甲萘威及其主要降解产物1-萘酚的研究进展

甲萘威及其主要降解产物1-萘酚的研究进展

中国的水生环境长期受到城市、工业和农业排放的化学物质的污染。由于有机磷农药和氨基丙烯酸农药用作农业祭品，污染水体尤其严重。自20世纪50年代氨基甲酸酯类农药进入市场以后,由于其在环境中的低残留性和高效性,很快就成为继有机磷农药之后防治害虫的第二代农药的代表。氨基甲酸酯类农药的除虫机理与有机磷农药相似,主要是抑制害虫的胆碱酯酶活性,使酶活性中心丝氨酸的羟基被氨基甲酰化,从而使酶失去对乙酰胆碱的水解能力。氨基甲酸酯类农药不需经代谢活化,即可直接与胆碱酯酶形成疏松的复合体。由于氨基甲酸酯类农药与胆碱酯酶的结合是可逆的,且在机体内很快被水解,胆碱酯酶活性较易恢复,故其毒性作用较有机磷农药轻。氨基甲酸酯类杀虫剂主要分为5类:(1)萘基氨基甲酸酯类,如甲萘威;(2)苯基氨基甲酸酯类,如异丙威;(3)氨基甲酸肟酯类,如涕灭威;(4)杂环甲基氨基甲酸酯类,如克百威;(5)杂环二甲基氨基甲酸酯类,如异索威。除少数品种如克百威等毒性较高外,大多数属中、低毒性。甲萘威是萘基氨基甲酸酯类农药的代表。2006年欧盟撤消了对甲萘威在植物产品中的授权,要求其成员国必须在批准日期之后6个月内撤回对相应的植物保护产品的授权,依照指令91/414/EEC第4条第6款的规定,成员国允许对库存的含有这类活性物质的植物保护产品处置、贮藏、投放市场和使用的宽限期限定为不超过12个月,即自通报批准日期起18个月。2008年欧盟化学品审查委员会第四次会议中的附件Ⅱ明确提出了禁止甲萘威的使用,认为甲萘威除了吞食和内吸性毒性以外,能引发人体所有脏器肿瘤(其中以消化道癌最为常见),属于第三类致癌物质。1应用物理特性甲萘威(carbaryl),化学名称为1-萘基甲基氨基甲酸酯(1-naphthylmethylcarbamate),CAS登记号63-25-2,分子式C12H11NO2,相对分子质量201。理化性质无色至浅褐色晶体,有刺鼻气味,熔点142℃,蒸气压为4.1×105Pa(23.5℃),相对密度1.23(20℃),溶解度30℃为40mg/L、20℃为120mg/L。易溶于极性溶剂,25℃时在各溶剂中的溶解度分别为:二甲基甲酰胺400~450g/kg、二甲基亚砜400~450g/kg、丙酮200~300g/kg、环己酮200~250g/kg、异丙醇100g/kg、二甲苯100g/kg。2甲威的药养作用甲萘威在我国浙江、江苏、福建、湖北等多个省份大量生产和使用,它具有触杀及胃毒作用,并伴有微弱内吸作用,能抑制害虫神经系统的胆碱酯酶而致死。据报道,甲萘威可用于141种作物,防治565种害虫。甲萘威属中等毒性,与环境和人类健康有密切联系。如果人长期暴露在具有甲萘威的环境里,会对人的免疫系统、神经中枢和内分泌系统造成损害。2.1cag-4对蛋白激酶信号转导通路的影响陈森平研究发现甲萘威能够抑制卵巢颗粒细胞类固醇激素合成,但对人颗粒黄体细胞没有明显的细胞毒性。甲萘威对卵巢类固醇激素合成的干扰作用机制可能涉及到对胆固醇跨线粒体膜转运的抑制及对cAMP-依赖的蛋白激酶信号转导通路的影响。朱映霞研究发现,甲萘威具有中等毒性,可经皮肤、消化系统、呼吸系统进入生物体内;较轻的中毒表现为头疼、恶心、呕吐、瞳孔缩小等,重者昏迷、抽搐、肺水肿甚至死亡。李燕南等经调查认为,甲萘威农药生产厂的女员工,因长期暴露于甲萘威环境中,其自然流产率增高;长期暴露于甲萘威环境中的男工,其精子和精液质量下降。甲萘威的急性毒性:人(女性)经口最低致死剂量为5mg/kg。甲萘威的亚急性和慢性毒性:人经口连续6周喂食0.12mg/kg甲萘威,尿中氨基酸/肝酐氮的比例降低。