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荧光桃红B在水和水溶液中的光解作用

作者：L.Wang,W.-F. Cai, Q. X. Li

夏威夷大学环境生物化学系，马诺阿，檀香山，夏威夷96822，美国

收稿日期：1998年1月18日/接受日期：1998年5月4日

摘要：具有潜在光活性的杀虫剂荧光桃红B（又名焰红B，后统称焰红B）（2#39;,4#39;,5#39;,7rsquo;-四溴4,5,6,7-四氯二钠盐）会在有光源照射下的水中快速光降解。 其中的两种主要的光解产物是2#39;，4#39;，5#39;-三溴-4,5,6,7-四氯荧光素和4#39;，5#39;-二溴-4,5,6,7-四氯荧光。焰红B的光解速率受各种因素的影响，其影响因素包括溶解基质中的盐的种类，样品的PH和光源的种类。在波长254nm，在不同水样和浓度为2 % NaCl溶液中29plusmn;1度下的焰红B光解的半衰期的变化范围从0.70h到1.28h，，在波长为365nm的紫外光照射下，不同水样中焰红B的光解的半衰期变化范围为从26.3h到115h，而在冷白色荧光的照射下，不同水样中焰红B的光解半衰期变化范围为从14.1h到46.2h。在室温下将焰红B溶解在分别装有自来水，淡水或海水的烧杯中，并用阳光照射，焰红B的半衰期变化范围从10至13分钟。而在温度范围为29plusmn;1度，在pH6-8的缓冲液中，焰红B在酸性溶液中的光解速度比在碱性溶液中略快。 而在29plusmn;1度下的pH为6到8的缓冲液中分别额外加入NaF，NaCl，NaBr和NaI所得的溶液中，焰红B的光解半衰期分别为25, 32, 128和755分钟。当将焰红B溶解在磷酸钠缓冲液所得到的溶液作为对照溶液时，焰红B的半衰期为31分钟。而与缓冲液对照组相比，如果用碘化钠或碘化铵作为光稳定剂，焰红B的半衰期可以延长为对照液的24倍到27倍。

焰红B（2#39;，4#39;，5#39;-三溴-4,5,6,7-四氯荧光素二钠盐），也称为Damp;C Red No.28，是一种已经被用作药物和化妆品中的染料（FDA 1993）。 最近的研究表明，混合在食物诱饵中的焰红B对果蝇具有高度毒性。焰红B在美国环境保护局（FDA，1995年）获得实验使用许可并获得批准后，在夏威夷的咖啡，加利福尼亚的橘子和德克萨斯州的葡萄柚进行了田间研究，以控制焰红B取代马拉硫磷。

利用毛细管区带电泳和固相萃取的水中分析分析土壤中的焰红B及其类似物使用了最近开发的超临界流体萃取和高效液相色谱的方法。在急性水生毒性和酶抑制的相关研究中报道了在实验室条件下焰红B和其他氧杂蒽染料的光解作用。用分光光度法测定焰红B的光分解反应，同时还对其他氧杂蒽染料的光解进行了研究，例如对于玫瑰红，曙红，赤藓红和荧光素在辐射下与氧反应。其他环境因素对焰红B的光解前体的影响还未被完全研究，并且焰红B的光解产物是什么还没有完全阐明。

焰红B作为一种具有的潜在用途的具有光活性的杀虫剂，其对环境所造成的影响还需要更多研究信息。同时，阐明各种环境因素对其光稳定性的影响也是有必要的，我们可以利用这些研究结果对其进行修饰，从而获得适合用于控制果蝇的产品。同时我们还需要进一步控制焰红B的光解速率以在有效控制昆虫的同时不污染环境。

在这项研究中，研究了许多因素对焰红B光解的影响，这些因素包括各种光源，水的类型，盐和反应溶液的pH值。

材料及研究方法

化学试剂

焰红B购自ICN Biochemicals，并如Alcantara-Licudine等人在1997年报道的那样进行纯化。 色谱级的乙酸铵（NH 4 OAc），OPTIMA级甲醇（MeOH），乙酸乙酯（EtOAc），氯化钠，磷酸一氢钠和磷酸二氢钠购自Fisher Scientific（Pittsburgh，PA）。 溴化钠，碘化钠和硝酸钠购自Mallinckrodt 化学工业。碘化铵购自Chem Service Inc。硅胶（63-200nm）是通过Selecto Scientific公司获得的。 薄层色谱（TLC）板是厚度为1mm的PK6F二氧化硅fel 60，购于Whatman Inc。通过设定为17.8MOmega;-cm的Sybron / Barnstedt Nanopure2水系统过滤蒸馏水，得到去离子蒸馏水。

样例

焰红B溶解在去离子蒸馏水，溪流水，和海水或缓冲溶液中制备焰红B的含水样品。 溪流和海水分别来自马诺阿溪和威基基海滩，檀香山。 将这些样品通过滤纸过滤， 用Accumet 950 pH /离子计测量这些样品的pH值。 焰红B储备溶液为1.0mg / ml MeOH。

