盧陽陽 關(guān)舒會 李玉博 饒欽雄 王偉民 宋衛(wèi)國
摘要
采用乙腈提取,QuEChERS方法凈化,超高壓液相色譜儀檢測的方法,動(dòng)態(tài)監(jiān)測3種新煙堿類農(nóng)藥單一及混合使用后青菜中吡蟲啉、啶蟲脒及噻蟲嗪的殘留量變化,并進(jìn)行吸附動(dòng)力學(xué)分析。結(jié)果表明,青菜中3種農(nóng)藥的殘留量隨時(shí)間延長增加,不同處理組分別在24~48 h達(dá)到殘留量最高值,之后殘留量緩慢降低并趨于穩(wěn)定。經(jīng)卡方檢驗(yàn)分析,3種農(nóng)藥在青菜中的吸附行為更符合準(zhǔn)一級動(dòng)力學(xué)模型,且決定系數(shù)R2大部分大于0.9。3種農(nóng)藥混合使用時(shí)存在相互作用,相較于農(nóng)藥的單獨(dú)使用,混用能夠提高各自在青菜中的吸附速率。吡蟲啉與啶蟲脒之間存在相互促進(jìn)作用,混合使用后各自的殘留量和峰值均提高。但兩者與噻蟲嗪存在抑制作用,混用后青菜中噻蟲嗪的最高殘留量降低。該研究為農(nóng)藥復(fù)合殘留風(fēng)險(xiǎn)評估和田間混合施藥提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
關(guān)鍵詞
吡蟲啉; 啶蟲脒; 噻蟲嗪; 殘留吸附; 相互作用
中圖分類號:
S 481.8
文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A
DOI: 10.16688/j.zwbh.2017373
A preliminary study on residue sorption kinetics and combined effects of
three neonicotinoids in leafy vegetables
LU Yangyang1,2, GUAN Shuhui1, LI Yubo1, RAO Qinxiong1, WANG Weimin1, SONG Weiguo1
(1. Institute of AgroProduct Standards and Testing Technology, Shanghai Academy of Agricultural
Sciences, Shanghai Engineering Research Center of Agroproducts Quality and Safety, Shanghai
Service Platform of Agroproducts Quality and Safety Evaluation Technology, Shanghai 201403, China;
2.College of Food Science and Technology, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China)
Abstract
The residues in samples were extracted with acetonitrile, cleaned up by dSPE column, and detected by ultraperformance liquid chromatography, and the pesticide adsorption kinetics were analyzed by dynamically monitoring single and mixed residues of imidacloprid, acetamiprid and thiamethoxam in Brassica chinensis. The results showed that the residues of the three pesticides adsorbed into B.chinensis increased to a maximum value at 24-48 h, then slowly declined, and finally reached a stable state. On the basis of chisquare test, the residue adsorption of three neonicotinoids in leaves conformed to the pseudofirst order kinetic model, with a determination coefficient(R2) of over 0.9.There existed interactions among the three neonicotinoids and the mixing could improve the adsorption rate of residues in B.chinensis; there was a mutual promotion between imidacloprid and acetamiprid by mixing and their residues and peak value were increased. However, imidacloprid or acetamiprid showed an inhibitory effect on thiamethoxam when mixing, and could reduce the maximum residues of thiamethoxam in B.chinensis. This study provided basic data for residue risk assessment and field application of pesticide mixtures.
