1. 研究目的与意义、国内外研究现状(文献综述)
研究意义: 农药的使用可以大大提高农业生产力和农业现代化,发明农药是农业生产革命的标志之一。农药的施用不仅使病虫草害消除,还为增加农作物的产量和提高农作物的品质做出巨大的贡献[1]。目前在全世界正式注册的农药品种有五百多,中国是农药生产大国,大约每年生产四十万吨农药。除草剂在农药总销售量中的占比最大,约40%。除草剂的使用可以提高劳动生产率、降低劳动强度、节约劳动成本[2]。农药的广泛使用,在给我们带来巨大经济利益的同时,也使大量有毒物质进入环境,造成土壤、水体、农产品的严重污染。所以为了保证农作物产量与品质、保护生态环境和人民健康,高效、低毒、低残留是目前农药包括除草剂开发的主流趋势,这符合人类可持续发展,符合环境的要求,有益于人类健康。酰胺类除草剂的研究开发以及成功的应用是除草剂历史上又一个里程碑[3-5]。 乙草胺又名禾耐斯是目前农业生产上应用较为广泛的一种酰胺类选择性除草剂,具有杀草谱广、效果突出、价格低廉、施用方便等优点。主要通过抑制诱导α-淀粉水解酶形成的赤霉素及蛋白酶的合成,阻碍营养物质的输,从而抑制幼芽与根的生长等机理防除杂草。主要通过单子叶植物的胚芽鞘或双子叶植物的下胚轴吸收,吸收后向上传导,通过阻碍蛋白质合成而抑制细胞生长,使杂草幼芽、幼根生长停止,进而死亡。禾本科杂草吸收乙草胺的能力比阔叶杂草强,所以防除禾本科杂草的效果优于阔叶杂草。乙草胺适用于玉米、棉花、豆类、花生、马铃薯、油菜、大蒜、烟草、向日葵、蓖麻、大葱等作物的杂草防除。其在土壤中的半衰期8~18天左右,主要通过微生物降解,在土壤中的移动性小,主要保持在表层土壤中[6]。 但大量使用乙草胺会对生态环境造成不同程度的破坏和污染,也会对人类健康构成威胁。为了科学的管理和使用农药,对农药残留分析技术发展提出了更高的要求,要向着简便、快捷、安全、稳定的方向发展。因此通过研究出快速、高效、绿色的乙草胺残留的检测方法具有重要的社会意义和经济价值。国内外研究概况: 目前农药残留分析的方法主要有色谱法、酶法、生物测定法、免疫法和传感器法等。样品前处理是残留分析方法中对分析结果影响最大的部分,它正向着处理过程简便、实验时间缩短、前处理设备高效、系统误差减小,针对被测化合物高选择性和高回收率的方向发展。随着相关技术的进步,一些效率更高的样品前处理技术被开发出来,其中有的技术可以同时进行提取和净化。新萃取和净化技术有如下几类:基质固相萃取(MSPD)[7]、固相微萃取(SPME)、分散固相萃取(DSPE)、加速溶剂萃(ASE)、微波辅助溶剂萃取(MAE)、液相微萃取(LPME)、超临界流体萃取(SFE)、低温冷冻(LTFM)、分子印迹技术(MIT)、胶束介质萃取(MME)等[8]。由于乙草胺是世界上使用非常广泛的除草剂,因此其样品的前处理技术也成为近年来在本领域的研究热点。经查有关文献:秦冬梅等用固相萃取提取净化,用气相色谱法在同一根色谱柱上分离后分别进入氮磷检测器、电子捕获检测器检测水中莠去津、乙草胺残留量,检出限达0.016μgdm-3乙草胺平均回收率为90.7%-96.5%,相对标准偏差为5.6%[9];孙爱玲等利用固相微萃取技术与气相色谱-质谱联用检测水中乙草胺残留量,检出限为0.018μgdm-3 [10];徐晓琴等利用加速溶剂萃取及气相色谱-质谱检测的分析方法,测定了太子参中乙草胺、丁草胺、S-异丙甲草胺残留量,检出限达到0.16、0.18 和0.05 ngg-1,回收率达到 80.2%-104.1%[11]。目前样品前处理技术正向着环境友好、微型化和自动化方向发展,而传统的溶剂萃取、液液分配、柱层析净化还是我国广大实验室目前主要采用的分析手段。 检测分析技术在上世纪 50 年代,化学法、比色法和生物测定法曾是农药残留分析方法的三大支柱,灵敏度低是其不可克服的缺陷。到上世纪 60 年代,色谱技术的发展推动了农药残留分析的高速发展。填充色谱柱利用农药各组分在两相中不断分配原理将其有效分离,高灵敏度和选择性的检测器也使微量农药和其代谢产物的检测成为可能。近年在农药残留分析领域所取得的重要进展或发展趋势主要在以下方面:气相色谱与质谱的联用(GC-MS)、液相色谱与质谱的联用(LC-MS)、毛细管电泳(CE)、免疫检测技术和传感技术[12]。相关文献报道:王建华等采用凝胶渗透色谱净化和气相色谱-质谱联用测定花生中乙草胺含量,相对标准偏差在 2.5%~10%时,回收率达90%-120%,检出限达 0.0005ngg-1 [13];董振霖等利用硅胶固相萃取柱净化,气相色谱-质谱联用法检测食品中乙草胺含量,检出限为0.004mg/kg,添加回收率在70%~ 102%之间,相对标准偏差(RSD)均小于10%[14]。刘志聪等利用气相色谱-质谱联用测定大麦中杀虫剂抗蚜威、除草剂乙草胺、杀菌剂三唑酮3种农药含量,添加回收率达 88%~106%,相对偏差小于 5.61%,检测限为 0.010~0.020μgkg-1[15]。 目前乙草胺残留分析方法中以有机溶剂提取,固相萃取柱净化,气相色谱仪-电子捕获检测器测定为主,方法较为成熟[16]。
