苯菌酮(3′-溴-2,3,4,6′-四甲氧基-2,6-二甲基二苯酮)是德国巴斯夫公司开发的新型二苯酮类杀菌剂(Scheme 1)，其急性经口和经皮毒性低，主要用于防治禾谷类作物、番茄、黄瓜和葡萄白粉病及眼点病，由于其独特的作用机制而备受关注^[1,2,3,4,5]，目前已在欧美等国的小麦、葡萄、番茄和黄瓜等多种作物上大量应用。

目前苯菌酮在我国正处于申请登记阶段，相关研究主要集中于其化学合成^[6]及生物活性测定^[7]等方面。Petrashkevich等报道了豌豆和南瓜中苯菌酮残留的气相色谱分析方法^[8]；也有采用多残留分析方法测定动物体粗提液中苯菌酮残留量的报道^[9]。但关于苯菌酮在土壤中残留的分析方法及其环境安全性鲜有报道，此外有资料显示，苯菌酮在土壤中的半衰期超过120 d^[10]，因此其在土壤中移动性及对地下水安全的影响备受关注。我国地域广阔，南北土壤环境差异大，明确该药在我国典型土壤中的淋溶移动特性，对维护地下水安全具有重要意义。本研究建立了苯菌酮在我国3种典型土壤中残留量的分析方法，同时结合标准土壤薄层层析和土柱淋溶方法，研究了苯菌酮在3种典型土壤中的淋溶及迁移特性，以期为该药在我国的安全使用提供基础数据。

Scheme 1

Scheme 1

超高效液相色谱-四极杆串联质谱联用仪(Acquity UPLC-Xevo TQD，UPLC-MS/MS)，Acquity UPLC HSS T3色谱柱(2.1 mm×100 mm，1.8 μm)，美国Waters 公司；十万分之一及百分之一电子天平；0.22 μm微孔滤膜；玻璃板(长20 cm，宽7.0 cm)；土壤柱(塑料管，内径4 cm，长30 cm)等。

苯菌酮(metrafenone)标准品，纯度99.7%，德国巴斯夫有限公司；乙腈，色谱纯和分析纯；无水硫酸镁和氯化钠，分析纯；分散净化剂：N-丙基乙二胺(PSA)、石墨化炭黑(GCB)及Cleanert C₁₈，Agela Technologies 公司；无水氯化钙。

供试土壤：黑龙江黑土、湖南红壤及河北潮土，过2 mm筛，备用。相关理化性质见表 1。

表 1 (Table 1)

表 1 供试3种土壤的理化性质< Table 1 Characteristics of the Three types of soil 土壤类型 Soil type 采集地点 Place pH（0.01 mol/L CaCL2） 有机质质量分数OM% 有机碳质量分数OC% 土壤机械组成Soil mechanical conposition /% 阳离子交换量C.E.C/(cmol（+）/kg) 黏粒 Clay 砂粒 Sand 粉粒 Silt 黑土 Black soil 黑龙江宾县 Heilongjiang Bin county 7.43 3.29 1.91 36.71 37.08 16.63 41.42 红壤 Red soil 湖南长沙县 Hunan Changsha County 4.83 1.15 0.67 46.78 11.81 36.17 27.73 潮土 Fluvo-aquic soils 河北廊坊市 Hebei Langfang city 7.31 1.33 0.77 48.25 48.25 18.46 25.54

表 1 供试3种土壤的理化性质 Table 1 Characteristics of the Three types of soil

准确称取0.010 3 g(精确到0.000 1 g)苯菌酮标准品，用色谱纯乙腈溶解并定容至100 mL，得质量浓度为100 mg/L的苯菌酮标准品母液，试验时再用色谱纯乙腈按梯度稀释，得到质量浓度分别为10、5、1、0.5、0.1及0.05 mg/L的系列标准工作溶液。分别移取1 mL系列质量浓度的标准工作溶液，经氮气吹干后，加入1 mL空白基质提取液中，配制成相应系列浓度的基质匹配标准溶液。配制好的标准工作溶液以及基质匹配标准溶液均在避光条件下存于4 ℃冰箱中，备用。

准确称取1.0 g土壤样品于10 mL离心管中，加入1 mL超纯水及2 mL乙腈，涡旋提取3 min，加入1 g氯化钠，涡旋5 min，于4 000 r/min下离心5 min。抽取上清液过0.22 μm滤膜，待测。

超高效液相色谱条件：流动相为乙腈-0.2%甲酸水溶液。梯度洗脱：0 min，V(乙腈)∶V(0.2%甲酸水溶液)=10∶90；1.5 min，90∶10；3.0 min，90 ∶10；3.1 min，10∶90；4.0 min， 10∶90；流速0.3 mL/min；进样量5.0 μL；柱温25 ℃。

