磺酰脲類除草劑分子印跡檢測(cè)技術(shù)研究進(jìn)展

郭璐，鄧啟良，汪羽，秦沛，王碩

（食品營(yíng)養(yǎng)與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津科技大學(xué)食品與生物技術(shù)學(xué)院，天津 00457）

1 磺酰脲類除草劑概述

磺酰脲類除草劑主要用于稻田、大豆田和玉米田的雜草防治[1]，其化學(xué)結(jié)構(gòu)通式包括磺酰脲橋、芳環(huán)及雜環(huán)三部分[2]。該類化合物屬于非揮發(fā)性弱酸，對(duì)化學(xué)和熱不穩(wěn)定；易水解，但在有機(jī)溶劑中（烴類溶劑除外）一般較穩(wěn)定，溶解度大于1 mg/100 mL[3-6]。

磺酰脲類除草劑雖然低毒、高效，但在土壤中殘留時(shí)間較長(zhǎng)，所以即使是微量殘留，也會(huì)危害后茬敏感作物[1]。因此，發(fā)展快速、準(zhǔn)確的磺酰脲類除草劑殘留檢測(cè)技術(shù)有著極其重要的意義。

2 磺酰脲類除草劑的檢測(cè)方法

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外科研人員提出了許多環(huán)境中的磺酰脲類除草劑的殘留檢測(cè)方法[7]，歸結(jié)起來(lái)可分為三大類，即酶聯(lián)免疫測(cè)定法[8-9]、生物測(cè)定法[10-11]和儀器分析法[12-14]。酶聯(lián)免疫法[8]借助動(dòng)物對(duì)外來(lái)物質(zhì)產(chǎn)生抗體的能力測(cè)定目標(biāo)物，快速、靈敏，但準(zhǔn)確性和重復(fù)性差，且不易制備抗體；生物測(cè)定法主要依據(jù)植物的生長(zhǎng)狀況測(cè)定土壤中被分析物的殘留水平[15]，雖然無(wú)需萃取、敏感度高，但分析結(jié)果只是半定量的，且測(cè)定周期長(zhǎng)；儀器分析方法主要包括高效液相色譜法[13]、氣相色譜法[14]、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法[16]、超臨界流體色譜法[17]、高效薄層析法[18]以及毛細(xì)管電泳法[12，19-21]等。其中液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法靈敏度最高，但是前處理技術(shù)要求高，且儀器昂貴、需要專業(yè)操作人員，不能成為各個(gè)實(shí)驗(yàn)室的常規(guī)檢測(cè)手段；氣相色譜法不能直接檢測(cè)對(duì)熱不穩(wěn)定的磺酰脲類除草劑，必須先對(duì)樣品進(jìn)行復(fù)雜的衍生化處理，因此也較少使用。目前應(yīng)用最廣的是高效液相色譜法，但儀器本身靈敏度不夠低，不能直接進(jìn)樣分析痕量物質(zhì)，需要對(duì)樣品進(jìn)行富集、純化等預(yù)處理。

3 分子印跡技術(shù)在磺酰脲類除草劑殘留檢測(cè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

分子印跡技術(shù)基本原理如下[22]：模板分子與功能單體依靠相互作用力（如氫鍵、共價(jià)鍵、離子鍵、范德華力、疏水相互作用以及空間位阻效應(yīng)等），在合適的分散介質(zhì)中形成可逆結(jié)合的復(fù)合物，當(dāng)交聯(lián)劑存在時(shí)，經(jīng)光、熱、電場(chǎng)以及引發(fā)劑引發(fā)，形成具有一定剛性和柔性的具有立體孔穴的高分子聚合物。之后除去模板分子，得到在空間和結(jié)合位點(diǎn)上與模板分子完全匹配的聚合物，即分子印跡聚合物。分子印跡聚合物不僅專一性高、制備簡(jiǎn)單，而且與天然的分子識(shí)別體系（如抗原和抗體、酶和底物）相比，具有高度的穩(wěn)定性和更長(zhǎng)的使用壽命[23]。目前已有不少報(bào)道將分子印跡聚合物作為固相萃取填料或微固相萃取涂層材料，用于分離富集復(fù)雜樣品中的痕量磺酰脲類除草劑?，F(xiàn)依據(jù)模板分子的種類，將分子印跡技術(shù)在磺酰脲類除草劑殘留檢測(cè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀綜述如下。

