三氯殺螨醇在氣相色譜系統中的降解研究

錢振杰，王 宇，趙金利，王成龍，黃 松，譚錦萍，黃小清，林澤珊，劉 佳

（廣州市食品檢驗所，廣東 廣州 511400）

三氯殺螨醇（Dicofol）是一種非內吸性持久（半衰期為60 d）有機氯殺螨劑，常用于水果、蔬菜和其他大田作物及觀賞植物殺蟲殺螨［1－2］。三氯殺螨醇由Dicofol（80%）與其異構體2，4′-Dicofol（20%）組成［3］，已被提議作為斯德哥爾摩公約的持久性有機污染物［4］，并被認為是潛在的“內分泌干擾化合物”（EDC）［5］。研究表明［6］，三氯殺螨醇不僅對魚類、鳥類、大鼠和狗等動物的生殖功能有影響，還會增加兒童患霍奇金病、自閉癥和白血病的風險。

三氯殺螨醇由于分子結構擁擠，空間位阻較大（圖1A），且在檢測過程中易受溶劑、光照、酸堿性和溫度影響發生降解［7］，造成回收率降低［8］。現階段針對三氯殺螨醇的降解研究主要集中在降解方法的開發方面，三氯殺螨醇的光降解［9］、超聲降解［10］、電化學降解［11］及酶降解［12］等途徑已有報道。Dang等［13］采用密度泛函理論，對三氯殺螨醇受自由基誘導氧化降解的機理進行研究，通過理論計算確定了可能發生降解的主要位置。但對儀器分析過程中三氯殺螨醇的降解及其影響因素的研究未見報道。Lehotay［14］發現，使用乙腈作為提取溶劑時，水果中的三氯殺螨醇完全降解成4，4′-二氯二苯甲酮（4，4′-Dichlorobenzophenone，4，4′-DBP）（圖1B），因此無法對三氯殺螨醇原藥進行準確定量。但在我國農藥殘留限量標準［15］中，只考慮了三氯殺螨醇原藥，未將降解產物計算在其中，這使得日常監督抽檢結果難以客觀反映樣品中三氯殺螨醇的真實殘留情況。

圖1 三氯殺螨醇（A）和4，4′-二氯二苯甲酮（B）的分子結構和碳原子標識Fig.1 Molecular structures and the carbon atoms’identification of dicofol（A）and 4，4′-dichlorobenzophenone（B）

本研究對氣相色譜系統中三氯殺螨醇的降解過程進行研究，識別了其主要的降解產物，并分析了進樣口溫度和不同極性的溶劑對三氯殺螨醇降解的影響，確定了實際檢測中用于三氯殺螨醇分析的標志物和定量方法。本研究可為三氯殺螨醇的定性和準確定量提供理論依據，并可為同類結構化合物的降解行為分析提供參考。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

正己烷、丙酮、乙酸乙酯、甲苯、乙腈、四氯化碳（色譜純，美國Fisher Chemical公司）；碘甲烷（分析純，西亞化學科技（山東）有限公司）；三氯殺螨醇標準溶液（Dicofol，99.01%）、2，4′-三氯殺螨醇標準溶液（2，4′-Dicofol，10.0 mg/L于正己烷中）、4，4′-二氯二苯甲酮（4，4′-DBP，99.37%）（德國Dr.Ehrenstorfer公司）。

TSQ 8000 Evo氣相色譜－三重四極桿串聯質譜（配電子轟擊離子（EI）源）（美國Thermo Scientific公司）；8890氣相色譜儀（配電子捕獲檢測器，ECD）（美國Agilent公司）。

1.2 標準溶液配制及樣品前處理

準確稱取一定量的三氯殺螨醇和4，4′-二氯二苯甲酮，分別用甲苯溶解并定容至25 mL，得到1 000 mg/L的標準儲備溶液；進一步用溶劑稀釋，得到標準工作溶液（1.0 mg/L）。所有標準溶液均于-（18±2）℃條件下保存。

