硝磺草酮懸浮體系的動態(tài)表面張力與藥效關(guān)系

遇 璐，丑靖宇

(沈陽中化農(nóng)藥化工研發(fā)有限公司 新農(nóng)藥創(chuàng)制與開發(fā)國家重點實驗室，沈陽 110021)

隨著農(nóng)藥制劑理論及應(yīng)用研究的深入發(fā)展以及 國家減施增效政策的大力推進(jìn)，農(nóng)藥制劑研發(fā)工作者不再僅僅著眼于制劑本身物性的優(yōu)劣，對藥液的藥效關(guān)注程度正在日趨加深。在談及把農(nóng)藥活性組分制備為何種劑型時，懸浮體系已經(jīng)成為首選劑型，其環(huán)保安全等特點不言而喻，但是懸浮體系作為水基化制劑存在的藥效問題，一直也是該劑型的痛點所在。如何從制劑配方開發(fā)階段提升懸浮體系的藥效，是開發(fā)制劑配方的重點。尤其對于水基化制劑用于除草劑時，如何判斷不同配方藥液的附著能力，更是研究的難點。

本文通過檢測不同制劑配方的藥液動態(tài)表面張力，以達(dá)到藥液有效快速附著、潤濕的目的，來提升藥效。表面張力是作用于液體表面，促使表面收縮的力，其方向與液面相切。從狀態(tài)上，表面張力分為靜態(tài)(平衡)表面張力和動態(tài)表面張力(dynamic surface tension，DST)。靜態(tài)表面張力是指表面活性劑在界面達(dá)到吸附平衡時的最低表面張力，而動態(tài)表面張力是指表面活性劑在達(dá)到平衡吸附前某一時刻的表面張力，是一個變化的值[1]。本研究采用MBPM法，通過毛細(xì)管將氣體注入到待測液體中，在毛細(xì)管的端部重復(fù)形成氣泡，再根據(jù)氣泡壓力的最大值和氣泡產(chǎn)生的頻率，以拉普拉斯公式計算，得到不同制劑體系的動態(tài)表面張力。通過分析30 ms到1 000 ms內(nèi)，稀釋藥液在表面吸附期的動態(tài)表面張力迅速變化，來初步判斷藥液與雜草葉面的接觸程度。最終結(jié)合室內(nèi)藥效數(shù)據(jù)，來研究藥液動態(tài)表面張力與藥效關(guān)系。

1 配方體系篩選

1.1 篩選思路

本研究以硝磺草酮為活性成分，通過潤濕分散劑的配伍篩選，開發(fā)出不同懸浮體系的制劑。由于本文的研究側(cè)重于動態(tài)表面張力與藥效的關(guān)系，因此對于懸浮體系的其他對藥效可能產(chǎn)生影響的性能盡可能作為不變量調(diào)控，如體系的粒度、pH、黏度，均控制在相同水平。通過加入不影響上述性質(zhì)的助劑，來主要考察不同懸浮體系的動態(tài)表面張力。

1.2 潤濕分散劑篩選

潤濕分散劑是固液懸浮體系中最重要的助劑，主要起到分散、懸浮、穩(wěn)定體系等作用。本文的研究中，在可制備為硝磺草酮懸浮體系制劑的基礎(chǔ)上，主要考察潤濕分散劑對于動態(tài)表面張力的影響，同時為保證制劑的一致性，來評價動態(tài)表面張力與藥效的關(guān)系，將體系的粒度、pH、懸浮率均控制在相同水平范圍[2]。

按照常規(guī)懸浮劑的制備方法，考察了SP-2728、SP-SC3、Tersperse 2500、Tersperse 4894、SPSC3266、YUS-FS3000、1601#、AEO-3的不同用量以及不同復(fù)配獲得的480 g/L硝磺草酮SC制劑，對其粒度、pH、懸浮率進(jìn)行了測定，結(jié)果見表1。

表1 潤濕分散劑篩選結(jié)果

由表1篩選結(jié)果，選擇出性能相對較優(yōu)且懸浮率、pH、粒度均可保證一致范圍的3個基礎(chǔ)配方，即1#、4#、7#。

1.3 有效降低表面張力物質(zhì)的加入

在潤濕分散劑篩選完成的3個配方基礎(chǔ)上，添加乙氧基三硅氧烷類有效降低表面張力，測定其懸浮率、pH及粒度情況，如表2所示，并對A、B、C、D、E 5個制劑樣品進(jìn)行后續(xù)的動態(tài)表面張力及室內(nèi)藥效測定。

