有機(jī)磷殺蟲劑質(zhì)譜裂解規(guī)律與殘留分析的研究-2011

StudyonFragmentationRulesinMSandResidueAnalysisforOrganophosphateInsecticides答辯人：王樹娟指導(dǎo)教師：范志先專業(yè)：分析化學(xué)答辯時(shí)間：2011-06-13有機(jī)磷殺蟲劑質(zhì)譜裂解規(guī)律及殘留分析的研究?jī)?nèi)容提要緒論有機(jī)磷殺蟲劑質(zhì)譜裂解途徑及規(guī)律的研究裂片的推測(cè)及痕量分析時(shí)定性、定量離子的選擇毒死蜱在桃上的殘留分析研究與市場(chǎng)樣品監(jiān)測(cè)緒論1.1有機(jī)磷殺蟲劑概述有機(jī)磷類殺蟲劑是以磷酸酯及其衍生物為活性成分各種藥劑的總稱。有機(jī)磷殺蟲劑按化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為膦酸酯、磷酸酯、一硫代磷酸酯、二硫代磷酸酯、磷酰胺五大類。1.2有機(jī)質(zhì)譜分析技術(shù)概述第一臺(tái)質(zhì)譜儀由英國(guó)科學(xué)家弗朗西斯·阿斯頓(AstonFW)于1919年制成。它是迄今為止唯一可以確定物質(zhì)相對(duì)分子質(zhì)量的方法。有機(jī)質(zhì)譜標(biāo)準(zhǔn)圖庫(kù)

NIST（美國(guó)國(guó)家科學(xué)技術(shù)研究所）質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)，2008年版有192108種化合物的220460張標(biāo)準(zhǔn)譜圖（EI）。Wiley第9版質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)有662000張標(biāo)準(zhǔn)譜圖。對(duì)于譜庫(kù)中不存在的未知物，使用譜圖庫(kù)檢索往往也能取得有用的結(jié)構(gòu)信息，標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)的重要性不言而喻。但是標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)的信息挖掘工作還有待于深入研究，否則是一種信息的浪費(fèi)。農(nóng)藥到目前還沒有非常完善的獨(dú)立的質(zhì)譜裂解規(guī)律數(shù)據(jù)庫(kù)，這方面的信息都散落在各種信息源中。

1.3有機(jī)磷殺蟲劑質(zhì)譜分析研究有機(jī)磷殺蟲劑質(zhì)譜研究開始20世紀(jì)60年代，但當(dāng)時(shí)技術(shù)水平嚴(yán)重限制了有機(jī)磷農(nóng)藥的質(zhì)譜研究。現(xiàn)在色質(zhì)聯(lián)用儀已經(jīng)成為農(nóng)藥殘留分析實(shí)驗(yàn)室的常規(guī)分析儀器設(shè)備。有機(jī)磷殺蟲劑多為中、高毒農(nóng)藥，除食品中農(nóng)藥殘留監(jiān)測(cè)外，還涉及到自殺、投毒刑偵案件。目前缺乏為有機(jī)磷殺蟲劑痕量分析提供指導(dǎo)的全面系統(tǒng)的質(zhì)譜裂解規(guī)律研究。1.4本文的研究工作在掌握有機(jī)質(zhì)譜解析知識(shí)和獲得有機(jī)磷殺蟲劑質(zhì)譜圖的基礎(chǔ)上，首次全面系統(tǒng)的對(duì)163種有機(jī)磷殺蟲劑的質(zhì)譜裂解途徑、規(guī)律進(jìn)行了研究。用發(fā)現(xiàn)的規(guī)律，遵循并提出相關(guān)準(zhǔn)則，推測(cè)和選定了有機(jī)磷殺蟲劑質(zhì)譜痕量分析的定性、定量離子裂片。另外還采用了GC-ECD對(duì)桃中毒死蜱的殘留量進(jìn)行了測(cè)定。第二、三章

