Что такое эмульсия в химии
Что представляют собой суспензия и эмульсии в химии? Как их описывают?
Содержание:
На нашей планете многие вещества существуют в виде дисперсных систем. Дисперсные системы – это гетерогенная система, которая состоит из двух и более фаз. Одна фаза должна быть мелко раздроблена и равномерно распределена в другой сплошной фазе.
Характеристика дисперсных систем
Дисперсные системы состоят из двух систем:
Дисперсионная среда и дисперсная фаза могут существовать в различных агрегатных состояниях.
Дисперсная фаза
Дисперсионная среда
Примеры
Лекарственные препараты часто представлены в виде суспензий и эмульсий, которые также являются дисперсными системами. В суспензиях в качестве дисперсионной среды выступает жидкость, а дисперсной фазы – твердые частицы. Эмульсии – это жидкая среда, в которой равномерно распределены жидкие капли другой фазы.
Что такое суспензии в химии
Суспензии обладают агрегативной неустойчивостью, т. е. низкой способностью противостоять укрупнению частиц фазы. Частицы в суспензиях, несмотря на свою мизерность, достаточно крупны, чтобы оказывать противостояние броуновскому движению. Они сравнительно быстро всплывают или выпадают в осадок. Суспензии достаточно неустойчивы.
Примеры суспензий в химии:
Что такое эмульсии в химии
Эмульсии бывают прямыми и обратными. Прямые эмульсии образуются в том случае, если в полярной среде распределяются капли неполярной жидкости (масло в воде). Обратные эмульсии формируются при распределении в неполярной среде полярных частиц вещества (вода в масле). Эмульсии обладают небольшой устойчивостью.
Примеры эмульсий в химии:
Эмульсия, свойства и характеристики, типы, получение и разрушение
Эмульсия, свойства и характеристики, типы, получение и разрушение.
Эмульсия – это дисперсная система, т.е. смесь из некоторого количества фаз (тел), не способных раствориться в друг друге или взаимодействовать на уровне химических процессов, а потому сохраняющихся в виде мельчайших капель.
Эмульсия:
Эмульсия, что в переводе с латинского означает «доить», «выдаивать» – это смесь, включающая две или более жидкостей, которые не смешиваются между собой.
Если выражаться научным языком, то эмульсия – это дисперсная система, т.е. смесь из некоторого количества фаз (тел), не способных раствориться в друг друге или взаимодействовать на уровне химических процессов, а потому сохраняющихся в виде мельчайших капель. В классической, двухфазной эмульсии, присутствуют дисперсные:
– фаза – мельчайшие частички определенного жидкого вещества;
– среда – жидкости, в которой эта фаза равномерно распределена.
Чаще всего смеси представляют собой соединение воды и веществ, основанных молекулами со слабой полярностью (липиды, углеводы). Так, ярким классическим примером эмульсии служит молоко – смесь из воды и молочного жира, равномерно распределенного в ней.
Смеси в основном являются дисперсными системами грубого характера, т.к. размер капель, представляющих фазу, колеблется в пределах от 1 до 50 микрометров. Если их концентрация низкая – это говорит о неструктурированном характере, высокая – о наличии четкой структурированной системы.
Свойства и характеристики эмульсий:
Кроме концентрации и непосредственно дисперсности, еще одной ключевой характеристикой эмульсии является ее устойчивость во времени, а также агрегативная устойчивость и наличие эмульгаторов. Все эти факторы позволяют оценить ее конечные свойства.
Дисперсность эмульсии:
Дисперсность эмульсии измеряется в размерах частиц ее фазы, выражается в микрометрах и обычно представляется в виде гистограммы.
Устойчивость эмульсии во времени:
Этот параметр – устойчивость во времени – может быть выражен двумя формами:
– скоростью, с какой эмульсия расслаивается. Смесь оставляют на определенное время и после появления двух разных слоев измеряют высоту либо объем слабополимерной фазы;
– временем, которое «живут» отдельные капли. Используется метод наблюдения под микроскопом, где капля слабополимерной жидкости помещается на самую границу составляющих, а после фиксируется время, требующееся для их слияния.
На практике чаще используется первый метод, как менее затратный и более простой.
Концентрация эмульсии:
Концентрация – это один из основных параметров, определяющих итоговое свойство эмульсии, на котором основана дальнейшая классификация смесей. Соответственно эмульсии могут быть:
– разбавленные;
– концентрированные;
– высококонцентрированные.
