噻唑膦在不同介质不同pH条件下热贮稳定性

马 涛, 袁会珠, 闫晓静, 杨代斌

(农业部作物有害生物综合治理重点实验室，中国农业科学院植物保护研究所，北京 100193)

噻唑膦在不同介质不同pH条件下热贮稳定性

马 涛, 袁会珠, 闫晓静, 杨代斌*

(农业部作物有害生物综合治理重点实验室，中国农业科学院植物保护研究所，北京 100193)

噻唑膦加工后的稳定性是剂型选择的关键，为了提高其稳定性，延长其持效期，本研究通过噻唑膦在几种介质中的热贮稳定性试验，研究了酸碱度及介质对噻唑膦化学稳定性及稳定剂环氧大豆油对噻唑膦水乳剂热贮稳定性的影响，从而探索出噻唑膦在不同介质中稳定的最佳pH范围。研究结果发现，噻唑膦在同一pH下不同介质中的稳定性表现为硅藻土>膨润土>水乳剂，当pH为4.5时噻唑膦的稳定性最佳，而且加入0.2%的环氧大豆油做稳定剂可使噻唑膦在水乳剂中的分解率控制在10%以下。总之噻唑膦在酸性介质中较稳定，在硅藻土和膨润土中的稳定性要高于水乳剂中的稳定性。

噻唑膦； 酸碱度； 介质； 热贮稳定性

酸碱度是农药制剂的一项非常重要的理化性质技术指标[1],直接影响着制剂有效成分的贮存稳定性,合理的酸碱度不但可以提高农药有效成分在制剂中的稳定性,防止制剂理化性质发生变化,减小可能发生的药害问题,而且还是评价农药制剂包装材料安全性的必要参考指标。分散介质是农药制剂的重要组分,不但直接影响着农药有效成分的稳定性,而且对施用方式影响很大。多数有机磷类农药在贮存过程中分解率极高。影响有机磷类农药稳定性的因素可分为内因和外因,内因主要是原药的纯度和化学结构, 外因分为物理因素和化学因素两部分, 前者包括光、热、射线等, 后者包括酸、碱性物、氧、水分及化学介质[2]。加入稳定剂是目前广泛采用的提高有机磷农药稳定性的方法[3]。

噻唑膦[(RS)-S-仲丁基-O-乙基-2-氧代-1,3-噻唑-3-硫代磷酸酯]是日本石原株式会社开发的一种高效、广谱的非熏蒸型有机磷杀线虫剂[4]。其作用机理是抑制害虫的乙酰胆碱酯酶,不仅具有很强的触杀作用,而且还容易在植物体中内吸传导,尤其对根结线虫与根腐线虫等具有显著的防治效果[5]。另外它还对一些在叶部为害的害虫和螨类有一定的防效。但是噻唑膦也存在易分解的问题,导致噻唑膦的持效期比较短。目前噻唑膦的主要剂型是颗粒剂,据报道噻唑膦在pH小于6的土壤中半衰期为53.3～57.7 d,在pH大于7的土壤中半衰期仅为14.1～20.7 d[6],而目前国内外关于噻唑膦的稳定性研究仅仅局限在噻唑膦在土壤中的降解和吸收[7],而且有关pH和介质对噻唑膦稳定性的影响则鲜有报道,因此笔者在实验室条件下通过调节体系pH、选择不同的介质及添加稳定剂等途径对噻唑膦的稳定性进行了研究。并分析和讨论了噻唑膦在不同介质不同pH及添加稳定剂条件下稳定性差异及原因,为噻唑膦的剂型加工提供了理论依据。对扩大噻唑膦的应用范围具有重要的现实意义。

1 材料与方法

1.1 药剂与仪器

92.3% 噻唑膦(fosthiazate)原药由河北威远生化有限公司提供,10%噻唑膦水乳剂、10%噻唑膦膨润土颗粒剂、10%噻唑膦硅藻土颗粒剂均由中国农业科学院植保所自制。乙腈为色谱纯,甲醇、柠檬酸、二水合磷酸氢二钠、盐酸、氢氧化钠均为分析纯,所有用水均为超纯水。

主要仪器:高效液相色谱仪(Agilent 1200),万分之一天平(Sartorius),隔水式电热恒温培养箱(常州诺基仪器有限公司),涡旋振荡器(海门市其林贝尔仪器制造有限公司),超声波清洗仪,pH酸度计(上海雷磁)。

1.2 液相色谱条件

高效液相色谱(HPLC) 检测条件:色谱柱为C18不锈钢柱(250 mm×4.6 mm,5 μm);流动相为乙腈∶水=45∶55(体积比),流速为1.0 mL /min,进样量为5 μL检测波长220 nm; 进样量5 μL; 柱温为30℃。 在此色谱条件下噻唑膦的保留时间为4.907 min。