有機(jī)磷殺蟲劑

質(zhì)譜裂解途徑及規(guī)律的研究2.1材料與方法具有129種有機(jī)磷殺蟲劑質(zhì)譜圖(一級(jí)EI)。選取有代表性的有機(jī)磷殺蟲劑品種：敵敵畏、久效磷、毒蟲畏、對(duì)氧磷、速滅磷、甲基對(duì)硫磷、毒死蜱、二嗪磷、馬拉硫磷、甲胺磷等56種有代表性的質(zhì)譜裂解圖。NIST質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)；SDBS數(shù)據(jù)庫(kù)；中國(guó)科學(xué)院化學(xué)專業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)；CHEMOFFICE軟件。2.2結(jié)果與討論2.2.1各類有機(jī)磷殺蟲劑磷酸酯殺蟲劑化學(xué)結(jié)構(gòu)通式磷酸酯類殺蟲劑上圖2-1敵敵畏的質(zhì)譜圖下圖2-3久效磷的質(zhì)譜圖RI%m/z圖2-2推測(cè)的敵敵畏質(zhì)譜裂解途徑Fig.2-2Thepossiblefragmentpathwaysofdichlorvos膦酸酯類殺蟲劑膦酸酯殺蟲劑化學(xué)結(jié)構(gòu)通式上圖2-33敵百蟲的質(zhì)譜圖m/zRI%下圖2-35苯硫膦的質(zhì)譜圖圖2-34推測(cè)的敵百蟲質(zhì)譜裂解途徑Fig.2-34Thepossiblefragmentpathwaysoftrichlorfon一硫代磷酸酯殺蟲劑化學(xué)結(jié)構(gòu)通式一硫代磷酸酯類殺蟲劑上圖2-11甲基對(duì)硫磷的質(zhì)譜圖下圖2-15對(duì)硫磷的質(zhì)譜圖RI%m/z圖2-12推測(cè)的甲基對(duì)硫磷質(zhì)譜裂解途徑Fig.2-12Thepossiblefragmentpathwaysofparathion-methyl二硫代磷酸酯類殺蟲劑二硫代磷酸酯殺蟲劑化學(xué)結(jié)構(gòu)通式上圖2-25樂(lè)果的質(zhì)譜圖下圖2-29馬拉硫磷的質(zhì)譜圖RI%m/z圖2-26推測(cè)的樂(lè)果質(zhì)譜裂解途徑Fig.2-26Thepossiblefragmentpathwaysofdimethoate磷酰胺和硫代磷酰胺類殺蟲劑磷酰胺和硫代磷酰胺殺蟲劑化學(xué)結(jié)構(gòu)通式上圖2-37甲胺磷的質(zhì)譜圖下圖

丙胺氟磷的質(zhì)譜圖RI%m/z圖2-38推測(cè)的甲胺磷質(zhì)譜裂解途徑Fig.2-38Thepossiblefragmentpathwaysofmethamidophos2.2.2有機(jī)磷殺蟲劑整體情況有機(jī)磷殺蟲劑相對(duì)分子質(zhì)量范圍141~672，大多數(shù)品種分子離子峰相對(duì)強(qiáng)度弱，大于30%的只占28%，為基峰的有蔬果磷、倍硫磷、苯線磷、丁基嘧啶磷、治螟磷、雙硫磷。許多劇毒、高毒有機(jī)磷殺蟲劑品種如甲胺磷、磷胺、亞砜磷等，它們典型的特征離子是C4H8S(m/z88)、CH5NO2P+(m/z94)、C2H6O3P+(m/z109)、C2H6O2PS+(m/z125)，C2H8O4P+(m/z127)，堪稱“死亡離子”。2.2.3m-16規(guī)則

有機(jī)磷殺蟲劑質(zhì)譜中普遍存在m-16規(guī)則，質(zhì)荷比低端強(qiáng)峰及較強(qiáng)峰相同，高端裂片離子相差16個(gè)質(zhì)量數(shù)(S→O)，其氧化物的分子離子峰強(qiáng)度大多低于硫化物。由于二乙氧基、硫醇式結(jié)構(gòu)的毒性分別大于二甲氧基和硫酮式的，所以m-16規(guī)則對(duì)有機(jī)磷殺蟲劑痕量分析監(jiān)測(cè)意義重大，可作為判斷前體化合物使用的證據(jù)。甲基對(duì)硫磷甲基對(duì)氧磷R(shí)I%m/z

對(duì)硫磷對(duì)氧磷m/zRI%

樂(lè)果氧樂(lè)果m/zRI%2.2.4伴隨裂片離子對(duì)H2O3P+(m/z81)、H2O2PS+(m/z97)；C2H6O3P+(m/z109)、C2H6O2PS+(m/z125)；C4H10O3P+(m/z137)、C4H10O2PS+(m/z153)。前兩對(duì)具有極強(qiáng)的特征性，后一對(duì)特征性差。m/z81、m/z97是二乙氧基有機(jī)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離子。二乙氧基有機(jī)磷普遍存在γ-H重排，丟失中性裂片m/z28。第四章裂片的推測(cè)及痕量分析時(shí)定性、定量離子選定運(yùn)用前面總結(jié)的裂解規(guī)律，依據(jù)結(jié)構(gòu)式推測(cè)其主要裂片離子，并對(duì)甲基異柳磷、水胺硫磷質(zhì)譜實(shí)測(cè)進(jìn)行確證。依據(jù)農(nóng)藥殘留質(zhì)譜分析的相關(guān)準(zhǔn)則，確定每一個(gè)品種的定性和定量裂片離子。試劑與材料正己烷、丙酮均為HPLC級(jí)；甲基異柳磷、水胺硫磷標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液均為100

g﹒mL-1（農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測(cè)所）。4.1材料與方法儀器設(shè)備及操作條件

