（农药学专业论文）有机磷农药及其杂质质谱研究.pdf

摘要 农药作为一种重要的生产资料 在农业生产中起到非常重要的作用 有机磷类农 药在我国生产 使用和出口量非常大 有机磷农药质谱研究起于2 0 世纪6 0 年代 1 但由于 当时的仪器条件的限制 对有机磷质谱裂解规律的研究的相对较少 对有机磷农药质谱裂解规 律进行全面 系统地研究和总结 有着非常现实的应用意义 本文选取七大类二十三种有代表意义的有机磷农药原药进行g c 及g c m s 分析 通过 选择碰撞电压 c l o 强度 进行m s 2 和m s 研究 根据m s m s 2 和m s 谱分析结果 讨论并 总结出如下有机磷农药的质谱裂解规律和数据 1 有机磷酸酯的质谱裂解主要是根据r z 基团的不同而发生改变 对于r 为甲基的磷酸酯 一般最易脱去z 基 伴随着两个氢原予转移 形成 c h 0 z p o n o n 0 1 z 1 2 7 碎片离子和其互 补离子z c h o p o m z 1 0 9 或 c h a 0 p o h m z i i o c i i 3 0 p 0 h m z 7 9 或c i o p 伽 h m z 8 0 p o c i l 3 m z 9 3 c h 3 0 p 盯 m z 6 3 2 一硫代磷酸酯中 硫原子取代了氧原子 形成的碎片不同于磷酸酯 在0 0 一二甲基硫代 磷酸酯 酮式 中 c t h o 2 p s m z 1 2 5 为特征峰 当若z 基团为弱吸电子基团时 当p 一0 键易 发生断裂 产生 c h a 0 p s m z 1 2 5 和z 0 的互补离子峰 而0 z 键一般不发生断裂 不存在 c h 0 p s 0 m z 1 4 1 碎片离子 在乙基一硫代磷酸酯中 c r e d o z p s m z 1 5 3 为特征峰 由于乙基取 代甲基 m z 1 5 3 离子的稳定性下降 可继续裂解形成 c 2 h s o p m z 1 2 1 3 二硫代磷酸酯比一硫代磷酸酯又多一个硫原子 甲基二硫代磷酸酯中主要是以磷原子为中 心的断裂 形成一系列特征离子 c h o p s s l r m z 1 5 8 c h 3 0 p s m z 1 2 5 c i h o 2 p m z 9 3 o p s m z 7 9 p 5 m z 6 3 等 在这些特征离子峰中 大部分情况下 m z 9 3 为基峰 甲基二硫 代磷酸酯由于硫醇代基团的电子诱导作用 易发生s z 键断裂 产生m z 1 5 7 或m z 1 5 8 m z 1 4 3 m z 1 2 5 m z l l l 和m z 1 0 9 甲基二硫代磷酸酯发生s z 键断裂后会产生z 基团的碎片离子 该 离子会进一步裂解 生成 些特征碎片离子 如马拉硫磷形成m z 1 7 3 m z 1 2 7 m z 9 9 乐果形 成m z 5 8 亚胺硫磷形成m z 1 6 0 等 4 乙基磷酸酯和乙基硫代磷酸酯普遍存在t h 重排 而产生m c h 的碎片离子 失去c z h 后 m c 2 h 4 碎片离子可继续进行t h 重排 脱去c 2 h t 当乙基硫代磷酸酯和乙基二硫代磷酸酯上z 基 团为弱吸电子基团 芳环 时 s p o z 具有p 1 共扼倾向 p o 键断裂不明显 产生离子丰度较 低 当z 为强吸电子基团 如含杂环化合物 时 致使s p o z 中与p 相连的s 原子加入了s p o r 的超共扼体系 无论是p o 键 还是o z 键都不可能断裂 因此不可能存在 c m o p s w z l 5 3 和 c h s 0 2 p s 0 g z 1 5 3 的碎片离子 5 在硫代磷酰胺类农药中 氮原子及氧原子推动的n 反应起重要作用 形成特征离子m z 1 1 1 如甲胺磷的c h 忐p o n h 离子 乙酰甲胺磷的c b a s p o n 也 离子 水胺硫磷的c h 0 p s n i 1 离子 除此之外 它们都含有h o p n h 2 m z6 4 离子 本文还用总结出的质谱数据和质谱裂解规律对一些有机磷农药原药中的未知杂质的 质谱数据进行分析研究 用总结出来的质谱裂解规律和质谱特征离子来推断这些杂质结构 中国农业大学硕士学位论文 摘要 本文所总结出来的质谱数据和质谱裂解规律对有机磷农药质量检测 未知杂质检测 残留检测有着非常重要的作用 大大方便了科研 管理 生产 质检等部门的质量控制 和残留监测 关键词 有机磷农药质谱分析多级质谱分析 杂质定性 i i a b s t r a c t a sav e r yi m p o r t a n tp r o d u c ti na g r i c u l t u r e t h ep e s t i c i d e si sw i d e l yb e i n gu s e da n di t i s t a k i n g av e r yi m p o r t a n ta c t o r o r g a n o p h o s p h o r i cp e s t i c i d e s w h i c hi s o n eo ft h el a r g e s t p e s t i c i d e s a r eb e i n gp r o d u c e d u s e da n de x p o r t