呋虫胺(dinotefuran)，化学名称为1-甲基-2-硝基-3-[(2-四氢呋喃) 甲基]胍，以下简称为DNF，是由日本三井化学开发并于2002年上市的第三代新烟碱类杀虫剂^[1]，其作用机制是能够阻断昆虫中枢神经系统，导致害虫麻痹从而发挥杀虫作用^[2]，是防治稻飞虱的持效期长的理想药剂^[3]。DNF在植物上的代谢物主要有2个：一是1-甲基-3-[(3-四氢呋喃) 甲基]脲，简称为UF；二是1-甲基-3-[(3-四氢呋喃) 甲基]二氢胍盐，简称为DN^[4]。结构式见表1。DNF在土壤中吸附性较弱，在水中的溶解度较大，易迁移进入水体，对水生生物造成危害^[5]。UF与DN的毒性与呋虫胺相当，但其迁移性和持久性比DNF更强^[6]。因此研究DNF及其代谢物在水稻生态系统中的残留及消解动态对指导其科学合理使用具有重要意义。

表 1 (Table 1)

表 1 呋虫胺及其代谢物 Table 1 Information of dinotefuran and its metabolites 分析物 Analyte 分子结构 Molecular structure 分子式 Molecular formula 来源 Supplier 纯度 Purity/% CAS 号 CAS No. DNF C7H14N4O3 Dr. Ehrenstorfer GmbH 98.5 165252-70-0 DN C7H15N3O ChemTek 97.4 457614-32-3 UF C7H14N2O2 ChemTek > 99 457614-34-5

表 1 呋虫胺及其代谢物 Table 1 Information of dinotefuran and its metabolites

DNF、UF与DN的检测方法主要有液相色谱 (LC) 法^[7]以及液相色谱-串联质谱法 (LC-MS/MS) 等，其中大多数研究是基于LC-MS/MS进行分析，如董旭等^[8]研究了3者在稻田环境中的残留规律，样品用甲醇和乙腈混合溶液提取；吴延灿等^[9]研究了3者在黄瓜、番茄、马铃薯和甘蓝中的残留，样品采用含体积分数为1%乙酸的甲醇溶液提取；彭敏等^[10]研究了3者在甘蓝和土壤中的消解规律，样品用含体积分数为10%乙酸的乙腈溶液提取；Yang等^[11]研究了3者在柑橘果肉、果皮、全果和土壤上的残留，使用甲醇水溶液作提取溶剂；Zhang等^[12]测定了3者在西瓜、黄瓜、大米、牛奶、鸡蛋、猪肉、土壤和水中的残留，使用含体积分数为15%乙酸的乙腈溶液作提取剂；Rahman等观察到甲醇是提取绿茶^[13]与李子^[14]中DNF及其代谢物的理想溶剂。以上研究中样品前处理方法中大多使用乙腈和甲醇等作为提取溶剂，有机溶剂消耗量大，且步骤繁琐，耗时耗力，不利于样品的批量检测。考虑到DNF、UF和DN的强极性特点，本研究尝试采用相比甲醇与乙腈的极性更强的水作提取溶剂，建立了稻株、土壤、稻田水、糙米和稻壳中DNF、UF和DN残留的快速、简便的测定方法，并系统地研究20％呋虫胺悬浮剂在中国从南部 (海南)、中部 (湖南) 及北部 (黑龙江) 3种不同气候地区的水稻田施用后3者在水稻上的残留与消解动态，以期为中国水稻上呋虫胺的合理使用提供科学依据。

超高效液相色谱仪 (Waters) 串联API4000 + 质谱仪 (AB SCIEX)；R-210控温控压全自动旋转蒸发仪 (上海豫康科教仪器)；9Z系列铡草粉碎组合机 (广州国来伟机械设备有限公司)；SDL-A型砻谷机 (农业农村部稻米及制品质检中心仪器研发部)；UMV-2型多管涡旋混合器 (北京优晟联合科技有限公司)；AL204电子天平 (Mettler-Toledo)；10~100 μL与100~1 000 μL的Research plus移液器 (Eppendorf) 以及实验室常用仪器设备。

