添加水平下( 1 0 0 、0 1 0 、o 0 2 m g k g ) ，建立的分析方法对土壤中 乙酰甲胺磷回收率8 8 2 9 4 1 ，相对标准偏差( r s d ) 3 5 5 1 ，甲胺磷回收率7 8 2 8 5 1 ， r s d 3 7 5 4 ，对土壤中乙酰甲胺磷的最低检出浓度为0 ，0 0 9 0 m g k g ，甲胺磷o 0 0 2 5 m g k g ， 满足农药残留分析的要求。在此基础上，系统研究了该两种手性农药在土壤中对映体选择 性降解的动力学。研究发现，上述两种农药在碱性土壤中的降解均具有一定的对映体选择 性，除了发生微生物降解，还存在显著的水解等化学降解。与灭菌对照实验对比，确定这 种降解的对映体选择性是微生物降解的结果，在乙酰甲胺磷降解作用中微生物降解的贡献 约占3 7 ，在甲胺磷中约占6 5 。通过对甲胺磷对映体在气相色谱手性柱上出峰顺序的确 定，获知低杀虫活性的s ( - ) 甲胺磷降解速度快予高杀虫活性的r - ( + ) 甲胺磷。 二氯噻啉在甘蓝大田生态系统中的残留消解规律的研究。首次建立了新型烟碱类 杀虫剂氯噻啉在甘蓝和土壤中的残留分析方法，在3 个浓度添加水平下( 1 ，0 0 、o 1 0 、 0 0 1 m g k g ) ，该方法对氯噻啉的回收率在甘蓝样品中8 0 1 9 1 1 ，土壤样品9 2 7 9 3 7 ， 相对标准偏差( r s d ) 均小于6 ，对植株样品的最低检出浓度为0 ，0 0 4 0 m g k g ，对土壤样 品为0 0 0 1 0 m g k g ，满足残留分析的要求。在此基础上，考察了氯噻啉在我国南北两地( 天 津、湖北) 甘蓝大田生态系统中的消解动态规律，以及施药因素( 旋药量、施药次数和间 隔期) 与最终残留量之间的关系。得出结论：氯噻啉在甘蓝植株上消解速度很快，消解半 衰期在天津为o 9 d ，湖北为1 2 d ，在土壤中消解速度较慢，半衰期在天津为2 2 d ，在湖北 为2 9 d ，并对氯噻啉在甘蓝大田中的施用提出合理的使用准则：施药量不超过1 5 9 亩，旌 药次数不超过4 次，最后旌药时间距甘蓝收获采摘时间不少于7 天。 关键词：乙酰甲胺磷，甲胺磷，基质固相分散法，土壤，对映体选择性降解， 氯噻啉，残留分析 南开大学2 0 0 1 级硕士研究生学位论文 a b s t a c t t h i sd i s s e r t a t i o ni sd i v i d e di n t o2 p a r t s p a r ta ：e n a n t i o s e l e c t i v ed e g r a d a t i o no fc h i r a lo r g a n o p h o s p h o r u sp e s t i c i d e si ns o i l i n t h i sp a r t ，t w oc h j r a lo r g a n o p h o s p h o r u sp e s t i c i d e s ，a c e p h a t ea n d m e t h a m i d o p h o s ，w e r ee x t r a c t e d f r o ms o i lu s i n gan e w l y d e v e l o p e ds a m p l ep r e t r e a t m e n tm e t h o d - m a t r i xs o l i dp h a s ed i s p e r s i o n ( m s p d ) t h ea b o v ep e s t i c i d e si ns o i lw e r ed e t e r m i n e di na ne n a n t i o s e l e c t i v ew a yu s i n gc h i r a l a n da c h i r a lg c f p d u n d e r3 s p i k i n g c o n c e n t r a t i o n l e v e l s ( 1 0 0 ，0 1 0 ，o 0 2 m g k g ) ，t h e r e c o v e r i e so f a c e p h a t ew e r e8 8 2 9 4 1 w i t hr e l a t i v es t a n d a r dd e v i a t i o n ( r s d ) 3 5 5 1 a n d t h er e c o v e r i e so f m e t h a m i d o p h o sw e r e7 8 2 8 5 1 丽mr s d 3 7 5 4 t h el o w e s tl i m i t so f d e t e c t i o no ft h ee s t a b l i s h e dm e t h o dw e r e0 0 0 9 0 m g k gf o ra c e p h a t ea n do 0 0 2 5 m g k gf o r m e