三氯杀螨醇在气相色谱系统中的降解研究

钱振杰，王 宇，赵金利，王成龙，黄 松，谭锦萍，黄小清，林泽珊，刘 佳

（广州市食品检验所，广东 广州 511400）

三氯杀螨醇（Dicofol）是一种非内吸性持久（半衰期为60 d）有机氯杀螨剂，常用于水果、蔬菜和其他大田作物及观赏植物杀虫杀螨［1－2］。三氯杀螨醇由Dicofol（80%）与其异构体2，4′-Dicofol（20%）组成［3］，已被提议作为斯德哥尔摩公约的持久性有机污染物［4］，并被认为是潜在的“内分泌干扰化合物”（EDC）［5］。研究表明［6］，三氯杀螨醇不仅对鱼类、鸟类、大鼠和狗等动物的生殖功能有影响，还会增加儿童患霍奇金病、自闭症和白血病的风险。

三氯杀螨醇由于分子结构拥挤，空间位阻较大（图1A），且在检测过程中易受溶剂、光照、酸碱性和温度影响发生降解［7］，造成回收率降低［8］。现阶段针对三氯杀螨醇的降解研究主要集中在降解方法的开发方面，三氯杀螨醇的光降解［9］、超声降解［10］、电化学降解［11］及酶降解［12］等途径已有报道。Dang等［13］采用密度泛函理论，对三氯杀螨醇受自由基诱导氧化降解的机理进行研究，通过理论计算确定了可能发生降解的主要位置。但对仪器分析过程中三氯杀螨醇的降解及其影响因素的研究未见报道。Lehotay［14］发现，使用乙腈作为提取溶剂时，水果中的三氯杀螨醇完全降解成4，4′-二氯二苯甲酮（4，4′-Dichlorobenzophenone，4，4′-DBP）（图1B），因此无法对三氯杀螨醇原药进行准确定量。但在我国农药残留限量标准［15］中，只考虑了三氯杀螨醇原药，未将降解产物计算在其中，这使得日常监督抽检结果难以客观反映样品中三氯杀螨醇的真实残留情况。

图1 三氯杀螨醇（A）和4，4′-二氯二苯甲酮（B）的分子结构和碳原子标识Fig.1 Molecular structures and the carbon atoms’identification of dicofol（A）and 4，4′-dichlorobenzophenone（B）

本研究对气相色谱系统中三氯杀螨醇的降解过程进行研究，识别了其主要的降解产物，并分析了进样口温度和不同极性的溶剂对三氯杀螨醇降解的影响，确定了实际检测中用于三氯杀螨醇分析的标志物和定量方法。本研究可为三氯杀螨醇的定性和准确定量提供理论依据，并可为同类结构化合物的降解行为分析提供参考。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

正己烷、丙酮、乙酸乙酯、甲苯、乙腈、四氯化碳（色谱纯，美国Fisher Chemical公司）；碘甲烷（分析纯，西亚化学科技（山东）有限公司）；三氯杀螨醇标准溶液（Dicofol，99.01%）、2，4′-三氯杀螨醇标准溶液（2，4′-Dicofol，10.0 mg/L于正己烷中）、4，4′-二氯二苯甲酮（4，4′-DBP，99.37%）（德国Dr.Ehrenstorfer公司）。

TSQ 8000 Evo气相色谱－三重四极杆串联质谱（配电子轰击离子（EI）源）（美国Thermo Scientific公司）；8890气相色谱仪（配电子捕获检测器，ECD）（美国Agilent公司）。

1.2 标准溶液配制及样品前处理

准确称取一定量的三氯杀螨醇和4，4′-二氯二苯甲酮，分别用甲苯溶解并定容至25 mL，得到1 000 mg/L的标准储备溶液；进一步用溶剂稀释，得到标准工作溶液（1.0 mg/L）。所有标准溶液均于-（18±2）℃条件下保存。

