Разница между эмульсией и суспензией

В настоящее время в медицинской практике применяется значительное количество суспензий и эмульсий для инъекционного введения.

Суспензии готовят в асептических условиях диспергированием стерильного лекарственного вещества в стерильном профильтрованном растворителе. Для улучшения качества получаемой продукции в некоторых случаях используют ультразвуковое воздействие, которое способствует дополнительному измельчению и диспергированию лекарственного вещества в растворителе, а с другой стороны, придает лекарственной форме стерильность. В этих условиях величина частиц уменьшается до 1-3 мкм и такие суспензии и эмульсии могут быть пригодны для введения в кровяное русло. Для повышения стабильности в технологии производства суспензий и эмульсий используют сорастворители, стабилизаторы, эмульгаторы и консерванты.

Эмульсии для парентерального питания. Лечебное парентеральное питание применяется в случаях, когда вследствие заболевания или травмы прием пищи естественным путем невозможен или ограничен. Поступление в организм питательных веществ при парентеральном питании обеспечивается путем внутривенного введения специально предназначенных для этой цели препаратов.

Исключительно важная задача парентерального питания - восполнение белковых потребностей - осуществляется введением азотсодержащих препаратов, выпускаемых в виде белковых гидролизатов, или растворов синтетических смесей кристаллических аминокислот. Введение этих препаратов позволяет восполнить азотистые потери, но практически мало влияет на общий энергетический баланс организма.

Общие энергетические потребности организма при парентеральном питании покрываются за счет введения препаратов энергетического назначения (растворы глюкозы, других углеводов, многоатомных спиртов), среди которых важное место занимают жировые эмульсии для внутривенного введения. Препараты эмульгированных жиров для парентерального питания, по сравнению с белковыми и углеводными, отличаются наиболее высокой энергетической ценностью, что облегчает составление парентеральных рационов без повышения физиологически допустимых количеств вводимой жидкости, что наблюдается при введении растворов, содержащих углеводы.

Значение жировых эмульсий в парентеральном питании не ограничено их энергетической ценностью. Входящие в состав этих препаратов растительные жиры и фосфолипиды содержат значительное количество незаменимых полиненасыщенных жирных кислот (линолевой, линоленовой, арахидиновой), которые выполняют исключительно важную роль в обменных процессах, составляют постоянные структурные элементы клеточных мембран (мембранные липиды) и являются предшественниками тканевых гормонов - простагландинов. В состав растительных эмульгирующих жиров входят жирорастворимые витамины А, Д, Е, К. Жировые эмульсии, в связи со сказанным, в настоящее время рассматриваются как источники эссенциальных липидов для организма и как незаменимые компоненты парентерального питания.

Размер частиц диспергированного масла в эмульсиях во много раз меньше диаметра эритроцитов (7-8 мкм). Основная масса частиц в жировых эмульсиях имеет размер 0,5 - 1,0 мкм, т.е. соответствует размерам хиломикронов крови. Эмульсии для парентерального питания можно отнести к лекарственным формам третьего поколения, так как масло может инкорпорировать в себя липофильные вещества, тем самым создавая «микрорезервуары», содержащие лекарственные вещества.

Для стабилизации жировых эмульсий в их составы вводят ПАВ, которые образуют вокруг жировых микрокапель молекулярные слои, ориентированные гидрофобными (липофильными) радикалами к жиру и гидрофильными к водной фазе. Так создаются структуры, известные под названием липосом (ЛС).

Наиболее часто в качестве эмульгаторов применяют фосфолипиды (ФЛ), выделенные из яичного желтка, мозга крупного рогатого скота, подсолнечника, сои.

Состав эмульгатора подбирается в зависимости от состава эмульсии и концентрации нейтральных липидов. Это такие, которые содержат фосфатидилхолин, сфингомиелин, фосфатидил-этаноламин, фосфатидилсерин.

Фосфолипиды практически не проявляют фармакологического действия, но являются полезными для организма фосфорсодержащими энергетическими соединениями. Выполняя функцию стабилизатора, они являются одновременно и нужными веществами для ослабленного организма больного.

Обязательным условием является отсутствие в составе эмульгаторов веществ с высокой гемолитической активностью, которые образуют малоактивный комплекс с протромбином, что в свою очередь приводит к снижению скорости взаимодействия активной протромбиназы с протромбином и, следовательно, к замедленному образованию продукта активации - тромбина. Активность тромбина снижается, а это приводит к замедлению воздействия тромбина с фибриногеном и замедлению образования мономерного фибрина.

Оптимальный размер частиц эмульсий для парентерального питания (не более 0,8-1 мкм) получают с помощью методов механического и ультразвукового диспергирования. Сложным вопросом технологии жировых эмульсий являются вопросы их стерилизации (кроме эмульсий, полученных методом ультразвукового диспергирования). В настоящее время основным способом стерилизации является термическая обработка, однако это приводит к окислению фосфолипидов и триглициридов, что снижает устойчивость жировых эмульсий при хранении. Более прогрессивным методом стерилизации является ультрафильтрация через различные мембранные фильтры.

Медицинской промышленностью зарубежных стран выпускаются и широко используются в лечебной практике такие препараты жировых эмульсий для парентерального питания, как «Интралипид» (Швеция), «Липофундин» (ФРГ, Финляндия), «Венолипид» (Япония), «Липозин» (США и другие. Отечественная фармацевтическая практика (Львовский НИИ гематологии и переливания крови) выпускает препарат «Липидин», который представляет собой 20% эмульсию подсолнечного масла, стабилизированную 1% растительным фосфатидилхолином.

К настоящему времени определяется довольно однотипный, не только в качественном, но и в количественном отношении состав жировых эмульсий для парентерального питания: фракционированное и специально очищенное растительное масло (соевое, подсолнечное, оливковое и др.) - 10-20%, фракционированные фосфолипиды (соевые, яичные) - 1,2%, углеводная добавка для обеспечения изотоничности (глицерин, ксилит, сорбит) и вода для инъекций. В эмульсии вводят также токоферолы и метионин для достижения антиоксидантного эффекта и улучшения утилизации жира.

Энергетическая ценность одного флакона у всех жировых эмульсий составляет 1000 ккал. Поэтому их использование предусматривается в послеоперационный период, при заболеваниях пищеварительного тракта, в случае бессознательных состояний, при голодании.

Особую группу составляют жировые эмульсии, содержащие различные лекарственные вещества, способные доставлять препараты в определенные органы и ткани - «ультраэмульсии». Они способны проходить через гематоэнцефалический барьер, избирательно накапливаться в глиобластоме и саркоме (например, жирорастворимый цитостатик), с их помощью можно доставлять в ткани транквилизаторы, витамины и другие лекарственные вещества.

Разработка и приготовление жировых эмульсий для парентерального питания, отличающихся сверхвысокой дисперсностью, сохраняющихся годами, нетоксичных, апирогенных, пригодных для внутривенного введения в больших дозах (до 200 г жира в сутки для взрослого человека) представляет весьма сложную и ответственную задачу. Жировые эмульсии для парентерального питания на сегодняшний день самые сложные по своей физико-химической природе препараты в трансфузиологии.

В то же время нельзя не учитывать, что ввиду своих физико-химических особенностей эти препараты весьма уязвимы к всевозможным неблагоприятным механическим, физическим и другим воздействиям, таким как длительное хранение при комнатной температуре, замерзание, частые взбалтывания, воздействие солнечного света и т.п., которые могут привести к нарушению их стабильности и накоплению продуктов окисления - перекисей, альдегидов, кетонов, что отрицательно отражается на их безвредности.

Обязательными для дачи заключения о пригодности для клинического применения препаратов жировых эмульсий для парентерального питания следует считать следующие исследования:

• 1. визуальное исследование препарата;
• 2. проверка стабильности эмульсии методом центрифугирования;
• 3. измерение диаметра микрочастиц масла в эмульсии под иммерсионным микроскопом;
• 4. определение рН эмульсии;
• 5. контроль стерильности;
• 6. испытания на общую токсичность;
• 7. испытания на пирогенность.

Антигемолитические эмульсии. Исследования фосфатидилэтаноламина (ФЭ) яичного желтка показали, что он способен задерживать гемолиз эритроцитов. Создание на его основе липидной эмульсии позволяет предотвратить специфический иммунный гемолиз эритроцитов. Однако, созданные до настоящего времени препараты задерживают гемолиз лишь на 40-60%. Максимально высоким эффектом обладают препараты, содержащие не менее 60-65% фосфатидилэтаноламина.