e di nc h i n a i n6 0 o f t h e2 0c e n t u r y p e o p l e b e g a n t od or e s e a r c ho nt h em a s ss p e c t r o m e t r yo fo r g a n o p h o s p h o r i cp e s t i c i d e s b u tb e c a u s e o fl o t so fl i m i t a t i o no fi n s t r u m e n t a t i o n t h er e s e a r c ho nd i s s o c i a t i o no fo r g a n o p h o s p h o r i c p e s t i c i d e si nm a s ss p e c t r o m e t r ya r ev e r ys h o r t e d t h i sa r t i c l et a k e2 3t y p i c a lo r g a n o p h o s p h o r i cp e s t i c i d et cs a m p l ea n da n a l y z et h e i r s i m p u r i t i e su s i n gg c m sm e t h o d s g e t t i n g t h em a s sd a t aa n dt h ew a yo fd i s s o c i a t i o no f m o l e c u l a r i t h ed i s s o c i a t i o no fo r g a n o p h o p h o r a t e sa r ed i f f e r e n tb yra n dzg r o u p w h e nri s m e t h y l i tu s u a l l yw i l le a s i l yg e tr i do ft h ezg r o u p r e s u l t i n gf r a g m e n t sa s c h 3 0 2 p 2 蜘 o h m z 1 2 7 z c i l 3 0 p o m z 1 0 9 o r c h 3 0 2 p o l l m z 1 1 0 c 也0 p o h m z 7 9 o r c h 3 0 p 0 h h m z s o p 慨 2 m z 9 3 c h a o p h m z 6 b 2 t h ed i s s o c i a t i o no fo r g a n o p h o p h o t h i o r a t e sh a st y p i c a lf r a g m e n ta s c l 3 0 2 p s z 1 2 5 f o rw h e nrg r o u pi sm e t h y la n d e 2 t h o z p s 吖z 1 5 3 w h e nrg r o u pi se t h y l 3 t h ed i s s o c i a t i o no f o r g a n o p h o p h o d h i o r a t e s h a s t y p i c a lf r a g m e n t a s c h 3 0 护 s s f f 醯 z 1 5 8 c h 3 0 2 p s m z 1 2 5 c b 劫 p m z 9 3 0 p s m i z 7 9 p s m z 6 3 e t c i n t h e s ep e a k s m z9 3u s u a l l yi sb a s ep e a k w h e nrg r o u pi sm e t h y l t h ek e yo fs zw i l ll i k e l y b ed i s s o c i a t e da n df o r mzi o ns u c ha sm z 1 7 3 m z 1 2 7 m z 9 9i nm a l a t h i o na n dm z 5 8i n d i m e t h o a t e 4 w h e nrg r o u pi se t h y l u s u a l l y1 i k e l yg e tt ha r r a n g e m e n tr e a c t i o na n dl o s ec m g e t m c 2 h 4i o na n dw i l ll o s ec 2 i 4g e tm 一2 g t hi o na g a i n 5 f o rp h o s p h o r i ca m i d eu s u a l l yg e tt y p i c a lf r a g m e n tm z l l ls u c ha sc h 3 s p o n i j 2 i n m e t h a m i n o p h o s p h a t e c f h s p o n f h i na c e p h a t e c h 3 0 p s m i s o e r o b o p h o s f o r t h e r m o r e t