Key words
imidacloprid; acetamiprid; thiamethoxam; residue sorption; mutual effect
我國是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國,也是農(nóng)藥使用大國,在農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中往往會混合施用多種農(nóng)藥防治病蟲害,致使農(nóng)產(chǎn)品中檢出多種農(nóng)藥殘留,形成復(fù)合污染。2009年,中國綠色和平組織在北京、上海等幾個(gè)城市,對常見蔬果中農(nóng)藥殘留進(jìn)行檢測,結(jié)果在隨機(jī)選擇的45個(gè)樣品中,有40個(gè)測出了50種農(nóng)藥殘留,其中有30個(gè)樣品至少存在5種以上農(nóng)藥殘留[1]。2009-2012年對廣東省中山市蔬菜中農(nóng)藥殘留調(diào)查顯示,在1種蔬菜中最多能檢出5種農(nóng)藥殘留[2]。不同農(nóng)藥具有不同的分子量、化學(xué)結(jié)構(gòu)及官能團(tuán),它們的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)有所不同,導(dǎo)致作物上農(nóng)藥的殘留情況不同,因此復(fù)合污染引起的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與安全風(fēng)險(xiǎn)的不確定性值得關(guān)注[3]。某些農(nóng)藥混用比單劑具有更好的防治作用[4],但混合農(nóng)藥如果施用不當(dāng),會對農(nóng)作物產(chǎn)生藥害[5]。阿維菌素和高效氯氰菊酯、毒死蜱聯(lián)合使用對動(dòng)物的毒性與各個(gè)單劑相比都有所增加[67],甲基對硫磷和克百威混合使用對人角質(zhì)形成細(xì)胞HaCaT產(chǎn)生協(xié)同作用[8]。相同作用機(jī)制的農(nóng)藥,可能產(chǎn)生相加、協(xié)同等復(fù)合效應(yīng),并造成累積性危害,風(fēng)險(xiǎn)可能超過單一農(nóng)藥殘留。
有些國家已經(jīng)開展機(jī)理相同的農(nóng)藥聯(lián)合暴露的風(fēng)險(xiǎn)評估[913]。歐盟食品安全局植物保護(hù)產(chǎn)品和殘留科學(xué)委員會評估認(rèn)為復(fù)合殘留的風(fēng)險(xiǎn)程度可能被低估,多種農(nóng)藥殘留同時(shí)存在的農(nóng)產(chǎn)品監(jiān)管也缺乏相應(yīng)的依據(jù)[1416]。新煙堿類殺蟲劑吡蟲啉、啶蟲脒及噻蟲嗪內(nèi)吸性較強(qiáng),活性較高,目前被120多個(gè)國家登記使用,廣泛用于蔬菜、水果蟲害防治[1718]。然而,我國現(xiàn)行的農(nóng)產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留風(fēng)險(xiǎn)評估均只針對單一農(nóng)藥,并沒有對多種農(nóng)藥同時(shí)存在的情形開展評估。本研究以常用的3種新煙堿類農(nóng)藥為靶標(biāo),通過研究其在青菜中的殘留動(dòng)態(tài),分析3種農(nóng)藥混合污染的特征及其相互作用,為評估新煙堿類農(nóng)藥在食品中的累積性風(fēng)險(xiǎn)提供殘留基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
1 材料與方法
1.1 材料與試劑
供試對象:青菜Brassica chinensis,購于上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院莊行試驗(yàn)站葉菜基地。
