示踪分析法研究农药残留与代谢.pdf
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1、农 药科 学与 管理P E S T I C I DE S C I E N S E AN D A D MI N I S T R A T I O N 1 9 9 9增 刊 1I 一 b 示踪分 析 法研 究农药 残 留与代谢 贾 明宏 曲 哲 时国庆 李本 丁 (p 占,中国 五 亏 原于 能利 用 研究 所 1 o D 凹 4)(农 业部 表 西 i 歪 歪 1 O 0 0 2 6)I s o t o p i cTr a c e rTe c h n i q u e sf o rPe s l i dd eRe s i d u e a n dM e t a b o l i s m Re s e a
2、r c h J i a肺 b Z h e S h i 咄(I n s ti t u t e f o r A p p h c a t i o n o f A t o m i c E n e r g y,C a,S,B e i 玎 g 1 0 0 0 9 4)“B e h a n g(I n s t i t u t e f o r t h e C o n t r o l o f A g r o c h e m i c a l s,Mi n i s t i r o f A-c u l t u r e,B e r i n g 1 0 0 0 2 6 J Ab s t r a c t:B c n y i
3、 n t r o d u c e t h e g e n e r a l me t h o d a n d t h e ma re c h a r a c t e r s o f i s o t o p i c t i a c e r t e c h n i q u e s,e s p e c i a l l y i t s a p p l i c a t i o n a n d d e v e l o p me n t i n p e s t i c i d e r e s i d u e a n d me t a b o h s m r e s e a r c h Ke y wo r d
4、s:i s o t o p i c t r a c e r a n a hs is p e s ti c i d e r e s i d u e a n d me t a b o l i s m 摘要:和代 谢研 关键 词:本 文简要 介 绍 了同位 素示踪 分析 技术 的一般 方法 和主要 特点,着 重探讨 其 在农药 残 留。V 1 前 言 农药 的使 用对防治病 虫草害和粮食增产 起着重要作 用,但每年数 以百万吨计的化学 农药投入 农田,除少量 达到作用 点外,太部分 滞 留于 环境 中,迁移、转化 和重新 分布,产生 多 种物 理和化学形态 不同的物质,这些物质 不 仅含 量微 乎其
5、微,而且更重要 的是其环境 效 应和生物效应往往 绝然不 同,使 用不 当易 造成严 重生态和环境 问题。因此,研 究农药 在不同生态和环境体 系 中的残 留和代谢,是 农药台理使用 的前提。在这一领域 中,放 射 性同位素示踪分析 其独特 的优 势成 为国际 公认的研究农药环境 行为及其 残留代谢等 的 最有效手段之 一 利用该技 术进行 农药的环 境评价也是新 农药创制 和注 册登记必不可少 的研究 内容 据不完全统计,在国际著名的 农业与食品化学(J o u r n a l o f A g r ic u l tu r a l and F o o d C h e m i s t r y )
6、期 刊上发 表 的有关农 药残 留 和代谢方 面的文章,几 乎三分之二是应用放 注:国家 自然 科学基 金资 助项 目 2 1 射性 同位 素示踪法 完成 的。由此可见,放射 性 同位 素示踪技术,在 农药残 留与代谢研 究 方面 的重要地位。我 国 自 6 0年代 开始 利用放 射性 同位 素标记 农药进 行有关 残留与 代谢方 面的研究,取得 了一些研究成 果,为安 全合 理 使 用化学 农药,提 供 了科学依据。但 由于对 放射性 同位素示踪分析技术认识 不足,及 经 费方 面的问题,限制 了核 技术在我国农药 学研 究 中的广泛应用,目前 尚未形成系统的 研究体系,研究 领域 有待扩展
