高效、低毒、低残留杀虫剂吡虫啉分析方法介绍王金玲 (031361005)
(华中农业大学理学院 湖北武汉,430070)
摘要:本文主要讨论吡虫啉原药及中间体的各种仪器分析方法以及在水稻、蔬菜、水果、烟草、土壤中的残留代谢仪器分析研究:高效液相色谱法(HPLC),气相色谱法(GC),极谱分析法等方法。
关键词:吡虫啉 仪器分析 残留代谢 高效液相色谱 气相色谱 极谱
吡虫啉是吡啶类高效杀虫剂,选择性抑制昆虫神经系统中的乙酰胆碱脂酶受体,阻断中枢神经的正常传导,使昆虫神经麻痹后死亡。吡虫啉具有高效、低毒、广谱、内吸及保护天敌的作用,并且对蚜虫、飞虱、叶蝉等刺吸式口器害虫有特效。
吡虫啉的原药为白色结晶,纯品为无色晶体。熔点143.8℃(变态1),136.8℃(变态2),蒸汽压为2×10-9hpa(20)
其化学名为1-(6-氯-3-吡啶甲基)-N-硝基亚咪唑烷-2-基胺,结构式为:

由于吡虫啉的化学结构中,含有苯环等不饱和键,因此,在紫外光区有较强的吸收,故可以用配有紫外检测器的HPLC进行检测。
同时,由于吡虫啉的化学结构中含有氯原子,而且熔点较低,可以用含有电子捕获检测器的气相色谱进行检测。
另外,吡虫啉的化学结构中的硝基等不饱和键可以被还原,因此,可以用电化学方法进行检测。
以下对文献报道的多种仪器方法进行简单介绍。
1、HPLC方法
1.1、对原药含量进行研究曾唏等[1-2];张志兰等[3];牟兰等[4];郑巍等[5];对吡虫啉原药及中间体进行高效液相色谱检测,色谱条件基本相同,大多为:紫外波长为270nm,流动相强极性,为甲醇与水的混合体系。
在这些方法中,将吡虫啉和其中间体在同一检测系统中的检测方法简要介绍如下,以供参考。
1.1.1、实验部分
a、主要仪器与试剂
Shimadzu LC-6A高效液相色谱仪、SPD-6AV紫外-可见检测器吡虫啉、2-氯-5-甲基吡啶、2-氯-5-氯甲基吡啶标准品(含量99.%);甲醇(AR)
b、色谱条件
色谱柱:Hypersil ODS2 4.0mm×300mm,id 10um;流动相:甲醇:水=48:52(V/V);检测波长270nm;流速1mL/min,柱温为室温;进样量10uL。
1.1.2、结果与讨论
a、分析条件选择
为寻找一种适于同时测定三个化合物的波长,将三个化合物用流动相配成适当浓度,用萦外可见分光光度计扫描,测得三个化合物最大吸收波长分别为:吡虫啉269.4nm,2-氯-5-甲基吡啶270.4nm,2-氯-5-氯甲基吡啶269.4 nm,选择270 nm作为检测波长。
流动相比例为甲醇:水为48:52(V/V),流速为1.0mL/min,柱温为室温时,成分与其它杂质均得到很好分离;吡虫啉、2-氯-5-甲基吡啶及2-氯-5-氯甲基吡啶保留时间分别为〔4.6、9.4和10.6min〕。

b、标准曲线
准确称取吡虫啉、2-氯-5-甲基吡啶及2-氯-5-氯甲基吡啶标准品50mg左右,先用少量甲醇溶解,再用流动相定容于25mL容量瓶,配成混合标准溶液。分别吸取此液l.0、2.0、3.0、4.0、5.0mL于25mL容量瓶中,用流动相配成系列标准溶液。进样阀进样10uL。在选定的的实验条件下测定相应峰面积。以峰面积对浓度作工作曲线。结果表明:在标准系列浓度范围内、浓度与峰面积有良好的线性关系,各组分的回归方程见表1,
表1 各组分的回归方程及相关系数
组 分 回归方程 相关系数
吡虫啉 Y=-0.00519+0.48132X 0.9998
2-氯-5-甲基吡啶 Y=-0.00568+2.32882X 0.9994
2-氯-5-氯甲基吡啶 Y=-0.01409+2.11282X 0.9998
c、回收率及精密度实验准确称取吡虫啉、2-氯-5-甲基吡啶及2-氯-5-氯甲基吡啶样品各50mg左右,先用少量甲醇溶解,再用流动相定容于25mL容量瓶,配成混合样品;准确移取1.0mL混合样品溶液,分别加入1.0、2.0、3.0mL的上述混合标准溶液。用流动相定容于25mL容量瓶。按上述色谱条件进行回收率测定,结果见表2。分别准确移取1.0mL上述样品溶液,用流动相定容于25mL容量瓶,在同样条件下进行精密度试验。结果见表3。
