農(nóng)藥可分散油懸浮劑的制備、發(fā)展現(xiàn)狀及展望

胡 帥, 上官文杰, 程雪健, 李北興,黃啟良, 曹立冬*,

(1.山東農(nóng)業(yè)大學 植物保護學院，山東 泰安 271018；2.中國農(nóng)業(yè)科學院 植物保護研究所，北京 100193)

化學農(nóng)藥存在研發(fā)周期長、成本高等問題。據(jù)估計，公司需篩選至少14 萬種化合物，才能找到一種新的、商業(yè)上可接受的合成農(nóng)藥[1]，而合適的農(nóng)藥劑型可以延長其生命力。因此，近年來農(nóng)藥劑型的研發(fā)與優(yōu)化受到國家和科研人員的重視[2]。農(nóng)藥劑型的選擇不僅由原藥性質(zhì)決定，還要結(jié)合安全性、環(huán)保性和省力化等因素綜合考量[3]。乳油、粉劑、可濕性粉劑等傳統(tǒng)劑型，由于使用了大量有機溶劑或容易出現(xiàn)粉塵污染、易出現(xiàn)藥害、持效期短等原因，登記比例逐年下降，而環(huán)境友好的水基化、省力化劑型如懸浮劑、可溶液劑、水分散粒劑、展膜油劑、可分散油懸浮劑等登記比例不斷上升[4-5]。從2010—2021 年主要劑型與當年登記劑型總量比率 (圖1) 來看，乳油、可濕性粉劑的占比呈明顯的下降趨勢，而懸浮劑、可分散油懸浮劑、水分散粒劑等環(huán)境友好劑型占比穩(wěn)步增加，且發(fā)展較快，2010—2021 年的年均增長率分別為28.9%、27.9%和23.2%。其中可分散油懸浮劑登記比例穩(wěn)步攀升，未來有較大的市場潛力和較高的研究價值。

圖1 主要劑型與當年登記劑型總量比率Fig.1 Ratio of main pesticide formulations to total registered formulations in the year

在GB/T 19378—2017《農(nóng)藥劑型名稱及代碼》中，可分散油懸浮劑 (oil-based suspension concentrate，oil dispersion, OD) 的定義為：有效成分以固體微粒分散在非水介質(zhì)中形成的穩(wěn)定的懸浮液體制劑。其有以下兩大特點：一是使用植物油、礦物油等分散介質(zhì)，具有安全、環(huán)保的特點[6]；二是具有保護有效成分[7-8]、減少霧滴飄移[9]、提高霧滴在作物表面的黏附性[10]、滲透性[11-14]及潤濕展布性 (圖2)[15]等性能，最終使藥劑的防治效果有一定的提升，利于提高農(nóng)藥利用率。目前，可分散油懸浮劑登記數(shù)量、專利申請數(shù)量逐年增加，但與其相關(guān)的理論研究亟待完善。國內(nèi)對可分散油懸浮劑的研究較少，且大多仿照水懸浮劑進行制備及助劑篩選，然而由于水基與油基性質(zhì)差異較大，許多適用于水基的助劑在油基中的作用甚微。此外，由于可分散油懸浮劑使用的分散介質(zhì)品質(zhì)差異較大，且密度一般低于水，因此制劑的物理穩(wěn)定性較差，并且分散介質(zhì)多為混合物，在乳化分散方面具有一定困難。因此，明確助劑的作用原理、選擇合適的篩選方法是助劑選取的必要前提。此前已有專家、學者對可分散油懸浮劑在制備過程中常見的問題及解決方案進行了綜述，本文在此基礎(chǔ)上將常見問題的原因、解決方法等內(nèi)容在理論層面進行了解釋與討論，并將較為科學、精確和高效的儀器測試方法及測試指標進行總結(jié)，形成了一套較為合理的配方篩選方法，替代傳統(tǒng)的經(jīng)驗法或嘗試法。此外，本文對國內(nèi)外專利的登記情況和配方組成進行了總結(jié)分析，并對該領(lǐng)域未來發(fā)展進行展望，以期為推動可分散油懸浮劑的高質(zhì)量發(fā)展提供借鑒與參考。

圖2 石蠟油、礦物油和植物油在葉面的鋪展狀態(tài)[15]Fig.2 Spreading state of paraffin oil, mineral oil, and vegetable oil on leaf surface[15]

1 可分散油懸浮劑的發(fā)展現(xiàn)狀

農(nóng)藥可分散油懸浮劑最初在20 世紀70 年代進入人們視野，而我國于2004 年才有了相應的產(chǎn)品登記及生產(chǎn)，近15 年產(chǎn)品登記數(shù)量逐年上升，但由于我國可分散油懸浮劑中的分散介質(zhì)質(zhì)量良莠不齊，且缺乏配套的乳化劑、分散劑和增稠劑(抗沉降劑)，且生產(chǎn)成本較高等原因，導致對可分散油懸浮劑的研究投入較少，從而限制了可分散油懸浮劑的發(fā)展。據(jù)中國農(nóng)藥信息網(wǎng)登記顯示，截至2022 年8 月1 日已有1582 個可分散油懸浮劑產(chǎn)品登記，其中除草劑1515 個，殺蟲劑51 個，殺菌劑、植物生長調(diào)節(jié)劑各為8 個 (圖3)[16]。其中除草劑的登記數(shù)量較多，且以煙嘧磺隆及其復配產(chǎn)品最多，高達609 個，其次是莠去津、硝磺草酮、五氟磺草氨和氰氟草酯，依次為435、253、239和176 個[16]。究其原因，可能有以下3 點：1) 煙嘧磺隆為內(nèi)吸性除草劑，制備成可分散油懸浮劑后，能提高藥劑的滲透性，并最終使更多的有效成分到達靶標發(fā)揮作用。2) 煙嘧磺隆在油中物理穩(wěn)定性較好，若制備為水基化劑型或可濕性粉劑等固體劑型，在施藥后其隨著水分的蒸發(fā)而逐漸聚集、析出，最終在葉片上的粒徑、藥劑分布的均勻程度變差，不利于藥劑發(fā)揮作用；制備為可分散油懸浮劑后，其有效成分在油滴中，油蒸發(fā)速度慢，效果較好。3) 可分散油懸浮劑中油類的使用提高了有效成分在葉片上的黏附、抗沖刷性能，延長了其持效期。