Жировые эмульсии, созданные на его основе укрепляют на мембрану эритроцитов, инактивируют комплемент сыворотки крови и задерживают гемолиз на 95-100%. Одним из препаратов этой группы жировых эмульсий является «Аминофосфатид», который содержит до 3% фосфолипидов, среди которых: 60-65% фосфатидилэтаноламина, 20-30% фосфатидилхолина, 10-20% сфингомиелина и цереброзид. Препарат апирогенен, безвреден и применяется внутривенно при лечении гемолитических явлений различной этиологии.

Эмульсии для кровезамещения. Широкое распространение получили эмульсии на основе фторуглеродных соединений, использование которых предназначено для переноса кислорода в организме. Роль стабилизатора в них выполняют фосфолипиды, выделенные из различных природных источников. При этом использование липидных эмульгаторов зависит от их биологической активности, структуры и жирокислотного состава липида. Оптимальным эмульгатором этой группы препаратов считают фосфолипид, содержащий 20% фосфатилидэтаноламина, 60% фосфатидилхолина и 20% холестерина. Такой эмульгатор с высокой эмульгирующей активностью, получают из яичного желтка. Он представляет собой спиртовой раствор липида, содержащий 18-21% фосфатилидэтаноламина, 15-18% холестерина, 47-55% фосфатидилхолина, остальное приходится на сфингомиелин и лизофосфатидилхолин.

Основными требованиями к подобным веществам являются безвредность, апирогенность, негемолитичность, что позволяет использовать их при лечении геморрагического шока, кардиоплегии, регионарной перфузии конечностей, кровезамещении.

Использование липидных лечебных эмульсий расширяет арсенал лечебных препаратов из природного сырья. Поиски новых лекарственных средств в этом направлении является актуальным.

Система ДФРаз- мер СвойстваЛФ Истинные растворы НМС Ионы, молекулы 1 нм Гомогенные системы, диффундируют Р-ры NaCl, глюкозы, MgSO 4 Истинные растворы ВМС Макро- ионы, макро- молекулы нм Молекулярно- дисперсные системы, движение молекул аналогично броуновскому, не способны к диализу, слабо диффундируют, образуют молекулярные комплексы Растворы пепсина желатина крахмала

Система ДФ Раз- мер СвойстваЛФ Коллоидные растворы Мицеллы нм Гетерогенные системы, задерживаются в ультрафильтрах, не способны к диализу, слабо диффундируют прозрачны в проходящем свете, частицы видны под электр. микроскопом Растворы колларгола протаргола Суспензии Твердые частицы 0,1-50 мкм и более Гетерогенные грубодисперсные системы, частицы видимы, возможна седиментация, неспособны к диализу и диффузии Суспензия серы, талька, MgO

Система ДФРаз- мер СвойстваЛФ Эмульсии Капли мкм Гетерогенные грубодисперсные системы, белого цвета склонны к коацервации, возможно расслаивание, не фильтруются, неспособны к диализу и диффузии Масляные эмульсии Комбинирован- ные системы все Получаются в результате сочетания ЛВ, по-разному распределяющихся в жидкой среде Настои, отвары из ЛРС

Воду (воду для инъекций, воду очищенную)воду для инъекций, воду очищенную Спирт этиловый различной концентрации Летучие Эфир Хлороформ Глицерин Масла жирные и минеральные (персиковое, подсолнечное) Вязкие ПЭО-400 ДМСО (диметилсульфоксид, димексид) Полиорганосилоксановые жидкости (эпсилон) и другие разрешенные к медицинскому применению жидкости

Требования, предъявляемые к ДС: 1. Приемлемая растворяющая способность 2. Обеспечение биологической доступности ЛВ 3. Химическая индифферентность 4. Биологическая безвредность 5. Оптимальные органолептические свойства 6. Устойчивость к микробной контаминации 7. Экономическая доступность Экстрагенты должны обладать: избирательной растворяющей способностью высокими диффузионными способностями (для проникновения в поры ЛРС и десорбции)

Классификации дисперсионных сред По происхождению: 1. Природные Неорганические (вода очищенная, вода для инъекций) Органические (этанол, глицерин, масла жирные и минеральные). 2. Синтетические и полусинтетические - Органические (димексид, ПЭО-400) - Элементорганические (полиорганосилоксановые жидкости)

По величине молекул ДС: Низкомолекулярные вещества (вода, глицерин, этанол); Высокомолекулярные вещества и олигомеры (полиэтиленоксиды) По степени гидрофильности ДС: Гидрофильные (вода, глицерин) Липофильные (жирные и минеральные масла, хлороформ, полиорганосилоксановые жидкости, эфир) Дифильные (этанол, димексид)

Раствор – ЖЛФ, получаемая путем растворения одного или более ЛВ, предназначенная для инъекционного, внутреннего или наружного применения ЛФ растворов Растворы для наружного применения Микстуры – ЛФ для внутреннего применения, дозированные ложками Капли–ЛФ для внутреннего и наружного применения, прописываемые в небольших количествах и дозированные каплями Инъекционные/инфузионные растворы – лекарства, вводимые в организм при помощи шприца с нарушением целостности кожных и слизистых покровов

Растворение стальные, чугунные эмалированные, стеклянные реакторы; лопастная, турбинная, рамная мешалка; растворение в вязких жидкостях при температуре (паровая рубашка) Очистка растворов фильтрование (друк-фильтр) Стандартизация растворов Концентрация действующих веществ; Плотность Содержание этанола (спиртовые р-ры)

1. Ускорить терапевтическое действие ЛВ, диспергированных в неполярной жидкой фазе - маслах 2. Обеспечить всасывание масляной фазы в желудке из эмульсий первого рода (М/В), ускорить гидролиз диспергированных жиров ферментами ЖКТ 3. Ускорить всасывание масел в мелкодисперсном состоянии при парэнтеральном применении 4. Облегчить прием вязких жидкостей (масло касторовое и др.) за счет снижения вязкости масляной фазы 5. Замаскировать неприятный вкус и запах ЛВ и масел 6. Смягчить раздражающее действие на кожу и слизистые некоторых ЛВ (хлоральгидрата, бромидов, метилурацила) 7. Использовать как основу для создания комбинированных препаратов, т.к. в их состав можно вводить гидрофильные и гидрофобные ЛВ. 8. Возможность совмещения в одной ЛФ двух несмешивающихся жидкостей 9. Регуляция биодоступности ЛВ

По применению: Для наружного (клизмы, очищающие эмульсии, косметическое молочко и др.); Для внутреннего (микстуры); Для инъекционного (эмульсии для парэнтерального питания) – промышленное производство. Эмульсионные композиции входят в МЛФ (эмульсионные мази, кремы, линименты) Пенообразующие аэрозоли

Эмульсии первого рода (м/в) ДФ (масло) в виде капелек распределена в водной ДС. Эмульсии этого типа – более жидкие, по внешнему виду напоминают молоко. Применяются: внутрь, наружно, инъекционно. Эмульсии второго рода (в/м) ДФ (вода) в виде капелек распределена в масляной ДС. Эмульсии этого типа – более вязкие, густые. По внешнему виду напоминают мягкое сливочное масло. В основном применяются наружно: мази, линименты, кремы. «Множественные» эмульсии, в каплях ДФ диспергирована жидкость, являющаяся ДС, например, в/м/в или м/в/м

1 масло 2 вода 3 ПАВ I две несмешивающиеся жидкости (вода и масло) II прямая эмульсия «м/в» (частицы масла окружены слоем эмульгатора) первого рода III обратная эмульсия «в/м» (частицы воды окружены слоем эмульгатора) второго рода IV сложная эмульсия «вода/масло/вода»

Виды нестабильности эмульсий: Обращение фаз (инверсия) - изменение типа эмульсии от в/м к м/в и наоборот. На инверсию влияют соотношение фаз, природа, концентрация и гидрофильно-липофильный баланс (ГЛБ) эмульгаторов, способ приготовления эмульсииГЛБ Кинетическая, проявляется вследствие осаждения (седиментации) или всплывания (кремаж) частиц дисперсной фазы под влиянием силы тяжести, согласно закону Стокса; Кинетическая Термодинамическая (агрегативная) - проявляется в виде коалесценции (слияния) капелек. Коалесценция протекает в две стадии: первая флокуляция (слипание), когда капельки дисперсной фазы образуют агрегаты; вторая собственно коалесценция, когда агрегировавшие капли соединяются в одну большую; Термодинамическая (агрегативная)