表2 各组分的回收率
组分 平均回收率
吡虫啉 100.4
2-氯-5-甲基吡啶 99.7
2-氯-5-氯甲基吡啶 99.6
表3 精密度实验结果组分 标准偏差 变异系数
吡虫啉 0.01 1.5
2-氯-5-甲基吡啶 0.02 1.1
2-氯-5-氯甲基吡啶 0.02 1.0
1.2、残留代谢研究吴俐勤等[6]对水稻稻杆、水稻田中吡虫啉的残留动态进行研究;赵莉等[7]对萝卜、土壤中吡虫啉的残留动态进行研究;戴华等[8]对土壤、水中吡虫啉的残留动态进行研究;曹爱华等对烟草和土壤中吡虫啉的残留动态进行研究[9];扬红等对烟草中吡虫啉的残留动态进行研究[10];陈道文等对蔬菜中吡虫啉的残留动态进行研究[11];张金林等对苹果中吡虫啉的残留动态进行研究[12];对样品中吡虫啉的提取方法有液液萃取,液固萃取,固相微萃取,索氏提取等;对萃取液的净化方法有自制硅胶柱、SPE柱(固相微萃取柱)等。至于检测方法与上述原药测定方法基本相同。所以,在此仅选择几种典型的提取与净化方法予以介绍。
1.2.1、萃取:
(1)、稻杆中的提取
a、甲醇振荡法:称取稻杆10.0g于250mL具塞三角瓶中,加人1mol/L盐酸3mL和100mL甲醇摇匀,浸泡2-3h后机械振荡1h,过滤入500mL分液漏斗,余下部分再加80mL甲醇振荡1h,过滤。过滤液中加人100mL5%NaCl水溶液、100mL石油醚,振摇后静置分层。下层水相放人另一分液漏斗,石油醚用5%NaCl50mL反萃取一次,弃去石油醚液,合并水溶液,加人 40,40,20mL二氯甲烷萃取,二氯甲烷液用无水硫酸钠脱水,过滤入500mL平底烧瓶,滤液在旋转蒸发器上降压浓缩至干,待SPE—C18柱净化。
b、二氯甲烷振荡法:称取稻杆10.0g于250mL具塞三角瓶中,先后加人1mol/L 盐酸3mL 和100mL二氯甲烷摇匀,浸泡2~3h后振荡1h,二氯甲烷液经无水硫酸钠脱水,过滤入250mL平底烧瓶中。剩余残渣再用80mL二氯甲烷振荡1h,无水硫酸钠脱水过滤。滤液在旋转蒸发器上降压浓缩至干,待SPE—C18柱净化。
(2)、土壤中的提取
a、振荡法:称取土壤20.0g于250mL具塞三角瓶中,以后提取与1.2.1.1处理相同。
B、索氏提取法:
称取土壤20.0g于纸套筒中,纸套筒置于加有40mL甲醇的铝筒中,并一起装在索氏提取仪上(密封)。170℃下提取1h,淋洗30min,冷却后取下铝筒,用10mL甲醇将铝筒中的提取液转人平底烧瓶,于旋转蒸发器上降压浓缩近干,并用甲醇定容,0.45μm滤膜过滤。待液相色谱测定。
1.2.2、净化:
取SPE—C18柱,用10mL甲醇预淋脱活,顶干;再用20ml无离子水淋洗,顶干。样品用10mL石油醚和乙酸乙酯混合液(85:15V/V)分3次转人柱内,淋洗液弃去。再用石油醚和乙酸乙酯混合液(30:70,V/V)15mL淋洗,收集淋洗液,浓缩至干,用甲醇定容。待液相色谱测定。
2、GC方法王静等[13]用气相色谱对吡虫啉原药进行测定。
2.1、实验部分:
2.1.1、仪器及试剂:
日立163型气相色谱仪,氢火焰(FID)检测器。色谱柱为内径5毫米、长l米的玻璃柱,固定相为10%OV-101,固定液涂于80-100目Chromosorb W AW DMCS担体上形成。
甲苯,化学纯。
2.1.2、色谱条件灵敏度103,衰减32,空气:1kg/cm2,氢气:0.9kg/cm2,载气(N2);31mL/min,检测器和气化室温度均为200℃,程序升温:初始温度60℃,最终温度125℃,升温速率10℃/min。
2.1.3、样品制备
取反应液水溶液处理后调节pH至9—10,用甲苯萃取,萃取液直接进样。
2.1.4、结果(略)
3、电化学方法郑修文等用极谱吸附波对吡虫啉进行测定[14]。邱瑾等[15]对吡虫啉的光降解产物用毛细管电泳进行分析研究;