按照GB 23200.113－2018［16］進行樣品前處理。稱取油麥菜、蘋果和紅茶空白基質樣品，進行提取、凈化、濃縮、復溶和過膜前處理后制備空白樣品基質溶液，吸取適量的三氯殺螨醇標準工作溶液，配制質量濃度分別為10、20、50、100、200 ng/mL的基質匹配標準工作溶液。

1.3 儀器條件

1.3.1 GC－μECD法DB－5毛細管色譜柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm，美國Agilent公司）；進樣口溫度：260℃；不分流進樣，進樣量1 μL，載氣：氮氣（N2，99.999%），恒定流速2 mL/min；程序升溫：初始溫度60℃，以20℃/min升至230℃后，保持2 min，再以20℃/min升至280℃，保持5 min。檢測器溫度：320℃，尾吹氣（N2）流速：50 mL/min。

1.3.2 GC－MS/MS法TR－PESTICIDE毛細管色譜柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm，美國Thermo Scientific公司）；進樣口溫度：260℃；不分流進樣，進樣量為1 μL，載氣：氦氣（He，99.999%），恒定流速1.2 mL/min；程序升溫同“1.3.1”；電子轟擊源：70 eV；離子源溫度：300℃；傳輸線溫度：300℃；發射電流：25 μA；碰撞氣：氬氣（Ar，99.999%）；全范圍掃描模式，掃描范圍為50～500 amu；選擇反應監測模式，定量離子對為m/z111＞74.9，定性離子對為m/z139＞111，碰撞能均為12 Hz。

2 結果與討論

2.1 三氯殺螨醇及4，4′-DBP特征離子的選擇

GC－MS法在樣品色譜分離后進行電離，通過質譜測定化合物離子的質荷比進行分析，具有高效、準確、靈敏度高、選擇性好的優點［17］。三氯殺螨醇在EI源中裂解后，主要特征離子的質荷比（m/z）為251、139和111，其裂解途徑見圖2。

圖2 三氯殺螨醇在EI源中的裂解途徑Fig.2 Cleavage pathway of dicofol in EI source

4，4′-DBP是三氯殺螨醇已確認的降解物，其在EI源中裂解的主要碎片離子的質荷比（m/z）為250、139和111，裂解途徑見圖3。

圖3 4，4′-DBP在EI源中的裂解途徑Fig.3 Cleavage pathway of 4，4′-DBP in EI source

2.2 三氯殺螨醇降解物的識別

參考標準方法［16］，分別選擇正己烷和乙酸乙酯配制質量濃度為1.0 mg/L的三氯殺螨醇標準溶液，進行GC－MS全掃描測定。以三氯殺螨醇和4，4′-DBP特征離子的質荷比251、250、139、111進行提取檢索，對三氯殺螨醇及其降解物進行定性測定。

在正己烷溶劑中，三氯殺螨醇標準溶液提取離子后得到3個主要的色譜峰（圖4）。色譜峰1含有相對強度較高的m/z為250的碎片離子峰，且具有明顯的氯同位素離子峰（m/z252）。通過NIST譜圖檢索，識別其為三氯殺螨醇的降解物4，4′-DBP。色譜峰3主要碎片離子的m/z為251、139和111，且存在氯同位素離子峰（m/z253），通過NIST譜圖檢索，識別其為三氯殺螨醇。色譜峰2雖然響應非常低，背景干擾較大，但譜庫檢索顯示其與三氯殺螨醇的匹配度較高，此色譜峰未見文獻報道。

在乙酸乙酯為溶劑的三氯殺螨醇標準溶液中，存在與圖4相同的3個色譜峰（圖5）。但色譜峰2的響應在乙酸乙酯溶劑中尤為明顯，與三氯殺螨醇的響應接近。推測峰2可能是三氯殺螨醇的同分異構體或降解物。

