土壤中氯氰菊酯残留量检测方法的研究进展

土壤中氯氰菊酯残留量检测方法的研究进展

几十年来，国内外对土壤污染的研究主要集中在镉、铅、锌等重金属污染上，其次是部分含有二英和多环芳烃等的有机污染物。然而，对农业和食品污染的研究相对较少。其中，主要研究了六、六、流鼻涕等有机氯农药的残留和污染。氯氰菊酯是继有机氯、有机磷和氨基甲酸酯之后人工合成的、生物活性优异、环境相容性较好的一大类农药,为含氰基的合成拟除虫菊酯类杀虫剂,随着有机氯和部分有机磷农药在生产中禁用,拟除虫菊酯类农药施用量在全球范围内普遍增加。氯氰菊酯是菊酯类农药中较常用的一种,主要用于玉米、棉花、蔬菜、果树、烟草、茶树、大豆、花卉等作物,防治玉米螟、棉铃虫、棉红铃虫、蚜虫、菜青虫、桃小食心虫、柑橘潜叶蛾、茶尺蠖、茶毛虫、丽绿刺蛾、大豆食心虫、花卉蚜虫等害虫。其对水生生物具有很大的毒性,最近又有研究表明其具有激素活性和致癌作用,因此氯氰菊酯进入土壤后,会存在较大环境风险。但是目前对氯氰菊酯的残留分析多集中于蔬菜、水果、茶叶等,而对土壤中的残留情况则研究相对较少。本文详细介绍了氯氰菊酯的基本性质及在土壤中的残留分析方法和存在情况,以期为后续研究奠定基础。1氯氰菊酯的介绍1.1结构及稳定性氯氰菊酯(cypermethrin)分子式为C22H19Cl2NO3,相对分子质量416.15,棕黄色至深红色黏稠半固体(室温),密度为1.23,熔点为60~80℃,蒸气压为2.3×10-7Pa(20℃),闪点为80℃,水溶性极低,易溶于酮类、醇类及芳烃类溶剂,在中性、弱酸性条件下稳定,强酸及碱性条件下水解,热稳定性良好(200℃以内),中等毒性。其结构式见图1。1.2急性毒性鉴定氯氰菊酯对动物及人的毒副作用包括对神经系统、血液系统、消化系统、免疫系统和生殖系统的影响,其作用机制涉及神经生理学、神经行为、脑组织生物膜、神经递质、神经信号转导及神经细胞损伤等方面。Undeger等的研究表明氯氰菊酯质量浓度为200g/L时会显著增加人淋巴细胞DNA损伤。氯氰菊酯对鸟类和哺乳动物相对无毒,但对水生生物毒性极强,包括鱼类、两栖类、无脊椎动物等。印度的Saha等在实验室进行了96h的静态生物测定,确定了氯氰菊酯对5个不同类群和生态位的非目标淡水生物的急性毒性。结果表明生物体对氯氰菊酯敏感性的顺序是:甲壳类螵水蚤>水生昆虫蝎蝽属线性草沙蚕>淡水鲤>蟾蜍的蝌蚪幼体黑眶蟾蜍>寡毛纲(环节)动物苏氏尾鳃蚓。水环境中氯氰菊酯96h的LC50值从对甲壳类的0.03µg/L到蝌蚪的9.0µg/L。对寡毛纲(环节)动物的LC50值非常高(71.12µg/L)。Collins等的实验表明:小长臂虾的幼体对氯氰菊酯的污染比其他甲壳动物,鱼和蝌蚪更加敏感。AYDIN等的研究发现氯氰菊酯对鲤鱼胚胎的8hLC50值(95%可信限)约为0.909(0.256~5.074)µg/L。与对照组(P<0.05)相比,氯氰菊酯在0.0001µg/L时会显著增加幼虫的死亡数量。暴露时间为1~96h(P<0.05)时幼虫的死亡数量随氯氰菊酯质量浓度增加而大幅度增加。