h e y u s u a l l yh a v ei o nh o p 唧2 吖z6 4 k e yw o r d s o r g a n o p h o s p h o r i c p e s t i c i d e i m p u r i t i e s m s m sm a s s s p e c t r a q u a l i f i c a t i o n i l l y 6 5 9 6 2 1 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果 尽我所知 除了文中特别加以标注和致谢的地方外 论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果 也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意 研究生签名 时间 年月日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留 使用学位论文的规定 即 学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘 允许论文被查阅和借阅 可以采用影印 缩印或扫描等复 制手段保存 汇编学位论文 同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表 传播学位论文的全部或部分内容 保密的学位论文在解密后应遵守此协议 研究生签名时间 年 月 e l 导师签名 苍孝 时间 够年6 月珈日 1 1 农药分析的意义 1 1 1 我国农药状况 第一章前言与综述 农药是用于防治危害农作物及农副产品病虫害 杂草及其它有害生物化学药剂的统 称 j 泛用来防治卫生 畜牧 水产 森林等方面的病虫害 我国是一个农业大国 也是农药生产和使用大国 据统计 我国农药总产量仅次于美国 居世界第二位 从1 9 8 9 年起 我国农药总产量 按有效成分计 突破了2 0 万吨以后 农药总产量一直攀升 1 9 9 5 年达2 8 3 万吨 1 9 9 7 年达到3 9 4 万吨 到2 0 0 2 年 我国农药产量达到8 5 3 l 万吨 2 0 0 3 年 我国农药生产8 6 2 9 万吨 农药生产正在趋于平稳 发展开始稳定 全国从事 农药生产厂家 含加工 分装 达2 0 0 0 多家 生产农药种类1 8 0 多个 产品4 0 0 多种 每年使用防治面积达4 0 多亿亩次 挽回损失6 0 0 多亿元 1 由于我国农药管理法制和质量监督体系尚不完善 也由于我国基础化工工业相对薄 弱 农药相关研究工作起步较晚 导致目前我国农药产品质量相对较低 存在着这样或 那样的问题 有些农药根本达不到杀虫 灭菌 除草的作用 一些地方甚至出现了不同 程度的作物药害和入畜中毒事故 给农业生产和农民增收带来了严重的影响 从目前我国农药产品来看 我国农药产品结构不尽合理 生产的农药大部分为老品种 尤其 是高毒有机磷杀虫剂占的比重最大 甲胺磷 甲基对硫磷等不少国外早已禁用或限制使用 的农药仍占很高比例 面除草剂及高效 低毒 无公害农药的比例偏低 一些高效 低毒 无公 害农药品种的国内生产能力不能满足市场需求 耍靠进口弥补 由于大部分杀虫剂毒性高 残留 多 对环境污染较大 影响人体健康 特别是残留问题已直接影响到我国农产品的国际市场竞争 力 阻碍了我国农产品出口 随着我国加入耵0 这一影响变得尤为明显 1 1 2 农药质量控制和杂质控制 在我国 农业在国民经济中占有举足轻重的地位 农药检测是一项技术性强的工作 对仪器 设备 人员的要求很高 一直以来 我国对农药产品质量的监督检验工作从没 放松 但由于一些不法分子在利益的驱动下 仍从事假冒伪劣农药的生产和销售 使得 一些非法农药产品和假冒伪劣农药产品充斥着农药市场 严重的影响了我国农药整体质 量 危害了农业生产 侵害了农民利益 近年来 随着国家整顿经济秩序力度的加大 合法产品的比例和产品质量明显提高 目前我国农药市场上的登记产品达9 0 以上 主 要农药产品合格率9 0 以上 据国家农药质量监督检验中心监督抽查样品和送检样品的 检验结果来看 我国农药产品质量合格率逐年提高 3 年内提高8 个百分点 种衣剂合 格率5 年内提高3 5 个百分点 农药是一类有毒的精细化工产品 其毒性主要来自农药母体 杂质 代谢物及加工 过程中加入的表面活性剂等 农药杂质定义为农药产品中活性成分和惰性成分以外的任 何物质 它包括未反应的初始物质 反应的副产物 污染物 降解物以及该产品中不应 出现的其它农药活性成分 农药原药中的杂质种类 杂质含量是影响原药质量好坏的一 个主要因素 而原药质量直接影响农药最终产品质量 农药杂质主要来源于合成原材料 中间体 反应副产物 有些原材料的纯度不高 混杂着一些杂质 这些杂质本身可能具 备非常高的毒性 或者这些杂质可能会参与合成反应 产生副产物 影响农药的纯度 农药杂质具有很大的潜在危害 1 有些杂质对施药者有较大的危害 有些农药产品 毒性本身可能很小 但混杂了一些毒性非常大的杂质后 整个产品就有非常高的毒性 例如在百草枯产品中 容易产生联吡啶 三联吡啶这两个杂质 这两个杂质的毒性非常 大 农民在使用富含联吡啶 三联吡啶杂质的百草枯过程中 就容易产生中毒 有些杂 质具有非常大的致畸 