close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

Циканавичуте Ксения Эдуардовна. Исследование смешанных систем, содержащих ПАВ различной природы, и их применение в фармации

код для вставки
2
Введение ........................................................................................................................... 4
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ........................................................................................... 6
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР........................................................................... 6
1.1. Общая характеристика смешанных систем, содержащих ПАВ различной
природы ............................................................................................................................ 6
1.1.2. Влияние ПАВ на окружающую среду............................................................... 19
1.1.3. Воздействие ПАВ на человека ........................................................................... 21
1.1.4. Области применения ПАВ ................................................................................. 23
1.2. Общая характеристика косметических эмульсионных систем ....................... 24
1.2.1. Дисперсные свойства эмульсий ......................................................................... 26
1.2.2. Характеристика компонентов фармацевтических эмульсионных систем .... 28
1.2.3. Стабилизация и разрушение смешанных систем, содержащих ПАВ
различной природы ....................................................................................................... 29
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ............................................................................. 41
Глава 2. Методология исследования ........................................................................... 41
2.1. Используемые реактивы и растворы .................................................................... 41
2.2. Измерительная аппаратура .................................................................................... 43
2.3. Математическая обработка результатов эксперимента ..................................... 44
2.4. Определение солюбилизирующей способности ................................................. 45
2.5.Определение критической концентрации мицеллообразования........................ 47
2.6. Исследование мицеллообразования в смешанных системах, содержащих ПАВ
различной природы ....................................................................................................... 55
2.7. Изучение гидрофильно-липофильного баланса.................................................. 56
2.8. Изучение реологических свойств изучаемых модельных систем..................... 59
3
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ .......................................................... 61
3.1. Определение солюбилизирующей способности ................................................. 61
3.2. Мицеллообразование в растворах ПАВ ............................................................... 63
3.3. Гидрофильно-липофильный баланс ..................................................................... 67
3.4. Реологических свойств смешанных систем, содержащих ПАВ различной
природы .......................................................................................................................... 69
Выводы ........................................................................................................................... 72
Литература ..................................................................................................................... 73
4
Введение
В настоящее время в различных областях промышленности нашли широкое
применение смешанные системы, содержащие поверхностно-активные вещества
(ПАВ) различной природы, которые представляют собой большой ассортимент
химических соединений разнообразной природы, состава и строения. Применение
поверхностно-активных веществ в производстве лекарств и медицине непрерывно
возрастает, что связано с рядом весьма ценных их свойств – стабилизирующей и
эмульгирующей
способностью,
значительным
влиянием
на
мембранную
проницаемость кожных покровов и слизистых оболочек и т.д. Возможно
использование
таких
препаратов
в
роли
эмульгаторов,
смачивающих,
диспергирующих, моющих и солюбилизирующих средств.
Как фармакологические вспомогательные вещества ПАВ применяются
главным образом благодаря своим очищающим и эмульгирующим свойствам.
Многие области их применения связаны с обработкой кожи – они способствуют
улучшения контакта лекарственного препарата с человеческой кожей. Некоторые
катионные ПАВ известны своими бактерицидными свойствами. Также ПАВ
применяют в качестве эмульгаторов и стабилизаторов лекарственных препаратов.
Такое широкое применение ПАВ обусловлено их способностью в низких
концентрациях значительно интенсифицировать технологические процессы, а
также модифицировать поверхности, придавая им необходимы свойства.
Применяемые в фармации ПАВ являются техническими фракциями, что
требует от исследователей знания основ синтеза, технологии получения и анализа
поверхностно-активных веществ. Поэтому актуально исследовать свойства
смешанных систем, содержащих поверхностно-активные вещества. Полученные
результаты
могут
быть
использованы
при
разработке
новых
видов
фармацевтической продукции с улучшенными потребительскими свойствами.
