有機磷殺蟲劑質(zhì)譜裂解規(guī)律與殘留分析的研究-2011

StudyonFragmentationRulesinMSandResidueAnalysisforOrganophosphateInsecticides答辯人：王樹娟指導教師：范志先專業(yè)：分析化學答辯時間：2011-06-13有機磷殺蟲劑質(zhì)譜裂解規(guī)律及殘留分析的研究內(nèi)容提要緒論有機磷殺蟲劑質(zhì)譜裂解途徑及規(guī)律的研究裂片的推測及痕量分析時定性、定量離子的選擇毒死蜱在桃上的殘留分析研究與市場樣品監(jiān)測緒論1.1有機磷殺蟲劑概述有機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。有機磷殺蟲劑按化學結構可分為膦酸酯、磷酸酯、一硫代磷酸酯、二硫代磷酸酯、磷酰胺五大類。1.2有機質(zhì)譜分析技術概述第一臺質(zhì)譜儀由英國科學家弗朗西斯·阿斯頓(AstonFW)于1919年制成。它是迄今為止唯一可以確定物質(zhì)相對分子質(zhì)量的方法。有機質(zhì)譜標準圖庫

NIST（美國國家科學技術研究所）質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫，2008年版有192108種化合物的220460張標準譜圖（EI）。Wiley第9版質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫有662000張標準譜圖。對于譜庫中不存在的未知物，使用譜圖庫檢索往往也能取得有用的結構信息，標準譜庫的重要性不言而喻。但是標準譜庫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。農(nóng)藥到目前還沒有非常完善的獨立的質(zhì)譜裂解規(guī)律數(shù)據(jù)庫，這方面的信息都散落在各種信息源中。

1.3有機磷殺蟲劑質(zhì)譜分析研究有機磷殺蟲劑質(zhì)譜研究開始20世紀60年代，但當時技術水平嚴重限制了有機磷農(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)藥殘留分析實驗室的常規(guī)分析儀器設備。有機磷殺蟲劑多為中、高毒農(nóng)藥，除食品中農(nóng)藥殘留監(jiān)測外，還涉及到自殺、投毒刑偵案件。目前缺乏為有機磷殺蟲劑痕量分析提供指導的全面系統(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質(zhì)譜解析知識和獲得有機磷殺蟲劑質(zhì)譜圖的基礎上，首次全面系統(tǒng)的對163種有機磷殺蟲劑的質(zhì)譜裂解途徑、規(guī)律進行了研究。用發(fā)現(xiàn)的規(guī)律，遵循并提出相關準則，推測和選定了有機磷殺蟲劑質(zhì)譜痕量分析的定性、定量離子裂片。另外還采用了GC-ECD對桃中毒死蜱的殘留量進行了測定。第二、三章

有機磷殺蟲劑

質(zhì)譜裂解途徑及規(guī)律的研究2.1材料與方法具有129種有機磷殺蟲劑質(zhì)譜圖(一級EI)。選取有代表性的有機磷殺蟲劑品種：敵敵畏、久效磷、毒蟲畏、對氧磷、速滅磷、甲基對硫磷、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；SDBS數(shù)據(jù)庫；中國科學院化學專業(yè)數(shù)據(jù)庫；CHEMOFFICE軟件。2.2結果與討論2.2.1各類有機磷殺蟲劑磷酸酯殺蟲劑化學結構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結構通式上圖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結構通式一硫代磷酸酯類殺蟲劑上圖2-11甲基對硫磷的質(zhì)譜圖下圖2-15對硫磷的質(zhì)譜圖RI%m/z圖2-12推測的甲基對硫磷質(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結構通式上圖2-25樂果的質(zhì)譜圖下圖2-29馬拉硫磷的質(zhì)譜圖RI%m/z圖2-26推測的樂果質(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結構通式上圖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推測的甲胺磷質(zhì)譜裂解途徑Fig.2-38Thepossiblefragmentpathwaysofmethamidophos2.2.2有機磷殺蟲劑整體情況有機磷殺蟲劑相對分子質(zhì)量范圍141~672，大多數(shù)品種分子離子峰相對強度弱，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

