呋虫胺(dinotefuran)，化学名称为1-甲基-2-硝基-3-(四氢-3-呋喃甲基)胍，分子中不含卤素和芳环而以四氢呋喃基为取代基(结构式见Scheme 1)，是由日本三井化学公司研发的第三代烟碱类杀虫剂，具有杀虫谱广、内吸渗透作用强、杀虫活性高、持效期长、对动植物安全性高等特点，并能克服一二代烟碱类杀虫剂引起的抗性风险，应用前景广阔^{[1, 2, 3]}。该药于2013年在我国获准登记，可用于水稻田防治稻飞虱、水稻小绿叶蝉等害虫^[2]。

Scheme 1

Scheme 1

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目前，国内外已有关于呋虫胺在农产品及水稻田中的残留检测研究的报道^{[3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]}，如彭莎等采用高效液相色谱法检测了呋虫胺在水田环境中的残留，但水样的制备过程较为繁琐^[4]。虽然烟碱类杀虫剂的毒性较低，但随着在农业生产中的广泛使用，其在环境介质中的残留受到越来越多的重视^{[11, 12]}，已有关于吡虫啉、噻虫嗪等其他烟碱类杀虫剂在稻田水和土壤中的残留及消解动态方面的研究报道^{[13, 14, 15]}，而呋虫胺在稻田生态环境中的消解动态研究尚未见报道。

本研究在文献^[4]的基础上对稻田水和土壤样品的处理及色谱检测条件进行了优化，建立了科学、快速、简便的检测呋虫胺在稻田水和土壤中残留的高效液相色谱方法。同时，采用所建方法研究了呋虫胺在稻田水和土壤中的残留消解规律，以期为其在稻田环境中的残留及风险评估提供参考。 1 材料与方法 1.1 仪器与试剂

Waters e2695高效液相色谱仪带紫外检测器和色谱工作站(美国Waters公司)。98.5%呋虫胺(dinotefuran)标准品(德国Dr. Ehrenstorfer公司)；25%呋虫胺可分散油悬浮剂(江苏克胜集团股份有限公司)；乙腈和氯化钠为分析纯，甲醇为色谱纯；精密试纸(pH 5.0～9.0)(上海三爱思试剂有限公司)。 1.2 检测方法的建立 1.2.1 样品制备

水样提取：准确量取10.0 mL水样，经双层化学分析滤纸过滤后收集滤液，过0.22 μm水膜，于进样小瓶中保存，待测。

土样提取：准确称取10.0 g匀质土样，加入40 mL 乙腈振荡提取40 min，于4 500 r/min下离心6 min；取上清液倒入盛有3～5 g氯化钠的具塞量筒中，涡旋后静置分层，取10.0 mL于50 ℃下旋蒸至近干；用甲醇定容至2.5 mL，过0.22 μm有机滤膜，于进样小瓶中保存，待测。 1.2.2 色谱条件

Agilent ZORBAX Eclipse Plus C₈色谱柱 (4.6 mm×150 mm，3.5 μm)；流动相为V(甲醇)∶V(0.01%氨水)=15∶85；流速0.7 mL/min；检测波长270 nm；柱温30 ℃；进样量5 μL。在此条件下，呋虫胺的保留时间约为5.8 min。 1.2.3 标准溶液配制及标准曲线的绘制

准确称取0.010 2 g呋虫胺标准品于10 mL容量瓶中，用甲醇溶解、定容，配制成质量浓度为1 000 mg/L的母液，再逐级稀释成0.05、0.2、0.5、2.0和5.0 mg/L 的标准工作液，按1.2.2节的条件测定，以峰面积(y)为纵坐标、质量浓度(x)为横坐标，绘制标准曲线。 1.2.4 添加回收试验

在空白田水和土壤中分别添加呋虫胺标准溶液，添加水平分别为0.05、0.2和2 mg/L，每个水平重复5次，按所建方法进行提取和检测，计算添加回收率和相对标准偏差。 1.3 残留消解动态试验

供试药剂为25%呋虫胺可分散油悬浮剂。在稻田近旁另选一块与稻田种植环境一致的空白小区进行试验。小区面积为20 m²，灌水深度4～6 cm，按设计的剂量往返均匀施药。在小区边上插标杆，标记水面高度以保持田水水面高度。2013年在广西采用推荐高剂量的15倍用药量(有效成分含量1 687.5 g/hm²)施药；依据NY/T 788—2004^[16]，2014年在广西、湖南和安徽3地按推荐高剂量的1.5倍 (有效成分含量168.8 g/hm²)施药。施药方式均为对水均匀喷雾1次，分别于施药后2 h和1、3、7、14、21、30及45 d采集田水和土壤样品。

