溶液中百草枯分子締合現象

張敏敏　卜文程　高茜　郝佳　王春艷　任勇

摘要：采用紫外分光光度法觀察溶液中百草枯分子締合現象，并測定締合度。結果表明，百草枯原料溶液存在明顯的分子締合現象。純水條件下，極稀濃度（10.89～15.38 mg/L）百草枯即發生二分子締合；且隨著濃度的增大，締合度上升，濃度為16.48～21.71 mg/L時，百草枯發生四分子締合。市售水劑及百草枯-β-環糊精溶液締合現象已明顯減弱，表明表面活性劑或環糊精的加入減弱了百草枯分子締合現象。

關鍵詞：百草枯；締合現象；締合度；紫外分光光度法

中圖分類號： S482.4文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2014）01-0106-02

收稿日期：2013-03-28

基金項目：江蘇省科技發展計劃（編號：BM2007205）。

作者簡介：張敏敏（1987—），女，江蘇南京人，碩士研究生，主要從事環糊精超分子性能、藥物制劑研究。Tel：（025）85891591；E-mail：zminmin0512@163.com。

通信作者：任勇，副教授，主要從事環糊精衍生物設計合成及超分子性能、藥用材料的原始創新和藥物制劑研究。Tel：（025）85891591；E-mail：renyongphd@126.com。百草枯（paraquat），商品名：克無蹤、對草快等（結構式為Scheme 1），化學名為1，1′-二甲基-4，4′-聯吡啶陽離子[二氯化物、二溴化物或（二甲硫酸鹽）]，分子式：C12H14N22+，相對分子量：186.25。百草枯是一種快速滅生性除草劑，具有觸殺作用和一定內吸作用[1-2]。隨著非選擇性除草劑的廣泛使用，百草枯以高效、廣譜、持效期長、殘效期短、遇土鈍化等優點，廣泛應用于果園、茶園、橡膠園、非耕地和玉米、甘蔗、棉花、蔬菜行間除草及免耕田除草[3-4]?，F有產品主要為百草枯20%水劑。如能降低百草枯使用劑量，提高產品安全性、減少污染將能進一步拓展應用市場。

β-環糊精（β-CD）是由7個葡萄糖殘基以α-1，4糖苷鍵連接而成的環狀低聚物[5]，具有“外親水、內疏水”的環狀結構，能對多種疏水性成分進行包合，被廣泛應用于改進客體藥物的理化性質。目前，藥物/β-環糊精超分子技術在提高藥物溶解度、溶出度、穩定性和改善藥物生物利用度等方面具有廣泛的應用價值[6-7]。有關β-環糊精改進百草枯理化性質的研究結果目前尚未見報道。

本研究通過紫外分光光度法觀察到溶液中百草枯存在明顯的分子締合現象。加入表面活性劑或β-環糊精可明顯減弱百草枯分子締合作用，增加百草枯對植物膜的透過，進一步提高百草枯的使用效率。

1材料與方法

1.1材料

百草枯42%水溶液，山東綠霸化工股份有限公司生產；百草枯20%水劑，湖北仙隆化工股份有限公司生產；β-環糊精，安徽山河藥用輔料有限公司生產，純度>98%；純凈水，自制；其他試劑均為分析純。

UV-2450型紫外可見分光光度計，日本島津公司生產；PHSJ-3F實驗室pH計，上海精科生產；KQ-250DB型數控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司生產；Explorer電子分析天平，美國Ohaus公司生產。

1.2方法

1.2.1檢測波長的選擇[8]量取百草枯溶液適量，加水稀釋成適當濃度的百草枯溶液，作全波長掃描，選擇測定波長。紫外掃描表明，百草枯在200～400 nm范圍內有較強的吸收，其中在257 nm處有最強的紫外吸收，故選取257 nm為測定波長。