按照GB 23200.113－2018［16］进行样品前处理。称取油麦菜、苹果和红茶空白基质样品，进行提取、净化、浓缩、复溶和过膜前处理后制备空白样品基质溶液，吸取适量的三氯杀螨醇标准工作溶液，配制质量浓度分别为10、20、50、100、200 ng/mL的基质匹配标准工作溶液。

1.3 仪器条件

1.3.1 GC－μECD法DB－5毛细管色谱柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm，美国Agilent公司）；进样口温度：260℃；不分流进样，进样量1 μL，载气：氮气（N2，99.999%），恒定流速2 mL/min；程序升温：初始温度60℃，以20℃/min升至230℃后，保持2 min，再以20℃/min升至280℃，保持5 min。检测器温度：320℃，尾吹气（N2）流速：50 mL/min。

1.3.2 GC－MS/MS法TR－PESTICIDE毛细管色谱柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm，美国Thermo Scientific公司）；进样口温度：260℃；不分流进样，进样量为1 μL，载气：氦气（He，99.999%），恒定流速1.2 mL/min；程序升温同“1.3.1”；电子轰击源：70 eV；离子源温度：300℃；传输线温度：300℃；发射电流：25 μA；碰撞气：氩气（Ar，99.999%）；全范围扫描模式，扫描范围为50～500 amu；选择反应监测模式，定量离子对为m/z111＞74.9，定性离子对为m/z139＞111，碰撞能均为12 Hz。

2 结果与讨论

2.1 三氯杀螨醇及4，4′-DBP特征离子的选择

GC－MS法在样品色谱分离后进行电离，通过质谱测定化合物离子的质荷比进行分析，具有高效、准确、灵敏度高、选择性好的优点［17］。三氯杀螨醇在EI源中裂解后，主要特征离子的质荷比（m/z）为251、139和111，其裂解途径见图2。

图2 三氯杀螨醇在EI源中的裂解途径Fig.2 Cleavage pathway of dicofol in EI source

4，4′-DBP是三氯杀螨醇已确认的降解物，其在EI源中裂解的主要碎片离子的质荷比（m/z）为250、139和111，裂解途径见图3。

图3 4，4′-DBP在EI源中的裂解途径Fig.3 Cleavage pathway of 4，4′-DBP in EI source

2.2 三氯杀螨醇降解物的识别

参考标准方法［16］，分别选择正己烷和乙酸乙酯配制质量浓度为1.0 mg/L的三氯杀螨醇标准溶液，进行GC－MS全扫描测定。以三氯杀螨醇和4，4′-DBP特征离子的质荷比251、250、139、111进行提取检索，对三氯杀螨醇及其降解物进行定性测定。

在正己烷溶剂中，三氯杀螨醇标准溶液提取离子后得到3个主要的色谱峰（图4）。色谱峰1含有相对强度较高的m/z为250的碎片离子峰，且具有明显的氯同位素离子峰（m/z252）。通过NIST谱图检索，识别其为三氯杀螨醇的降解物4，4′-DBP。色谱峰3主要碎片离子的m/z为251、139和111，且存在氯同位素离子峰（m/z253），通过NIST谱图检索，识别其为三氯杀螨醇。色谱峰2虽然响应非常低，背景干扰较大，但谱库检索显示其与三氯杀螨醇的匹配度较高，此色谱峰未见文献报道。

在乙酸乙酯为溶剂的三氯杀螨醇标准溶液中，存在与图4相同的3个色谱峰（图5）。但色谱峰2的响应在乙酸乙酯溶剂中尤为明显，与三氯杀螨醇的响应接近。推测峰2可能是三氯杀螨醇的同分异构体或降解物。