t h a m i d o p h o s o nt h i sb a s i s ，t h e e n a n t i o s e l e c t i v e d e g r a d a t i o nk i n e t i c s o ft h ea b o v et w o r a c e m i c p e s t i c i d e s i ns o i lw a ss t u d i e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tb o t h a c e p h a t e a n d m e t h a m i d o p h o sd e g r a d e d f a s ti nt h i sa l k a l i n es o i lw i l l lc e r t a i n e n a n t i o s e l e c t i v i t y t h e d e g r a d a t i o ni n c l u d e dm i c r o b i a ld e g r a d a t i o na n dc h e m i c a ld e g r a d a t i o ns u c ha sh y d r o l y s i s t h i s e n a n t i o s e l e c t i v i t yo fd e g r a d a t i o nw a sd e t e r m i n e db ym i c r o o r g a n i s mi ns o i l t h ei n s e c t i c i d a l i n a c t i v es - ( ) m e t h a m i d o p h o s d e g r a d e df a s t e r t h a nt h ea c t i v e r - ( + ) 一m e t h a m i d o p h o s p a r tb ：r e s i d u ea n dd i s s i p a t i o no fi n s e c t i c i d ei m i d a c l o t h i zi nc a b b a g ea n ds o i l a r e s i d u ea n a l y s i sm e t h o do fan e wi n s e c t i c i d ei m i d a c l o t h i zi nc a b b a g ea n ds o i lw a se s t a b l i s h e d f o rt h ef i r s tt i m e u n d e r3s p i k i n gc o n c e n t r a t i o n l e v e l s ( 1 0 0 ，o 1 0 ，0 o l m g k g ) ，t h er e c o v e r i e so f i m i d a c t o t h i zw e r e8 0 1 9 1 1 i nc a b b a g ea n d9 2 7 9 3 7 i ns o i l ，w i t hr s dl e s st h a n6 t h e l o w e s tl i m i t so fd e t e c t i o no ft h i sm e t h o dw e r eo 0 0 4 0 m g k gf o rc a b b a g ea n do 0 0 1 0 m g k gf o r s o i l o nt h eb a s i so f t h ee s t a b l i s h e dr e s i d u ea n a l y s i sm e t h o d ，t h ed i s s i p a t i o nr a t eo fi m i d a c l o t h i z i nc a b b a g ef i e l dw a s i n v e s g a t e d ，a n d t h er e l a t i o n s h i p sb e t w e e nf i n a lr e s i d u e s ( i n c a b b a g ea n ds o i l ) a n d a p p l i c a t i o nf a c t o r s ( a p p l i c a t i o na m o u n t s ，a p p l i c a t i o nt i m e s ，p e r i o df r o m t h el a s ta p p l i c a t i o n t oh a r v e s t ) w e r ea l s os t u d i e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ed i s s i p a t i o nh a l f - l i f eo fi m i d a c