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

對硫磷對氧磷m/zRI%

樂果氧樂果m/zRI%2.2.4伴隨裂片離子對H2O3P+(m/z81)、H2O2PS+(m/z97)；C2H6O3P+(m/z109)、C2H6O2PS+(m/z125)；C4H10O3P+(m/z137)、C4H10O2PS+(m/z153)。前兩對具有極強的特征性，后一對特征性差。m/z81、m/z97是二乙氧基有機磷化合物、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。第四章裂片的推測及痕量分析時定性、定量離子選定運用前面總結的裂解規(guī)律，依據(jù)結構式推測其主要裂片離子，并對甲基異柳磷、水胺硫磷質(zhì)譜實測進行確證。依據(jù)農(nóng)藥殘留質(zhì)譜分析的相關準則，確定每一個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；甲基異柳磷、水胺硫磷標準樣品溶液均為100

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

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

m石英毛細管柱；色譜條件：柱溫60℃；汽化溫度260℃，進樣量1

L；分流比15:1；進樣時間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；質(zhì)量掃描范圍m/z

50-400；掃描時間12.5min；掃描間隔0.5s。4.2結果與討論根據(jù)硫代磷酰胺類有機磷殺蟲劑的質(zhì)譜裂解規(guī)律和其化學結構式，甲基異柳磷應具有如下裂片離子：m/z58、m/z199、m/z273。實測結果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)譜圖應具有m/z

94、m/z

136、m/z

289裂片離子。

實測結果m/zRI%圖4-3水胺硫磷的質(zhì)譜圖Fig.4-3Massspectrumofisocarbophos實測獲得的甲基異柳磷、水胺硫磷質(zhì)譜圖中離子裂片與掌握裂解規(guī)律的預測吻合。定量離子選擇必須為含有磷原子的強峰或基峰，除非標樣差譜確證，才可選用非含磷原子的離子定量。定性離子選擇選擇1-2個無直系親緣關系含磷原子的離子，外加1個—P-OR’基團中-OR’或-R’裂解的裂片，確證則輔以標樣色譜的相對保留時間。

選定了甲胺磷等113種有機磷殺蟲劑的定性、定量裂片離子，明確了甲基硫環(huán)磷等49種有機磷殺蟲劑的定性裂片離子。詳見附錄四有機磷殺蟲劑定性、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樣品監(jiān)測

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

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

L；相對保留時間：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定溶液上機測定注：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

兩個添加水平的平均回收率為88~90%，相對標準偏差為11.92~12.63%。符合農(nóng)藥殘留試驗準則要求。

圖5-2毒死蜱標準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樣品測定結果

樣品Samples平均檢出量AverageResidues/(mg﹒kg

-1)臺東利群超市Taidong

LiqunSupermarket佳世客JUSCO青島國貨QindaoDomesticsSupermarket撫順路果品批發(fā)市場FushunRoadFruitWholesaleMarket水清溝農(nóng)貿(mào)市場ShuiqinggouFarmersmarket臺東沃爾瑪TaidongWAL.海琴農(nóng)貿(mào)市場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定結果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結論1有機磷殺蟲劑的質(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程。除硫代磷酰胺品種外，C2H6O3P+(m/z109)是有機磷殺蟲劑最具代表性的特征裂片離子。在痕量分析時，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總結了各類有機磷殺蟲劑的裂解規(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，明確了青島市場上桃的殘留狀況（2010年）。依據(jù)CODEX，未發(fā)現(xiàn)超標樣品。致謝值此論文完成之際，衷心感謝我的導師范志先教授的悉心關懷和指導。感謝導師三年來從論文選題、試驗設計、試驗實施到論文寫作及修改所傾注的大量心血。在三年的研究、學習過程中，嚴謹細致、一絲不茍的治學態(tài)度一直是我遨游知識殿堂時的指明燈，為我的前進指明了方向。在此，對導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，在實驗的過程中得到了趙文英、賈淑敏、李嬌、張暉、沈維維、田霞、鄭惠赫、趙德杰、原強、李文琪等同學的大力幫助和支持。在此表示衷心感謝。特別感謝李嬌同學繪制了大量的質(zhì)譜裂解圖。特別還要感謝父母和親人對我的支持和關懷。值此論文完成之際，向所有關心和支持本論文工作的老師、同學、家人和朋友們表示真誠的謝意。最后對審閱和評議的答辯委員會的全體專家、教授致以最誠摯的謝意！攻讀學位期間發(fā)表的學術論文目錄[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價[J].分析試驗室，2009，