7、。为 此,本文简 要介 绍该 技术的一般方法,着重探讨 其在农 药 残留和代谢研究方 面的应 用。2 示踪技术研究农药残留和代谢的基本特 点 同位 素示踪技术,是 利用经化学或生物 技术标记在农药分子 中的放射性核 素的示踪 作用,定性 或定 量地 显示农药在某 一特定 物 理、化学 和 生物 学 过程 中的 特征 的分 析技 术。其 特点表 现在:维普资讯 http:/ 农药 科学 与管理F E S T I C I D E S C I E N C E AN D AD MI N I S T R A T I ON 1 9 9 9增 刊 2 1 放射性检测具有极高的灵敏度,因而可 达到其他 方法难
8、 以达 到的检测极 限。可分析 样本 中极 微量 的残 留农药。由于标记核 素放 射 出特征 能量 的射线,使检测方法获得较高 的选择 性。2 2 利用标记农 药 的示踪作 用,可 以在保持 生物 样本原 有 特征 的情况下,快速 准确地测 定原 始总 残 留量。利用放射性 自显影技术可 进行更 直观 的研究 2 3可简便地 测定农药在环 境 中的迁移、分 布、代谢 途径 和循环规 律,以及农药在生物 问 的食物链 运移关系 和生物 浓缩倍数 并 可系 统地测 定作 物 中农药 总残 留量经加工处理直 至成为食品后 的消失 情况。2 4可验 证农 药残 留物 提取 和 回收 的完全 性。与色谱
9、 等物化 分离手段结合,迅速检 出 母体农药及其 代谢 产物,了解其动态变化规 律。对解决 普通分析 手段无法解决 的“结合 残 留”问题,有独特优 势,可方便、快速、准确 地测定样 本 中结合 态农 药的含量。2 5 可在其 它物 质共存下进行 研究,避免样 本基质 干扰,简化了样本前处理。2 6 因方法涉 及放 射性物 质,试验操作需要 辐射防护,分析测定依赖特殊仪器,并需进行 放射性废 物处理,因而,增加 了操作步骤和试 验费用。3 示踪 分析农 药残 留和 代谢 的 一般方 法和 关键 问题 3 1 示踪分 析农 药残 留和代谢 的基 本步骤 示踪分析 农药残 留和代 谢具 有与普通方
10、 法相似 的基 卒步骤,但方法从 根本上需依赖 放射性材料,相 应的试验设计、操作和测定手 段均具 有不 同的特 点。标记农药的选择、制 备和使用,样 本的预处理,放射性 检测和辐射 防护等,均是 值得仔细考虑的关键 点,是影响 试验成 败的重要 因素。3 2 放射性 同住素标记农药的选择和制备 利用 示综 法研究农药残 留和代谢,首先 要获得“标记农 药”。标记化 合物的制备主要 依靠 3种方法:化学合成、生物合成 和同位 素交换法 农药 的标 记主要利用有机合 成技 术,使农药分子原有元素被相应的放射性核 素所代替,成为农 药分 子的组 成部 分。目前,我 国已标记 了包括 杀虫剂、杀 菌
11、剂、除草剂 和植物生长调节在 内的有 机磷、有机硫、有 机氯、有 机砷、有 机汞 等数】0种农 药 不 同的 研究 目的和分析对象,对标 记农 药 的要求不 同 主要 考虑 的因素包 括以下几 点。3 2 1 放射 性标 记核 素的选 择 首先 考 虑标记核素 的必要性 和安全性,首次测定难 易程度、灵敏度和 花费等均是必 须考虑 的因 素。这通常 由两方面 决定,一是核素本 身的 放射化学特征,如衰变方式,射线类型和能 量、半 衰期 和毒性等;=是要 根据 试验钓 目 的和要求。一般为所选核 素对标记分子不 应有同位素效应,对试验 系统不 应有 明显的 辐射危害;应保证标 记化台 物具有正常
12、 的 物理和化学形态和性 质;只有标 记核素起 示踪作用,投有其他放射性干 扰。最 常用 于标记农 药 的核 素包括“C、P 和 S,也有 少量的 孙 C 1、A s、砧 A s、瑚H 鼻和 H 等 由于碳是一般农药分 子组 成 中所 占比重 最大 的元 素,绝大 多数农药 c中 间体又 比 较容易得到,“c属低 能 p放射体,放 射性 屏 蔽、废物处理 和去 樗方面的要求 简便,测定 仪器普及率 较高,探 测效率 可达 8 0 以上 而且半衰期较长,无需衰变校正,所 以是 目 前最常用的标记农药 的同位素,H与“C有 相似的优 点,且标 记操作相对简单,但能量 较低,需特殊测定条 件,而且