2.2对小鼠的急性毒性甲萘威引起大鼠动情周期的紊乱以及性激素水平改变,对大鼠的抗氧化系统产生了一定影响。Wakakur发现甲萘威能引起大鼠肝细胞特异性坏死并进而产生肝糖原紊乱;长期投予甲萘威后可观察到有明显的血管扩张,伴有虹状新血管形成,与严重糖尿病患者中的虹膜发红类似。甲萘威的急性毒性试验:大鼠经口LD50为250~560mg/kg;大鼠经皮LD50为4000mg/kg;小鼠经口LD50为171~200mg/kg。甲萘威的亚急性和慢性毒性:大鼠经口(0.7~70mg/kg)×(6~12月)试验,发现其脑下垂体、性腺、肾上腺和甲状腺都有损害。此外,Arunachalam等发现甲萘威对鲇鱼72h的半致死浓度为17.5mg/kg,虽然浓度低于12.5mg/kg时在72h之内不会导致鲶鱼死亡,但会影响脑的功能,引起鲇鱼一系列回应甲萘威毒性压迫的异常活动;持续27d暴露于存在次致死浓度甲萘威的环境中,明显减少了鲇鱼的食量、降低了生长速率。甲萘威24h内对蜗牛的半致死浓度为20.05mg/L,96h对蟾蜍的半致死浓度为12.3mg/L,96h对彩虹鳟鱼的半致死浓度为1.88mg/L,96h对蝌蚪的半致死浓度为6.2mg/L。甲萘威常用于控制森林和农业中的害虫,海湾、河口的甲壳类动物及水草。Almeida等认为鱼体内的生化指标很容易受到水环境中一些不利因素的影响。3检测限和检出限我国制定了相关农作物中甲萘威的残留限量标准(mg/kg):粮食≤5.0,蔬菜≤2.0,水果≤2.5,食用油≤0.5,烟草≤1.0。罗小玲等用高效液相色谱法测定果蔬饮料中甲萘威的残留,甲萘威的最低检出限为0.002mg/kg,认为该方法的适用性、检出限、准确度和精密度都完全可以满足果蔬饮料中甲萘威残留量的检测。方新红等采用高效液相色谱法对城市污水甲萘威含量进行了测定,并对模拟水样进行了精密度和准确度试验,其相对标准偏差在0.0699%~0.155%之间,回收率在114%~120%之间。卢彦用LC-LC联用技术检测环境水中甲萘威的残留发现:在228nm下测得甲萘威的检测限可达0.008μg/L,线性相关系数的平方大于0.9996;甲萘威的加标回收率在77.4%~123%之间;甲萘威的不同浓度级别的日间精度和日内精度符合EC/98/93导则要求。戴秀丽等用固相萃取-高效液相色谱法测定环境水体中甲萘威,该方法对甲萘威的检出限为1.2μg/L,当浓度范围为0~10.0μg/mL时,回归方程相关系数为0.9999,样品加标平均回收率为86.6%,RSD小于5%,均优于传统液-液萃取。苏宇亮等也用固相萃取-高效液相色谱法测定水中甲萘威,其最低检出限为0.001mg/L,相对标准偏差(RSD,n=5)≤2.5%,加标回收率为98.0%~98.5%,固相萃取效果优于液-液萃取;该方法适合于地表水及饮用水中甲萘威的检测。高庚申等参照卫生部2001年制定的《生活饮用水卫生规范》,采用高效液相色谱法对饮用水中的甲萘威进行了检测,其检测方法线性相关系数为0.9996,相对标准偏差为0.326%,不同浓度的样品加标回收率均高于92.0%。此方法操作简便、准确可靠、灵敏度较高,适合于地表水及饮用水中甲萘威检测。钮松召用在线富集-高效液相色谱联用技术检测甲萘威时,消除了甲萘威低浓度水平(0.04μg/L)背景杂质的严重干扰,使在线富集-高效液相色谱联用这一简单、快速、精确、廉价的技术,在检测环境水中甲萘威残留时灵敏度大大提高,可获得和LC-MS媲美的检测灵敏度。4甲萘威中毒的研究4.1ph值和温度对甲威的影响甲萘威对酸性物质较稳定,遇碱易分解,但在4℃时甲萘威标液保存3个月后化学性质没有明显的变化。张晓明等的试验表明,甲萘威在碱性和高温情况下,水解反应加快,水解速率随pH值和温度的增大而有所增加,并且,他们认为河水中的一些无机离子和腐殖酸等对甲萘威的水解有一定的影响;而不同浓度的甲萘威水解速率也不一样。