Агрегативная устойчивость эмульсии:
Агрегативная устойчивость эмульсии – еще одно свойство, указывающее на способность сохранять во временном промежутке первичные размеры капель, из которых состоит дисперсная фаза. Соответственно различают три вида эмульсии:
– электростатическая эмульсия. Соответствующее поле образуется вокруг капель, составляющих эмульсию, в результате чего появляется энергетическая преграда, которая не позволяет частицам сближаться до того момента, пока сила притяжения превысит электростатическое отталкивание;
– адсорбционно-сольватная эмульсия. Поверхностное натяжение, возникающее на границе среды и фазы, уменьшается благодаря эмульгаторам, которые адсорбируются на поверхности капель, что делает смесь более устойчивой;
– структурно-механическая эмульсия. В этом случае молекулы эмульгатора образуют достаточно плотный слой на поверхности нерастворяющихся капель, что препятствует их слиянию со средой благодаря повышающейся вязкости и упругости.
Чаще всего один из этих видов является основным, а остальные – вспомогательными.
Наличие эмульгаторов:
Эмульгаторы – вещества, обеспечивающие создание эмульсий из несмешивающихся жидкостей. Их наличие необходимо для придания устойчивости концентрированным смесям. Ими могут быть:
– коллоидные поверхностно-активные вещества;
– тонкоизмельченные нерастворимые порошки.
Типы и виды эмульсий:
Основное разделение смесей на типы характеризуется таким параметром, как полярность дисперсных фазы и среды. Это:
– прямые («масло-вода») эмульсии, I рода, где неполярная масса (обычно липидная) распределена в воде;
– обратные («вода-масло») эмульсии, II рода, где вода представляет собой фазу, распределенную в неполярной среде (масляной).
При определении типа эмульсии используют правило Банкрофта – дисперсной средой является та жидкость, входящая в состав эмульсии, которая лучше растворяет эмульгатор или лучше его смачивает, в случае, если это порошок. Однако есть исключение – на 100% это правило работает лишь в случае, когда смесь имеет не более двух компонентов.
В остальных ситуациях используют экспериментальные методики определения типа эмульсии:
Также смеси делятся на:
– лиофильные – те, что образуются самостоятельно и имеют устойчивость к термическому воздействию. Обычно это так называемые критические эмульсии, возникающие в местах, где при высоких (критических) температурах смешиваются жидкие дисперсные фазы;
– лиофобные – образующиеся при распаде твердых частиц на мелкие составляющие (эмульгировании) под воздействием механических, акустических или электрических факторов либо как результат конденсации в растворах и сплавах высокой насыщенности.
Отличительная черта лиофобных эмульсий – отсутствие устойчивости к термическому воздействию и возможность длительно существовать исключительно при наличии в составе эмульгаторов.
Способы и методы получения эмульсий:
Для получения каждой определенной эмульсии капли должны быть определенных размеров, а их получение проводится двумя методами:
– конденсационным – когда капли выращивают из малых размеров до нужных;
– диспергационным – дроблением больших капель на малые.
Конденсационные способы и методы получения эмульсий:
Конденсация из пара. Пар жидкости, которая станет дисперсной фазой, впрыскивается под поверхность другой, образующей в будущем дисперсную среду. В результате пар насыщается молекулами второй жидкости и в виде конденсата нужных размеров стабилизируется в среде при помощи эмульгатора.
В зависимости от того, с каким давлением будет подаваться пар, а также размера выпускного сопла (диаметра) и выбранного стабилизатора, появится возможность получить капли от 1 до 20 микрометров.
Диспергационные способы и методы получения эмульсий:
Механический метод. Заключается в непосредственном воздействии на выбранные жидкости для их равномерного смешивания путем дробления более крупных частиц на мелкие. Это может быть классическое смешивание, энергичное встряхивание, гомогенизация и прочее.
Применение ультразвука. Методика заключается в воздействии на смеси высоких частот (20-50 кГц), поэтому подразумевает наличие специализированного оборудования.
Электрические методики. Сложный, но наиболее часто применяемый метод, обладающий рядом преимуществ. При его использовании вещество, подлежащее дроблению, помещается в специальный сосуд, который венчает капиллярная воронка. Последняя соединяется с источником тока (положительный заряд). Сам сосуд подлежит заземлению при помощи помещения в колбу с круглым дном, где присутствует заземленный электрод. В колбу помещается жидкость, которая в будущей эмульсии будет выступать дисперсной средой, а сама смесь образуется методом соединения капель, истекающих из воронки, под воздействием электрического тока.
