王 进，宋 丽，张瑶瑶，马晓江，曹先爽，汤 锋，岳永德

(国际竹藤中心, 国家林业局竹藤科学与技术重点实验室, 北京 100102)

竹醋液对水中噻虫嗪的光稳定性作用

王 进，宋 丽，张瑶瑶，马晓江，曹先爽，汤 锋，岳永德

(国际竹藤中心, 国家林业局竹藤科学与技术重点实验室, 北京 100102)

噻虫嗪是一种广谱性杀虫剂，在水溶液中易光解，为探讨竹醋液对噻虫嗪光解的影响，以高压汞灯和氙灯为光源，比较不同质量浓度的竹醋液对噻虫嗪光稳定性的作用，采用超高效液相色谱法测定噻虫嗪的光解残留量。结果表明：不同光源下，竹醋液对噻虫嗪均具有显著的光猝灭效果。在高压汞灯照射下，噻虫嗪在稀释30倍的竹醋液中的光解半衰期为7.37 min，与未加竹醋液的对照相比，光解半衰期延长了6.5倍，相当于化学抗光剂对氨基苯甲酸219.7 mg·L-1的剂量效果。在氙灯照射下，噻虫嗪在稀释30倍的竹醋液中的光解半衰期为3.38 h，与未加竹醋液的对照相比，光解半衰期延长了1.7倍。因此，竹醋液能提高噻虫嗪在水溶液中的光稳定性，有望作为天然的光稳定剂应用在农药制剂中。

光解；噻虫嗪；竹醋液；半衰期；光稳定性

光解是农药降解的重要途径，同时会影响农药使用的稳定性，造成农药持效期缩短等问题，在农药制剂中添加光稳定剂是减缓农药光解的有效方法[1]。噻虫嗪(thiamethoxam)属于第2代新烟碱类杀虫剂，它可选择性抑制昆虫中枢神经系统烟酸乙酰胆碱酯酶受体，具有触杀、胃毒和内吸活性[2-4]。与吡虫啉相比，噻虫嗪具有更高的生物活性、安全性和广谱性，且与吡虫啉无交互抗性[5]。因此，噻虫嗪应用前景广阔。国内外对噻虫嗪的光解研究，主要报道了噻虫嗪在水中[6-7]，固相表面的光解[8-9]，以及pH值和离子基团等对其光解的影响[10]。根据《化学农药环境安全评价试验准则》(2010)，噻虫嗪属于“Ⅰ级(易光解)”农药[9]。易光解的农药施用在农作物上后，因光照易分解而降低防治效果，从而增加了施药次数，造成环境污染等问题。

竹醋液是竹材在热解或干馏过程中产生的烟气经冷凝的液体，具有抑菌[11-12]、抗氧化[13]等活性作用。在农业领域，竹醋液可作为农药增效剂使用[14-15]，但竹醋液对农药光解会产生何种影响，尚未见报道。因此，本研究选择易光解的噻虫嗪为靶标农药，通过添加不同浓度的竹醋液，在模拟太阳光和高压汞灯下，以超高效液相色谱为检测手段，比较不同浓度竹醋液对噻虫嗪光解的影响，明确竹醋液对噻虫嗪的光稳定性作用，对竹醋液资源的高效利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

仪器：Agilent 1290超高效液相色谱仪，配二极管阵列检测器(美国Agilent 公司)；SGY-1型多功能光化学反应仪，配300 W高压汞灯(南京斯东柯电气设备有限公司)；ALTLAS Suntest XLS+台式氙灯老化试验箱，配1 700 W氙灯(美国锡莱-亚太拉斯有限公司)；BP221S电子天平(德国Sartorius公司，d=0.000 1)；Delta 320 pH计(瑞士Mettler-Toledo公司)；移液枪(德国Eppendof公司)；Rotavapor R-220旋转蒸发仪(瑞士Buchi公司)。

试剂与样品：噻虫嗪标准品(纯度99%，德国Dr. Ehrenstorfer公司)；对氨基苯基酸(p-aminobenzoic acid, PABA)(纯度≥99.0%，上海安谱实验科技股份有限公司)；甲醇和乙腈(色谱纯，美国Fisher Scientific公司)；竹醋液(竹醋蒸馏液pH 2.43，江苏江阴中炬生物科技有限公司提供)；超纯水(美国Pall公司超纯水仪制备)。