1.2.2包合常數（Ka）測定根據文獻[9]的方法，取 pH值686的磷酸鹽緩沖液（25 mmol/L）稀釋百草枯溶液配制A液，取溶液 A 配制9.03 mmol/L的β-環糊精溶液 B。取一定量 A 液進行紫外掃描，依次向體系中加入 50 μL 的B液，記錄體系紫外吸光度的變化。由

1/ΔD=（1/[G]0ΔεKa）（1/[CD]0）+1/[G]0Δε

的關系式，通過截距/斜率求得β-環糊精與百草枯的Ka。式中：ΔD 為加入環糊精后體系紫外吸收值的變化，[CD]0為β-環糊精的總濃度，[G]0為百草枯的總濃度，Δε 為百草枯與β-環糊精形成包合物前后摩爾吸收系數之差。

1.2.3締合現象的觀察配制3種百草枯樣品溶液：（1）百草枯原料溶液：取適量百草42%水溶液，加水制成濃度為5462～30.65 mg/L的梯度溶液；（2）市售水劑溶液：取適量百草枯20%水劑，加水配制成濃度為10.19～28.69 mg/L的梯度溶液；（3）百草枯-β-環糊精溶液：取適量百草枯42%水溶液，加入等質量的β-環糊精，加水稀釋得濃度為2.347～28.13 mg/L的百草枯-β-環糊精梯度溶液。257 nm波長下測定3種百草枯樣品各濃度Ci時吸光度Di，計算εi=Di/Ci 值，以εi對Ci作圖。根據εi對Ci圖形變化，定性判斷樣品是否有締合現象。

1.2.4締合度測定根據文獻[10]的方法，對存在締合現象的體系作εeff與（εeff）i[M]0i-1關系圖。式中：[M]0、εeff分別為物質單體的初始總濃度、有效摩爾吸光系數。用嘗試法取不同的i值代入，當函數軌跡為直線時，則所設值i即為締合度。

2結果與分析

2.1Ka測定結果

紫外掃描顯示，百草枯在240～280 nm范圍內有強吸收，β-環糊精與百草枯在水溶液中的包合是一個平衡過程，可用紫外法測定包合常數Ka。Ka 反映環糊精與客體分子的包合強度，值越大越易形成穩定的包合物。由圖1可見，百草枯的紫外吸收值隨著環糊精濃度的變化而變化。

通過對1/ΔD和1/[CD]進行線性回歸，回歸方程為：y=0.041 7x+17.78（r2=0.993 3），根據回歸方程的截距/斜率得到的表觀一級包合常數（Ka）為426.2，說明百草枯與β-環糊精有較大的包合強度，預測β-環糊精能改善百草枯締合狀況。

2.2締合現象的觀察結果

根據文獻[10]，若溶液物質只存在單體，則隨物質初始濃度改變，D/[M]0為定值。反之，若隨物質初始濃度變化，D/[M]0不為定值，即表明體系中有狀態變化。為了驗證體系是否存在締合現象，257 nm波長測定各濃度Ci時樣品溶液的吸光度Di，計算εi=Di/Ci 值，以εi對Ci作圖，結果見圖2、圖3、圖4。結果表明，隨百草枯初始濃度變化，D/[M]0不為定值，即體系中有狀態變化。紫外吸收觀察發現，隨濃度（C）的增大，百草枯最大吸收波長處的實際摩爾吸收系數（ε）卻不斷降低（圖2），表明溶液中百草枯存在明顯的分子締合現象。雖然D/[M]0不為定值，即體系中有狀態變化，但百草枯最大吸收波長處的實際摩爾吸收系數（ε）波動較大（圖3、圖4），表明表面活性劑或β-環糊精的加入可明顯減弱締合現象。

2.3締合度

當溶液中各物質的狀態發生變化時，光吸收不遵守比爾定律，這時需要引入有效摩爾吸收系數的概念。百草枯母液水溶液濃度范圍為10.89～15.38 mg/L，以εeff對（εeff）i[M]0i-1

