何 圓，孫貝麗

廣東省環(huán)境科學(xué)研究院，廣東 廣州 510045

1 新煙堿類(lèi)殺蟲(chóng)劑（NEOs）概況

新煙堿類(lèi)殺蟲(chóng)劑（neonicotinoid insecticides，NEOs）最早出現(xiàn)于20 世紀(jì)90年代，是繼有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑和擬除蟲(chóng)菊酯類(lèi)殺蟲(chóng)劑之后最重要的化學(xué)農(nóng)藥[1]。由于對(duì)昆蟲(chóng)控制具有高效性和易用性，NEOs 已成為目前世界上應(yīng)用最廣泛的一類(lèi)殺蟲(chóng)劑，年產(chǎn)量約10 萬(wàn)t，約占全球殺蟲(chóng)劑市場(chǎng)份額的25%，且呈現(xiàn)逐年上升趨勢(shì)[2]。NEOs 因?qū)οx(chóng)具有較強(qiáng)的殺滅性且不與其他殺蟲(chóng)劑產(chǎn)生交互抗性而被廣泛應(yīng)用于種子預(yù)處理、谷物和蔬菜水果等農(nóng)作物的蟲(chóng)害防護(hù)中。殘留在環(huán)境中的NEOs 可通過(guò)環(huán)境過(guò)程和植物自身吸收而大量殘留在人們的食物等暴露途徑中。NEOs 的人群外暴露途徑包括攝入暴露和吸入暴露。因NEOs 常被施用于各類(lèi)經(jīng)濟(jì)作物，所以非職業(yè)人群暴露于NEOs 的途徑為膳食攝入（食品和飲用水）和接觸灰塵/土壤攝入。美國(guó)哈佛大學(xué)的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，NEOs 在所有被調(diào)查的8 類(lèi)水果和10 類(lèi)蔬菜中均被檢出，質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高可達(dá)101 ng/g，并且在90%的蜂蜜樣品中都檢測(cè)出了0.1～0.8 ng/mL 的NEOs，其中IMI 最常被檢出。我國(guó)研究者發(fā)現(xiàn)，NEOs 廣泛存在于茶葉中，單個(gè)NEO 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍是13～126 ng/g。人類(lèi)對(duì)于NEOs 的吸入暴露主要來(lái)自花粉。因NEOs 的系統(tǒng)特性，其可殘留在花粉中，然后通過(guò)分散在空氣中進(jìn)而暴露于人們的生活和工作環(huán)境中。一項(xiàng)研究測(cè)定了美國(guó)馬薩諸塞州的5 份花粉樣品，其中IMI 均被檢出，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：0.4～2.3 ng/g。由此可見(jiàn)，人們已廣泛暴露于含有NEOs的環(huán)境中。

目前，我國(guó)已注冊(cè)了2 000 多種商業(yè)產(chǎn)品，常用的新煙堿類(lèi)殺蟲(chóng)劑原物（parent NEOs，p-NEOs）主要包括吡蟲(chóng)啉（imidacloprid，IMI）、 啶蟲(chóng)脒（acetamiprid，ACE）、噻蟲(chóng)嗪（thiamethoxam，THM）、噻蟲(chóng)胺（clothianidin，CLO）、噻蟲(chóng)啉（thiacloprid，THD）和呋蟲(chóng)胺（dinotefuran，DIN）。其中，IMI、CLO、ACE 和THM 占使用總量的90%以上。p-NEOs 在環(huán)境中會(huì)發(fā)生降解反應(yīng)并生成各種代謝產(chǎn)物，常見(jiàn)的有：IMI 的代謝產(chǎn)物烯式吡蟲(chóng)啉（olefin-Imidacloprid，olefin-IMI），ACE 的代謝產(chǎn)物N-去甲基啶蟲(chóng)脒（NDemethyl-acetamiprid，N-dm-ACE），DIN 的代謝產(chǎn)物1-甲基-3（四氫化-3-呋喃甲基）尿素（1-methyl-3-(tetrahydro-3-furylmethyl) urea，DIN-U）（分子結(jié)構(gòu)如圖1 所示）。

