灭多威的电化学性质及其在残留检测中的应用

2015-10-17夏高峰杨晓云徐汉虹

分析科学学报 2015年6期

刘佳，夏高峰，杨晓云*，徐汉虹

(华南农业大学，天然农药与化学生物学教育部重点实验室，广东广州 510642)

图1 灭多威的化学结构Fig.1 Chemical structure of methomyl

灭多威(Methomyl)是一种广谱性氨基甲酸酯类杀虫剂，化学名称为S-甲基-N[(甲基氨基甲酰)-O] 硫代乙酰胺，结构式见图1。灭多威具有触杀和胃毒作用，可有效防治棉花、烟草、果树及蔬菜上的鳞翅目、同翅目、鞘翅目等多种害虫，已广泛应用于农林业生产[1]。目前有关灭多威残留的分析方法主要有高效液相色谱法[2 - 4]和气相色谱法[5，6]，而采用电化学方法检测其残留国内尚未见有关报道,国外已有相关文献报道了灭多威在乙醇-水溶液中的电化学行为[7]。

本文利用灭多威在磷酸盐缓冲溶液(PBS)中具有的还原性质，根据铂丝电极上的电化学信号，采用差分脉冲伏安(DPV)法可快速、灵敏检测其残留量，并采用该方法测定了蔬菜中灭多威的残留。

1 实验部分

1.1 主要仪器和试剂

μEA160C电化学分析仪(华南理工大学电化学分析教研室研制)，采用三电极系统，铂电极为工作电极，AgCl/Ag电极为参比电极，铂丝电极为对电极。R-201型旋转蒸发仪(上海申顺生物科技有限公司)。310p-01 3 star pH计(美国，Thermo Orion)。

灭多威标准溶液(100 mg/L):称取灭多威标准品0.0102 g(纯度为98%，湖北沙隆达股份有限公司)于100 mL容量瓶中，用乙腈定容至刻度线，摇匀，于4 ℃冰箱中保存。磷酸盐缓冲溶液(PBS)分别配制浓度为0.0667 mol/L 的Na2HPO4和KH2PO4溶液，然后将两种溶液按不同比例混合，配制pH值分别为5.29、5.59、5.91、6.24、6.47、6.64、6.81、6.98、7.38、7.73、8.04的缓冲溶液，于4 ℃冰箱中保存。其余试剂均为分析纯。实验用水均为石英亚沸二次蒸馏水。

蔬菜购于华南农业大学农贸市场。

1.2 实验方法

分别取浓度为0.6～1.0 mg/L灭多威标准溶液，以及适量PBS于电解池内，采用三电极系统，对灭多威进行DPV法扫描，以100 mV/s的扫描速度，由0.4 V负扫到-0.3 V，记录DPV曲线，采集电流数据的电位区间为-400～400 mV，取样电位间隔为5 mV。

取0.1 mg/L的灭多威标准液于pH值为7.73的PBS中进行循环伏安(CV)扫描，以100 mV/s的扫描速度，由-0.6 V正向扫描到1.0 V，记录CV曲线。

2 结果与讨论

2.1 支持电解质的选择

用CV法分别研究了灭多威在0.5 mol/L的KOH、Na2HPO4、NaAc-HAc、PBS、NaCl、B-R等电解质溶液中的相对峰高和峰形。结果发现，在pH值为7.73的PBS中灭多威还原峰的灵敏度相对较高、峰形较好，故选择PBS为底液。

图2 灭多威的循环伏安图Fig.2 Cyclic voltammogram of methomyl cmethomyl=0.1 mg/L.

2.2 循环伏安曲线

在pH值为7.73的PBS中，对浓度为0.1 mg/L的灭多威在-0.6～1.0 V范围内连续进行CV扫描(图2)。可以看到，灭多威在-0.041 V处有良好的还原峰，其峰电流为22.99 μA，但无明显的氧化峰。说明灭多威在铂电极上的反应是一个不可逆的还原过程。

2.3 底液pH值的影响

当PBS的pH为弱酸性时，灭多威的峰电流随pH的增大而增大，当pH增至接近中性时，峰电流呈下降趋势，而在pH值为7.38和7.73的PBS中峰电流较大(图3)。由图4可知，峰电位则随底液pH值的增大而负移，并呈线性关系，其线性方程为：Ep(mV)=0.5924-0.0825pH(r=-0.9931)。为获得较高灵敏度和好的峰形，本实验选择底液PBS的pH=7.73。

图3 底液pH对灭多威峰电流的影响Fig.3 Effect of pH on peak current of methomyl cmethomyl=1.0 mg/L.