Способность системы сохранять равномерное распределение частиц ДФ по все объему или массе препарата: Закон Стокса V -скорость оседания частиц, м/с; r- радиус частиц, м ρ тв - плотность ДФ, г/м 3 ; ρ ж - плотность ДС, г/м 3; η - вязкость среды, Па·с g -ускорение свободного падения, м/с 2 Скорость седиментации прямо пропорциональна разности плотности ДФ ДС d 1 >d 2 оседание частиц d 1 d 2 оседание частиц d 1

Скорость седиментации обратно пропорциональна вязкости ДС Повышают вязкость: сироп сахарный, глицерин, растворы ВМС Скорость седиментации прямо пропорциональна размеру частиц ДФ Размер частиц изменяют измельчением Уменьшение свободной поверхностной энергии происходит за счет агрегации частиц. Необходимо сохранить максимальное значение G сохранив наибольшее значение площади удельной поверхности и снизив σ, что будет препятствовать слипанию частиц G = ΔS x σ G – изменение свободной поверхностной энергии, н/м ΔS – изменение поверхности, м 2 ; σ – поверхностное натяжение, н/м

Способность частиц ДФ противостоять слипанию (агрегации) за счет: 1. Заряд на поверхности частиц ДФ 2. Сольватный слой, оболочка из ВМС, ПАВ вокруг частиц ДФ Нарушение агрегативной устойчивости ведет нарушению седиментационной устойчивости Для повышения агрегативной устойчивости в состав эмульсий вводят стабилизаторы- эмульгаторы и стабилизаторы загустители стабилизаторы- эмульгаторы

Механизм стабилизирующего действия ПАВ обусловлен их способностью: адсорбироваться на поверхности твердых частиц или капелек жидкости. Ориентация ПАВ происходит по принципу «подобное к подобному», т. е. полярные части молекул ПАВ будут обращены к полярному веществу, а неполярные части молекул соответственно, к неполярной фазе. ; снижать межфазное натяжение на границе раздела фаз, снижать запас поверхностной энергии образовывать защитную пленку (моно – или полимолекулярный слои); сольватный слой; двойной электрический слой (в случае ионогенных ПАВ); повышать вязкость (ВМВ – производные целлюлозы, крахмал).

Стабильность ЛВ и отсутствие химических реакций между ЛВ и ВВ. Химическая неустойчивость может отражаться на физической стабильности эмульсий, которые могут разрушаться вследствие омыления, окисления, гидролиза составных компонентов, их взаимодействия между собой и с материалом упаковки.

Зависит от: микробной контаминации ВВ и упаковки, условий изготовления, гигиены обслуживающего персонала. Следует предъявлять повышенные требования к микробной чистоте таких эмульгаторов, как бентониты, альгинаты, желатин и желатоза. Эмульсии содержат воду, являющуюся благоприятной средой для развития микроорг. В эмульсионные ЛФ вводят консерванты: эфиры пара-оксибензойной кислоты (парабены), спирты (этиловый, бензиловый, хлорбутанолгидрат), кислоты (бензойная, сорбиновая), фенолы и др.

Суспензии - жидкая лекарственная форма, содержащая в качестве дисперсной фазы одно или несколько измельченных порошкообразных ЛВ, распределенных в жидкой дисперсионной среде. По применению: 1. Суспензии для внутреннего применения, 2. Суспензии для наружного применения (в том числе капли глазные) 3. Суспензии для парентерального введения (внутримышечного) Суспензии выпускаются в готовом к применению виде, или в виде порошков или гранул, к которым перед применением прибавляют воду или другую жидкость.

1. Высокая терапевтическая активность по сравнению с таблетками и порошками (при размере частиц ДФ менее 10 мкм); 2. Более высокая дисперсность твердых веществ, чем в таблетках и порошках; 3. Выраженное пролонгированное действие по сравнению с растворами (при наличии частиц ДФ размером 40 мкм) 4. Более удобны в применении, чем таблетки и порошки; 5. Снижение отрицательного воздействия желудочного сока на ЛВ; 6. Возможность отпуска суспензий в виде сухого полуфабриката (гранул), суспендируемого при добавлении воды непосредственно перед применением, что увеличивает срок хранения.

Суспензии должны обладать: Высокой агрегативной устойчивостью (способностью противостоять укрупнению частиц, образованию агрегатов) Высокой конденсационной устойчивостью (способностью противостоять оседанию частиц, сохранять равномерное распределение частиц по всему объему или массе суспензии) Низкой скоростью седиментации (оседания частиц и образования осадка). Частицы должны оседать настолько медленно, чтобы суспензию можно было точно дозировать при приеме.

Размера частиц (величины свободной поверхностной энергии, энергии Гиббса), величины межфазного натяжения вязкости среды, соотношения плотностей ДФ и ДС, наличия электрического заряда на поверхности частиц, степени сродства частиц ДФ к ДС и интенсивности взаимодействия частиц со средой

В качестве ВВ в ЛФ «Суспензии» ГФ ХI разрешает использование в-в: повышающих вязкость дисперсионной среды, ПАВ, буферных веществ, корригентов, консервантов, антиоксидантов, красителей, и других ВВ, разрешенные к медицинскому применению. В качестве стабилизаторов суспензий используются: желатоза, камеди, р-ры полисахаридов: крахмала, производных целлюлозы (МЦ, NaKMЦ, микрокристаллическая целлюлоза), ксантан, аубазидан, бентонит (3-4 %), твины, спены и др.

Получение суспензий и эмульсий осуществляется несколькими способами: интенсивным механическим перемешиванием с помощью быстроходных мешалок и РПА (роторно- пульсационными аппаратами) – дисперсионный метод; размолом твердой фазы в жидкой среде на коллоидных мельницах, ультразвуковым диспергированием с использованием магнитострикционных и электрострикционных излучателей; микрокристаллические взвеси получают конденсационным способом или направленной кристаллизацией при смешивании растворов в определенных температурных условиях и значениях рН.

ВР 1.3. Санитарная подготовка технологической одежды ВР 1.4. Подготовка воздуха ВР.2.1. Взвешивание или отмеривание ЛВ и ВВ УМО Фасовка Кх Км Готовый продукт Карантинное хранение ВР 1. Санитарная Кт Км обработка производства УМО 4. Фасовка и упаковка На склад ТП 3. Приготовление линимента-эмульсии (линимента – суспензии) ВР 1.1 Санитарная обработка производствен. помещений ВР 1.2. Санитарная обработка оборудования ВР 1.5. Получение очищенной воды ВР.2. Подготовка исходных материалов Кт Км Потери механические Потери механические УМО Упаковка ВР.2.2. Подготовка эмульгатора ВР.2.3. Подготовка ЛВ (диспергирование) Стандартизация

Измельчение ЛВ и ВВ Приготовление концентрированной суспензии в смесителях Многократное механическое диспергирование (аппараты с пропеллерными или турбинными мешалками закрытого типа; роторно- пульсационные аппараты): процесс проводят в вакууме, т.к. воздух понижает устойчивость суспензии

На границе раздела фаз возникают зоны сжатия и разрежения, которые создают давление. Избыточное давление УЗ-волны накладывается на постоянное гидростатическое давление и в сумме составляет до нескольких атмосфер. В фазу разрежения во всем объеме жидкости, особенно у границы раздела фаз, образуются полости (кавитационные пузырьки). При повторном сжатии кавитационные пузырьки схлопываются, развивая давление до сотен атмосфер, образуя ударную волну, приводящую к разрушению твердых частиц.

Источники ультразвука: Механические излучатели жидкостный свисток 1 – металлическая пластина; 2 – сопло Частота колебаний 30 к Гц Используется для получения эмульсий электромеханические излучатели (кГЦ) электродинамические (высокочастотный ротационный аппарат) магнитострикционные Электрострикционные ВАЖНО! УЗ обладает бактерицидным действием, т.е. суспензии становятся стерильными! жидкость

ВАЖНО! Растворимость ЛВ должна изменяеться в зависимости от условий процессса (температуры, характера перемешивания, рН среды, растворителя и др.) Этапы приготовления: Приготовление раствора ЛВ в растворителе, в котором оно хорошо растворимо; Раствор добавляют в дисперсионную среду (часто в воду), при необходимости создают условия, приводящие к уменьшению растворимости. При непрерывном перемешивании в ДС происходят процессы кристаллизации, растворения, и перекристаллизации, в результате образуются кристаллы с размерами, зависящими от условий процесса. Пример, получение суспензии цинк-инсулина кристаллического для инъекций.

