磺酰脲类除草剂分子印迹检测技术研究进展

郭璐，邓启良，汪羽，秦沛，王硕

（食品营养与安全教育部重点实验室，天津科技大学食品与生物技术学院，天津 00457）

1 磺酰脲类除草剂概述

磺酰脲类除草剂主要用于稻田、大豆田和玉米田的杂草防治[1]，其化学结构通式包括磺酰脲桥、芳环及杂环三部分[2]。该类化合物属于非挥发性弱酸，对化学和热不稳定；易水解，但在有机溶剂中（烃类溶剂除外）一般较稳定，溶解度大于1 mg/100 mL[3-6]。

磺酰脲类除草剂虽然低毒、高效，但在土壤中残留时间较长，所以即使是微量残留，也会危害后茬敏感作物[1]。因此，发展快速、准确的磺酰脲类除草剂残留检测技术有着极其重要的意义。

2 磺酰脲类除草剂的检测方法

近年来，国内外科研人员提出了许多环境中的磺酰脲类除草剂的残留检测方法[7]，归结起来可分为三大类，即酶联免疫测定法[8-9]、生物测定法[10-11]和仪器分析法[12-14]。酶联免疫法[8]借助动物对外来物质产生抗体的能力测定目标物，快速、灵敏，但准确性和重复性差，且不易制备抗体；生物测定法主要依据植物的生长状况测定土壤中被分析物的残留水平[15]，虽然无需萃取、敏感度高，但分析结果只是半定量的，且测定周期长；仪器分析方法主要包括高效液相色谱法[13]、气相色谱法[14]、液相色谱-质谱联用法[16]、超临界流体色谱法[17]、高效薄层析法[18]以及毛细管电泳法[12，19-21]等。其中液相色谱-质谱联用法灵敏度最高，但是前处理技术要求高，且仪器昂贵、需要专业操作人员，不能成为各个实验室的常规检测手段；气相色谱法不能直接检测对热不稳定的磺酰脲类除草剂，必须先对样品进行复杂的衍生化处理，因此也较少使用。目前应用最广的是高效液相色谱法，但仪器本身灵敏度不够低，不能直接进样分析痕量物质，需要对样品进行富集、纯化等预处理。

3 分子印迹技术在磺酰脲类除草剂残留检测中的应用现状

分子印迹技术基本原理如下[22]：模板分子与功能单体依靠相互作用力（如氢键、共价键、离子键、范德华力、疏水相互作用以及空间位阻效应等），在合适的分散介质中形成可逆结合的复合物，当交联剂存在时，经光、热、电场以及引发剂引发，形成具有一定刚性和柔性的具有立体孔穴的高分子聚合物。之后除去模板分子，得到在空间和结合位点上与模板分子完全匹配的聚合物，即分子印迹聚合物。分子印迹聚合物不仅专一性高、制备简单，而且与天然的分子识别体系（如抗原和抗体、酶和底物）相比，具有高度的稳定性和更长的使用寿命[23]。目前已有不少报道将分子印迹聚合物作为固相萃取填料或微固相萃取涂层材料，用于分离富集复杂样品中的痕量磺酰脲类除草剂。现依据模板分子的种类，将分子印迹技术在磺酰脲类除草剂残留检测中的应用现状综述如下。

