（分析化学专业论文）蚜虫报警信息素微乳剂的研究.pdf

首都师范大学硕士学位论文 中文摘要 蚜虫是我国农业上的主要害虫之一，传统上对蚜虫的防治主要以化学防治为主，化学 杀虫剂的长期大量使用产生了众所周知的负面影响。利用蚜虫报警信息素对蚜虫的趋避特 性，将其配制成环保的水基化制剂与化学杀虫剂、微生物杀虫剂有机结合起来使用，可以 有效控制蚜虫危害，并减少杀虫剂用量及降低害虫抗性的产生，利于生态环境的保护。为 此，蚜虫报警信息素微乳剂的研制具有重要的现实意义。微乳是一种透明、热力学稳定且 各向同性的油水混合系统，一般由表面活性剂与助表面活性剂、油相、水相组成。只要四 相的组成配比合适，微乳即可自发形成，制备工艺较简单，其分散相质点多为球形，大小 均匀，粒径通常在1 0 1 0 0 n m 范围内，均匀透明稳定。 参考微乳剂形成的理论，采用可乳化油法，通过绿色化的乳化剂、助乳化剂的筛选和 配伍，用滴定法绘制三角相图，为寻找最佳的微乳配方提供依据。由微乳相图得到基本配 方之后，以尽量减少助剂使用量、提高原药含量为原则，通过对微乳体系理化性能的调整 考察，最终确定2 9 4 蚜虫报警信息素o w 型微乳剂的配方：其中表面活性剂使用农乳 2 2 0 1 、吐温8 0 以质量比3 ：l 复配，质量分数为1 7 6 5 ；助表面活性剂为正丁醇，质量 分数为1 3 2 4 ；其余为水。建立了蚜虫报警信息素微乳剂中主有效成分( e ) p 法尼烯的气 相色谱分析方法，该方法符合分析的要求。 依据农药微乳制剂现行相关的通用技术指标，制定了蚜虫报警信息素微乳制剂质量标 准：制剂外观为浅黄色透明液体；p h 值范围为6 7 ；透明温度范围为0 - 4 8 ；制剂能够与 水以任意比混溶，稀释液为透明均相体系，无悬浮物和沉淀物；具有良好的温度适应性， 5 4 c 条件下贮存2 周，有效成分( e ) p 法尼烯的分解率不大于3 。本配方制剂以上各项质 量技术指标均合格，表明该配方合理。 关键词：蚜虫报警信息素；法尼烯；微乳剂；气相色谱分析 首都师范大学硕士学位论文 a b s t r a c t ( e ) - b - f a m e s e n ei so n eo fa p h i da l a r mp h e r o m o n e sw i t hp o t e n t i a lw o r t hf o rs c i e n t i f i c r e s e a r c ha n dp r a c t i c a la p p l i c a t i o n b a s e do nt h ep r o p e r t yt od r i v ea p h i da w a y , ( e ) 一p - f a r n e s e n e c o u l dk e e pa p h i do u to fg r e e n h o u s eo ra g r i c u l t u r a ls h e d s i f ( e ) b f a m e s e n ei su s e dw i t hs o m e g e n e r a li n s e c t i c i d e st o g e t h e r , a p h i dc o u l db ek i l l e dd i r e c t l ya n do ni t so w ni n i t i a t i v e ，w h i c hi s g o o df o re n v i r o n m e n tp r o t e c t i o n , f o o d s t u f fs a f e t y , e t c m o s to ft h er a wp e s t i c i d e sm u s tb e f o r m u l a t e df o rt h eu s ei na g r i e n l t u r e s e l e c t i o no fp e s t i o d ef o r m u l a t i o ni st h ek e yt o e f f e c t i v e n e s so f p e s t i c i d e i nm o s tc a 盹t h ee n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o nc a u s e db yp e s t i c i d ei sf r o m i t sa s s i s t a n ta g e n t s s ot h ea p p r o p r i a t es e l e c t i o no fp e s t i c i d ef o r m u l a t i o ni sg o o de i t h e rf o r e f f e c t i v e n e s so fp e s t i c i d e , 0 1 f o rr e d u c t i o no ft h ep o l l u t i o nc a u s e db yp e s t i c i d et ot h eb i o l o g i c a l e n v i r o n m e n t t os o