供試農(nóng)藥:97%吡蟲啉原藥、97%啶蟲脒原藥、96%噻蟲嗪原藥,均來自山東中農(nóng)聯(lián)合生物科技有限公司。
農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)品:99.5%吡蟲啉、99%啶蟲脒、99%噻蟲嗪,均來自德國Dr.Ehrenstorfer GmbH公司。
主要試劑:乙腈(色譜純),上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司;氯化鈉(分析純),上海凌峰化學(xué)試劑有限公司;CNW dSPE分散固相萃取純化管(150 mg無水硫酸鎂,25 mg PSA,7.5 mg GCB,2mL),上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司;純凈水,上海娃哈哈飲用水有限公司;超純水,由Millipore超純水儀制備得到。
1.2 儀器與設(shè)備
Acquity (BSM/PDA)Waters超高壓液相色譜儀(UPLC),Waters科技有限公司;JY3002電子天平,上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司;SK8210LHC超聲波清洗器,上??茖?dǎo)超聲儀器有限公司;EPFO945605 Talboys基本型漩渦混合器、EOFO945008 Talboys基本型多管式漩渦混合器,美國Troemner公司;D37520冷凍離心機(jī),德國Thermo公司;5424R高速冷凍離心機(jī),德國Eppendorf公司;超純水儀,美國Millipore公司;JYLC022E料理機(jī),九陽股份有限公司。
1.3 試驗(yàn)方法
1.3.1 浸泡液配制及青菜處理
提前36 h配制高、中、低3種濃度的吡蟲啉、啶蟲脒及噻蟲嗪的浸泡液,高濃度為500 mg/L(1.5 g原藥溶于3 L純凈水)、中濃度為100 mg/L (300 mg原藥溶于3 L純凈水)及低濃度為20 mg/L (60 mg原藥溶于3 L純凈水),分別設(shè)置3種農(nóng)藥單劑處理,二元及三元農(nóng)藥等濃度混合,即設(shè)置以下7個(gè)處理組:吡蟲啉、啶蟲脒、噻蟲嗪、吡蟲啉+啶蟲脒、吡蟲啉+噻蟲嗪、啶蟲脒+噻蟲嗪、吡蟲啉+啶蟲脒+噻蟲嗪,各做3個(gè)平行。從不同浸泡液中每隔2、6、10、14、24、36、48、60 h取等量青菜,用水沖洗青菜表面游離態(tài)農(nóng)藥,擦干,勻漿待測。以不加蔬菜的浸泡液和不浸泡農(nóng)藥的蔬菜為空白組及對照組。
1.3.2 樣品前處理
稱取5 g樣品于離心管中,加10 mL乙腈,渦旋30 min,加2 g NaCl,渦旋1 min,4 500 r/min離心5 min,取1 mL溶液于dSPE純化管中,渦旋1 min,12 000 r/min離心3 min,取上清液過0.22 μm有機(jī)濾膜,乙腈稀釋到線性范圍,進(jìn)小瓶待上機(jī)。
1.3.3 超高壓液相色譜檢測方法
儀器:UPLC,檢測器為PDA檢測器,流動(dòng)相為色譜純乙腈(A相)和超純水(B相),色譜柱為CORTECS C18(2.1 mm×100 mm,1.6 μm)。柱溫30℃,進(jìn)樣量5 μL,吸附波長256 nm,流速0.4 mL/min。流動(dòng)相梯度0~6.0 min,A相從5%升到30%,6.0~6.5 min,A相降到5%,6.5~8.0 min,A相保持5%。
1.3.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作及回收率的測定