l o t h i z w a s0 9 1 2 di n c a b b a g ea n d 2 2 2 9 di ns o i l a t l a s t ，t h e r u l eo fr a t i o n a l a p p l i c a t i o n o f i m i d a c l o t h i zi nc a b b a g ef i e l dw a s p r o p o s e d k e y w o r d s ：a e e p h a t e ；m e t h a m i d o p h o s ；e n a n t i o s e l e c t i v ed e g r a d a t i o n ；s o h ； m a t r i xs o l i d - p h a s ed i s p e r s i o n ( m s p d ) ；i m i d a c l o t h i z ；r e s i d u ea n a l y s i s 珏 南开大学学位论文电子版授权使用协议 ( 请将此协议书装订于论文首页) 论文手蚴睥碍对啄夺蓬：缔性殁暂妈竭邳亢系奉入 在南开大学工作和学习期间创作完成的作品，并已通过论文答辩。 本人系本作品的唯一作者( 第一作者) ，即著作权人。现本人同意将本作品 收录于“南开大学博硕士学位论文全文数据库”。本人承诺：已提交的学位论文 电子版与印刷版论文的内容致，如因不同而引起学术声誉上的损失由本人自 负。 本人完全了解直珏盔堂图盘焦差王堡在j 焦旦堂僮论塞的笪堡盘选。同 意南开大学图书馆在下述范围内免费使用本人作品的电子版： 本作品呈交当年，在校园网上提供论文目录检索、文摘浏览以及论文全文 部分浏览服务( 搏十论文前2 4 页，顼七论文前1 6 页) 。公开级学位沦文全文电 子版于提交1 年后，在校园网上允许读者浏览并下载全文。 注：本协议书对于“非公开学位论文”在保密期限过后同样适用。 院系所名称：巳粤霉吨无意听 作者签名： 引 盎斛 学号：口fo 6 华 日期：2 0 0 4 年5 月1 5 日 南开大学2 0 0 1 级硕士研究生学位论文 第一章前言 1 1 农药残留分析 1 1 1 农药与生态环境 农药一般是指用于防治危害农作物及农副产品的病虫害、杂草及其他有害生物的化学 药剂的统称。按照农药的主要防治对象可将农药分为杀虫剂、杀螨剂、除草剂、植物生长 调节剂等不同种类。现在农药已广泛应用于农业、林业、畜牧业等行业，是快速、高效、 经济的防治有害生物的最重要的武器，农药的广泛应用为人类带来了巨大的效益。然而作 为有毒化学物质，农药的长期使用对环境和生物的安全都产生了诸多不利影响。科学研究 表明，农药施于农作物上，l o 。2 0 的农药附着在农作物上，其他散落在土壤、水或飘散于 大气中，造成环境污染日趋严重，并通过生物浓缩在食物链中积累，造成生态失衡，对人 类的健康也产生了严重危害。 残留在环境中和生物体内的微量农药，称之为农药残留，包括农药原体及其有毒代谢 物、降解物和杂质。农药残留量与农药本身的理化性质、作物种类、施药因素、环境条件 和气候等条件有关。虽然六六六、d d t 等持久性强的有机氯农药已被禁用十几年，但仍可 在环境中检测到它们的残留，当今使用的有机磷、菊酯等农药虽然残留期较短，但其毒性 依然对生态环境构成极大威胁【1 l 。因此，农药的广泛使用与生态环境保护的矛盾同益突出， 研制高效、低毒、低残留农药品种显得日益迫切，同时，对农药残留做出科学的统一标准 及对农药的环境行为进行深入研究，也日益受到广泛的重视，如今已有越来越多的科学工 作者投入这方面的研究中。 1 1 2 农药残留分析进展概况 由于当今农药品种不断增加，人类对环境和食品的质量要求越来越高，关于多类型农 药多残留、同类型多残留以及新的单个农药在各种各样分析样品中的分析方法都取得了重 要进展。近年来农药残留分析在研究和应用方面的发展有以下特点和趋势： 1 待测组分越来越复杂除原来农药的几大类型外，新开发的农药包含了越来 越多新的结构；除母体化合物外，对其代谢产物( 有活性或毒性) 的分析更 l 南开大学2 0 0 1 级硕士研究生学位论文 加受到重视，这就对于样品前处理技术提出了更高的要求。 检出灵敏度进一步提高对水样来说，一般在微克每千克( p p b ) 到缈l 克每千克 ( p p t ) 水平，检测到小于纳克每千克的也有报道；对农药物、饲料、土壤和其 他生物样品来说，一般在毫克每千克( p p m ) 和微克千克( p p b ) 水平。新的残留 检测下限必须低于该农药的最大残留允许量。 样品前处理方法发展趋势样品前处理工作正向着省时、省力、廉价、省溶 剂、减少对环境的污染以及微型化自动化方向发展。如固相微萃取和超临界 流体萃取可以基本上不消耗有机溶剂，固相萃取、微波辅助萃取和底物固相 分散法等都大大减少了样品前处理消耗的时间和溶剂。 田间监测和现场快速检测随着超高效农药的开发应用和待测样品量的迅速 增加，特别对田间监测和现场快速检测的要求增加，这也就必然对分析仪器和 前处理技术的准确性、灵敏度、特异性、快捷性、选择性提出更高的要求。 