蔬菜中新型烟碱类农药及其代谢产物的测定开题报告

本论文研究的背景

1.1本论文研究背景

烟碱作为杀虫剂使用的历史可以追溯到17世纪，那时人类已经使用烟草浸取液作为杀虫剂。研究人员1828年确定该浸取液有效成分为烟碱，1904年成功合成出烟碱。烟碱杀虫剂实际上是在烟碱结构研究的基础上，开发、筛选和合成出来的一类新型的杀虫剂。1993年，为将吡虫啉等源自对天然生物碱结构优化得到的杀虫剂区别以前的烟碱类杀虫剂，提出了“新烟碱类”概念。新烟碱类和烟碱类杀虫剂都是作为激动剂作用于神经后突触烟碱乙酰胆(nAChRs)，但这两类杀虫剂的选择性毒性差异很大：烟碱类对哺乳动物毒性高，而杀虫活性有限；新烟碱类是高活性的杀虫剂，却对哺乳动物低毒。新烟碱类杀虫剂在昆虫与脊椎动物之间产生选择性的主要原因是其具有强电负性药效基团，包括硝基亚胺基、亚硝基亚胺基、三氰乙酰基等，带有这些药效基团的化合物可以选择性地与昆虫独特的nAChR亚型相互作用，而不与脊椎动物 nAChR作用。由于新烟碱类杀虫剂的作用靶标和作用方式与有机氯、有机磷和氨基甲酸酯以及拟除虫菊酯类杀虫剂不同，它们之间不存在靶标交互抗性。新烟碱杀虫剂不仅对昆虫神经系统具有很好的选择性；而且具有触杀、胃毒、内吸、拒食和驱避等作用；尤其是对刺吸式口器类害虫如蚜虫、叶蝉及鞘翅目害虫有非常好的防效。新烟碱类杀虫剂的作用机制主要是通过选择性控制昆虫神经系统烟碱型乙酰胆碱酯酶受体，阻断昆虫中枢神经系统的正常传导，从而导致害虫出现麻痹进而死亡。由于该类杀虫剂具有独特的作用机制，与常规杀虫剂没有交互抗性，其具有高效、广谱及良好的根部内吸性、触杀和胃毒作用，可有效防治同翅目、鞘翅目、双翅目和鳞翅目等害虫，对用传统杀虫剂防治产生抗药性的害虫也有良好的活性。新烟碱类杀虫剂既可用于茎叶处理、也可用于土壤、种子处理。新烟碱类产品是杀虫剂的重要组成部分，在我国占杀虫剂总量的21% (2008年数据)，尽管部分产品已经开始明显呈现出产能过剩的危机，但是仍然还有一些极具竞争力产品还有待进一步发展。

自从1978年soloway等人报道了具有杀虫活性的硝基亚甲基杂环化合物以来，农药工作者们通过该类化合物官能团的变换，于20世纪80年代中期由德国拜耳公司成功开发出第一个烟碱类农药——吡虫啉，其新颖的作用方式、选择毒性强、高效、广谱和对环境相容性好等特点，立即引起了人们的注意，国外一些大的农药公司相继进入了烟碱类似物研究领域，参与了此类化合物的合成研究，从而使其成为杀虫剂研究开发的一大热点。吡虫啉自1991年投放市场以来，一直受到全球市场用户的青睐，问世二十多年来销售额不断增长经久不衰，现在它已在全世界120多个国家注册至少在140个作物用途方式。目前，吡虫啉杀虫剂也出现了一些问题。吡虫啉在国内继2008年的火爆之后进入了2009年的低迷期，由于供大于求，市场竞争日趋激烈。也由于吡虫啉在国内无限制长期和大量使用的结果，对害虫已出现了越来越严重的抗性，使其防治效果大为降低。此外吡虫啉对蜜蜂等传粉昆虫有绝杀作用，在欧美部分国家已经禁用或限制使用。目前氯虫酰胺和氟虫酰胺等新型杀虫剂不断涌现，也冲击了吡虫啉产品的市场，也给吡虫啉带来危机，正成为大家非常关注的问题。

近年来，由于我国杀虫剂产量庞大，竞争异常激烈，新烟碱类杀虫剂之所以能在市场上站住脚，并且份额有扩大的趋势，原因有三：一是新烟碱类杀虫剂都属高效、低毒、低残留产品，符合国内外对环保、生态环境和食品安全的要求。二是新烟碱类杀虫剂各品种都能防治水稻害虫，符合我国农药发展的方向。三是甲胺磷等5种高毒农药退市后，造成了杀虫剂农药供应上的缺口约10 多万吨，这急需高效、低毒、低残留的杀虫剂来填补。随着国家农业部第二批高毒农药的公布，很多高毒农药又将被淘汰，这也为新烟碱类农药带来了新的机遇。