用色譜純乙腈配制0.2、0.5、1.0、2.0、4.0、6.0、8.0 mg/L的吡蟲啉、啶蟲脒及噻蟲嗪的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,分別進(jìn)樣,繪制定量標(biāo)準(zhǔn)曲線。
在對照樣品中添加吡蟲啉、啶蟲脒及噻蟲嗪標(biāo)準(zhǔn)溶液,添加的濃度分別為0.1、10、100 mg/kg,每個(gè)添加濃度設(shè)置5個(gè)重復(fù),完全混勻后靜置2 h左右,按前述方法進(jìn)行提取,并進(jìn)行定量分析,計(jì)算回收率。
2 結(jié)果與分析
2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線
吡蟲啉、啶蟲脒及噻蟲嗪的保留時(shí)間分別為4.32、4.83和3.35 min,以濃度為橫坐標(biāo),峰面積為縱坐標(biāo),做線性回歸曲線,測得吡蟲啉在0.2~8 mg/kg范圍內(nèi)峰面積與濃度呈線性相關(guān),標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=14 300x+1 090,決定系數(shù)R2=0.998 1;啶蟲脒的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=21 700x+746, 決定系數(shù)R2=0.997 6;噻蟲嗪的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=17 400x+1 580,決定系數(shù)R2=0.999 1。
2.2 回收率的測定
吡蟲啉、啶蟲脒及噻蟲嗪在青菜中的平均回收率分別為97.02%~100.17%,98.39%~101.97%,94.32%~96.10%,變異系數(shù)分別為1.35%~5.48%,1.51%~6.37%,1.68%~9.02%,均在允許范圍內(nèi)符合分析的標(biāo)準(zhǔn)。3種農(nóng)藥在青菜中的定量限均為0.1 mg/kg。
2.3 農(nóng)藥復(fù)合污染對吸附動(dòng)力學(xué)的影響
不加蔬菜的浸泡液(空白組)中3種農(nóng)藥的濃度基本無變化,而不浸泡農(nóng)藥的蔬菜(對照組)未檢出3種農(nóng)藥。浸泡液中吡蟲啉、啶蟲脒及噻蟲嗪的最大濃度為500 mg/L,3種農(nóng)藥能完全溶解。所有處理中的3種農(nóng)藥在青菜中的殘留均呈現(xiàn)先增加再減少的趨勢。隨著時(shí)間推移,青菜中的農(nóng)藥殘留量增加,不同處理分別在24~48 h到達(dá)殘留峰值,即到達(dá)吸附平衡,之后殘留量緩慢降低并趨于穩(wěn)定(圖1)。
式中,qe1與qe2為吸附平衡時(shí)青菜中農(nóng)藥的含量(mg/kg),qt為時(shí)間t時(shí)青菜中農(nóng)藥的含量(mg/kg),k1為準(zhǔn)一級動(dòng)力學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)(1/h),k2為準(zhǔn)二級動(dòng)力學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)(kg/(mg·h))。擬合所得的相關(guān)參數(shù)如表2所示。準(zhǔn)一級動(dòng)力學(xué)模型的決定系數(shù)R2在0.863 5~0.994 4范圍內(nèi),準(zhǔn)二級動(dòng)力學(xué)模型的決定系數(shù)R2在0.865 6~0.999 8范圍內(nèi)。
