色谱与质谱联用技术用于除草剂多残留检测及莠去津降解规律的研究

摘要

近年来，除草剂的使用已成为农业生产一种必不可少的手段。由于除草剂的迁移扩散，在世界范围内许多土壤、水域及食品中都检测到除草剂的存在。实际使用中，高残留和难降解的除草剂会在土壤和作物中积累，不仅直接影响作物的品质，还会通过食物链威胁到人类的健康。因此，研究除草剂在生态环境、食品中的残留及降解非常重要。液质联用技术飞速发展，使其在除草剂残留检测中发挥作用越来越重要。与传统技术相比，液质联用技术所具有的分析速度更快和分析灵敏度更高的优势。本论文采用超高压液质联用技术（UPLC/MS/MS），针对50种除草剂及一些降解产物残留体系，从样品前处理、色谱分离、质谱测定及方法的有效性等方面进行了优化和验证，建立了快速测定土壤、粮食、血清中除草剂的检测方法。并探讨了莠去津降解规律。对提高土壤和水环境的质量，保证农副产品的安全，保障人民身体健康，实现农业可持续发展等有着重要的理论和现实意义。
　　第1章综述了除草剂的基本性质、环境行为、检测方法和降解方面的研究进展。
　　第2章通过优化色谱、质谱条件建立了51种除草剂的超高压液相色谱质谱检测方法，并加以质谱解析。51种除草剂分成两部分，一部分为三嗪类和苯基脲类，其流动相为水和乙腈梯度洗脱；另一部分为磺酰脲类、酰胺类、苯氧羧酸类等，流动相为5mmol/L乙酸铵-0.1％甲酸的水溶液和乙腈梯度洗脱。
　　第3、4章分别建立了土壤和粮食中除草剂残留检测方法。乙腈（乙腈/A=9/1（A：磷酸盐缓冲液，pH=7.5）（磺酰脲类和苯氧羧酸类除草剂））液液萃取，建立了土壤中51种除草剂残留的UPLC/MS/MS定量测定方法。所建立的检测方法对土壤中除草剂的检出限为0.06-6μg/kg，回收率61.6%-112%，RSDs1.9%-11.3%。日内精密度 RSD2.2%-9.3%之间，日间精密度RSD5.7%-17.1%。该方法灵敏度高，准确可靠，适用于同时检测土壤中多种类除草剂残留。将本实验建立的方法应用于实际样品检测，大多数阳性结果都在10μg/kg以下，只检出两份样品中烟嘧磺隆较高（分别为133和1317μg/kg）。采用液液萃取，C18SPE净化除脂，结合液质联用技术检测三种粮食（大豆、玉米、小麦）中51种除草剂，基质效应基本在20%以内，所建立的方法线性良好，除草剂在3种不同基质中 LOQs0.2-25.6μg/kg。各除草剂在玉米中的加标回收率均大于70%，RSD≤11%；大豆中的回收率除4-苯氧丁酸（66.9%）和广灭灵（69.2%）以外都大于70%，RSD<12%；小麦中的回收率在68.1%-110%之间，RSD≤12%。将本实验建立的方法应用于实际样品检测，阳性结果远小于美国和欧盟等国设定的MRLs值，本地区粮食中除草剂含量在安全范围内。
　　第5章建立了乙腈一步沉淀蛋白同时提取人血清中51种除草剂的方法，考察了不同样品体积和不同有机溶剂沉淀蛋白对回收率的影响。51种除草剂在人血清中LOQs为0.1-20μg/L；三个不同加标浓度回收率为63.6%-109%，相对标准偏差在1.06%-12%之间；三个不同水平日内精密度1.02%-10.0%，日间精密度1.09%-12.0%。将本实验方法应用到一起疑似中毒事件中，在病人血液中并未发现本实验所检测的51种除草剂。该方法检测成本低，完善了相关毒物的快速检测技术，能够快速判定中毒物种有助于司法鉴定及临床救治。
　　第6章应用所建立的检测方法对石家庄地区2013年和2014年300份样品中50种除草剂及3种代谢物进行了残留水平检测与评估。土壤样品几乎百分之百阳性，粮食样品小麦阳性率42.5%，其次是大豆35.5%和玉米34%。莠去津是所有除草剂中检出最多的，土壤中检出98.8%，小麦、大豆和玉米分别是38%、33%、26%。土壤中还检出高浓度烟嘧磺隆（1317μg/kg），其次为阿特拉通、扑灭津、氰草津、广灭灵、毒草胺和燕麦威。三类粮食中还个别检出烟嘧磺隆、阿特拉通、扑灭津。尽管所有粮食样品中检出除草剂含量均在国内外规定的 MRLs值以内，但是长期积累对人民身体依然存在威胁。本实验结果提示相关部门应该加大监测、督导力度，同时应该对其他产品中除草剂残留的予以监测。
　　第7、8章研究了莠去津在土壤中降解规律。莠去津在一定条件下在土壤自然菌作用下能够自我降解，本实验研究了温度、含水量以及其他除草剂共存对莠去津降解的影响，结果表明：
　　不同环境条件对莠去津的降解产生明显影响，当土壤含水量为10%，5℃、25℃、35℃条件下，随温度的提高，土壤中莠去津的降解速度加快。反应60天后莠去津在3种不同土壤中的降解率分别为59.8%-95.6%、62.2%-96.3%、63.1%-95.9%。较高温度土壤环境中莠去津的降解速率要比低温环境中快。降解产物的种类和浓度也随温度的升高增多。莠去津在土壤中的降解速度随土壤含水量的增加而加快。降解产物浓度也随之增加，但是总的类莠去津残留降低。所以，在生产实践中可以通过调节土壤温度和土壤水分加速莠去津的降解。温度和水分条件一定，添加一定浓度的烟嘧磺隆有利于莠去津的降解，并且莠去津-烟嘧磺隆混合药剂对作物的药害更小，在实际生产实践中更有益。
　　莠去津的光解是它在自然界消失的另一途径。通过控制样品厚度、含水量、不同初始浓度、共存物以及催化剂探讨莠去津在土壤表面的光解规律。结果表明，莠去津光解只在土壤近表面；土壤中水分的增加有利于光解，莠去津不同初始浓度时降解规律基本一致，起始浓度越低，降解速率越快；烟嘧磺隆共存对莠去津的光解有一定的抑制作用；催化剂 TiO2用量对光解的影响非常明显，尤其是对莠去津降解产物的影响。在实际生产中增加土壤湿度，降低施药浓度更有利于莠去津在土壤表面的光解。