Ресуспендируемость (скорость оседания частиц дисперсной фазы суспензий). При наличии осадка суспензия должна восстанавливать равномерное распределение частиц по всему объему препарата при взбалтывании в течение секунд. Время отстаивания – величина отстоявшегося слоя за определенное время. Чем она меньше, тем устойчивость больше. Определение размера частиц и однородности твердой фазы в суспензиях и капель эмульсий проводится методом микроскопии. Размер частиц дисперсной фазы не должен превышать размеров, указанных в нормативных документах (ФСП). Сухой остаток – высушивание и определение массы сухого остатка для определения точности дозирования. Регламентируется значения рН среды. Контролируется термостабильность и морозостойкость эмульсий: при выдерживании пробы эмульсии (30,0 г) в термостате при 45°С в течение 8 ч отделившийся масляный слой не должен превышать 25% общей высоты эмульсии. При охлаждении до 20°С в течение 10 ч и после отстаивания при комнатной температуре не должно быть расслоения. К суспензиям и эмульсиям для парентерального введения предъявляются дополнительные требования, указанные в статье ГФ XI «Инъекционные лекарственные формы».

1. Название препарата на русском языке 2. MHН на русском языке 3. Состав 4. Описание (внешний вид, цвет) 5. Подлинность 6. Значение рН 7. Плотность 8. Вязкость 9. Посторонние примеси (родственные соединения) 10. Размеры частиц (в случае суспензии, эмульсии) 11. Определение объема 12. Микробиологическая чистота 13. Количественное определение 14. Упаковка 15. Маркировка 16. Транспортирование 17. Хранение 18. Срок годности 19. Фармакологическая группа
Качество воды очищенной зависит от: Качества исходной воды: ФЗ «О питьевой воде», Сан ПиН «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества»; Используемой аппаратуры и правильности ее эксплуатации; Соблюдения условий получения, сбора и хранения воды очищенной в соответствии с инструкцией по санитарному режиму (309)

Перед получением воды очищенной возникает необходимость проведения водоподготовки, что предполагает освобождение: От летучих веществ (отстаивание, кипячение); От механических примесей (отстаивание, фильтрование); От временной жесткости, обусловленной присутствием гидрокарбонатов кальция и магния (кипячением или обработкой 5%-ным раствором Ca(OH) 2 ; От постоянной жесткости, обусловленной присутствием СаСl 2, MgСl 2, СаSO 4, MgSO 4, (обработка 5%-ным растворами Na 2 CO 3 ; От органических веществ (обработка в течение 8 часов 1 %-ным раствором KMnO 4).

Питьевую воду или воду, прошедшую водоподготовку помещают в аквадистиллятор, состоящий из испарителя, конденсатора и сборника. В испарителе воду нагревают до кипения, образующийся пар поступает в конденсатор, где он сжижается и в виде дистиллята поступает в сборник. Все нелетучие примеси, находившиеся в исходной воде, остаются в испарителе.

Основан на использовании сетчатых полимеров различной структуры, ковалентно связанных с ионогенными группами При диссоциации этих групп в воде или растворе образуется ионная пара фиксированный на полимере ион и подвижный противоион, который и обменивается на ионы одноименного заряда из р-ра. По знаку заряда обменивающихся ионов ионообменные смолы делятся на катиониты и аниониты. В катионообменной смоле подвижными ионами являются ионы Nа+ и Н+, В анионообменной ионы С1- и ОН- Основан на удалении солей из раствора под действием постоянного электрического тока с помощью избирательно проницаемых мембран Воду помещают в ванну, разделенную на три части селективными ионообменными мембранами Мембраны, имеющие отрицательный заряд (катиониты) проницаемы для катионов. Мембраны, имеющие положительный заряд (аниониты) проницаемы для анионов. Через ванну пропускается постоянный электрический ток, все ионы солей, находящихся в воде, начинают передвигаться к мембранам, имеющим противоположный заряд: катионы - к катоду; анионы – к аноду

Осмос – самопроизвольный переход растворителя через полупроницаемую мембрану из р-ра с низкой концентрацией в р-р с более высокой концентрацией. Установка состоит из насоса высокого давления, пермиаторов и блока регулирования, поддерживающего оптимальный рабочий режим. Каждый из пермиаторов содержит большое количество полых волокон (до 1 млн.), мембранами служат эфиры целлюлозы. Вода подается в пермиатор, омывая волокна с внешней стороны. Под давлением выше осмотического (~1274 Па) проникает внутрь полых трубок, т.е. уходит от солей, содержащихся в ней и собирается внутри трубок. «Концентрат» солей выливается в сток.

ПАВ имеют дифильное строение, т.е. содержат в молекуле гидрофильные и гидрофобные группы. Соотношение между гидрофильной и гидрофобной частью молекул есть величина, характеризующая гидрофильно- липофильный баланс (ГЛБ), числовые значения которого имеются в справочной литературе. ГЛБ = Е / σ где Е - % массовое содержание гидрофильной части; σ - поверхностное натяжение (н/м) Значение 1-20, (это не показатель эффективности эмульгирования, а показатель типа образующейся эмульсии) Эмульсии в/м ГЛБ 3-6 Эмульсии м/в ГЛБ 8-18

По способности стабилизиро- вать эмульсии 1. эмульгаторы первого рода (м/ в/ в) - для прямого типа эмульсий; 2. эмульгаторы второго рода (в/ в/ м) - для обратного типа эмульсий По химической природе вещества с дифильным строением молекул: ПАВ твины, спены и др.; ВМС: желатин, белки, поливиниловый спирт, полисахариды и др; неорганические вещества: бентонит, аэросил и др. По способу получения синтетические и полусинтетические (МЦ, ПЭГ, спены, твины, эмульгатор Т-2) природные: животного происхождения (желатин, белки); растительного происхождения (полисахариды, крахмал, камеди, альгинаты)

Катионактивные ПАВ Четвертичные аммониевые и пиридиновые соединения (бензалкония хлорид, цетилпиридиний хлорид, этоний) Анионактивные ПАВ соли высших жирных кислот (олеат натрия) соли сульфоэфиров высших жирных спиртов (натрия лаурилсульфат) Амфотерные ПАВ Белки (желатин, желатоза, казеин, казеинат Na)Белки (желатин, желатоза, казеин, казеинат Na) Липиды (лецитин, кефалин, бетаин, стерины)Липиды (лецитин, кефалин, бетаин, стерины) Неионогенные ПАВ Высшие жирные спирты и кислоты (олеинавая к-та, спирты синтетические первичные С16-С21) Сложные эфиры гликолей и жирных кислот (спены, жиросахара, твины, пентол, эмульгатор Т2)

Суспензии

Суспензии - дисперсные системы с жидкой дисперсионной средой и твердой дисперсной фазой. Они похожи на золи, но отличаются значительной большим размером частиц. Получают их теми же методами, что и золи - диспергированием и конденсацией. Однако для практических целей суспензии получают чаще всего диспергированием нерастворимых твердых веществ в жидкой среде или взмучиванием в этой среде предварительно полученного порошка.

Не обладая седиментационной устойчивостью, суспензии могут быть устойчивы агрегативно, т. е. их частицы сохраняют постоянные размеры. Агрегативная устойчивость суспензий обусловлена тем, что их частицы имеют на поверхности двойной электрический слой или сольватную оболочку. Механизм образования двойного электрического слоя преимущественно адсорбционный, т. е. он формируется благодаря адсорбции одного из ионов дисперсионной среды электролита . Значение электрокинетического потенциала суспензии близко к потенциалу золя, и агрегативная устойчивость определяется электростатическим отталкиванием одноименно заряженных частиц.

Для получения стабильной суспензии необходимо:

1) достигнуть требуемую степень дисперсности труднорастворимого вещества в жидкой среде;

2) добавкой соответствующих поверхностно-активных веществ добиться, чтобы поверхность частиц дисперсной фазы смачивалась жидкой дисперсионной средой;

3) подобрать и ввести подходящий стабилизатор (электролит, ПАВ или защитный высокополимер).

Суспензии могут быть агрегативно устойчивы и без двойного электрического слоя. При наличии стабилизатора на границе раздела фаз образуются адсорбционные слои, препятствующие слипанию частиц. В случае полимерных стабилизаторов на поверхности частиц суспензии возникают механически прочные поверхностные студнеобразные пленки. При достаточной концентрации суспензии и стабилизатора-высокополимера поверхностные студнеобразные пленки объединяются в единый пространственный каркас-сетку и вся система застудневает.

