摘要 百草枯在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用于除草。美國(guó)環(huán)境保護(hù)署(United States Environmental Protection Agency，U.S.EPA)設(shè)定飲用水中含量低于3 μg/L，歐洲指令(European Union Directive，98/83/EC)限制更嚴(yán)格，規(guī)定飲用水中允許的最大濃度為0.1 μg/L。此外，世界衛(wèi)生組織(world health organization，WHO)對(duì)飲用水的參考值為10 μg/L。為了保護(hù)人類健康和環(huán)境免受這種除草劑的有害影響，需要簡(jiǎn)單有效的樣品制備、靈敏的分析方法來(lái)測(cè)定環(huán)境水中的百草枯，并需要強(qiáng)有力和實(shí)用的處理工藝來(lái)去除水基質(zhì)中的百草枯。詳細(xì)介紹了用于檢測(cè)百草枯的各種方法，如比色法、分光光度法、表面增強(qiáng)拉曼散射、液相色譜、氣相色譜法以及能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)的電化學(xué)檢測(cè)方法和百草枯的降解與脫除的方法。

　　關(guān)鍵詞 百草枯;檢測(cè)方法;限量標(biāo)準(zhǔn);催化降解;電化學(xué)檢測(cè)

　　農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的持續(xù)增長(zhǎng)促使水、土壤和食品中農(nóng)藥殘留量的增加。鑒于此，開發(fā)監(jiān)測(cè)環(huán)境中不同類型農(nóng)藥以及分析農(nóng)藥殘留的方法至關(guān)重要。然而農(nóng)藥的污染不僅限于土壤或水，而且還存在于食用受污染的食物或飲料、血液、尿液甚至母乳中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)農(nóng)藥殘留。因此，目前正在全球范圍內(nèi)開發(fā)幾種精確而靈敏的分析方法，以將其應(yīng)用于“原位”或分析實(shí)驗(yàn)室中，并定量分析多種不同基質(zhì)中的農(nóng)藥及其殘留物。盡管百草枯毒性很高，但由于其成本低廉且易于使用，在全世界范圍內(nèi)仍然有約100個(gè)國(guó)家或地區(qū)在使用。雖然沒(méi)有百草枯對(duì)人類神經(jīng)系統(tǒng)危害的正式證據(jù)，但在嚙齒動(dòng)物研究中表明，百草枯可能引起類似帕金森的腦損傷。因此，農(nóng)業(yè)和食品工業(yè)需要可靠、可行、可重現(xiàn)的分析方法和更加經(jīng)濟(jì)的降解或脫除方法。筆者綜述了一系列的用于檢測(cè)百草枯的方法，如色譜法、光學(xué)檢測(cè)法、免疫檢測(cè)法、電化學(xué)檢測(cè)法等，以及可使百草枯有效降解或脫除的方法，以便開發(fā)更快速、更高效、更靈敏的檢測(cè)方法，為開發(fā)更經(jīng)濟(jì)、更高效的降解或脫除方法提供幫助。

　　1 百草枯的概述

　　1.1 百草枯的性質(zhì)及用途

　　百草枯(paraquat，PQ)，化學(xué)名稱為1-1-二甲基-4，4′-聯(lián)吡啶二氯化物，是一種極性化合物，在水中具有高溶解度，在20 ℃時(shí)溶解度為700 g/L[1]。百草枯的分子式為C 12H 14N 2，化學(xué)結(jié)構(gòu)式如圖1所示，它是帶正電荷的聯(lián)吡啶，最廣泛使用的除草劑之一，廣泛用于園林除草并已在全世界130多個(gè)國(guó)家廣泛用作除草劑。百草枯除草劑能殺死大多數(shù)闊葉雜草，如向日葵、棉花、大豆、玉米、蔬菜和其他雜草等[2]，它在與植物接觸時(shí)破壞植物的綠色部分，被接觸的綠葉雜草將在接觸的幾小時(shí)后死亡。通常用于消除農(nóng)業(yè)區(qū)域和非農(nóng)業(yè)區(qū)域(如機(jī)場(chǎng)、電力和公用事業(yè)站、商業(yè)建筑)周圍的雜草，是大部分國(guó)家廣泛使用的一種廉價(jià)、高效的除草劑。雖然百草枯水劑已停止銷售，但仍有百草枯膠劑在售，部分地區(qū)仍有繼續(xù)使用百草枯的可能。并且曾經(jīng)大量使用的百草枯難以降解，仍然殘留在土壤中或隨著雨水流入江河湖泊中，這會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類造成不良影響。