由于新烟碱类农药广泛的有效性和对鸟类和哺乳动物等其他生物的相对较低的毒性，它们的使用在过去20年中呈指数级增长。新烟碱类农药在农业系统和城市园林绿化中被用来保护作物，并被用作兽药。近十年来，人们越来越关注新烟碱类农药对环境的影响。有研究表明，新烟碱类具有不利的生态效应，如引起蜂群衰竭失调、蝴蝶消失、鸟类消失等。欧洲联盟宣布在2013年限制使用吡虫啉，噻虫嗪和噻虫胺。美国鱼类和野生动物管理局决定在2014年结束在整个太平洋西北地区农业作物中使用新烟碱类。中国也注意到新烟碱类农药的风险，但尚未禁止使用新烟碱类农药。新烟碱类农药可以通过多种方法使用，例如种子敷料、向地上植物喷洒叶面喷雾、向土壤淋根或树干注射等。当新烟碱类农药通过种子敷料施用时，只有1.6-20％的活性成分被目标植物吸收，其中大部分残留在土壤中。一些报告已经研究了农业土壤中的新烟碱类农药残留。在早期发表的著作中，液相色谱（LC）联用质谱（MS），串联质谱（MS / MS）或二极管阵列检测器常用于检测新烟碱类化合物。采用甲醇、乙腈、乙腈与水的混合物、乙腈与二氯甲烷的混合物等溶剂喷口从土壤中提取新烟碱类农药。使用伯仲胺（PSA）、C18、石墨化炭黑（GCB）及其混合物对萃取物进行净化。加入硫酸镁、氯化钠灯盐以除去水分，提高萃取效率。然而，目前的方法存在一些缺点。首先，这些方法非常耗时。通过仪器检测多种（最多8种）新烟碱类的最短时间约为10分钟，提取过程通常超过30分钟。其次，在提取中使用了大量的溶剂，或者萃取物的小部分被净化以进行进一步分析，这是不符合成本效益的。在环境研究中，通常会收集大量样本进行分析。迫切需要一个快速、经济有效的方法。此外，目前关于公园和居住区土壤中新烟碱类农药的资料不足。

1.2 本论文研究的目的

通过优化提取及净化条件，确定蔬菜中多种新型烟碱类农药及其代谢产物的最佳检测方法；并通过测定苏州地区蔬菜样品中的目标物浓度，为其环境风险评估提供基础数据。

1.3 本论文研究的意义

进行对“蔬菜中新型烟碱类农药及其代谢产物的测定”的研究，能初步明确蔬菜中新型烟碱类农药及其代谢产物的残留量，判断相关的影响机制，评估新型烟碱类农药及其代谢产物对各种蔬菜的影响，以及其环境应用潜力、 环境和生态风险所具有重要的意义。

3.1 研究方法

通过比较不同提取及净化条件下蔬菜中多种新型烟碱类农药及其代谢产物的检出限、定量限、重现性、回收率和线性范围，确定最佳前处理条件。采集苏州市典型农贸市场的蔬菜样品，测定蔬菜中新型烟碱类农药及其代谢产物的含量范围。

3.2 研究步骤

1. 前处理条件

（1）准备1kg新鲜菠菜洗净，用滤纸吸干水后放入自封袋，在-20℃冰箱里储存。

（2）待用时取出研磨成糊状，取10g匀浆于50ml离心管内，再向里面加入100ng的混标和内标

（3）条件1（提取溶剂的选择）：加入不同的提取剂提取（乙腈、甲醇、丙酮各10ml）（2个平行样*3），同时需要做样品空白和溶剂空白（2个平行样*2）

后续提取方法用超声5min。

（4）用条件1最佳方法探索条件2（提取方法和时间）

条件2：超声提取，时间：1、5、10min，（2个平行样*3）

涡旋提取，时间：1、5、10min，（2个平行样*3）

同时需要做样品空白和溶剂空白（2个平行样*2）

（5）盐析净化：加入提取包（MgSO4等）盐析，加入一颗大的陶瓷制匀质子，涡旋2min（此处可设置条件3）

（6）再用4000r/min的离心机离心5min，

（7）基质净化：取1ml上清液至2mlDSP萃取管，加入一颗小的陶瓷制匀质子,涡旋1min

（8）10000r/min离心10min

（9）取上清液0.6ml至尖底玻璃离心管，氮吹至干

（10）用1mL 15%乙腈水溶液复溶，过0.22μm滤膜。

2. 采样及测定

3. 健康风险评估