水样的采集：用水杯随机选取10个以上采样点，总取样量不少于10 L，混匀后取500 mL两份，分装入样品瓶中，备用。

土样的采集：随机选取8个以上采样点，用土钻取0～10 cm深的地表土，总采样量不少于2 kg，混匀后取200 g两份，分装入自封袋中，备用。

2 结果与分析 2.1 高效液相色谱条件的建立

呋虫胺分子的功能基团为硝基亚氨基(C=N—NO₂)，其中 NNO₂有较强的水溶性且呈电负性^[17]，在建立高效液相色谱条件时，发现其出峰较早，易受杂质干扰。为使样品中呋虫胺与杂质完全分离，本研究考察了不同的色谱柱(C₁₈、C₈)、流动相组合(甲醇-水、甲醇-0.1%甲酸水溶液、甲醇-10 mmol/L 醋酸铵水溶液、甲醇-0.01%氨水、甲醇-0.02%氨水和甲醇-0.01%三乙胺水溶液)及其不同配比。最终采用C₈柱，以V(甲醇)∶V(0.01%氨水)=15∶85为流动相等度淋洗作为色谱检测条件。 2.1.1 色谱柱的选择

呋虫胺在水中的溶解度为40 g/L，仅次于甲醇(57 g/L)^[2]，属强水溶性农药。本研究在参考文献^{[5, 6, 7, 8, 9, 10]}的基础上，在保持其他色谱条件不变的前提下，比较了呋虫胺在C₁₈和C₈柱上的保留特性。结果表明：呋虫胺在C₁₈柱上的出峰时间过早，溶剂峰与目标峰未完全分开(分离度R为0.75)，而在C₈柱上有较合适的保留，R为1.84(图 1)，因此，选择C₈柱检测稻田水和土壤中呋虫胺的残留量。

图 1

Fig. 1

图 1 呋虫胺在C18色谱柱(A)和C8色谱柱(B)上的谱图Fig. 1 Chromatograms of dinotefuran in C18 (A) and C8 (B)

本研究最初采用甲醇-水体系作为流动相，但发现目标峰形不对称、峰宽较大(见图 1B)。其原因可能是固定相中残余的硅羟基对呋虫胺产生分配力，使其保留特性改变而导致目标峰形不对称；另外，呋虫胺分子可解离，偏碱性，在甲醇-水中离子化，致使出现不对称峰形^{[4, 18]}。为减小硅羟基对呋虫胺分离的影响和抑制呋虫胺的解离，笔者尝试向含水流动相中加碱或盐类物质以调整其pH值，优化呋虫胺在C₈柱上的分离效力。

通过考察流动相pH(水温27 ℃)在5.5(甲醇-10 mmol/L醋酸铵水溶液)、6.0(甲醇-30 mmol/L醋酸铵水溶液)、6.5(甲醇-0.01%氨水)、7.5(甲醇-0.02%氨水)、8.5(甲醇-0.01%三乙胺水溶液)5种情况下呋虫胺的分离状况(图 2)，并调整流动相的比例和流速以控制呋虫胺的保留时间。结果表明：当流动相的pH值为6.5(甲醇-0.01%氨水)时，呋虫胺表现出较好的分离效果，因此采用0.01%氨水对流动相进行调节(图 2C)。

图 2

Fig. 2

图 2 流动相pH值对呋虫胺分离效果的影响Fig. 2 Effect of pH value of mobile phase on separation result

与彭莎等^[4]采用液-液萃取的方法制备水样相比，本研究采用水样经双层滤纸和水膜过滤后直接进样检测，操作简便且提取效果较好。 2.3 方法的线性范围及检测限

在0.05～5.0 mg/L范围内，呋虫胺的峰面积与其质量浓度间呈线性关系，标准曲线方程为y=43 636x + 210.15，R²=0.999 9。方法的最小检出量(LOD)为0.08 ng，最低检测浓度(LOQ)均为0.05 mg/kg。 2.4 方法的添加回收率及相对标准偏差

在0.05、0.2和2 mg/L添加水平下，呋虫胺在田水和土壤中的平均回收率分别为74%～81%和80%～83%，标准差(SD)分别为1.3～3.9%和4.2～4.8%，相对标准偏差(RSD)分别为1.6%～5.2%和5.3%～5.9%(表 1)。

表 1(Table 1)