圖3 可分散油懸浮劑近年登記數(shù)量和登記種類 (數(shù)據(jù)來源于中國農(nóng)藥信息網(wǎng)[16])Fig.3 The number and type of oil-based suspension concentrate registered in recent years(The data came from China Pesticide Information Network[16])

此外，生物農(nóng)藥中的活體微生物農(nóng)藥也多加工成可分散油懸浮劑，并已成功防治多種類別的蚜蟲[17]。據(jù)中國農(nóng)藥信息網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示，目前微生物農(nóng)藥主要劑型為可濕性粉劑[16]，不能很好地解決活體微生物農(nóng)藥保質(zhì)期短、孢子耐受性差和田間持效期短等問題[18-19]，而可分散油懸浮劑可以使微生物免受高溫、干燥以及紫外線的影響，防治效果相較于可濕性粉劑有一定提升，是生物農(nóng)藥的潛力劑型[20-21]。

據(jù)專利之星統(tǒng)計顯示，我國可分散油懸浮劑專利申請數(shù)量、專利授權(quán)率不斷上升 (圖4)[22]。為了更清晰地了解可分散油懸浮劑目前的專利登記情況、常用助劑種類及用量，本文統(tǒng)計了可分散油懸浮劑目前國內(nèi)外專利登記情況，共計146 項，均為中國公司申請，2 項為國際專利，其余144 項均為中國專利，其中以除草劑共90 項，殺蟲劑31 項、殺菌劑18 項、殺線蟲劑1項，其余6 項為可分散油懸浮劑配方的篩選專利。

圖4 可分散油懸浮劑近年專利申請情況Fig.4 Patent applications of oil-based suspension concentrate in recent years

通過對可分散油懸浮劑相關(guān)專利的分析與整理，總結(jié)了其常用助劑、分散介質(zhì)和制備工藝，見表1。其中助劑所涉及種類較多，詳細種類見支撐材料電子版。乳化劑以酯醚、酚醚為主，如常見的吐溫系列、農(nóng)乳系列等；分散劑以聚羧酸鹽、萘磺酸鹽、嵌段聚合物為主；增稠劑以有機膨潤土為主；分散介質(zhì)以大豆油、油酸甲酯、礦物油為主；所用工藝均為介質(zhì)研磨。

表1 可分散油懸浮劑現(xiàn)有專利常用助劑、分散介質(zhì)及制備工藝Table 1 Surfactant, dispersion medium and preparation process of oil-based suspension concentrate

2 可分散油懸浮劑的制備方法

可分散油懸浮劑中的原藥通常以顆粒形式存在，而顆粒的制備方法有自上而下法和自下而上法。自上而下法是將大的藥物顆粒通過外力作用使其粒徑降低，在實際生產(chǎn)與試驗中較為常見，主要包括介質(zhì)砂磨和高壓均質(zhì)兩種方法。自下而上法需要將原藥溶解，通過誘導單個藥物分子之間的相互作用形成納米級的顆粒，常見的為沉淀法。但由于溶解原藥的有機溶劑不易尋找，并且在加工過程中不易剔除等原因?qū)е略摲椒ㄏ鄬碗s，普適性較差，不易工業(yè)化生產(chǎn)，因此在農(nóng)藥劑型加工中應用較少[23]。本文主要介紹介質(zhì)研磨法和高壓均質(zhì)法。

2.1 介質(zhì)研磨法

介質(zhì)砂磨法是將準備好的物料投入砂磨機中，根據(jù)物料的投入量加入一定比例的研磨介質(zhì)(如鋯珠)，通過機械研磨將原藥顆粒研磨至一定尺寸范圍后，即可用于制備可分散油懸浮劑。Stokes公式表明，顆粒的尺寸越小、與分散介質(zhì)的密度差越小，則體系越穩(wěn)定；分散介質(zhì)的黏度越高，則體系越穩(wěn)定。但從生產(chǎn)相關(guān)的角度看，不能一味追求小尺寸，須考慮能源效率和生產(chǎn)能力，強調(diào)工藝優(yōu)化的重要性。

目前已有相關(guān)模型對介質(zhì)研磨的工藝變量 (如攪拌速度、研磨珠的類型、尺寸和添加量和懸浮液流速等) 對破碎動力學、比能耗、介質(zhì)磨損和所需產(chǎn)品細度及所需的研磨時間的影響進行分析預測[24-25]。Flach 等[26]引入應力模型和微流體動力模型對生產(chǎn)工藝進行了優(yōu)化，兩種模型雖有不同的物理假設(shè)和復雜性，但原藥和研磨機器確定后，兩種方法都可以實現(xiàn)工藝優(yōu)化。此外，Romeis 等[27]發(fā)現(xiàn)，介質(zhì)研磨中物料顆粒的粉碎并不是單純的使其物理尺寸減小，而是一種涉及機械化學反應的過程。所謂機械化學反應是指因吸收機械能而引起的化學反應。在研磨過程中藥物顆粒的機械化學反應主要與溶劑有關(guān)，不同的溶劑對最終產(chǎn)物的形貌、結(jié)構(gòu)、溶解度存在一定的影響。