1.1 NEOs 的作用機(jī)制

NEOs 之所以能在全球得到廣泛應(yīng)用，主要是因?yàn)槠鋵?duì)哺乳動(dòng)物的急性毒性低于傳統(tǒng)殺蟲(chóng)劑，而對(duì)大多數(shù)害蟲(chóng)卻具有極高的毒性，可以用作系統(tǒng)種子或溝渠處理，以保護(hù)苗期作物免受刺吸式和咀嚼式昆蟲(chóng)的侵害。NEOs 的化學(xué)性質(zhì)與尼古丁農(nóng)藥相似，對(duì)無(wú)脊椎動(dòng)物和脊椎動(dòng)物的作用不一致，對(duì)無(wú)脊椎動(dòng)物具有高度特異性，但對(duì)脊椎動(dòng)物的風(fēng)險(xiǎn)卻很低。NEOs 與無(wú)脊椎動(dòng)物的中樞神經(jīng)系統(tǒng)突觸后與煙堿乙酰膽堿受體（nAChR）結(jié)合，從而與天然神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿競(jìng)爭(zhēng)，作用后的昆蟲(chóng)通常表現(xiàn)為活動(dòng)變緩、顫抖、低體溫、痙攣等，一定劑量下會(huì)死亡。NEOs 不易通過(guò)脊椎動(dòng)物的血腦屏障，對(duì)其煙堿受體具有低親和力，因此其對(duì)脊椎動(dòng)物的風(fēng)險(xiǎn)較低，這也是其在如今的市場(chǎng)中廣受喜愛(ài)的原因。

圖16 種p-NEOs 和3 種m-NEOs 的化學(xué)結(jié)構(gòu)式

1.2 NEOs 的危害

在美國(guó)環(huán)境保護(hù)署（EPA）首次批準(zhǔn)NEOs 用于商業(yè)用途時(shí)，由于NEOs 對(duì)昆蟲(chóng)的化學(xué)親和力更高且無(wú)法穿過(guò)哺乳動(dòng)物的血腦屏障，因此其被認(rèn)為對(duì)哺乳動(dòng)物的毒性較小。在對(duì)NEOs 進(jìn)行登記時(shí)的實(shí)驗(yàn)研究表明，NEOs 對(duì)哺乳動(dòng)物比對(duì)昆蟲(chóng)的毒性更小。但也有許多研究者注意到了其毒性作用[3]，如增加小鼠肝細(xì)胞癌變的幾率，并支持美國(guó)環(huán)境保護(hù)署為IMI、CLO、ACE 確定最大殘留限量（MRLs）。自那以后，研究人員發(fā)現(xiàn)NEOs 對(duì)脊椎動(dòng)物和無(wú)脊椎動(dòng)物均有不良影響，NEOs 可能對(duì)哺乳動(dòng)物產(chǎn)生的不利影響中包括亞致死效應(yīng)。目前已發(fā)現(xiàn)某些NEOs代謝物的毒性與母體化合物相同或更大。例如，IMI的代謝產(chǎn)物之一——去硝基吡蟲(chóng)啉對(duì)哺乳動(dòng)物的nAChRs 有很高的親和力、對(duì)小鼠的毒性較高且可以在哺乳動(dòng)物體內(nèi)或環(huán)境中形成。已有研究表明，NEOs 以類(lèi)似尼古丁的作用方式影響著哺乳動(dòng)物的nAChRs。這些受體對(duì)人腦功能至關(guān)重要，尤其是對(duì)記憶、認(rèn)知和行為的發(fā)育過(guò)程非常重要。NEOs 的毒性的一個(gè)獨(dú)特方面是能夠結(jié)合哺乳動(dòng)物的nAChRs亞型a4β2，這種亞型在丘腦中密度最高。在處于發(fā)育階段的大腦中，這種亞型參與神經(jīng)增殖、凋亡、遷移、分化、突觸形成和神經(jīng)回路形成。而這種神經(jīng)受體亞型密度的改變是引發(fā)中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的關(guān)鍵因素，可能引發(fā)阿爾茨海默病、帕金森病、精神分裂癥和抑郁癥。哺乳動(dòng)物的生殖和發(fā)育也會(huì)受到NEOs 的不利影響，包括精子的生成和功能降低、懷孕率降低、胚胎死亡率升高、死產(chǎn)和早產(chǎn)及后代體重下降。