Суспензии одновременно поглощают и рассеивают свет, хотя их частицы по размеру больше коллоидных частиц, при этом в отличие от опалесцирующих золей суспензии проявляют мутность не только при боковом освещении, но и в проходящем свете. Однако суспензии, так же как и золи, способны проявлять двойственное лучепреломление в потоке.

Поскольку частицы суспензий сравнительно больших размеров, в них нет броуновского движения, а, следовательно, они не проявляют таких молекулярно-кинетических свойств, как диффузия и осмос.

Для суспензий характерен ряд процессов, не свойственных коллоидным системам. К таким процессам относятся седиментация, флотация, фильтрация.

Фильтрация суспензий определяется дисперсностью и степенью агрегации частиц, а также образованием коагуляционной структуры и способностью ее к самоуплотнению в фильтрующем осадке. Поэтому фильтрация является сложным физико-химическим процессом, на который влияют все факторы, управляющие агрегированием частиц и развитием коагуляционных структур.

Суспензии имеют исключительно большое значение в природе и технике, далеко превосходящее значение типичных золей с твердой дисперсной фазой. К суспензиям при достаточном содержании влаги относятся почвы и грунты; глиняное тесто, используемое в гончарном, фаянсовом и фарфоровом производствах; цементные и известковые растворы, краски, лаки применяемые в строительном деле; графитовые и угольные суспензии используются для предотвращения образования накипи на котлах; суспензия металлического никеля применяется в качестве активного катализатора при гидрировании растительных масел; для облегчения процесса бурения применяют глинистые суспензии; в пищевой промышленности к суспензиям относятся шоколадная масса, крахмальное “молоко”, порошок какао в воде, помадные массы кондитерского производства.

Эмульсии

полярной неполярная или малополярная эмульгатором

Отличительной особенностью не очень концентрированных эмульсий является сферическая форма частиц (капелек).

От типичных лиофобных эмульсий отличаются так называемые критические лиофильные эмульсии (эмульсолы). Критические эмульсии - это системы, образующиеся обычно из двух ограниченно смешивающихся жидкостей (например, анилина и воды; изоамилового спирта и воды) при температурах, близких к критической температуре смешения, когда поверхностное натяжение на границе раздела фаз становится весьма малым и теплового движения молекул уже достаточно для диспергирования одной жидкости в другой. В результате такого самопроизвольного диспергирования образуется тончайшая эмульсия, в которой коалесценция (сливание) отдельных капелек уравновешивается стремлением обеих жидкостей равномерно распределяться в объеме.

Классификация эмульсий . Обычные лиофобные эмульсии классифицируют либо по полярности дисперсной фазы и дисперсионной среды, либо по концентрации дисперсной фазы в системе.

Согласно первой классификации, различают эмульсии неполярной или слабополярной жидкости в полярной (например, эмульсия масла в воде) - эмульсии первого рода или прямые и эмульсии полярной жидкости в неполярной (например, вода в масле) - эмульсии второго рода или обратные.

Эмульсии первого рода (прямые) обозначают м/в, где под буквой “м” подразумевается масло или иная неполярная жидкость, а под буквой “в” - вода или другая полярная жидкость. Эмульсии второго рода (обратные) обозначают соответственно в/м.

Тип эмульсии легко установить путем определения свойств ее дисперсионной среды. Для этого либо определяют способность эмульсии смачивать гидрофобную поверхность; либо проверяют возможность эмульсии разбавляться водой; либо испытывают способность эмульсии окрашиваться при введении в нее красителя, растворяющегося в дисперсионной среде; либо, наконец, определяют электропроводность эмульсии.

Согласно второй классификации, эмульсии делят на разбавленные, концентрированные и высококонцентрированные или желатинированные.

К разбавленным относятся эмульсии, содержащие до 0,1 % дисперсной фазы. Типичным примером такой системы может служить эмульсия машинного масла в конденсате, образующаяся при работе паровых машин. Разбавленные эмульсии по размеру частиц резко отличаются от концентрированных, являясь наиболее высокодисперсными. Диаметр капелек в разбавленных эмульсиях составляет порядка 10 -5 см, т. е. близок к размеру коллоидных частиц. Разбавленные эмульсии обычно образуются без введения в систему специальных эмульгаторов. Частицы этих эмульсий несут электрический заряд, который возникает в результате адсорбции ионов неорганических электролитов, присутствующих в среде в малых количествах.

Разбавленные эмульсии по свойствам более всего сходны с лиофобными золями. Они могут существовать в метастабильном состоянии лишь в очень благоприятных условиях (малая концентрация электролита). Влияние электролитов соответствует правилу Шульце-Гарди, многозарядные ионы изменяют знак заряда частиц, в устойчивых эмульсиях наблюдается заметный электрофорез и т. д.

Примером устойчивых эмульсий является сырая нефть, в которой капельки воды образуют эмульсии обратного типа, а также прямые разбавленные эмульсии масла в воде, образующиеся при конденсации отработанного пара в паровых двигателях.

К концентрированным относятся эмульсии со значительным содержанием дисперсной фазы (до 74 объемных процентов). Эта концентрация является максимальной потому, что она в случае монодисперсной эмульсии соответствует максимально возможному объемному содержанию недеформированных сферических капель независимо от их размеров.

Концентрированные эмульсии обычно получаются методом диспергирования и размер капель относительно велик и составляет 0,1-1,0 мкм и больше, поэтому капельки видны под обычным микроскопом. Такие системы не могут быть устойчивы без стабилизатора, легко седиментируют, причем седиментация происходит тем быстрее, чем больше разница между плотностями дисперсной фазы и дисперсионной среды. Если дисперсная фаза обладает меньшей плотностью, чем среда, то наблюдается всплывание капель дисперсной фазы.

К высококонцентрированным или желатинированным , эмульсиям относят системы с содержанием дисперсной фазы выше 74 объемных процентов. Отличительной особенностью таких эмульсий является взаимное деформирование капелек дисперсной фазы, и они приобретают форму многогранников (полиэдров), разделенных тонкими пленками - прослойками дисперсионной среды. Такая эмульсия при рассмотрении в микроскоп напоминает соты. Вследствие плотной упаковки капелек эти эмульсии не способны седиментировать и обладают свойствами, сходными со свойствами гелей, например, их можно резать ножом.

Высококонцентрированные эмульсии можно приготовить с содержанием дисперсной фазы до 99 %. Например, эмульгируя бензол в 1 % растворе олеата натрия, можно получить эмульсию, содержащую выше 99 процентов объемных дисперсной фазы. В такой предельно концентрированной эмульсии раствор эмульгатора находится между частицами дисперсной фазы в виде тончайших пленок (100 ангстрем и ниже).

Агрегативная устойчивость эмульсий и природа эмульгатора .

Эмульсии, как и все коллоидные системы, агрегативно неустойчивы из-за избытка свободной энергии на межфазной поверхности. Агрегативная неустойчивость эмульсий проявляется в самопроизвольном образовании агрегатов капелек с последующим слиянием (коалесценцией) отдельных капелек друг с другом. Это приводит к полному разрушению эмульсии и разделе ее на два слоя - жидкость дисперсной фазы и жидкость дисперсионной среды.

Агрегативную устойчивость эмульсий характеризуют либо скоростью ее расслаивания, либо продолжительностью существования (время жизни) отдельных капелек в контакте друг с другом или с межфазной поверхностью.

На агрегативную устойчивость эмульсий сильнее всего влияют природа и содержание в системе эмульгатора. Эмульгатор, адсорбируясь на межфазной границе, понижает межфазное поверхностное натяжение и в отдельных случаях может приводить даже к образованию равновесных коллоидных систем. Другое объяснение заключается в том, что при наличии стабилизатора на границе раздела фаз между капельками возникают силы отталкивания (энергетический барьер). Повышение концентрации эмульгатора в системе способствует устойчивости эмульсии.

Природа эмульгатора определяет не только устойчивость, но и тип эмульсии. Опыт показывает, что гидрофильные эмульгаторы, лучше растворимые в воде, чем в углеводородах, способствуют образованию эмульсий типа м/в, а гидрофобные эмульгаторы, лучше растворимые в углеводородах, - эмульсий типа в/м (правило Банкрофта). Это объяснимо, так как эмульгатор препятствует слипанию, или коалесценции, капелек только тогда, когда он находится у поверхности с наружной стороны капелек, т. е. лучше растворяется в дисперсионной среде.