2.2 高壓均質(zhì)法

高壓均質(zhì)法是將物料投入機器中，通過往復運動的柱塞泵將其擠入一個狹小的縫隙中，顆粒在縫隙中所受到的壓力很高，而通過縫隙后受到的壓力較小，因此，通過縫隙瞬間噴射出來的顆粒受到較大的爆破力，從而使顆粒尺寸減小。此外，顆粒之間的相互撞擊以及剪切力等對顆粒尺寸減小也有一定協(xié)助作用。

高壓均質(zhì)法的優(yōu)化方式與介質(zhì)砂磨法相似，也是通過構(gòu)建高壓均質(zhì)機的數(shù)學模型，利用流體動力學進行仿真計算，從而優(yōu)化機器的結(jié)構(gòu)及參數(shù)，以解決均質(zhì)過程中出現(xiàn)的高壓、過熱等問題[28]。Taghinia 等[29]對流場進行了RAST 和DSM 模型研究，并通過試驗證明了該模型的有效性。Casoli 等[30]建立了均質(zhì)機壓力模型，其數(shù)值模擬結(jié)果與實測值相吻合。

砂磨機和高壓均質(zhì)機的儀器原理示意圖如圖5所示。

圖5 砂磨機和高壓均質(zhì)機的儀器原理示意圖Fig.5 Instrument principle diagram of sand mill and high pressure homogenizer

3 可分散油懸浮劑加工難點與配方篩選方法

可分散油懸浮劑主要由農(nóng)藥活性成分、助劑、分散介質(zhì)3 部分構(gòu)成。通過對48 篇可分散油懸浮劑配方篩選的文獻進行分析，總結(jié)了制劑配方中各組分的比重為：活性成分2%～35%，分散劑2%～5%，乳化劑15%～20%，增稠劑0.1%～3%，用分散介質(zhì)補足至100% (圖6) 。此外，由于制劑使用地域廣、有一定的貨架期以及部分原藥易分解等原因，還可根據(jù)實際需要選擇添加適量的防凍劑、防腐劑或穩(wěn)定劑等，以保證制劑的使用效果。

圖6 可分散油懸浮劑配方各組分比例Fig.6 Proportion of each component of dispersible oil suspension formulation

目前可分散油懸浮劑主要存在析油、膏化、易結(jié)底等問題。造成析油現(xiàn)象的一個重要原因是原藥顆粒的沉降。根據(jù)Stokes 公式可知，可以通過提升分散介質(zhì)黏度、縮小原藥顆粒與分散介質(zhì)的密度差及降低原藥顆粒尺寸等途徑延緩沉降。在配方篩選中，一般通過添加增稠劑提高分散介質(zhì)黏度，如有機膨潤土、硅酸鎂鋁等[32-34]；此外，表面活性劑與分散介質(zhì)對析油也有一定影響[35]。結(jié)底與膏化現(xiàn)象常出現(xiàn)在長期貯存或熱貯后，其原因可能與增稠劑、乳化劑、分散介質(zhì)相關(guān)。例如凹凸棒土、白炭黑等增稠劑本身為不溶性固體，久置易沉降。乳化劑親水親油平衡性受溫度影響較大，容易沉降至底部與其他組分造成粘連，造成不可逆的結(jié)底現(xiàn)象[36]?？傊?，這些情況的出現(xiàn)與制劑配方中各組分特性、比例以及組分之間的配伍性有較大關(guān)系，因此需要重視配方篩選中組分的篩選。

3.1 有效成分

3.1.1 非生物制劑 液體原藥一般均可加工成可分散油懸浮劑，但需要搭配其他不溶性固體原藥才被允許登記，而固體原藥最好選取熔點大于60 ℃的，以保證在研磨過程中原藥以顆粒狀態(tài)存在。研磨過程中溫度的升高會使低熔點的原藥熔化，不能以固體顆粒的形式存在，無法通過研磨降低尺寸；而隨著研磨終止，溫度下降使原藥又以晶體形式析出，形成顆粒。目前常用的砂磨機大多無法在研磨過程中控溫，因此只能限制原藥熔點來保證一定的研磨效率。隨著研磨設(shè)備的升級迭代，已生產(chǎn)出許多低溫砂磨機，因此未來熔點較低的原藥也有望加工成可分散油懸浮劑[37]。

3.1.2 生物制劑 生物制劑是包含單個或多個有益微生物或其代謝物的生物活性材料，其有效成分為活的有機體。一般將有效成分、表面活性劑和分散介質(zhì)通過攪拌混勻制得。由于是活體制劑，為有機體創(chuàng)造合適的生存環(huán)境是保證其效果的首要前提，而油懸浮劑便提供了較為理想的一種液體環(huán)境。

3.2 分散介質(zhì)

分散介質(zhì)種類較多，特點鮮明，對制劑穩(wěn)定性影響較大，主要表現(xiàn)在制劑的黏度、冷熱貯穩(wěn)定性、析油率等方面。因此了解常用分散介質(zhì)的性能和選擇方法是篩選合適分散介質(zhì)的重要前提。