l v et h i sp r o b l e m , t h em i c r o e m u l s i o no fa p h i da l a r mp h e r o m o n e ，an e w f o r m u l a t i o nt h a tr e d u c et h ec o n t e n to f o r g a n i cs o l v e n t s ，w a ss t u d i e d m i c r o e m u l s i o n sa r es t a b l e , i s o t r o p i c ，t r a n s p a r e n to rs e m i t r a n s p a r e n tm i x t u r e so fo i l ，w a t e r a n ds u r f a e t a n t ，f r e q u e n t l yi nc o m b i n a t i o nw i t hac o s u r f a c t a n t d r o p l e t so fm i e r o e m u l s i o na r e s p h e r e so ra d o p t i n gt h es h a p eo fap r o l a t ee l l i p s o i dw h i c hh a v ec h a r a c t e r i s t i cd i m e n s i o n so f 1 0 - 1 0 0 砌 i nt h i ss t u d a c c o r d i n gt ot h et h e o r i e so fm i e r o e m u l s i o n , t h ef o r m u l a t i o no f a p h i da l a r m p h e r o m o n em i c r o e m u l s i o n ( o w ) w a sr e s e a r c h e da n do p t i m u me m u l s i f i e ra n dc o - e m u l s i f i e r w e r es e l e c t e db yu s i n gt h ep r e d u o t e m a r yp h a s ed i a g r a m t h eo p t i m a r le m u l s i f i e rw a st h e m i x t u r eo f 2 2 0 1a n dt w e e n 8 0 ( 3 ：l ，m m ) ，w h i c hw a s1 7 6 5 w e i g h to f t o t a lc o m p o s i t i o n ； t h ec o - e m u l s i f i e rw a sn - b u t a n o l ，b y1 3 2 4 w e i g h t ，a n dt h eo t h e rc o m p o n e n tw a sw a t e r a n d t h eg cm e t h o dw a ss e tu pt od e t e r m i n et h ec o n c e n t r a t i o no f e b fi nm i c r o e m u l s i o n a c c o r d i n gt ot h er e l a t e du n i v e r s a ls t a n d a r do f p e s t i c i d em i e r o e m u l s i o n , t h eq u a l i t yi n d e x e s f o rt h ep r e p a r a t i o no fa p h i da l a r mp h e r o m o n em i c r o e m u l s i o nw e r ee s t a b l i s h e d i tc o m p r i s e d a p p e a r a n c e , c o n t e n to ff a m e s e n e ，p hv a l u eo ft h em i e r o e m u l s i o n , c o l ds t a b i l i t y , h e a ts t a b i l i t y a n dd i l u t es t a b i l i t ya n dt e m p e r a t u r er a n g eo ft r a n s p a r e n c e t h ei n d e x e so f2 9 4 a p h i da l a r m p h e r o m o n em i e r o e m u l s i o nw e r ea sf o l l o w s t h ec o m p o s i t i o ns h o u l da p p e a ra sas i n g l ep h a s e w i t h o u ta n yp a r t i c u l a t eo rc o