В качестве эмульгаторов могут применяться самые различные по природе вещества: поверхностно-активные вещества, молекулы которых содержат ионогенные полярные группы, неионогенные ПАВ, высокомолекулярные соединения (ВМС). Эффективность эмульгатора характеризуется специальной величиной - гидрофильно-липофильным балансом (ГЛБ). Если число ГЛБ лежит в пределах 3-6, образуются эмульсии типа в/м. Эмульгаторы с числом ГЛБ 8-13 дают эмульсию типа м/в. Изменяя природу эмульгатора и его концентрацию, можно добиться обращения фаз эмульсии.

Стабилизирующее действие мыл и мылоподобных веществ на эмульсии типа м/в объясняется несколькими факторами устойчивости. Первый фактор - электрический заряд, возникший на поверхности капелек эмульсий, стабилизированных ионогенными мылами при адсорбции органических ионов мыла. В результате образуется двойной электрический слой, аналогичный тому, который существует на поверхности частиц типичных гидрофобных золей. Двойной электрический слой и обусловливает устойчивость эмульсий. Поэтому эмульсии м/в характеризуются свойствами, присущими типичным гидрозолям, т. е. для них соблюдается правило Шульце-Гарди , возможность перезарядки частиц эмульсий с помощью поливалентных ионов и т. д.

Чтобы происходила адсорбция органического иона, он должен хорошо адсорбироваться дисперсной фазой, т. е. иметь достаточно длинную углеводородную цепь. Поэтому эмульсии типа м/в могут быть стабилизированы только сравнительно высокомолекулярными мылами (щелочными солями лауриновой и более высокомолекулярных жирных кислот).

Второй фактор устойчивости концентрированных эмульсий типа м/в заключается в образовании на поверхности их капелек структурированных гелеобразных слоев эмульгатора, обладающих высокой структурной вязкостью и прочностью при одновременной гидратированности.

Устойчивость эмульсий типа в/м, стабилизованных мылами с поливалентным катионом, ранее объяснялась наличием на поверхности капелек эмульсии структурно-механического барьера. В последние годы было показано, что даже в неполярных средах может происходить некоторая диссоциация молекул эмульгатора. Соли поливалентных металлов и органических кислот в углеводородных средах обычно имеют константы диссоциации порядка 10 -8 , следовательно, если, например, концентрация такой соли в бензоле равна 10 ммоль/л, то концентрация ионов в растворе будет иметь значение порядка 10 -14 .

При таких условиях двойной электрический слой будет очень диффузным, его толщина составит несколько микрометров. Емкость двойного слоя в неполярной жидкости весьма невелика и нужен очень небольшой заряд для того, чтобы обусловить значительный поверхностный потенциал. Таким образом, электростатические силы отталкивания могут играть существенную роль и в устойчивости обратных эмульсий, особенно не очень концентрированных.

Эмульгирующее действие как ионогенных, так и неионогенных ПАВ тем эффективнее, чем лучше сбалансированы полярные и неполярные части молекулы эмульгатора между обеими фазами эмульсии. Дифильная молекула хорошего эмульгатора должна обладать сродством как к полярным, так и к неполярным средам, только в этом случае она будет находиться на межфазной поверхности. Сбалансированность молекул эмульгатора определяется длиной углеводородной цепи и сродством ионогенной или полярной группы к воде (рис. 11.2).

Рис. 11.2. Поведение различно сбалансированных дифильных молекул эмульгатора:

а - молекулы с преобладающей полярной частью; б - хорошо сбалансированные молекулы ; в - молекулы с преобладающей полярной частью

Именно хорошей сбалансированностью объясняется наилучшее стабилизирующее действие мыл, содержащих в углеводородной цепочке от 12 до 18 атомов углерода. Сбалансированностью молекул эмульгатора объясняется и род эмульсий, которые получаются с применением этого эмульгатора. Эмульгаторы с превалирующим действием в молекуле полярной группы над неполярной и которые лучше растворяются в воде, образуют эмульсии первого рода (м/в). Эмульгаторы, у которых действие неполярной группы молекулы преобладает над действием полярной и которые лучше растворяются в углеводородах, способствуют образованию эмульсий второго рода (в/м).

Итак, несомненным и вполне однозначным является факт стабилизации прямых эмульсий (м/в) гидрофильными веществами, обратных (в/м) - гидрофобными. Дисперсионной средой эмульсии становится жидкость, лучше взаимодействующая с эмульгатором.

Уже давно известно, что хорошей стабилизирующей способностью обладают не только ПАВ, но и тонкоизмельченные порошки, например, глина, мел, сажа, гипс и др. При встряхивании полярной жидкости в неполярной в присутствии твердого эмульгатора его крупинки прилипают к межфазной поверхности, причем большая часть поверхности частиц эмульгатора находится в той жидкости, которая их лучше смачивает. На капельках образуется как бы “бронь”, предотвращающая их коалесценцию.

Если твердый эмульгатор лучше смачивается водой (например каолин), такая броня возникает со стороны водной фазы, при этом образуется эмульсия типа м/в. Если же твердый эмульгатор лучше смачивается неполярным углеводородом (например сажа), то образуется эмульсия типа в/м (рис.11.3) В случаях Iа и IIб крупинки твердого эмульгатора находятся с наружной стороны капель и эмульсии устойчивы. В случаях Iб и IIа крупинки твердого эмульгатора находились бы у межфазной поверхности с внутренней стороны капель, в результате чего образование таких эмульсий невозможно.

Рис. 11.3. Модель эмульгирующего действия порошковых эмульгаторов:

I - гидрофильный эмульгатор (каолин); II - гидрофобный эмульгатор (сажа)

Стабилизация эмульсий твердыми эмульгаторами возможна только при условии, что размер частиц порошка меньше размера капелек эмульсии. Но слишком малые частицы порошка из-за броуновского движения не прилипают к поверхности капелек и не образуют защитного слоя.

Методы получения и разрушения эмульсий . Эмульсии получают механическим диспергированием фазы в дисперсионной среде в присутствии соответствующего эмульгатора. Жидкости сильно перемешивают, встряхивают, подвергают вибрационному воздействию. Для этого используют специальные мешалки, коллоидные мельницы. Иногда полученные грубые эмульсии подвергают дополнительной гомогенизации в специальных гомогенизаторах разных конструкций. При обработке в таких гомогенизаторах диаметр капелек понижается, при этом значительно увеличивается седиментационная устойчивость.

Часто требуется не получить эмульсию, а предупредить ее образование или разрушить (диэмульгировать) уже полученную систему. Эмульсии типа м/в, полученные с применением ионогенных эмульгаторов, обычно разрушают с помощью коагуляции электролитами с поливалентными ионами.

Эмульсии, стабилизированные неионогенными стабилизаторами, разрушаются гораздо труднее. Эффективным способом разрушения таких эмульсий является нагревание, введение в систему ПАВ, вытесняющего из адсорбционного слоя эмульгатор, но не способного стабилизировать эмульсию. Эмульсии можно также разрушать центрифугированием, фильтрацией, электрофорезом.

Обращение фаз эмульсий . При введении в эмульсию при интенсивном перемешивании большого количества ПАВ, являющегося стабилизатором эмульсий противоположного типа, первоначальная эмульсия может обращаться , т. е. дисперсная фаза становится дисперсионной средой, а дисперсионная среда - дисперсной фазой. Так, эмульсии типа м/в, стабилизованные олеатом натрия, могут быть превращены в эмульсию типа в/м путем введения в систему олеата кальция.

Обращение эмульсий может быть вызвано и длительным механическим воздействием. Так, сбивание сливок (м/в) ведет к получению масла (в/м).

Практическое значение эмульсий . К эмульсиям относятся молоко, сливки, майонез, яичный желток, латексы, битумные эмульсии, средства для опрыскивания растений, эмульсии воды в нефти и др. В фармацевтической промышленности многие лекарства применяются в виде эмульсий; в парфюмерной эмульсии - кремы.

Пены

Пенами называются грубые высококонцентрированные дисперсные системы, в которых дисперсионная среда - жидкость, а дисперсная фаза - газ. Пузырьки газа имеют размеры порядка нескольких миллиметров, а в отдельных случаях и сантиметров, форму многогранников и отделены друг от друга очень тонкими слоями жидкой дисперсионной среды. Пленки часто обнаруживают интерференцию, следовательно, их толщина соизмерима с длиной световых волн. Большой размер газовых пузырьков и тесное расположение их в пене исключают возможность броуновского движения устойчивые пены обладают некоторой жесткостью или механической прочностью. По строению обычные пены напоминают высококонцентрированные эмульсии.