1.2 标准溶液的配制

噻虫嗪标准溶液配制：准确称取10.2 mg的噻虫嗪标准品，于10 mL容量瓶中，用甲醇定容至刻度，即为质量浓度为1 020 mg·L-1的噻虫嗪储备液，再配制质量浓度为1.0、5.0、10.0、20.0、50.0 mg·L-1的噻虫嗪标准溶液。

对氨基苯甲酸的配制：准确称取对氨基苯甲酸5.0 mg，于5 mL容量瓶中，用甲醇定容至刻度，即为质量浓度为1000.0 mg·L-1的对氨基苯甲酸的储备液，再根据需要进行稀释。

1.3 超高效液相色谱条件

色谱柱：Agilent Eclipse Plus C18 (1.8 μm)，2.1 mm i.d.×150 mm；柱温30 ℃；流动相为乙腈(A)和水(B)，梯度洗脱程序：0～3.5 min，25% A；3.5～3.7 min，25%～90% A；3.7～5.0 min，90%～25% A；5.0～5.5 min，25% A；流速0.25 mL·min-1；检测波长254 nm；进样量2 μL。

1.4 竹醋液对噻虫嗪光解的影响

配制不同质量浓度的竹醋液与噻虫嗪混合，使噻虫嗪的最终质量浓度为30 mg·L-1。根据前期研究和预实验结果，竹醋液对杀虫剂和杀菌剂表现出增效作用14-15，选择的稀释倍数均在30～1 000倍范围内，因此，本研究中竹醋液的最终稀释倍数选择为30倍、100倍、600倍和1 000倍。

高压汞灯光照：取竹醋液与噻虫嗪的混合溶液10 mL于具塞石英试管中，置于高压汞灯的光解仪内，距离光源10 cm，温度为(25±1)℃，每处理重复3次，并设置黑暗对照，不同光照时间取样，样品过0.22 μm滤膜，待测。

氙灯光照：取混合溶液10 mL于具塞石英试管中，置于氙灯老化试验箱中照光，距离光源40 cm，每处理重复3次，并设置黑暗对照，隔2 h取1次样，样品过0.22 μm滤膜，待测。

1.5 抗光剂对氨基苯甲酸对噻虫嗪光解的影响

配制噻虫嗪与对氨基苯甲酸的混合溶液，使噻虫嗪的最终质量浓度为30 mg·L-1，对氨基苯甲酸的质量浓度分别为6、10、50、100、200和400 mg·L-1。

高压汞灯光照和氙灯光照的方法，同1.4。

1.6 不同pH值对噻虫嗪光解的影响

竹醋液经稀释30倍、100倍、600倍和1 000倍后，其pH值分别是3.40，3.72，4.08和5.61。用乙酸和水配制成与上述pH值一致的溶液，再与噻虫嗪混合，经高压汞灯照光，距离光源10 cm，每处理重复3次，并设置黑暗对照，不同光照时间取样，样品过0.22 μm滤膜，待测。

1.7 结果计算

光解动力学方程拟合：农药在溶液中的光解动力学，采用一级动力学方程描述：

Ct=C0·e-kt

式中:k为光解速率常数；C0为噻虫嗪的初始浓度，Ct为t时刻噻虫嗪在溶液中的质量浓度(mg·L-1)。当噻虫嗪光解50%时，即Ct=C0/2时，所需的时间即为光解半衰期，以t1/2表示，t1/2=ln2/k。

光猝灭率的计算：

另外，差异显著性分析是用统计软件(Statistical Product and Service Solutions, SPSS)在P=0.05时用单因素方差分析和邓肯显著性检验。

2 结果与讨论

图1 噻虫嗪标准品超高效液相色谱图Fig.1 UPLC chromatogram of standard thiamethoxam

2.1 标准曲线的绘制

以噻虫嗪的质量浓度为横坐标(x)、色谱峰面积为纵坐标(y)，进行线性回归分析，结果表明：噻虫嗪在1～50 mg·L-1范围内，线性方程为y=25.961x-1.6142，相关系数R2=1.000，说明噻虫嗪的标准曲线具有良好的线性关系。噻虫嗪的保留时间为2.9 min，色谱图见图1。