呋虫胺及其代谢物UF与DN的相关信息见表1；20%呋虫胺悬浮剂，由江苏华农生物化学有限公司提供。色谱纯乙腈 (上海安谱实验科技股份有限公司) 与甲醇 (Fisher)；纯度 ≥ 99.8%的乙酸 (广州化学试剂厂)；Milli-Q超纯水。其余试剂为分析纯。

试验在海南省海口市、湖南省长沙市及黑龙江省肇东市3地进行。施药时期为抽穗期，按一次施药多次取样的方法进行，施药剂量为有效成分180 g/hm²，另设清水空白对照，每处理重复3次，每小区面积30 m²。分别于施药后2 h及1、3、5、7、10、15、20、35和55 d，分别采集稻田水、土壤和稻株样品。消解动态曲线按公式 (1) 拟合，半衰期按公式 (2) 计算。

式中：C_t为样品中的农药残留量 (mg/kg)；C₀为原始沉积量 (mg/kg)；k为消解系数；t为时间 (d)。

施药剂量为有效成分120与180 g/hm²，设2次施药和3次施药2个处理，每处理3次重复，施药间隔期21 d，分别于距最后一次施药14和21 d时采集糙米、稻壳、稻株与土壤样品。

分别称取(2.0 ± 0.1)g 水稻植株或稻壳样品，(10.0 ± 0.1)g土壤样品，置于50 mL塑料离心管中，加入20 mL体积分数为1%的乙酸水溶液，于2 500 r/min下振荡提取10 min，再于4 000 r/min下离心5 min；取上清液，经双层化学分析滤纸过滤；收集滤液，过0.22 μm水系滤膜，待测。

准确量取水样20 mL，加入200 μL乙酸，经双层化学分析滤纸过滤；收集滤液，过0.22 μm水系滤膜，待测。

称取糙米(10.0 ± 0.1)g样品，置于50 mL塑料离心管中，加入20 mL含体积分数为1%乙酸的乙腈溶液，于2 500 r/min下振荡提取10 min，再于4 000 r/min下离心5 min；吸取上清液8 mL，置于15 mL QuEChERS净化管 (Waters公司，含900 mg MgSO₄与150 mg PSA) 中，剧烈振荡1 min，于4 000 r/min下离心5 min；吸取上清液6 mL于50 mL圆底烧瓶中，于40 ℃下减压浓缩至干，用6 mL体积分数为1%乙酸水溶液定容，过0.22 μm水系滤膜，待测。

　　色谱条件：ACQUITY UPLC BEH C₁₈ 色谱柱 (2.1 mm × 50 mm，1.7 μm)；流速0.25 mL/min；进样量2 μL；柱温27 ℃。流动相为甲醇-水，按照线性梯度洗脱程序：0~0.5 min保持甲醇与水的体积比为10 : 90，2.5 min时甲醇与水的体积比改为90 : 10，3.0 min时甲醇与水的体积比改为10 : 90。

质谱条件：电喷雾正离子扫描 (ESI⁺)；多反应监测 (MRM) 模式；碰撞气41 368 Pa；气帘气137 895 Pa；雾化气和辅助加热气均为344 738 Pa；离子化电压5 500 V；离子源温度650 ℃。其他质谱参数见表2。

表 2 (Table 2)

表 2 DNF、DN与UF的主要质谱检测参数 Table 2 MS parameters for determining of DNF, DN and UF 分析物 Analyte 相对分子质量 MW/Da 母离子 Q1/Da 子离子 Q3/Da 去簇电压 DP/V 射入电压 EP/V 碰撞能量 CE/V 碰撞室射出电压 CXP/V DNF 202.21 203.1 87.1* 53.8 5 21.7 9.7 129.0# 53.8 5 16.4 9.7 UF 158.20 159.1 102.0* 67.2 5 16.0 5.3 67.0# 67.2 5 26.0 5.3 DN 157.21 158.0 102.0* 86.0 4 22.1 5.0 57.1# 86.0 4 34.2 1.9 注：*定量离子，#定性离子。Note: *Quantitative ion, #qualitative ion.