l l o i d a lm a t e r i a l0 1 as e c o n dp h a s eb e i n gp r e s e n tw h e nv i e w e db yt h e 首都师范大学硕士学位论文 n a k e de y e t h ed i s p e r s i o ns h o u l dr e m a i nd e a ra n df l e eo fp r e c i p i t a t i o no rf l o t a g ea tt h e t e m p e r a t u r er a n g eo f0 - 4 8 t h ef r e e z e - t h a wt e s ti n d i c a t e dt h a tt h ef r o z e nf o r m u l a t i o nc o u l d r t 煳v c ri n d e p e n d e n t l ya tt h el o o mt e m p e r a t u r e a f t e rh e a ts t o r a g ea tt h et e m p e r a t u r eo f 5 4 1 2 t h e d e c o m p o s i t i o nr a t eo f ( e ) - p f a m e s e n es h o u l db el o w e rt h a n3 t h e10 0f o l dd i l u t i o no ft h e a p h i da l a r mp h e r o m o n e m i c r o e m u l s i o ns h o u l db eu pt og r a d e k e yw o r d s ：a p h i da l a r mp h e r o m o n e ；f a r n e s e n e ；m i c r o e m u l s i o n ；g cm e t h o d i i i 首都师范大学硕士学位论文 首都师范大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下。独立进行研究工 作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含有任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文 中以明确方式标明。本人完全意识到本论文声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 满之芗 日期：2 0 0 7 年5 月2 0 日 首都师范大学学位论文授权使用声明 本人完全了解首都师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留学位 论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权将学位论文用 于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅。有权将学位论文的内容 编入有关数据库进行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文 在解密后适用本规定。 学位论文作者签名： 流越 日期：2 0 0 7 年5 月2 0 日 首都师范大学硕士学位论文 1 1 引言 第一章文献综述 在以高产为唯一目的的传统农业生产中，化学农药发挥过重要作用，而且直到现在， 人们仍然不能完全离开化学农药。但是，化学农药的超量使用又是造成当前农业生态环境 日趋恶化、以及农业生产效益低下、产品质量低劣、出口农产品因残留超标而屡遭退货的 一个重要因素。随着人们对环保重要性的认识日益加深，时代对农药的安全性提出了严格 的要求。人们开始大力研发安全、低毒的农药，尽力减少农药对环境的不良影响。于是就 产生了无公害农药的概念。随着国际市场和国内消费者对农副产品品质和质量要求的提 高，监管部门对食品卫生安全的把关越来越严格。为适应新的要求、冲破世界贸易中的“绿 色壁垒”，我国政府和各级部门正在大力推行“无公害”生产和“绿色食品”认证以及市场准入 证制度。国家相继在许多大中城市中开展了粮食、蔬菜、水果、茶叶等农副产品的农药残 留检测工作，对农民使用农药有了更加严格的要求，加大力度控制高毒、高残留农药的使 用，提倡生物农药的普及使用以及水基型农药剂型的研发应用。 农药引起的一系列环境问题的根源是农药的毒性，毒性的根本主要是量的问题。在常 规农药使用过程中，真正作用于靶标生物上的部分一般不超过3 0 ，大量的未作用于靶标 的药物使有害生物抗性迅速上升，或使次要害虫上升为主要害虫，或在环境中高残留，从 而引起一系列环境问题。此外，农药对环境的污染很大程度上又是由制剂引起的，因此剂 型的恰当选择也是减小污染以及降低成本的根本途径之一。 蚜虫是非常重要的农业害虫，它对作物的危害是多方面的，且繁殖能力强、容易产生 抗药性。目前防治蚜虫多施用吡虫啉和菊酯类农药等，其生产过程和使用过程对环境均有 较大程度的污染。