致癌活性 经常接触就会导致癌症的出现 如抑芽丹中游离酰肼 就是高致癌物 所以f a o 强烈限制了抑芽丹中游离酰肼的含量 并欲将其列入p i c 名单 上 2 有些杂质对最终消费者有较大的危害 有些杂质很不容易降解 具高残留性 极 易残留在农作物上 从而危害最终的消费者 如我国是茶叶生产出口大国 也是茶叶消 费大国 茶农在茶树上曾喷洒三氯杀螨醇乳油以防除螨虫 但三氯杀螨醇中含有大量的 d d t d d e d d d 等不易降解的杂质 所以在茶叶中就会检出d d t d d e d d d 等超标 就 会影响我国茶叶的质量 危害饮茶者的身体健康 也会影响我国茶叶的出口 3 有些杂 质对环境有较大的危害 极易破坏生态平衡 如在五氯硝基苯中含有二恶因 1 就对环 境有着非常大的危害 最终对人类产生很大危害 4 有些杂质对农药的制剂理化性质产 生较大负面影响 一些低挥发性农药中混有一些高挥发性的杂质时 易对作物产生影响 有些苯氧乙酸类农药如2 4 一d 异辛酯中混有一些挥发性杂质2 4 d 甲酯 从而对作物产 生药害作用 5 农药中一些高活性杂质 易对作物产生毒害 引起药害 1 9 9 9 年 2 0 0 0 年发 生大面积国产苄嘧磺隆药害 原因就是该除草剂产品中还有很多杂质 通过液相色谱检测 发现 国产的苄嘧磺隆杂质峰比杜邦公司的苄嘧磺隆杂质峰多且高 因此各个国家相继提出要求 对农药原药中的杂质进行控制 以期提高农药产品质 量 减小农药杂质的危害 对原药进行全组分分析可以明确农药的组分 降低其对环境的潜在危害 同时根据 农药杂质的种类和含量 可以有助于生产企业完善生产工艺 提高主产品收率及产品质 量 增强市场竞争力 1 1 3 国内外有关对农药杂质分析的法规规定和要求 世界上各个国家和组织对农药的登记及管理都很严格 国外很多国家和组织对农药 原药中的杂质都要加以控制 例如 f a o 对代森锰锌中的e t u 含量 三氯杀螨醇中的d d t 含量 马拉硫磷中的异马拉硫磷含量都进行了严格的控制 很多国外公司很注重对农 药中杂质进行研究 基本做到对0 1 以上的杂质或有较高的活性或毒性0 i 以下的杂质 2 进行控制 包括杂质名称 含量 结构及必要的定性谱图 尤其是美国和欧盟国家都 规定任何企业在进行原药登记时都必须提供含量在0 1 以上的或在0 1 以下但毒性非 常大的杂质分析报告 分析报告要求由g l p g o o dl a b o r a t o r yp r o c e d u r e 实验室完成 并出具 报告必须提供其定性谱图及结构式 定量分析方法及结果等 随着全球贸易自由化的不断发展 在国际贸易中 各国政府越来越多地采用技术壁 垒来保护本国商品 排斥他国商品 各国在对本国市场流通的商品进行技术管制时 由 于其实行的法规 包括法律 法令 条例 规章 规定 技术标准 包括检验制度 认证认可制度 监管制度等 和为证明这些商品是否符合法规及标准的要求而建立的一 套合格评定程序的差异 阻碍了商品的顺畅流通 世界贸易组织从消除贸易壁垒出发 制定了一套各国应遵守的基本要求 凡是有国际标准或国际准则时 各缔约方在制定技 术法规 标准和合格评定时 必须遵守和履行这些国际标准和国际准则 因此了解国际 标准 准则并积极参与制定国际标准 准则是冲破技术壁垒的积极态度和有效途径 农 药是涉及人 动植物安全 环境保护的特殊产品 对农药中杂质的限量 甚至对助剂的 特殊要求 将会成为技术壁垒的重要内容之一 联合国粮农组织 f a o 的农药质量规格 中对杂质有限量要求的原药 列出了限制的杂质的名称 见附表1 所以 对本国农 药原药进行杂质分析 积累杂质质谱数据 总结出杂质质谱裂解规律 有着极其重要的 意义 只有知己知彼 才能更好地使中国在走向农药出口大国 强国的路上少些曲折 经过十几年的发展 我国的农药登记制度逐渐与国际接轨 对农药原药的登记提出 了较高的要求 特别是必须有经认可的实验室提供原药杂质分析报告 包括原药的有效 成分 各杂质 溶剂 水分 不溶物等的名称及含量范围 对于含量在0 1 以上的或在 o 1 以下但毒性非常大的杂质 必须提供其定性谱图及结构式 定量分析方法及含量报 告 0 1 1 2 有机磷农药概况 1 2 1 有机磷农药概述 自上世纪4 0 年代至今 世界农药获得了迅猛发展 农药的研究开发与生产异常活跃 出现了一大批各种不同结构类型的新品种 有机磷杀虫剂中就出现了毒死蜱 对硫磷 特丁硫磷等品种 到二十世纪 全球应用虽广的农药品种中有机磷农药占了大部分 如 马拉硫磷 m a l a t h i o n 杀虫剂 甲基对硫磷 m e t h y lp a r a t h i o n 杀虫剂 乙酰甲胺磷 a c e p h a t e 杀虫剂 甲胺磷 m e t h a m i d o p h o s 杀虫剂 久效磷 m o n o c r o t o p h o s 杀虫剂 敌敌畏 d i c h l o r v o s 杀虫剂 乐果 d i m e t h o a t e 杀虫剂 有机磷化合物作为生物活性物质广泛应用于农药和医药领域 在农药方面 它不但 可以作为杀虫剂 杀菌剂 而且也可以作为除草剂和植物生长调节剂 其多种多样 千 变万化的化学 物理和生物性能 主要由于磷原子可以连接各种不同类型的化学官能团 1 9 4 1 年s c h r a d e r 