图4 底液pH对灭多威峰电位的影响Fig.4 Effect of pH on peak potential of methomyl cmethomyl=1.0 mg/L.

2.4 扫描速度的影响

采用CV法扫描，扫速范围为10～2 000 mV/s，灭多威浓度分别为0.1、1.0、10 mg/L。结果表明，在不同浓度而相同富集时间下，当浓度较大时，峰电流与扫描速度呈线性关系，而与扫描速度的平方根呈向上弯的曲线；当灭多威浓度较小时，峰电流与扫描速度同样呈线性关系，且峰电流与扫描速度的平方根呈向上弯的曲线。表明电极过程主要受吸附控制。实验最终选择扫速为100 mV/s。

2.5 灭多威的标准曲线及检测限

图5 灭多威的工作曲线;内插图为灭多威的DPV图Fig.5 The working curve of methomyl;Insert is differential pulse voltammogram of methomyl from bottom to top:0.6，0.7，0.8，0.9，1.0 mg/L.

利用DPV法对不同浓度灭多威进行了检测，发现其DPV峰电流(y)与与灭多威浓度(x)成正比，线性方程为:y=8.8985x-0.5876(r=0.9926),线性范围为0.6～1.0 mg/L,检测限为0.076 mg/L(图5)。

2.6 机理初探

根据峰电位EPC与扫速对数lgv线性关系式：-EPC(V)=0.0974lgv+0.1127；峰电位EPC与pH关系式：-EPC(V)=0.0825pH-0.5924。由EPC与lgv线性关系的斜率0.0974，根据不可逆吸附波:EPC(V)/lgv=2.303RT/αnF，求得αn=0.61。α=0.5，求得电子转移数n为1.22，即n≈1。依据能斯特方程：∂E/∂pH=0.0974m/n，n=1，可知参加电极过程的质子数m=1.18，即有1个质子参加了反应。

2.7 实际样品测定

称取3份新鲜青菜菜叶各20 g，剪成约1 cm2的碎片后，用移液枪分别吸取0.1 mL 60 mg/L、70 mg/L、80 mg/L 灭多威溶液，将其喷洒于菜叶样品上，标记为1、2、3号样品。24 h后，分别将加标后各青菜样品置于100 mL具塞三角瓶中，加入70 mL乙腈振荡提取1 h，抽滤，收集滤液。将滤液移入100 mL具塞量筒中，加入5 g NaCl，剧烈振荡。静置分层30 min，弃去水相，用移液管取上层乙腈相，于温度40 ℃水浴槽上旋转蒸发至近干，收集浓缩液。在内径为0.8 cm玻璃层析柱中依次装填4 g无水Na2SO4、3 g硅胶、4 g无水Na2SO4。先用10 mL石油醚预淋，然后将所收集浓缩液转移至层析柱中，再用100 mL淋洗液(石油醚与丙酮体积比为8∶2)进行淋洗[8]。弃去前面40 mL，收集后60 mL淋洗液，再于40 ℃水浴槽上用旋转蒸发仪浓缩收集约0.5 mL，待测。

分别移取0.25 mL待测样品到小烧杯中，加入PBS稀释到5 mL，使其质量浓度分别为0.6、0.7、0.8 mg/L。然后采用DPV法扫描，得到电流响应值，代入DPV标准工作曲线得到灭多威实际测出量。结果发现加标回收率在83.88%～95.59%之间，平均回收率在87.85%～90.50%之间，相对标准偏差(RSD)为4.13%～6.36%，均符合农残分析要求。结果见表1。在同样的实验条件下进行测定，青菜空白样品中无明显响应电流值，未检出，说明青菜未被灭多威污染或灭多威残留量未超标。

表1 不同添加量下灭多威的回收率

2.8 干扰实验

在本实验条件下，浓度为0.1 mg/L的灭多威于-0.041 V处有良好的还原峰，而10倍浓度的乙酰甲胺磷、甲胺磷、甲基对硫磷、克百威、涕灭威在同条件下无信号，表明10倍浓度的上述农药均不干扰灭多威的测定。

青菜样品经过提取净化等前处理后，青菜基质中的糖类、蛋白质、色素、纤维素、维生素等杂质被大量除去。由于电化学的高度选择性，在本实验条件下，经过前处理后的样品中的无机离子均不干扰农药残留量的测定，样品中的微量糖类、蛋白质在铂电极上无还原性，也不干扰测定，微量的维生素在铂电极上具有还原性，但其峰位于-600 mV以后，对于该体系也不干扰，纤维素、色素几乎在前处理中被全部除去，也不干扰测定。