光解

溶液处理方法为将在放置在50或100ml烧杯中的焰红B体积为40ml（60ml），浓度为10ppm( 5ppm）的水溶液放置在温度为29plusmn;1℃的室内并各种光源的照射它。照射方法为将溶液从顶部（15cm）暴露于以下光源中，一个是功率为15W的紫外线（UV）灯（通用电气，G15T8，254 nm）光强度为980微摩尔每平方米每秒，由UVX辐射计的UVX-25短波传感器（UVP公司，陆地棉测量，CA）检测，两个功率为15W可见光灯（VIS）（通用电气，F15T8BLB，365nm）通过UVX-36长波传感器测量得到的光强度为508微摩尔每平方米每秒。两个15W冷白色荧光灯（Sylvania，F15T12）用量子光度计（Li-Cor，LI-250，Lincoln，NE）测量的光强度为16.1微摩尔每平方米每秒。在暴露在光源照射期间的不同时间收集小样品（1ml），并立即分析收集的样品或用铝（Al）箔覆盖并储存在冰箱（4℃）中用于随后的高效液相色谱（HPLC）分析。对照品是在相同条件下静置在室中并用铝箔覆盖保存的焰红B溶液。

在1996年8月至10月期间，在夏威夷檀香山处将处于室温下的100ml烧杯中的浓度为10ppm的体积近似100ml的焰红B水溶液在无云天气时的下午1点到4点期间暴露于阳光照射下。在阳光照射期间的不同时间收集小样品（1ml），用铝箔覆盖，并储存在冰箱（4℃）中用于后续分析。

通过将一阶方程拟合到实验数据来计算半衰期（t1/2）。一阶方程为半衰期=-In( 2 / k)，其中k是通过实验数据的线性回归分析获得的系数（时间对未反应的焰红B的百分比）。

为了获得光解产物，将在不锈钢容器（15 3 23 3 5cm）中的焰红B（2g溶解在50ml 乙醇和10ml水中）暴露于阳光下照射4小时。补充乙醇以重新溶解暴露期间形成的沉淀物。将残余物用乙酸乙酯（20ml）简单冲洗，并在蒸发乙醇后弃去乙酸乙酯的部分。加入另外20ml乙酸乙酯以溶解残余物。将溶液用无水硫酸钠干燥，并进行TLC分离光解产物。

色谱，纯化和光解的表征

在该研究中使用两种HPLC系统。一个是Perkin Elmer Model 250二元泵，其具有设置在546nm的Applied Biosystems 10005二极管阵列检测器和Hewlett Packard 3396A积分器。另一个系统是带有Spectra-Physics Spectra-100探测器和Shimadzu CR601积分仪的Dionex梯度泵。 HPLC柱是Whatman Dartisil 5 ODS-3 C-18柱（15cmtimes;8mm ID，4mu;m）（Hillsboro，OR）。为了测定光解速率，HPLC条件如Alcantara-Licudine等人在1997年所报道的那样。另一种HPLC条件也用于化学确认如下，乙腈和醋酸铵缓冲液（浓度为0.1M）分别用比为20-30,30-50和50-80％乙腈的梯度分别在15,25,35分钟内洗脱后使用。

首先在二氧化硅TLC上用溶剂系统乙酸乙酯：乙醇：乙腈：三氯甲烷：丙酮（88：6：3：2：1）纯化光解产物。用乙醇萃取产物，并通过无水硫酸钠过滤。将提取的残余物再次放在在二氧化硅薄层色谱上，并用三氯甲烷：乙腈：丙酮（45：3：2）的溶剂系统进行重新进行色谱分离。

1H-NMR光谱在General Electric QE-300光谱仪上以300MHz获得，用于CD3OD中的溶液，并且描述为多重性，偶合常数（J）以赫兹（Hz）表示，质子数和分配系数。化学位移（d，ppm）相对于内部四甲基硅烷，用具有直接插入探针和快速原子轰击（FAB）电离的VG Trio 2（VG BioTech）记录MS谱，并以相对强度的[M1]给出。两种光解产物的特征谱如下。

2#39;，4#39;，5#39;-三溴-4,5,6,7-四氯荧光素（TBTCF）：1H-NMR（CD3OD）：6.66（d，J = 9.28Hz，1H，芳香族），6.88（d，J = 9.28Hz，1H，芳香族），7.26（s，1H，芳香族）。 MS（FAB）：707（MH1,25）。

4#39;，5#39;-二溴-4,5,6,7-四氯荧光素（DBTCF）：1H-NMR（CD3OD）：6.58（d，J = 9.28Hz，2H，芳香族），6.90（d，J = 9.28Hz） ，2H，芳香族）。 MS（FAB）：662（M 2NH 3,18）。