3.2.1 分散介質(zhì)分類 現(xiàn)有的農(nóng)藥分散介質(zhì)主要有兩類：礦物油和植物油。

3.2.1.1 礦物油及其特點 礦物油主要是由脂肪烴、環(huán)烷烴和芳香烴組成的混合物，其中脂肪烴更具殺蟲活性，是礦物油中最主要的成分，且對植物安全，在農(nóng)業(yè)上已使用100 多年[38]。由于礦物油本身具有降低表面張力、增強滲透性和增長持效期的特性，無論是作為溶劑還是作為增效助劑都表現(xiàn)出了優(yōu)異的效果[39]。Martín-López 等[40]將礦物油單獨噴灑在辣椒上，發(fā)現(xiàn)其對蚜蟲的防治效果超過80%；礦物油與吡蟲啉混合后，僅使用吡蟲啉推薦劑量的1/5，預防效果即可達100%，具有減量增效作用。此外，礦物油在抑制病毒活性和阻礙病毒傳播方面也有明顯效果[41-44]。但并不是所有的藥劑與礦物油混合后都有增效作用，例如抗蚜威與礦物油混合后其殺蟲活性降低，這可能是由于抗蚜威具有一定的揮發(fā)性，這種揮發(fā)性賦予其更高的殺蟲活性，而加入礦物油后抑制了抗蚜威的這種揮發(fā)特性，導致活性下降[40]。

3.2.1.2 植物油及其特點 植物油主要包括大豆油、玉米油、菜籽油、蓖麻油、椰子油、棕櫚油、松節(jié)油以及植物油酯化物。目前，生產(chǎn)中多以價格相對便宜且性能優(yōu)良的大豆油和油酸甲酯為主要分散介質(zhì)[45]。郭紅霞等[46]以7 種植物油為原材料，分別合成了其對應的甲酯化植物油，通過不同比例復配得到了20 種桶混助劑。室內(nèi)盆栽驗證結(jié)果表明，這20 種助劑均有一定的增效作用。陽廷密等[47]通過田間試驗證明，植物油助劑對螺螨酯有明顯的增效和延長持效期的效果，并且發(fā)現(xiàn)植物油自身也有良好的殺螨效果。Gholami等[48]用大豆油為原料制備了傷口敷料，其表現(xiàn)出良好的細胞相容性和抗菌活性。

作者認為礦物油和植物油作為分散介質(zhì)在制劑增效等方面性能相當，而植物油因用作載體比礦物油更具有環(huán)保特色，也更有推廣價值。

3.2.2 分散介質(zhì)選擇原則及篩選方法 分散介質(zhì)的選擇應主要考慮以下3 點：1) 固體原藥在分散介質(zhì)中溶解度低且化學穩(wěn)定性好；2) 為保證加工過程的安全性，要求分散介質(zhì)閃點高、毒性和揮發(fā)性低；3) 與原藥的密度差不要過大，有適當?shù)酿ざ?。分散介質(zhì)并不一定是單一的。根據(jù)已有報道，部分使用單一分散介質(zhì)制備的制劑穩(wěn)定性較差，容易出現(xiàn)析油、結(jié)底等現(xiàn)象，而使用復合分散介質(zhì)更能提升制劑穩(wěn)定性[49-52]。

此外，分散介質(zhì)的含水量應較低。部分原藥如吡蟲啉、吡蚜酮結(jié)構(gòu)中含有N 和O 原子，易與水形成氫鍵或水團簇，進而形成水合化合物，表現(xiàn)為粘彈性或膏化，從而增大了產(chǎn)品黏度，影響傾倒性[53]。目前在我國農(nóng)業(yè)行業(yè)標準NY/T 3592—2020《五氟磺草胺可分散油懸浮劑》中規(guī)定，其制劑含水量不超過6%，但為了保證可分散油懸浮劑貯存期穩(wěn)定性，其含水量越低越好。

3.3 乳化劑

乳化劑是可分散油懸浮劑中非常重要的一部分，主要有以下兩方面的原因：1) 可分散油懸浮劑最終需要兌水使用，其乳化分散性能的好壞直接影響了制劑的使用效果。乳化劑不合適在宏觀上會出現(xiàn)析油、分層等現(xiàn)象，嚴重影響施藥的均勻程度造成防治效果差、產(chǎn)生藥害等后果。2) 可分散油懸浮劑常用的礦物油、植物油均為混合物且分子質(zhì)量較大，乳化較為困難，所以對配方中乳化劑的選取有較高的要求。已有一些廠家推出了油懸浮劑專用乳化劑，在實際使用過程中表現(xiàn)出了優(yōu)異性能。此外，也可通過調(diào)配常規(guī)乳化劑來得到較好的乳化分散效果。

3.3.1 乳化劑分類 乳化劑是具有親水基團和親油基團的兩親性分子，其中親水和親油基團的大小和平衡程度用親油親水平衡值(HLB 值)來表示。HLB 值越大，親水性越強；反之則親脂 (油) 性越強。常見親油性乳化劑 (HLB ＜ 10) 有：司盤類、脂肪酸酯類等含有較長疏水鏈的表面活性劑；常見親水性乳化劑 (HLB >10) 有：離子型乳化劑 (羧酸鹽、磺酸鹽等)、聚氧乙烯醚類、聚氧丙烯醚類等具有親水基團的表面活性劑。

3.3.2 乳化劑選取與篩選方法 乳化劑的選擇主要基于3 個理論：Bancroft 規(guī)則、Griffin 或Davies 關(guān)系式、Shinoda 相轉(zhuǎn)變溫度(phase transition temperature, PIT)。Bancroft 規(guī)則中提到，水溶性表面活性劑傾向于使水成為連續(xù)相，從而可以使水包油 (O/W) 型乳液穩(wěn)定；而油溶性表面活性劑則傾向于使油成為連續(xù)相，從而使油包水 (W/O) 型乳液穩(wěn)定。Griffin 首次提出用HLB表示表面活性劑分子內(nèi)部的平衡，通過計算親水與親油基團的比例來衡量整個分子是傾向于親水還是親油，但該計算過程較為復雜[54]。后來Davies提出用更為簡便的經(jīng)驗式計算HLB 值。但通過關(guān)系式計算的方法沒有考慮溫度對表面活性劑的影響，于是產(chǎn)生了Shinoda 相轉(zhuǎn)變溫度(PIT)，即溫度對非離子乳化劑的影響比HLB 值更顯著[55]。在低溫下，溫度敏感的表面活性劑水溶性強；高溫下，溫度敏感的表面活性劑親油性變強，變?yōu)橛腿苄?。這也是一些可分散油懸浮劑在冷熱貯過程中析油的部分原因。在被稱為PIT 的溫度下，其對水和油的親和力是相同的，在此溫度下油水界面的表面張力非常低，容易形成納米級液滴[56]，更利于農(nóng)藥利用率的提升。因此，為使制劑更加穩(wěn)定，在乳化劑的篩選中，最好也測定冷熱貯對其析油率的影響。