表 2 DNF、DN与UF的主要质谱检测参数 Table 2 MS parameters for determining of DNF, DN and UF

取DNF、UF和DN标准品各0.01 g (精确至 ± 0.000 1 g)，用甲醇溶解，配制成100 mg/L标准品母液，置于100 mL棕色容量瓶中，备用。使用时将3种母液等比例混合后分别用含体积分数为1%的乙酸水溶液和稻株基质提取液稀释，分别得到含标准品质量浓度为0.2、0.1、0.05、0.02、0.01和0.005 mg/L的溶剂标准溶液及基质匹配标准溶液，于 –18 ℃ 下避光保存。按照1.3.2节的条件测定，以峰面积为应变量，以质量浓度为自变量绘制标准曲线。在稻株、土壤、田水、糙米和稻壳空白样品中分别添加3个水平 (表3) 的农药及代谢物，每个水平重复5次，按1.3.1节的方法处理，按1.3.2节的条件测定，计算平均回收率及相对标准偏差 (RSD)。

表 3 (Table 3)

表 3 DNF、DN和UF在稻株、土壤、田水、糙米和稻壳中的添加回收率及相对标准偏差 Table 3 Recoveries of DNF, DN and UF in rice plant, soil, paddy water, brown rice and rice husk 分析物 Analyte 基质 Matix 添加水平 Spiked level/(mg/kg) 平均回收率 Average recovery/% 相对标准偏差 RSD/% 分析物 Analyte 基质 Matix 添加水平 Spiked level/(mg/kg) 平均回收率 Average recovery/% 相对标准偏差 RSD/% DNF 稻株 Rice plant 0.4 88 2.1 糙米 Brown rice 0.4 71 1.6 0.2 89 3.6 0.2 73 3.2 0.1 82 8.2 0.02 87 1.5 土壤 Soil 0.4 82 4.0 稻壳 Rice husk 0.4 102 7.5 0.2 88 3.8 0.2 97 4.4 0.02 74 3.3 0.1 98 11 田水 Paddy water 0.4 85 2.3 UF 稻株 Rice plant 0.4 93 1.4 0.2 96 3.5 0.2 90 3.6 0.01 78 2.8 0.1 82 7.7 糙米 Brown rice 0.4 92 2.2 土壤 Soil 0.4 84 2.0 0.2 97 3.2 0.2 90 2.4 0.02 83 4.4 0.02 74 2.6 稻壳 Rice husk 0.4 86 17 田水 Paddy water 0.4 89 3.0 0.2 80 11 0.2 101 4.5 0.1 73 15 0.01 77 2.4 DN 稻株 Rice plant 0.4 91 5.9 糙米 Brown rice 0.4 89 2.0 0.2 90 4.5 0.2 94 2.6 0.1 97 8.3 0.02 83 3.3 土壤 Soil 0.4 72 1.2 稻壳 Rice husk 0.4 90 20 0.2 72 1.8 0.2 87 15 0.02 78 5.7 0.1 73 16 田水 Paddy water 0.4 76 2.4 0.2 82 3.2 0.01 75 3.5

表 3 DNF、DN和UF在稻株、土壤、田水、糙米和稻壳中的添加回收率及相对标准偏差 Table 3 Recoveries of DNF, DN and UF in rice plant, soil, paddy water, brown rice and rice husk

呋虫胺及其代谢物的的主要质谱检测参数见表2。质子化分子离子[M + H]⁺选作母离子用于MS/MS分析，DNF在m/z = 203.1，UF在m/z = 159.1，DN在m/z = 158.0。对于DNF，其最高峰子离子m/z = 129.0，这是由于[M + H]⁺丢失碎片[NO₂]与[C₂H₄]形成的^[12]。由于稻株基质中DNF的m/z = 129.0子离子峰底部左侧有个微小峰，为避免干扰，选择第2个子离子m/z = 87.1作为定量离子。UF的定量离子选择m/z = 102.0，这是由于丢失碎片[C₂H₃ON]形成的。DN的定量离子选择m/z = 102.0，这是由于丢失碎片[C₂H₄N₂]形成的。本研究中离子选择与文献[12]报道结果基本一致，不同之处在于文献[12]中DNF第2个子离子选择m/z = 157。