Цели работы:
5
- изучение поверхностно-активных свойств некоторых смешанных систем,
применяемых в фармации;
- выявление взаимосвязи между коллоидно-химическими свойствами
исследуемых образцов и их потребительскими характеристиками.
Реализация поставленных целей предусматривает решение следующих
задач:
- обобщить и систематизировать литературные данные о ПАВ разных
классов, показано их фармакологическое действие, обосновать выбор объектов
исследования;
-
изучить
термодинамические
характеристики
растворов
ПАВ,
применяемых в медицине (солюбилизирующую способность, критические
концентрации мицеллообразования);
- изучить влияние различных параметров качества ПАВ на потребительские
характеристики препаратов и дезинфицирующих средств.
6
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1. Общая характеристика смешанных систем, содержащих ПАВ различной
природы
Поверхностно-активные вещества (ПАВ) – это вещества, которые способны
концентрироваться на границах фаз и снижать поверхностное (межфазное)
натяжение. ПАВ применяются в фармацевтических и косметических средствах,
при производстве шампуней и пеномоющих средств.
Многие
поверхностную
вещества
при
активность,
соответствующих
то
есть
условиях
адсорбироваться
могут
под
проявить
действием
межмолекулярных сил на той или иной поверхности, понижая её свободную
энергию. Однако поверхностно-активными обычно называются лишь те вещества,
присутствие которых в растворах уже при весьма малых концентрациях (десятые
и сотые доли процентов) приводит к резкому снижению поверхностного
натяжения вещества этих растворов.
Такие вещества должны иметь дифильное строение молекул, т.е. содержать
группы
имеющие сродство к веществам с разной природой. В молекулах
дифильных веществ одновременно присутствуют как полярные (гидрофильные)
группы, так и неполярные (гидрофобные).
Примером полярных групп могут служить –OH, -COOH, -NO2, -NH2, -CN, OSO3 и т.д. Неполярной частью молекулы обычно являются углеродные
радикалы.
К ПАВам относятся карбоновые кислоты, их соли, спирты, амины,
сульфокислоты и другие вещества. Самым распространенным примером веществ
с дифильной структурой являются мыла – натриевые и калиевые соли высших
7
жирных кислот. Большую группу таких веществ составляют коллоидные ПАВ,
обладающие рядом уникальный свойств, таких как солюбилизация и моющее
действие.
Моющее действие ПАВ основано на том, что поверхностно-активные
ингредиенты лосьонов, шампуней, мыл адсорбируются на поверхности таких
загрязнений как жир и твердые частицы, обволакивают и облегчают их перевод в
моющий раствор. ПАВ облегчают растекание по поверхности кожи воды или
средства на их основе за счет уменьшения межфазного натяжения.
Действие ПАВ проявляется на поверхности соприкасающихся фаз и
приводит к активному взаимодействию веществ соприкасающихся фаз, которые
до этого момента не взаимодействовали.
Благодаря своим качествам ПАВы могут использоваться в составах
моющих средств, фармацевтических и косметических препаратов, в качестве
стабилизаторов эмульсий.
Механизм действия Пав в общем виде можно представить следующим
образом: дифильная молекула ПАВ, имеющая в своём составе, как полярные
(гидрофильные) группы, так и неполярные (гидрофобные), своим гидрофобным
хвостом взаимодействует с молекулами загрязнения (как правило, имеющего
жирную,
т.е
гидрофобную
природу),
а
при
помощи
своей полярной
группы связывается с полярной молекулой воды. Одновременно с этим
молекулы ПАВ внедряются в поверхностный слой загрязнения и понижают силы
взаимного притяжения между молекулами загрязнения.
Молекулы ПАВ положительно
адсорбируются
в
поверхностном
слое
загрязнения и снижают поверхностное натяжение взаимодействующих фаз. Это, в
свою очередь, облегчает возможность отрыва части гидрофобного вещества от
основной его массы. Оторванные части загрязнения уносятся водой.