HLB 值法是較為簡便的篩選方法，不需要特殊的儀器設(shè)備，且操作簡單。此外，還有表面張力法等。可分散油懸浮劑中乳化劑用量(質(zhì)量分數(shù))一般在15%～20%，在該用量下可用不同HLB值的乳化劑配制乳化劑的水溶液，目測油滴在不同HLB 值的乳化劑水溶液中的鋪展情況。該方法操作簡便，所得結(jié)果具有一定的參考價值，適合對于未知或者復配的分散介質(zhì)進行乳化劑的初步篩選。確定乳化體系的最佳HLB 值時，可選擇兩種HLB 值差異較大的乳化劑，如司盤類和吐溫類，按照不同比例配制成不同HLB 值的復合乳化劑。復合乳化劑HLB值可根據(jù)公式 (1)[57]計算。

式中：Wi為第i種乳化劑的質(zhì)量百分比，%；HLBi為第i種乳化劑的 HLB 值。

測定加入了不同HLB 值復合乳化劑的乳狀液的穩(wěn)定性，根據(jù)穩(wěn)定性和HLB 值可作出倒“V”型曲線，最高點即乳化該體系的最佳HLB 值。譚文英等[57]通過該方法測得了在柴油中乳化生物油的最佳HLB 值，并將生物油成功乳化。

3.3.3 乳化劑性能檢測指標 乳液隨著時間的延長會出現(xiàn)析油、變性和徹底分層3 個階段。由于不同HLB 值或者不同的油相其穩(wěn)定時間可能差異較大，存在人為延長乳液穩(wěn)定時間的風險，因此不推薦以穩(wěn)定時間來作為檢測指標，可參考以下兩種檢測方法。

(1) 乳液液滴粒徑

將一定比例的乳化劑與分散介質(zhì)混勻形成母液，將其稀釋約200 倍液，測定其乳液液滴的粒徑大小。乳液液滴尺寸越小，則乳化劑的乳化性能越好。

(2) 濁度法

將一定比例的乳化劑與分散介質(zhì)混勻形成母液，稀釋后得到樣品，測定樣品在500 nm 處的吸光度，按公式 (2) 計算其乳化穩(wěn)定性。

式中：ESI 為乳化穩(wěn)定性指數(shù) (emulsion stability index)；A0為 0 時刻的吸光度值；Δt為間隔時間，min；ΔA為Δt內(nèi)的吸光度值變化。若在相同時間內(nèi)，乳液吸光度值 (ΔA) 變化較大，說明乳液在該過程中出現(xiàn)液滴聚并等現(xiàn)象，乳化劑不合適或用量較少。

3.4 分散劑

可分散油懸浮劑是將不溶于水的固體原藥分散在油中而形成的熱力學和動力學不穩(wěn)定體系。原藥顆粒粒徑越小，其表面積越大，表面能越高。隨著時間的推移，體系總是向著能量最低的狀態(tài)不斷轉(zhuǎn)換，表現(xiàn)為粒子聚集沉降，這是導致懸浮體系長期存放不穩(wěn)定的根本原因。而分散劑能夠吸附在顆粒表面，降低其表面能，從而使顆粒保持原有粒徑，促進制劑穩(wěn)定性的提升。

3.4.1 分散劑分散原理及吸附機理

3.4.1.1 分散劑分散原理及種類推薦 農(nóng)藥懸浮體系穩(wěn)定原理主要有DLVO 雙電層原理和HVO 空間位阻理論[58]。藥物顆粒在分散介質(zhì)中通過空間位阻 (圖7a)、靜電斥力 (圖7b) 以及兩者的組合(圖7c) 來保持相對穩(wěn)定。在可分散油懸浮劑體系中，由于分散介質(zhì)大多為非極性介質(zhì)，并不能使靜電斥力完全發(fā)揮作用，因此作者認為DLVO 理論并不適用于可分散油懸浮劑體系，要想達到理想的分散效果，主要依靠空間位阻作用。

圖7 靜電斥力與空間位阻類型分散劑的分散機理[59]Fig.7 Dispersion mechanism of electrostatic repulsion and steric hindrance dispersants[59]

HVO 空間位阻理論是指顆粒表面某些原子或基團彼此接近而引起的空間阻礙作用，當已經(jīng)包裹了非離子表面活性劑的顆粒相互靠近時，顆粒之間會相互滑動錯開，防止顆粒直接接觸，起到空間位阻作用。高分子吸附層有一定的厚度，可以有效地阻擋粒子的相互吸引，主要是依靠高分子的溶劑化層，因此高分子潤濕分散劑效果比普通表面活性劑效果好。