表2 增效劑加入配方

2 動態(tài)表面張力的測定

2.1 測定溶液的配制

稱取480 g/L硝磺草酮懸浮劑制劑A、B、C、D、E的潤濕分散劑體系(僅稱取配方中潤濕分散劑組分)，然后按照室內(nèi)藥劑的使用高中低3個梯度劑量37.5、150、300 g a.i./hm2加入水進(jìn)行稀釋，折算為480 g/L (40%)硝磺草酮懸浮劑的稀釋液比例，即5個制劑樣品分別稀釋4 800倍、1 200倍、600倍，分別測定稀釋液動態(tài)表面張力。

2.2 測定原理及方法

動態(tài)表面張力是表達(dá)含有表面活性劑的溶液發(fā)生表面變形時的一個物理量，大小由表面活性劑分子傳遞到新表面的速率和表面吸附量大小所決定。液體表面形成之后，經(jīng)過約大于1 000 ms的表面張力為靜態(tài)表面張力，小于1 000 ms為動態(tài)表面張力。在此范圍內(nèi)本研究用的測量方法為MBPM方法，以高響應(yīng)精度的壓力傳感器和半徑足夠小的毛細(xì)管來控制氣流量的穩(wěn)定，再通過改變氣流流速，自動檢測氣泡壓力，后經(jīng)過儀器軟件實時計算可將壓力信號轉(zhuǎn)變?yōu)楸砻鎻埩χ礫3]。

本研究采用德國 KRUSS-BP100動態(tài)表面張力儀測定480 g/L硝磺草酮懸浮劑制劑不同稀釋倍數(shù)的動態(tài)表面張力。

2.3 測定結(jié)果

480 g/L硝磺草酮懸浮劑A、B、C、D、E 5個制劑，分別稀釋至600倍、1 200倍和4 800倍，即按照室內(nèi)藥劑的施用劑量為300、150、37.5 g a.i./hm2時，測定其從20 ms到1 000 ms的表面張力變化情況，將測定結(jié)果進(jìn)行圖形擬合及數(shù)據(jù)分析，截取藥液起始30 ms及最終1 000 ms的動態(tài)表面張力數(shù)據(jù)，如表3及圖1～圖3所示。

表3 不同稀釋倍數(shù)藥液DST變化值

3 室內(nèi)藥效的測定

3.1 供試樣品

供試藥劑：480 g/L硝磺草酮SC A、480 g/L硝磺草酮SC B、480 g/L硝磺草酮SC C、480 g/L硝磺草酮SC D、480 g/L硝磺草酮SC E。

圖1 稀釋600倍藥液DST變化趨勢

圖2 稀釋1 200倍藥液DST變化趨勢

圖3 稀釋4 800倍藥液DST變化趨勢

3.2 供試靶標(biāo)

苘麻(Abutilon theophrastiMedic.)、稗草[Echinochloacrus-galli(L.) Beauv]。

3.3 試驗方法

將定量的苘麻和稗草種子分別播于直徑為9 cm的一次性紙杯中，播后覆土0.5 cm，鎮(zhèn)壓、淋水后在溫室按常規(guī)方法培養(yǎng)。待苘麻和稗草長至3葉期，按37.5、75、150、225、300 g a.i./hm2劑量，在履帶式作物噴霧機(jī)(英國 Engineer Research Ltd.設(shè)計生產(chǎn))上進(jìn)行莖葉噴霧處理(噴霧壓力 1.95 kg/cm2，噴液量500 L/hm2，履帶速度1.48 km/h)。試驗設(shè)3次重復(fù)。處理后置于操作大廳，待藥液自然風(fēng)干后，放于溫室內(nèi)按常規(guī)方法管理，觀察并記錄供試靶標(biāo)對藥劑的反應(yīng)情況，處理后目測調(diào)查供試藥劑對雜草的防除效果。

3.4 測定結(jié)果

硝磺草酮作為玉米田重要的莖葉處理劑，以其殺草譜廣、活性高、可混性強(qiáng)、對后茬作物安全、使用靈活、環(huán)境相容性強(qiáng)等特點在我國具有較大開發(fā)價值及較好的推廣使用前景，它通過抑制羥基苯基丙酮酸酯雙氧化酶(HPPD)用于芽前和苗后，可有效防治主要的闊葉雜草和一些禾本科雜草。其中苘麻是較有代表性闊葉雜草，而稗草是有代表性的禾本科雜草。

通過對5批次40%硝磺草酮懸浮劑之間的活性試驗比較，評價5個樣品對苘麻和稗草的室內(nèi)除草活性，具體室內(nèi)活性測定結(jié)果見表4。

表4 40%硝磺草酮SC的生物活性試驗結(jié)果

4 動態(tài)表面張力與藥效的關(guān)系

動態(tài)表面張力是體現(xiàn)液體表面張力變化的一個物理量，是評價液體運動特性的關(guān)鍵物理屬性之一。目前在農(nóng)藥領(lǐng)域?qū)τ诒砻鎻埩Φ年P(guān)注，主要側(cè)重于對藥效的評價，兩者之間存在一定的關(guān)系。通過藥液動態(tài)表面張力的測定，可以在某種程度上預(yù)測評價制劑的藥效。本研究的設(shè)計正是基于此思路，以480 g/L硝磺草酮懸浮體系的不同制劑配方為主體，對其動態(tài)表面張力進(jìn)行測定，具體稀釋倍數(shù)以室內(nèi)藥效使用量的3個高中低劑量為依據(jù)。480 g/L硝磺草酮SC在 600倍、1 200倍和4 800倍稀釋下，DST(1 000 ms)與ED90關(guān)系如圖4～圖6所示。