等发现 内吸杀虫剂八甲磷 o m p a 还发现一些具有杀虫作用的 中国农业大学硕士学位论文 第一章前言与综述 焦磷酸酯 如四乙基焦磷酸酯 特普 t e p p 并于1 9 4 4 年在德国商品化 1 9 4 4 年s c h r a d c r 等发现6 0 5 号化台物即对硫磷 这是农药研究上的一大成就t 它开创了有机磷杀虫剂结 构与活性关系的研究 虽然对硫磷 e 一6 0 5 有很高的毒性 但只要结构上稍加变化就可 获得低毒杀虫剂 如1 9 5 2 年发现的氯硫磷 1 9 5 8 年的倍硫磷 和1 9 5 9 年的杀螟松 3 l 等 所有上述化合物都含有一个酸酐键 因此s c h r a d c r 对有机磷化合物生物活性提出了 如下通式 1 e nz 7 r 1 r 2 烷基 烷氧基 胺基a 酰基 酸根 1 9 5 0 年美国氰胺公司推出了重要的低毒杀虫剂马拉硫磷 1 9 5 1 年德国拜尔公司开发的 具有植物内吸作用的杀虫剂内吸磷 这两个化合物在有机磷杀虫剂的发展过程中也具有重 要意义 1 9 5 2 年p e r k o 反应的出现 为乙烯基磷酸酯类杀虫剂的合成提供了一个便利的方法 促进了这类化合物的开发和应用 如敌敌晨 久效磷等 7 0 年代以来 出现含手性磷原子的 丙硫基磷酸酯类杀虫剂 这类化台物毒性较低 但 对抗性害虫效果较好 如丙硫磷 甲丙硫磷 丙溴磷等 1 9 4 1 年h d r i a n 等首先发现磷酸酯对胆碱酯酶的抑制作用 1 9 4 9 年b a l ls 认为抑 制作用是由于酯基部位的磷酰化造成的 1 9 5 3 年g a g e 证明了对硫磷在体内产生的胆 碱酪酶抑制剂是其氧化类似物对氧磷 这些研究工作大大地促进了有机磷杀虫剂作用 机制 代谢和选择毒性的研究 有机磷化合物的优点在于 它可以通过改变磷原子上的取代基团和基团之间的互相 搭配 来寻找具有各种可贵生物活性的化合物 这种变化的可能性是非常巨大的 除 此之外 有机磷杀虫剂由于药效高 易于被水 酶及微生物所降解 很少残留毒性等 因而从上个世纪4 0 年代到7 0 年代得到飞速世界各地被广泛应用 有1 4 0 多种化合物正 在或曾被用作农药 但是 有机磷杀虫剂也存在抗性问题 某些品种存在急性毒性过高 和迟发性神经毒性问题 这些问题的存在 随着拟除虫菊酯杀虫剂的异军突起 从7 0 年代以后 有机磷杀虫齐1 j 的研究和开发速度大大放慢了 1 2 2 我国有机磷农药生产和使用现状 有机磷农药作为一种便宜 易合成 国及全球农药历史上发挥了及其重要作用 杀虫谱广 对靶标生物毒性高等特点 在我 特别是在我国的农业生产和害虫防止方面做 出了巨大贡献 从五 六十年代开始 我国就开始自主研制 生产和使用有机磷农药 目前在我国杀虫荆的使用方面 它仍然起着绝对主力军的作用 目前 在我国登 记的有机磷农药品种有3 5 个 产量2 1 3 万吨 出口9 7 万吨 占农药出口量的3 5 4 在我国每年需要使用的有机磷农药产品7 万吨 1 1 3 质谱分析技术的发展及有机磷质谱分析 4 1 3 1 质谱分析技术发展 质谱分析本是一种物理方法 第一台质谱仪是英国科学家t h o m s o n 1 8 7 7 1 9 4 5 于 1 8 9 9 1 9 1 1 年制成的 他用这台装置发现了多种元素同位素 研究了5 3 个非放射性元素 发现了 天然存在的2 8 7 种核素中的2 1 2 种 第一次证明原子质量亏损 为此他荣获1 9 2 2 年诺贝尔化学 奖口 1 9 1 质谱仪开始主要是作为一种研究仪器使用的 2 0 年后才被真正当作一种分析工具 它最初 作为高度灵敏的仪器用于实验中 供设计者找寻十分可靠的结果 早期的研究者们忙着测定精确 的原子量和同位素分布 没有积极地去探索这种仪器的新用途 4 0 年代期间 石油工业在烃混合物的分析申开始采用质谱仪 尽管这种质谱图在定性定量 解释时存在着难以克服的麻烦 但在有了高速计算机后 这种仪器就能在工业方面获得重大的成 功 近2 0 年来质谱技术随着新的电离技术 质量分析技术 与各种分离手段的联用技术以及二 维分析方法的发展 质谱已发展成为最广泛应用的分析手段之一 其最突出的技术进步有以下几 个方面 2 9 1 1 新的解吸电离技术不断涌现 日趋成熟 可测分子量范围越来越高 并逐步适用于难挥 发 热敏感物质的分析 例如海洋天然产物 微生物代谢产物 动植物二次代谢产物以及生物大 分子的结构研究 最有发展前景的电离方法有 等离子解吸 快原子轰击 激光解吸 电喷雾 2 各种联用技术如色谱 电泳等分离方法与质谱分析相结合为复杂混合物的在线分离分析 提供了有力的手段 g c m s 联用技术的应用已得到充分的证明和广泛的应用 色质联机的发展 为复杂样品中微量痕量农药的定性定量分析开辟了新途径 用色质联机 c c m s 分离复杂样品 用质谱分析鉴定农药结构 可避免因相邻色谱蜂保留时间相近在定性分析上引起的错误 近年来 主要的接口技术有 粒子柬 p a r t i c l eb e a m 即液相色谱与质谱连用技术 热喷雾 t h e r m o s p r a y 是目前与h p l c 连接最广 泛使用的接口技术 连续流快原子轰击 c f f a b 利用适当孔径的石英毛细管把波相色谱的流出液直接引入f a b 电离源 进行连续的f a b m s 分析 