研究表明，当蚜虫受到天敌侵袭或其它干扰而感到危险 时，就会从腹管分泌出小滴液体，这种物质可以使周围其它蚜虫感知并从 它们的栖息地逃散；这种物质就是蚜虫报警信息素。利用它这一特性，将 其与常规化学农药协同使用，能够使蚜虫在动态中被灭杀，从而锐减化学农 药的使用量。该信息素施用于田问，可使蚜虫虫口密度控制在一定域值之 内，其本身对农作物无污染。利用蚜虫报警信息素的驱散作用来防治虫害及对其合成的方 法、构效方面的研究，自9 0 年代以来，成为了热点的研究课题【。蚜虫的种类不同，其报 首都师范大学硕士学位论文 警信息素成分可能不同，但多数蚜虫报警信息素的主要成分都是( e ) 1 3 法尼烯( 简称e b f ) ， 其结构见上图。 目前，农药乳油仍然是我国农药剂型的主体产品。但是作为一个传统剂型，乳油制剂 的诸多缺点一一突现出来，尤其是对环境的污染将会严重阻碍乳油制剂的发展，美国环境 保护委员会已将其列在毒剂类别中。农药微乳剂以其显著的环保特点，成为国内外农药剂 型研究发展的方向，它也是取代乳油的最佳剂型。本着绿色化学的原则，本文从制剂的绿 色化角度，进行蚜虫报警信息素微乳剂型的配制研究，目的在于对以人工合成的( e ) b 法尼 烯为主成份的原药的生物源类无公害农药微乳制剂进行研究探索。 1 2 农药剂型的发展趋势 目前，世界上许多国家正面临着减少农药使用和环境污染的压力。一般通过开发新颖 的活性农药或提高现有农药生物活性来解决，因开发新农药品种耗资巨大，而对农药剂型 进行创新，用表面活性剂来提高现有农药的活性，降低农药用量，这种途径更为实惠。 农药剂型指农药原药经过加工使之成为可用适当的器械应用的制成品。农药原药除少 数挥发性大，在水中溶解度大的可直接使用外，绝大多数必须加工成各种剂型以适用使用 要求。剂型的种类很多，包括粉剂、微乳剂、乳油、悬浮剂、水分散粒剂、缓释剂等。一 种农药可以加工成数种剂型。至于选择哪种剂型对原药进行加工，要从以下几个方面考虑： 农药的物理特性和化学特性，尤其是溶解特性和物态；有害生物的特性，每种有害生物都 有一些特性，一种原药虽有多种剂型可用于防治特定有害生物，但是其中某种剂型会对这 种特定的有害生物防治效果最好；使用技术要求的不同；加工成本，若成本较高，即使是 优良的剂型，推广起来也会遇到许多困难。近年在对剂型与活性的关系研究工作中，制剂 参数对于施用农药的实质涵义已得到更深认识，以前以实验为依据进行产品最佳化，目前 已经相当程度转向对农药剂型作合理的设计，用以降低农药剂量并且对靶标生物有更精确 的施药效果。本课题所研究的原药为实验合成的法尼烯( 主要成分为e b f ，还含有其顺式 异构体及洳法尼烯的四种顺反异构体) ，黄色油状液体，不溶于水，易溶于乙醇。综合考 虑原药性状和各种剂型的适用范围及加工难度，将该原药加工成乳油和微乳剂两种剂型较 为合适。 我国现阶段农药剂型仍以乳油、可湿性粉剂等老剂型为主，乳油、可湿性粉型等老剂 型存在严重的环境问题，乳油中大量使用的甲苯、二甲苯等溶剂，可湿性粉剂加工和使用 时，粉尘对环境造成污染。环境相溶性好的安全型农药新剂型成为农药剂型研究开发的新 2 首都师范大学硕士学位论文 趋势，有发展潜力的农药新剂型主要为水基性农药剂型和水分散颗粒剂【2 ，3 一翔。此外，悬浮 剂、多功能混合制剂的发展也很迅速，水溶剂产量上升较快，省力化剂型的发展空间也很 大，例如泡腾片剂、高浓度除草颗粒剂、高扩散性水剂以及水面直接施用的农药胶囊剂等 都因其各自所具有的独特优势，成为未来农药制剂加工发展的重要方向。 1 3 微乳剂的概况及其在农业上的应用发展 1 3 1 微乳剂的理论概况 微乳剂是两种互不相溶液体形成的热力学稳定的、各向同性的、外观透明或半透明的 分散体系，微观上是由表面活性剂界面膜所稳定的一种或两种液体的微滴所构成【6 】。微乳 液形成的理论主要有三种假设学说m 】：双重膜理论、增溶理论和负表面张力原理学说。此 外，还有从最基本的分子问相互作用考虑问题的r 比理论以及双重膜理论基础上发展起来 的几何排列理论等。 1 3 1 1 双重膜理论 1 9 5 5 年s c h u l m a n 和b o w c o t t 提出吸附单层是第三相或中间相的概念1 9 , 1 0 ，并由此发 展到双重膜理论：作为第三相，混合膜具有两个面，分别与水和油相接触。正是这两个面 分别与水、油相互作用的相对强度决定了界面的弯曲及其方向，因而决定了微乳体系的类 型。混合膜并不完全是表面活性剂或者助表面活性剂，其中有油和水穿插在界面膜中。这 种油、水向混合膜中渗透情况实质上反映了混合膜的亲水、亲油相互作用的问题。因而可 以归结为界面膜的亲水亲油平衡问题( h l b ) 。通常形成o w 型微乳液所需的醇表面活性 剂比较高，可见醇起了调节混合膜的亲水亲油平衡的作用，从而影响膜的自发弯曲。由此 总结出微乳液形成的两个必要条件：在油水界面有大量的表面活性剂和助表面活性剂混合 物的吸附；界面具有高度的柔性。前者要求所用的表面活性剂的h l b 与具体体系相匹配， 这可以通过选择合适的h l b 的表面活性剂混合物，加入助表面活性剂调节，或者改变体 系的盐度、温度来实现。后者通常是通过加入助表面活性剂( 如对离子型表面活性剂) 或 调节温度( 如对非离子型表面活性剂) 来满足。因此，醇在微乳液的形成中特别是使用离 子型表面活性剂的体系中起了重要作用。 