3.1 在甲磺隆中的应用

Zhu等[24]以甲磺隆为模板分子、二氯甲烷为溶剂，分别以甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、2-三氟甲基丙烯酸、丙烯酰胺为功能单体，同时分别以乙二醇二丙烯酸酯和二乙烯基苯为交联剂，采用本体聚合法合成了几种甲磺隆分子印迹聚合物。经比较，以2-三氟甲基丙烯酸和二乙烯基苯分别为功能单体和交联剂制备出的聚合物对甲磺隆吸附能力最强，并且能从甲磺隆、氯磺隆、氟磺隆、苯磺隆、醚磺隆、醚苯磺隆、苄嘧磺隆、氟胺磺隆、酰嘧磺隆、玉嘧磺隆、氟嘧磺隆、烟嘧磺隆、噻吩磺隆等13中磺隆中选择性地识别甲磺隆。随后，Zhu等[25]又将上述优化的聚合体系中的交联剂换为乙二醇二丙烯酸酯，合成了甲磺隆分子印迹聚合物。结果显示，与结构类似物氯磺隆、噻吩磺隆、烟嘧磺隆、甲嘧磺隆相比，聚合物对甲磺隆的选择能力和特异性结合能力最好。研究人员还发现，聚合物对磺酰脲类除草剂的非特异性结合能力会随水样中Ca2+浓度增加而增强，故在水样中加入乙二胺四乙酸以螯合Ca2+。Bastide等[26]用甲磺隆为模板分子、4-乙烯吡啶作功能单体、乙二醇二丙烯酸酯作交联剂、乙腈为溶剂，制备了对甲磺隆、氯磺隆、氟磺隆、氯嘧磺隆、噻吩磺隆和氟胺磺隆都具有较好结合能力的分子印迹聚合物。实验人员还尝试用2-乙烯吡啶做功能单体，但制备出的聚合物对模板分子的吸附能力不及以4-乙烯吡啶为功能单体制成的聚合物。Liu等[27]首先分别以苯乙烯、偶氮二异丁腈和聚乙烯吡咯烷酮为单体、引发剂和空间排列稳定剂，乙醇为溶剂，合成单分散的聚苯乙烯核。之后以甲磺隆为模板分子、4-乙烯基吡啶为功能单体、乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂，首次以单步溶胀聚合法合成了具有规则外形的甲磺隆分子印迹聚合物球。该分子印迹聚合物球能从甲磺隆、苯磺隆、苄嘧磺隆和噻吩磺隆中较好地识别甲磺隆。将其作为富集材料应用于实际水样的液相色谱检测，得到了很好的回收率和重现性。在聚合物制备时，分别用甲基丙烯酸和4-乙烯基吡啶做功能单体，结果显示选择4-乙烯基吡啶时聚合物的吸附能力更强。Peng等[28]首先通过硅烷化作用将双键嫁接在二氧化硅纳米颗粒的表面，然后以甲磺隆为模板分子、甲基丙烯酸为功能单体、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯为交联剂、甲苯/乙腈体积比为4/1的混合溶液为溶剂，合成了甲磺隆分子印迹聚合物涂层的二氧化硅纳米颗粒。与传统方法相比，这种结合了印迹涂层和表面富集技术的合成方法能更有效提高吸附容量。将这一分子印迹聚合物涂层的二氧化硅纳米颗粒用作固相萃取材料，可以从土壤、大米、大豆和谷物样品中提取甲磺隆、氯磺隆、苯磺隆和噻吩磺隆。尹艳凤等[29]以甲磺隆为模板分子、甲基丙烯酸及4-乙烯基吡啶为共单体、乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂、乙腈为致孔剂，用封管聚合法合成了甲磺隆分子印迹聚合物，其选择性和特异性均优于单纯以甲基丙烯酸或4-乙烯基吡啶为功能单体的二元共聚物，能够有效地从甲磺隆、氯磺隆、苯磺隆和噻吩磺隆中选择性地键合甲磺隆。陈晓明等[7]将该共聚物其作为萃取材料对稻田泥土以及池塘水样进行预处理，并用高效液相色谱测定样品中甲磺隆、氯磺隆、苯磺隆和噻吩磺隆的含量，结果令人满意。在上述三元共聚物制备的基础上，尹艳凤等[30]将致孔剂换为氯仿，重新合成了甲磺隆三元分子印迹聚合物，在有机相和水相都能对模板分子达到较高的吸附容量。

