50%氟環(huán)唑·甲基硫菌靈懸浮劑儲(chǔ)存過(guò)程中晶體結(jié)構(gòu)研究

戴焰林，李書(shū)香，鄭 玥

(江蘇省中江海外進(jìn)出口有限公司，南京210023)

農(nóng)藥懸浮劑因其藥效好、施用方便、水基化、綠色環(huán)保等特點(diǎn)成為近年來(lái)我國(guó)農(nóng)藥制劑的主力劑型[1]。但作為熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，懸浮劑在儲(chǔ)存過(guò)程中容易出現(xiàn)分層、沉降等物理穩(wěn)定性問(wèn)題，是開(kāi)發(fā)者關(guān)注的重點(diǎn)[2-3]。

50%氟環(huán)唑·甲基硫菌靈懸浮劑是一種適用范圍廣、成本低、效果好的殺菌劑組合物，兼具預(yù)防和治療作用，可用于防治小麥白粉病、條銹病和赤霉病[4-5]。筆者在生產(chǎn)50%氟環(huán)唑·甲基硫菌靈懸浮劑產(chǎn)品時(shí)發(fā)現(xiàn)，該產(chǎn)品在儲(chǔ)存過(guò)程中，極易形成大尺寸的結(jié)晶顆粒，導(dǎo)致分層、結(jié)底、懸浮率下降、堵噴頭等問(wèn)題。為此，本文重點(diǎn)分析了50%氟環(huán)唑·甲基硫菌靈懸浮劑儲(chǔ)存過(guò)程中晶體顆粒的結(jié)構(gòu)和形貌，探討其顆粒長(zhǎng)大的根本原因，以期為解決類(lèi)似產(chǎn)品的儲(chǔ)存穩(wěn)定性提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 原藥與助劑

原藥：97%甲基硫菌靈(thiophanate-methyl)原藥(安徽廣信農(nóng)化股份有限公司)，98%氟環(huán)唑(epoxiconazole)原藥(江蘇七洲綠色化工股份有限公司)。

表面活性劑：高分子梳狀共聚物分散劑Atlox 4913(英國(guó)禾大公司)；烷基萘磺酸鹽甲醛縮合物Morwet D-425[諾力昂特種化學(xué)(上海)有限公司]；烷基醇聚氧乙烯醚TergitolTMW-600(陶氏化學(xué))；增稠劑：黃原膠(淄博中軒生化有限公司)、硅酸鎂鋁(蘇州中材礦物材料分公司)；防凍劑：丙二醇(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；消泡劑：有機(jī)硅消泡劑(南京立人高分子材料科技有限公司)；防腐劑：卡松(南京古田化工有限公司)；均為市購(gòu)。

1.2 主要儀器

200 mL立式砂磨機(jī)(上海賽杰化工設(shè)備公司)；T18型數(shù)顯型高剪切均質(zhì)乳化機(jī)(德國(guó)IKA集團(tuán))；BT-9300型激光粒度分布儀(丹東百特儀器有限公司)；TGA/DSC型同步熱分析儀(瑞士梅特勒-托利多公司)；D8 ADVANCE X型射線粉末衍射儀(德國(guó)Bruker公司)；CAD4/PCX型射線單晶衍射儀(荷蘭Enraf-Noius公司)；Quanta FEG250型掃描電子顯微鏡(美國(guó)FEI公司)。

1.3 試樣制備

采用濕法研磨工藝，將氟環(huán)唑原藥、甲基硫菌靈原藥、潤(rùn)濕劑、分散劑、增稠劑、防凍劑、消泡劑、防腐劑按比例與水混合，使用高速剪切機(jī)以1 800 r/min的轉(zhuǎn)速預(yù)分散剪切10~15 min，然后將剪切好的混合物料轉(zhuǎn)入砂磨機(jī)，按體積比1∶1加入氧化鋯珠，在2 000 r/min的轉(zhuǎn)速下砂磨2 h，采用激光粒度分析儀檢測(cè)粒徑，待粒徑D90控制在5 μm以下，過(guò)濾得到50%氟環(huán)唑·甲基硫菌靈懸浮劑樣品。

將上述方法制備的50%氟環(huán)唑·甲基硫菌靈懸浮劑樣品，常溫放置4周，用200目篩網(wǎng)過(guò)濾得到固體物質(zhì)，蒸餾水清洗、烘干，得到結(jié)晶顆粒物(以下稱(chēng)結(jié)晶物)。

將氟環(huán)唑原藥、甲基硫菌靈原藥按配方含量混均，得到物理混合物(以下稱(chēng)混合物)。

1.4 粒度分析

采用BT-9300型激光粒度分布儀對(duì)新制備的50%氟環(huán)唑·甲基硫菌靈懸浮劑樣品和常溫儲(chǔ)存4周的樣品分別進(jìn)行粒度分布測(cè)試。設(shè)置顆粒折射率1.52，介質(zhì)折射率1.33，激光遮光度范圍8%~15%。

1.5 X射線粉末衍射分析(PXRD)

采用D8-ADVANCE型X射線粉末衍射儀對(duì)氟環(huán)唑原藥、甲基硫菌靈原藥、混合物和結(jié)晶物進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試條件：石墨單色器，Cu-Kα輻射，波長(zhǎng)1.541?，管電壓40 kV，管電流40 mA，連續(xù)掃描模式，步長(zhǎng)0.01°，掃描速度5°/min，掃描范圍2θ為3°~40°。

1.6 單晶X射線衍射分析(SCXRD)