作圖，當虛擬i=2時，所得函數為直線（圖5），締合數i=2為雙聚態。百草枯母液水溶液濃度范圍為16.48～21.71 mg/L，以εeff對（εeff）i[M]0i-1作圖，當虛擬i=4時，所得函數為直線（圖6），締合數i=4為四聚態。表明百草枯在水溶液中有聚合態存在。結果證明在純水條件下，百草枯具有復雜的分子締合性質，稀濃度百草枯即發生分子締合，且隨濃度的增大，締合度上升，濃度為16.48～21.71 mg/L時即出現四分子的締合。

3討論與結論

通過締合現象觀察發現，百草枯原料溶液存在明顯的分子締合現象，市售水劑及包合物溶液締合現象已明顯減弱，表面活性劑或環糊精的加入可減弱百草枯分子締合現象。通過締合度試驗驗證：純水條件下，極稀濃度百草枯即發生分子締

合；隨濃度的增大，締合度上升。分子的締合將阻礙百草枯對植物膜的透過，影響藥物的擴散、降低藥效的發揮，大量分子的締合可能是導致藥物活性鈍化的原因。表明消除百草枯分子締合或降低百草枯分子締合度，將促進植物對百草枯的吸收，對提高百草枯用藥效果具有重要意義。

參考文獻：

[1]Baldwin B C，Clarke C B，Wilson I F. Paraquat in chloroplasts[J]. Biochimica et Biophysica Acta，1968，162（4）：614-617.

[2]Sau E，Po M，Ho J W. Paraquat affects light-induced proton transport through chloroplast membranes in spinach[J]. Biochem Physiol，1997，118（1）：65-69.

[3]蘇少泉，耿賀利. 百草枯特性與使用[J]. 農藥，2008，47（4）：244-247.

[4]華乃震，華純. 非選擇性除草劑的進展和應用（下）[J]. 現代農藥，2011，10（3）：7-11.

[5]雍國平，李光水，鄭飛，等. β-環糊精包合物的結構研究[J]. 高等學校化學學報，2000，21（7）：1124-1126.

[6]Iaconinoto A，Chicca M，Pinamonti S，et al. Influence of cyclodextrin complexation on the photodegradation and antioxidant activity of alpha-tocopherol[J]. Pharmazie，2004，59（1）：30-33.

[7]姚力，姚靜，于洪生. 環糊精在藥物制劑方面的新應用[J]. 藥學進展，2003，27（5）：279-283.

[8]趙燕燕，劉會芳，郝麗娜，等. 血中百草枯的紫外分光光度測定法[J]. 環境與健康雜志，2007，24（5）：346-347.

[9]王亞娜，孫俊梅，余麗麗，等. 環糊精及衍生物/藥物包合物常數的測定方法及其應用[J]. 藥學進展，2004，28（1）：23-28.

[10]何錫文，史長虹，張貴珠，等. 用光度法測定物種溶液狀態的締合數和締合度[J]. 高等學?；瘜W學報，1993，14（6）：766-770.高政平，強承魁，胡蘇珍. 徐州地區楊小舟蛾的發生與防治[J]. 江蘇農業科學，2014，42（1）：108-109.

2.2締合現象的觀察結果

根據文獻[10]，若溶液物質只存在單體，則隨物質初始濃度改變，D/[M]0為定值。反之，若隨物質初始濃度變化，D/[M]0不為定值，即表明體系中有狀態變化。為了驗證體系是否存在締合現象，257 nm波長測定各濃度Ci時樣品溶液的吸光度Di，計算εi=Di/Ci 值，以εi對Ci作圖，結果見圖2、圖3、圖4。結果表明，隨百草枯初始濃度變化，D/[M]0不為定值，即體系中有狀態變化。紫外吸收觀察發現，隨濃度（C）的增大，百草枯最大吸收波長處的實際摩爾吸收系數（ε）卻不斷降低（圖2），表明溶液中百草枯存在明顯的分子締合現象。雖然D/[M]0不為定值，即體系中有狀態變化，但百草枯最大吸收波長處的實際摩爾吸收系數（ε）波動較大（圖3、圖4），表明表面活性劑或β-環糊精的加入可明顯減弱締合現象。