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第1章 综论

1.1除草剂基本性质及环境行为

1.2除草剂及其代谢物残留检测技术现状

1.3除草剂降解的研究

1.4研究目的、意义和主要内容

第2章 UPLC/MS/MS同时检测多种类除草剂方法的建立及质谱解析

2.1 引言

2.2实验材料、仪器设备及试剂

2.3 实验条件与方法

2.4. 结果与讨论

2.5 小结

第3章 UPLC/MS/MS同时检测土壤中多种类除草剂

3.1 引言

3.2 实验材料、仪器设备及试剂

3.3 实验条件与方法

3.4. 结果与讨论

3.5 小结

第4章 应用UPLC/MS/MS测定粮食中多种类除草剂

4.1 引言

4.2 实验材料、仪器设备及试剂

4.3 实验条件与方法

4.4 结果与讨论

4.5 小结

第5章 UPLC/MS/MS快速测定人血清中多种类除草剂

5.1 引言

5.2 实验

5.3 结果与讨论

5.4 小结

第6章 莠去津在未灭菌土壤中的降解研究

6.1引言

6.2 材料和方法

6.3结果与分析

6.4小结

第7章 莠去津在土壤表面的光降解研究

7.1 引言

7.2材料与方法

7.3结果与分析

7.4 小结

第8章 石家庄地区农田土壤和粮食中多种类除草剂的检测结果和污染水平分析

8.1 材料与样品制备

8.2 测定方法

8.3 测定结果

8.4结果分析与讨论

8.5 小结

第9章 结论与展望

9.1 结论

9.2 创新点

9.3 展望

参考文献

附录

附录1 缩略语词表

附录2 各国在粮食类食品中除草剂限量标准（mg/kg）

附录3 除草剂分子裂解结构示意图

附录4 除草剂质谱图

致谢

攻读博士期间发表论文