13、标记 物易发生 H交换反应,使测定结果不 明确 P和”S适 用于含 P和 s的农药分 子,如有 机磷 酸酯类 农药等,但半 衰期 较短,一般需 作物理 衰变 校 正。3 2 2 标记农药分子位置 的确定 标记 位 置 的选 择 主 要 根 据 研 究 目标 和 试 验 要 求。要使标记原 子能充分显 示该 农药分子在 生物体和环境 中某一 特定过 程的作用,并注 维普资讯 http:/ 农 药科 学与 管理P E S T I C I D E S C I E N S E A N D A D M I NI S T R A T I O N 1 9 9 9增 刊 意该 农药 在 整个 试 验 过 程
14、中 可能 发 生的 变 化。若研究农药的总残 留量,标记部位应在 分子最稳定的部位;而要 研究农药某一 代谢 物的迁移、归宿,就要对 代谢物部位进行标 记。如研究马拉硫磷(m,a l a t h i o n)的去 甲基化 作用,标记 位置应是 甲氧基部位,而要研究 氧 化和酯 水解作 用则 标记位 置应选 择 S原 子,而 用 P和“C标记 则 可测定 总 残 留量,此 外 有些 农药分子,分 子结构 比较复杂,以至 标 记一个位 置尚不能起全面的示踪作 用,则 需要 同时标记两 个或两个 以上位 置 但同时 应考虑 标记 部位 合成的难易和成 本的高低 3 2 3 标 记农 药 的放 射性
15、剂 量 不 同的 研究 目的和试验方法对使用 的标 记农药 的放 射性剂量 要求 不 同。主要与 下列 因素有 关:试验 过程 中,标记农 药的物理和生物稀释 度;组织的 吸收率 和分布;检测效率;试验花费的时 间;试验 目的。此外,标 记 农药放射性 比活度选择 尤为重要,比活度过 低影响最终定量,比活度 过高又会造成不 必 要的浪 费,因此,根据实 验精密度、准确度 和 捡出极限的要求,可选 择不同的 比活度;并 由 此确定标记农药合 成时放射 性的投放量。因 放射性杂质对 实验结 果产生 较大 影响,所以 必须对合成 的标记 农药进行 纯化,并用薄层 层析法等进行 纯度 鉴定,以确保放化
16、纯度达 9 5 以上。4 标记农药 的示踪试验 充分 发挥 标记农药 的示 踪作用与试验对 象、试验 目的、施药方案 和该农药的理化性质 有关。标 记农药极少被 用于 自然条件下 的大 田试验,为避免放射性污染,大部分实验研究 是在实 验室条 件下或于温室、生长箱或 隔离 区中进行 的。近来 研制的模拟微生态 系统是 一个近似封 闭的体 系,可充分发挥标记农药 示踪作用 的“质量平衡”优 势,模拟 研究农药 的残 留、代谢 和迁归。由于实 际施 药常与示 踪试验设计有 差异,因此需根 据试验对 象进 行适 当调 整 以达到 特定的试验 目的。4 1 植物 研 究农药 在植 物 中的残 留和 代
17、谢时,由于很难将 土壤 代谢物与植物 代谢 物分离,因此,为排 除土壤 的干扰,植物 标本 一般需 生长在 营养液 中。实际用药 中,农药 常与一些表 面活 性剂混合,以增加 对植物的 渗透性。但 如果 这与实验设计不匹配 时,可 使用 少量乙醇、丙酮 或氯仿等 溶剂,以帮助 标记农药进入供 试植物 中,但植物组织对这 些 溶剂常常是很 敏感的。对水培植物,最简 单 的办法 是将 标记 农 药 溶于 水 培植 物 的 营 养液 中,通过根 吸收进入植物,这在非挥 发 性农药试验 中,是最易定量 的方法 之一。对 挥发性农药,可在封 闭体系内进行喷雾,通 过气相达到作物表 面。对必须使用 土壤
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- 关 键 词:
- 分析 研究 农药 残留 代谢
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