50%氟環唑·甲基硫菌靈懸浮劑儲存過程中晶體結構研究

戴焰林，李書香，鄭 玥

(江蘇省中江海外進出口有限公司，南京210023)

農藥懸浮劑因其藥效好、施用方便、水基化、綠色環保等特點成為近年來我國農藥制劑的主力劑型[1]。但作為熱力學不穩定體系，懸浮劑在儲存過程中容易出現分層、沉降等物理穩定性問題，是開發者關注的重點[2-3]。

50%氟環唑·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50%氟環唑·甲基硫菌靈懸浮劑產品時發現，該產品在儲存過程中，極易形成大尺寸的結晶顆粒，導致分層、結底、懸浮率下降、堵噴頭等問題。為此，本文重點分析了50%氟環唑·甲基硫菌靈懸浮劑儲存過程中晶體顆粒的結構和形貌，探討其顆粒長大的根本原因，以期為解決類似產品的儲存穩定性提供科學依據。

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(安徽廣信農化股份有限公司)，98%氟環唑(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(上海)有限公司]；烷基醇聚氧乙烯醚TergitolTMW-600(陶氏化學)；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(國藥集團化學試劑有限公司)；消泡劑：有機硅消泡劑(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。

1.2 主要儀器

200 mL立式砂磨機(上海賽杰化工設備公司)；T18型數顯型高剪切均質乳化機(德國IKA集團)；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FEI公司)。

1.3 試樣制備

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

將上述方法制備的50%氟環唑·甲基硫菌靈懸浮劑樣品，常溫放置4周，用200目篩網過濾得到固體物質，蒸餾水清洗、烘干，得到結晶顆粒物(以下稱結晶物)。

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

1.4 粒度分析

采用BT-9300型激光粒度分布儀對新制備的50%氟環唑·甲基硫菌靈懸浮劑樣品和常溫儲存4周的樣品分別進行粒度分布測試。設置顆粒折射率1.52，介質折射率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射線粉末衍射儀對氟環唑原藥、甲基硫菌靈原藥、混合物和結晶物進行測試，測試條件：石墨單色器，Cu-Kα輻射，波長1.541?，管電壓40 kV，管電流40 mA，連續掃描模式，步長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射線單晶衍射儀對結晶物的晶胞參數進行測試，測試條件：石墨單色器，Cu-Kα輻射，波長1.54178?，溫度293 K。

1.7 掃描電鏡分析(SEM)

采用Quanta FEG250掃描電子顯微鏡對氟環唑原藥、甲基硫菌靈原藥和結晶物的形貌進行觀察比較。

2 結果與討論

2.1 粒度分布

通過激光粒度分析儀可以測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存過程中變化。50%氟環唑·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增長到56.47μm，D90從3.650μm增長到124.0μm，表明產品中固體懸浮顆粒粒徑有明顯增長(圖1)。

圖1 新制備(a)樣品和儲存4周(b)樣品粒徑分布對比圖

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特的，衍射圖譜的位置和強度均具有獨特的性質。當新晶體生成的時候，在粉末衍射圖譜中就會有新的衍射峰出現及舊的衍射峰消失[6]。對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為氟環唑原藥、甲基硫菌靈原藥、混合物和結晶物的PXRD圖譜。通過分析PRXD圖譜可知：混合物的PXRD圖譜是氟環唑和甲基硫菌靈PXRD圖譜的疊加，而結晶物的PXRD圖譜中，氟環唑在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°處產生新的強衍射峰，新的衍射峰不屬于氟環唑和甲基硫菌靈，說明有新的晶體結構產生，判定出現了不同于2者的新的結晶物質。

圖2 氟環唑原藥、甲基硫菌靈原藥、混合物和結晶物的PXRD圖

2.3 單晶X射線衍射圖SCXRD分析

結晶物樣品的SCXRD相關的晶體數據見表1。可見，主要的晶體學參數：三斜晶系，手性空間群為P-1，晶胞參數為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，說明結晶物是氟環唑和甲基硫菌靈形成的共晶，共晶結構屬于三斜晶系的P-1空間群，其不對稱單元結構中含有1個氟環唑分子和1個甲基硫菌靈分子，氟環唑和甲基硫菌靈分子主要通過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稱單元結構和晶胞堆積圖如圖3所示。

表1 結晶物樣品單晶X射線衍射晶體數據

圖3 共晶體系的最小不對稱單元結構(a)和晶胞堆積圖(b)

2.4 掃描電鏡(SEM)分析

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

圖4 氟環唑原藥(A)、甲基硫菌靈原藥(B)和結晶物(C)的SEM圖

3 結 論

本試驗證實以濕法研磨工藝制備的50%氟環唑·甲基硫菌靈懸浮劑在常溫儲存過程中產生的沉淀晶體顆粒是氟環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個氟環唑分子和1個甲基硫菌靈分子組成的基本結構單元，并提出形成氟環唑-甲基硫菌靈共晶導致顆粒粒徑增長是50%氟環唑·甲基硫菌靈懸浮劑儲存穩定性變差的主要因素。