8
Самые известные моющие средства – мыла. Мыла представляют собой
натриевые и калиевые соли жирных кислот (натриевые – твёрдые, калиевые –
жидкие).
CH3(CH2)nCOONa.
1.1.1. Классификация поверхностно - активных веществ
Поверхностно активные вещества имеют сложное строение, кроме того,
относятся к разным классам органических и неорганических веществ, содержат
функциональные группы разной природы, поэтому при классификации этих
веществ используется несколько подходов.
Молекула ПАВ обязательно должна содержать лиофильные группы. Они
бывают следующих видов: анионные; катионные; амфотерные; неионные.
Ионные ПАВы диссоциируют в воде на ионы, одни из которых обладают
адсорбционной (поверхностной) активностью, другие - неактивны.
Рабочее действие ПАВа обеспечивается именно адсорбционно активными
ионами. Если адсорбционно активны анионы (т.е. отрицательно заряженные
ионы), то ПАВы называются анионными, или анионоактивными, если активны
катионы (положительно
заряженные
ионы)
амфолитные)
ПАВ
- катионными,
или
катионо-
своём
составе
активными.
Амфотерные (или
содержат
в
одновременно две функциональные группы, одна из которых имеет кислый,
другая – основной характер. В зависимости от среды, в которой они находятся,
амфотерные ПАВы могут принимать или отдавать протон и проявлять, таким
образом, либо анионную либо катионную активность.
Анионные ПАВы диссоциируют, образуя отрицательно заряженные
органические анионы:
RCOONa ↔ RCOO- + Na+
9
По своему составу анионные ПАВы, чаще всего — это органические
кислоты и их соли:
R-COOН или R-COONa, R-COOК.
Наиболее распространены натриевые и калиевые соли жирных кислот. Их
называют мылами. Натриевые соли имеют твёрдую консистенцию, калиевые –
жидкую.
Также,
большое
распространение
имеют
соли
кислых
эфиров
высокомолекулярных спиртов жирного ряда и серной кислоты с общей формулой:
CH3(CH2)n-O-SO3Na,
где n = 12 - 14.
Такие соли называются алкилсульфатами. Алкилсульфаты вырабатываются
из спиртов с количеством углеродных атомов в цепи С12 – С14, получаемых из
кокосового масла или гидрогенезацией кашалотного жира. Жирные спирты
подвергаются фракционной дистилляции, и сульфатируются серной или
хлорсульфоновой кислотой.
Полученный таким образом лаурилсульфат является одним из наиболее
широко используемых анионных моющих средств. Его формула:
CH3(CH2)11-O-SO3Na
Среди
ПАВов
именно анионные
ПАВы получили
самое
большое
распространение. Их объём производства превышает объёмы производства всех
остальных ПАВ вместе взятых.
К анионным ПАВам принадлежат многие классы химических соединений
(Таблица 1).
Таблица 1
Анионные поверхостно - активные вещества
Наименование ПАВ
Na-соль первичных алкилсульфатов
Строение
10
Вторичные алкилсульфаты
Разветвлённые вторичные сульфаты
Вторичные алкилсульфонаты
Алкилбензолсульфонаты
Диалкилнафталинсульфонаты
Алкилбензамидазосульфонаты
Соли высших жирных кислот (мыла)
Сложные эфиры
моноглицеридсульфатов
Сульфированные жирноароматические
карбоновые кислоты
Сложные эфиры
сульфоянтарнойкислоты
Бутиловый эфир сульфорицинолевой
кислоты
Сложные эфиры
сульфонаталкилкарбоновых кислот
N-ацилметиламиноалкилсульфонаты
11
N-ациламиноалкилсульфонаты
N-алкил-Nарилкарбамидоалкилсульфаты
Модифицированные мыла N-метил-Nкарбоксиметиламиды высших кислот
Конденсат полипептида с жирными
кислотами
Конденсат полипептида и
алкилсульфоновых кислот
Катионные
ПАВы при
диссоциации
образуют
положительно
заряженные поверхностно-активные органические катионы:
RNH2Cl ↔ RNH2+.