残留工作面临新课题目前农药残留分析的对象大多是化学合成的化学品， 分子量一般在5 0 0 以内，而在未来1 5 2 0 年，分析基质有向生物工程生产出 来的生物制品转化的倾向。那时分析对象的分子量将会大得多，要将分析对 象同动植物组织样品以及人体样品中的蛋白质、多肽、核酸、细菌或病原体 等分离将会更加困难，新的分析技术将要求有细胞化学、免疫化学和多肽排 列结构等多方面学科知识的支持，这些将会成为残留工作者面临的新课胚。 1 1 3 农药在土壤中的环境行为 农药在环境中的迁移转化是一个复杂的过程嘲，主要包括物理过程、化学过程和生物 过程。尽管有机物的物理化学性质是它们在环境中潜在行为的一个重要指标，然而环境变 量也是同等重要的。施用环境的不同，决定了农药迁移转化的不同。其中，土壤是陆地生 态系统物质循环和能量交换的中心，研究表明，使用的农药中8 0 9 0 最终进入土壤。因此， 农药在土壤中的环境行为一直是人们研究的重点。本论文对手性农药的研究也是以土壤为 基质进行的。 进入土壤的农药，将发生被土壤颗粒和有机质吸附、随水分向四周流动( 地表径流) 或向深层土壤移动( 淋溶) 、向大气中挥发扩散、被作物吸收、被土壤和土壤微生物降解 ， 南开大学2 0 0 1 级硕士研究生学位论文 等一系列物理、化学和生物过程。其中，土壤的微生物降解是农药消解并最终转化为水、 二氧化碳等失去毒性和生物活性的小分子的最主要过程。农药在土壤中残留分解一半所需 的时间称为农药的残留半衰期，农药的半衰期是农药在土壤中稳定性和持久性的重要标 志，是评价农药药效与对环境污染的重要参数。 农药本身的结构，以及土壤性质、温度、含水量等环境因素均对农药的降解产生重要 影响。土壤不同，所含有的微生物也不同，对农药的降解也会不同。同时土壤性质( 主要 包括土壤类别、质地、有机质含量等) 也是影响农药生物降解的一个重要因素。同一种农 药在不同土壤中降解的差异是十分明显的，如r o b e r t s 等人 3 1 测定了甲氰菊酯在沙壤土和黏 土中的降解半衰期分别为4 周和1 6 周，氯氰菊酯【4 1 在中国境内不同地区的三种土壤( 东北 黑土、华北褐土、华南红土) 中的半衰期则分别为3 0 天、2 0 天和3 9 天，差别都非常大。 湿度、温度、p h 值等对农药在土壤中的降解也有较大影响。一般含水量越大，降解 越快。例如r o b e r t s 3 1 对甲氰菊酯的测定中，当土壤含水量为1 6 时半衰期为4 周，6 时 则为1 6 周。首先大多数微生物都需要水分，它们在干性条件下不能生存，在有水分的情 况下代谢活性增加。其次湿度可控制氧的水平，当水所充满的微孔大于8 0 9 0 时，即气体 所充满的微孔低于1 0 - 2 0 时，土壤就从好氧条件转化为厌氧条件。对温度而言，温度升高 ( 微生物能够容忍的范围内) 会促进农药的微生物降解。另一方面，不同的微生物有不同 的适宜p h 值范围，同时化合物在不同p h 值下会呈现不同的状态，p h 值对降解的影响就 不难理解了。 1 2 基质固相分散法( m a t r i xs o l i d p h a s ed i s p e r s i o n m s p d ) 传统的农药残留分析方法，一般要经过：1 ) 从样品基质中提取出待分析物；2 ) 净化 处理提取液，去除共提干扰物；3 ) 利用各种分析仪器和方法对待分析物进行痕量检测。 其中前两步的提取、净化、浓缩过程就是样品的预处理过程，样品预处理的好坏，直接关 系到分析结果的正确性。据统计，在样品分析过程中，约有2 3 的时间消耗在样品预处理 上，并且有1 ，3 的误差可以归结于这些过程。因此，样品的预处理过程，是农药残留分析 中十分重要的一环。 传统的样品预处理方法，提取方法有：索氏提取法、组织捣碎法、振荡提取法等，净 3 南开大学2 0 0 1 级硕士研究生学位论文 化方法有液一液萃取法、柱层析法、璜化法、吹扫蒸馏法、低温冷冻法和凝聚法等。这些方 法都经过长期发展，是行之有效的方法，但其共存以下几个缺点：1 ) 溶剂消耗量大，一 般处理一个样品需要几百毫升溶剂，对工作人员的健康和生态环境构成威胁；2 ) 耗时长； 3 ) 费用高：4 ) 步骤繁琐，易造成待测物损失而导致较大的误差，影响回收率和准确性。 最近十几年来，残留分析的预处理方法得到了不断的改进与发展舶1 ，其总的目标是朝 着省时省力、省溶剂、简单化、微型化和自动化的方向发展。目前研究较多的预处理方法 主要有固相萃取( s p e ) 、微波辅助萃取( m a e ) 、基质固相分散法( m s p d ) 等。 1 2 1m s p d 法的提出和简介 基质固相分散法( m s p d ) 作为一种新型样品预处理方法是在1 9 8 9 年由b a r k e r 等人【7 】 首次提出的，由于其简单快捷，近年来受到越来越多科学家的重视与关注。m s p d 法是以 固相萃取法( s p e ) 为基础发展起来的新型分离技术，可以进一步弥补s p e 法的不足，特 别对于固体样品的处理具有其独特的优势。 