Размеры частиц в этом методе регулируются величиной зазора между воронкой и жидкостью и, непосредственно, величиной напряжения, и могут достигать 1-10 микрометров. Для повышения устойчивости в эмульсию можно вводить эмульгатор, но большого его количества не требуется. В этом и состоит главный плюс метода – возможность получать сравнительно устойчивые эмульсии обоих типов с высокой монодисперсностью. Из недостатков выделяют невозможность введения эмульгатора в слишком вязкие смеси.
Самопроизвольное эмульгирование. Подразумевает самостоятельное образование смесей, не требующее энергетических затрат, поступающих извне, например, при попадании двух веществ в зону критической температуры.
Методы разрушения эмульсий:
Деэмульгирование – такой же важный процесс, как и создание самой эмульсии. Разрушение полученных смесей достигается двумя методами: сидементацией (осаждением) и коалесценцией.
Сидементация (осаждение):
В реальных эмульсиях окончательного, завершенного разрушения не возникает, а создаются две отдельные эмульсии, причем в одной содержание дисперсной фазы высокое, а в другой – низкое. Более крупные и тяжелые капли фазы опускаются на дно более легкой среды (осаживаются). Для того, чтобы данный процесс прошел быстрее, на предприятиях используют центрифуги.
Коалесценция:
Коалесценция представляет собой процесс, при котором смесь разделяется на отдельные чистые жидкости. Происходит разделение в два этапа:
Способы разрушения эмульсий:
Существует несколько техник разрушения эмульсий, при чем использоваться они могут как индивидуально, так и комбинированно.
Химическое разрушение:
Выполняется двумя способами:
– удаление барьеров, своеобразных пленок между слоями смеси, которые препятствуют их смешиванию. Применение специальных химических веществ позволяет нейтрализовать подобную защиту, буквально растворить пленочные барьеры;
– обращение эмульсии. Применение вещества, считающегося обратным помещенному в эмульсию эмульгатору, нейтрализует действие последнего.
Термическое разрушение:
Осуществляется двумя противоположными способами:
– повышение температуры – заключается в доведении эмульсии до ее критически высокой температуры (у каждой смеси она своя) и последующего отстаивания. Метод основан на том, что химические реакции некоторых веществ усиливаются, что влияет на вязкость смеси и состав ее барьерного слоя;
Осаждение с применением физических сил:
Основано на действии силы тяжести и центробежной силы:
– отстаивание – смеси, состоящие из крупных, грубых масляных фаз, помещают в специальные отстойники не менее, чем на 1 час, при этом более мелкие и мягкие частицы продолжают находиться во взвешенном состоянии;
– использование центрифуг – при стремительном вращении составляющие, обладающие большей тяжестью, смещаются (отталкиваются) к периферии, в то время как более легкие компоненты сосредотачиваются в центре. Методика более распространенная, т.к. дает возможность взаимодействовать с большими объемами эмульсий за краткий период времени – результат достигается в течение нескольких минут.
Электрические способы:
Данные способы эффективны лишь для двух видов эмульсий:
– тех, что содержат в себе заряженные частицы;
– электронейтральных, но способных приобрести дополнительный дипольный момент, который индуцируется в электрическом поле.
Данный способ требует наличия и применения специализированной техники, поэтому используются редко.
Применение эмульсий:
Эмульсия – довольно сложное химическое соединение, но она нашла применение практически во всех современных отраслях промышленности. В первую очередь, это продукты питания – майонез, различные соусы, сливочное масло, и косметика – шампуни, средства для снятия макияжа и ухода за кожей – все это разновидности эмульсий. Незаменимы эмульсии в автомобильной и строительной отраслях – моторные масла, охлаждающие и тормозные жидкости, пропитки и битумные материалы. Также стоит отметить фармацевтику – многие лекарственные препараты, призванные укреплять здоровье и спасать жизнь человека представляют собой эмульсии, о чем большинство людей даже не задумывается.
Эмульсии. Определение, классификация, технология приготовления.
Эмульсия – однородная по внешнему виду жидкая лекарственная форма, состоящая из взаимно нерастворимых тонкодиспергированных жидкостей, предназначенная для внутреннего, наружного или парентерального применения. Эмульсии стабилизированы эмульгаторами. Официнальная лекарственная форма ГФ XI стр. 161.
Является гетерогенной системой. Одна из жидкостей находится в виде мельчайших капель — дисперсная фаза; другая жидкость, в которой эти капли распространены — дисперсионная среда.
Эмульсии могут быть типа масло/вода и вода/масло. Для приготовления эмульсий используют:
При отсутствии обозначения масла в эмульсии используют персиковое, оливковое или подсолнечное масло.