1.3 标准溶液的配制

准确称取噻唑膦原药0.108 3 g(精确至0.000 2 g),用乙腈稀释并定容至100 mL,配制成质量浓度为1 000 mg/L的标准溶液,置于4℃冰箱中保存。准确移取适量标准溶液,用乙腈梯度稀释配制成质量浓度分别为200、100、50、25、12.5 mg/L的系列标准溶液。

1.4 不同pH缓冲液的配制

分别准确称取35.01 g二水合磷酸氢二钠和21.01 g柠檬酸于1 L的容量瓶中用超纯水定容配制成0.2 mol/L Na2HPO4和0.1 mol/L柠檬酸,然后按表1中的方法配制不同pH的缓冲液,最后用酸度计进行校正。

表1 不同缓冲液的配制方法

Table 1 Preparation of different buffers

pH0.2mol/LNa2HPO4/mL0.1mol/L柠檬酸/mL0.1mol/LcitricacidpH计测定值MeasuredvaluebypHmeterpH0.2mol/LNa2HPO4/mL0.1mol/L柠檬酸/mL0.1mol/LcitricacidpH计测定值MeasuredvaluebypHmeter3.04.1115.893.025.511.608.405.533.56.4413.563.486.012.637.375.994.07.7112.294.036.514.555.456.484.59.3510.654.517.016.473.537.025.010.309.705.02

1.5 噻唑膦在膨润土和硅藻土中的添加回收试验

分别称取噻唑膦原药0.541 7、1.083、2.166 7 g于50 mL离心管中,用1 mL乙腈溶解,然后再分别称取膨润土和硅藻土各9.458 3、8.917、7.833 3 g加到离心管中,噻唑膦有效成分含量分别为5%、10%、20%。漩涡振荡3 min使药土充分混匀,置于通风橱中过夜待乙腈完全挥发,分别称取0.100 0 g药土于100 mL容量瓶中用乙腈提取定容,取1.0 mL提取液过0.22 μm滤膜,用HPLC法检测噻唑膦有效成分含量[8]。试验设3个浓度,每个浓度5次重复,并设空白对照。回收率与精密度计算方法如下:

精密度(RSD)=

1.6 噻唑膦在不同pH下水乳剂中的稳定性

在实验室条件下同时制备两批10%的噻唑膦水乳剂,其中一批加入0.02%稳定剂环氧大豆油,然后用1 mol/L的HCl和1 mol/L NaOH溶液分别调节两批水乳剂的pH到2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7,各吸取3 mL到安瓿瓶中,在酒精喷灯下封口,最后转移到恒温水浴干燥箱中进行(54±2)℃热贮处理14 d,在热贮前后分别吸取0.100 0 g水乳剂样品于100 mL容量瓶中用乙腈定容,取1.5 mL过0.22 μm滤膜于进样瓶中待测,每处理设3个重复。试验设置3次平行试验。

1.7 噻唑膦在不同pH下膨润土和硅藻土中的热贮化学稳定性试验

分别称取20 g膨润土和硅藻土于100 mL离心管中,然后取50 mL事先配制好的各个pH的磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液浸泡,2 d后于5 000 r/min离心处理5 min,弃去滤液,将滤渣在120℃烘箱中烘干5 h,以除去残留的水分,最终得到不同pH的膨润土和硅藻土。将干燥后的膨润土和硅藻土用粉碎机粉碎后过400目筛。然后分别称取处理过的膨润土和硅藻土各4.458 2 g于50 mL离心管中,重新称取0.541 7 g 92.3%的噻唑膦原药用1 mL乙腈溶解后加到离心管中,涡旋振荡3 min使药土充分混匀,置于通风橱中过夜,使乙腈快速挥发后,将药土装入到安瓿瓶中,在酒精喷灯下封口后置于恒温水浴干燥箱中(54±2)℃热贮14 d处理,热贮前后分别取土样0.100 0 g于100 mL容量瓶中用乙腈定容,取1.0 mL过0.22 μm滤膜于进样瓶中待测。每个处理重复3次,试验设置3次平行试验。

1.8 数据处理

热贮分解率计算公式如下:

2 结果与分析

2.1 线性关系

以外标法峰面积定量,用乙腈配制12.5、25、50、100、200 mg/L系列浓度的噻唑膦标准溶液,用HPLC法测定。对进样浓度和峰面积进行标准曲线绘制,得出在12.5～200 mg/L范围内,其质量浓度与峰面积有良好的线性关系,线性方程为y=6.541 6x-7.616 7,决定系数R2=0.999 9。

2.2 添加回收率与方法的精密度

添加回收率结果见表2。在有效成分含量为5%～20%添加水平下,噻唑膦在膨润土和硅藻土中平均回收率分别为92.54%～103.76%、93.04%～101.54%,相对标准偏差分别为4.79%～8.11%、4.42%～7.61%,表明该方法具有较高的准确度和精密度。