　　1.2 百草枯的毒性作用及機(jī)理

　　百草枯的濫用導(dǎo)致其在環(huán)境中的高持久性，由于其高水溶性，它可能成為農(nóng)業(yè)用水、飲用水和地下水的潛在污染物[3]。百草枯液體可以被土壤快速?gòu)?qiáng)烈吸附，而不會(huì)影響作物根系，但是由于百草枯的不良特性，使其對(duì)植物和水生生物具有高毒性[4]。雖然微生物和光化學(xué)過(guò)程會(huì)使殘留的百草枯降解，但緩慢的降解過(guò)程和過(guò)量使用百草枯除草劑會(huì)增加環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)人類和動(dòng)物健康構(gòu)成潛在危害[5]，因此在一些國(guó)家已被禁止。

　　百草枯的暴露對(duì)人類心臟、肝臟、大腦和腎臟組織造成巨大損害。百草枯使用者經(jīng)常發(fā)生急性健康問(wèn)題，例如眼睛受傷、流鼻血、指甲損傷、皮膚刺激或燒傷。慢性接觸百草枯相對(duì)較低的劑量會(huì)影響肺部、神經(jīng)系統(tǒng)、大腦、皮膚和眼睛，并且近年來(lái)除草劑暴露導(dǎo)致的死亡率最高，而不幸的是，百草枯中毒仍然沒(méi)有有效的治療方法。百草枯難以分解，即使百草枯使用30年后，在水、土壤、農(nóng)作物和牛糞中也發(fā)現(xiàn)了百草枯的存在。不僅如此，百草枯是一種神經(jīng)毒物，會(huì)對(duì)人類造成嚴(yán)重的健康問(wèn)題，例如帕金森病和腎功能障礙。百草枯最初是通過(guò)哺乳動(dòng)物肺組織中的肺泡和上皮細(xì)胞的主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程積累的，它引起嚴(yán)重的肺損傷，其特征是水腫、出血和炎性細(xì)胞浸潤(rùn)，最后形成纖維細(xì)胞增殖，膠原沉積。百草枯主要發(fā)揮其急性的毒理作用，特別是導(dǎo)致呼吸衰竭的肺水腫和支氣管或肺泡破壞[6-8]，由肺損傷和肺纖維化引起的呼吸衰竭是百草枯中毒人群死亡的最常見原因。

　　氧化還原反應(yīng)已被認(rèn)為是百草枯中毒中最重要的生物過(guò)程之一。作為一種有效的氧化應(yīng)激誘導(dǎo)劑，百草枯可通過(guò)脂質(zhì)過(guò)氧化產(chǎn)生大量活性氧(reactive oxygen species，ROS)，這不僅會(huì)破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，并在數(shù)小時(shí)至數(shù)天內(nèi)導(dǎo)致多器官功能障礙。活性氧可能導(dǎo)致進(jìn)行性炎癥，例如免疫細(xì)胞浸潤(rùn)和細(xì)胞因子分泌，基于先前的研究，在百草枯處理的巨噬細(xì)胞中，IL-1β和IL-18分泌的細(xì)胞因子顯著增加。百草枯的毒性源于其誘導(dǎo)活性氧和隨后誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激，進(jìn)入細(xì)胞后，百草枯分子被還原成不穩(wěn)定的自由基，然后再氧化形成陽(yáng)離子并產(chǎn)生超氧陰離子、羥基自由基和過(guò)氧亞硝酸鹽。這些大量形成的羥基自由基，不僅可以直接使蛋白質(zhì)、脂質(zhì)及脫氧核糖核酸等大分子物質(zhì)發(fā)生氧化損傷，還可以通過(guò)刺激細(xì)胞因子和黏附分子的表達(dá)，破壞細(xì)胞膜和細(xì)胞結(jié)構(gòu)，介導(dǎo)炎癥反應(yīng)和免疫反應(yīng)，導(dǎo)致組織細(xì)胞損傷，最終致使細(xì)胞死亡。