Устойчивую пену можно получить только в присутствии стабилизатора - пенообразователя. Чистые жидкости не обладают способностью образовывать пену, наличие пены всегда говорит о присутствии в жидкости посторонних веществ, загрязнений.

Устойчивость пены зависит от природы пенообразователя, его концентрации, температуры, вязкости жидкости и присутствия электролитов. К типичным пенообразователям водных пен относятся такие ПАВ, как мыла, спирты, белки, сапонин, жирные кислоты и т. д. Низкомолекулярные ПАВ, уменьшая поверхностное натяжение (s), облегчают образование пены, но не придают ей стабильности, и она быстро разрушается. Пенообразующие вещества с длинной молекулярной цепью, адсорбируясь на границе вода -воздух, образуют высоковязкую структурированную пену, препятствующую стеканию жидкости. Толщина слоя жидкости между пузырьками газа уменьшается медленно, и пена может существовать долго.

С увеличением вязкости жидкости устойчивость пены возрастает. Электролиты, как правило, снижают время жизни пены. Таким образом, существует несколько факторов, объясняющих устойчивость пен. В настоящее время все больше исследователей приходят к выводу, что вообще не может быть единой теории устойчивости пен и что причины существования пен не зависят от пенообразователей и условий получения.

Методы получения и разрушения пен, их практическое значение . Пены получают путем пропускания пузырьков соответствующего газа (обычно воздуха) через раствор пенообразователя или путем интенсивного механического перемешивания раствора пенообразователя.

В ряде случаев образование пены нежелательно, она мешает перемешиванию и выпариванию жидкостей. Особенно вредны пены, образующиеся в сточных водах, которые содержат пенообразователи. Эти пены покрывают поверхность водоемов и, прекращая доступ кислорода в воду, убивают все живое. Пену можно разрушить введением в нее веществ, которые, обладая высокой поверхностной активностью, сами не дают пены. Такие вещества получили название пеногасителей. Эффективными пеногасителями являются сложные эфиры, жирные кислоты, спирты.

Другой метод пеногашения заключается в “пережигании” пены при воздействии высоких температур. Пены можно разрушить и механическим путем, продувая воздух над поверхностью пенящейся жидкости при кипении. Пленка как бы высыхает, и пузырьки образовавшейся пены разрушаются.

Пенообразование и пены имеют большое практическое значение. Известно положительное действие пен, мыла и других моющих средств при удалении загрязнений с любой поверхности. Очень важным является использование пен при тушении пожаров. Применяемая в этом случае пена содержит в виде дисперсной фазы диоксид углерода, имеет невысокую плотность, что позволяет применять ее для тушения горящих органических жидкостей. Устойчивые пены широко используются в флотационных процессах, например, при обогащении руд и минералов.

Эмульсии - дисперсные системы, состоящие из двух несмешивающихся жидкостей. Радиус взвешенных капелек жидкости в эмульсиях находится в пределах 10 -3 -10 -5 см. Для образования эмульсий берут жидкости, сильно отличающиеся по типу внутримолекулярных связей. Одна из них должна быть ярко выраженной полярной жидкостью (обычно вода), а вторая неполярная или малополярная (какая-либо органическая жидкость, не растворимая в воде и называемая независимо от ее химического состава “масло”). Обе жидкости, образующие эмульсию, должны быть нерастворимы или малорастворимы друг в друге. В системе должен присутствовать стабилизатор, который в этом случае называется эмульгатором . Эмульсии тем седиментационно устойчивее, чем ближе плотности обеих фаз.

суспензии. эмульсии .

Эмульсия – однородная по внешнему виду ЛФ, состоящая из взаимно растворимых тонко диспергированных жидкостей, предназначенная для внутреннего, наружного и парентерального применения.

Классификация эмульсий.

1.По исходному материалу : масляные и семенные;

2.По составу: простые (масло – липофильная жидкость, эмульгатор, вода – гидрофильная жидкость) и сложные (эмульсия, раствор, суспензия в различных сочетаниях).

3.По концентрации: разбавленные (дисперсная фаза занимает по объему доли процентов, например ароматные воды); концентрированные (единицы и десятки процентов); высококонцентрированные (пенообразованные).

4.По типу : эмульсии первого рода, прямые (масло в воде, дисперсная фаза распределена в водной дисперсионной среде); эмульсии второго рода, обратные (вода в масле, дисперсная фаза распределена в масляной дисперсионной среде; множественные эмульсии, в которых капли дисперсной фазы содержат в своем объеме более мелки капли дисперсионной среды).

5. По применению : для наружного применения (питательные и лечебные клизмы, очищающие эмульсии); для внутреннего применения (микстуры); для инъекционного введения (эмульсии для парентерального питания).

Нарушение устойчивости эмульсий при хранении связано с протеканием в системе процессов седиментации, коагуляции капель, коалесценции. Эффективным способом замедления переконденсации эмульсий является введение в состав дисперсной фазы добавок, практически не раситворимых в дисперсионной среде.

Эмульсии расслаиваются под влиянием сильных электролитов, дегидратирующих веществ (этанол, глицерина дистиллированного, сиропа сахарного); веществ кислого и щелочного характера; факторов внешней среды; механического воздействия температуры.

Возможность образования эмульсий, их тип и стабильность определяются поверхностными явлениями на границе раздела фаз и зависят прежде всего от наличия в системе ПАВ - эмульгаторов , их концентрации, молекулярного строения, гидрофильно-липофильного баланса.

Молекулы ПАВ обладают дифильными свойствами.

Молекулы эмульгатора располагаются строго определенным образом в зависимости от характера групп его молекул.

Стабилизаторами прямых эмульсий являются водорастворимые ПАВ с высоким значением гидрофильно-липофильного баланса (более 8): анионные мыла (мыла щелочных металлов), неионогенные (твины, этоксилаты спиртов), катионные (четвертичные аммониевые соли), высокомолекулярные ПАВ как природные (полисахариды, белки), так и синтетические (поливиниловый спирт).

Для стабилизации обратных эмульсий используют мыла переходных металлов, моноалканоламиды, неионогенные ПАВ, этиленоксилаты высших спиртов и кислот.

Суспензия – ЖЛФ, представляющая дисперсную систему, в которой твердое вещество взвешено в жидкости, предназначенная для внутреннего, наружного и парентерального применения.

Классификация.

По применению : для внутреннего, наружного, инъекционного применения.

По характеру отпуска : готовые к применению; в виде гранулированных порошков, к которым перед применением добавляют воду очищенную или для инъекций.

По характеру частиц дисперсной фазы : суспензии гидрофильных веществ (висмута нитрат основной, цинка оксид, крахмал, магния оксид); суспензии гидрофобных веществ (парафин, ментол, тимол, камфора).

Устойчивость суспензий зависит от: формы частиц, их моно- или полидисперсности, размера, величины свободной поверхностной энергии, вязкости среды, соотношения плотностей дисперсной фазы и дисрперсионой среды, наличия ПАВ.

Суспензии должны обладать высокой агрегативной и кинетической устоичивостью, а также низкой скоростью седиментации.

Агрегативная устойчивость (способность противостоять укрупнению чпстиц и образованию агрнгатов) зависит от плотности, поверхностного электрического заряда частиц, потенциала, толщины ДЭС.

Кинетическая устойчивость – способность системы противостоять оседанию частиц, сохранять равномерное распределение частиц по всему объему или массе суспензии зависит от размера частиц, соотношения плотностей дисперсной фазы и дисперсионной среды.

Скорость седиментации прямо пропорциональна квадрату размера цастиц, разности плотностей дисперсеной фазы и дисперсионной среды и обратнопропорциональна вязкости.

Пасты

Пасты – это высоко концентрированные суспензии, обладающие структурой. Структура – это пространственная сетка, образованная частицами дисперсной фазы, в петлях которой находится дисперсионная среда.

Можно сказать, что пасты занимают промежуточное положение между порошками и разбавленными суспензиями. Их получают, соответственно:

растирая порошок в жидкости, обладающей достаточно большой вязкостью; например, некоторые сорта зубной пасты готовят путем смешивания мела с вязкой жидкостью, полученной путем варки крахмала в глицериновом водном растворе с добавлением небольшого количества ПАВ;

в результате седиментации разбавленной суспензии.