三氯杀螨醇的同分异构体是2，4′-三氯杀螨醇（2，4′-Dicofol），主要由工业生产原料4，4′-DDT的同分异构体杂质2，4′-DDT引入。通过标准溶液比对，发现2，4′-三氯杀螨醇和色谱峰2（图4和图5）的保留时间不同，排除色谱峰2为2，4′-三氯杀螨醇，推测其为三氯杀螨醇的降解物，以降解物X表示。

图4 1.0 mg/L三氯杀螨醇正己烷溶液的全扫描图（A）和质谱图（B～D）Fig.4 Full scan（A）and mass spectra（B－D）of 1.0 mg/L dicofol in n-hexane peak 1：4，4′-DBP，peak 3：dicofol

图5 1.0 mg/L三氯杀螨醇乙酸乙酯溶液的全扫描图（A）和色谱峰2的质谱图（B）Fig.5 Full scan of 1.0 mg/L dicofol in ethyl acetate（A）and mass spectrum of peak 2（B）peak 1：4，4′-DBP，peak 3：dicofol

通过上述分析可知，在GC－MS的测定过程中，三氯杀螨醇的主要降解产物除4，4′-DBP外，还存在降解物X。在检测过程中，对4，4′-DBP、降解物X和三氯杀螨醇3个组分进行识别，有助于对样品中的三氯杀螨醇进行准确定性。

2.3 降解物X结构的初步推测

根据三氯杀螨醇的化学结构，研究人员采用理论计算分析了其结构中易发生断裂的位置。如Yu等［9］采用低水平基组计算前线电子密度，证实C8原子的前线电子密度最大，受到攻击的可能性最大。Ren等［18］在B3LYP/6－311++G（d，p）水平下计算三氯杀螨醇中各化学键的键解离能，发现C7－C8键的解离能最低，C8－Cl键的解离能次之，均为结构中容易发生断裂的化学键。由图4和图5可知，降解物X（峰2）的质谱图与三氯杀螨醇（峰3）的质谱图中都含有m/z251的特征离子，且其同位素峰的相对丰度一致。由图3可知，此特征离子结构为C13H9Cl2O+（m/z251）。

结合理论计算，以共同的特征离子C13H9Cl2O+（m/z251）结构进行反推，得到的三氯杀螨醇的主要降解路径见图6。路径①是C7－C8键断裂，脱去•CCl3生成A，并在电子的轰击下，最终形成特征离子C13H9Cl2O+，以B表示。路径②是C8－Cl键不稳定，脱去n个氯自由基（n≤2），生成降解物X，降解物X可能是三氯杀螨醇脱去一个氯生成的自由基或脱去两个氯的卡宾中间产物。降解物X极不稳定，使用高分辨质谱及化学电离源（CI）均无法得到其分子离子峰。在电子轰击下，降解物X的C7－C8键断裂，生成特征离子B。

图6 降解物X结构的推测Fig.6 Speculation on the structure of degraded product X

2.4 三氯杀螨醇在不同进样口温度下的降解

研究［19］发现，三氯杀螨醇在高温下不稳定，易发生降解。本实验选择对化合物降解影响较小的ECD检测器，研究进样口温度对三氯杀螨醇和主要降解产物（4，4′-DBP和降解物X）的影响。由图7可知，当进样口温度低于260℃时，三氯杀螨醇的峰面积稳定，降解产物含量较低；随着温度升高，三氯杀螨醇的峰面积出现下降趋势，两个降解产物的峰面积持续增加；当进样口温度达到300℃时，4，4′-DBP和降解物X的峰面积增加明显，并生成更多的热解产物，见图8。因此建议进样口温度设置为260℃，以降低三氯杀螨醇受热降解的程度。

图7 不同进样口温度下三氯杀螨醇及主要降解物的峰面积变化Fig.7 Peak area changes of dicofol and the its main degradants at different inlet temperatures

图8 260℃（A）和300℃（B）下1.0 mg/L三氯杀螨醇标准溶液色谱图的比较Fig.8 Comparison of chromatograms of dicofol standard in 1.0 mg/L at the temperature of 260℃（A）and 300℃（B）peak 1：4，4′-DBP，peak 2：degraded product X，peak 3：dicofol