它具有更大的应用潜力 电喷雾 它是一种极有希望 并很有发展前途的联用技术 3 串联质谱等二维质谱分析方法 如果把二台质谱仪串联起来 把第一台用作分离装置 第二台用作分析装置 这样不仅能把混台物的分离和分析集积在一个系统中完成 而且由于把电 离过程和断裂过程分离开来 从而提供多种多样的扫描方式发展二维质谱分析方法来得到特定的 结构信息 1 近年来把质谱分析过程中的电离和碰撞断裂过程分离开来的二维测定方法发展很快 主要的 仪器方法有以下几种 串联质谱法 t a n d e mm s 常见的形式有串联 多级 四极杆质谱 四极杆 和磁质谱混 合式 h y b r i d e 串联质谱和采用多个扇形磁铁的串联磁质谱 n 级质谱研究技术 m s 的发展 也为复杂样品中微量痕量农药的定性定量分析开辟了新途径 g c m s 技术 则有希望被用米排除 因色谱峰重叠造成的干扰 离子阱m s 技术 是八十年代后发展起来的质谱分析技术 即选择目 标化合物的特征离子为母离子 稚除其它离子 对母离子进行碰撞诱导裂解 c i d 用其子离子 s 图谱进一步确认分析对象的分子结构 这样 当复杂样品中干扰组分掩盖待测组分时 样品无需 复杂的净化过程 4 1 日本k o b a y a s h i 等曾用液质联机 l c j d s 2 作了一些生物农药及其代谢物的定性定量分析 美国瓦里安公司也用离子阱g c 雌2 做过几种有机磷农药的多残留分析 耳前国内专题报道过i l s 2 分析技术相对较少 5 傅里叶变换质谱 f r m s 又叫离子回旋共振谱 它利用电离生成的离子在磁场中回旋 共振 通过傅里叶变换得到这些离子的质量谱 近年来由于分离电离源技术日趋成熟 这种分析 方法得到较大发展 它的优点是很容易做到多级串联质谱分析 目前可分析质量范围已达5 万左 右 分辨力也可达1 万 整分子气化和多光子电离技术 l e i 卅m u p i 它是在微激光解吸电离技术的发展中最近 出现的一种新方法 它把解吸和电离二个环节在时间和空间上分离开来 分别用二个激光器进行 解吸和电离 使用红夕 激光器来实现整分子气化 使用可调谐的紫外激光器对电离过程实行宽范 围的能量控制 从而锝到从电离 只显示分子离子 到各种程度不同的硬电离质谱 并成功地用 于生物大分子的序列分析 1 气谱一质谱联用技术 g c m s 是5 0 一6 0 年代快速发展的一种分析鉴定技术 随着仪器真空系 统的不断改进和弹性石英毛细管色谱柱的广泛应用 高灵敏度 高分辨率的台式质谱日趋发展成 熟 在农药分析中的作用越来越突出 特别是在农药残留分析 杂质分析 未知物定性分析 代 谢物分析 农药代谢行为研究等方面起着非常重要的作用 液谱一质谱 l c 一 l s 是最近几年发展成熟起来的技术 越来越被广泛应用于农药分析过程中 特别是随着l c m s 接口技术的成熟以及 相信它在农药定性定量分析中起到越来越重要的作用 f 3 1 3 3 有机磷质谱研究历史现状 有机磷质谱研究起于2 0 世纪6 0 年代 6 0 年代末s s a f e 和0 b u t z i n g e r 出版的农药和污染 物中的质谱 中对有机磷农药首次做了较为全面的整理和归纳 但由于当时的仪器条件的限制 很难对每类化台物和每个农药的质谱进行全面的研究和解释 没有对整个碎裂机理进行全面的阐 述 可以说 当时的质谱技术发展严重限制了有机磷农药的质谱研究 1 后来随着计算机的普及 以及随着标准谱库的建立 人们开始依赖计算机进行谱库检索 来进行有机磷化合物的分析检测 而相对质谱的行为研究较少 基本上没有相关的质谱裂解规律的研究 这无疑大大限制了质谱的 正确应用 特别是在一些未知物的鉴定上 不了解该化合物的碎裂机理 很难对其进行正确判断 例如在进行农产品农药残留检测时 由于农产品本身是有机化台物 本底相应较高 基质中经常 会有 些物质干扰待测未知物 所以在其质谱图上会存在干扰峰 无疑仅用谱库检索很难进行正 确的鉴定 3 8 1 1 4 本研究的目的 6 中国农业大学硕士学位论文 第一章前言与综述 本文选取七大类三十种有代表意义的有机磷农药原药来进行g c 一 l s 及g c m s 2 分析 通过逐渐加大碰撞电压 c l d 强度 比较不同c i d 电压的m s 2 图谱 选择最佳的碰撞电压等m s 2 条件 以便得到尽可能单一的分子结构信息 从而推导质谱裂解过程 探讨并总结各类 有机磷农药的质谱数据和质谱裂解规律 这些质谱数据和质谱裂解规律可以指导有机磷农药原药的检测 并可以指导有机磷 原药中杂质等未知物的质谱检测 从而方便科研 管理 生产 质检等部门的质量控制 和监测 7 中国农业大学硕士学位论文 第二章实验设计方案及实验步骤 第二章实验设计方案及实验步骤 2 i 有机磷农药结构分类 有机磷农药及杂质有五类 它们的通式如下 o 0 r o 2 一p o z i 磷酸酯 o i i r o 2 一p s z r o 2 一p 一0 z i i 一硫代磷酸酯 酮式 r o 笼一p s z i i i 一硫代磷酸酯 醇式 i v 二硫代磷酸酯 r o 2 m 2 岁p s z v 硫代磷酰胺 2 2 有机磷农药原药的选取 0 l 8 一r v i 膦酸醋 霎一 一 玑毒硫药 一一一一 一 一一 一 一龇 一一一 一一一 生陀甲眩 进结瞬瞵国 一一一一一 中国农业大学硕士学位论文 