Так как пасты – структурированные системы, определяющим является их структурно – механические свойства, которые характеризуются такими параметрами, как вязкость, упругость, пластичность. Пасты обладают упруговязкопластическими свойствами.

Пасты имеют коагуляционную структуру, поэтому их механические свойства определяются, главным образом, механическими свойствами межчастичных жидких прослоек. Через эти прослойки действуют силы притяжения между частицами, зависящие от расстояния между ними (толщина прослоек) и обусловлена ван – дер – ваальсовыми и водородными связями. Прочность коагуляционного контакта составляет величину порядка 10 -10 Н и ниже. Причем, прочность контакта могут уменьшать силы отталкивания между частицами, обеспечивающими агрегатную устойчивость суспензии, именно по этому структуры в агрегативно устойчивых суспензиях не образуются или, если и образуются, то очень непрочные.

Таким образом, механические свойства паст обусловливаются совокупностью двух различных основных причин:

· молекулярным сцеплением частиц дисперсной фазы друг с другом в местах контакта, там, где толщина прослоек дисперсионной среды между ними минимальна. В предельном случае возможен полный фазовый контакт. Коагуляционное взаимодействие частиц вызывает образование структур с выраженными обратимыми упругими свойствами;

· наличие тончайшей пленки в местах контакта между частицами.

Коагуляционные структуры отличаются резко выраженной зависимостью структурно – механических свойств от интенсивности механических взаимодействий. Примером исключительной чувствительности структурно механических свойств коагуляционных структур к механическим воздействиям является зависимость равновесной эффективной вязкости h(р) от скорости деформации g или напряжения сдвига Р. Уровень h(р) отвечает вполне определенной степени разрушения трехмерного структурного каркаса в условиях деформации системы. Диапазон изменений h(р) = ¦(Р) может достигать 9 – 11 десятичных порядков.

Для паст, так же как и для любой коагуляционной структуры, характерны следующие свойства: невысокая механическая прочность (обусловлена малой прочностью коагуляционного контакта – порядка 10 -10 Н и ниже), тиксотропия, синерезис, ползучесть, пластичность, набухание.

Никакие массообменные процессы в структурированных системах нельзя осуществить, не разрушив предварительно в них структуру.

Разрушение пространственных структур в пастах – достаточно сложный процесс, характеризуемый тем, что по мере увеличения степени разрушения существенно изменяется и сам механизм распада структуры.

Можно выделить три основных этапа разрушения структуры:

разрушение сплошной структуры сетки, сопровождающиеся распадом структуры на отдельные, достаточно крупные агрегаты;

разрушение агрегатов, сопровождается уменьшением их размера и увеличением их числа, высвобождением из агрегатов и увеличением числа отдельных частиц, образованием новых агрегатов;

предельное разрушение структуры при полном отсутствии агрегатов из частиц.

Четкая граница между этими этапами размыта, т.е. переход из одного состояния структуры в другое по мере постепенного увеличения интенсивности внешних воздействий, разрушающих структуру, происходит постепенно.

Однако каждый из этих этапов специфичен, условия разрушения сплошной структурной сетки кардинальным образом отличаются от условий разрушения агрегатов, «плавающих» в дисперсионной среде, а значит, и параметры внешних воздействий, необходимых для разрушения сплошной структурной сетки и отдельных агрегатов их частиц, не могут не быть существенно различными.

Количественно изменения состояния структуры пасты оценивается совокупностью реологических характеристик, прежде всего вязкостью h, напряжением сдвига Р, упругостью Е и периодом релаксации q. Наиболее резкое, на много десятичных порядков, изменения с разрушением структуры претерпевают вязкость и период релаксации.

Для разрушения структуры используются следующие воздействия:

· механическое помешивание;

· вибрация с частотой от 10 Гц до10 кГц;

· ультразвук;

· нагревание;

· электрические и магнитные поля;

изменение природы поверхности твердых частиц (главным образом, путем добавления коллоидных ПАВ).

Часто сочетают механические вибрационные воздействия с ультразвуком, тепловыми воздействиями.

Такое сочетание не только существенно меняет энергию активации процесса разрушения структуры, но в значительной степени сказывается на свойствах конечного продукта.

Совместное действие на пасту вибрации и, например, ультразвука приводит к гораздо большему разрушению структуры и вместе с тем к достижению существенно более высокой ее однородности, чем под влиянием каждого из этих видов воздействия с той же интенсивностью в отдельности.

Важным является сочетание механических воздействий с физико–химическим управлением прочностью сцепления в контактах между частицами путем изменения природы поверхности частиц.

Модифицирование твердых фаз добавками ПАВ различного строения является универсальным методом регулирования силы и энергии взаимодействия в контактах между частицами. Этот эффект – следствие сочетания двух факторов:

раздвижения частиц на двойную толщину адсорбционного слоя;

снижение поверхностного натяжения на поверхности частиц.

В последние годы все шире стали применяться методы модифицирования поверхности частиц не индивидуальными ПАВ, а смесями ПАВ различных видов, например, иогенных и неиогенных.

При правильном подборе нескольких видов ПАВ обнаруживается синергизм, т.е. взаимные усиления их действия.

Исключительная эффективность совместного действия вибрации и ПАВ объясняется характером разрушения структуры при вибрации и особенностями действия ПАВ. ПАВ, адсорбируются в первую очередь на наиболее энергетически активных участках микромозаичной поверхности частиц, ослабляют преимущественно наиболее прочные коагуляционные контакты. Введение в систему ПАВ из расчета образования монослоя на поверхности частиц позволяет почти в 500 раз понизить интенсивность вибрации, необходимую для достижения предельного разрушения структуры.

Не менее эффективно для ряда систем сочетание вибрации, добавок ПАВ и температурных воздействий. В тех случаях, когда вязкость структурированных систем весьма чувствительна к изменению температуры, такое комплексное взаимодействие наиболее целесообразно. Многие пищевые, в особенности кондитерские массы (шоколадные, пралиновые и т.п.), относятся именно к такого рода системам.

Эмульсии

Эмульсия – система «жидкость – жидкость» (ж/ж). Для образования эмульсии обе жидкости должны быть нерастворимы или мало растворимы друг в друге, а в системе должен присутствовать стабилизатор, называемый эмульгатором. Эмульсия тем седиментационно устойчивее, чем ближе плотность обоих фаз. Отличительной особенностью эмульсий является сферическая форма частиц (капель).

Эмульсии классифицируются:

1. По состоянию дисперсной среды и дисперсной фазы.

Различают:

Масло в воде

Вода в масле

Для эмульсий характерным является свойство обращения фаз. При введении в эмульсию в условиях интенсивного перемешивания большого количества поверхностно-активных веществ (ПАВ), являющегося стабилизатором эмульсии противоположного типа, первоначальная эмульсия может обращаться, т.е. дисперсная фаза становится дисперсионной средой и наоборот (масло + вода = вода + масло)

2. По концентрации:

а) Разбавленные 0,01 – 0,1%;

б) Концентрированные до 74%;

в) Высоко концентрированные до 90%.

Все эмульсии термодинамически нестабильные структуры, за исключением критических эмульсий. Это структуры двух ограниченно растворимых жидкостей при температуре, близкой к критической.

Седиментационная устойчивость эмульсий аналогична суспензиям. Агрегативная неустойчивость проявляется в самопроизвольном образовании агрегата капелек с последующим их слиянием (коалесценция). Количественно это характеризуется скоростью расслоения или временем жизни отдельных капелек в контакте с другими. Агрегативная устойчивость определятся следующими факторами:

· Соотношением поверхностного натяжения на поверхности раздела фаз;

· Присутствием в растворе электролита. Поэтому прямые эмульсии, стабилизированные мылами, характеризуются всеми свойствами, присущими типичным гидрозолям, т.е. соблюдается правило Шульце – Гарди, перезаряжание частиц поликовалентными ионами и т.д.

· Наличием эмульгатора.

Стабилизация эмульсии с помощью поверхностно-активных веществ (ПАВ) обеспечивается благодаря адсорбции и определенной ориентации молекулы поверхностно-активного вещества (ПАВ), что вызывает понижение поверхностного натяжения. Кроме этого поверхностно-активные вещества (ПАВ) с длинными радикалами на поверхности капелек могут образовывать пленки значительной вязкости (структурно-механический фактор). Для эмульгаторов справедливо правило Ван – Крофта: эмульгаторы, растворимые в углеводороде, образуют эмульсии типа «вода в масле»; эмульгаторы, растворимые в воде, образуют эмульсии типа «масло в воде».