通過上述分析可知，常見的陰、陽離子分散劑和分子質(zhì)量較低的分散劑在油中并不能發(fā)揮其應有的效果，因此在選擇分散劑時，需要考慮分子質(zhì)量較大、具有嵌段的分散劑。一方面能夠起到良好的空間位阻作用，另一方面也能較好地吸附包裹原藥顆粒。目前，已經(jīng)研發(fā)出一類新型的分散劑——超分散劑。超分散劑是一類高效的聚合型分散劑，由兩部分組成：一部分為錨固基團，與顆粒表面緊緊吸附，以防止解吸附；另一部分為溶劑化鏈，它能很好地溶于分散介質(zhì)中。與傳統(tǒng)分散劑的區(qū)別在于，超分散劑用錨固基團和溶劑化鏈替代了親水、親油基團，其吸附更緊不易解吸附，溶劑化鏈更長，空間位阻作用更明顯[60-61]。

3.4.1.2 分散劑與顆粒的吸附機理 農(nóng)藥制劑在存儲、運輸過程中必然會經(jīng)歷高溫、低溫等較為惡劣的環(huán)境，因此需要保證分散劑在一定的溫度變化范圍內(nèi)一直保持良好的分散效果。而有些分散劑與顆粒的吸附能力較差，在冷熱貯之后與顆粒解吸，導致顆粒絮凝沉淀，破壞了體系的穩(wěn)定性。因此明確分散劑與顆粒吸附機理、吸附能力的強弱規(guī)律，對不同溫度下制劑穩(wěn)定性非常重要。

中國農(nóng)業(yè)大學吳學民團隊通過紅外分析明確了氫鍵是聚羧酸型梳狀共聚物超分散劑分子與莠去津顆粒表面結(jié)合的主要作用力[62]，運用X 射線光電子能譜技術(shù)(XPS)對超分散劑在顆粒表面的吸附機理進行了解析，根據(jù)特征元素電子峰的強弱分析超分散劑在顆粒表面的吸附情況，計算出了超分散劑在顆粒表面的吸附厚度[63]。

吸附熱力學和動力學研究是推測吸附機理的主要途徑[64-65]。馬超等[66]通過研究聚羧酸型梳狀共聚物超分散劑在氟蟲腈顆粒表面的吸附模型，明確了聚羧酸型梳狀共聚物超分散劑 2700 對氟蟲腈顆粒的吸附模型符合Langmuir 吸附等溫式，并根據(jù)吸附活化能推斷氫鍵才是其主要作用力。此外，原藥的性質(zhì)影響也較大，同樣是聚羧酸型梳狀共聚物超分散劑 2700，郝漢等[67]在研究其與吡蟲啉顆粒的吸附熱力學與動力學時，卻得出了范德華力是主要作用力。作者推測是由于氟蟲腈表面存在 -NH2，容易形成氫鍵，而吡蟲啉表面無 -NH2。此外,王麗潁等[68]還關(guān)注了分散劑與不同晶型原藥的吸附性能，表明不同晶型的吡唑醚菌酯只是在分散劑的用量和吸附厚度上有所區(qū)別。

3.4.2 分散劑選取原則與篩選方法 一款合適的分散劑在研磨過程中會大大降低研磨時間，提高研磨效率[69]。因此，研究分散劑用量具有非常高的生產(chǎn)實用價值。分散劑的篩選主要有以下方法。

3.4.2.1 流點法 借鑒水懸浮劑中的常規(guī)初篩方法—流點法[32]。取一定量的原藥于潔凈燒杯中，用質(zhì)量分數(shù)為5%的分散劑溶液逐滴滴加，該過程中不斷用玻璃棒攪拌，至直藥液在玻璃棒上能夠恰好滴下時停止滴加，稱取質(zhì)量。一般將分散劑溶液添加質(zhì)量 (m)/原藥質(zhì)量 (m0) 記為該種分散劑對應該原藥的流點公式。由于分散劑覆蓋在藥粒表面才能較好的發(fā)揮作用，而不同原藥在性質(zhì)、粒徑等方面存在較大差異，因此流點并無最佳數(shù)值范圍，但在篩選過程中，流點越小，則該分散劑對該藥劑的分散效果越好。采用流點測定法可初步篩選出合適的分散劑，其特點是簡單快速、效率高，有一定參考價值。

3.4.2.2 離心沉降法 離心沉降法可以判別重力作用下制劑的物理穩(wěn)定性 (沉降或分層)。李北興等[70]在研究穩(wěn)定性時，為縮短配方篩選時間，采用離心沉降方法指示冷熱貯穩(wěn)定性，離心沉降法結(jié)果與熱貯后結(jié)果相關(guān)。在離心管中準確加入適量樣品m1，記錄樣品與離心管質(zhì)量 (m2)，按照一定參數(shù) (轉(zhuǎn)速、離心時間) 將樣品放于離心機中，離心完成后將樣品傾倒60 s，記錄離心管質(zhì)量 (m3)，根據(jù)公式 (3) 計算離心沉降率(R)。

需要注意的是，離心參數(shù)的設(shè)定對該方法的影響較大，離心時轉(zhuǎn)速過高，則所有樣品均沉淀至底部；轉(zhuǎn)速過低時，則各樣品之間差異不明顯。離心時間的設(shè)定也類似，過長、過短均不能較好的區(qū)分分散劑是否合適，因此在使用該方法時需提前考量參數(shù)的設(shè)定是否合理。