第二章实验设计方案及实验步骤 2 3 方法步骤设计 2 3 i 惦及埘分析 分别将有机磷杀虫剂标准样品导入四极杆质谱仪 分析不同类型农药的e l m s 谱 探 讨其质谱裂解规律及特征离子用于农药分析的作用 然后分别将有机磷杀虫剂标准样品导 入离子阱质谱仪 根据e i m s 谱选择母离子存储在阱中 排除其它离子后 对母离子以共 振方式进行碰撞诱导解离 c i d 采集其子离子谱 即m s m s 谱或m s 2 谱 为选择合 适的碰撞能量 对每种化台物的母离子分别用0 2 1 0v o l t s 电压碰撞 观察其子离子谱 的变化 选择适当c i d 电压 确定m s 2 最佳分析条件 建立这7 大类2 3 种有机磷杀虫剂的 m s 2 数据库 并根据m s 及m s 数据 总结出各类化合物的裂解规律 2 3 2 峪及墟皆总结出来的裂解规律指导农药杂质分析 收集有机磷农药中各杂质的质谱图 根据总结出来的质谱裂解规律 分析并推断各杂 质的结构 取8 5 甲拌磷原油 经稀释后注入到g c m s 系统中 采集数据 得到总离子流程图 分析总离子流程图中的每一个峰 得到每个峰所对应的质谱图 根据总结出的有机磷农药 质谱裂解规律 对这些质谱图进行解析 从而推断出其结构 然后用nist 谱库进行检 索进行验证 9 第三章实验部分 3 1 仪器 f i n n i g a n v o y a g e r 四极杆台式气相色谱一质谱连用仪 气谱仪配有d b 一5 弹性石英毛 细管柱 3 0 r e x 0 2 5 m m x 0 2 s u m 质谱为e i c i 源 s a t u r n2 0 0 0 气质联机 美国v a r i a n 公司 气谱仪配有d b 一5 弹性石英毛细管柱 3 0 m 0 2 5 m m x0 2 5 u m 质谱为e i 源 离子阱质量检测器 具有m s n 功能 3 2 试剂及溶液 丙酮 色谱纯 环己烷 分析纯 杂质标样 农业部农药检定所 溶液配制 分别称取4 0 m g 有机磷原药 敌敌畏 久效磷 磷胺 二嗪磷 对硫磷 毒死 蜱 三唑磷 喹硫磷 甲基对硫磷 甲基毒死蜱 氧乐果 丙溴磷 马拉硫磷 乐果 亚胺硫磷 甲拌磷 伏杀硫磷 特丁硫磷 甲胺磷 永胺硫磷 乙酰甲胺磷 敌百虫 地虫硫磷 分别用 丙酮稀释成l o m g l 摇匀待用 3 3 操作条件及操作 3 3 1 蜗及心分析 分别将有机磷杀虫剂标准样品导入四极杆质谱仪 分析不同类型农药的e i m s 谱 探 讨其质谱裂解规律及特征离子用于农药分析的作用 然后分别将有机磷杀虫荆标准样品导 入离子阱质谱仪 根据e i m s 谱选择母离子存储在阱中 排除其它离子后 对母离子以共 振方式进行碰撞诱导解离 c i d 1 采集其子离子谱 即m s m s 谱或m s 2 谱 为选择合 适的碰撞能量 对每种化台物的母离子分别用0 2 0 5v o l t s 电压碰撞 观察其子离子谱 的变化 选择适当c i d 电压 确定m s 2 最佳分析条件 建立这7 类2 3 种有机磷杀虫剂的 m s 2 数据库 将上述杀虫剂标准样品配制为混合标准样品 使每种化台物的浓度均为5 0 m g l 对 其进行g c m s 分析 分析条件如下 1 0 g c 条件 柱温 5 0 c 停l m i n 5 c r a i n 上升至2 5 0 c 停5 m i n 1 0 c r a i n 上升至 2 8 0 c 停2 m i n 进样口温度 2 0 0 载气 高纯氨 流量1 6 m l m i n 分流比5 0 i 色 谱柱 d b 一5 3 0 m 0 3 2 m m x 0 2 5 m m s 弹性毛细管石葵柱 m s 条件 e i 源 源温2 0 0 c 电子能量7 0 e v 传输线温度2 5 0 c 发射电流3 0 0 u a 电子倍增器电压3 5 0 v 扫描范围3 0 m z 一4 5 0 m z 扫描时间0 4 5 s 扫描间隔0 0 5 s 根据总离子流色谱图 t i c 及质谱图 m s 谱 确定每种杀虫剂的出峰时间 观察 它们的分离情况 3 3 3g c 嬲2 定性分析 在某些情况下仅凭m s 谱还不能确定农药的分子结构 m s 2 谱或m s 分析则可以弥补这个 不足 对每种有机磷杀虫剂进行m s 2 分析 m s 2 分析中对分子离子谱影响最大的是碰撞电压 如 果c i d 电压太高 母离子完全碎裂 电压太低 则母离子保持原状 子离子碎片过少 不便对化 台物进行结构鉴定 本文通过逐渐加大碰撞电压 c i d 强度 比较不同c i d 电压的二级m s 2 图谱 选择最佳的碰撞电压等m s 2 条件 以便得到尽可能单一的分子结构信息 3 4 杂质验证 收集有机磷农药中各杂质的质谱图 根据总结出来的质谱裂解规律 分析并推断各杂 质的结构 选取甲拌磷原油进行原油杂质全分析 将甲拌磷原油配制成5 m g l 的丙酮溶液 取 l u l 注入到g c m s 中 采集所有数据 得到总离子流程图 对总离子流程图上的每一个 色谱峰进行分析 得到每个色谱峰的质谱图 根据本文总结出的质谱裂解规律 推导除 主峰外各个色谱峰对应化合物即杂质的结构 中国农业文学硕士学位论文 第四章结果与讨论 第四章结果与讨论 本论文通过逐渐加大碰撞电压 c i d 强度 比较不同c i d 电压的二级m