　　1.3 百草枯的暴露風(fēng)險(xiǎn)與限量標(biāo)準(zhǔn)

　　1.3.1 暴露風(fēng)險(xiǎn)。

　　百草枯在室溫下的水中有高溶解度，因此在農(nóng)業(yè)上大都以20%的濃縮溶液(即200 g/L)市售。在噴灑農(nóng)藥過(guò)程中百草枯的濃度通常在1～8 g/L。因此，除草劑很可能以鹽的形式殘留在水和大氣中，并可能以百草枯陽(yáng)離子和氯離子的形式存在。然而，人類接觸百草枯的途徑通常是意外或故意攝入。接觸百草枯的人的主要吸收途徑是呼吸道吸入和皮膚吸收。Staiff等[9]對(duì)百草枯皮膚和呼吸暴露進(jìn)行相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)在使用百草枯對(duì)田間施藥者和使用庭院和花園加壓分配器的人的危害極小。正如Smith[10]簡(jiǎn)要回顧的那樣，長(zhǎng)時(shí)間接觸低至5 g/L百草枯陽(yáng)離子的溶液會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)中毒，這可能通過(guò)人與皮膚的接觸而致命。在對(duì)Guyana農(nóng)村的農(nóng)民進(jìn)行了一項(xiàng)關(guān)于接觸農(nóng)業(yè)化學(xué)品造成的自我傷害的研究，結(jié)果表明，接觸除草劑百草枯仍然頻繁[11]，在被研究的人中，百草枯是人們最常用的農(nóng)業(yè)化學(xué)品之一。正如Lock等[12]說(shuō)的那樣，皮膚接觸可能是百草枯最重要的接觸途徑，因?yàn)樵诒┞豆と说暮粑鼌^(qū)中無(wú)法測(cè)量可呼吸的百草枯。在Baharuddin等[13]的最新研究中，對(duì)馬來(lái)西亞140名使用2，4-D和百草枯類農(nóng)藥的水稻農(nóng)民進(jìn)行了研究，以了解吸入和皮膚接觸的潛在風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過(guò)吸入途徑接觸這2種除草劑的程度低于NIOSH(美國(guó)國(guó)家職業(yè)安全衛(wèi)生研究所)設(shè)定的允許接觸限值。

　　1.3.2 限量標(biāo)準(zhǔn)。

　　根據(jù)最新GB 2763.1—2018《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中百草枯等43種農(nóng)藥最大殘留限量》標(biāo)準(zhǔn)，百草枯每日允許攝入量(ADI)為0.005 mg/kg，殘留物為百草枯陽(yáng)離子，以二氯百草枯表示。稻谷的最大殘留限量為0.05 mg/kg，茶葉的最大殘留限量為0.2 mg/kg;美國(guó)地下水和飲用水的最大殘留量為20 ng/L。

　　2 百草枯的檢測(cè)方法

　　2.1 色譜法

　　2.1.1 液相色譜法。

　　截至目前，高效液相色譜(high performance liquid chromatography，HPLC)是檢測(cè)百草枯最常用的檢測(cè)手法之一[14]，液相色譜法技術(shù)相對(duì)成熟，可用于檢測(cè)相對(duì)分子量大、極性強(qiáng)、高沸點(diǎn)、熱穩(wěn)定性差、不易揮發(fā)的離子型化合物，因此可以用于不同環(huán)境中百草枯的濃度測(cè)定。Rashidipour等[15]運(yùn)用鹽輔助液-液萃取(Salle)方法與反相分散液液微萃取(RP-DLLME)相結(jié)合，高效液相色譜法測(cè)定環(huán)境和食品樣品中的百草枯，該方法的回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為80%～96%和3.5%～7.5%，檢出限和定量限分別為0.02和0.09 μg/mL，成功應(yīng)用于食品和環(huán)境樣品中百草枯的測(cè)定。Hong等[16]通過(guò)高效液相色譜法測(cè)定血漿中百草枯的濃度，使用5-溴嘧啶作為內(nèi)標(biāo)，并使用三氯乙酸-甲醇(1∶9)作為蛋白質(zhì)沉淀劑，該方法在50～25 000 ng/mL(R2=0.999 8)表現(xiàn)出高度的準(zhǔn)確性和良好的線性。