При отсутствии указаний о концентрации для приготовления 100 г эмульсии берут 10 г масла. Выбор эмульгатора и его количество зависят от природы и свойств эмульгатора и масла, а также от концентрации эмульсии.
Эмульсии предназначены в основном для маскировки неприятных органолептических или раздражающих свойств некоторых веществ. Назначение масла или масляного раствора лекарственных веществ в виде эмульсий ускоряет их действие. Жиры интенсивно гидролизуются ферментами ЖКТ.
Достоинства эмульсии:
Недостатки эмульсии:
Классификация эмульсий
Масляные эмульсии агрегативно неустойчивы из-за избытка свободной поверхностной энергии на границе раздела масло-вода. Происходит слияние капель масла – коалесценция, а затем расслаивание. Поэтому для масляных эмульсий необходим стабилизатор, который называется эмульгатором.
Эмульгаторы — вещества, стабилизирующие систему из двух несмешивающихся жидкостей и способствующих эмульгированию, они обеспечивают агрегативную устойчивость системы.
Классификация эмульгаторов.
По химической структуре выделяют три группы.
Чаще всего в аптечных условиях используют желатозу.
Тип эмульсии определяется свойствами эмульгатора. Если эмульгатор растворим лучше в воде, чем в масле, то дисперсионная среда — вода; дисперсная фаза — масло. Если растворим в масле лучше, то дисперсионная среда — масло, дисперсная фаза — вода.
Тип эмульсии можно установить с помощью нескольких проб:
В случае необходимости в состав эмульсии вводят консерванты (нипагин, нипазол, сорбиновая кислота и др.), разрешенные к медицинскому применению.
Эмульсии готовят диспергированием эмульгатора с эмульгируемой жидкостью и водой; при необходимости эмульсии процеживают.
Готовят эмульсии по массе.
Технология приготовления эмульсии
Подготовительная
Введение веществ в состав эмульсий
Лекарственные вещества вводят с учетом физико-химических свойств:
2. Получение первичной эмульсии (3 способа)
1 способ:
В сухой ступке при растирании смешивают эмульгатор и масло с водой (по правилу Дерягина: воды необходимо взять 1/2 от суммы массы масляной фазы и эмульгатора), тщательно растирают до появления характерного потрескивания — это признак готовности первичной эмульсии.
2 способ:
Эмульгатор растирают с водой, рассчитанной для образования первичной эмульсии, затем постепенно при тщательном перемешивании добавляют масляную фазу.
3 способ:
В ступке растирают эмульгатор и смесь масла и воды, быстро растираем до характерного потрескивания. N.B. Движение пестика в одну сторону.
3. Разбавление первичной эмульсии водой или водным раствором ЛВ
Небольшими порциями добавляют воду или водный раствор лекарственных веществ. Водный раствор предварительно профильтровать!
Расчет количества воды для разбавления:
М (общ. ЛФ) — все составляющие — эмульгатор — количество воды для первичной эмульсии
4. Фильтрование
При необходимости через двойной слой марли.
5. Измельчение и смешивание с готовой эмульсией веществ, вводимых по типу суспензии
6. Упаковка и оформление
Отпускают во флаконах из темного стекла плотно-укупоренных. Этикетка «Перед употреблением взболтать», «Хранить в прохладном месте»
7. Оценка качества
Письменный, органолептический, при отпуске.
Выборочные виды контроля: опросный, физический, химический.
8. Хранение
Не более трех суток, при повышении/понижении температуры ускоряется расслаивание, не допускается замораживание.
Если не указана концентрация эмульсии, готовят 10% эмульсию, т.е. для приготовления 100,0 берут 10,0 масла или 10,0 очищенных семян.
Примеры рецептурных прописей.
Rp.: Emulsii oleosi 100,0
M.D.S. По 1 чайной ложке 3 раза в день
Т.к. не указана концентрация, готовим 10% эмульсию. Т.к. не указано масло, то берем персиковое.
Камфора растворим в масле при температуре 40 градусов.
ППК (оборотная сторона):
М(масл.фаза) = 10 г (персик.масла) + 1 г (камфоры) = 11 г
М(желатозы) = 5,5 г (1/2 от масл.фазы)
Сумма масл.фазы и желатозы = 11+5,5 = 16,5г
V(воды) — необходимо взять 1/2 от этой массы = 16,5/2 = 8,25 мл
Т.к. это эмульсия, то определяем общую массу: М (эмульсии) = 100+1 = 101 г
V воды для разбавления первичной эмульсии: 101 г — (10+1+5,5+8,25) = 76,25 мл
Технология:
В ступке растираем 5,5 г желатозы, добавляем при растирании 8,25мл воды и раствор камфоры в масле (приготовили в фарфоровой чашке на водяной бане при t=40: 10г масла + 1г камфоры). Затем первичную эмульсию разбавляем рассчитанным количеством воды. Переливаем в отпускной флакон. При необходимости процеживаем через марлю.