从图1可以看出：基于C₁₈色谱柱，使用甲醇-水溶液作流动相，可实现呋虫胺及其代谢物的有效分离，保留时间分别为：DNF 1.73 min，UF 1.33 min，DN 0.73 min。本研究结果与文献[9]报道的保留时间DNF 1.3 min、UF 1.2 min与DN 1.0 min基本相当，出峰顺序也一致。高效液相色谱-紫外检测器 (HPLC-UVD) 方法的总运行时间为15 min^[7]，LC-MS/MS方法的总运行时间分别为5^[9]、6^[8]、7^[12]、10^[13]和19 min^[14]。本研究中总运行时间为3 min，是目前文献中报道最短的，适合于大批量样品中呋虫胺及其代谢物的高通量快速检测。

图 1 Fig. 1

图 1 0.02 mg/L呋虫胺、DN与UF的子离子色谱图 (以1%乙酸水溶液为溶剂) Fig. 1 Chromatograms of daughter ions of 0.02 mg/L DNF, DN and UF (1% acetic acid aqueous solvent)

测定结果表明：DNF、UF和DN在0.2~0.005 mg/L范围内，其进样质量浓度与对应的峰面积间呈良好的线性关系，R² > 0.999。3者的溶剂标准曲线线性方程分别为：DNF为 y = 9 004 075 x + 18 822 (R² = 0.999 8)；DN为y = 1 577 659 x – 3 190 ( R² = 0.999 9)；UF为y =22 439 547 x + 53 462 (R² = 0.999 3)。以3倍信噪比计，当进样量为2.0 μL时，DNF、UF和DN的最低检出浓度分别为5.0 × 10^–4、2.0 × 10^–4、2.0 × 10^–3 mg/L，根据检出限 (LOD) = 最低检出浓度 × 进样量得出DNF、UF和DN的LOD分别为1、0.4和4 pg，高于文献[8]的LOD值 (DNF为0.1 pg，UF和DN均为0.5 pg)。

添加回收试验结果 (表3) 表明：DNF、UF和DN在样品中平均回收率在71%~102%之间，相对标准偏差 (RSD) 在1.2%~20%之间，可满足农药残留检测的要求^[15]。以最低添加水平确定定量限 (LOQ)，本研究中DNF、UF和DN的LOQ在稻株中为0.1 mg/kg，土壤中为0.02 mg/kg，田水中为0.01 mg/L，糙米中为0.02 mg/kg，稻壳中为0.1 mg/kg。本研究糙米中LOQ (0.02 mg/kg) 低于中国制定的呋虫胺MRL值 (1 mg/kg) ^[16]和文献[8]中DNF、UF和DN的LOQ值，满足农药残留检测的需要。

结果 (表4) 表明：DNF的消解半衰期，在稻株上为0.41~2.7 d，土壤中为1.6~4.2 d，田水中为0.90~2.2 d。DN的消解半衰期，在稻株上为2.9~13 d，土壤中为64~65 d，田水中为4.2 d。UF在稻株上消解半衰期为0.43~3.1 d。总体上，DNF、DN和UF在稻株和田水中降解很快，在土壤中降解较慢；DNF与UF降解较快，DN降解较慢。随着母体呋虫胺的降解，代谢物DN在稻株与田水中残留量出现先升后降的趋势，最明显的情况出现在2014年海南稻株与2015年湖南水样中，但最终与呋虫胺降解趋势一致，这与文献[8]的结果一致。总体上，呋虫胺的降解速率表现为海南 > 湖南 > 黑龙江，呈递减关系。研究表明农药降解受许多因素影响，包括土壤类型、pH值、农药施用频率、微生物及当地气候条件 (如日照、温度、湿度和降雨量) 等 ^[17]。

表 4 (Table 4)