质谱检测条件：电喷雾ESI⁺模式；毛细管电压4.0 kV；锥孔电压17 V；离子源温度150 ℃；去溶剂温度350 ℃；去溶剂气流量600 L/h；锥孔气流量50 L/h；母离子m/z=408.96，定量离子m/z=209.5，定性离子m/z=227。外标法定量，进样量5 μL。

上述条件下，苯菌酮的保留时间为2.87 min。

分别取0.05、0.1、0.5、1、5和10 mg/L 6个质量浓度的标准工作溶液和基质匹配标准溶液，按1.5节条件进样检测。以进样样品质量浓度为横坐标(x)、峰面积为纵坐标(y)绘制标准曲线，得到线性回归方程及相关系数(r)。分别以最小添加水平(1 mg/kg)的3倍信噪比(S/N=3)和10倍信噪比(S/N=10)计算得到苯菌酮在土壤中的检出限(LOD)和定量限(LOQ)^[11]。

按公式(1)计算基质效应(matrix effect，ME)：

ME>1.1为基质增强效应；ME＜0.9为基质减弱效应；0.9＜ME＜1.1则基质效应可以忽略^[12]。

准确称取10.0 g(精确到0.01 g)土壤样品于烧杯中，加入7.5 mL超纯水并搅拌至均匀的泥浆状，涂制土壤层析薄板，根据土质粗细将土层厚度控制在0.5～1.0 mm之间。在距玻板下端1.5 cm处点苯菌酮标准品10.0 μg(100 mg/L的苯菌酮标准品母液100 μL)，待溶剂挥发干后，用纯水展开，至18 cm时结束，按等距离分成6段，分别测定各段土壤中的苯菌酮含量。

称取700～800 g(精确到0.1 g)土壤样品于塑料管中，制成30 cm高土柱，加入0.01 mol/L 的氯化钙溶液(模拟自然雨水)使土柱中水分达到饱和，滤去多余水分。将1.0 mg苯菌酮标准品均匀加在土柱表层，再覆盖一层厚度为0.5 cm的石英砂，用0.01 mol/L 的氯化钙溶液进行淋溶，淋溶量20 mL/h，共计淋溶10次，收集淋出液。将淋溶后土柱均匀切成3段，分别测定各段土柱及淋出液中苯菌酮的含量。

数据统计采用线性相关分析，按照我国《化学农药环境安全评价试验准则》^[13]计算薄层层析法的R_f(比移值)和土柱淋溶法的R_i(不同土层中含量比例)值。

根据添加回收试验结果(表 2)判断方法的准确度和精密度。在1、5和10 mg/kg 3个添加水平下，苯菌酮在河北潮土中的平均回收率为83%～105%，在湖南红壤中的平均回收率为85%～109%，在黑龙江黑土中的平均回收率为81%～99%。日内相对标准偏差为1.2%～13.4%，日间相对标准偏差为1.6%～10.4%，满足苯菌酮残留分析要求。最小添加水平(1 mg/kg)的典型色谱图见图 1(以湖南红壤为例)。从表 3中可看出，在0.05～10 mg/L 线性范围内，苯菌酮在3种供试土壤中的峰面积与其进样质量浓度之间线性关系良好，相关系数r均大于0.99，LOQ和LOD值分别为0.98～1.0 μg/kg 和0.29～0.30 μg/kg。苯菌酮在3种不同土壤中的ME值均大于1.1，存在基质增强效应，因此本研究采用基质匹配标准溶液校正的方法消除基质效应，以得到更为真实的结果。

表 2 (Table 2)

表 2 苯菌酮在供试3种土壤中的添加回收试验结果 Table 2 Recoveries of metrafenone in three types of soil 基质 Matrices 添加水平 Spiked level/(mg/kg) 日内Intra-day (n=5) 日间Inter-day(n=15) 第1天 First day 第2天Second day 第3天Third day 相对标准偏差RSD/% 平均回收率Average recoveries/% 相对标准偏差RSD/% 平均回收率Average recoveries/% 相对标准偏差RSD/% 平均回收率 Average recoveries/% 相对标准偏差RSD/% 河北潮土Fluvo-aquic soils 1 95 1.2 83 9.7 96 9.4 7.5 5 96 1.5 97 4.1 94 7.7 1.6 10 95 4.9 95 6.3 105 2.8 5.7 湖南红壤Red soil 1 89 4.9 98 13.4 86 9.7 6.8 5 85 5.6 96 4.8 90 7.6 5.8 10 91 7.4 99 1.9 109 2.0 9.1 黑龙江黑土Black soil 1 83 9.4 97 2.2 99 4.7 9.5 5 84 4.4 99 5.9 88 11.5 8.8 10 81 4.1 97 5.6 98 4.4 10.4