m s p d 法在处理样品时，无需先用有机溶剂提取待测物，而是将样品和固相吸附剂一 起混合研磨均匀，使样品与具有很大比表面积的吸附剂充分接触，从而能完全分散在固相 载体上，得到一种半干、均匀、半流动状态的混合物，将此混合物装入层析柱中，就得到 了一根具有独特色谱性能的m s p d 柱，选用合适的溶剂或混合溶剂进行洗脱，便可得到与 基质较好分离的目标分析物。大多情况下，最终的洗脱液可以直接进行各种分析，也可以 经过浓缩或继续提纯后再被检测分析，m s p d 法的基本操作流程参见图1 1 1 舯。 与传统的样品预处理方法相比，m s p d 法将淋洗与净化一步完成，因此主要具有以下 几方面优势： 1 ) 提取净化一步完成，省时省力，周转迅速； 2 ) 节省溶剂，减少分析过程中对环境的污染和对操作人员健康的威胁； 3 ) 避免难处理的液液分配中的乳化现象； 4 ) 操作简便，不需要特殊设备，不占用较多的玻璃仪器和试验空间； 5 ) 具有较高的灵活性。 4 堕茎盔堂! 业! 塑塑主塑塞生塑堡塞 船穗 t q 岫i 嘛；h _ d 基r s m o o d l i 融，_ 口 国1 - 1 基质固相分散法的操作流程 5 一y圉甲n埘 躲 南开大学2 0 0 1 级硕士研究生学位论文 1 2 2m s p d 法的作用原理 m s p d 法在处理样品时，将样品与固相吸附剂混合充分研磨，在这里固相吸附剂兼有 支持体和吸附剂两种作用。当作为支持体时，它与沙子的作用无异，在研磨过程中，利用 其锋利的边缘部分来破坏样品的组织，使其分散成更小的部分与具有很大比表面积的吸附 剂充分接触，从而完全分散在固相载体上。当作为吸附剂时，由于混合物中存在很多相： 如极性相、非极性相、水相等，样品组分按照“相似相溶”的原理，在各相之间完成分配 过程。以c 1 8 键合硅胶为例，它是在硅胶表面的硅羟基上键合了一个十八烷基，这种有机 相的键入，使样品与吸附剂之间的作用更加复杂。非极性组分分散在非极性有机相中，高 极性的小分子( 如水) 会以氢键作用结合硅胶表面或载体孔隙中的硅醇或其它基质组分，中 等极性的分子则依据其分散系数的差异在两相间分配。 此外，在m s p d 法中，如果把层析柱看作是色谱柱的话，则被测样品作为色谱柱中固 定相的一部分，且均匀地分布在整个柱子，这样就避免了s p e 法中样品聚集在柱头造成不 连续相产生的对回收率的影响。b a r k o 舢明综述了近年来m s p d 法的发展与应用，并对m s p d 法的提取机理进行了探讨。通过电镜扫描，可发现吸附剂颗粒研磨前与研磨后有显著不同， 其表面在研磨后有明显的附着层，利用待测物与杂质不同的附着力而达到提取与净化作 用。 影响m s p d 法的因素可以归纳为：1 ) 固相分散剂的性质；2 ) 有机键合相的性质：3 ) 样品基质的性质；4 ) 洗脱剂的极性和性质；5 ) 基质改性剂( 如酸、碱、盐、络合剂等) ； 6 ) 共柱材料的性质。 1 2 3m s p d 法的应用与发展 m s p d 法中样品均一化分离和提纯一步完成，得到的萃取液一般不需要进一步净化即 可直接进行色谱分析。特别适合处理生物体样品，可以广泛应用于蔬菜、水果、水产品、 动物组织内脏、奶制品、土壤等各种基质。近十几年来，该方法作为一种高效、快速、简 便、环境友好的新型残留样品预处理方法，得到了广泛的应用和迅速的发展。 植物样品中的叶绿素、甘油三酸酯、植物甾醇等内源性物质，是传统提取方法中影响 分析的主要因素，利用m s p d 法进行提取，选用合适的固相分散剂( 如c 1 8 键合硅胶、 c 8 键合硅胶、硅胶、弗罗里硅土、氧化铝等) 和合适的溶剂，可以获得满意的提取结果。 6 南开大学2 0 0 1 级硕士研究生学位论文 近十几年来，关于m s p d 应用于植物样品的研究报道较多。 1 9 9 2 年，k a d c n c z k i 等人【川用弗罗里硅土作固相基质分散剂，用乙酸乙酯或二氯甲烷 一丙酮( 9 ：1 ) 洗脱，对于不同的植物样品中氨基甲酸酯、有机磷农药、有机氯农药、合成拟 除虫菊酯、三嗪、苯脲等进行了m s p d 法提取，回收率均大于8 0 ，并且总结了样品中加 水量来决定样品及弗罗里硅土用量的经验公式：w p = ( 2 0 0 + v ) 4 0 ； w f = 1 6w p 其中w p 为 样品果肉重量，w f 为弗罗里硅土的重量，v 为加入样品中水的体积。 1 9 9 9 年，v a l e n z u e l a 等i l l 】用m s p d 法结合h p l c 法，用紫外检测分析了桔类水果中 农药残留。以前这种类型用液液提取法实践过，由于溶剂的非选择性，会提取出很多内源 性的物质，并且会消耗几十到几百毫升的有机溶剂。他们发现c 8 和c 1 8 键合硅胶是m s p d 法提取桔类基质时比较好的分散剂，它们与非极性物质亲和力很强。c 8 得到的色谱图干扰 最少，成为桔类基质分散剂的首选。2 0 0 0 年，他们仍然用c 8 作分散剂，二氯甲烷洗脱的 m s p d 法成功的提取了桔类中苯氧脲杀虫剂，样品加标回收率可达8 7 1 0 2 【1 2 】。 