表 4 DNF、DN和UF在稻株、土壤和田水中的消解动力学 Table 4 Dissipation kinetics of DNF, DN and UF in rice plant, soil and paddy water 分析物 Analyte 样品 Sample 年份 Year 地点 Site 回归方程 Regression equation R2 消解系数 k/(d–1) 半衰期 Half-life/d DNF 稻株 Rice plant 2014 海南 Hainan Ct = 7.4e–1.684t 0.991 1.684 0.41 湖南 Hunan Ct = 27e–1.593t 0.999 1.593 0.43 黑龙江 Heilongjiang Ct = 6.7e–0.313t 0.728 0.313 2.2 2015 海南 Hainan Ct = 0.82e–3.340t 0.986 3.340 0.84 湖南 Hunan Ct = 23e–1.541t 0.952 1.541 0.45 黑龙江 Heilongjiang Ct = 1.9e–0.255t 0.936 0.255 2.7 土壤 Soil 2014 湖南 Hunan Ct = 0.20e–0.439t 0.951 0.439 1.6 黑龙江 Heilongjiang Ct = 0.33e–0.203t 0.987 0.203 3.4 2015 湖南 Hunan Ct = 0.22e–0.165t 0.995 0.165 4.2 黑龙江 Heilongjiang Ct = 0.32e–0.189t 0.967 0.189 3.7 田水 Paddy water 2014 海南 Hainan Ct = 0.57e–0.653t 0.883 0.653 1.1 湖南 Hunan Ct = 0.62e–0.326t 0.716 0.326 2.1 黑龙江 Heilongjiang Ct = 0.82e–0.582t 0.980 0.582 1.2 2015 海南 Hainan Ct = 0.49e–0.768t 0.965 0.768 0.90 湖南 Hunan Ct = 1.2e–0.447t 0.899 0.447 1.6 黑龙江 Heilongjiang Ct = 0.58e–0.312t 0.987 0.312 2.2 DN 稻株 Rice plant 2014 海南 Hainan Ct = 1.5e–0.232t 0.807 0.232 3.0 湖南 Hunan Ct = 2.7e–0.238t 0.860 0.238 2.9 黑龙江 Heilongjiang Ct = 0.91e–0.066t 0.975 0.066 11 2015 海南 Hainan Ct = 0.36e–0.056t 0.857 0.056 12 湖南 Hunan Ct = 0.96e–0.053t 0.990 0.053 13 土壤 Soil 2014 海南 Hainan Ct = 0.033e–0.011t 0.837 0.011 65 2015 海南 Hainan Ct = 0.039e–0.011t 0.935 0.011 64 田水 Paddy water 2015 湖南 Hunan Ct = 0.22e–0.165t 0.995 0.165 4.2 UF 稻株 Rice plant 2014 湖南 Hunan Ct = 1.7e–1.611t 1 1.611 0.43 黑龙江 Heilongjiang Ct = 0.81e–0.222t 0.960 0.222 3.1 2015 湖南 Hunan Ct = 1.3e–0.424t 0.986 0.424 1.6

表 4 DNF、DN和UF在稻株、土壤和田水中的消解动力学 Table 4 Dissipation kinetics of DNF, DN and UF in rice plant, soil and paddy water

根据农药残留联席会议 (JMPR) 中呋虫胺在植物体内的农药残留物定义^[4]，将UF与DN转化为呋虫胺总量，结果见表5。总体上，呋虫胺在各基质中残留量从大到小依次为稻壳 > 稻株 > 土壤 > 糙米；残留量随采收间隔时间的延长而减少。呋虫胺在稻株、土壤、糙米和稻壳中的残留最大量分别为2.6、0.27、0.11和9.6 mg/kg。文献[ 8]中呋虫胺在稻株、土壤、糙米和稻壳中的残留最大量分别为0.13、< 0.05、0.17和2.67，其中稻株中残留量相对本研究较低。

表 5 (Table 5)