2.3締合度

當溶液中各物質的狀態發生變化時，光吸收不遵守比爾定律，這時需要引入有效摩爾吸收系數的概念。百草枯母液水溶液濃度范圍為10.89～15.38 mg/L，以εeff對（εeff）i[M]0i-1

作圖，當虛擬i=2時，所得函數為直線（圖5），締合數i=2為雙聚態。百草枯母液水溶液濃度范圍為16.48～21.71 mg/L，以εeff對（εeff）i[M]0i-1作圖，當虛擬i=4時，所得函數為直線（圖6），締合數i=4為四聚態。表明百草枯在水溶液中有聚合態存在。結果證明在純水條件下，百草枯具有復雜的分子締合性質，稀濃度百草枯即發生分子締合，且隨濃度的增大，締合度上升，濃度為16.48～21.71 mg/L時即出現四分子的締合。

3討論與結論

通過締合現象觀察發現，百草枯原料溶液存在明顯的分子締合現象，市售水劑及包合物溶液締合現象已明顯減弱，表面活性劑或環糊精的加入可減弱百草枯分子締合現象。通過締合度試驗驗證：純水條件下，極稀濃度百草枯即發生分子締

合；隨濃度的增大，締合度上升。分子的締合將阻礙百草枯對植物膜的透過，影響藥物的擴散、降低藥效的發揮，大量分子的締合可能是導致藥物活性鈍化的原因。表明消除百草枯分子締合或降低百草枯分子締合度，將促進植物對百草枯的吸收，對提高百草枯用藥效果具有重要意義。

參考文獻：

[1]Baldwin B C，Clarke C B，Wilson I F. Paraquat in chloroplasts[J]. Biochimica et Biophysica Acta，1968，162（4）：614-617.

[2]Sau E，Po M，Ho J W. Paraquat affects light-induced proton transport through chloroplast membranes in spinach[J]. Biochem Physiol，1997，118（1）：65-69.

[3]蘇少泉，耿賀利. 百草枯特性與使用[J]. 農藥，2008，47（4）：244-247.

[4]華乃震，華純. 非選擇性除草劑的進展和應用（下）[J]. 現代農藥，2011，10（3）：7-11.

[5]雍國平，李光水，鄭飛，等. β-環糊精包合物的結構研究[J]. 高等學校化學學報，2000，21（7）：1124-1126.

[6]Iaconinoto A，Chicca M，Pinamonti S，et al. Influence of cyclodextrin complexation on the photodegradation and antioxidant activity of alpha-tocopherol[J]. Pharmazie，2004，59（1）：30-33.

[7]姚力，姚靜，于洪生. 環糊精在藥物制劑方面的新應用[J]. 藥學進展，2003，27（5）：279-283.

[8]趙燕燕，劉會芳，郝麗娜，等. 血中百草枯的紫外分光光度測定法[J]. 環境與健康雜志，2007，24（5）：346-347.

[9]王亞娜，孫俊梅，余麗麗，等. 環糊精及衍生物/藥物包合物常數的測定方法及其應用[J]. 藥學進展，2004，28（1）：23-28.

[10]何錫文，史長虹，張貴珠，等. 用光度法測定物種溶液狀態的締合數和締合度[J]. 高等學校化學學報，1993，14（6）：766-770.高政平，強承魁，胡蘇珍. 徐州地區楊小舟蛾的發生與防治[J]. 江蘇農業科學，2014，42（1）：108-109.