m s p d 法的首刨人b a r k e r 等人，对m s p d 法应用于动物样品中的农药残留的提取进 行了大量研耕1 3 16 】，得到了一套处理动物样品行之有效的方法。他们用c 1 8 作基质固相分 散剂，乙腈洗脱，先后对牡蛎组织和鳌虾肝脏中添加的十四种有机氯农药和牛脂肪及鲇鱼 肉中添加的九种有机氯农药完成了m s p d 提取。c 1 8 硅胶作为固相吸附剂具有很大的比表 面积，而且具有好的疏水性，可与动物样品中较多的油脂类物质形成较强的吸附作用，采 用共柱技术时，可以在柱底填入活性的弗罗里硅土净化处理，进一步除去干扰物。此后很 多研究报道都使用c 1 8 硅胶作为固相吸附剂，较好地完成了对动物样品中的各种农药残留 提取：l o n g a r 等人【1 7 】用磺胺甲基嘧啶作内标物，c 1 8 作基质分散剂，二氯甲烷洗脱， 分析了猪肉中磺胺残留：m c g r a n em 等【l8 】用c 1 8 柱和甲醇洗脱剂分析了猪肉中青霉素； h o m e 等 1 9 1 用该法检测牛肝中氨哮素( 克喘素) ；l i n g 和h u a n g 冽从鱼中分离了十六种含氯 农药和多氯联苯。 k i s s h i d a k 等人2 1 1 用m s p d 法快速检测了鸡肉组织中磺胺嘧啶等六种磺胺类药物，并 比较了酸性氧化铝、中性氧化铝、碱性氧化铝、硅胶、弗罗罩硅土、c 1 8 作m s p d 吸附剂 以及各种混合洗脱剂对提取回收率的不同影响，最终选择了中性氧化铝和7 0 的甲醇一水洗 脱剂，对所有待分析的磺胺的回收率均可达到8 0 以上。 m s p d 法提取时，一般都是用有机溶剂洗脱提取，h a w t h o r n e 等 2 2 - 2 4 1 首次提出并研究 7 南开大学2 0 0 1 级硕士研究生学位论文 了用热水有效提取很大极性范围的固相环境样品中的大量化合物。水的提取和作为超i 晦界 流体的c 0 2 类似，随温度升高，极性降低，所以通过调节水温可以选择性提取极性和中等 极性的化合物。b o g i a l l i 掣2 5 】就用热水作m s p d 的洗脱剂对牛肉和鱼肉组织中十二种磺胺 抗菌素进行了提取。 牛奶中含较多的脂肪、蛋白质、水、碳水化合物、盐类等成分，b a r k e r 和l o n g 2 6 1 对牛 奶样品中用m s p d 法成功分离的物质做了总结，如苯并眯唑驱蠕虫药类、氯霉素、磺隆、 绿黄隆、呋哺唑酮、磺胺类、四环素等。此外，s e h e n c k 和w a g n e d 2 刀用c 1 8 作分散剂， 乙腈洗脱，弗罗硅土净化处理，分析了牛奶中有机氯、有机磷农药。 m s p d 应用到提取分离的基质和分析物范围越来越广，除了上面提及的常见类型，也 有报道用于一些人体组织和提取天然物中生物活性成分等。如从药物和婴儿食品中分离维 生素等【2 8 】；人体血清中农药残留2 9 】；海星、海盘车中紫箢皂苷的提取净化【3 0 l ；牛奶、酸奶 和黄油中多氯联苯( p c b s ) ，多氯二苯并一p 一噫i 习( p c d d s ) ，多氯二苯氧呋哺( p c d f s ) 等1 3 ”。 近年来，m s p d 法得到了改进与发展，如与免疫测定、细菌受体测定、微生物禁阻测 定等生物识别方法以及分子印迹聚合物( m i p ) 结合提高提取的特异性和纯度。r e n s o n 等【3 2 1 用m s p d 法提取酶免疫测定猪肉中磺胺二甲嘧啶。b o y d 等 ”1 结合了放射免疫测定对肝样 中克喘素进行了检测，回收率可以达到7 0 以上。c r e s c e n z ic 等m 1 就结合了m s p d 法和 分子印迹固相提取法( m i s p e ) 对牛肝中克喘素进行了提取净化，将m s p d 柱与m i s p e 柱串 连起来，m s p d 选用c 1 8 吸附剂，m i p 以溴化克喘素作模板，实验回收率可达9 0 以上。 总之，m s p d 法吸取了s p e 法的精髓，一改传统前处理方法费时、费力、费溶剂的缺 点，与现代农药学、环境科学和人类可持续发展的需要牢牢接轨，其分析的快速准确使现 场检测成为可能，易于自动化和微型化促进了微型检测仪器的研究进程。由此可见，该方 法简单实用，是种很具有研究价值和应用前景的残留预处理方法。 1 3 手性农药对映体选择性环境行为研究 1 3 1 在对映体水平上研究手性农药环境行为的意义 目前使用的农药中，具有手性的农药占有相当比例，其不同异构体之间的生物活性大 多是不同的。如2 , 4 滴丙酸( d c p p ) 、2 - 甲，4 氯丙酸( m c p p ) 等芳氧基丙酸类除草剂，其 除草活性几乎全部集中在r 对映体上，s 一对映体几乎没有除草活性”】。又如杀虫剂氰戊菊 南开大学2 l 级硕士研究生学位论文 酯，其四个异构体中只有s s 构型是强力杀虫剂，另外三个对植物有毒：溴氰菊酯有8 个 异构体，( 凡r ，s ) 体活性最强，( r ，s ，s ) 体也有点活性，而其他六个立体异构体全无活性。 