NEOs 引起人類(lèi)急性中毒的相關(guān)報(bào)道較少。然而，有兩名患者自行攝入ACE 后出現(xiàn)了嚴(yán)重的惡心嘔吐、肌無(wú)力、體溫過(guò)低、抽搐、心跳過(guò)速、低血壓和缺氧癥狀[4]，這些癥狀與急性有機(jī)磷中毒相似。在攝入兩天后，兩人均治愈出院且沒(méi)有任何并發(fā)癥。斯里蘭卡的一項(xiàng)研究報(bào)告了68 例IMI 中毒患者，包括61 例自食和7 例皮膚接觸，中毒者中無(wú)人死亡。其中一名患者服用IMI 后出現(xiàn)嗜睡、頭暈和定向障礙等癥狀，但在4 d 后痊愈，且無(wú)任何并發(fā)癥。152 例患者急性暴露于NEOs 后，最常見(jiàn)的癥狀是呼吸困難或呼吸暫停、昏迷、心動(dòng)過(guò)速、低血壓、惡心或嘔吐、發(fā)汗、瞳孔散大、心動(dòng)過(guò)緩、發(fā)熱、頭暈、口腔潰瘍、吞咽困難、癲癇和腹痛。以上案例表明，NEOs 會(huì)危害人體健康，并可能導(dǎo)致疾病發(fā)生。

2 NEOs 的檢測(cè)分析現(xiàn)狀

2.1 NEOs 的前處理方法

NEOs 普遍存在于環(huán)境中，因此根據(jù)不同的樣品開(kāi)發(fā)了不同的前處理方法。對(duì)于固體樣品通常使用的前處理方法是QuEChERS（快速、簡(jiǎn)單、廉價(jià)、有效、堅(jiān)固和安全），其次是固液萃?。⊿LE）。而固相萃?。⊿PE）、液-液萃?。↙LE）和分散液-液微萃?。―LLME）則是液體樣品常用的前處理方法。

最初的QuEChERS 方法中包括用乙腈進(jìn)行SLE，然后用凈化劑乙二胺-N-丙基硅烷（PSA）進(jìn)行分散固相萃?。╠-SPE）。這種方法操作簡(jiǎn)單、回收率高且樣品處理量大。因此，它已成為農(nóng)業(yè)食品部門(mén)中大多數(shù)質(zhì)量控制實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行農(nóng)藥分析的基石。QuEChERS 被用于分析各類(lèi)樣品，如魚(yú)肉、雞蛋、蔬菜和橄欖油。雖然原有的QuEChERS 方法仍然被廣泛使用，但是隨著時(shí)間的推移，根據(jù)被分析樣品和目標(biāo)農(nóng)藥，此方法得到了改進(jìn)，目前這種樣品處理方法適用于特定的需要。主要的改進(jìn)包括在d-SPE 步驟中使用C18或石墨化炭黑（GCB）吸附劑以及緩沖溶液。例如，在PSA 之外使用GCB 對(duì)QuEChERS 檸檬酸鹽進(jìn)行緩沖就是一種常見(jiàn)的改進(jìn)方法，其目的是為了提高回收率和樣品純度[5]。

SLE 中最常用的溶劑是乙腈和甲醇，也會(huì)使用水或一些溶劑混合物。SLE 是最簡(jiǎn)單的樣品前處理方法，其主要缺陷在于需要額外的凈化步驟。常見(jiàn)的凈化步驟包括帶有特定吸附劑的d-SPE 清除蜂蠟中的脂質(zhì)或帶有商業(yè)套筒的SPE，如Oasis 親水親脂平衡（HLB）。雖然在回收率方面可以獲得與使用QuEChERS 類(lèi)似的結(jié)果，但使用QuEChERS 避免了凈化步驟，簡(jiǎn)化了樣品的前處理過(guò)程。

在水樣中最常見(jiàn)的樣品前處理方法是固相萃?。⊿PE）。不同吸附劑的墨盒常被使用，例如C18、Oasis HLB 和Strata-X。一些研究比較了不同的吸附劑，得到了相似的回收率。UiO-66 晶體（金屬-有機(jī)框架-鋯基建筑磚）的使用也在d-SPE 中進(jìn)行了測(cè)試。選擇這種吸附劑是因?yàn)槠浔砻娣e大，至少可以重復(fù)使用10 次。最近一項(xiàng)研究在超臨界二氧化碳中合成了雜化磁性碳納米管，用于在水和果汁中對(duì)NEOs 進(jìn)行磁性固相萃取，可重復(fù)使用至少10 次。有研究報(bào)道使用磁性納米顆粒（基于石墨烯）分析水樣中的4種NEOs，也有報(bào)道使用固相萃取和含有硅藻土物質(zhì)的化學(xué)洗脫分析牛奶樣品中的NEOs。