3.1 在甲磺隆中的應(yīng)用

Zhu等[24]以甲磺隆為模板分子、二氯甲烷為溶劑，分別以甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、2-三氟甲基丙烯酸、丙烯酰胺為功能單體，同時(shí)分別以乙二醇二丙烯酸酯和二乙烯基苯為交聯(lián)劑，采用本體聚合法合成了幾種甲磺隆分子印跡聚合物。經(jīng)比較，以2-三氟甲基丙烯酸和二乙烯基苯分別為功能單體和交聯(lián)劑制備出的聚合物對(duì)甲磺隆吸附能力最強(qiáng)，并且能從甲磺隆、氯磺隆、氟磺隆、苯磺隆、醚磺隆、醚苯磺隆、芐嘧磺隆、氟胺磺隆、酰嘧磺隆、玉嘧磺隆、氟嘧磺隆、煙嘧磺隆、噻吩磺隆等13中磺隆中選擇性地識(shí)別甲磺隆。隨后，Zhu等[25]又將上述優(yōu)化的聚合體系中的交聯(lián)劑換為乙二醇二丙烯酸酯，合成了甲磺隆分子印跡聚合物。結(jié)果顯示，與結(jié)構(gòu)類似物氯磺隆、噻吩磺隆、煙嘧磺隆、甲嘧磺隆相比，聚合物對(duì)甲磺隆的選擇能力和特異性結(jié)合能力最好。研究人員還發(fā)現(xiàn)，聚合物對(duì)磺酰脲類除草劑的非特異性結(jié)合能力會(huì)隨水樣中Ca2+濃度增加而增強(qiáng)，故在水樣中加入乙二胺四乙酸以螯合Ca2+。Bastide等[26]用甲磺隆為模板分子、4-乙烯吡啶作功能單體、乙二醇二丙烯酸酯作交聯(lián)劑、乙腈為溶劑，制備了對(duì)甲磺隆、氯磺隆、氟磺隆、氯嘧磺隆、噻吩磺隆和氟胺磺隆都具有較好結(jié)合能力的分子印跡聚合物。實(shí)驗(yàn)人員還嘗試用2-乙烯吡啶做功能單體，但制備出的聚合物對(duì)模板分子的吸附能力不及以4-乙烯吡啶為功能單體制成的聚合物。Liu等[27]首先分別以苯乙烯、偶氮二異丁腈和聚乙烯吡咯烷酮為單體、引發(fā)劑和空間排列穩(wěn)定劑，乙醇為溶劑，合成單分散的聚苯乙烯核。之后以甲磺隆為模板分子、4-乙烯基吡啶為功能單體、乙二醇二甲基丙烯酸酯為交聯(lián)劑，首次以單步溶脹聚合法合成了具有規(guī)則外形的甲磺隆分子印跡聚合物球。該分子印跡聚合物球能從甲磺隆、苯磺隆、芐嘧磺隆和噻吩磺隆中較好地識(shí)別甲磺隆。將其作為富集材料應(yīng)用于實(shí)際水樣的液相色譜檢測(cè)，得到了很好的回收率和重現(xiàn)性。在聚合物制備時(shí)，分別用甲基丙烯酸和4-乙烯基吡啶做功能單體，結(jié)果顯示選擇4-乙烯基吡啶時(shí)聚合物的吸附能力更強(qiáng)。Peng等[28]首先通過(guò)硅烷化作用將雙鍵嫁接在二氧化硅納米顆粒的表面，然后以甲磺隆為模板分子、甲基丙烯酸為功能單體、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯為交聯(lián)劑、甲苯/乙腈體積比為4/1的混合溶液為溶劑，合成了甲磺隆分子印跡聚合物涂層的二氧化硅納米顆粒。與傳統(tǒng)方法相比，這種結(jié)合了印跡涂層和表面富集技術(shù)的合成方法能更有效提高吸附容量。將這一分子印跡聚合物涂層的二氧化硅納米顆粒用作固相萃取材料，可以從土壤、大米、大豆和谷物樣品中提取甲磺隆、氯磺隆、苯磺隆和噻吩磺隆。尹艷鳳等[29]以甲磺隆為模板分子、甲基丙烯酸及4-乙烯基吡啶為共單體、乙二醇二甲基丙烯酸酯為交聯(lián)劑、乙腈為致孔劑，用封管聚合法合成了甲磺隆分子印跡聚合物，其選擇性和特異性均優(yōu)于單純以甲基丙烯酸或4-乙烯基吡啶為功能單體的二元共聚物，能夠有效地從甲磺隆、氯磺隆、苯磺隆和噻吩磺隆中選擇性地鍵合甲磺隆。陳曉明等[7]將該共聚物其作為萃取材料對(duì)稻田泥土以及池塘水樣進(jìn)行預(yù)處理，并用高效液相色譜測(cè)定樣品中甲磺隆、氯磺隆、苯磺隆和噻吩磺隆的含量，結(jié)果令人滿意。在上述三元共聚物制備的基礎(chǔ)上，尹艷鳳等[30]將致孔劑換為氯仿，重新合成了甲磺隆三元分子印跡聚合物，在有機(jī)相和水相都能對(duì)模板分子達(dá)到較高的吸附容量。