此外，新型丙硫基不对称有机磷杀虫剂丙溴磷1 3 6 1 ，其旋光异构体在抑制乙酰胆碱酯酶 ( a c h e ) 活性、杀虫活性和对温血动物毒性等方面有明显的立体选择性。还有研究发现， 分子手性部位是决定部分手性农药作为杀菌剂还是植物生长调节剂的关键所在。例如，三 唑醇和多效唑的立体异构体具有不同的杀菌活性和植物生长调节活性。( 1 r ，2 r ) 一多效唑具 有较强的杀菌功效，而( 1 s ，2 s ) 一多效唑主要具有植物生长调节功能”1 。 将手性农药施加于生物体时，对映体之间的差异不仅表现在生物活性上，还表现在对 生物体的毒性、体内的吸收、转移、代谢以及消除等方面。由于组成生物体的基本物质蛋 白质、核酸和糖是手性的，生物进行新陈代谢需要的酶也是手性的，控制细胞内各种代谢 反应速度、协调机体内各部分相互关系的激素大部分也是手性的，因此生命过程的立体选 择性是必然的规律。由此可以推知，手性物质进入生态环境被微生物摄取后，其各个对映 体在体内的代谢、毒性会存在差异，不同微生物可能选择性地摄取、代谢和降解同一手性 物质的不同对映体。然而，在研究污染物的环境行为及生态效应的时候，对于手性农药， 以前的工作几乎都把它们当作纯的单一化合物来对待，几乎所有的环境法规也是如此【3 8 1 。 在目益倡导环境保护与可持续性发展的当今，高活性的手性农药单体的研制与应用已成为 一种趋势，因此研究手性农药对映体不同的生态和环境行为便成为环境化学工作者面临的 重要课题。 在对映体水平上研究手性农药的环境行为和生态效应，具有十分重要的实际意义。首 先，可以对使用手性农药外消旋体和单一高活性对映体的生态风险性做出更准确的评价， 从而为研制和开发高效、低毒、低残留的新型农药提供实验和理论依据。此外，一对对映 体结构上的细微差别即可引起毒性效应的不同，因此手性物质有望用作弄清化学品毒理机 制的工具。同时，手性物质对映体的生物降解研究，对生物工程处理技术和有机物污染的 生物恢复技术也有重要意义，手性环境问题的研究有助于更高效的污染物修复技术的创制 与发展。此外，应用立体选择性分析方法获取有关数据，可以区分微生物过程( 几乎都有 对映体选择性) 和非酶促过程( 几乎都没有对映体选择性，如水解、光解、沉降、挥发等) ， 因而手性物质有望成为环境示踪物用于研究全球污染物的循环变化。 1 9 9 9 年l o 月， n a t u r e ) ) 杂志刊登了l e w i s 等人【瑚关于环境条件变化对手性农药在土 壤中降解的对映体选择性影响的研究论文，表明在对映体水平上研究手性物质的环境问题 已经成为当前引起关注的国际前沿科学研究领域。总之，在对映体水平上研究手性农药是 南开大学2 0 0 1 级硕士研究生学位论文 科学发展到今天的必然，可以预见该领域必将有广阔的发展前景。深入地开展手性农药对 映体选择性环境行为的研究，将有助于地球环境和生态系统的保护，所建立的研究方法学 也可以推广到手性污染物研究的其他方面。 1 3 2 手性农药对映体选择性环境行为研究的现状 近年来，手性农药研究的兴起，特别是手性色谱对映体分离技术的迅速发展，为手性 农药对映体选择性环境行为的研究奠定了理论和技术基础。1 9 9 1 年，f a l l e r 等人 4 0 1 对北海 海水中0 l 一六六六的对映体浓度比值的测定，证实了手性农药在环境中的降解具有对映体选 择性，是该研究领域的首篇报道。此后，国际上在对映体水平上研究手性农药环境行为差 异的工作才逐渐开展起来，并在这十几年来有了较大的发展 1 3 2 1 环境样品中手性农药对映体浓度比值( e r 值) 的测定 手性农药对映体选择性环境行为研究目前较多地集中在对环境样品中手性农药对映 体浓度比值( e n a n t i o m e r i cr a t i o ，e r ) 的测定上，其中研究最多的一类农药是有机氯农药， 如六六六、d d t 等，该类持久性强的农药虽然已被禁用多年，但仍可在环境样品中监测到 它们的残留。 工业品六六六( h e x a c h l o m c y c l o h e x a n e ，h c h ) 主要由伐、p 、丫、5 四种异构体组成 ( 6 0 - 7 0 c t - h c h ，5 1 2 1 3 一h c h ，1 0 1 5 7 - h c h ，6 - 1 0 8 一h c h ) ，其中杀虫活性主要取决 于十六六六。但i x 一六六六含量最多，而且是六六六异构体中唯一具有手性的化合物。关于 - 六六六在环境样品中的e r 值测定的研究报道较多，研究范围涉及在土壤介质、水体、 生物样品等方面。 例如，b u s e r 等人【4 1 】利用h r g c 技术对厌氧条件下污水淤泥中外消旋体位六六六的 e r 值进行测定，由对映体峰面积比值可以求出其e r 值约为o 1 4 ，( + ) i x 六六六降解速 度远远大于( 一) 一q 一六六六；而f a l c o n e r 等人h 2 1 测定了f r a s e r 谷地农场土壤中的残留六 六六的e r 值，结果表明腐殖型土壤中( 一) 一i x 一六六六优先降解( e r 值为1 2 0 1 3 8 ) ，而 壤土型土壤中洳六六六几乎都以外消旋形式存在( e r 值为o 9 7 1 0 3 7 ) 。