应用前景: 由于髙效、低毒、低残留农药的研发和使用,对农药残留检测技术的要求越来越高。乙草胺作为现广泛应用的除草剂之一,它在土壤中的残留量需要方便、快捷、省时,并且检测限较低,精密度较高的方法来测定,以便于对乙草胺残留量进行监测,同时也有利于农药残留检测方法的完善。通过研究农药残留检测分析方法,达到快速准确检测土壤和样品中农药残留量,为该农药的合理使用及安全评价提供科学依据。参考文献[1]谢湘波. 50%乙草胺水乳剂在花生、油菜田残留分析及消解动态研究[D]. 湖南农业大学,2011:1.[2]苏少泉. 除草剂作用靶标与新品种创新[M]. 北京: 化工出版社, 2001:212-213.[3]屠予钦. 农药和化学防治前景广阔[J]. 农药,1992,35(5):6-8.[4]李治祥. 农药的发展及其对环境的影响[J]. 国外农业环境保护, 1987,30(3):5-8.[5]秦瑞香. 酰胺类除草剂的研究进展[J]. 青岛科技大学学报, 2003,24(9):21-23.[6]于晓斌. 吉林省玉米种植区耕层土壤中莠去津和乙草胺残留分布特征及风险评价[D]. 东北师范大学, 2015:4.[7] Pico Y, Fernandez M, Maria J, et al. Current trends in solid-phase-based extraction techniques for the determination of pesticides in food and environment[J]. J Biochem Bioph Meth, 2007, 70(2): 117-131.[8]高海英. 农药残留提取方法概述[J]. 内蒙古石油化工, 2009, 2:40-41.[9]秦冬梅, 龚勇. 水中莠去津、乙草胺残留量检测方法研究[J]. 农药科学与管理, 2004, 25(1):11-13.[10]孙爱玲, 刘雪, 赵汝松, 等. 固相微萃取-气相色谱-质谱联用测定水中的除草剂乙草胺[J]. 光谱实验室, 2003, 20 (6): 842-844.[11]徐晓琴, 李庆玲, 袁济端, 等. 加速溶剂萃取-气相色谱质谱法测定太子参中酰胺类除草剂的含量[J]. 分析化学, 2007, 35(2): 206-210. [12]洪萍, 徐陆妹, 韩见龙. 中国卫生检验杂志, 2008, 18 (2):272-274.[13] 王建华, 储晓刚. 凝胶渗透色谱-气相色谱-质谱测定花生中乙草胺的残留量[J]. 分析试验室, 2007,26(12): 31-34.[14]董振霖, 杨春光, 肖珊珊, 等. 气相色谱和气相色谱-质谱法测定食品中乙草胺残留[J]. 分析化学研究简报, 2009, 37(5):689-702.[15] 刘志聪, 谷方红, 王德良, 等. 固相萃取-气相色谱-质谱联用法测定啤酒大麦中抗蚜威、乙草胺、三唑酮的残留量[J]. 食品与发酵工业, 2009, 35(4): 158-162.[16]张洋. 三种除草剂在玉米中残留动态研究及分散固相萃取技术应用[D]. 中国农业科学院, 2013, 2-5.
2. 研究的基本内容和问题
研究目标: 通过对除草剂乙草胺在土壤中残留检测方法的研究,探索出简便、快速、安全、高效的检测乙草胺残留的分析方法,并试应用于稗草。研究内容: (1)建立从环境中(土壤、或稗草)提取、净化、富集乙草胺的固相萃取等前处理技术 (2)建立使用色谱等检测乙草胺残留量的检测分析方法,并探索条件使检测方法的检测限和精密度更好。拟解决的关键问题: 能够找到使乙草胺在前处理时的萃取效率尽可能高,使用的溶剂等较少的方法,且绿色环保,稳定高效。能够探索出利用色谱检测乙草胺残留量的最佳条件。
3. 研究的方法与方案
研究方法与实验方案:一、对同样条件下的土壤采用不同的前处理方法,比较各个方法的优缺点,并筛选出最适合检测土壤中乙草胺残留量的方法。1、采用有机溶剂超声及振荡提取样品;2、采用固相萃取提取及净化样品; 3、采用液液萃取提取及净化样品。二、比较不同色谱条件下测定结果的检出限、精密度和线性相关关系,从而选出最优化的色谱条件。1、选择色谱仪,气相色谱仪或液相色谱仪;2、选择色谱检测时设定的波长及流动相;3、定量
也可见附件可行性分析: 经文献查阅本课题研究内容科学可行,技术路线合理,采取的研究方法及实验手段常规且成熟,所在实验室能够提供实验所需设备。通过阅读文献可以确定研究酰胺类除草剂残留检测的前处理技术和检测方法,再通过改进具体的步骤或色谱条件来使检测结果更加适用于对土壤中乙草胺残留量检测的研究。
4. 研究创新点
随着整个国民经济的发展,除草剂的生产和应用将进一步扩大,我国的除草剂工业也在逐步发展。
虽然除草剂在农田除草中发挥了不可低估的作用,但与此同时也带来严重的环境问题。
由于大量地不合理地滥用农药,使农药在作物和食品上的残留相当严重。
5. 研究计划与进展
2016.12.26-01.01: 搜集资料,查阅文献,完成开题报告;
2017.01.02-04.20: 经预实验确定具体实验方案,按步完成实验;
2017.04.30-05.10: 整理数据,得出结论并完成毕业论文;