Rp.: Olei Ricini 10,0
Amyli q.s. ut fiat emulsum 100,0
M.D.S. По 1 десертной ложке 3 раза в день.
ППК (оборотная сторона)
М (эмульгатора-крахмала) = 10/2 = 5г
V (воды) = 100 — 50 г (крахмальный клейстер) — 10г (масла) = 40 мл
Технология приготовления:
Из 5 г крахмала готовят 10% раствор: в фарфоровой чашке отмеривают 40мл воды, нагревают до кипения, добавляют смесь 5 г крахмала + 5мл холодной воды. Полученную смесь нагревают при постоянном помешивании до кипения. Остужаем и к полуостывшей массе при тщательном растирании добавляем 10 г масла. Первичную эмульсию разбавляем оставшимся количеством воды.
Rp.: Emulsii Olei ricini 100,0
Phenilii salicylatis 1,0
M.D.S. По 1 чайной ложке 5 раз в день.
ППК (оборотная сторона)
М (касторого масла) = 10 г (10% от 100 г)
Масса (масл.фазы) = 10 + 1 = 11 г
М (желатозы) = 11/2 = 5,5 г
Технология приготовления:
Для приготовления эмульсии из 10 г подогретого касторового масла; 5,5 г желатозы и 10 мл воды готовим первичную эмульсию. Затем при растирании добавляем в растертый порошок фенилсалицилат. Разбавляем водой до требуемой массы.
Recipe:Coffeini Natrii Benzoatis 1,0
Extracti Belladonnae 0,15
Emulsii oleosi 200,0
M.D.S. По 1 столовой ложке 3 раза в день.
Выписана жидкая лекарственная форма для внутреннего применения, микстура эмульсия (концентрированная типа м/в).
Проверить дозы кофеина и экстракта красавки.
Готовят по массе, методом диспергирования. Эмульсию готовят 10%, т.к. не указана концентрация масла. Можно использовать оливковое, персиковое, подсолнечное. Лекарственные вещества вводят в соответствии с их растворимостью:
Ментол – растворим в масле (растворяют в масле).
Кофеина натрия бензоат – растворим в воде (растворяют в воде).
Экстракт красавки густой добавляют в виде раствора 1:2 каплями в соответствии с надписью на этикетке в последнюю очередь.
ППК (оборотная сторона)
Технология:
Готовят масляный раствор. В фарфоровой чашке на водяной бане растворяют в масле ментол.
Готовят водный раствор. В подставке в 154 мл воды растворяют кофеин бензоат натрия. Раствор фильтруют во флакон оранжевого стекла.
Приготовление первичной эмульсии. В большую ступку помещают желатозу и 15 мл воды, растирают до растворения желатозы, далее по каплям добавляют раствор ментола в масле. Эмульгируют движениями пестика по спирали в одну сторону до характерного потрескивания до тех пор, пока весь масляный раствор не будет заэмульгирован.
Из флакона частями при перемешивании добавляют раствор кофеина бензоата натрия.
Готовую эмульсию переносят во флакон известной массы. Если необходимо, то добавляют воды.
Очистку проводят при необходимости. Флакон укупоривают. Оформляют: «Внутреннее. Микстура», «Беречь от детей», «Хранит а прохладном, защищенном от света месте», «Перед употреблением взбалтывать».
Лекция №14.
План лекции:
ЭМУЛЬСИИ
Свойства эмульсий
В зависимости от состава дисперсной фазы и дисперсионной среды могут быть прямые и обратные эмульсии.
В разбавленных эмульсиях концентрация дисперсной фазы невелика, поэтому их свойства не отличаются от свойств дисперсионной среды.
Стремление поверхностной энергии к минимуму, вследствие подвижности жидкой границы раздела, приводит к самопроизвольному снижению поверхности раздела фаз. По этой причине капли разбавленных и концентрированных эмульсий приобретают шарообразную форму.
Устойчивость эмульсий
Устойчивость эмульсий зависит от ряда причин : поверхностного натяжения, свойств и структуры граничных слоев.
Повышения устойчивости лиофобных эмульсий достигают введением веществ эмульгаторов, способных стабилизировать эмульсии.
Эмульгаторы могут быть гидрофобные и гидрофильные.
SHAPE \* MERGEFORMAT