表 2 噻唑膦在膨润土和硅藻土中的添加回收率

Table 2 Recoveries of fosthiazate in bentonite and kieselguhr

介质Medium添加水平/%Fortifiedlevel添加回收率/%Recovery12345平均回收率/%Averagerecovery相对标准偏差/%RSD膨润土Bentonite5103.2493.3189.9796.3287.2394.016.191091.1389.7086.8597.4397.5892.544.792096.51108.36111.23109.1493.54103.768.11硅藻土Kieselguhr591.1194.57106.2190.2386.2493.677.6110107.6597.52103.9696.85101.34101.544.422097.31102.3886.2192.4986.8093.046.78

2.3 pH对噻唑膦在不同介质中稳定性的影响

大气条件下,大多数有机磷农药都会发生水解反应[9],噻唑膦的水解取决于介质的pH和温度。图1a～d分别表示10%噻唑膦水乳剂不加稳定剂环氧大豆油、10%噻唑膦水乳剂加稳定剂环氧大豆油、10%噻唑膦膨润土颗粒剂、10%噻唑膦硅藻土颗粒剂在不同pH下的热贮稳定性结果。从图1中可以看出噻唑膦在pH为4.5时的热贮分解率是最低的,说明噻唑膦在pH为4.5左右时是相对稳定的,由于噻唑膦是磷酸酯类化合物,其水解一般是磷酯的水解,当pH大于4.5时,随着pH的增大,其分解率也越来越高,这是因为随着pH的增大氢氧根离子在磷原子处的亲核攻击导致醇基团的离去,发生亲核取代反应。当pH小于4.5时,其分解率也呈增大的趋势,是由于噻唑膦发生酸解的缘故。

图1 噻唑膦在不同介质中的热贮稳定性Fig.1 Thermal stability of fosthiazate at different pH values and in different media

2.4 稳定剂对噻唑膦在水乳剂中的热贮稳定性影响

环氧大豆油是常用的热稳定剂,价格便宜,无毒[10],由于其结构中的环氧基团能捕捉噻唑膦降解所释放的自由基,可以迅速吸收因光和热降解出来的磷酸,阻止噻唑膦的脱磷酸的降解,终止噻唑膦降解的自由基反应,减缓降解速度[11],从而提高噻唑膦的稳定性。在其他条件均相同的条件下,本试验所选择稳定剂环氧大豆油对噻唑膦稳定性有较好的效果,通过图1a和图1b的对比,在pH为4.5时,加入稳定剂环氧大豆油的水乳剂的热贮分解率降低到10%以下。在其他相同pH条件下,加稳定剂的水乳剂比未加的分解率均降低了大约5%。

2.5 不同介质对噻唑膦热贮稳定性的影响

介质不同其结构性能及理化性质也不同,对噻唑膦稳定性的影响也不同。本试验所选的水、膨润土、硅藻土3种介质性质各异,对比噻唑膦在3种介质中的热贮稳定性结果可以看出,噻唑膦在3种介质中的稳定性表现为硅藻土>膨润土>水乳剂,究其原因可能是由于噻唑膦在水环境中容易发生水解反应,因此噻唑膦在水乳剂中稳定性要比颗粒剂差,而在膨润土和硅藻土中,由于颗粒剂中不含水分,噻唑膦分子接触不到水分,亲核取代反应较弱,得不到足够的能量,致使其分解率降低,所以发生水解的可能性较低,但是热贮试验提供的热量致使噻唑膦分子获得分解所需能量,从而促进分解反应的发生。但总体来说在膨润土和硅藻土中稳定性要高于水乳剂。由于膨润土和硅藻土本身性质不同,噻唑膦在二者中的稳定性也存在差异,膨润土是一种片层结构的硅酸盐,主要成分是蒙脱石[12],本身有很强的吸附能力,同时还兼具一定的稳定剂的功能,它将噻唑膦分子牢牢吸附在土中,从而使之与外界环境隔开,减小了外界环境对噻唑膦分子的影响。而硅藻土的主要成分是二氧化硅,硅藻颗粒的独特孔结构特性与较大的比表面积、良好的热稳定性和耐酸性及表面大量的自由羟基和缔合羟基是良好的载体材料[13],这些特点正是噻唑膦在硅藻土稳定性好的关键因素所在。而且膨润土本身呈碱性,硅藻土呈中性,综合上述原因噻唑膦在硅藻土中的稳定性要优于膨润土。