3.4.2.3 多重光散射法 多重光散射法用到的Turbiscan 是利用穿透力極強的近紅外脈沖光源，研究液體分散體系穩(wěn)定性的一款儀器，能快速、準確地分析懸浮液等體系的乳化、絮凝、沉淀等現(xiàn)象。其主要優(yōu)勢在于可直接檢測制劑的穩(wěn)定性，避免了稀釋等因素對穩(wěn)定性造成的誤差。將制備好的樣品分別放入Turbiscan 穩(wěn)定分析儀掃描池中檢測，通過分析所得譜圖各部分背散射光強度變化，得到可分散油懸浮劑樣品在常溫下的物理穩(wěn)定性變化情況。通過檢測透射光和背散射光的強度變化，能更早地發(fā)現(xiàn)體系不穩(wěn)定情況，快速判斷樣品的穩(wěn)定程度及產(chǎn)生不穩(wěn)定變化的機理[71]。一般強度變化越小，則體系越穩(wěn)定。此外，通過計算光強值的標準偏差，得到Turbiscan 不穩(wěn)定性指數(shù) (Turbiscan Stability Index, TSI)，通過對TSI值進行比較可以對體系的穩(wěn)定性進行更精確的判斷[72]。該值越小，體系越穩(wěn)定。

3.4.2.4 其他方法 可以通過光學顯微鏡獲得農(nóng)藥粒子絮凝和聚集體的形狀和結(jié)構(gòu)方面信息，利用激光粒度分布測定儀還可精確地掌握懸浮劑經(jīng)受冷、熱貯藏或長時期室溫貯藏中的粒子尺寸變化和分布。黃啟良等[73]認為，潤濕分散劑種類與用量的選擇既要考慮能否提升制劑單位穩(wěn)定性，也要考慮是否利于發(fā)揮制劑的使用效果。因此需要對表面張力、藥液接觸角和持留量進行測定。

3.5 增稠劑

可分散油懸浮劑的分散介質(zhì)為油相，其密度一般小于水，與農(nóng)藥原藥顆粒的密度差較大，這加速了其顆粒的沉降。因此，加入合適、適量的增稠劑，以提高體系黏度，延緩貯存過程中原藥顆粒的絮凝、沉降顯得尤為重要。但黏度不可能無限制地增加，當黏度超過一定范圍后，其制劑的傾倒性變差，不利于加工與使用。

3.5.1 增稠劑種類 常用的增稠劑一般為氣相二氧化硅 (白炭黑)、膨潤土、硅酸鎂鋁、黃原膠、阿拉伯膠和纖維素等。由于可分散油懸浮劑選用的分散介質(zhì)極性較低，在水懸浮劑中常用的黃原膠、羥甲基纖維素、硅酸鎂鋁等無法在分散介質(zhì)中展開，形成三維網(wǎng)狀空間結(jié)構(gòu)，因此其效果往往不盡人意。在可分散油懸浮劑中常用的一般為有機膨潤土和氣相二氧化硅。

有機膨潤土是膨潤土層間陽離子被有機陽離子交換得到的無機礦物和有機陽離子的復合物，在油相中，油分子可以進入到膨潤土的層狀結(jié)構(gòu)間隙中，使膨潤土溶脹成為溶膠狀態(tài)，使得體系黏度增加[74]。有報道表明，在油基配方中加入膨潤土可提高其對抗棉鈴蟲的功效[75]。氣相二氧化硅增稠機理是由于其表面羥基可通過介質(zhì)交聯(lián)而形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，進而使體系的黏度增加[76]。

3.5.2 增稠劑篩選方法 加入增稠劑的主要目的是為了防止或延緩顆粒分層和沉降，降低析油率，使產(chǎn)品提供滿意的貯存穩(wěn)定性和流動性。但增稠劑用量并非越高越好，用量過高會造成制劑黏度太大、傾倒性差，給加工和使用帶來困難；用量過少則制劑容易析油、分層，起不到很好的穩(wěn)定效果。此外，不同種類增稠劑增稠原理有差異，不同種類增稠劑混合使用時可能存在拮抗作用，反而使體系黏度低于其單獨使用時的黏度[6]。因此需要對增稠劑的種類和用量進行篩選。

3.5.2.1 熱貯穩(wěn)定性 將已經(jīng)初步確定的乳化劑、分散劑、分散介質(zhì)及原藥按一定比例配制，分別加入等量的不同增稠劑或不等量的同種增稠劑，混勻后將其放入54 ℃ ± 1 ℃的條件下貯存14 d，觀察其析油及流動性，進行種類或用量的篩選。

3.5.2.2 離心穩(wěn)定性 操作方法同3.4.2.2 節(jié)的離心沉降法。

3.5.2.3 多重光散射法 操作方法同3.4.2.3 節(jié)中的多重光散射法。

3.5.2.4 流變性 增稠劑是一種流變助劑，加入后調(diào)節(jié)體系黏度，使懸浮體系具有觸變性和穩(wěn)定性。穩(wěn)定的懸浮液體系一般需具有良好的觸變性，即樣品靜置一段時間后黏度會增大，流動性較差，但當用外力擾動樣品，又能恢復到原來黏度較小的狀態(tài)[77]。樣品觸變性小時，空間結(jié)構(gòu)遭剪切破壞后可以迅速重建恢復，曲線重合度高；當樣品觸變性較大時，剪切破壞后需要一定的時間恢復，曲線重合度低。觸變性較大、曲線重合度低，則體系越穩(wěn)定。通過比較不同樣品曲線的重合度可以判斷體系觸變性大小，對體系穩(wěn)定性和增稠劑性能進行評價[78]。

3.6 其他

在可分散油懸浮劑的制備過程中，穩(wěn)定劑、安全劑、潤濕增效劑等助劑也有添加，但這些助劑并不是每個制劑體系中都需要添加，需要根據(jù)原藥以及體系的特點來進行選擇。

3.6.1 穩(wěn)定劑 對于某些不穩(wěn)定的原藥，如煙嘧磺隆和苯唑草酮，為了延緩其降解，在制劑加工的過程中可添加一定量的熱貯穩(wěn)定劑，如檸檬酸、植物油環(huán)氧化合物或堿性類化合物[51-52]。

