基于微波谐振腔微扰法的苦参碱介电常数适宜温度的研究

发布时间：2020-01-17

　　摘要：本文将微波谐振腔微扰法与自主创新的恒温加热装置相结合，探究了农药苦参碱在不同温度、不同浓度下介电常数，以及苦参碱作用于小草后，介电常数的变化。在温度23℃时，苦参碱浓度从0.5×10-3g/ml增加到5×10-3g/ml时，其水溶液和作用于小草上后介电常数分别从29.971和41.193增加到73.746和174.393;对于浓度为0.5×10-3g/ml的苦参碱，当温度从23℃上升到40℃时，苦参碱溶液的介电常数从113.309减少到36.705苦参碱溶液作用于小草后介电常数在30℃附近呈现出一个极小值为20.679。根据实验结果推断，要去除蔬菜中苦参碱的残留，并不是水温越高越好。

　　关键词：微波;复介电常数;谐振腔微扰法;苦参碱;小草

　　1概述

　　近年来，苦参碱农药已被广泛应用于农作物病虫害的防治。苦参含有多种生物碱[1-2]，其中苦参碱具有较强的触杀活性[3]。在国内，苦参碱农药制剂有0.36%苦参碱水剂、0.5%苦参碱水剂、1%苦参碱醇溶液、1.1%苦参碱溶液和1.1%苦参碱粉剂等。这些植物源农药已应用于蔬菜、果树、茶叶和烟草等作物上，对害虫具有良好的防效。徐建陶等[4]采用浸渍法测定了苦参碱在不同温度下对蚜虫24h的毒力，结果表明，在18℃、25℃和32℃下，苦参碱对瓜蚜毒力的LC50值分别为2.41a.i.mg/L、0.88a.i.mg/L和0.12a.i.mg/L，相对毒力指数分别为1.0、2.7和20.1，表明该药剂的毒力与温度呈正相关，可见，高温条件下更有利于苦参碱防治害虫，那么在食用过程中，水温对农药的残留具有怎样的影响呢?在化学中，介电常数是溶剂的一个重要性质，是表征溶剂对溶质分子溶剂化以及隔开离子的能力，介电常数大的溶剂有较大的隔开离子的能力，同时也具有较强的溶剂化能力。因此对苦参碱农药关于水的溶剂化能力的研究在食品安全领域具有重要的研究与应用价值，而目前罕见该方面相关研究的报道。微波作为一种高频电磁波在现如今的高频时代更是备受青睐，微波检测技术在诸多领域中得到了广泛的应用和重视[5]，本文应用微波微扰法，通过自制加热传感系统，对不同水溶剂浓度和温度下的苦参碱溶液进行了复介电常数测试研究。

　　2实验装置

　　体效应管微波源发出频率9.231GHZ的微波，经过隔离器、衰减器、频率计、3cm波导线后由环行器将其导入反射式谐振腔中，经反射后又由环行器引入隔离器中，经检波器后在示波器屏幕上显示出反射式谐振曲线。带孔矩形谐振腔内放置被测量的苦参碱溶剂样品，样品通过加热温度显示与传感系统进行加热，并实时显示加热温度，当温度改变时，示波器上反射曲线会呈现出相应的变化，从而计算出不同温度下被测样品的介电常数。

　　3实验结果与讨论

　　本文应用公式来计算出介电常数的实部与虚部。将有效成分为0.5%的苦参碱水溶剂改变浓度，在23℃温度下应用上述微波测量系统测量反射谐振曲线的中心频率f0与半高宽频率f1和f2，并根据公式计算其介电常数实部与虚部画成图像，如图1所示，随着浓度的增加苦参碱的介电常数实部呈上升趋势，当浓度从0.5×10-3g/ml变化到5×10-3g/ml时，复介电常数的实部从29.971增大到73.746,可见，浓度越大，苦参碱的在水中的溶化能力也越强。将沾有苦参碱的小草做同样的介电常数测量，结果表明，实部变化趋势相同，也为上升趋势，从41.193增加到174.393，因为小草中含有水分的原因，所以苦参碱附着在小草上后介电常数变大。

　　改变有效成分浓度为0.5%的苦参碱水剂的温度，应用微波测量系统测量其介电常数，并将其在23℃-40℃内的介电常数实部作图，如图3所示，由图像可以看出其介电常数的实部随着温度的升高而减少，可见，苦参碱水溶剂随着温度的升高水溶性性能降低，。将植物浸渍有效成分为0.5%的苦参碱水剂，用微波测量系统进行测量其在23-35℃内的介电常数，如图4所示，由图可知曲线呈先下降后上升趋势，在30℃附近出现极小值。上述实验结果表明，对于一定浓度的苦参碱溶液，尤其是与小草作用后，并不是温度越高越有利于残留苦参碱农药的去除，所以推断植物清洗过程中，并不一定是温度越高的水越有利于去除残留农药。由于实验材料和条件有限，该实验数据不够丰富，后续实验的开展会继续进行测量研究，探究规律。

　　此外，对苦参碱溶液图5可以看出随着苦参碱浓度的增加，苦参碱溶剂的损耗逐渐减小。

　　4结论

　　本文应用微波谐振腔微扰法测定农药以及植物的介电常数，并得出了苦参碱溶液介电常数随着温度以及浓度的变化曲线，但由于实验中对植物、农药的选取以及实验仪器的精度要求很高，所以给实验带来了一定误差。本实验只是初步测量，大致得出介电常数的变化曲线。苦参碱农药随着浓度的增加介电常数实部呈上升趋势;当选取一定的苦参碱药品浓度时，通过改变温度测量介电常数发现随着温度的增加，苦参碱农药的介电常数呈现逐渐降低的趋势，而当探究温度对浸渍了苦参碱农药的植物的影响时，发现当温度升高时，介电常数降低，溶剂化能力变弱，且过度的清洗,如长时间、高温度、高浓度等,会降低绿叶菜农残的去除率，用清水清洗时30~50℃内有较好的农残去除效果[7]，因此结合本实验研究，清洗绿叶蔬菜时并不一定滴温度越高越好。

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