TRACE2000氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國(guó)菲尼根公司；色譜柱：DB-17，30m×0.25mm×0.25

m石英毛細(xì)管柱；色譜條件：柱溫60℃；汽化溫度260℃，進(jìn)樣量1

L；分流比15:1；進(jìn)樣時(shí)間2min；載氣(He)200KPa；質(zhì)譜條件：EI離子源；離子源溫度230℃；接口溫度280℃；四極桿濾質(zhì)器；全掃描離子檢測(cè)；質(zhì)量掃描范圍m/z

50-400；掃描時(shí)間12.5min；掃描間隔0.5s。4.2結(jié)果與討論根據(jù)硫代磷酰胺類有機(jī)磷殺蟲劑的質(zhì)譜裂解規(guī)律和其化學(xué)結(jié)構(gòu)式，甲基異柳磷應(yīng)具有如下裂片離子：m/z58、m/z199、m/z273。實(shí)測(cè)結(jié)果m/zRI%圖4-1甲基異柳磷的質(zhì)譜圖Fig.4-1Massspectrumofisofenphos-methyl水胺硫磷的質(zhì)譜圖應(yīng)具有m/z

94、m/z

136、m/z

289裂片離子。

實(shí)測(cè)結(jié)果m/zRI%圖4-3水胺硫磷的質(zhì)譜圖Fig.4-3Massspectrumofisocarbophos實(shí)測(cè)獲得的甲基異柳磷、水胺硫磷質(zhì)譜圖中離子裂片與掌握裂解規(guī)律的預(yù)測(cè)吻合。定量離子選擇必須為含有磷原子的強(qiáng)峰或基峰，除非標(biāo)樣差譜確證，才可選用非含磷原子的離子定量。定性離子選擇選擇1-2個(gè)無(wú)直系親緣關(guān)系含磷原子的離子，外加1個(gè)—P-OR’基團(tuán)中-OR’或-R’裂解的裂片，確證則輔以標(biāo)樣色譜的相對(duì)保留時(shí)間。

選定了甲胺磷等113種有機(jī)磷殺蟲劑的定性、定量裂片離子，明確了甲基硫環(huán)磷等49種有機(jī)磷殺蟲劑的定性裂片離子。詳見附錄四有機(jī)磷殺蟲劑定性、定量裂片離子精確質(zhì)量數(shù)據(jù)表第五章毒死蜱在桃上的殘留分析方法研究與市場(chǎng)樣品監(jiān)測(cè)

毒死蜱（chlorpyrifos）化學(xué)名稱：O,O-二乙基-O-(3,5,6-三氯-2-吡啶基)硫代磷酸酯CAS登錄號(hào)：2921-88-2儀器與設(shè)備及氣相色譜條件

Varian3800氣相色譜儀：配有63Ni-ECD，STAR6.0色譜工作站；組織搗碎機(jī)；層析柱，25cm×2cm(i.d.)。氣相色譜條件色譜柱：DB-1701P石英毛細(xì)管柱；溫度：柱箱60℃(保持1min)275℃(保持10min)；氣化室及檢測(cè)室：300℃；載氣(高純氮)：0.07MPa；進(jìn)樣時(shí)間：1min；分流比：20:1；進(jìn)樣量：1

L；相對(duì)保留時(shí)間：約10.5min。

20℃﹒min-1鮮桃勻漿樣品20g＋40mL

乙腈振蕩15min

布氏漏斗抽濾（40mL乙腈轉(zhuǎn)移）合并正己烷相，脫水定容至3mL柱層析凈化，旋干濃縮加入2.4mL定溶液上機(jī)測(cè)定注：淋洗液為正己烷:丙酮=90:10

定容液為正己烷:丙酮=50:50液液萃取取10mL樣品+150mL2.5%NaCl水溶液+50mL×3正己烷毒死蜱在桃上的殘留分析前處理步驟LOD、LOQ和工作曲線LOD為1×10-12g

