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研究生:林哲緯
論文名稱:探討環境對光學異構物除草劑的影響
論文名稱(外文):The study of environmental effects on the enantiomeric herbicides
指導教授:魏國佐
學位類別:碩士
校院名稱:國立中正大學
系所名稱:化學研究所
學門:自然科學學門
學類:化學學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2003
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:92
中文關鍵詞:對掌異構物生物選擇性降解克草芬莎草快伏草
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本實驗嘗試利用除草劑在環境中的降解速率來尋找具有生物活性的光學異構物(enantiomers)除草劑。大多數的光學異構物除草劑皆以外消旋體(racemate)的方式施用於環境中,而藉由選擇性生物降解(selective biodegradation)來研究其是否具有不同的生物活性(bioactivity),如此可將外消旋化合物視為兩種不同化合物,在施用光學異構物除草劑時,假如只施用單一活性的化合物,則可減少一半的除草劑使用量仍能達到相同藥效,可減少環境的負擔。
實驗的進行方式是利用二維的液相層析技術(2-dimension HPLC),先以碳十八管柱作逆相層析,將除草劑由土壤或雜草基質中分離出來,再利用轉換閥(switch valve)將分析物轉換到對掌性管柱作對掌性分離,藉由觀測對掌性管柱(chiral column)中的訊號強弱比,推測其是否具有生物選擇性降解,來檢驗外消旋除草劑是否具有不同的生物活性。
本實驗挑選了克草(bromacil)、芬殺草(fenoxaprop-ethyl)和快伏草(quizalofop-ethyl)三種外消旋除草劑作為研究的對象,並將其施用於土壤環境中觀察其選擇性生物降解的情形,此外克草除了施用於土壤環境中外還多加了施用於三種雜草,包括稗草(Echinochloa crus-galli Beauv.)、蠅翼草(Desmodium triflorum (L.) DC.)和野牽牛(Ipomoea obscura (L.) Ker-gawl)。
實驗結果發現克草並沒有選擇性生物降解,而且克草施用於土壤後經過一年多的時間並沒有完全分解。至於芬殺草與快伏草則是因為降解速率過快,此兩者除草劑皆在二十四小時後在儀器中量測不到訊號,無法用本方法量測到生物選擇性降解的情形
A high proportion of agrochemicals are chiral compounds. Since stereoisomers often show different biological and physio- logical properties, the biological and metabolic responses to these compounds and their fate in the environment are expected to be different.
In this experiment, three chiral herbicides —bromacil, fenoxaprop, quizalofop, which we tested are sold and applied as racemic mixture.
For bromacil, soil sample taken from a field plot at in- creasing time intervals after application of “hyvar”, a com- mercial herbicide formulation, were solvent extracted and analyzed by 2-dimention HPLC, using a C18 and a chirobiotic T column. In addition, hyvar were applied to three species of weeds. For fenoxaprop and quizalofop, the soil sample was also taken from a field plot at increasing time intervals after appli- cation of “stand racemic mixture” and analyzed the same as that of bromacil.
The results indicate that the degradation of all species from weeds and soil sample are none enantioselective. However, further investigation is required for accurate their distributions and fate in the environment.
總目錄
總目錄------------------------------------------------------------------------------a
圖目錄------------------------------------------------------------------------------c
表目錄------------------------------------------------------------------------------d
中文摘要---------------------------------------------------------------------------e
英文摘要---------------------------------------------------------------------------g
第一章 緒論------------------------------------------------------------1
1.1前言---------------------------------------------------------------------------1
1.2除草劑簡介---------------------------------------------------------------4
1.2.1除草劑的發展-----------------------------------------------------4
1.2.1.1無基化合物除草劑的發展史------------------------------------------4
1.2.1.2有機化合物除草劑的發展史-----------------------------------------5
1.2.2本實驗所使用的三種除草劑的介紹------------------------------------7
1.2.2.1克草(bromacil)------------------------------------------------------------8
1.2.2.2快伏草(quizalofop-ethyl)------------------------------------------------8
1.2.2.3芬殺草(fenoxaprop)------------------------------------------------------9
1.3本實驗所使用三種不同科的雜草-----------------------------------------9
1.4樣品前處理------------------------------------------------------------------11
1.4.1微波萃取-------------------------------------------------------------------11
1.4.1.1微波簡介-----------------------------------------------------------------11
1.4.1.2微波加熱原理-----------------------------------------------------------12
1.4.1.3微波萃取機制-----------------------------------------------------------14
1.4.2微透析----------------------------------------------------------------------14
1.4.2.1微透析技術--------------------------------------------------------------14
1.4.2.2微透析原理--------------------------------------------------------------15
1.5對掌性異構物與其分離的簡介-----------------------------------------17
1.6高效能液相層析於對掌性分離的介紹------------------------------20
1.6.1利用衍生的方法來分離對掌異構物--------------------------------20
1.6.2移動相中添加對掌性選擇體-------------------------------------------21
1.6.3對掌性固定相-------------------------------------------------------------22
1.6.3.1抗生素對掌性管住-----------------------------------------------------25
1.6.3.2環糊精對掌性管柱-----------------------------------------------------26
第二章 實驗部分------------------------------------------------------------28
2.1實驗藥品---------------------------------------------------------------------28
2.1.1標準試劑-------------------------------------------------------------------28
2.1.2藥品-------------------------------------------------------------------------28
2.2實驗器材與設備------------------------------------------------------------29
2.2.1高效能液相層析儀-------------------------------------------------------29