3 首都师范大学硕士学位论文 1 3 1 2 增溶理论 s h i n o d a 和f r i b e r g 根据表面活性剂( 离子型还应有助表面活性剂) 、水、油的相图， 认为微乳是在特殊条件下胀大了的胶团 1 l , 1 2 1 。胶团和加溶胶团均是热力学稳定体系。对于 增溶作用，只要表面活性剂的浓度大于临界胶束浓度( c m c ) 即可发生，但微乳形成的条 件是：非离子表面活性剂的亲水亲油性可用温度来调节，因而单一的非离子表面活性剂即 可形成微乳。而离子型表面活性剂则不同，其对温度不敏感，调节它的亲水亲油性要用助 表面活性剂，这就决定了单一的离子型表面活性剂不能形成微乳。此外，还可以用加盐和 非极性基的支链化来调节表面活性剂的亲水亲油性，使体系形成微乳液。 1 3 1 3 负表面张力原理 负表面张力原理的核心是油水两相之间，表面活性剂的存在可以降低两相间的表丽自 由能，降低界面张力，形成稳定的界面膜。而助表面活性剂的存在进一步使动态界面张力 下降至超低的程度，约为1 0 一1 0 一m n m ，以致产生瞬自j 表面张力为负值的情况。一旦表 面张力低于零后，导致体系界面自动扩张形成微乳液。如果微乳液发生聚结，则界面面积 缩小，复又产生负界面张力，从而对抗微乳液的聚结，这就解释了微乳液的稳定性。 通常微乳剂的组成中会含有一些短链醇、中链醇或长链醇，而这类醇的作用在双层膜 理论以及增溶理论中无法得到合理的解释，但负表面张力原理学说较为完美地解释了助表 面活性剂在微乳剂中所起的作用。助表面活性剂本身并没有乳化能力，它的加入却可以成 倍提升表面活性剂的活性，有效地促进微乳液的形成。该学说同时也存在不少缺陷：其一， 不少农药微乳剂品种并不需要加入助表面活性剂而只要使用某些非离子表面活性剂或双 链离子表面活性剂就可以独立形成微乳液；其二，某些表面活性剂所形成的液晶相也具有 很低甚至低于零的表面张力，可以使得油水两相界面张力为负值，却无法形成稳定的微乳 液；其三，虽然助表面活性剂的加入可以使得界面张力瞬时为负值，在分散相以很小的质 点分散时，体系熵增将大大超过界面扩张自由能的增加，因此界面张力为负值的情况几乎 不可能出现。 1 3 1 4r 比理论 r 比理论直接从最基本的分子间相互作用考虑问题。既然任何物质间都存在相互作用， 因此作为双亲物质，表面活性剂必然同时与水和油之间有相互作用。这些相互作用的叠加 4 首都师范大学硕士学位论文 决定了界面膜的性质。该理论的核心是定义了一个内聚作用能比值，并将其变化与微乳液 的结构和性质相关联。w i n s o r 最初将a c 0 和a 。之间的比值定义为r 比，后来将r 比修正 为：r = ( k a 。- a ) ( a 。a 。a 曲。根据r 比理论，油、水、表面活性剂达到最大互溶度 的条件是r = i ，并对应于平的界面。当r = i 时，理论上界面区既不向水侧，也不向油侧优 先弯曲，即形成无限伸展的胶团。当r 的平均值不为1 时，界面区将发生优先弯曲。当r i 时，变化正好相反，界面区趋向于在油 区铺展，反胶团膨胀为w o 型微乳液。 1 3 1 5 几何排列理论 在双重膜理论基础上，r o b b i n s 、m i t c h e l l 和n i n h a m 等又提出了几何排列理论。几何 排列模型认为界面膜在性质上是一个双重膜，极性的亲水基头和非极性的烷基链分别与水 和油构成分开的均匀界面。在水侧界面，极性头水化形成水化层，而在油侧界面，油分子 是穿透到烷基链中的。几何填充模型考虑的核心问题是表面活性剂在界面上的几何填充， 用一个模型参数即所谓的填充系数v a o l 。来说明问题，其中v 为表面活性剂分子中烷基链的 体积，a o 为界面上每个表面活性剂极性头的最佳截面积，l c 为烷基链的长度。于是界面的 优先弯曲就取决于此填充系数，而此填充系数受到水和油分别对极性头和烷基链溶胀的影 响。当v a & = l 时，界面是平的，形成的是层状液晶相；当v ，乩 l 时，烷基链的横截面 积大于极性头的横截面积，界面发生凸向油相的优先弯曲，导致形成反胶团或w o 型微乳 液；反之当v a o l c a s a o s ( d - 烯基磺酸盐) a e s ( 脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐) 。比较不同链长的a s 、l a s 、a o s 对皮肤的刺激强度，总体 看，c 1 0 - c 1 4 的乳化剂对皮肤刺激较强，链长为c n 的刺激性最大。e o 型非离子乳化剂中 t w c e n 的刺激性小于a e o ，各种e o 型乳化剂的同系物，随加成的环氧乙烷数增加，刺激 性降低。分子内引入聚7 , - - 醇( p e g ) 基团能大大降低乳化剂的刺激性。 阴离子乳化剂的选取，综合考虑上文的论述，拟选用十二烷基苯磺酸钙及十二烷基苯 磺酸钠为主要阴离子乳化剂。非离子乳化剂选取，综合考虑上文论述，可以选用蓖麻油环 氧乙烷加成物，脂肪酸聚氧乙烯酯，t w c c n 类。值得一提的是，含e b f 作为协同剂的灭蚜 农药已经由中科院动物所研制成功并申请专利。它含有机磷、拟除虫菊酯、氨基甲酸酯类 灭蚜杀虫剂或由植物中提取的具有灭蚜活性的灭蚜杀虫剂或其混配剂型灭蚜杀虫剂。