3 结论与讨论

噻唑膦属于易降解农药[14],它的稳定性与它所处的环境介质有很大关系,在热贮稳定性方面,噻唑膦在不同介质中稳定性表现为硅藻土>膨润土>水乳剂,同时噻唑膦的稳定性与pH有极大的关系。研究结果表明在pH为4.5左右时,噻唑膦在水乳剂、膨润土、硅藻土3种介质中的稳定性是最佳的。环氧大豆油稳定剂对提高噻唑膦稳定性起到非常重要的作用,研究结果显示环氧大豆油能将噻唑膦水乳剂的热贮分解率控制在10%以下,本文研究仅限于噻唑膦水乳剂和颗粒剂,对于其他剂型尚待讨论,但可以由此推断,其他剂型,尤其是水基化制剂在很大程度上存在相似的规律。

噻唑膦制剂在贮存过程会发生分解,特别是水基化制剂,随着分解制剂酸度会加大,这种变化对噻唑膦有效成分的稳定性影响还需进一步验证,必要时可以营造缓冲体系来维持体系pH,从而保持噻唑膦的稳定性。

选择合理的剂型与调整环境pH能够使噻唑膦具有更长的持效期,不仅能够有效地控制有害生物的危害,而且还能为噻唑膦其他不同剂型的开发提供非常重要的理论依据。

[1] 陈福良, 尹明明, 王仪, 等. 酸碱度对微乳剂制剂热贮稳定性的影响[J]. 农药, 2008(5): 344-345.

[2] 张国生, 郑瑞琴. 甲基嘧啶磷稳定剂的研究[J]. 浙江化工, 2002, 30(1): 13-14.

[3] 吴婉娥, 朱绪恩, 苏力宏, 等. 有机磷农药稳定剂进展[J]. 应用化工, 1997(4):13-16.

[4] Koyanagi T, Imai O, Yoshida K.Development of a new nematicide, fosthiazate [J]. Journal of Pesticide Science, 1998,23(2): 174-183.

[5] Geun K D, Bae K J, Kook L J, et al. Effects of treatment time of cadusafos and fosthiazate for the control ofMeloidogynearenariaon oriental melon [J]. Korean Journal of Applied Entomology, 41(4): 293-298.

[6] Pantelelis I, Karpouzas D G, Menkissoglu-Spiroudi U, et al. Influence of soil physicochemical and biological properties on the degradation and adsorption of the nematicide fosthiazate[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2006, 54(18): 6783-6789.

[7] Qin Sujie, Gan Jianying, Liu Weiping, et al. Degradation and adsorption of fosthiazate in soil [J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2004, 52(20): 6239-6242.

[8] 马涛, 袁会珠, 闫晓静, 等. 10%噻唑膦微囊的研制及其对番茄根结线虫的防治效果[J]. 农药, 2016, 55(4):256-260.

[9] 麦尔尼科夫. 农药与环境[M]. 北京: 化学工业出版社, 1985: 45-49.

[10]李玉芳. 环氧大豆油的开发和利用前景[J]. 精细化工原料及中间体, 2011(2): 20-23.

[11]汪多仁. 环氧大豆油的开发与应用[J]. 化学工业, 2010, 28(5): 38-44.

[12]Grim R E, Güven N, 杨殿范, 等. 膨润土的性质与利用[J]. 世界地质, 1984(2): 47-55.

[13]郑水林, 孙志明, 胡志波, 等. 中国硅藻土资源及加工利用现状与发展趋势[J]. 地学前缘, 2014, 21(5): 274-280.

[14]方晓航, 仇荣亮. 有机磷农药在土壤环境中的降解转化[J]. 环境科学与技术, 2003, 26(2): 57-59.

(责任编辑：田 喆)

Heat storage stability of fosthiazate in different media and different pH

Ma Tao, Yuan Huizhu, Yan Xiaojing, Yang Daibin

(KeyLaboratoryofIntegratedPestManagementinCrops,MinistryofAgriculture/InstituteofPlantProtection,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100193,China)

The stability of fosthiazate is the key to the selection of formulations and application. In order to improve the stability of fosthiazate, prolong the lasting period and screen out the optimal stable condition, the effects of pH and media including EW, bentonite and kieselguhr on the degradation of fosthiazate were conducted by means of hot storage stability test. The results illustrated that the ratios of fosthiazate degradation in different media were: EW> bentonite>kieselguhr at the same pH.pH and stabilizer had a great effect on the single formulations. The results demonstrated that fosthiazate was relatively stable at pH 4.5, and adding 0.2% epoxidized soybean oil could keep the degradation rate below 10%. Our results indicate that fosthiazate is more stable in acidic medium and in soil medium than in EW.

fosthiazate; pH; medium; heat storage stability

2016-02-23

2016-05-11

公益性行业(农业)科研专项(2012BAD19B04)

S482.33

A

10.3969/j.issn.0529-1542.2017.01.015

* 通信作者 E-mail：yangdaibin@gmail.com