3.2 在苄嘧磺隆中的应用

汤凯洁等[31-32]用苄嘧磺隆作模板，以甲基丙烯酸、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、二氯甲烷分别为功能单体、交联剂和致孔剂，通过沉淀聚合法合成了苄嘧磺隆分子印迹聚合物，并将其作为高效液相色谱柱的填装材料，检测大豆样品中的苄嘧磺隆、甲磺隆、苯磺隆和烟嘧磺隆。结果表明，在前10 min特异性吸附和非特异性吸附同时存在，聚合物对目标物和结构类似物的吸附容量相差不大，而30 min之后特异性吸附占优势，聚合物对苄嘧磺隆的吸附能力逐渐增强。随后，汤凯洁等[33]在前述分子印迹聚合物制备基础上，将交联剂改成三甲氧基丙烷三甲基丙烯酸酯与二乙烯基苯等比例混合，并将合成的聚合物作为固相萃取材料，借助液相色谱-质谱联用技术分析大米中的苄嘧磺隆、甲磺隆、苯磺隆和烟嘧磺隆。结果表明，分子印迹固相萃取柱对上述四种磺酰脲类除草剂均能表现出良好的识别性能。Yao等[34]以苄嘧磺隆为模板分子、甲基丙烯酸为功能单体、乙二醇二丙烯酸酯作交联剂、乙腈为溶剂，设计合成了表面印迹核-壳纳米颗粒。与传统的印迹颗粒相比，该颗粒的有效印迹位点密度增加了四倍，能从苄嘧磺隆及结构类似物甲磺隆中选择吸附苄嘧磺隆。

3.3 在其他磺酰脲类除草剂中的应用

单嘧磺隆：王宁等[35]和Dong等[36]以单嘧磺隆为模板分子、甲基丙烯酸为功能单体、乙二醇二丙烯酸酯作交联剂、N，N－二甲基甲酰胺为溶剂，采用紫外光引发溶液聚合法合成了单嘧磺隆分子印迹聚合物，并以该聚合物为色谱固定相测定了单嘧磺隆及其结构类似物氯磺隆、吡虫啉及NK#94827的保留因子。结果显示，印迹聚合物对单嘧磺隆具有很好的亲和性和特定的选择性，并被成功地用作固相提取剂对土壤样品进行有效的富集与净化。王胜利等[37]以单嘧磺隆为模板分子，分别以甲基丙烯酸和丙烯酰胺为功能单体，乙二醇二丙烯酸酯作交联剂、N，N-二甲基甲酰胺为溶剂，采用紫外光引发溶液聚合法合成了两种单嘧磺隆印迹聚合物。平衡吸附实验表明，以丙烯酰胺为功能单体的印迹聚合物对单嘧磺隆及其结构类似物甲磺隆、氯磺隆和NK#94827都具有较强的保留和识别能力。

苯磺隆：柳絮飞等[38-39]以苯磺隆为模板分子，N，O-双异丁烯酰乙醇胺为交联功能单体，在不添加其他功能单体的情况下以尼龙-6膜为支持体，通过紫外引发合成了对苯磺隆分子有较高选择性的印迹膜，并用紫外分光光谱法对模板分子与交联功能单体间的相互作用进行了探讨。

氯磺隆：She等[40]以氯磺隆为模板、2-（二乙氨基）乙基甲基丙烯酸为功能单体、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯为交联剂、乙腈为溶剂，用沉淀聚合法合成了对氯磺隆、苯磺隆、甲磺隆、单嘧磺隆和噻吩磺隆都有较好吸附能力的分子印迹聚合物。当用本体聚合法合成上述聚合物时，效果欠佳。研究人员将此聚合物作为固相萃取材料对玉米样品进行预处理，借助高效液相-质谱联用技术检测其中的氯磺隆、噻吩磺隆和单嘧磺隆的含量，回收率较高。

4 结论

分子印迹技术的高度专一性和稳定性使其有望成为准确检测痕量农兽药残留的富集、纯化材料。本文介绍了磺酰脲类除草剂分子印迹技术已取得的一些成绩，但分子印迹技术在理论和应用方面还存在许多问题，比如对分子印迹识别机理和结合位点的研究较少；聚合物的制备和识别过程大多在有机溶剂中进行，不仅污染环境，也损害操作人员的健康；功能单体、交联剂和聚合方法的选择范围较小。相信随着人们对分子印迹技术的重视和相关技术的发展，分子印迹聚合物的机理研究和制备技术将更加完善，分子印迹技术也会在越来越多的领域展现自身独特的优势。

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