2.5 三氯杀螨醇在溶剂中的降解

2.5.1 三氯杀螨醇在溶剂中的稳定性由图4和图5可知，三氯杀螨醇在正己烷和乙酸乙酯溶剂中存在不同的色谱行为，且研究［7］也表明，三氯杀螨醇在丙酮中非常不稳定，极易发生降解。本实验基于三氯杀螨醇的极性，在进样口温度为260℃条件下，采用GC－ECD连续监测5 d，重复测定25次，研究了三氯杀螨醇及其主要降解产物在正己烷、丙酮、乙酸乙酯、甲苯4种常用溶剂中的稳定性。

在正己烷和甲苯两种非极性溶剂中，4，4′-DBP和降解物X的峰面积较小，以三氯杀螨醇为主，峰面积的相对标准偏差（RSD）均稳定在15%以内。与正己烷［20］相比，甲苯的沸点高、饱和蒸气压低，在标准溶液保存过程中不易挥发；其次，甲苯能够与大多数常用有机溶剂以任意比例混溶。因此，可选择甲苯作为三氯杀螨醇标准溶液的保存溶剂。

当以丙酮为溶剂时，三氯杀螨醇迅速降解为4，4′-DBP，第一天三氯杀螨醇的峰面积已不足4，4′-DBP的1%。第二天仅剩4，4′-DBP。而当采用乙酸乙酯作为溶剂时，产生了降解物X，其峰面积与三氯杀螨醇接近，且在5 d内的变化稳定。由此可见，三氯杀螨醇在丙酮和乙酸乙酯溶剂中会发生不同程度的降解，其中以在丙酮中的降解最彻底。

2.5.2 丙酮和乙腈溶剂中三氯杀螨醇降解的原因分析研究发现［7］，即使在添加0.1%乙酸、避光保存的条件下，三氯杀螨醇的丙酮溶液仍将快速分解为4，4′-DBP。三氯杀螨醇的空间位阻大，CCl3基团具有吸电子的诱导作用，使C7－C8易发生解离，形成过渡态化合物C。而丙酮属于非质子型极性溶剂，不可避免地存在微量的水，丙酮的存在会对过渡态C起到稳定作用。过渡态C受到亲核试剂H2O的进攻后，发生SN1亲核取代反应［21］，形成带有两个羟基的化合物D。化合物D不稳定，进一步脱水形成4，4′-DBP。三氯杀螨醇在丙酮溶剂中的降解路径见图9。

图9 三氯杀螨醇在丙酮溶剂中的降解路径Fig.9 Degradation path of dicofol in acetone

为验证以上推测，使用无水硫酸钙对丙酮溶剂进行脱水处理，比较脱水与未脱水的丙酮溶剂配制的标准溶液中三氯杀螨醇及其主要降解物的峰面积变化。结果发现，脱水丙酮配制的标准溶液中，4，4′-DBP的峰面积明显减少，而三氯杀螨醇和降解物X的峰面积增加。证明丙酮中微量存在的水对三氯杀螨醇的降解影响很大，使之生成降解产物4，4′-DBP。同时验证了乙腈溶剂对三氯杀螨醇降解的影响，发现其峰面积的变化趋势与丙酮相似，即未脱水的乙腈溶剂配制的三氯杀螨醇标准溶液中，只存在4，4′-DBP；脱水后的乙腈标准溶液中，4，4′-DBP的峰面积减少，并出现了降解物X和三氯杀螨醇的色谱峰。由于对有机溶剂脱水会增加检测的时间成本和效率，因此，在实际检测过程中使用丙酮或乙腈时，三氯杀螨醇会降解为4，4′-DBP，需要对其进行定量分析。