极谱吸附波方法:
实验部分
3.1.1、仪器和试剂
JP-303型示波极谱仪(四川成都仪器厂)。三电极系统:滴汞工作电极、饱和甘汞参比电极、铂丝辅助电极;岛津LC-10A高效液相色谱。
吡虫啉标准溶液:准确称取0.1000g吡虫啉(95.40%),用100mL甲醇溶解后再用0.01mol/LNH3-0.2moL/LNH4Cl(pH=8.0)的底液定容至1L。
实验用试剂均为分析纯,水为蒸馏水。
3.1.2、实验方法
吸上述配制好的吡虫啉溶液20.00mL,加入0.2%的溴代十六烷基三甲胺4mL,再用上述底液定容至200mL,在-0.7~ -1.2V电位区间内,作单扫描极谱图,记录极谱波。
3.2、结果与讨论
3.2.1、底液的选择
比较0.0100g/L的吡虫啉分别在克拉克—鲁布斯、HAc—NaAc、NH3—NH4Cl、伯瑞坦-罗比森缓冲溶液中的峰电流,发现在4种缓冲溶液中均能产生极谱峰.随着pH值的增高,峰电流增大.峰电位负移,这有利于电极反应进行,也说明了电极过程有氢离子参加反应,但随着pH值的升高,溶液的稳定性下降。在NH3—NH4Cl中生成最灵敏并且稳定的极谱峰(如图1所示),故用pH=8.0的NH3—NH4Cl 缓冲溶液为底液。在此条件下,发现氧波无干扰.故无须除氧。

3.2.2、体系稳定性
配制0.00100g/L的吡虫啉试液,15min后测定其峰电流,与放置24h后的峰电流比较,其变化〈1%。说明吡虫啉还原峰在pH=8.0的NH3—NH4Cl中的稳定性好。
3.2.3、扫描速度、静止时间和起始电位与峰电流的关系
配制0.0100mg/L的吡虫啉试液,当Ea在-0.7~-1.2V范围内变化时,Ip变化平缓,实验选择Ep为-0.95V,用LSV对4.00×10-5mol/V的吡虫啉进行了实验。峰电流随着扫描速度的增大而增加,ip与v1/2呈线性关系(r=0.9629)。说明该电流同时具有吸附性和扩散性。
3.2.4、温度系数试验
在上述实验条件下,当溶液的温度在0-9℃之间;温度系数为0.57%/℃,9-15℃之间温度系数为-0.83%/℃;15-30℃之间温度系数为-1.4%/℃。温度系数变负为典型的吸附波特性。本文选择实验温度为11±0.2℃。
3.2.5、波高与浓度关系
在选用底液条件下,吡虫啉在1.2×10-4mol/L-5.0×10-6mol/L范围内与峰高有良好的线性关系,线性方程为Iy=4731X+2546(r=0.9941),标准误差S=2.300×103nA。当浓度大于1.2×10-4mol/L时,校准曲线向浓度轴弯曲,表现吸附波的特性。
3.2.6、精密度的测定
运用本法做6次平行实验,测定结果分别为91.7%、90.7%、92.1%、92.1%、91.5%、91.5%;相对标准偏差为1.38%,本方法的重现性良好。
通过上述文献报道,可以了解到:虽然关于吡虫啉的检测方法较多,各种仪器方法的检测限,灵敏度各不相同,样品处理方法也有不同的变化,但高效液相色谱在日常检测工作中应用较为广泛,目前报道的关于吡虫啉的高效液相色谱检测方法已经较为成熟,可以为以后的研究工作提高借鉴。
通过对不同的仪器方法进行比较,可以发现,在一个仪器方法的建立工程中,无论是仪器实验条件,还是方法中关于样品的提取、净化,首先要根据关于目标化合物的残留检测限的要求,结合化合物的化学结构和物理化学性质,选择合适的灵敏度较高的仪器进行试验。例如:如果化合物的结构中含有共轭(键,则可以考虑使用配有紫外检测器的HPLC;如果化合物有荧光吸收,或衍生后有荧光吸收,则可以选择配有荧光检测器的HPLC进行试验;如果化合物容易汽化,性质稳定,含有N,P元素,则可以选择配有氮磷检测器的气相色谱进行检测;如果该化合物含有氯原子,则可以选择配有ECD的气相色谱进行试验。当然,也可根据检测限的要求,选择液-质联用或气-质联用。
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