有机磷杀虫剂质谱裂解规律与残留分析的研究-2011

StudyonFragmentationRulesinMSandResidueAnalysisforOrganophosphateInsecticides答辩人：王树娟指导教师：范志先专业：分析化学答辩时间：2011-06-13有机磷杀虫剂质谱裂解规律及残留分析的研究内容提要绪论有机磷杀虫剂质谱裂解途径及规律的研究裂片的推测及痕量分析时定性、定量离子的选择毒死蜱在桃上的残留分析研究与市场样品监测绪论1.1有机磷杀虫剂概述有机磷类杀虫剂是以磷酸酯及其衍生物为活性成分各种药剂的总称。有机磷杀虫剂按化学结构可分为膦酸酯、磷酸酯、一硫代磷酸酯、二硫代磷酸酯、磷酰胺五大类。1.2有机质谱分析技术概述第一台质谱仪由英国科学家弗朗西斯·阿斯顿(AstonFW)于1919年制成。它是迄今为止唯一可以确定物质相对分子质量的方法。有机质谱标准图库

NIST（美国国家科学技术研究所）质谱数据库，2008年版有192108种化合物的220460张标准谱图（EI）。Wiley第9版质谱数据库有662000张标准谱图。对于谱库中不存在的未知物，使用谱图库检索往往也能取得有用的结构信息，标准谱库的重要性不言而喻。但是标准谱库的信息挖掘工作还有待于深入研究，否则是一种信息的浪费。农药到目前还没有非常完善的独立的质谱裂解规律数据库，这方面的信息都散落在各种信息源中。

1.3有机磷杀虫剂质谱分析研究有机磷杀虫剂质谱研究开始20世纪60年代，但当时技术水平严重限制了有机磷农药的质谱研究。现在色质联用仪已经成为农药残留分析实验室的常规分析仪器设备。有机磷杀虫剂多为中、高毒农药，除食品中农药残留监测外，还涉及到自杀、投毒刑侦案件。目前缺乏为有机磷杀虫剂痕量分析提供指导的全面系统的质谱裂解规律研究。1.4本文的研究工作在掌握有机质谱解析知识和获得有机磷杀虫剂质谱图的基础上，首次全面系统的对163种有机磷杀虫剂的质谱裂解途径、规律进行了研究。用发现的规律，遵循并提出相关准则，推测和选定了有机磷杀虫剂质谱痕量分析的定性、定量离子裂片。另外还采用了GC-ECD对桃中毒死蜱的残留量进行了测定。第二、三章

有机磷杀虫剂

质谱裂解途径及规律的研究2.1材料与方法具有129种有机磷杀虫剂质谱图(一级EI)。选取有代表性的有机磷杀虫剂品种：敌敌畏、久效磷、毒虫畏、对氧磷、速灭磷、甲基对硫磷、毒死蜱、二嗪磷、马拉硫磷、甲胺磷等56种有代表性的质谱裂解图。NIST质谱数据库；SDBS数据库；中国科学院化学专业数据库；CHEMOFFICE软件。2.2结果与讨论2.2.1各类有机磷杀虫剂磷酸酯杀虫剂化学结构通式磷酸酯类杀虫剂上图2-1敌敌畏的质谱图下图2-3久效磷的质谱图RI%m/z图2-2推测的敌敌畏质谱裂解途径Fig.2-2Thepossiblefragmentpathwaysofdichlorvos膦酸酯类杀虫剂膦酸酯杀虫剂化学结构通式上图2-33敌百虫的质谱图m/zRI%下图2-35苯硫膦的质谱图图2-34推测的敌百虫质谱裂解途径Fig.2-34Thepossiblefragmentpathwaysoftrichlorfon一硫代磷酸酯杀虫剂化学结构通式一硫代磷酸酯类杀虫剂上图2-11甲基对硫磷的质谱图下图2-15对硫磷的质谱图RI%m/z图2-12推测的甲基对硫磷质谱裂解途径Fig.2-12Thepossiblefragmentpathwaysofparathion-methyl二硫代磷酸酯类杀虫剂二硫代磷酸酯杀虫剂化学结构通式上图2-25乐果的质谱图下图2-29马拉硫磷的质谱图RI%m/z图2-26推测的乐果质谱裂解途径Fig.2-26Thepossiblefragmentpathwaysofdimethoate磷酰胺和硫代磷酰胺类杀虫剂磷酰胺和硫代磷酰胺杀虫剂化学结构通式上图2-37甲胺磷的质谱图下图