氯氰菊酯对鲤鱼胚胎的96hLC50值(95%可信限)估计为0.809(0.530~1.308)µg/L。这项研究的结果表明水生环境中低浓度水平的氯氰菊酯可能对鲤鱼繁殖和发育有显著影响。由于氯氰菊酯对鱼类的毒性,含有氯氰菊酯的许多产品被美国环境保护署列为“限制使用的农药”。氯氰菊酯已经被归为II类毒性(中等毒性)化学物质(美国环保局1989年)。1.3土壤微生物活动及施肥对其降解的影响氯氰菊酯在土壤中的持久性中等。实验室条件下,在砂质黏土、砂壤土中比在黏土中降解得快,在有机质含量低的土壤上降解得会更快。在有氧条件下,氯氰菊酯在土壤中半衰期(tl/2)为4~56d,在实验室条件下施于砂质土壤上,其tl/2为17.5d。在无氧条件下,其持久性会更长。氯氰菊酯的光解作用明显,tl/2为8~16d。在有氧条件下,它还会被微生物降解。何华等报告,氯氰菊酯的消散半衰期与土壤pH值呈负相关。林淦等指出:中性pH值条件有助于减少土壤中氯氰菊酯的残留量。氯氰菊酯的半衰期与有机质含量也是负相关,相关系数为-0.9697。Gu等进行了实验室培养实验,探讨长江三角洲地区红壤中3种拟除虫菊酯类农药(氯氰菊酯、氰戊菊酯、溴氰菊酯)持久性和降解性的影响因素,包括微生物活动,3个土壤性质(pH值、有机质含量、阳离子交换容量),外部碳源,初始土壤浓度。研究数据显示:降解半衰期与土壤pH值和土壤有机质含量有关,而与土壤阳离子交换容量无关。氯氰菊酯等的降解速率也有随初始土壤浓度增加而增加的趋势,但在很大程度上不受农药在土壤中单独存在还是作为一种混合物存在的影响。另一个值得注意的发现是微生物的活动在降解过程中起着主要作用。秦曙等在实验室条件下,通过对东北黑土、华北褐土、华南红土中3次添加氯氰菊酯的降解研究发现:氯氰菊酯在3种土壤中的降解是以微生物降解为主,化学降解为辅;土壤间理化性质的不同对化学降解速率没有明显影响,多次施药则因较难降解的顺式异构体在土壤中积累而使半衰期延长。谢文军等研究施肥对氯氰菊酯降解的影响,结果表明:不同施肥处理对氯氰菊酯在土壤中降解有显著影响,其中在PK(无机PK肥)、CK(对照,不施肥)土壤中降解较快,半衰期分别为9.6、10.7d,在NK(无机NK肥)土壤中降解最慢,半衰期为15.1d,长期施用有机肥(OM)较无机肥(NPK)降解呈增加趋势,但未达显著水平,半衰期分别为10.8、11.8d。相关分析表明土壤中速效氮含量与氯氰菊酯半衰期呈显著负相关,长期偏施氮肥可提高土壤中速效氮的含量,进而能显著降低氯氰菊酯在土壤中降解速度。氯氰菊酯在OM、NPK土壤中降解较慢的原因可能是土壤高有机质含量增加了对农药的吸附,进而抑制了其降解。土壤环境中的氯氰菊酯和重金属的相互作用也得到关注。Liu等研究了高效氯氟氰菊酯和氯氰菊酯对2种受到铜污染的典型土壤的吸附,发现随着土壤铜含量从19、18mg/kg增加到1600mg/kg,氯氰菊酯在2种土壤中的吸附系数均下降近100%(红壤的Kd值从9.4L/kg下降到0.2L/kg,黑土Kd值从16.2L/kg下降到0.5L/kg)。分析认为主要是铜和氯氰菊酯在土壤中吸附位之间竞争的结果。