2.5.3 乙酸乙酯溶剂中三氯杀螨醇降解的原因分析由图5可知，三氯杀螨醇在乙酸乙酯溶剂中生成含量较高的降解物X（色谱峰2），这可能是由于乙酸乙酯具有一定的极性，能够稳定三氯杀螨醇降解过程中生成的脱氯中间体。

根据“2.3”的分析，已知降解物X是三氯杀螨醇脱氯形成的中间体产物。研究表明［22］，当溶液中添加一定量的多氯化合物时，在GC热进样口形成的氯自由基会优先与进样口中的活性成分结合，从而对不稳定化合物中氯的解离产生抑制作用，降低不稳定化合物脱氯的程度。本实验以生成降解物X明显的三氯杀螨醇的乙酸乙酯标准溶液为研究对象，通过加入不同体积的四氯化碳（CCl4）和碘甲烷（CH3I），研究卤代物的加入对三氯杀螨醇和及其主要降解物的影响。由图10A可以看出，当CCl4加入量为50 μL时，降解物X的峰面积减少了一半，而三氯杀螨醇的峰面积增加60%以上。图10B中，加入CH3I后化合物峰面积的变化更明显：当加入20 μL CH3I后，三氯杀螨醇的峰面积显著提高了50%以上，而降解物X的峰面积则迅速下降93%。CCl4和CH3I的加入量虽然对4，4′-DBP的峰面积变化有一定影响，但其对降解物X的影响更明显。根据实验结果，当使用乙酸乙酯作为溶剂时，降解物X是三氯杀螨醇的主要降解物，需要对其进行定量分析。

图10 CCl4（A）和CH3I（B）的加入体积对三氯杀螨醇及其降解物的影响Fig.10 Effect of the addition volume of CCl4（A）and CH3I（B）on dicofol and its degradation products

2.6 三氯杀螨醇定量化合物的确定

综上所述，三氯杀螨醇在气相色谱热进样口、丙酮、乙腈和乙酸乙酯溶剂中均存在明显降解，主要降解产物为4，4′-DBP和降解物X。在实际检测过程中使用上述溶剂或样品中存在水和极性基质时，建议以4，4′-DBP、降解物X和三氯杀螨醇作为三氯杀螨醇的标志物，采用峰面积加和的计算方式对样品中的三氯杀螨醇进行定量分析。

2.7 实际样品的加标回收率和相对标准偏差

选择油麦菜、苹果和红茶3种空白基质，分别添加低、中、高3个水平的三氯杀螨醇标准溶液，按照“1.2”进行样品前处理，采用GC－MS/MS检测，基质匹配标准工作溶液定量，每个水平重复6次，测定4，4′-DBP、降解物X和三氯杀螨醇的峰面积和含量。由表1可知，三氯杀螨醇在3种基质中全部降解成4，4′-DBP和降解物X，未检出三氯杀螨醇。因此以4，4′-DBP、降解物X和三氯杀螨醇三者加和进行定量分析，得到三氯杀螨醇在3种基质中的平均回收率为72.5%～110%，相对标准偏差（RSD）为5.1%～10%，检测结果满足相关标准［23］的要求。

表1 4，4′-DBP、降解物X和三氯杀螨醇在不同基质样品中3个加标水平下的峰面积、平均加标回收率和相对标准偏差（n=6）Table 1 Peak areas，average recoveries and RSDs of 4，4′-DBP，degraded product X and dicofol in different sample matrices at three spiked levels（n=6）

3 结论

本研究以三氯杀螨醇为分析对象，评估了其在气相色谱系统中的降解过程，识别和推测了其主要降解产物的结构，并对影响降解的进样口温度、溶剂进行考察，确定了用于三氯杀螨醇定量分析的标志物，并对该方法进行验证。结果表明，本方法显著改善了三氯杀螨醇的检测结果，提高了其准确度，降低了检测中假阴性的风险，保证了三氯杀螨醇定性和定量分析的准确性。