Катионные ПАВы — основания, обычно амины различной степени
замещения, и их соли (Таблица 2).
Таблица 2
Катионные поверхостно - активные вещества
Наименование ПАВ
Соли первичных аминов
Соли вторичных аминов
Строение
12
Соли третичных аминов
Четвертичные аммониевые соли
Сульфониевые соединения
Фосфониевые соединения
Алкилпиридиновые соли
Объём производства катионных ПАВ значительно ниже, чем анионных, но
их роль с каждым годом возрастает благодаря их моющему и бактерицидному
действию, а некоторые их представители, например цетилпиридиний хлорид,
вошли в арсенал лекарственных средств.
Амфотерные (или амфолитные) ПАВ в зависимости от условий среды могут
проявлять либо анионную, либо катионную активность.
Необходимым условием амфотерности ПАВ является близость констант и
основной диссоциации.
Степень превращения ПАВа в катионную или анионную форму зависит от
рН среды.
13
К амфотерным ПАВ относят чаще всего соединения, содержащие
одновременно:
- Карбоксильную и аминогруппу RN+HR1COO- ;
- Сульфоэфирную и аминогруппу RN+HR1ОSO-3 ;
- Сульфонатную и аминогруппу RN+HR1SO-3.
Наиболее типичным представителем этого класса ПАВ является альфаалкил-бетаин, получивший торговое название бетаин:
Неионные ПАВ представляют собой высокомолекулярные соединения,
которые в водном растворе не образуют ионов (Таблица 3).
Растворимость этих ПАВ в воде обусловлена наличием в молекуле неионогенных
групп – эфирных или гидроксильных (чаще всего полиэтиленгликолиевый
остаток).
Таблица 3
Неионные поверхостно - активные вещества
Наименование ПАВ
Строение
Полиэтиленоксидные производные
Эфиры полигликоля и высших
жирных кислот
Полигликольамид
Моноалкилполиэтиленгликоли
14
Алкилфениловый эфир полигликоля
Сульфоэфир полигликоля
Полиоксипроизводные
Эфир ангидросорбита и жирных
кислот (спены)
Полигликолевый эфир
ангидросорбита и жирных кислот
(твины)
Алкилоламиды жирных кислот
Моноэтаноламиды
Диэтаноламиды
N-алкилдиэтилентриаминкарбоновые
кислоты
N-алкиласпарагиновая кислота
N-алкил-бета-аланин
Полигликолевый
эфир
этилендиаминополипропиленгликоля
15
Диалкилдиоксиацетилен
Алкил-сахаруретаины
Наиболее часто используются в медицинской промышленности (для
изготовления фармацевтических препаратов, косметических эмульсий и гелей,
пенно-моющих средств и т.п.) неионные ПАВ. Свойства таких веществ,
зависящие от соотношения гидрофильной и липофильной частей молекул, можно
изменять, укорачивая или удлинняя углеводородную цепочку и меняя степень
полимеризации. А значит,
можно получать продукты точно заданными
разнообразными физическими и химическими свойствами.
Такие компоненты препаратов обладают большой устойчивостью к
воздействию сильных химических агентов: щелочей, кислот и солей. Они
совместимы с большинством лекарственных веществ, могут смешиваться с
органическими
растворителями,
фармацевтической
что
промышленности,
нашло
при
широкое
применение
производстве
в
косметических
препаратов и сопутствующее продукции.
Поскольку при разработке рецептур фармацевтических препаратов,
косметических средств и бытовой химии
основное внимание уделяется
безопасности компонентов, то неионные ПАВы, которые в отличие от ионных
ПАВ, оказывают меньшее раздражающее действие на кожный покров и слизистые
оболочки, применяются более широко. Они не агрессивны, повышают резорбцию
лекарственных
веществ;
эффективны
как
вспомогательные
вещества
в
приготовлении лекарственных форм.
