植物源農(nóng)藥大黃素甲醚的光解特性研究

魏京華，袁善奎，周艷明，劉雁雨

（農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)藥檢定所，北京 100125）

大黃素甲醚（physcion）屬蒽醌類化合物,是以大黃等天然植物為原料加工研制而成的。國內(nèi)對大黃素甲醚提取工藝的研究已經(jīng)比較成熟，目前高效、簡便的大黃酚和大黃素甲醚分離方法已成熟，可使大黃素甲醚的純度達(dá)到99%以上[1]，而西安綠海生物科技有限公司發(fā)明的閃式提取大黃素和大黃素甲醚的方法更節(jié)省大量能源和時間[2]。因大黃素甲醚具有多種生理活性，其在醫(yī)藥和農(nóng)藥方面的用途頗廣，如其對腦神經(jīng)具有保護(hù)作用[3]；對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、綠膿桿菌、鏈球菌和痢疾桿菌等26種人體病原細(xì)菌均具有抑制作用[4]。國內(nèi)已有兩家企業(yè)的6個大黃素甲醚相關(guān)產(chǎn)品在農(nóng)藥上取得登記，涉及葡萄、黃瓜、小麥等作物的白粉病和番茄病毒病等植物病害。

近年來，隨著全社會對化學(xué)農(nóng)藥殘留和環(huán)境安全性的日益關(guān)注，類似大黃素甲醚的植物源農(nóng)藥普遍受到歡迎。但植物源農(nóng)藥也是化學(xué)物質(zhì)，并非絕對無害，安全性與其毒性和環(huán)境暴露濃度密切相關(guān)。而化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境中的降解主要包括生物降解和物理降解，其中光解又是最主要的物理降解途徑。為了解大黃素甲醚的光解特性，筆者參考GB/T 31270.3—2014《化學(xué)農(nóng)藥環(huán)境安全評價試驗(yàn)準(zhǔn)則》[5]，在室內(nèi)采用模擬自然光源對大黃素甲醚在水和土壤表面的光解行為進(jìn)行了試驗(yàn)研究，旨在為大黃素甲醚的環(huán)境安全性評估提供參考。

1 材料和方法

1.1 儀器和試劑

XT5409光穩(wěn)定性試驗(yàn)箱，杭州雪中炭恒溫技術(shù)有限公司；離心機(jī)，德國希格瑪公司；2695-2996高效液相色譜儀，美國沃特世公司；低溫恒溫培養(yǎng)箱，日本三陽公司；BP211D電子天平，德國賽多利斯公司。98%大黃素甲醚標(biāo)準(zhǔn)品，成都瑞芬思生物科技有限公司；甲醇、二氯甲烷（色譜純），美國霍尼韋爾公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制及標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

稱取98%大黃素甲醚標(biāo)準(zhǔn)品0.013 41 g（精確至0.00 01 g），少量多次用甲醇超聲溶解，并定容至100 mL，得到131.42 mg/L大黃素甲醚標(biāo)準(zhǔn)儲備液，冷藏備用。取儲備液用甲醇逐級稀釋，分別配成10.00、8.00、5.00、2.00、1.00、0.80、0.50、0.20、0.10 mg/L系列標(biāo)準(zhǔn)溶液。以質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，峰面積為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.2.2 方法的準(zhǔn)確度和精密度

在空白水樣中添加大黃素甲醚，使其添加水平分別為0.25 mg/L和4.00 mg/L，每個添加水平重復(fù)5次；在空白土樣中添加大黃素甲醚，使其添加水平分別為0.40 mg/kg和10.00 mg/kg。每個添加水平重復(fù)5次。

1.2.3 色譜條件

采用2695-2996高效液相色譜儀進(jìn)行測定，儀器配置二極管陣列檢測器（PDA），色譜柱為C18柱（4.6 mm×250 mm，5 μm）；流動相為85%甲醇＋15%磷酸水（磷酸體積分?jǐn)?shù)為0.1%）；流速為1.0 mL/min；柱溫為室溫；進(jìn)樣體積為10 μL；檢測波長為222.9 nm。