3.6.2 安全劑 趙強等[52]為了降低除草劑對玉米的藥害，在配方中添加安全劑，篩選出了高分子化合物聚氨酯樹脂，通過對玉米的室內(nèi)生物測定，表明在安全劑的添加質(zhì)量分數(shù)為5%時，可有效降低26%煙 ? 硝 ? 莠去津可分散油懸浮劑對玉米的藥害風險。

3.6.3 潤濕增效劑 潤濕劑是相對分子質(zhì)量較小的分子，藥液與靶標作物接觸時能夠迅速地擴散到作物表面排出空氣，潤濕作物。徐廣春等[79]通過表面張力篩選試驗發(fā)現(xiàn)，只有藥液的表面張力低于靶標作物葉片的臨界表面張力時，藥液液滴才能較好地在作物葉片潤濕鋪展，從而提高農(nóng)藥利用率。

4 展望

農(nóng)藥減量增效、綠色發(fā)展是我國農(nóng)藥行業(yè)的發(fā)展的方向。隨著高效低風險農(nóng)藥開發(fā)周期的延長以及研發(fā)成本的增加，農(nóng)藥劑型的優(yōu)化與開發(fā)表現(xiàn)出了較高的性價比。目前，全國多個科研院所和高校已經(jīng)研制出性能優(yōu)異的多種農(nóng)藥劑型，如微膠囊[80-81]、水凝膠[82-83]、納米載體[84]及纖維薄膜[85]等。在可預見的未來，農(nóng)藥劑型的研發(fā)與優(yōu)化仍是減藥增效、提高農(nóng)藥利用率的最佳途徑。通過對文獻數(shù)量、登記產(chǎn)品、專利等信息的整理分析可看出，可分散油懸浮劑有良好的發(fā)展前景。但目前可分散油懸浮劑的適配助劑較少，助劑的選擇多數(shù)借鑒于水懸浮劑，有些效果不夠理想。因此，需要研發(fā)人員對分散劑、乳化劑、增稠劑 (抗沉降劑) 進行研發(fā)或優(yōu)化，以生產(chǎn)出配套的、適合于非水介質(zhì)使用的相關(guān)助劑。

作者認為有兩種解決思路：1) 將已有的助劑改性，使其具有良好的相容性。例如：Chen 等[74]用十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)對膨潤土改性后，發(fā)現(xiàn)其比天然膨潤土具有更好的疏水性；Zhang等[86]通過改變十二烷基醇聚氧乙烯醚的鏈長來控制其對制劑黏度和懸浮率的影響。2) 借鑒與可分散油懸浮劑相似的領(lǐng)域，如油墨[35,87]、涂料[69]、水泥泥漿[88]、油基鉆井乳液等先進經(jīng)驗。如王凱等[89]受到油墨中樹脂的啟發(fā)，對松香樹脂進行改性，在可分散油懸浮劑中起到增稠穩(wěn)定的作用。Wen 等[90]通過對涂料顆粒表面改性，得到了親油且?guī)щ姾傻念w粒。He 等[91]利用有機硅將聚羧酸鹽減水劑改性，得到了吸附性更強的分散劑。通過對顆粒表面包覆一層高分子聚合物的薄膜，將其充當分散劑的作用，阻止顆粒的增長。包覆高聚物的薄膜不僅能夠起到分散作用，可能還會到緩釋、保護以及黏附等功能。

此外，也可推動殺菌劑、殺蟲劑開發(fā)為可分散油懸浮劑的研發(fā)?？煞稚⒂蛻腋じ叫院涂箾_刷能力強，持效期長，在一定程度上會利于發(fā)揮殺菌劑、殺蟲劑的防治效果。Llácer 等[92]發(fā)現(xiàn)，吡蟲啉可分散油懸浮劑在有效成分0.72 g/棵施藥劑量下對紅棕象甲Rhynchophorus ferrugineus的預防效果和治療效果平均分別為100%和94%，預防效果在45 d 內(nèi)保持在95.4%以上，持效期較長。理想的狀況是內(nèi)吸性殺菌劑也可像內(nèi)吸性除草劑一樣，提高其滲透性能，從而使更多的有效成分進入作物而不是流失；而保護性殺菌劑也可能因可分散油懸浮劑良好的黏附性能、抗沖刷、持效期長的特點而表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。Ibrahim 等[15]用掃描電鏡發(fā)現(xiàn)，在油中配制的分生孢子可以在昆蟲和植物角質(zhì)層表面流動，而水性制劑中的分生孢子在施藥后立即以液滴形式保留在葉片上，這對提高農(nóng)藥利用率有一定的啟發(fā)。油懸浮劑與水懸浮劑相比，可以延長分生孢子的有效性，并可降低紫外線對其干擾[93-95]，因此也可考慮部分將一些對紫外線敏感的藥劑制備成分散油懸浮劑。

可分散油懸浮劑對于特殊地形、地區(qū)的施藥有良好的適用性。在果園中由于地形、設(shè)備等限制，導致傳統(tǒng)的噴霧施藥方式缺點明顯，而無人機因其靈活、便捷等特點逐漸成為農(nóng)業(yè)中的熱點，可將可分散油懸浮劑與無人機施藥相結(jié)合，以克服水基化劑型在使用無人飛機施藥時出現(xiàn)的易蒸發(fā)、飄移的缺點，使無人機施藥更高效、便捷。通過借鑒其他領(lǐng)域及類似領(lǐng)域的理論與經(jīng)驗，可快速優(yōu)化提升農(nóng)藥制劑的穩(wěn)定性及實用性。相信隨著科研人員、企業(yè)的不斷努力，農(nóng)藥可分散油懸浮劑會走向更加光明的未來。