已知 蚜虫报警信息素应用于农药速灭杀丁中，达到同样杀虫效果，可以减少杀虫剂用量5 0 。 速灭杀丁所选用的乳化剂是农乳2 2 0 1 。可以尝试将农乳2 2 0 1 作为蚜虫报警信息素农药的 乳化剂。 另外，微乳液要进行热贮、冷贮稳定性试验，于是微乳液的浊点问题也不容忽视。微 乳液的浊点高低取决于原药的性质及所用乳化剂的种类和用量。乳化剂的用量增加能够提 高体系的浊点，在适合对原药配制微乳液的乳化剂种类中，应该选择浊点高的乳化剂，以 降低乳化剂的用量。 1 3 2 2农药微乳剂的配制方法 根据微乳剂的配方组成特点及类型要求，可选择相应的制备方法，使体系达到稳定。 综合文献，主要可以归纳为以下几种方法： 氛将乳化剂、助乳化剂和水混合后制成水相，然后将油溶性农药在搅拌下加入水相，制 成透明的o w 型微乳剂。 b 可乳化油法。将乳化剂、助乳化剂溶于农药油相中，混合均匀，然后将油相滴入水中， 搅拌成透明的o w 型微乳剂；或者将水滴入油相中，水量太少时形成w o 型微乳剂， 水量较多时，则形成o w 型微乳剂。 c 转相法。将农药与乳化剂、助乳化剂充分混合成透明均匀的油相，在搅拌下慢慢加入 蒸馏水或去离子水，形成w o 型乳状液，再经搅拌加热，使之迅速转相成o a v 型乳状 7 首都师范大学硕士学位论文 液，冷却至室温使之达到平衡，经过滤制得稳定的o w 型微乳剂。 1 3 3 微乳剂研究发展历史 国外从2 0 世纪7 0 年代开始，美国、西德等国就出现了农药微乳剂的报道，涉及的农药 包括杀虫剂、杀菌剂、除草剂和卫生用药等，其中杀虫剂包括有机磷类、菊酯类和氨基甲 酸酯类等。9 0 年代，国外关于农药微乳剂的研究发展较快，出现了一定量的专利配方，例 血1 1 9 9 1 年的美国专利文献报道了燕麦枯和2 ，4 d 丁酯的微乳剂组合【i3 1 ，该配方仅需要一种表 面活性剂，对加工工艺、加料顺序没有要求；1 9 9 4 年的美国专利文献介绍了一个室内卫 生用药的微乳剂组合【1 4 】，其组成包括d - 丙烯菊酯、氯菊酯、胺菊酯以及胡椒基丁醚及表面 活性剂。另外，对于微乳剂的专用乳化剂，在此期问也有一定进展，不少专利文献也在微 乳剂的专用乳化剂方面作了报道。现在国外农药微乳剂的研究已涉及到卫生用药、农用杀 虫剂、杀菌剂、除草剂等各领域，已开发成功并得以应用的品种有l o 高效苯醚菊酯、5 氯菊酯、1 0 氯氰菊酯、3 0 乐杀螨微乳剂等；此外，目前国外在农药微乳剂的研发生产 上出现了一些颇具实力的公司，例如德国h o e c h s t 、月本北兴化学、三菱油化和u b e 工业公 司等，这些公司都申请了大批的农药微乳剂专利i l 卯。 我国自8 0 年代后期开始了家庭卫生用的微乳剂研究和生产，并陆续研制出了一系列 产品，其大多数是将高效低毒的拟除虫菊酯与乳化剂、助剂和水混合乳化，从而制得透明 的微乳状液体t 1 6 1 。在9 0 年代开始进入农药微乳剂的研究和生产阶段。1 9 9 2 年安徽省化工 研究院首先研制成功2 0 及8 氰戊菊酯微乳剂；之后，化工部农药剂型中心又对高效氯 氰菊酯及其与灭多威等复合的微乳剂的物理稳定性问题进行了研究；1 9 9 5 年北京农业大学 发布了2 0 北农一号微乳剂专利；1 9 9 9 年，陈福良、梁文平等对农药微乳剂的浊点问题 进行了探讨，并提出了建议；吴秀华等对5 高效氯氰菊酯乳油进行剂型改进，研制了5 高效氯氰菊酯微乳剂，其持效期比乳油延长5 7 天。1 9 9 8 年、1 9 9 9 年登记的微乳剂农药 品种多为高效菊酯及其它农药与其复配的杀虫剂。此后，新的农药微乳剂登记公告越来越 多。近年，又有一些微乳剂研制成功的报道：5 缓释型高效氯氰菊酯微乳剂兼有乳油的速 效性和缓释剂缓慢释放的双重特点：o 3 阿维菌素微乳剂的研制成功，替代了由于售价高和 污染、浪费等原因而限制使用的1 8 、o 9 、o ，5 阿维菌素乳油制剂；5 草敌微乳剂利 用微乳化技术，由固、液两种农药原药制成的二元复配新品种，集农药和化肥为一体，具 有有效成分含量高、使用方便、安全等特点，可用于麦阳、稻田防除多种杂草，除草谱广、 使用安全、环境污染小。到目前为止，我国已有的8 0 氰戊菊酯、5 高效氯氰菊酯、1 0 r 首都师范大学硕士学位论文 丰威微乳剂、2 0 北农一号等微乳剂商品在局部地区得到推广应用，并在蔬菜、棉花的主 要虫害防治上显出良好的成果。 目前我国水基卫生杀虫微乳剂在技术上已经十分成熟，由于其生产、贮存安全、对环 境友好而具有很好的市场前景。到2 0 0 5 年元月底，国内微乳农药方面的专利有1 0 余条，国 外微乳农药的专利已查到7 0 余条。虽然国内外在农药微乳剂方面的研发进展较快 1 7 , 1 8 , 1 9 , 2 0 2 1 2 2 , 2 3 洲，但是在这个研究领域里也存在着几方面不足，主要表现为：乳化荆在微乳 农药的使用上专一性强，广泛性不够；农药微乳剂涉及的品种还很有限，主要集中在杀虫 剂领域，这其中又以拟除虫菊酯类为多，并且以复配为主，局限于以阿维菌素参与的二元复 配较多；和发达国家相比，我国农用微乳剂的差距主要表现为缺少综合性能好，适应性广 的非离子乳化剂；国内外对于农药微乳剂的文献报道、专利很多，但是它的开发目前还在 探索中，缺乏一定的理论和技术指导。