表 5 呋虫胺在稻株、稻壳、糙米与土壤中的最终残留量 Table 5 Final residuals of dinotefuran in rice plant, rice husk, brown rice and soil 试验点 Trial site 施药剂量 Application dosage, a.i./(g/hm2) 施药次数 Application frequency 采收间隔期 Preharvest interval/d 残留量 Rrsidue/(mg/kg) 2014 2015 稻株 Rice plant 稻壳 Rice husk 糙米 Brown rice 土壤 Soil 稻株 Rice plant 稻壳 Rice husk 糙米 Brown rice 土壤 Soil 海南 Hainan 120 2 14 0.83 1.1 < 0.060 < 0.060 0.36 2.1 < 0.060 0.068 21 0.56 1.3 < 0.060 0.069 < 0.30 1.7 < 0.060 0.062 3 14 0.72 1.7 < 0.060 0.090 < 0.30 1.6 < 0.060 0.069 21 0.38 0.72 < 0.060 0.083 < 0.30 1.5 < 0.060 0.069 180 2 14 0.62 2.1 < 0.060 0.070 0.52 2.7 < 0.060 0.068 21 0.61 1.2 < 0.060 0.077 < 0.30 2.0 < 0.060 0.067 3 14 0.61 2.1 < 0.060 0.095 0.48 2.0 < 0.060 0.068 21 0.43 1.1 < 0.060 0.092 < 0.30 < 0.30 < 0.060 0.064 湖南 Hunan 120 2 14 0.42 2.9 0.067 < 0.060 0.61 2.8 0.069 < 0.060 21 < 0.30 1.0 < 0.060 < 0.060 0.37 0.91 < 0.060 < 0.060 3 14 0.44 1.6 < 0.060 < 0.060 0.84 < 0.30 < 0.060 < 0.060 21 < 0.30 < 0.30 < 0.060 < 0.060 0.30 0.70 < 0.060 < 0.060 180 2 14 1.9 < 0.30 < 0.060 < 0.060 1.7 5.1 0.10 0.066 21 < 0.30 5.6 0.080 < 0.060 0.84 4.1 0.065 < 0.060 3 14 2.0 6.6 0.11 < 0.060 2.6 4.5 0.077 0.066 21 < 0.30 < 0.30 < 0.060 < 0.060 1.2 2.9 0.074 0.060 黑龙江 Heilongjiang 120 2 14 0.59 4.9 0.074 0.090 0.65 4.7 0.071 0.083 21 0.63 3.0 < 0.060 0.27 0.32 4.2 < 0.06 0.12 3 14 1.4 8.4 0.097 0.16 0.66 3.9 0.070 0.20 21 1.1 5.7 0.080 0.18 1.1 4.9 0.087 0.25 180 2 14 0.93 5.5 0.074 0.19 0.93 4.8 0.062 0.22 21 0.81 6.3 0.079 0.27 1.0 1.4 < 0.06 0.11 3 14 1.2 9.6 0.11 0.20 0.90 5.6 0.080 0.11 21 0.72 8.1 0.072 0.21 1.7 4.2 0.065 0.22

表 5 呋虫胺在稻株、稻壳、糙米与土壤中的最终残留量 Table 5 Final residuals of dinotefuran in rice plant, rice husk, brown rice and soil

本研究中呋虫胺在糙米中的残留中值 (STMR)距最后一次施药后14 d为0.066 mg/kg，距最后一次施药后21 d为 < 0.060 mg/kg；呋虫胺在糙米中的残留量 (< 0.060~0.11 mg/kg) 远低于欧盟、日本及中国规定的MRL值 (8、2、1 mg/kg) ^[16-18]。表明按照推荐剂量在水稻上使用20%呋虫胺悬浮剂，距最后一次施用后14 d与21 d采收，糙米是安全的。Yu等^[19]报道，呋虫胺在苹果样品中的最终残留量为0.28~0.52 mg/kg。Li等^[20]报道，呋虫胺距末次施药后7、14与21 d在稻株、稻壳与糙米中的残留量分别为0.031~3.2、0.027~3.1与ND~0.41 mg/kg。本研究结果与该结果相近。

建立了超高效液相色谱-串联质谱检测呋虫胺及其代谢物UF和DN在水稻植株、稻壳、糙米、土壤和田水中残留的分析方法。样品经含体积分数为1%的乙酸水溶液或乙腈溶液提取，水样采取直接过滤后测定。方法前处理快速、简单、便捷，平均回收率在71%~102%之间，可满足呋虫胺及其代谢物残留的分析要求。消解动态试验结果表明，DNF、DN和UF在稻株和田水中降解很快，在土壤中降解较慢；DNF与UF降解较快，DN降解较慢。呋虫胺在糙米中的最终残留量低于中国制定的MRL值1 mg/kg。