三氯殺螨醇的同分異構體是2，4′-三氯殺螨醇（2，4′-Dicofol），主要由工業生產原料4，4′-DDT的同分異構體雜質2，4′-DDT引入。通過標準溶液比對，發現2，4′-三氯殺螨醇和色譜峰2（圖4和圖5）的保留時間不同，排除色譜峰2為2，4′-三氯殺螨醇，推測其為三氯殺螨醇的降解物，以降解物X表示。

圖4 1.0 mg/L三氯殺螨醇正己烷溶液的全掃描圖（A）和質譜圖（B～D）Fig.4 Full scan（A）and mass spectra（B－D）of 1.0 mg/L dicofol in n-hexane peak 1：4，4′-DBP，peak 3：dicofol

圖5 1.0 mg/L三氯殺螨醇乙酸乙酯溶液的全掃描圖（A）和色譜峰2的質譜圖（B）Fig.5 Full scan of 1.0 mg/L dicofol in ethyl acetate（A）and mass spectrum of peak 2（B）peak 1：4，4′-DBP，peak 3：dicofol

通過上述分析可知，在GC－MS的測定過程中，三氯殺螨醇的主要降解產物除4，4′-DBP外，還存在降解物X。在檢測過程中，對4，4′-DBP、降解物X和三氯殺螨醇3個組分進行識別，有助于對樣品中的三氯殺螨醇進行準確定性。

2.3 降解物X結構的初步推測

根據三氯殺螨醇的化學結構，研究人員采用理論計算分析了其結構中易發生斷裂的位置。如Yu等［9］采用低水平基組計算前線電子密度，證實C8原子的前線電子密度最大，受到攻擊的可能性最大。Ren等［18］在B3LYP/6－311++G（d，p）水平下計算三氯殺螨醇中各化學鍵的鍵解離能，發現C7－C8鍵的解離能最低，C8－Cl鍵的解離能次之，均為結構中容易發生斷裂的化學鍵。由圖4和圖5可知，降解物X（峰2）的質譜圖與三氯殺螨醇（峰3）的質譜圖中都含有m/z251的特征離子，且其同位素峰的相對豐度一致。由圖3可知，此特征離子結構為C13H9Cl2O+（m/z251）。

結合理論計算，以共同的特征離子C13H9Cl2O+（m/z251）結構進行反推，得到的三氯殺螨醇的主要降解路徑見圖6。路徑①是C7－C8鍵斷裂，脫去?CCl3生成A，并在電子的轟擊下，最終形成特征離子C13H9Cl2O+，以B表示。路徑②是C8－Cl鍵不穩定，脫去n個氯自由基（n≤2），生成降解物X，降解物X可能是三氯殺螨醇脫去一個氯生成的自由基或脫去兩個氯的卡賓中間產物。降解物X極不穩定，使用高分辨質譜及化學電離源（CI）均無法得到其分子離子峰。在電子轟擊下，降解物X的C7－C8鍵斷裂，生成特征離子B。

圖6 降解物X結構的推測Fig.6 Speculation on the structure of degraded product X

2.4 三氯殺螨醇在不同進樣口溫度下的降解

研究［19］發現，三氯殺螨醇在高溫下不穩定，易發生降解。本實驗選擇對化合物降解影響較小的ECD檢測器，研究進樣口溫度對三氯殺螨醇和主要降解產物（4，4′-DBP和降解物X）的影響。由圖7可知，當進樣口溫度低于260℃時，三氯殺螨醇的峰面積穩定，降解產物含量較低；隨著溫度升高，三氯殺螨醇的峰面積出現下降趨勢，兩個降解產物的峰面積持續增加；當進樣口溫度達到300℃時，4，4′-DBP和降解物X的峰面積增加明顯，并生成更多的熱解產物，見圖8。因此建議進樣口溫度設置為260℃，以降低三氯殺螨醇受熱降解的程度。

圖7 不同進樣口溫度下三氯殺螨醇及主要降解物的峰面積變化Fig.7 Peak area changes of dicofol and the its main degradants at different inlet temperatures