采用CAD4/PCX射線單晶衍射儀對(duì)結(jié)晶物的晶胞參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試條件：石墨單色器，Cu-Kα輻射，波長(zhǎng)1.54178?，溫度293 K。

1.7 掃描電鏡分析(SEM)

采用Quanta FEG250掃描電子顯微鏡對(duì)氟環(huán)唑原藥、甲基硫菌靈原藥和結(jié)晶物的形貌進(jìn)行觀察比較。

2 結(jié)果與討論

2.1 粒度分布

通過(guò)激光粒度分析儀可以測(cè)定懸浮劑樣品中固體懸浮顆粒的粒徑大小分布，直觀的判斷懸浮劑固體顆粒在儲(chǔ)存過(guò)程中變化。50%氟環(huán)唑·甲基硫菌靈懸浮劑樣品在常溫放置4周后，粒度分布D50從1.504μm增長(zhǎng)到56.47μm，D90從3.650μm增長(zhǎng)到124.0μm，表明產(chǎn)品中固體懸浮顆粒粒徑有明顯增長(zhǎng)(圖1)。

圖1 新制備(a)樣品和儲(chǔ)存4周(b)樣品粒徑分布對(duì)比圖

2.2 X射線粉末衍射圖PXRD分析

每一種晶體的X射線粉末衍射圖譜都是獨(dú)特的，衍射圖譜的位置和強(qiáng)度均具有獨(dú)特的性質(zhì)。當(dāng)新晶體生成的時(shí)候，在粉末衍射圖譜中就會(huì)有新的衍射峰出現(xiàn)及舊的衍射峰消失[6]。對(duì)比原材料與制備的樣品PXRD曲線的差異，可以判斷原材料之間存在相互作用。

圖2為氟環(huán)唑原藥、甲基硫菌靈原藥、混合物和結(jié)晶物的PXRD圖譜。通過(guò)分析PRXD圖譜可知：混合物的PXRD圖譜是氟環(huán)唑和甲基硫菌靈PXRD圖譜的疊加，而結(jié)晶物的PXRD圖譜中，氟環(huán)唑在2θ=7.21°、14.52°、20.76°處的特征峰消失，而甲基硫菌靈在2θ=10.55°、13.33°、21.21°、22.77°、27.21°處的特征峰消失，在2θ=9.90°、18.01°、19.81°處產(chǎn)生新的強(qiáng)衍射峰，新的衍射峰不屬于氟環(huán)唑和甲基硫菌靈，說(shuō)明有新的晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生，判定出現(xiàn)了不同于2者的新的結(jié)晶物質(zhì)。

圖2 氟環(huán)唑原藥、甲基硫菌靈原藥、混合物和結(jié)晶物的PXRD圖

2.3 單晶X射線衍射圖SCXRD分析

結(jié)晶物樣品的SCXRD相關(guān)的晶體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1?？梢?jiàn)，主要的晶體學(xué)參數(shù)：三斜晶系，手性空間群為P-1，晶胞參數(shù)為a=9.803 9(1)?、b=11.966 2(1)?、c=15.241 8(2)?、α=94.746(1)°、β=108.656(1)°、γ=110.826(1)°，晶體體積為1 543.99(3)?3，晶體尺寸為0.20 mm×0.10 mm×0.10 mm，說(shuō)明結(jié)晶物是氟環(huán)唑和甲基硫菌靈形成的共晶，共晶結(jié)構(gòu)屬于三斜晶系的P-1空間群，其不對(duì)稱(chēng)單元結(jié)構(gòu)中含有1個(gè)氟環(huán)唑分子和1個(gè)甲基硫菌靈分子，氟環(huán)唑和甲基硫菌靈分子主要通過(guò)N-H…N和N-H…F等氫鍵作用力形成超分子共晶。共晶體系的最小不對(duì)稱(chēng)單元結(jié)構(gòu)和晶胞堆積圖如圖3所示。

表1 結(jié)晶物樣品單晶X射線衍射晶體數(shù)據(jù)

圖3 共晶體系的最小不對(duì)稱(chēng)單元結(jié)構(gòu)(a)和晶胞堆積圖(b)

2.4 掃描電鏡(SEM)分析

氟環(huán)唑原藥、甲基硫菌靈原藥和結(jié)晶物的SEM圖見(jiàn)圖4。由圖4可知：結(jié)晶物的外觀與氟環(huán)唑原藥和甲基硫菌靈原藥明顯不同，氟環(huán)唑原藥為棒狀晶體，甲基硫菌靈原藥為棱狀晶體，結(jié)晶物為多邊柱狀晶體，具有明顯的形成共晶的特征。

圖4 氟環(huán)唑原藥(A)、甲基硫菌靈原藥(B)和結(jié)晶物(C)的SEM圖

3 結(jié) 論

本試驗(yàn)證實(shí)以濕法研磨工藝制備的50%氟環(huán)唑·甲基硫菌靈懸浮劑在常溫儲(chǔ)存過(guò)程中產(chǎn)生的沉淀晶體顆粒是氟環(huán)唑和甲基硫菌靈相互作用形成的共晶，屬于三斜晶系P-1空間群，是由1個(gè)氟環(huán)唑分子和1個(gè)甲基硫菌靈分子組成的基本結(jié)構(gòu)單元，并提出形成氟環(huán)唑-甲基硫菌靈共晶導(dǎo)致顆粒粒徑增長(zhǎng)是50%氟環(huán)唑·甲基硫菌靈懸浮劑儲(chǔ)存穩(wěn)定性變差的主要因素。