3.2 在芐嘧磺隆中的應(yīng)用

湯凱潔等[31-32]用芐嘧磺隆作模板，以甲基丙烯酸、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、二氯甲烷分別為功能單體、交聯(lián)劑和致孔劑，通過(guò)沉淀聚合法合成了芐嘧磺隆分子印跡聚合物，并將其作為高效液相色譜柱的填裝材料，檢測(cè)大豆樣品中的芐嘧磺隆、甲磺隆、苯磺隆和煙嘧磺隆。結(jié)果表明，在前10 min特異性吸附和非特異性吸附同時(shí)存在，聚合物對(duì)目標(biāo)物和結(jié)構(gòu)類似物的吸附容量相差不大，而30 min之后特異性吸附占優(yōu)勢(shì)，聚合物對(duì)芐嘧磺隆的吸附能力逐漸增強(qiáng)。隨后，湯凱潔等[33]在前述分子印跡聚合物制備基礎(chǔ)上，將交聯(lián)劑改成三甲氧基丙烷三甲基丙烯酸酯與二乙烯基苯等比例混合，并將合成的聚合物作為固相萃取材料，借助液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)分析大米中的芐嘧磺隆、甲磺隆、苯磺隆和煙嘧磺隆。結(jié)果表明，分子印跡固相萃取柱對(duì)上述四種磺酰脲類除草劑均能表現(xiàn)出良好的識(shí)別性能。Yao等[34]以芐嘧磺隆為模板分子、甲基丙烯酸為功能單體、乙二醇二丙烯酸酯作交聯(lián)劑、乙腈為溶劑，設(shè)計(jì)合成了表面印跡核-殼納米顆粒。與傳統(tǒng)的印跡顆粒相比，該顆粒的有效印跡位點(diǎn)密度增加了四倍，能從芐嘧磺隆及結(jié)構(gòu)類似物甲磺隆中選擇吸附芐嘧磺隆。

3.3 在其他磺酰脲類除草劑中的應(yīng)用

單嘧磺?。和鯇幍萚35]和Dong等[36]以單嘧磺隆為模板分子、甲基丙烯酸為功能單體、乙二醇二丙烯酸酯作交聯(lián)劑、N，N－二甲基甲酰胺為溶劑，采用紫外光引發(fā)溶液聚合法合成了單嘧磺隆分子印跡聚合物，并以該聚合物為色譜固定相測(cè)定了單嘧磺隆及其結(jié)構(gòu)類似物氯磺隆、吡蟲啉及NK#94827的保留因子。結(jié)果顯示，印跡聚合物對(duì)單嘧磺隆具有很好的親和性和特定的選擇性，并被成功地用作固相提取劑對(duì)土壤樣品進(jìn)行有效的富集與凈化。王勝利等[37]以單嘧磺隆為模板分子，分別以甲基丙烯酸和丙烯酰胺為功能單體，乙二醇二丙烯酸酯作交聯(lián)劑、N，N-二甲基甲酰胺為溶劑，采用紫外光引發(fā)溶液聚合法合成了兩種單嘧磺隆印跡聚合物。平衡吸附實(shí)驗(yàn)表明，以丙烯酰胺為功能單體的印跡聚合物對(duì)單嘧磺隆及其結(jié)構(gòu)類似物甲磺隆、氯磺隆和NK#94827都具有較強(qiáng)的保留和識(shí)別能力。

苯磺?。毫躏w等[38-39]以苯磺隆為模板分子，N，O-雙異丁烯酰乙醇胺為交聯(lián)功能單體，在不添加其他功能單體的情況下以尼龍-6膜為支持體，通過(guò)紫外引發(fā)合成了對(duì)苯磺隆分子有較高選擇性的印跡膜，并用紫外分光光譜法對(duì)模板分子與交聯(lián)功能單體間的相互作用進(jìn)行了探討。

氯磺?。篠he等[40]以氯磺隆為模板、2-（二乙氨基）乙基甲基丙烯酸為功能單體、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯為交聯(lián)劑、乙腈為溶劑，用沉淀聚合法合成了對(duì)氯磺隆、苯磺隆、甲磺隆、單嘧磺隆和噻吩磺隆都有較好吸附能力的分子印跡聚合物。當(dāng)用本體聚合法合成上述聚合物時(shí)，效果欠佳。研究人員將此聚合物作為固相萃取材料對(duì)玉米樣品進(jìn)行預(yù)處理，借助高效液相-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)檢測(cè)其中的氯磺隆、噻吩磺隆和單嘧磺隆的含量，回收率較高。

4 結(jié)論

分子印跡技術(shù)的高度專一性和穩(wěn)定性使其有望成為準(zhǔn)確檢測(cè)痕量農(nóng)獸藥殘留的富集、純化材料。本文介紹了磺酰脲類除草劑分子印跡技術(shù)已取得的一些成績(jī)，但分子印跡技術(shù)在理論和應(yīng)用方面還存在許多問(wèn)題，比如對(duì)分子印跡識(shí)別機(jī)理和結(jié)合位點(diǎn)的研究較少；聚合物的制備和識(shí)別過(guò)程大多在有機(jī)溶劑中進(jìn)行，不僅污染環(huán)境，也損害操作人員的健康；功能單體、交聯(lián)劑和聚合方法的選擇范圍較小。相信隨著人們對(duì)分子印跡技術(shù)的重視和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，分子印跡聚合物的機(jī)理研究和制備技術(shù)將更加完善，分子印跡技術(shù)也會(huì)在越來(lái)越多的領(lǐng)域展現(xiàn)自身獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

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