圖8 260℃（A）和300℃（B）下1.0 mg/L三氯殺螨醇標準溶液色譜圖的比較Fig.8 Comparison of chromatograms of dicofol standard in 1.0 mg/L at the temperature of 260℃（A）and 300℃（B）peak 1：4，4′-DBP，peak 2：degraded product X，peak 3：dicofol

2.5 三氯殺螨醇在溶劑中的降解

2.5.1 三氯殺螨醇在溶劑中的穩定性由圖4和圖5可知，三氯殺螨醇在正己烷和乙酸乙酯溶劑中存在不同的色譜行為，且研究［7］也表明，三氯殺螨醇在丙酮中非常不穩定，極易發生降解。本實驗基于三氯殺螨醇的極性，在進樣口溫度為260℃條件下，采用GC－ECD連續監測5 d，重復測定25次，研究了三氯殺螨醇及其主要降解產物在正己烷、丙酮、乙酸乙酯、甲苯4種常用溶劑中的穩定性。

在正己烷和甲苯兩種非極性溶劑中，4，4′-DBP和降解物X的峰面積較小，以三氯殺螨醇為主，峰面積的相對標準偏差（RSD）均穩定在15%以內。與正己烷［20］相比，甲苯的沸點高、飽和蒸氣壓低，在標準溶液保存過程中不易揮發；其次，甲苯能夠與大多數常用有機溶劑以任意比例混溶。因此，可選擇甲苯作為三氯殺螨醇標準溶液的保存溶劑。

當以丙酮為溶劑時，三氯殺螨醇迅速降解為4，4′-DBP，第一天三氯殺螨醇的峰面積已不足4，4′-DBP的1%。第二天僅剩4，4′-DBP。而當采用乙酸乙酯作為溶劑時，產生了降解物X，其峰面積與三氯殺螨醇接近，且在5 d內的變化穩定。由此可見，三氯殺螨醇在丙酮和乙酸乙酯溶劑中會發生不同程度的降解，其中以在丙酮中的降解最徹底。

2.5.2 丙酮和乙腈溶劑中三氯殺螨醇降解的原因分析研究發現［7］，即使在添加0.1%乙酸、避光保存的條件下，三氯殺螨醇的丙酮溶液仍將快速分解為4，4′-DBP。三氯殺螨醇的空間位阻大，CCl3基團具有吸電子的誘導作用，使C7－C8易發生解離，形成過渡態化合物C。而丙酮屬于非質子型極性溶劑，不可避免地存在微量的水，丙酮的存在會對過渡態C起到穩定作用。過渡態C受到親核試劑H2O的進攻后，發生SN1親核取代反應［21］，形成帶有兩個羥基的化合物D。化合物D不穩定，進一步脫水形成4，4′-DBP。三氯殺螨醇在丙酮溶劑中的降解路徑見圖9。

圖9 三氯殺螨醇在丙酮溶劑中的降解路徑Fig.9 Degradation path of dicofol in acetone

為驗證以上推測，使用無水硫酸鈣對丙酮溶劑進行脫水處理，比較脫水與未脫水的丙酮溶劑配制的標準溶液中三氯殺螨醇及其主要降解物的峰面積變化。結果發現，脫水丙酮配制的標準溶液中，4，4′-DBP的峰面積明顯減少，而三氯殺螨醇和降解物X的峰面積增加。證明丙酮中微量存在的水對三氯殺螨醇的降解影響很大，使之生成降解產物4，4′-DBP。同時驗證了乙腈溶劑對三氯殺螨醇降解的影響，發現其峰面積的變化趨勢與丙酮相似，即未脫水的乙腈溶劑配制的三氯殺螨醇標準溶液中，只存在4，4′-DBP；脫水后的乙腈標準溶液中，4，4′-DBP的峰面積減少，并出現了降解物X和三氯殺螨醇的色譜峰。由于對有機溶劑脫水會增加檢測的時間成本和效率，因此，在實際檢測過程中使用丙酮或乙腈時，三氯殺螨醇會降解為4，4′-DBP，需要對其進行定量分析。