采用卡方檢驗(yàn)法對吸附殘留量實(shí)際值qt與理論預(yù)測值qe1和qe2進(jìn)行分析比較,準(zhǔn)一級動(dòng)力學(xué)的卡方值為18.115,準(zhǔn)二級動(dòng)力學(xué)的卡方值為174.927,由于實(shí)際值與理論值之間的偏離程度決定卡方值的大小,且卡方值越小,預(yù)測值越符合實(shí)際值,說明青菜吸附3種農(nóng)藥的過程更符合準(zhǔn)一級動(dòng)力學(xué)模型。單獨(dú)施藥下準(zhǔn)一級動(dòng)力學(xué)的卡方值為3.680,準(zhǔn)二級動(dòng)力學(xué)的卡方值為64.164,混合施藥下準(zhǔn)一級動(dòng)力學(xué)的卡方值為14.435,準(zhǔn)二級動(dòng)力學(xué)的卡方值為110.762,單獨(dú)施藥及混合施藥下的準(zhǔn)一級動(dòng)力學(xué)的卡方值均比準(zhǔn)二級動(dòng)力學(xué)小。無論單獨(dú)施藥還是混合施藥,青菜吸附農(nóng)藥的過程均更符合準(zhǔn)一級動(dòng)力學(xué)模型。
2.4 青菜中3種農(nóng)藥殘留的相互作用
采用SPSS17.0軟件分別對高、中、低3個(gè)不同濃度的殘留量數(shù)據(jù)進(jìn)行多因素分析,結(jié)果表明,吡蟲啉、啶蟲脒及噻蟲嗪的殘留量差異顯著(P<0.001),表明在不同濃度浸泡液中青菜吸附單一農(nóng)藥殘留量存在極顯著差異;且在同一濃度下,單獨(dú)施藥與混合施藥后的某一農(nóng)藥殘留量也存在顯著差異(P<0.001),表明青菜在單獨(dú)及混合農(nóng)藥中的吸附殘留量存在極顯著差異。
如圖1所示,20 mg/L低濃度藥液處理后,青菜中吡蟲啉實(shí)際殘留峰值在吡蟲啉、吡蟲啉+啶蟲脒、吡蟲啉+噻蟲嗪、吡蟲啉+啶蟲脒+噻蟲嗪處理中分別為4.962、5.992、5.848、9.072 mg/kg,青菜中啶蟲脒殘留峰值在啶蟲脒、吡蟲啉+啶蟲脒、啶蟲脒+噻蟲嗪、吡蟲啉+啶蟲脒+噻蟲嗪處理中分別為5.230、5.552、6.536、5.848 mg/kg,青菜中噻蟲嗪殘留峰值在噻蟲嗪、吡蟲啉+噻蟲嗪、啶蟲脒+噻蟲嗪、吡蟲啉+啶蟲脒+噻蟲嗪處理中分別為5.416、3.434、3.066、3.866 mg/kg;低濃度下,混合使用后吡蟲啉與啶蟲脒的殘留峰值均比單獨(dú)使用高,但噻蟲嗪混合使用的殘留峰值比單獨(dú)使用低。100 mg/L中濃度藥液處理后,吡蟲啉+啶蟲脒混用處理中吡蟲啉、啶蟲脒的殘留峰值21.293 mg/kg、23.079 mg/kg高于單獨(dú)使用和其他混用處理;其他混用處理中,兩者的最高殘留量均受到噻蟲嗪的抑制,青菜吡蟲啉殘留峰值在吡蟲啉+噻蟲嗪處理中為17.082 mg/kg,在吡蟲啉+啶蟲脒+噻蟲嗪處理中為17.647 mg/kg,均低于吡蟲啉單用中的19.266 mg/kg,青菜中啶蟲脒殘留峰值在啶蟲脒+噻蟲嗪處理中為21.055 mg/kg,在吡蟲啉+啶蟲脒+噻蟲嗪處理中為19.173 mg/kg,均低于啶蟲脒單用中的22.087 mg/kg,噻蟲嗪的殘留量也被吡蟲啉、啶蟲脒抑制,混用后青菜中噻蟲嗪殘留峰值(吡蟲啉+噻蟲嗪處理中13.988 mg/kg、啶蟲脒+噻蟲嗪處理中14.792 mg/kg、吡蟲啉+啶蟲脒+噻蟲嗪處理中16.813 mg/kg)低于噻蟲嗪單用(17.620 mg/kg)。較高的500 mg/L濃度藥液處理后,混用后吡蟲啉、啶蟲脒殘留峰值與20 mg/L施藥濃度的趨勢基本一致,與噻蟲嗪相互抑制。
結(jié)果顯示,高、中、低3種濃度下,吡蟲啉與啶蟲脒可相互提升彼此的最高殘留量,但兩者均可降低噻蟲嗪的最高殘留量。低濃度下噻蟲嗪促進(jìn)吡蟲啉、啶蟲脒最高殘留量的提升,當(dāng)處理濃度提高至100 mg/L后,噻蟲嗪則表現(xiàn)出對另兩種農(nóng)藥殘留峰值的抑制作用。將殘留峰值與吸附速率結(jié)合進(jìn)行綜合分析,3種農(nóng)藥二元或三元混用后吸附速率均增加,吡蟲啉與啶蟲脒之間相互促進(jìn),致使殘留峰值也隨之增加。但噻蟲嗪的殘留峰值卻因受到吡蟲啉、啶蟲脒的抑制,導(dǎo)致吸附峰值會有所下降。