1.2.4 樣品前處理

水樣品：量取5.0 mL供試水樣，加入5.0 mL二氯甲烷，渦旋振蕩2 min，靜置分層后，取下層二氯甲烷相1.0 mL氮吹至干，加入1.0 mL甲醇，充分溶解后過0.22 μm有機(jī)濾膜，待測。土壤樣品：稱取4 g供試土壤，加入10.0 mL水和10.0 mL二氯甲烷，渦旋振蕩2 min，室溫下10 000 r/min離心10 min,取下層二氯甲烷相1.0 mL氮吹至干，加入1.0 mL甲醇，充分溶解后過0.22 μm有機(jī)濾膜，待測。

1.2.5 土壤表面光解試驗(yàn)

稱取經(jīng)風(fēng)干后過0.25 mm篩的土壤4 g，加適量水，使其均勻展布于玻璃平皿上，室溫下陰干，制成厚度為1～2 mm土壤薄層。將供試物試驗(yàn)溶液均勻滴加于各土壤薄層表面，使土壤中供試物濃度為4.00 mg/kg，蓋上石英玻璃板，然后將其置于光化學(xué)反應(yīng)裝置中進(jìn)行光解試驗(yàn)，光源采用人工光源氙燈（波長范圍為290～800 nm），保證試樣接受紫外強(qiáng)度90～110 μW/cm2（紫外強(qiáng)度測定波長為365 nm）照射，反應(yīng)溫度為23～27℃。試驗(yàn)過程中定期取樣，測定土壤中供試物含量，同時設(shè)黑暗條件下的對照試驗(yàn)。整個光解試驗(yàn)期內(nèi)隔離其他光源，以減少對試驗(yàn)結(jié)果的影響[5]。

1.2.6 水中光解試驗(yàn)

將3.00 mg/L供試物水溶液裝滿石英玻璃管，蓋緊塞子，保持管外壁潔凈，將光解反應(yīng)管置于光化學(xué)反應(yīng)裝置中進(jìn)行光解試驗(yàn)，光源采用人工光源氙燈（波長范圍為290～800 nm），保證試樣接受紫外強(qiáng)度90～110 μw/cm2（紫外強(qiáng)度測定波長為365 nm），反應(yīng)溫度為23～27℃。試驗(yàn)過程中定期取樣，測定水中供試物含量變化，同時設(shè)黑暗條件下的對照試驗(yàn)。整個光解試驗(yàn)期內(nèi)隔離其他光源，以減少對試驗(yàn)結(jié)果的影響[5]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

農(nóng)藥在環(huán)境中降解規(guī)律一般遵循一級動力學(xué)方程，可按式（1）與式（2）計算光解半衰期（T0.5）[5]。

式中：k為光解速率常數(shù)；t為光解時間，d；C0、Ct分別為初始時刻和t時刻時大黃素甲醚的質(zhì)量濃度或質(zhì)量比，mg/L或mg/kg；T0.5為光解半衰期，d。

2 結(jié)果與分析

2.1 方法準(zhǔn)確度和精密度

在空白樣品中，添加大黃素甲醚標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行回收率試驗(yàn)，每個濃度設(shè)置5個重復(fù)，同時設(shè)置空白對照，按上述方法進(jìn)行分析測定，并計算回收率，結(jié)果見表1?？瞻姿畼又刑砑淤|(zhì)量濃度為0.25 mg/L和4.00 mg/L，回收率在82.6%～103.7%范圍內(nèi)，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.7%～8.5%；空白土壤樣品中添加質(zhì)量比為0.40 mg/kg和10.00 mg/kg，回收率在76.2%～90.0%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.9%～6.6%。方法的回收率和精密度均滿足農(nóng)藥殘留分析的要求。大黃素甲醚色譜圖見圖1，由圖1可見，在此檢測條件下，目標(biāo)物峰形好，響應(yīng)高，保留時間約21 min，雖然土壤中雜質(zhì)較多，但是檢測時并沒有出現(xiàn)干擾峰，說明水中和土壤中大黃素甲醚無論是前處理還是檢測方法都能很好地滿足試驗(yàn)的要求。

表1 大黃素甲醚添加回收率

圖1 大黃素甲醚色譜圖

2.2 水中光解特性

大黃素甲醚在水中降解情況滿足一級動力學(xué)方程，擬合曲線見圖2，其在光照條件下動態(tài)方程為Ct=2.509 8 e-0.1626t，R2=0.985 3，得到水中光解半衰期為4.26 d；而在黑暗條件下，其動態(tài)方程為Ct=2.640 0 e-0.0878t，R2=0.984 3，降解半衰期為7.89 d。無論是光照還是黑暗條件降解曲線擬合度都較高（R2=0.985 3，R2=0.984 3）。其水中光解試驗(yàn)測定結(jié)果見表2，分別于0、1、2、3、4、6、7、10、14 d取試驗(yàn)水樣進(jìn)行含量分析，大黃素甲醚在水中初始檢出量為2.69 mg/L，4 d時降解率達(dá)到51.2%，14 d時降解率達(dá)到89.6%。當(dāng)光照條件下降解率達(dá)到89.6%時，黑暗條件的降解率也達(dá)到了72.2%，說明在水中大黃素甲醚發(fā)生光解作用的同時，水解作用也加快了其降解速率。