结果和讨论

焰红B光解产物的表征

当溶解在水中的焰红B暴露在阳光照射下时，通过HPLC-UV（254nm）检测器检测到几种光解产物（见图1）。 分离出两种主要产物，鉴定为2#39;，4#39;，5#39;-三溴-4,5,6,7-四氯荧光素（TBTCF）和4#39;，5#39;-二溴-4,5,6,7- 四氯荧光素（DBTCF）。 通过质谱和1H-NMR核磁谱证实产物结构（图2）。所得到的1H-NMR谱与Weisz等人（1992,1994）反复报道的那些相同，而后者合成了这些化学物质。Tonogai等人在1979年报道了玫瑰红和赤藓红作为碘类似物用光照射脱碘。 Wilson和Heitz还注意到他们的光漂白实验中存在玫瑰红的瞬时中间体。 Tonogai等人提出了焰红B的脱溴作用可能是其的光分解途径。但是，其分解产物的结构还没有阐明。

TBTCF和DBTCF很容易进一步光降解。TBTCF和DBTCF的光解速率（数据未显示）与焰红B相似。 同时还注意到在不同的天然水样中加入的焰红B形成的溶液在使用阳光进行照射时，焰红B时光解速率会发生一些变化。这些结果引导我们去研究除光照因素外的其他各种因素对焰红B光解的影响，这些因素包括了样品的pH和加入的盐的种类和浓度等。

缓冲液浓度和pH值对焰红的光解速率的影响

将磷酸钠缓冲液（pH7.4）用作基质，研究其溶液浓度和缓冲液的pH对焰红B光解的影响。当磷酸钠缓冲液的pH=7.4时，溶液浓度在0.01-0.20 M的范围内时的光解半衰期，与在相同条件下，焰红B溶解于去离子蒸馏水中所形成的溶液的对照，焰红B的光解的半衰期变化并不大，都是在15-16分钟之间，具体数据见图表3。

而当焰红B溶解在不同pH（pH范围为6-8之间）的磷酸钠缓冲液（浓度为0.1M）中，并暴露于UV（波长为254nm）光下时，焰红B的光解速率有一些差别（图4）。与对照溶液相比，焰红B在偏酸性或中性溶液中的光解速度更快。 pH 分别为6.0, 6.4 ,7.0, 7.4和8.0的磷酸盐缓冲液中的焰红B的光解半衰期分别为19, 21, 19, 20和27分钟。 同时将焰红B溶解在水中并在黑暗中保存，则焰红B可以稳定长达数周不发生光解（数据部分显示在图表4中）。

不同无机盐对焰红B光解速率的影响

将焰红B溶解在用磷酸钠（浓度为0.1M缓冲液，pH7.4）缓冲的各种盐溶液（最终浓度为0.2M的盐）中。 当在温度在29plusmn;1度范围内将其暴露在至紫外光（波长为254nm）的照射下时，焰红B的光解速率与溶液中所添加的盐类型（例如卤素离子种类）有一定关系（数据见图5和表1）。 在缓冲液中分别加入NaF，NaCl，NaBr和NaI所得的溶液中，焰红B的光解的半衰期分别为25,32,128和755min。 在缓冲溶液中分别加入碘化铵，氯化铵和硝酸钠所得的溶液中半衰期分别为836,41和71分钟。 将焰红B溶解在磷酸钠缓冲液中所得的对照组中，焰红B的光解半衰期为31分钟。

这表明了碘化物（NaI和NH4Cl）显着增加了焰红B在水溶液中的光稳定性。 光稳定化可能是由于碘化物的荧光猝灭效应。 随着溶液中碘的浓度的增加，焰红B的光解速度逐渐降低（图6）。 当焰红B（浓度为10ppm时）溶解在缓冲液并加入碘化铵所得的溶液中时，随着碘化铵的浓度从0.05增加到0.2M，焰红B的光稳定性也增加至一个极限。 铵盐溶液中的焰红B的光解半衰期大于钠盐溶液中的光解半衰期，（焰红B在NH4cl和NH4I水溶液中的光解半衰期分别为41和836分钟，而在NaCl和NaI水溶液中光解半衰期分别为33和755分钟）。 这表明了铵盐略微减缓了焰红B的光解速度（表1）。这些结果可能对于制备适当的制剂以有效控制果蝇并降低施用率是有意义的。 氨和各种胺对于部分果蝇来说是有吸引力的，这些果蝇种类包括墨西哥果蝇和地中海果蝇（Bateman和Morton 1981; Liquido等人1993; Mazor等人1987）。 在配方中添加的碘化铵（或一些胺盐）可以增加焰红B的光稳定性，并作为果蝇的引诱剂。

在不同的人工光源和阳光照射下焰红B的光解作用

当焰红B暴露在紫外光（波长为254nm）的照射下时其半衰期为7.7-1.3h，虽然焰红B溶解在不同水样中时，焰红B也会被光降解，但在VIS（波长为365nm）和荧光灯（表2）的照射下的光分解速率相对较慢（半衰期为14-115h）。 焰红B在UV（254nm）或VIS（365nm）光下的光解速度按照溶解在河流水，自来水，盐溶液（2％NaCl），去离子蒸馏水和海水的顺序依次降低，同时，焰红B也在荧光灯的照射下也会被光降解。因此，不建议将所得的产品（焰红B）暴露各种光源的照射下。图4和表1中显示的数据与这些所描述的结果一致，并解释了为何会出现表2所示的数据。 溶液的pH可能是各种水样中焰红B的光

资料编号：[4231]