在pH值为7、温度30℃下甲萘威的半衰期大约只有120h;水温每上升10℃,其水解速度就大约增加2~3倍。William等对甲萘威的风险评估中指出,甲萘威在pH值为5的水体中稳定,pH值为7的水体中的半衰期为12天,pH值为9的碱性水体里的半衰期只有3.2h。4.2甲威的代谢产物甲萘威在有氧土壤环境中的半衰期为4d,厌氧土壤环境中的半衰期为72d;在有氧水体环境中的半衰期为4.9d,厌氧水体环境中半衰期为72d。可见,甲萘威在天然水体环境中易分解。另外,Jana研究表明,甲萘威在土壤中的半衰期为8~9d,土壤中的动物、微生物等会摄食部分甲萘威,如森林土壤中的节细菌属能快速分解甲萘威,得到主要的代谢产物有1-naphthol、1,4-naphthalenedione、1,4-naphthalenediol,并释放出CO2,实现在土壤中的降解。未降解的甲萘威随径流进入江、河、湖、海。在实验室模拟的河口环境中,20℃下17d之后所有的甲萘威在微生物的作用下几乎全部消失,其中43%转化成萘酚。有相关研究表明,甲萘威的真正的毒性因子是1-萘酚和其他水解代谢物,而不是甲萘威本身。5-naphthol-二氧化碳甲萘威的生物和非生物降解的主要产物为1-萘酚(1-naphthol)和二氧化碳。1-萘酚又名α-萘酚或甲萘酚,是合成农药的原料,是甲萘威农药的水解产物,也是灌溉水、自来水和井水环境监测的重要项目。5.11苯酚、苯酚、碱、苯等水水溶液1-萘酚为无色或黄色菱形结晶或粉末,相对分子质量为144.16,相对密度为1.0989,熔点为96℃,沸点278~280℃,288℃升华,有类似苯酚的气味,在光照下变成深棕色,遇高热、明火或与氧化剂接触,有引起燃烧的危险。微溶于水,易溶于乙醇、乙醚、三氯甲烷、苯和碱水溶液,不溶于水。加热随水蒸气蒸发,遇光变黑。5.21酚类物质在脏器疾病的作用1-萘酚是一种常见的精细化工中间体,主要用于有机合成和染料工程,是农药、染料、医药等方面的重要中间体。在化妆品行业,1-萘酚作为着色剂用于一些染发剂。但是,1-萘酚在化妆品中属限量物质,我国已规定其在染发剂中最大浓度不超过0.5%。1-萘酚对皮肤、眼睛、血液和肾脏都有较强的刺激性和毒害作用,具有致癌、致畸、致敏、致突变性的潜在毒性,是环境污染物。人体大量吸收可导致肾炎、结膜炎、皮炎、头痛、呕吐、腹泻、肝肿大、黄疸、蛋白尿和血溶性贫血等症状。1-萘酚属于多环芳烃(PAHs)类物质,是常见的环境污染物及重要的光敏剂。很多研究表明PAHs主要是通过光诱导致毒效应,即通过光促反应产生活性氧自由基或降解为活性中间代谢产物而破坏细胞膜及细胞内其他大分子物质的结构与功能。1-萘酚在光激发下形成三重态的分子,并将能量传递给氧,产生单线态氧。许多生物大分子如蛋白质、核酸及不饱和脂肪酸等都能与单线态氧反应而遭到破坏。此外,三重态分子还参与光引发的电子转移反应,形成具有反应活性及潜在毒性的中间体如过氧自由基,并能通过H2O2形成氧化性更强的羟基自由基,它与大多数有机倾倒物及许多无机离子反应产生其他毒性分子,必定会对环境中的各种生物产生一定的危害。6浮游生物对环境的污染研究污染物的作用机理,减轻污染物对水体环境的影响尤为重要。甲萘威越来越受到国内外的关注,其在水域生态环境中的毒理也正在受到重视。目前,国内外的研究主要集中在甲萘威的检测方法、甲萘威对动物激素水平的影响,以及水生动物暴露在甲萘酸的环境中后甲萘威对其生化指标的影响方面;但是,当甲萘威存在于水体环境中时,甲萘威原体及其主要降解产物1-萘酚对水体环境中的初级生产力影响的研究却很少见。浮游生物作为水体生态环境中的初级生产力,首当其