圖2 大黃素甲醚水中光解曲線

表2 大黃素甲醚在水中光解試驗(yàn)測定結(jié)果

2.3 土壤表面光解特性

分別于0、2、3、4、5、6、7、13、40、55 d取試驗(yàn)土壤進(jìn)行定量分析，大黃素甲醚在土壤表面光解試驗(yàn)測定結(jié)果見表3。由表3可見，大黃素甲醚在光照條件下前5 d降解率就已達(dá)到43%，而在黑暗條件下，大黃素甲醚在前5 d降解并不明顯，降解率僅為10%左右。因此可以看出，該時段大黃素甲醚對光照反應(yīng)更強(qiáng)烈，光解在其降解過程中占的比重較大。而在5 d之后的檢測結(jié)果中可以看出，黑暗條件下降解率逐漸升高，其升高速率明顯高于光照條件下，原因可能是隨著光解反應(yīng)的進(jìn)行土壤中存在的微生物活力增加或土壤pH等其他影響因素在大黃素甲醚的降解行為中占了主導(dǎo)地位。

表3 大黃素甲醚在土壤表面光解試驗(yàn)測定結(jié)果

對不同條件下大黃素甲醚在土壤表面的降解數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，擬合曲線見圖3。由圖3可知，人工光源氙燈及黑暗對照處理中，大黃素甲醚的降解均符合一級動力學(xué)方程，其光解動態(tài)方程為Ct=2.836 4 e-0.0341t，相關(guān)系數(shù)R2=0.923 7，由此得到土壤表面光照條件下降解半衰期為20.33 d。黑暗條件下，其動態(tài)方程為Ct=3.664 5 e-0.0249t，相關(guān)系數(shù)R2=0.882 4，得到黑暗條件下降解半衰期為27.84 d。

圖3 大黃素甲醚土壤表面光解曲線

3 結(jié) 論

試驗(yàn)中大黃素甲醚在水中光解半衰期為4.26 d，在土壤表面光解半衰期為20.33 d，根據(jù)GB/T 31270.3—2014《化學(xué)農(nóng)藥環(huán)境安全評價試驗(yàn)準(zhǔn)則》[5]中農(nóng)藥光解性評價標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)光解半衰期不小于24 h時農(nóng)藥難光解，因此大黃素甲醚無論是在水中還是在土壤表面光解性等級均為難光解。

根據(jù)GB/T 31270.3—2014《化學(xué)農(nóng)藥環(huán)境安全評價試驗(yàn)準(zhǔn)則》[5]規(guī)定，光解試驗(yàn)周期最長為7 d，而根據(jù)前7 d的檢測結(jié)果得到大黃素甲醚在水中光解半衰期為4.22 d，與降解率達(dá)到90%時得到的光解半衰期4.26 d基本一致。而前7 d的檢測結(jié)果得到大黃素甲醚在土壤表面光解半衰期6.58 d，與降解率達(dá)到90%時得到的光解半衰期20.33 d差距較大，這說明當(dāng)化學(xué)農(nóng)藥降解較慢時，7 d的試驗(yàn)周期已經(jīng)能判定農(nóng)藥的光解特性等級，但是如果想要得到較為準(zhǔn)確的半衰期仍需延長試驗(yàn)時間，得到更充分的數(shù)據(jù)。

近年來農(nóng)藥殘留量限量標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格，植物源農(nóng)藥的研發(fā)應(yīng)用正好能有效地解決這一瓶頸，植物源農(nóng)藥的廣泛應(yīng)用是必然趨勢，而對其環(huán)境安全性評價意義重大。目前大黃素甲醚在農(nóng)藥方面的研究較少，國內(nèi)對其環(huán)境安全性研究報道并不全面，本文對大黃素甲醚的光解行為進(jìn)行研究，為其環(huán)境安全評價提供科學(xué)依據(jù)。