丙胺氟磷的质谱图RI%m/z图2-38推测的甲胺磷质谱裂解途径Fig.2-38Thepossiblefragmentpathwaysofmethamidophos2.2.2有机磷杀虫剂整体情况有机磷杀虫剂相对分子质量范围141~672，大多数品种分子离子峰相对强度弱，大于30%的只占28%，为基峰的有蔬果磷、倍硫磷、苯线磷、丁基嘧啶磷、治螟磷、双硫磷。许多剧毒、高毒有机磷杀虫剂品种如甲胺磷、磷胺、亚砜磷等，它们典型的特征离子是C4H8S(m/z88)、CH5NO2P+(m/z94)、C2H6O3P+(m/z109)、C2H6O2PS+(m/z125)，C2H8O4P+(m/z127)，堪称“死亡离子”。2.2.3m-16规则

有机磷杀虫剂质谱中普遍存在m-16规则，质荷比低端强峰及较强峰相同，高端裂片离子相差16个质量数(S→O)，其氧化物的分子离子峰强度大多低于硫化物。由于二乙氧基、硫醇式结构的毒性分别大于二甲氧基和硫酮式的，所以m-16规则对有机磷杀虫剂痕量分析监测意义重大，可作为判断前体化合物使用的证据。甲基对硫磷甲基对氧磷RI%m/z

对硫磷对氧磷m/zRI%

乐果氧乐果m/zRI%2.2.4伴随裂片离子对H2O3P+(m/z81)、H2O2PS+(m/z97)；C2H6O3P+(m/z109)、C2H6O2PS+(m/z125)；C4H10O3P+(m/z137)、C4H10O2PS+(m/z153)。前两对具有极强的特征性，后一对特征性差。m/z81、m/z97是二乙氧基有机磷化合物、m/z109是磷酸酯或硫代磷酸酯、m/z125是硫代磷酸酯的特征裂片离子。二乙氧基有机磷普遍存在γ-H重排，丢失中性裂片m/z28。第四章裂片的推测及痕量分析时定性、定量离子选定运用前面总结的裂解规律，依据结构式推测其主要裂片离子，并对甲基异柳磷、水胺硫磷质谱实测进行确证。依据农药残留质谱分析的相关准则，确定每一个品种的定性和定量裂片离子。试剂与材料正己烷、丙酮均为HPLC级；甲基异柳磷、水胺硫磷标准样品溶液均为100

g﹒mL-1（农业部环境保护科研监测所）。4.1材料与方法仪器设备及操作条件

TRACE2000气相色谱-质谱联用仪，美国菲尼根公司；色谱柱：DB-17，30m×0.25mm×0.25

m石英毛细管柱；色谱条件：柱温60℃；汽化温度260℃，进样量1

L；分流比15:1；进样时间2min；载气(He)200KPa；质谱条件：EI离子源；离子源温度230℃；接口温度280℃；四极杆滤质器；全扫描离子检测；质量扫描范围m/z

50-400；扫描时间12.5min；扫描间隔0.5s。4.2结果与讨论根据硫代磷酰胺类有机磷杀虫剂的质谱裂解规律和其化学结构式，甲基异柳磷应具有如下裂片离子：m/z58、m/z199、m/z273。实测结果m/zRI%图4-1甲基异柳磷的质谱图Fig.4-1Massspectrumofisofenphos-methyl水胺硫磷的质谱图应具有m/z

94、m/z

136、m/z

289裂片离子。

实测结果m/zRI%图4-3水胺硫磷的质谱图Fig.4-3Massspectrumofisocarbophos实测获得的甲基异柳磷、水胺硫磷质谱图中离子裂片与掌握裂解规律的预测吻合。定量离子选择必须为含有磷原子的强峰或基峰，除非标样差谱确证，才可选用非含磷原子的离子定量。定性离子选择选择1-2个无直系亲缘关系含磷原子的离子，外加1个—P-OR’基团中-OR’或-R’裂解的裂片，确证则辅以标样色谱的相对保留时间。

选定了甲胺磷等113种有机磷杀虫剂的定性、定量裂片离子，明确了甲基硫环磷等49种有机磷杀虫剂的定性裂片离子。详见附录四有机磷杀虫剂定性、定量裂片离子精确质量数据表第五章毒死蜱在桃上的残留分析方法研究与市场样品监测

毒死蜱（chlorpyrifos）化学名称：O,O-二乙基-O-(3,5,6-三氯-2-吡啶基)硫代磷酸酯CAS登录号：2921-88-2仪器与设备及气相色谱条件

Varian3800气相色谱仪：配有63Ni-ECD，STAR6.0色谱工作站；组织捣碎机；层析柱，25cm×2cm(i.d.)。气相色谱条件色谱柱：DB-1701P石英毛细管柱；温度：柱箱60℃(保持1min)275℃(保持10min)；气化室及检测室：300℃；载气(高纯氮)：0.07MPa；进样时间：1min；分流比：20:1；进样量：1

