农药制剂研发的精细化、功能化与农业生产高效利用

农药的高效剂量传递是药效发挥的关键，这对农药产品的研发、质量和性能提出了更高的要求，农药制剂加工进入精细化是满足以上要求的有效手段。农药制剂加工的精细化包括配方筛选精细化、性能表征精细化、原材料质量监测和加工工艺及设备精细化等，其最终目标是实现农药有效成分由产品向靶标的高效剂量传递，最大限度地提高农药利用率和生物利用度。

1.1 农药制剂研发精细化

农药制剂研发的精细化，首先要转变制剂产品的研发思路，打破粗放的、经验式的研发模式，建立以防治对象、施药方式和施药器械为场景的精准、量化、微观的研究方法，同时引入新的表征手段和方法，对制剂产品的分散稳定、润湿、沉积、铺展以及渗透、吸收和传导等作用机制进行深入研究，在提升制剂理化稳定性的前提下，最大限度提高产品的生物活性以及对非靶标生物的安全性。
随着制剂理论基础研究以及先进仪器和技术的发展，多种精细化表征手段已被应用到农药制剂产品研发中，如用于制剂产品理化性能提升的分散剂吸附模型、多重光散射、X射线光电子能谱、扫描电镜、透射电镜、流变仪、电导率仪、Zeta电位仪等，以及用于提升界面性能、剂量传递和利用效率的动态表面张力、动态接触角、高速摄影、雾滴粒径分布和表面增强拉曼光谱等。以上研究方法和表征手段的应用使农药制剂的精细化研发进入了快速发展阶段。

1.1.1 农药制剂产品理化稳定性精细化研究

农药制剂按照分散度不同可以分为均相体系和非均相体系。在实际研发和生产中，可溶液剂、微乳剂、可分散液剂和乳油等均相体系的稳定性相对较高，而以悬浮剂、可分散油悬浮剂为代表的固/液非均相分散体系和以水乳剂、纳米乳剂为代表的液/液非均相分散体系均属于热力学和动力学不稳定体系，在实际生产和储存中经常出现晶体析出、分层沉淀、奥氏熟化、破乳等问题。近年来，一些新的表征手段逐渐被应用到农药制剂产品研发过程中，用于非均相体系稳定机理研究。

1.1.1.1 表面活性剂吸附行为研究

对于固/液和液/液非均相分散体系，粒子的分散和凝集是并存的，粒子的稳定主要依靠表面活性剂在表面或界面的吸附和定向排列所形成的静电作用和空间位阻。对于以水为分散介质的悬浮剂，研究人员研究了不同分散剂在原药颗粒上的吸附动力学和吸附热力学行为，以及pH值、离子强度、温度、原药晶型等对吸附量的影响，优化了分散剂达到最佳吸附状态的条件。同时，对于离子型分散剂还可以结合Zeta电位测定，对分散剂的吸附性能进行判断。而由于油类分散介质对吸附量的分析影响较大，导致目前针对可分散油悬浮剂中分散剂吸附行为的研究相对较少，王丽颖通过借鉴石油开采中分散剂的筛选方法，以正辛烷代替可分散油悬浮剂中的分散介质，结合悬浮剂中的分散剂吸附理论，建立了针对可分散油悬浮剂中分散剂吸附行为研究的方法。

1.1.1.2 流变学行为研究

流变学是研究材料流动和变形的学科，分散体系在外力作用下发生形变与流动的行为称为体系的流变性质，可利用流变学的测定结果预测非均相体系的物理稳定性，同时还可以进行表面活性剂、增稠剂种类和用量的筛选。Winzeler等经过研究认为，体系的物理稳定性与其流变类型有关，并将屈服值(yield value)作为体系物理稳定性的测定指标。而沈德隆等在Winzeler等的理论基础上进一步提出，以稳定度(屈服值和塑性黏度的比值)度量体系的物理稳定性更具有合理性，并认为悬浮体的稳定度应在0～1之间，稳定度越大，体系越稳定，只有当稳定度＞0.7时，悬浮体才能形成稳定性好的悬浮体系。界面流变可以提供溶液界面上可溶性吸附膜和不溶膜黏弹性质的信息，涉及到应力、形变和形变速率的关系。根据形变方式的不同，界面流变学主要可分为两种：界面扩张流变和界面剪切流变，其中，界面扩张流变对表面活性物质的吸附和脱附动力学更为敏感，通过界面扩张流变学研究乳化剂所形成的界面膜在外力作用下的流动和形变，是研究水乳剂乳状液稳定性的一种重要手段。

1.1.2.2  多重光散射技术

多重光散射技术通过穿透力极强的近红外脉冲光源的扫描，可快速、准确分析悬浮液、乳状液和泡沫液等体系的乳化、絮凝、沉淀、破裂等现象，并定量分析上述现象产生的速率以及粒子的平均粒径、浓度等特性。多重光散射技术与传统加速热贮不一样，可以在不破坏制剂样品的情况下对其稳定性进行快速预测分析，提升制剂产品开发的效率。如图2所示，Feng等利用多重光散射技术，对由不同乳化剂制成的阿维菌素纳米乳状液的稳定性进行了研究，对乳化剂的种类进行了快速筛选。

1.1.2.3  其他表征手段

除上述方法和手段外，还有一些新的技术也已被应用到制剂稳定性的微观研究中，如利用扫描电子显微镜对吸附前后原药颗粒表面的微观形貌进行表征。Wang等利用扫描电子显微镜观察分散剂2700在不同晶型吡唑醚菌酯原药颗粒上吸附前后的微观变化（图3）；通过热分析技术研究了温度升高过程中分散剂的热稳定性和热分解动力学，以及分散剂在温度变化时的热稳定性机理；并通过红外光谱研究了原药和分散剂之间的作用力；利用X射线衍射研究了吸附前后原药晶体结构的变化等。