此外的研究还有： 波罗的海 4 3 1 海水中0 【一六六六的e r 值为0 8 5 ，证实了该水体中微生物优先降解( + ) 一d 一六 六六；北极的a m i t u k 湖 删淡水中也发现存在伍一六六六对映体的选择性降解，e r 值为0 7 7 。 国内张智超等人 4 习以全甲基化b c d 柱做手性分离柱，首次测定了我国天然水体中c c 一六六 六的对映体浓度比值。初春和初夏季节天津新港港湾海水中0 六六六的降解存在对映体选 择性，( + ) 一o l 一六六六被优先降解。而海河河口水在以上两季节中n 一六六六的e r 值接近于l ， 其原因可能是附近有经常排放伍六六六的污染源。 1 0 南开大学2 0 0 1 级硕士研究生学位论文 此外，生物体内也存在一六六六对映体的富集差异，w i b e r d 4 6 1 测定了北极附近的低等 生物鳕鱼体内o t 六六六e r 值接近于1 ，但高等生物北极熊、海豹体内0 【一六六六e r 值明显 偏离1 ，( + ) 仪一六六六更容易在生物体内富集。但也有一些研究测定的环境样品中0 【一六六 六没有明显的选择性，如r a d m 4 7 】发现安大略湖东部北岸的大气中，旺六六六以外消旋体 存在，且不随季节变化；f a l c o n e r t 4 鄙测定北极雪中0 l 六六六的e r 值除一个样品为0 9 外， 其余为0 9 9 1 0 1 ，( 标准品为1 0 0 0 5 ) 。 其他有机氯农药如d d t 、多氯联苯( p c b ) 、氯丹、溴烯杀等，关于其e r 值测定均 有报道，如美国h a r t w e l l 湖h 卵中七种p c b 呈现明显的对映体选择性，e r 值从0 0 7 到5 3 3 不等；g l a u s c h 5 0 悃m d g c 技术测定了人奶中p c b l 3 2 的e r 值为0 4 09 非有机氯农药如芳氧苯氧羧酸类除草剂、有机磷杀虫剂、酰胺除草剂、菊酯杀虫剂等， 是目前使用广泛的农药品种，其中手性农药约占2 5 ，但由于受到手性分离技术和环境样 品复杂多变等限制，目前仅有少量报道涉及在对映体水平上对这些农药环境行为进行研 究。 芳氧苯氧羧酸是一类常见的除草剂，一般仅有r 体有效。l u d w i g 等人t 5 1 1 对海水中 d c p p 进行降解研究，结果表明灭菌海水中d c p p 降解速度很慢，且e r 值接近于1 ，在未 灭菌的海水中降解速度明显加快，且r 体降解明显快于s 体，2 1 天后e r 值达到1 4 l 。 g a r r i s o n 5 2 1 利用毛细管区域电泳技术( c z e ) ，以t m b c d 为手性选择剂，测定了土壤中 d c p p 的e r 值，同样证实了d c p p 对映体降解的选择性，但发现s 体降解速度快于r 体， 该结果与上述l u d w i g 对海水的研究结果相反，推测其原因可能是由于不同环境介质中微 生物种类和降解的机制不同，具体的微生物作用机制仍有待进一步研究。 关于有机磷手性农药代谢过程中的对映体选择性的研究，目前仅有少量报道 5 3 - 5 7 】，且 多集中在环境样品中其e r 值的测定上。如m i y a z a k i 5 5 1 测定大米中杀虫剂丙虫磷的代谢产 物丙虫磷亚砜的e r 值为7 3 ：2 7 ，而德国蟑螂体内代谢产生的丙虫磷亚砜的e r 值为5 6 ：4 4 ， 接近外消旋体【5 6 】。 此外，一些酰胺类农药如甲草胺、异丙甲草胺、甲霜灵等5 8 】，拟除虫菊酯杀虫剂如氯 氰菊酯、氰戊菊酯、溴氰菊酯等5 ”，也有研究报道其环境行为存在对映体选择性差异。 1 3 2 2 手性农药作为环境示踪物的研究 手性农药在土壤或水体中的对映体选择性生物降解，造成残留农药是非外消旋的，存 在对映体浓度的不同，其e r 值偏离1 ，在向大气中挥发时这种对映体浓度差别也会保持， 1 1 南开大学2 0 0 1 级硕士研究生学位论文 而大气中的迁移和去除过程( 光解、沉降等) 不存在对映体选择性。因此利用手性示踪物 可以研究大气一土壤或大气一水体之间的物质交换，并可以区别大气中新施用的农药和通过 挥发作用从土壤、水体进入大气的“再循环”农药。比如一些有机氯农药，虽然一些工业 化国家已经禁止施用，但仍可以在环境中监测出其含量，这些农药的来源可能包括从其他 仍在施用该种农药的国家通过大气传输作用而来，也可能是从当地曾遭污染的土壤和水体 中挥发而来，通过监测其e r 值，可以区分这些“新旧”农药来源。此外，农药在生物 食物链中有向高级别物种逐步蓄积的趋势，利用手性农药e r 值的测定，可以更加准确地 了解农药在生物圈的扩散与转化以及各种物种所受的影响。总之，手性农药有望象同位素 标记一样用作环境示踪物，这种技术对于研究全球农药污染的循环以及对其进行治理十分 重要。 w i b e r g 掣删测定了美国南部大气、土壤样品中的顺、反式氯丹( t c 、c c ) 和顺式七 氯环氧化物( h e p x ) 的e r 值，发现