圖4 稀釋600倍藥液DST(1 000 ms)與ED90關(guān)系

圖5 稀釋1 200倍藥液DST(1 000 ms)與ED90關(guān)系

圖6 稀釋4 800倍藥液DST(1 000 ms)與ED90關(guān)系

由圖4～圖6可知，對于禾本科的代表性雜草稗草而言，在600倍稀釋條件下，藥液在1 000 ms時的表面張力順序為D＞E＞B≈C＞A；在1 200倍稀釋條件下，藥液在1 000 ms時的表面張力順序為D＞E＞B＞C＞A；在 4 800倍稀釋條件下，藥液在1 000 ms時的表面張力順序為D＞E＞B≈C＞A。

根據(jù)表4中室內(nèi)活性部分ED90可知，5個懸浮體系對稗草的防效順序為E＞D＞C＞B＞A。從數(shù)據(jù)來看，加入乙氧基聚三硅氧烷的D配方動態(tài)表面張力最低，E配方動態(tài)表面張力略大于 D，但是由于助劑體系不同，E配方對于禾本科稗草的防效更高。

對于闊葉雜草苘麻，在600倍稀釋條件下，藥液在1 000 ms時的表面張力順序為D＞E＞B≈C＞A，在1 200倍稀釋條件下，藥液在1 000 ms時的表面張力順序為D＞E＞B＞C＞A，在4 800倍稀釋條件下，藥液在1 000 ms時的表面張力順序為D＞E＞B≈C＞A。

根據(jù)表4中室內(nèi)活性部分ED90可知，5個懸浮體系對苘麻的防效順序為 D＞E＞C＞B＞A 。從數(shù)據(jù)來看，加入乙氧基聚三硅氧烷的D配方動態(tài)表面張力最低，其對闊葉雜草苘麻的防效最高，此處與對禾本科雜草稗草有一定不同。分析原因可能由于兩種雜草的構(gòu)造特點不同，禾本科雜草葉片窄長，比闊葉雜草稍??；但闊葉雜草葉片寬且厚，所以對于動態(tài)表面張力最低的D配方，其助劑體系的影響稍小于E配方，因此，D配方對于闊葉雜草苘麻的防效較佳，E配方對于禾本科雜草稗草的防效較佳。

對于除草劑而言，藥液表面張力低于植物葉面潤濕臨界值大概25 mN/m，藥液就可以由氣孔直接滲入表皮。對于稀釋600倍條件下，D配方的動態(tài)表面力為23.14 mN/m，已經(jīng)低于雜草葉面的臨界值，那么藥液勢必更有效地滲透，藥效會更高，尤其對于葉片厚，蠟質(zhì)層稍厚的闊葉雜草會更加明顯。對于稀釋 600倍條件下，E配方的動態(tài)表面張力為31.28 mN/m，略高于葉面的臨界值，可能對于闊葉雜草的防效會有所下降。把藥液表面張力與靶標(biāo)表面張力關(guān)聯(lián)，可以初步看出，藥液表面張力越接近雜草葉面臨界表面張力值，藥液防效會越優(yōu)秀，當(dāng)偏離程度大時，除草活性會受到明顯影響。

5 結(jié) 論

通過對480 g/L硝磺草酮懸浮體系制劑的研究，進(jìn)而測定5個不同制劑配方的3種稀釋濃度液的動態(tài)表面張力，研究防治效果與動態(tài)表面張力的關(guān)系。結(jié)果顯示無論對禾本科還是闊葉雜草，懸浮體系藥液的動態(tài)表面張力的變化趨勢，在一定程度上與其藥效正相關(guān)，且對于葉片較寬厚的闊葉雜草更明顯。在制劑研究中，通過對動態(tài)表面張力的測定，對制劑配方篩選研究有一定指導(dǎo)意義。

希望通過對藥液表面特性的分析評價，有助于從更細(xì)微的角度了解制劑產(chǎn)品的特質(zhì)，有針對性地選擇適宜的助劑體系與制劑技術(shù)。后續(xù)工作中如能對動態(tài)表面張力的變化原理、機(jī)制從制劑方面加以理解研究，或?qū)⒔o農(nóng)藥在配方、工藝、噴施方式等的研究上提供新思路。