表 2 苯菌酮在供试3种土壤中的添加回收试验结果 Table 2 Recoveries of metrafenone in three types of soil

表 3 (Table 3)

表 3 供试3种土壤中苯菌酮的线性方程、相关系数、定量限、检测限和基质效应 Table 3 Calibration equations, correlation coefficient, LOQ, LOD and matrix effect of metrafenone in three types of soil 基质Matrices 回归方程 Regression equation 相关系数Correlation coefficient，r 基质效应Matrix effect，ME 定量限 LOQ /(μg/kg) 检出限LOD/(μg/kg) 乙腈Acetonitrile y=186 562x+11 142 0.999 8 — — — 河北潮土Fluvo-aquic soils y=216 301x+21 942 0.997 4 1.15 1.0 0.30 湖南红壤Red soil y=222 504x+19 680 0.997 7 1.19 1.0 0.29 黑龙江黑土Black soil y=205 800x+25 516 0.996 4 1.10 0.98 0.29

表 3 供试3种土壤中苯菌酮的线性方程、相关系数、定量限、检测限和基质效应 Table 3 Calibration equations, correlation coefficient, LOQ, LOD and matrix effect of metrafenone in three types of soil

图 1

Fig. 1

图 1 苯菌酮在湖南红壤中的典型色谱图 A.红壤空白样品；B.基质匹配标准溶液(1 mg/kg)；C.红壤中添加 1 mg/kg 苯菌酮。 A．Blank red soil sample；B.Matrix standard at 1 mg/kg；C.Red soil sample spiked at 1 mg/kg metrafenone. Fig. 1 Typical UPLC-MS/MS chromatograms of metrafenone in the blanks, matrix standard and spiked samples of red soil

从表 4中可看出，苯菌酮在3种土壤中均有不同程度的迁移，但均主要集中在第1和第2段土层中。其在河北潮土、湖南红土和黑龙江黑土中的R_f值分别为0.17、0.26和0.15，按照《化学农药环境安全评价试验准则》^[13]中的分级标准，苯菌酮在3种供试土壤中的移动特性均属于不易移动。

土柱淋溶试验表明：在河北潮土和黑龙江黑土中，苯菌酮主要集中在土壤柱的第1段，基本未向下淋溶；在湖南红壤中，有20%的苯菌酮通过淋溶作用进入到了土壤柱的第2段(图 2)；淋出液中苯菌酮含量为0。根据《化学农药环境安全评价试验准则》^[13]中的分级标准，当第一段土壤柱中农药含量比例R₁＞50%即为难淋溶，因此，苯菌酮在这3种土壤中的淋溶特性均为难淋溶，与薄层层析法得到的结果相似。

图 2

Fig. 2

图 2 苯菌酮在土壤柱中的垂直分布 Fig. 2 Vertical distribution of metrafenone in soils/span>

影响农药在土壤中淋溶行为的因素很多，包括农药的理化性质^[14]、施药方式^[15]以及土壤的理化性质(有机碳含量、有机质含量等)^{[16,17,18,19]}。本研究通过两种方法得到的结果均表明，苯菌酮在供试3种土壤中的移动性均属于不易移动，推测这可能与苯菌酮在水中的溶解度低有关。孔德洋等对7种农药在3种不同类型土壤中的吸附及淋溶特性的研究也表明，农药的水溶性越低，则淋溶性越弱^[14]。虽然苯菌酮在3种土壤中的移动性均为不易移动，但3种土壤之间也存在一定差异：其中湖南红壤的pH值最低，苯菌酮在其中的R_f值最高，这与王玉军等研究多菌灵在原状土壤中淋溶特性的结果一致^[20]，但据文献报道，多数农药在土壤中的移动性都是随土壤pH值的增大而增强^[21,22]，因此pH值可能并不是影响苯菌酮在土壤中移动性的主要因素，具体还有待进一步研究；黑龙江黑土的有机质含量最高，苯菌酮在其中的R_f值最低，这与何利文等^[23]的研究结果一致。

本研究建立了新型杀菌剂苯菌酮在我国3种典型土壤潮土、红壤和黑土中残留量的UPLC-MS/MS分析方法。结果表明：苯菌酮在3种土壤中的平均回收率范围为81%～109%；日间相对标准偏差为1.6%～10.4%，日内相对标准偏差为1.2%～13.4%；LOQ和LOD分别为0.98～1.0 μg/kg和0.29～0.3 μg/kg。测定方法符合农药淋溶特性研究的分析要求。采用所建立的分析方法，通过薄层层析和土柱淋溶试验研究了苯菌酮在3种典型土壤中的淋溶及迁移行为。结果表明，苯菌酮在3种土壤中的迁移特性均属于不易移动，因此不易通过淋溶迁移作用进入地下水，对环境中水体产生污染的可能性较小。