目前，国内外研究的方向是先配成农药微乳剂，然 后从配好的农药微乳剂各组分入手，研究微乳农药各组分和微乳区域之间的关系，期望依 据这种关系能较好地选择出最佳的乳化剂品种、规格和用量，并将其上升到一个理论高度。 如果研究成功了，这将是表面活性剂理论在微乳农药乳化剂应用技术、农药制剂研究领域 的一次飞跃。 1 4 蚜虫报警信息素的研究概况 1 a 1 动物源农药 全球化学农药的产量正以每年2 左右的比例下降，而生物农药的产量则以每年 1 0 2 0 的速度递增。广义的生物农药防治是指利用有益生物及其代谢产物来控制有害生 物。美国环保局将农药分为两大类，常规化学农药和生化、微生物农药。以信息素为基础 的农药产品常规为第二类，这类农药具有环境相容性好的特点。生物农药主要包括生物体 农药和生物( 源) 化学农药两大类【2 5 0 6 , 2 7 , 2 3 1 。 生物体农药是指利用活体生物及其代谢产物开发，制取，用来防除病、虫、草、鼠等 有害生物的活体生物农药。生物( 源) 化学农药是指利用细菌、真菌和放线菌等微生物在 发酵过程中所产生的次生代谢物研制生产的农药。生物化学农药则是指从生物体分离提取 的、具有一定化学结构的、对靶标有害生物有控制或杀灭作用的生物活性物质，该物质若 可人工合成，其合成物的化学结构必须与原分离提取物的化学结构相同( 允许所含异构体 比例差异) 。生物化学农药包括：抗生素类农药；植物源类农药；动物源类农药。其中动 9 首都师范大学硕士学位论文 物源类农药又可分为两部分：一部分为昆虫产生的内源激素( 包括脑激素、保幼激素、蜕 皮激素、聚集信息素、性信息素、报警激素、跟踪信息素等) ，另一部分则是根据已知昆 虫体内物质的分子的结构来进行结构改造或人工合成，人工合成蚜虫报警信息素也归属于 此类f 2 9 j o 川。 生物农药均是天然存在的活体生物或化合物，在环境中会自然代谢，参与能量与物质 循环，施用于环境中或植物上，不易产生残留、污染和抗性，不会导致生物富集现象；由 于它对作用对象专一性较强，生物活性相当突出，对非标靶生物相对安全，从而成为绿色 农药的重要研究方向。 利用( e ) - p 一法尼烯具有驱散蚜虫的特点，用于温室或大棚中可以防范蚜虫；将( e ) - p - 法 尼烯与常规杀虫剂混用，可驱使蚜虫主动接触杀虫剂，在动态中被灭杀，此法将降低杀虫 剂的用量，有利于环境保护、有利于食物的安全、有利于对害虫天敌的保护。另一方面， 报警信息素的使用使蚜虫产生有翅蚜比率下降，减少迁移蚜的数型3 2 1 。目前，国际问大约 有2 0 个课题组在进行蚜虫报警信息素的合成研究与应用研究。 目前，已经有部分植物源生物农药的微乳剂【3 3 】得到成功的开发及应用，例如阿维菌素 微乳剂【3 4 , 3 5 】；而动物源生物农药的相关研究还很少。 1 4 2 蚜虫报警信息素的研究进展 自b o w e r s 等【3 6 】分离并鉴定出蚜虫报警信息素的结构为倍半萜类的( e ) d 法尼烯以来， 已有2 0 余位研究者尝试用不同的方法制备e b f ，这一研究领域的最主要问题是需要获取 廉价易得的e b f 。孙东成等【”1 以反式法尼醇为起始原料，采用匹t ( - - 苯基膦) 化钯作为催化 剂，经室温下酯化，再在1 0 0 。c 下进行催化消除反应，e b f 总收率为6 0 。此方法反应条 件温和，收率较好。如果钯催化剂来源和成本均可控制，此法将不失为大量制备e b f 的良 法。张钟宪等1 3 8 】对d a w s o n 3 9 1 的路线进一步改进，通过降低反应体系的真空度，在催化床 上加入适量金属填料，选择加热剂乙二醇蒸气相加热催化床的方式，得到粗产物的收率高 达9 2 6 ，法尼烯含量8 6 2 ，其中e b f 含量为4 2 9 。与d a w s o n 方法相比，e b f 收 率提高了3 6 9 。孙东成等t 4 0 l i ：1 ：t 香叶基溴( 由柠檬醛经还原、溴代制得) 经偶联，炔烃酮化 等反应步骤亦制得e b f ，收率是7 3 。此方法收率较高，适合于制备较大量的e b f 。黄文 耀等【4 l 】从合成起始原料的角度对e b f 的合成研究进行了总结。 各种合成路线均有各自的优点，但在当代的化学合成领域，合成路线要依据绿色化学 的原则选择。绿色化学所提出的“原子经济性”不同于传统化学当中的转化率、选择率和收 1 0 首都师范大学硕士学位论文 率的概念，它要求在获取新物质的转化过程中，要充分利用原料的每个原子，要求实现化 工生产的“零排放”，即最大限度地利用资源，而又不产生污染。显然，e b f 的合成中以橙 花叔醇为原料的合成方法“原子经济性”最高，达到9 2 ，且它只有一步反应，副产物是水。 但目前橙花叔醇为原料的合成方法存在许多问题，如反应条件苛刻、反应速率缓慢、操作 麻烦、难以放大规模。若能解决这些问题，以橙花叔醇为原料合成e b f 将是一种理想的方 法。为此，张钟宪设计了“一种减压流化反应系统d 4 2 1 ，利用该系统进行e b f 的合成，加快 了气固相反应时的扩散过程，u p n 快反应时的气固相间的动量传递、传热速率和传质速 率，取得良好的效果。与文献工作相比较，用该方法合成e b f ，可进行规模生产、操作简 便、且大大节约了反应时间，转化率可达到9 8 以上。 