2.5.3 乙酸乙酯溶劑中三氯殺螨醇降解的原因分析由圖5可知，三氯殺螨醇在乙酸乙酯溶劑中生成含量較高的降解物X（色譜峰2），這可能是由于乙酸乙酯具有一定的極性，能夠穩定三氯殺螨醇降解過程中生成的脫氯中間體。

根據“2.3”的分析，已知降解物X是三氯殺螨醇脫氯形成的中間體產物。研究表明［22］，當溶液中添加一定量的多氯化合物時，在GC熱進樣口形成的氯自由基會優先與進樣口中的活性成分結合，從而對不穩定化合物中氯的解離產生抑制作用，降低不穩定化合物脫氯的程度。本實驗以生成降解物X明顯的三氯殺螨醇的乙酸乙酯標準溶液為研究對象，通過加入不同體積的四氯化碳（CCl4）和碘甲烷（CH3I），研究鹵代物的加入對三氯殺螨醇和及其主要降解物的影響。由圖10A可以看出，當CCl4加入量為50 μL時，降解物X的峰面積減少了一半，而三氯殺螨醇的峰面積增加60%以上。圖10B中，加入CH3I后化合物峰面積的變化更明顯：當加入20 μL CH3I后，三氯殺螨醇的峰面積顯著提高了50%以上，而降解物X的峰面積則迅速下降93%。CCl4和CH3I的加入量雖然對4，4′-DBP的峰面積變化有一定影響，但其對降解物X的影響更明顯。根據實驗結果，當使用乙酸乙酯作為溶劑時，降解物X是三氯殺螨醇的主要降解物，需要對其進行定量分析。

圖10 CCl4（A）和CH3I（B）的加入體積對三氯殺螨醇及其降解物的影響Fig.10 Effect of the addition volume of CCl4（A）and CH3I（B）on dicofol and its degradation products

2.6 三氯殺螨醇定量化合物的確定

綜上所述，三氯殺螨醇在氣相色譜熱進樣口、丙酮、乙腈和乙酸乙酯溶劑中均存在明顯降解，主要降解產物為4，4′-DBP和降解物X。在實際檢測過程中使用上述溶劑或樣品中存在水和極性基質時，建議以4，4′-DBP、降解物X和三氯殺螨醇作為三氯殺螨醇的標志物，采用峰面積加和的計算方式對樣品中的三氯殺螨醇進行定量分析。

2.7 實際樣品的加標回收率和相對標準偏差

選擇油麥菜、蘋果和紅茶3種空白基質，分別添加低、中、高3個水平的三氯殺螨醇標準溶液，按照“1.2”進行樣品前處理，采用GC－MS/MS檢測，基質匹配標準工作溶液定量，每個水平重復6次，測定4，4′-DBP、降解物X和三氯殺螨醇的峰面積和含量。由表1可知，三氯殺螨醇在3種基質中全部降解成4，4′-DBP和降解物X，未檢出三氯殺螨醇。因此以4，4′-DBP、降解物X和三氯殺螨醇三者加和進行定量分析，得到三氯殺螨醇在3種基質中的平均回收率為72.5%～110%，相對標準偏差（RSD）為5.1%～10%，檢測結果滿足相關標準［23］的要求。

表1 4，4′-DBP、降解物X和三氯殺螨醇在不同基質樣品中3個加標水平下的峰面積、平均加標回收率和相對標準偏差（n=6）Table 1 Peak areas，average recoveries and RSDs of 4，4′-DBP，degraded product X and dicofol in different sample matrices at three spiked levels（n=6）

3 結論

本研究以三氯殺螨醇為分析對象，評估了其在氣相色譜系統中的降解過程，識別和推測了其主要降解產物的結構，并對影響降解的進樣口溫度、溶劑進行考察，確定了用于三氯殺螨醇定量分析的標志物，并對該方法進行驗證。結果表明，本方法顯著改善了三氯殺螨醇的檢測結果，提高了其準確度，降低了檢測中假陰性的風險，保證了三氯殺螨醇定性和定量分析的準確性。