2土壤有机碳污染分析土壤是农药在环境中的“贮藏库”与“集散地”,由于利用率低,施入土壤的农药大部分残留于土壤中。有关研究表明使用的农药80%~90%的量最终进入土壤。但根据现有文献资料,在分析基质方面,对茶叶、烟草、蔬菜、水果、粮食等天然产物中氯氰菊酯农药的多残留分析很多,而土壤由于自身成分复杂以及其他农药组分的残留,使得菊酯类农药的提取、分离、净化与富集的难度加大,并且分析测定中试剂的消耗量大,提取、净化过程较为繁琐,因此有关土壤中氯氰菊酯残留量检测的报道非常少。土壤环境中已经检测到有氯氰菊酯存在,其质量分数为1~35µg/kg(见表1)。3氯氰菊酯的检测3.1淋洗液中的乙酸乙酯类较为常用和比较传统的方法是振荡提取后液-液分配萃取净化,然后采用柱层析净化。一般步骤为提取液(提取剂常用石油醚-丙酮、石油醚-甲醇、正己烷-丙酮等)振荡提取后,石油醚、乙腈等有机溶剂液-液分配萃取净化,然后过装有弗罗里硅土、硅胶或三氧化二铝的层析柱净化(所用淋洗液常为乙酸乙酯-石油醚、正己烷-丙酮等),最后旋转蒸发浓缩,很多报道的前处理都采用这种方法。如李畅方等用甲醇-石油醚提取、石油醚-水液液分配、弗罗里硅土和活性炭层析柱净化、GC-ECD方法分析了荔枝果皮和土壤中的氯氰菊酯。近年来更多现代技术涉及使用高压或高温提取,如微波辅助提取,加速溶剂萃取,超临界流体萃取或超声波提取等逐渐得到应用,如西班牙学者Esteve-Turrillas等对含有氯氰菊酯在内的11种拟除虫菊酯类杀虫剂的土壤样品用甲苯-水微波辅助提取(700W)9min,再用弗罗里硅土进行净化。另外有西班牙研究人员Hernández-Soriano等用微波辅助萃取技术萃取土壤中的2种拟除虫菊酯类农药溴氰菊酯和顺式氯氰菊酯、3种有机磷杀虫剂:乐果、二嗪磷和马拉硫磷。实验设计表明:提取温度、提取剂的加水量和溶剂/土壤比例是对农药回收率影响最大的变量。3.2氯氰菊酯相关检测方法现在国内外对氯氰菊酯的检测方法有气相色谱法(GC)、高效液相色谱法(HPLC)、GC-MS、LC-MS、气相色谱-串联质谱法(GC-MS-MS)、光度法等。其中以GC、GC-MS、HPLC为主。GC是目前氯氰菊酯检测应用最多的方法,大多使用电子捕获检测器(ECD)。HPLC多用UV(紫外检测器)或DAD(二极管阵列检测器),常用流动相为乙腈和甲醇,HPLC的检出限一般要比GC高[15,17,18,19,20,21,22]。4氯氰菊酯残留情况土壤作为有害环境毒物的容纳场所和消化场所,对缓解环境污染具有不可替代的作用。农药的大量持续投入,对土壤环境形成污染,严重时不但影响土壤肥力和降低农产品品质,而且会造成对地下水甚至饮用水的污染,直接危害人类健康。因而农药对土壤的污染和防治应该引起学术界和公众的关注。氯氰菊酯是持久的化合物,并不十分易溶于水,并趋向于富集在水生生物体内,对水生有机物非常有毒,龙虾、虾蜉蝣和浮游动物是最易受到影响的非目标水生有机体。尽管拟除虫菊酯在土壤中有很高的稳定性,但它们吸附于土壤和沉积物微粒后也可以通过径流进入地表水。此外,拟除虫菊酯含有人造的或外源性雌激素,它们能增加体内雌激素含量,氯氰菊酯已被美国环境保护署(EPA)列为可能的