2.2.2層析管柱-------------------------------------------------------------------29
2.2.3微透析----------------------------------------------------------------------30
2.2.4其他設備-------------------------------------------------------------------30
2.3實驗過程---------------------------------------------------------------------30
2.3.1萃取步驟-------------------------------------------------------------------31
2.3.1.1微波萃取-----------------------------------------------------------------31
2.3.2雜草的處理方式-------------------------------------------------------32
2.3.3透析薄膜的清洗、保存以及使用期限--------------------------------32
2.3.4中空透析膜的組裝-------------------------------------------------------32
第三章 結果與討論--------------------------------------------------------34
3.1市售除草劑克草的定量---------------------------------------------------34
3.2樣品前處理------------------------------------------------------------------34
3.2.1微透析----------------------------------------------------------------------35
3.2.1.1不同透析時間的探討--------------------------------------------------35
3.2.1.2不同灌注液的探討-----------------------------------------------------35
3.2.1.3不同透析速率的探討--------------------------------------------------36
3.2.1.4利用微透析作校正曲線-----------------------------------------------37
3.3層析方法的探討------------------------------------------------------------38
3.3.1碳十八逆相層析----------------------------------------------------------38
3.3.1.1偵測極限-----------------------------------------------------------------38
3.3.1.2碳十八管柱層析--------------------------------------------------------38
3.3.2對掌性分離----------------------------------------------------------------38
3.3.2.1使用不同對掌管柱分離芬殺草--------------------------------------39
3.3.2.2 pH值效應對芬殺草分離的影響------------------------------------39
3.3.2.3緩衝液的種類對芬殺草分離的影響--------------------------------40
3.3.2.4緩衝液濃度對芬殺草分離的影響-----------------------------------40
3.3.3二維液相層析-------------------------------------------------------------40
3.4實際樣品---------------------------------------------------------------------41
3.4.1克草施用於土壤與植物中----------------------------------------------41
3.4.2芬殺草施用於土壤中----------------------------------------------------42
3.4.3快伏草施用於土壤中----------------------------------------------------42
第四章 結論-------------------------------------------------------------------43
第五章 參考文獻------------------------------------------------------------45
圖目錄
圖1. 克草、芬殺草和快伏草之結構式--------------------------------------48
圖2. 蠅翼草---------------------------------------------------------------------49
圖3. 野牽牛---------------------------------------------------------------------50
圖4. 稗草------------------------------------------------------------------------51
圖5. 對掌性分離機制---------------------------------------------------------52
圖6. 三種抗生素V、T、R結構---------------------------------------------53
圖 7. 三種抗生素的物理化學性質-----------------------------------------54
圖8. 環糊精結構---------------------------------------------------------------55
圖9. 二維的液相層析儀裝置圖---------------------------------------------56
圖10. 微透析裝置圖-----------------------------------------------------------57
圖11. 不同透析時間的探討--------------------------------------------------58
圖12 . 不同灌注液的探討1--------------------------------------------------59
圖13. 不同灌注液的探討2---------------------------------------------------60
圖14 . 不同透析流速的探討-------------------------------------------------61
圖15. 利用微透析作校正曲線-----------------------------------------------62
圖16. Conc. Vs. Ed作圖-------------------------------------------------------63
圖17 . 使用不同管柱分離芬殺草(fenoxaprop) ---------------------------64
圖18. pH效應對芬殺草分離的影響-----------------------------------------65
圖19. 緩衝液的種類對芬殺草分離的影響--------------------------------66
圖20. 緩衝液的濃度對芬殺草分離的影響--------------------------------67
圖21. 克草標準品經過二維層析圖譜--------------------------------------68
圖22. 克草施用於土壤經過一天的層析圖譜-----------------------------69
圖23. 克草施用於土壤經過兩天的層析圖譜-----------------------------70
圖24. 克草施用於土壤經過四十五天的層析圖譜-----------------------71
圖25. 克草施用於土壤經過一年的層析圖譜-----------------------------72
圖26. 克草施用於蠅翼草經過兩天的層析圖譜--------------------------73
圖27. 克草施用於蠅翼草經過十天的層析圖譜--------------------------74
圖28. 克草施用於野牽牛經過兩天的層析圖譜--------------------------75
圖29. 克草施用於野牽牛經過十天的層析圖譜--------------------------76
圖30. 克草施用於稗草經過兩天的層析圖譜-----------------------------77
圖31. 克草施用於稗草經過十天的層析圖譜-----------------------------78
圖32. 芬殺草施用於土壤的層析圖譜--------------------------------------79
圖33. 快伏草施用於土壤的層析圖譜--------------------------------------80
表目錄
表一、光學異構物農藥列表--------------------------------------------------81
表二、除草劑列表------------------------------------------------------------84
表三、環糊精衍生物列表-----------------------------------------------------88
表四、市售農藥克草的定量-----------------------------------------------89
表五、偵測極限-----------------------------------------------------------------90
表六、使用不同管柱分離除草劑----------------------------------------91
表七、快伏草的反應速率--------------------------------------------------92
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