L；相对保留时间：约10.5min。

20℃﹒min-1鲜桃匀浆样品20g＋40mL

乙腈振荡15min

布氏漏斗抽滤（40mL乙腈转移）合并正己烷相，脱水定容至3mL柱层析净化，旋干浓缩加入2.4mL定溶液上机测定注：淋洗液为正己烷:丙酮=90:10

定容液为正己烷:丙酮=50:50液液萃取取10mL样品+150mL2.5%NaCl水溶液+50mL×3正己烷毒死蜱在桃上的残留分析前处理步骤LOD、LOQ和工作曲线LOD为1×10-12g

LOQ为0.001mg﹒kg-1工作曲线方程Y=-114360+5075021X，r=0.9981

添加回收率

两个添加水平的平均回收率为88~90%，相对标准偏差为11.92~12.63%。符合农药残留试验准则要求。

图5-2毒死蜱标准溶液气相色谱分离图Fig.5-2GCChromatogramofstandardsolutionchlorpyrifost/minE/mV图5-3桃空白样品气相色谱分离图Fig.5-3GCChromatogramofblankpeacht/minE/mVt/min图5-5添加水平为0.5mg﹒kg-1桃样品气相色谱分离图Fig.5-5GCChromatogramoffortifiedwith0.5mg﹒kg-1ofchlorpyrifosinpeachsampleE/mV样品测定结果

样品Samples平均检出量AverageResidues/(mg﹒kg

-1)台东利群超市Taidong

LiqunSupermarket佳世客JUSCO青岛国货QindaoDomesticsSupermarket抚顺路果品批发市场FushunRoadFruitWholesaleMarket水清沟农贸市场ShuiqinggouFarmersmarket台东沃尔玛TaidongWAL.海琴农贸市场HaiqinFarmersmarket大棚样品Greenhouse＜0.001＜0.001＜0.001＜0.001＜0.001——大田样品Field0.41610.0558—0.0010.08350.01630.005表5-2毒死蜱在桃上的检出量测定结果Tab.5-2Residuesofchlorpyrifosinpeach

CODEX规定桃上毒死蜱残留限量为0.5mg﹒kg-1。图5-7佳世客超市大棚桃样品气相色谱分离图Fig.5-7GCChromatogramofthepeachsampleinplastichousefromJUSCOt/minE/mV图5-12佳世客超市大田桃样品气相色谱分离图Fig.5-12GCChromatogramofthepeachsampleinfieldfromJUSCOt/minE/mV结论1有机磷杀虫剂的质谱裂解行为是以磷原子为中心的氧、硫原子变化的裂解过程。除硫代磷酰胺品种外，C2H6O3P+(m/z109)是有机磷杀虫剂最具代表性的特征裂片离子。在痕量分析时，还要注意C4H8S(m/z88)、CH5NO2P+(m/z94)、C2H6O3P+(m/z109)、C2H6O2PS+(m/z125)，C2H8O4P+(m/z127)典型特征离子。2发现了m－16规则。3总结了各类有机磷杀虫剂的裂解规律。4确定了定性、定量裂片离子的选择原则。5建立了毒死蜱在桃上的GC-ECD残留分析方法，明确了青岛市场上桃的残留状况（2010年）。依据CODEX，未发现超标样品。致谢值此论文完成之际，衷心感谢我的导师范志先教授的悉心关怀和指导。感谢导师三年来从论文选题、试验设计、试验实施到论文写作及修改所倾注的大量心血。在三年的研究、学习过程中，严谨细致、一丝不苟的治学态度一直是我遨游知识殿堂时的指明灯，为我的前进指明了方向。在此，对导师表示深深的感谢并希望能够在今后工作中继续给予指教。此外，在实验的过程中得到了赵文英、贾淑敏、李娇、张晖、沈维维、田霞、郑惠赫、赵德杰、原强、李文琪等同学的大力帮助和支持。在此表示衷心感谢。特别感谢李娇同学绘制了大量的质谱裂解图。特别还要感谢父母和亲人对我的支持和关怀。值此论文完成之际，向所有关心和支持本论文工作的老师、同学、家人和朋友们表示真诚的谢意。最后对审阅和评议的答辩委员会的全体专家、教授致以最诚挚的谢意！攻读学位期间发表的学术论文目录[1]范志先，丁宁，赵文英，贾淑敏，王树娟.

施用三乙膦酸铝后铝在黄瓜及叶片上的残留分析与评价[J].分析试验室，2009，