Так же широки области применения сложных химических систем,
содержащих ПАВ различной природы. Поэтому рассмотрим классификацию
изучаемых веществ по характеру использования: моющие средства; эмульгаторы;
16
смачиватели; солюблизаторы.
Моющие средства - вещества или смеси веществ, применяемые в водных
растворах для очистки (отмывки) поверхности твёрдых тел от загрязнений.
Частным
случаем
эмульгаторов
являются
пенообразователи
и
стабилизаторы пены.
Смачиватели – вещества, вызывающие пептизацию или диспергирование,
т.е. измельчение твёрдых тел на мелкие частички или жидкой фазы на мелкие
капельки.
Смачивание – первая фаза моющего действия, когда загрязнение
распадается на отдельные частички или капельки и впоследствии обвалакивается
ПАВом (солюблизируется), и удаляется водой.
Солюблизаторы – вещества, помогающие повысить растворение частиц
другого вещества, слаборастворимого в данной жидкой среде. Молекулы
солюблизатора обвалакивают плохо растворимую в данной среде частичку и
образуют вокруг неё, так называемую мицеллу.
Сама мицелла имеет сродство к среде растворителя и поэтому растворяется
в нём, обеспечивая растворение изначально нерастворимой в нём частицы.
Эмульгаторы - вещества, обеспечивающие стабилизацию эмульсий из
несмешивающихся жидкостей.
Смачивание, солюблизация, эмульгирование – все эти процессы являются
стадиями моющего действия. Любой ПАВ, в той или иной степени, одновременно
является и смачивателем, и солюблизатором, и эмульгатором, и моющим
веществом. Но при этом, разные ПАВы проявляют разную эффективность на
разных стадиях моющего действия. По этой причине они могут быть
классифицированы на смачиватели, солюблизаторы, эмульгаторы и моющие
средства.
В химической технологии получения препаратов различного назначения
широкое применение нашли именно ПАВ-стабилизаторы эмульсий. Свойства
17
таких веществ определяются во многом длиной гидрофобной цепи. Ао этому
признаку можно выделить еще один тип классификации: гидрофобные ПАВ;
гидрофильные ПАВ.
Эмульгаторы представляют собой дифильные вещества, молекулы которых
имеют в своём составе, как полярную (гидрофильную) группу, так и неполярную
(гидрофобную) часть.
В зависимости от длины углеводородного (гидрофобного) «хвоста» и силе
полярных групп в молекуле такой молекулы, эмульгатор, в целом, будет
проявлять или гидрофильные или гидрофобные качества. А от этого всецело
будет менятся его роль при стабилизации разного рода эмульсий.
Эмульгаторы с относительно короткой гидрофобной частью, имеют
большее сродство с водой и их, поэтому называют гидрофильными.
Гидрофильные эмульгаторы необходимы для стабилизации эмульсий типа
«масло в воде». При добавлении гидрофильного эмульгатора в такую эмульсию
вокруг капельки масла образуется сплошной слой эмульгатора, сообщающий ей
некоторую гидрофильность и повышающий её устойчивость.
18
а - гидрофильный эмульгатор, б - гидрофобный эмульгатор.
Добавление в такую же смесь гидрофобного эмульгатора, большая часть
молекулы которого погружается в капельку масла, не обеспечивает устойчивости
эмульсии, поскольку часть поверхности капельки остаётся «открытой» и легко
может происходить слияние с другими капельками.
Эмульгаторы,
молекулы
которых
имеют
относительно
длинную
гидрофобную часть, обладают преимущественно гидрофобными свойствами.
Такие эмульгаторы называют гидрофобными (или липофильными).
Гидрофобные эмульгаторы стабилизируют эмульсии типа «вода в масле».
Их молекула, находящаяся большей своей частью в дисперсионной среде (масле),
удерживается на поверхности капелек воды своей гидрофильной группировкой.