对e b f 分子进行结构改造和修饰以便得到具有较好的报警活性和稳定性的蚜虫报警 信息素类似物的合成研究也有部分进展。杨新玲等【4 3 】对e b f 类似物的骨架结构原子进行改 造，引入吡虫啉系列活性基团，设计合成了1 3 个结构新颖的e b f 类似物，并对其生物活 性进行了研究。结果表明，这些化合物对蚜虫具有明显的抑制活性，尤其在低浓度时，相 较毗虫啉，它们同时具有报警活性和杀虫活性。在蚜虫的电生理反应虽然也有一定研究i 】， 但相应的基础研究尚显不足，如蚜虫受体与报警信息素分子的活性结合点的位置与作用机 理，蚜虫受体对报警信息素分子的结构有何特殊要求等等。昆虫信息素的专属性表明其与 受体之间具有特定的作用部位，受体对信息素的结构有严格的要求，如分子大小、双键数 目和位置、电负性等。部分学者尝试利用计算机辅助分子设计手段进行蚜虫报警信息素的 结构分析以及结构活性关系研究。阚炜等l 报道了e b f 一氟、二氟和三氟取代物分子结构 的叠合差异。杨新玲附l 详细研究了e b f 一氟取代物的结构及其与e b f 结构的差异，同时 对一些非e b f 系列物的分子结构与活性间的关系也进行了研究。 此外，从大量的对于香料、植物精油的检测分析中，发现其中含有法尼烯的成分，例 如在对姜精油及金银花等的成份分析中，都发现有一定含量的法尼烯【4 7 ，4 8 4 9 1 。 但迄今为止，把人工合成法尼烯制成蚜虫报警信息素微乳剂的研究还未见报道。 1 5 本论文试验设计思路及研究意义 1 5 1 论文设计思路 合格的微乳制剂外观、乳液稳定性、温度适应性以及透明温度范围都有一定的标准， 本试验以这些标准为依据，通过选择不同类型的乳化剂，逐级进行配比试验来完成配方的 1 l 首都师范大学硕士学位论文 筛选与确定。试验首先通过单体乳化剂以及非离子乳化剂与阴离子型乳化剂以不同的比例 得到的复配乳化剂对原药法尼烯进行乳化试验，以筛选适合的乳化剂的种类；然后根据乳 化剂与原药在不同比例下所形成的微乳绘制伪三元相图，根据相图中微乳区域的面积以及 微乳剂的标准选择出乳化剂助乳化剂原药匹配度合适的体系，最后对于体系的配比进行 微调，从而通过逐级筛选配比获得符合要求的微乳剂。 与化学农药相比，生物农药由于活性成分可能不止一个，其效果可能是十多个成分共 同作用的结果。本试验中的原药为实验室合成的法尼烯，是不同异构体的混合物( 主要成 分为e b f ，还含有其顺式异构体及洳法尼烯的四种顺反异构体) ，除了主有效成分e b f ， 其它的异构体也具有一定的趋避活性，并且对e b f 没有负面影响，可以不进行分离而直接 使用( 3 8 l 。 建立对蚜虫报警信息素微乳剂有效成份e b f 的分析方法，也是论文中要解决的一个重 要问题。试验设计中，拟采取浊点去水法对微乳制剂样品进行预处理，然后用气相色谱对 样品中的e b f 进行测定，通过对主有效成分e b f 的检测，更好地对配制过程中制剂的质 量指标进行控制。 。 透明温度范围作为微乳制剂的一个技术指标，标准还没有统一，但是一般要求至少在 0 - 4 0 范围内保持均相透明，这是微乳制剂产品开发过程的一个难点。透明温度范围跟体 系中每种组分都有一定关系，本试验首先选择适合原药法尼烯的乳化剂体系，褥通过调整 表面活性剂的亲水亲油性来实现温度范围的扩大。 微乳剂的生产工艺根据配方的特点而有多种选择。相转化法是目前微乳剂生产中经常 采用的方法，一般要求制剂体系相转化温度在8 0 。c 以上，这适合于热稳定性好的体系。对 于原药法尼烯来说，虽然具有较好的热稳定性，但是不能避免较长时问高温条件下的挥发； 因此，在生产工艺流程设计上，优先考虑直接乳化法。 1 5 2 意义 本题探讨微乳剂在动物源农药蚜虫报警信息素制剂加工中的应用。农药对环境的污染 很大程度上是由制剂引起的，因此剂型的恰当选择是减小污染以及降低成本的有效途径。 当前剂型加工的发展趋势之一是减少或不用有机溶剂，向水基化转化，农药微乳剂是典型 代表。对把绿色原药法尼烯制成蚜虫报警信息素微乳剂的研究，至今尚无相关报道。本题 的现实意义在于研究配制在技术上和经济上可行的、环境负作用小的治蚜农药，以期使农 业生产走可持续性道路，并且对今后蚜虫报警信息素的实际应用及制剂配方研究起到一定 1 2 首都师范大学硕士学位论文 参考性作用。 2 1 材料与仪器 2 1 1 主要材料 第二章材料与方法 原药法慰烯( 实验室自制，法尼烯含量为9 0 3 ，8 7 2 ，8 5 4 ) ； 法尼烯异构体混合物( 百灵威试剂公司) ： 月桂醇聚氧乙烯( 2 0 ) 醚( 工业级，天津乐泰化工有限公司) ； 脂肪酸聚氧乙烯酯系列l e 1 2 、l e d 0 ( 工业级，天津乐泰化工有限公司) ； 脂肪酸聚氧乙烯酯系列o e 1 2 、o e - 4 0 ( 工业级，天津乐泰化工有限公司) ； 农乳2 2 0 1 ( 工业级，天津乐泰化工有限公司) ： t w e e n 2 0 、t w e e n 4 0 、t w e e n 6 0 、t w e e n 8 0 ( 工业级，汕头市西陇化工厂) ； 壬基酚聚氧乙烯醚系列t x - 8 、t x 1 0 ( 工业级，天津乐泰化工有限公司) ； 十二烷基苯磺酸钠( i 业级，天津乐泰化工有限公司) ； d b s c a ( 工业级，天津乐泰化工有限公司) ；