植物源農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

（農業農村部農藥檢定所，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。國內對大黃素甲醚提取工藝的研究已經比較成熟，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到99%以上[1]，而西安綠海生物科技有限公司發明的閃式提取大黃素和大黃素甲醚的方法更節省大量能源和時間[2]。因大黃素甲醚具有多種生理活性，其在醫藥和農藥方面的用途頗廣，如其對腦神經具有保護作用[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種人體病原細菌均具有抑制作用[4]。國內已有兩家企業的6個大黃素甲醚相關產品在農藥上取得登記，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，隨著全社會對化學農藥殘留和環境安全性的日益關注，類似大黃素甲醚的植物源農藥普遍受到歡迎。但植物源農藥也是化學物質，并非絕對無害，安全性與其毒性和環境暴露濃度密切相關。而化學物質在環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《化學農藥環境安全評價試驗準則》[5]，在室內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行了試驗研究，旨在為大黃素甲醚的環境安全性評估提供參考。

1 材料和方法

1.1 儀器和試劑

XT5409光穩定性試驗箱，杭州雪中炭恒溫技術有限公司；離心機，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%大黃素甲醚標準品，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 試驗方法

1.2.1 標準溶液的配制及標準曲線繪制

稱取98%大黃素甲醚標準品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大黃素甲醚標準儲備液，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系列標準溶液。以質量濃度為橫坐標，峰面積為縱坐標繪制標準曲線。

1.2.2 方法的準確度和精密度

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5次。

1.2.3 色譜條件

采用2695-2996高效液相色譜儀進行測定，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（磷酸體積分數為0.1%）；流速為1.0 mL/min；柱溫為室溫；進樣體積為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有機濾膜，待測。

1.2.5 土壤表面光解試驗

稱取經風干后過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反應裝置中進行光解試驗，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度90～110 μW/cm2（紫外強度測定波長為365 nm）照射，反應溫度為23～27℃。試驗過程中定期取樣，測定土壤中供試物含量，同時設黑暗條件下的對照試驗。整個光解試驗期內隔離其他光源，以減少對試驗結果的影響[5]。

1.2.6 水中光解試驗

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，將光解反應管置于光化學反應裝置中進行光解試驗，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度90～110 μw/cm2（紫外強度測定波長為365 nm），反應溫度為23～27℃。試驗過程中定期取樣，測定水中供試物含量變化，同時設黑暗條件下的對照試驗。整個光解試驗期內隔離其他光源，以減少對試驗結果的影響[5]。

1.3 數據處理

農藥在環境中降解規律一般遵循一級動力學方程，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；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量濃度或質量比，mg/L或mg/kg；T0.5為光解半衰期，d。

2 結果與分析

2.1 方法準確度和精密度

在空白樣品中，添加大黃素甲醚標準溶液進行回收率試驗，每個濃度設置5個重復，同時設置空白對照，按上述方法進行分析測定，并計算回收率，結果見表1。空白水樣中添加質量濃度為0.25 mg/L和4.00 mg/L，回收率在82.6%～103.7%范圍內，相對標準偏差為0.7%～8.5%；空白土壤樣品中添加質量比為0.40 mg/kg和10.00 mg/kg，回收率在76.2%～90.0%，相對標準偏差為1.9%～6.6%。方法的回收率和精密度均滿足農藥殘留分析的要求。大黃素甲醚色譜圖見圖1，由圖1可見，在此檢測條件下，目標物峰形好，響應高，保留時間約21 min，雖然土壤中雜質較多，但是檢測時并沒有出現干擾峰，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方程，擬合曲線見圖2，其在光照條件下動態方程為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）。其水中光解試驗測定結果見表2，分別于0、1、2、3、4、6、7、10、14 d取試驗水樣進行含量分析，大黃素甲醚在水中初始檢出量為2.69 mg/L，4 d時降解率達到51.2%，14 d時降解率達到89.6%。當光照條件下降解率達到89.6%時，黑暗條件的降解率也達到了72.2%，說明在水中大黃素甲醚發生光解作用的同時，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測定結果

2.3 土壤表面光解特性

分別于0、2、3、4、5、6、7、13、40、55 d取試驗土壤進行定量分析，大黃素甲醚在土壤表面光解試驗測定結果見表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更強烈，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的進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地位。

表3 大黃素甲醚在土壤表面光解試驗測定結果

對不同條件下大黃素甲醚在土壤表面的降解數據進行擬合，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方程，其光解動態方程為Ct=2.836 4 e-0.0341t，相關系數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，其動態方程為Ct=3.664 5 e-0.0249t，相關系數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 論

試驗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GB/T 31270.3—2014《化學農藥環境安全評價試驗準則》[5]中農藥光解性評價標準，當光解半衰期不小于24 h時農藥難光解，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GB/T 31270.3—2014《化學農藥環境安全評價試驗準則》[5]規定，光解試驗周期最長為7 d，而根據前7 d的檢測結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，與降解率達到90%時得到的光解半衰期20.33 d差距較大，這說明當化學農藥降解較慢時，7 d的試驗周期已經能判定農藥的光解特性等級，但是如果想要得到較為準確的半衰期仍需延長試驗時間，得到更充分的數據。

近年來農藥殘留量限量標準越來越嚴格，植物源農藥的研發應用正好能有效地解決這一瓶頸，植物源農藥的廣泛應用是必然趨勢，而對其環境安全性評價意義重大。目前大黃素甲醚在農藥方面的研究較少，國內對其環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行研究，為其環境安全評價提供科學依據。