s 2 图谱 选择最佳的 碰撞电压等m s 2 条件 以便得到尽可能单一的分子结构信息 表1 为不同c i d 电压对乙基一硫代 磷酸酯杀虫剂对硫磷m s 2 图谱的影响 如表i 所示 当电压为0 2 0 v 时 母离子 m z2 9 1 没有 断裂 当c i d 电压逐渐上升 母离子丰度则逐渐下降 直至c i d 电压为l 0 v 时 母离子完全断 裂 m z2 9 1 或2 9 2 离子消失 对杀虫剂对硫磷来说 c i d 电压为0 6 0 8 v 为好 此时 母离子丰度在2 0 5 0 之间 子离子明显可辨认 用同样的方法 可以探讨各类有机磷农药 的m s 2 分析条件 记录最佳条件下其m s 2 谱图的数据 见表1 表1c i d 电压对对硫磷m 擎谱图的影响 c i d 电压 v o i t s 母离子 m z 子离子m z 0 22 9 t 1 0 0 无 0 4 2 9 2 1 0 0 2 6 2 9 7 1 6 7 1 4 2 b 1 1 0 9 0 6 2 9 2 3 4 2 6 3 1 0 0 1 6 7 1 4 2 5 3 1 0 9 0 7 2 9 2 3 0 2 0 3 1 0 0 1 6 7 1 4 2 7 2 1 0 9 0 8 2 9 2 2 4 2 6 3 1 0 0 1 6 7 1 4 2 6 1 1 0 9 1 0 2 9 2 0 2 6 3 8 7 1 6 7 1 4 2 7 8 1 0 9 为了研究质谱裂解规律 本论文还通过逐渐加大碰撞电压 c i d 强度 比较不同c i d 电压 的h s 2 图谱 选择最佳的碰撞电压及存储r f 值等m s 2 条件 以便得到尽可能少的子离子碎片 从 而推导出母离子裂解途径和裂解式 表2 为不同c i d 电压对有机磷酸酯敌敌畏鼯2 图谱的影响 在c i d 电压为0 5 v 时母离子m z 2 2 0 裂解生成m z 1 8 5 并且母离子 m h m z 2 2 1 丰度为6 0 子离子m z 1 8 5 丰度为1 0 0 9 6 说明母离子m z 2 2 1 脱去m z 3 6 裂解生成m z 1 8 5 在c i d 电压为0 6 v 时子离子有m z 1 8 5 和m z 9 3 所以较难证明m z 9 3 是由m z 2 2 1 裂解而成还是由m z 1 8 5 裂解而成 一 鲞 g 皇量翌墼墼垦鉴 童里盟星鲍堕墨墨 v 0 1 t s m z 子离子 z 0 3 0 2 2 0 2 2 1 1 0 0 l s s z o 0 3 5 2 2 0 2 2 1 1 0 0 1 8 5 1 2 0 4 0 2 2 0 2 21 1 0 0 1 8 5 陀6 1 05 0 2 2 0 2 2 1 6 0 s 5 0 0 0 0 6 0 2 2 0 2 2 1 1 0 1 s s j 0 0 9 3 2 又如甲拌磷 选择分子离子m z 2 6 0 为母离子 选择不周的c i d 电压对其进行扫描 得到不 同c i d 电压下的子离子谱图 见图 卜5 如图所示 当c i d 电压为0 3 5 v 时 子离子m z 2 3 1 的丰度为1 0 0 而母离子m z 2 6 0 的丰度为2 7 没有更多的子离子出现 从而可以推断子离子 是由母离子脱去m z 2 9 所生成 1 2 r n 8 p d 1 j o a 7t n i ne 7 c h 1 2 3 3 口e u r i c 3 盔7e c c 卜r 1 1 圈1 c i d 电压为0 2 0 v 甲拌磷m v z 2 6 0 m 2 谱图 图3c i d 电压为03 0 v 甲拌磷m z 2 6 0 m s 2 谱囱 1 3 图4 c i d 电压为03 5 v 甲拌磷m z 2 6 0 m s 2 谱图 4 1 有机磷黢酸类 图5 g f d 电压为o4 0 早拌磷m z 2 6 0 m s 2 谱图 商机磷酸酯类农药包含有敌敬畏 d d v p 久效磷 磷胺 m n c r t p h o s 等 这些化合物 都是o o 一二 1 氧基磷酸酯t r 集团为甲基 通过改变z 集团 从而形成不同的化合物 4 d c i o l c m p o r 删 c h3 久效磷 眦 一 叫 一一 划 始 m 姗敌 叫 叫 4 1 1 敌敌畏 敌敌畏化学名为0 o 二甲基一0 一 2 2 二氯 乙烯基磷酸酯 敌敌畏g c m s 一级质谱图见圈6 m s n 测定数据见图2 7 0 14 一d 一1 1 6 8 7r t 132 5a v 1n l 49 9 e 6 t 0 0 l ce ld e l 3 5 00 0f u l l ms i5 10 0 4 7 10 0 8 宝 焉 面 1 0 0 g o j 8 0 7 0 j7 j9 5 0 j 3 0 i 1 蛊鞫辩黔靶 j 罕懈 皿 噼 14 0 1 6 0 18 0 2 0 02 2 0 雷6 敌敌屡质谱圈 敢敌艮的e t 一级质谱翻中含有m z 2 2 0 m z 1 8 5 m z 1 4 5 m z i 0 9 m z 9 3 m z 7 9 m z 6 3 等碎片离子 在这些碎片峰中 m z 1 0 9 为基峰 n z 1 8 5 为次强峰 m z 2 2 0 m z 2 2 2 m z 2 2 4 三 个碎片离子峰的丰度比为9 6 l 说明了m z 2 2