2.2 在高压汞灯下竹醋液对噻虫嗪光解的影响

在高压汞灯照射下，不同稀释倍数的竹醋液对噻虫嗪光解的结果，见表1。

表1 高压汞灯下不同稀释倍数竹醋液对水中噻虫嗪光解的影响

由表1可知，在高压汞灯照射下，噻虫嗪在纯水中易光解，光解半衰期为1.13 min。噻虫嗪在稀释30倍、100倍、600倍和1 000倍的竹醋液中，经照光后其光解半衰期分别为7.37 min、3.54 min、1.62 min和1.35 min。随着竹醋液浓度的增加，噻虫嗪的光解速率变小，半衰期也随之延长。通过差异显著性分析(P=0.05)，稀释30倍和100倍的竹醋液对噻虫嗪的光解半衰期产生显著影响，当噻虫嗪与稀释30倍的竹醋液混合后，光猝灭率达到552.21%。因此，竹醋液在高压汞灯(紫外光)下对噻虫嗪具有明显的光稳定性作用。

2.3 在模拟太阳光下竹醋液对噻虫嗪光解的影响

在模拟太阳光(氙灯)照射下，测定了不同稀释倍数竹醋液对噻虫嗪光解的影响，结果见表2。

表2 氙灯下不同稀释倍数竹醋液对水中噻虫嗪光解的影响

由表2可看出，在模拟太阳光下，噻虫嗪在纯水中的光解半衰期为2.01 h。稀释600倍和1 000倍的竹醋液对噻虫嗪的光解半衰期无显著影响，当竹醋液浓度提高，稀释30倍的竹醋液使噻虫嗪的光解半衰期显著延长至3.38 h，使噻虫嗪的半衰期延长了1.68倍，因此，在模拟太阳光下，稀释30和100倍的竹醋液对噻虫嗪具有显著的光稳定剂作用。

2.4 对氨基苯甲酸对噻虫嗪光解的影响

对氨基苯甲酸(PABA)是一种化学抗光剂，添加在农药制剂中能够减缓有效成分的光解。为进一步量化竹醋液对噻虫嗪的光猝灭效果，选择抗光剂对氨基苯甲酸作为对照。在高压汞灯下，对氨基苯甲酸对噻虫嗪的光解影响，结果见表3。

表3 高压汞灯下不同浓度的对氨基苯甲酸对噻虫嗪光解的影响

图2 噻虫嗪的浓度与其光解半衰期的线性关系Fig.2 Linear relationship between the concentration of thiamethoxam and the photodegradation half-life

由表3可知，在化学抗光剂的作用下，噻虫嗪的光解受到抑制。为明确抗光剂浓度与噻虫嗪光解半衰期之间的相关关系，以对氨基苯甲酸的质量浓度为横坐标(x)，噻虫嗪的光解半衰期为纵坐标(y)进行线性回归分析，结果见图2。

由图2可看出，在高压汞灯下，对氨基苯甲酸的浓度与噻虫嗪光解半衰期之间呈线性关系，线性方程为y=0.0287x+1.0645，相关系数R2=0.982 8。根据线性方程计算出，稀释30倍的竹醋液相当于质量浓度为219.7 mg·L-1的对氨基苯甲酸对噻虫嗪的抗光解效果。因此，在生产应用上，可参考化学抗光剂的使用浓度，设置竹醋液的使用质量浓度。

2.5 pH对水中噻虫嗪光解的影响

竹醋液呈酸性，主要成分为乙酸，竹醋液稀释30倍、100倍、600倍和1 000倍后，其pH值分别为3.40，3.72，4.08和5.61。为验证pH值对噻虫嗪光解的影响，用乙酸和纯水调配出不同的pH值，在高压汞灯下，不同pH值乙酸溶液中噻虫嗪的光解结果，见表4。