3 討論
本文以吡蟲啉、啶蟲脒及噻蟲嗪3種農(nóng)藥單獨(dú)及混合浸泡的方式,對青菜中農(nóng)藥的殘留量進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析,QuEChERS法前處理,UPLCPDA檢測,方法可靠。隨時(shí)間延長,青菜吸附浸泡液中3種農(nóng)藥的量逐漸增加,于24~48 h不同時(shí)間點(diǎn)分別到達(dá)殘留峰值,即到達(dá)吸附平衡,最后殘留量緩慢降低并趨于穩(wěn)定??ǚ綑z驗(yàn)法分析得到青菜吸附3種農(nóng)藥的過程更符合準(zhǔn)一級動(dòng)力學(xué)模型。分析該模型擬合得到的平衡時(shí)吸附量及表征吸附速率的速率常數(shù),3種農(nóng)藥二元或三元混合使用后吸附速率均增加,混用對單個(gè)農(nóng)藥吸附速率均具有促進(jìn)作用。吡蟲啉與啶蟲脒之間的相互促進(jìn)作用致使殘留峰值也隨之增加,但噻蟲嗪的殘留峰值卻因受到吡蟲啉、啶蟲脒的抑制而有所降低。本研究針對3種新煙堿類農(nóng)藥的復(fù)合污染進(jìn)行了初步探索,證明了相互之間存在的促進(jìn)、抑制等作用。從另一方面表明,農(nóng)藥混用要講究方式方法,綜合考慮防治效果和安全兩方面因素,如吡蟲啉和啶蟲脒之間具有相互促進(jìn)作用,則盡量避免兩者混用和輪換使用,但可選擇與噻蟲嗪混用。
在病蟲害防治過程中,為了減少抗藥性,增加防治譜,人們往往會采用混劑和輪換使用農(nóng)藥的方式。目前,我國指定的農(nóng)藥限量只考慮單一農(nóng)藥的風(fēng)險(xiǎn),對產(chǎn)品的監(jiān)管和監(jiān)測也以單項(xiàng)指標(biāo)為判定依據(jù),并沒有考慮到多種農(nóng)藥同時(shí)存在的相互作用問題,也沒有考慮到農(nóng)藥同時(shí)或先后作用所產(chǎn)生的效應(yīng)。本研究證明了3種作用機(jī)制相同農(nóng)藥互相之間存在促進(jìn)或抑制作用,初步揭示了農(nóng)藥之間存在復(fù)合污染效應(yīng),并依據(jù)農(nóng)藥品種和劑量的不同而有所變化。COT[19]通過研究證明,人同時(shí)或先后暴露多種農(nóng)藥殘留相對于一種農(nóng)藥殘留來說,會引起更高或更低的聯(lián)合效應(yīng);KIM等[20]報(bào)道20種化學(xué)物質(zhì)可能有190多種二元聯(lián)合毒性作用。李耘等[21]研究發(fā)現(xiàn)農(nóng)藥的聯(lián)合毒性會隨著混合物之間的濃度比例、存在的先后順序及暴露時(shí)間等條件的不同而不同。但復(fù)合污染的機(jī)理,仍需開展更進(jìn)一步的試驗(yàn)來揭示。李昕馨等[22]指出低劑量混合化學(xué)物更有利于建立完整、統(tǒng)一的混合污染毒理及風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)體系,應(yīng)從更低水平出發(fā),依靠生物學(xué)的理論與技術(shù),在生物組織、細(xì)胞、分子、基因水平上確定混合物之間的相互作用及劑量范圍等。所以,今后的方向需要側(cè)重的不僅僅是同類農(nóng)藥、同一濃度配比以及同一暴露時(shí)間,還需對多種藥的多種配比及不同暴露時(shí)間等進(jìn)行研究,并在細(xì)胞分子水平上進(jìn)行低劑量研究,以期在未來能夠確定所有農(nóng)藥的相互作用及相應(yīng)的安全劑量,并預(yù)測聯(lián)合毒性效應(yīng)。
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(責(zé)任編輯:田 喆)