DLLME 通過(guò)在水樣中加入萃取溶劑（與水不混溶）和分散溶劑（與水和萃取溶劑混溶）的混合物萃取分析物形成的分散液有利于分析物的提取。離心后，回收含有分析物的萃取溶劑。這種樣品前處理方法具有操作簡(jiǎn)單、成本低、富集因子高、溶劑體積小等優(yōu)點(diǎn)。雖然它沒(méi)有被常規(guī)應(yīng)用于NEOs 的分析，但一些研究已經(jīng)將它應(yīng)用于水、蜂蜜和蜂蜜利口酒的分析。最近報(bào)道了一種新的DLLME 方法，用于分析果汁和蔬菜樣品。在這些工作中，室溫離子液體（低毒性和揮發(fā)性）被建議作為傳統(tǒng)DLLME 中使用的有機(jī)溶劑的替代品。其他研究使用DLLME 作為固液萃取后的凈化和預(yù)濃縮步驟。

2.2 NEOs 的檢測(cè)方法

由于NEOs 具有極性、非揮發(fā)性的特點(diǎn)，所以在農(nóng)業(yè)和食品領(lǐng)域發(fā)展起來(lái)的分析方法大多涉及色譜，主要是HPLC-MS 或HPLC-UV 檢測(cè)。眾所周知，質(zhì)譜法是進(jìn)行農(nóng)藥多殘留分析的常用方法。首先，在化合物分離方面，許多方法使用HPLC 分析柱。然而，盡管傳統(tǒng)的色譜柱可以實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)姆蛛x，但超高效液相色譜（UHPLC）的使用在近年來(lái)取得了不錯(cuò)的進(jìn)展。對(duì)于NEOs 的測(cè)定，液相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用通常采用大氣壓電離技術(shù)，主要是以正離子模式工作的電噴霧電離（ESI）。許多研究報(bào)道了加熱ESI（HESI）探頭的使用，這種探頭是許多儀器的標(biāo)準(zhǔn)探頭，其主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度較高。一些研究報(bào)道了大氣壓化學(xué)電離（APCI）的使用，但主要存在于一些關(guān)于NEOs 的早期文章中。然而，Yamamoto 等比較了常規(guī)ESI、APCI 和大氣壓光電離（APPI）的靈敏度。據(jù)報(bào)道，APPI 對(duì)基質(zhì)效應(yīng)的敏感性較低。

在質(zhì)譜檢測(cè)器中，大多數(shù)研究者選擇在選定的反應(yīng)監(jiān)測(cè)（SRM）或多反應(yīng)監(jiān)測(cè)（MRM）模式下使用三重四極桿。在分析食品樣品環(huán)境中的痕量濃度時(shí)，為每種農(nóng)藥選擇最佳的儀器參數(shù)對(duì)于結(jié)果測(cè)定的準(zhǔn)確性和靈敏度來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。近年來(lái)，許多研究人員利用高分辨率質(zhì)譜儀增強(qiáng)了農(nóng)藥分析的潛力。然而，這些儀器的高成本對(duì)于許多實(shí)驗(yàn)室來(lái)說(shuō)仍然是一個(gè)阻礙。雖然HPLC-UV 存在一些缺陷，如缺乏特異性和靈敏度較低，但也被報(bào)道用于NEOs 的分析。雖然這些方法可能適用于分析非復(fù)雜基質(zhì)中的少量分析物，但HPLC-MS 是避免分析真實(shí)樣品時(shí)出現(xiàn)假陽(yáng)性結(jié)果的最佳選擇。

3 結(jié)論與展望

NEOs 已成為世界上應(yīng)用最廣泛的一類(lèi)殺蟲(chóng)劑，但研究表明，人類(lèi)已廣泛暴露于含有NEOs 的環(huán)境中，其潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)引起關(guān)注。NEOs 的環(huán)境暴露和保證人體健康以及建立高靈敏度的檢測(cè)分析方法是未來(lái)需要不斷攻克的方向。