表4 高压汞灯下不同pH值乙酸溶液对噻虫嗪光解的影响

从表4可以看出，不同pH值的猝灭率，从负值到出现正值，是根据光猝灭率的公式计算得出，其中，负值是因为噻虫嗪在不同pH乙酸中的半衰期比纯水中的半衰期还小；正值是因为pH值为5.61时，噻虫嗪的光解半衰期比纯水中的半衰期的值大。当pH 3.40～4.08时，不同的pH值的乙酸溶液对噻虫嗪的光猝灭率为负值，对噻虫嗪的光解表现出光敏化特性。在供试pH值条件下，噻虫嗪的光解半衰期范围是1.06～1.20 min，竹醋液中的pH值因素未使噻虫嗪的光解半衰期产生显著延长，因此，排除了竹醋液pH值因素造成的光猝灭效果。据文献报道，竹醋液成分复杂[17]，可能是竹醋液复杂的化学成分对噻虫嗪的光猝灭效应起关键作用，其中酚类物质可能是重要的活性成分，需要进一步利用质谱、红外光谱等手段，研究确认起抗光作用的活性成分。

3 结论与讨论

在模拟太阳光(氙灯)和高压汞灯下，噻虫嗪的光解特征符合一级动力学方程。通过研究竹醋液对噻虫嗪光解的影响，发现竹醋液对噻虫嗪的光解有显著的光猝灭作用，其中，在高压汞灯下，噻虫嗪在纯水中的光解半衰期为1.13 min，当噻虫嗪与稀释30倍的竹醋液混合后，其光解半衰期为7.37 min，半衰期延长了6.5倍，光猝灭率达到552.21%。噻虫嗪的光解半衰期与竹醋液浓度呈现剂量-效应关系。稀释30倍的竹醋液相当于化学抗光剂对氨基苯甲酸219.7 mg·L-1的剂量效果。从光稳定性的角度考虑，竹醋液的稀释倍数越小，则抗光性能越好。不同pH值(3.40～5.61)的乙酸水溶液对噻虫嗪的光解没有明显影响，因此，竹醋液对噻虫嗪的光稳定性效果排除了其pH值的因素。竹醋液的化学成分是其生物活性的物质基础，因此，竹醋液化学成分复杂，可能是其产生光稳定性作用的关键因素，有待于进一步研究。

在生产上，受到光稳定剂的价格和对环境的危害等因素，限制了化学合成光稳定剂的应用，因此，植物提取物作为农药光稳定剂的研究越来越受到关注，据报道，葡萄提取物对除草剂磺草酮有光稳定作用，添加了葡萄提取物的磺草酮制剂，在相同的防效下，可大幅减少农药的用量[18-19]。值得一提的是，在我国竹炭企业中，竹醋液常作为废弃物释放到环境中，如果能实现竹醋液的高效应用，将有效避免相应的资源浪费和环境污染等问题。

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Effect of Bamboo Vinegar on the Photostability of Thiamethoxam in Aqueous Solution

WANG Jin, SONG Li, ZHANG Yao-yao, MA Xiao-jiang,CAO Xian-shuang, TANG Feng, YUE Yong-de

(SFA Key Laboratory of Bamboo and Rattan Science and Technology, International Centre for Bamboo and Rattan, Beijing 100102, China)

Thiamethoxam is a broad spectrum neonicotinoid insecticide. It can be easily photodegraded in aqueous solution. However, whether the bamboo vinegar could improve the photostability of thiamethoxam has not been studied. Effect of bamboo vinegar with different concentrations on the photoprotection of thiamethoxam was studied in water under high pressure mercury lamp (HPML) and xeon lamp. The residue of thiamethoxam was analyzed by ultra-performance liquid chromatography (UPLC). Bamboo vinegar can inhibit the photolysis of thiamethoxam in aqueous solution. In the presence of the 30 times diluted solution of bamboo vinegar, the photolysis half-life of thiamethoxam was extended to 7.37 min under high pressure mercury lamp irradiation, being 6.5 times higher than the control, and equivalent to the effect of 219.7 mg·L-14-aminobenzoic acid, a kind of commercial light stabilizer. In the presence of the 30 times diluted solution of bamboo vinegar, the photolysis half-life of thiamethoxam was 3.38 h under xeon lamp irradiation, being 1.7 times higher than the control. Thus, bamboo vinegar can improve the photostability of thiamethoxam in aqueous solution. Furthermore, bamboo vinegar could be used as a light stabilizer in thiamethoxam formulations.

Photolysis; Thiamethoxam; Bamboo vinegar; Half-life; Photostability

2016-10-19

国际竹藤中心基本科研业务费专项(1632014009)；“十二五”国家科技支撑计划项目(2012BAD23B0304)

王进，博士，副研究员，主要从事植物化学和生物农药研究。E-mail：wangjin@icbr.ac.cn