2.2締合現象的觀察結果

根據文獻[10]，若溶液物質只存在單體，則隨物質初始濃度改變，D/[M]0為定值。反之，若隨物質初始濃度變化，D/[M]0不為定值，即表明體系中有狀態變化。為了驗證體系是否存在締合現象，257 nm波長測定各濃度Ci時樣品溶液的吸光度Di，計算εi=Di/Ci 值，以εi對Ci作圖，結果見圖2、圖3、圖4。結果表明，隨百草枯初始濃度變化，D/[M]0不為定值，即體系中有狀態變化。紫外吸收觀察發現，隨濃度（C）的增大，百草枯最大吸收波長處的實際摩爾吸收系數（ε）卻不斷降低（圖2），表明溶液中百草枯存在明顯的分子締合現象。雖然D/[M]0不為定值，即體系中有狀態變化，但百草枯最大吸收波長處的實際摩爾吸收系數（ε）波動較大（圖3、圖4），表明表面活性劑或β-環糊精的加入可明顯減弱締合現象。

2.3締合度

當溶液中各物質的狀態發生變化時，光吸收不遵守比爾定律，這時需要引入有效摩爾吸收系數的概念。百草枯母液水溶液濃度范圍為10.89～15.38 mg/L，以εeff對（εeff）i[M]0i-1

作圖，當虛擬i=2時，所得函數為直線（圖5），締合數i=2為雙聚態。百草枯母液水溶液濃度范圍為16.48～21.71 mg/L，以εeff對（εeff）i[M]0i-1作圖，當虛擬i=4時，所得函數為直線（圖6），締合數i=4為四聚態。表明百草枯在水溶液中有聚合態存在。結果證明在純水條件下，百草枯具有復雜的分子締合性質，稀濃度百草枯即發生分子締合，且隨濃度的增大，締合度上升，濃度為16.48～21.71 mg/L時即出現四分子的締合。

3討論與結論

通過締合現象觀察發現，百草枯原料溶液存在明顯的分子締合現象，市售水劑及包合物溶液締合現象已明顯減弱，表面活性劑或環糊精的加入可減弱百草枯分子締合現象。通過締合度試驗驗證：純水條件下，極稀濃度百草枯即發生分子締

合；隨濃度的增大，締合度上升。分子的締合將阻礙百草枯對植物膜的透過，影響藥物的擴散、降低藥效的發揮，大量分子的締合可能是導致藥物活性鈍化的原因。表明消除百草枯分子締合或降低百草枯分子締合度，將促進植物對百草枯的吸收，對提高百草枯用藥效果具有重要意義。

參考文獻：

[1]Baldwin B C，Clarke C B，Wilson I F. Paraquat in chloroplasts[J]. Biochimica et Biophysica Acta，1968，162（4）：614-617.

[2]Sau E，Po M，Ho J W. Paraquat affects light-induced proton transport through chloroplast membranes in spinach[J]. Biochem Physiol，1997，118（1）：65-69.

[3]蘇少泉，耿賀利. 百草枯特性與使用[J]. 農藥，2008，47（4）：244-247.

[4]華乃震，華純. 非選擇性除草劑的進展和應用（下）[J]. 現代農藥，2011，10（3）：7-11.

[5]雍國平，李光水，鄭飛，等. β-環糊精包合物的結構研究[J]. 高等學?；瘜W學報，2000，21（7）：1124-1126.

[6]Iaconinoto A，Chicca M，Pinamonti S，et al. Influence of cyclodextrin complexation on the photodegradation and antioxidant activity of alpha-tocopherol[J]. Pharmazie，2004，59（1）：30-33.

[7]姚力，姚靜，于洪生. 環糊精在藥物制劑方面的新應用[J]. 藥學進展，2003，27（5）：279-283.

[8]趙燕燕，劉會芳，郝麗娜，等. 血中百草枯的紫外分光光度測定法[J]. 環境與健康雜志，2007，24（5）：346-347.

[9]王亞娜，孫俊梅，余麗麗，等. 環糊精及衍生物/藥物包合物常數的測定方法及其應用[J]. 藥學進展，2004，28（1）：23-28.

[10]何錫文，史長虹，張貴珠，等. 用光度法測定物種溶液狀態的締合數和締合度[J]. 高等學?；瘜W學報，1993，14（6）：766-770.高政平，強承魁，胡蘇珍. 徐州地區楊小舟蛾的發生與防治[J]. 江蘇農業科學，2014，42（1）：108-109.