LOQ為0.001mg﹒kg-1工作曲線方程Y=-114360+5075021X，r=0.9981

添加回收率

兩個(gè)添加水平的平均回收率為88~90%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為11.92~12.63%。符合農(nóng)藥殘留試驗(yàn)準(zhǔn)則要求。

圖5-2毒死蜱標(biāo)準(zhǔn)溶液氣相色譜分離圖Fig.5-2GCChromatogramofstandardsolutionchlorpyrifost/minE/mV圖5-3桃空白樣品氣相色譜分離圖Fig.5-3GCChromatogramofblankpeacht/minE/mVt/min圖5-5添加水平為0.5mg﹒kg-1桃樣品氣相色譜分離圖Fig.5-5GCChromatogramoffortifiedwith0.5mg﹒kg-1ofchlorpyrifosinpeachsampleE/mV樣品測(cè)定結(jié)果

樣品Samples平均檢出量AverageResidues/(mg﹒kg

-1)臺(tái)東利群超市Taidong

LiqunSupermarket佳世客JUSCO青島國(guó)貨QindaoDomesticsSupermarket撫順路果品批發(fā)市場(chǎng)FushunRoadFruitWholesaleMarket水清溝農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)ShuiqinggouFarmersmarket臺(tái)東沃爾瑪TaidongWAL.海琴農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)HaiqinFarmersmarket大棚樣品Greenhouse＜0.001＜0.001＜0.001＜0.001＜0.001——大田樣品Field0.41610.0558—0.0010.08350.01630.005表5-2毒死蜱在桃上的檢出量測(cè)定結(jié)果Tab.5-2Residuesofchlorpyrifosinpeach

CODEX規(guī)定桃上毒死蜱殘留限量為0.5mg﹒kg-1。圖5-7佳世客超市大棚桃樣品氣相色譜分離圖Fig.5-7GCChromatogramofthepeachsampleinplastichousefromJUSCOt/minE/mV圖5-12佳世客超市大田桃樣品氣相色譜分離圖Fig.5-12GCChromatogramofthepeachsampleinfieldfromJUSCOt/minE/mV結(jié)論1有機(jī)磷殺蟲劑的質(zhì)譜裂解行為是以磷原子為中心的氧、硫原子變化的裂解過(guò)程。除硫代磷酰胺品種外，C2H6O3P+(m/z109)是有機(jī)磷殺蟲劑最具代表性的特征裂片離子。在痕量分析時(shí)，還要注意C4H8S(m/z88)、CH5NO2P+(m/z94)、C2H6O3P+(m/z109)、C2H6O2PS+(m/z125)，C2H8O4P+(m/z127)典型特征離子。2發(fā)現(xiàn)了m－16規(guī)則。3總結(jié)了各類有機(jī)磷殺蟲劑的裂解規(guī)律。4確定了定性、定量裂片離子的選擇原則。5建立了毒死蜱在桃上的GC-ECD殘留分析方法，明確了青島市場(chǎng)上桃的殘留狀況（2010年）。依據(jù)CODEX，未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)樣品。致謝值此論文完成之際，衷心感謝我的導(dǎo)師范志先教授的悉心關(guān)懷和指導(dǎo)。感謝導(dǎo)師三年來(lái)從論文選題、試驗(yàn)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)實(shí)施到論文寫作及修改所傾注的大量心血。在三年的研究、學(xué)習(xí)過(guò)程中，嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的治學(xué)態(tài)度一直是我遨游知識(shí)殿堂時(shí)的指明燈，為我的前進(jìn)指明了方向。在此，對(duì)導(dǎo)師表示深深的感謝并希望能夠在今后工作中繼續(xù)給予指教。此外，在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中得到了趙文英、賈淑敏、李嬌、張暉、沈維維、田霞、鄭惠赫、趙德杰、原強(qiáng)、李文琪等同學(xué)的大力幫助和支持。在此表示衷心感謝。特別感謝李嬌同學(xué)繪制了大量的質(zhì)譜裂解圖。特別還要感謝父母和親人對(duì)我的支持和關(guān)懷。值此論文完成之際，向所有關(guān)心和支持本論文工作的老師、同學(xué)、家人和朋友們表示真誠(chéng)的謝意。最后對(duì)審閱和評(píng)議的答辯委員會(huì)的全體專家、教授致以最誠(chéng)摯的謝意！攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄[1]范志先，丁寧，趙文英，賈淑敏，王樹娟.

施用三乙膦酸鋁后鋁在黃瓜及葉片上的殘留分析與評(píng)價(jià)[J].分析試驗(yàn)室，2009，