表 1 呋虫胺在稻田水和土壤中的平均回收率及相对标准偏差(n=5) Table 1 Recoveries and RSDs in paddy water and soil samples and precision of dinotefuran (n=5) 样品 Samples 添加水平 Spiked level/(mg/L) 平均回收率 Average recovery/% 相对 标准偏差 RSD/% 稻田水 Paddy water 0.05 74±3.9 5.2 0.2 78±1.4 1.8 2 81±1.3 1.6 稻田土壤 Paddy soil 0.05 80±4.2 5.3 0.2 80±4.8 5.9 2 83±4.4 5.3

表 1 呋虫胺在稻田水和土壤中的平均回收率及相对标准偏差(n=5) Table 1 Recoveries and RSDs in paddy water and soil samples and precision of dinotefuran (n=5)

为增加稻田水及土中呋虫胺的原始沉积量，2013年在广西按推荐高剂量的15倍用药量施药。结果显示：呋虫胺在稻田水中的原始沉积量为0.907 mg/kg，残留量变化趋势符合一级动力学方程c_t=c₀e^-kt，半衰期为40.1 d(表 2，图 3A)。

表 2(Table 2)

表 2 呋虫胺在稻田水与土壤中的消解动力学参数 Table 2 Dissipation kinetic parameters of dinotefuran in paddy water and soil 样品名称 Samples 地点(年份) Experimental site (year) 消解动态方程 Dissipation dynamics equation 决定系数 R2 半衰期Half-life (t1/2/d) 稻田水 Paddy water 广西 Guangxi(2013) c\-t=0.827 6e-0.017 3t 0.962 9 40.1 广西 Guangxi(2014) c\-t=0.054 5e-0.033 8t 0.905 9 20.5 湖南 Hunan(2014) c\-t=0.144 3e-0.150 3t 0.991 3 4.5 安徽 Anhui(2014) c\-t=0.036 4e-0.207 4t 0.916 9 3.3 稻田土壤 Paddy soil 广西 Guangxi(2013) c\-t=0.287 2e-0.028 8t 0.897 6 24.1

表 2 呋虫胺在稻田水与土壤中的消解动力学参数 Table 2 Dissipation kinetic parameters of dinotefuran in paddy water and soil

图 3

Fig. 3

A：按推荐高剂量的15倍用药量；B：按推荐高剂量的1.5倍用药量。 A: According to the recommended high dosage of 15 times; B: According to the recommended high dosage of 1.5 times.图 3 呋虫胺在稻田水和土壤中的消解动态Fig. 3 Decline curves of dinotefuran in paddy water and soil

为使用药量更接近生产实际应用情况，依据NY/T 788—2004^[16]，于2014年将用药量调整为推荐高剂量的1.5倍，在广西、湖南和安徽3地进行试验。结果(表 2，图 3B)表明：呋虫胺在3地稻田水中的原始沉积量分别为0.063、0.140和0.044 mg/kg，并随时间延长，其在水中的残留量逐渐降低(图 3)。动力学方程拟合结果表明：呋虫胺在稻田水中的残留量变化趋势符合一级动力学特征，相关性较好，在广西、湖南和安徽的半衰期分别为20.5、4.5和3.3 d，根据《化学农药环境安全评价试验准则》中所述农药水解特性等级划分^[19]，呋虫胺的水解特性等级为一级，属于易降解农药(t_1/2＜30 d)。 2.5.2 呋虫胺在稻田土壤中的消解动态

结果表明：按15倍用药量施药，2013年广西呋虫胺在水稻土壤中的原始沉积量为0.285 mg/kg，残留消解动态方程为c_t=0.287 2e^{-0.028 8t}，半衰期为24.1 d(表 2，图 3A)。2014年按1.5倍用药量在广西、湖南和安徽3地试验，因呋虫胺的水溶性较强，施药后主要 分布在稻田水中，土壤中原始沉积量均低于LOQ(未检出)，因此未进行动力学方程拟合。 3 结论与讨论

呋虫胺在广西、湖南、安徽3地水稻田水中的消解动态符合一级动力学方程，半衰期分别为20.5、4.5和3.3 d，说明实际生产中按照推荐剂量施药，呋虫胺在水中易降解；按推荐剂量在生产中使用后，呋虫胺主要分布在田水中，在土壤中的原始沉积量较低。建议进行室内模拟试验，进一步探明呋虫胺在水稻土壤中的残留归趋。

本研究建立的呋虫胺在稻田水和土壤中的残留检测方法是科学而简便的，准确度和精密度均符合农药残留分析的要求。与现有文献^[4]的方法相比，田水样品的处理省去了液-液萃取等复杂过程，土壤经乙腈-水提取、盐析后浓缩直接进样测定，减少了呋虫胺在处理过程中的损失和有机溶剂的用量。通过优化色谱条件，呋虫胺的峰形和分离度较好，适用于日常工作中检测环境水样和土样中呋虫胺的残留量。