а - гидрофобный эмульгатор, б - гидрофильный эмульгатор.
19
В результате вокруг каждой капельки воды образуется плотная оболочка из
молекул эмульгатора, препятствующая слиянию дисперсной фазы (воды).
Попытка
получить
эмульсию
такого
же
типа
с гидрофильным
эмульгатором оказалась бы безуспешной, так как молекулы эмульгатора
разместились бы в основном внутри капелек воды.
Вместо сплошной оболочки вокруг капелек имелись бы лишь выступающие
над их поверхностью отдельные гидрофобные группы эмульгатора, не
препятствующие коалесценции капелек.
Таким образом, эмульгатор должен обладать сродством к дисперсионной
среде.
В зависимости от типа желаемой эмульсии следует брать гидрофильные или
гидрофобные эмульгаторы той или иной степени диссоциации.
1.1.2. Влияние ПАВ на окружающую среду
В последние несколько десятилетий постоянно росло потребление
синтетических моющих средств и соответственно происходило сокращение
потребления мыла. Это обстоятельство породило важную проблему - проблему
очистки сточных вод.
Многие синтетические моющие средства, в отличие от мыл, не подвержены
естественному биохимическому разложению и не задерживаются фильтрующими
установками, и это приводит не только к загрязнению рек и других водоёмов, но и
к проникновению ПАВ в источники питьевой воды, что непосредственно влияет
на здоровье человека.
Биохимическим разложением называется разложение органических веществ
под
действием
ферментов,
производимых
бактериями
и
другими
микроорганизмами. Биоразложение протекает очень медленно, конечными
продуктами его являются вода и диоксид углерода.
20
Для массового производства и потребления моющих средств необходимо
применять такие ПАВ и другие моющие вещества, которые были бы подвержены
сравнительно быстрому их распаду. В настоящее время приняты законы,
разрешающие
производство
и
применение
ПАВ
для
моющих
средств,
биоразлагаемых не менее чем на 80%.
Хорошей
биоразлагаемостью
(на
80-90%)
обладают
алкилбензолсульфонаты с неразветвлённой алкильной цепью (С10 -С14). Она
увеличивается при добавлении в раствор глюкозы.
Биоразлагаемость
алкилсульфонатов,
полученных
из
нормальных
парафинов, достигает 98%, олефинсульфонатов – 90-95%, у алкилсульфатов (С10С18) – 97,9%.
Неиногенные
ПАВ разлагаются
легче,
чем
анионактивные,
но
их
биоразлагаемость понижается с увеличением числа присоединённых групп
этиленоксида и разветвлённости гидрофобной части молекулы.
Сульфаты неионогенных ПАВ, полученных на основе прямоцепочных
жирных спиртов, легко разлагаются, и длина этиленоксидной цепи не влияет на
степень и скорость разложения.
Подходы к защите окружающей среды весьма разнообразны. По данным
ряда исследователей, для защиты окружающей среды при производстве и
употреблении моющих средств наиболее рациональным путём является замена
алкилбензолсульфонатов алкилсульфатами и алкилсульфонатами, а также
применение натуральных жирных кислот и их производных, кукурузного
крахмала и других, биоразлагаемость которых является стопроцентной.
Наличие
моющих
средств
в
сточных
водах
вызывает
обильное
пенообразование за счёт остаточных ПАВ, фосфатов и других компонентов
моющих средств, что затрудняет биологическую очистку.
Но существует и другой подход, заключающийся в том, что введение в
действие
эффективных
методов
очистки сточных
вод
экономически
21
целесообразнее, чем замена плохоразлагающихся компонентов моющих средств
другими, менее эффективными в моющем действии.
1.1.3. Воздействие ПАВ на человека
Дерматологическое действие.
Подавляющее количество ПАВ при использовании имеет непосредственный
контакт с кожей, поэтому следует обращать внимание на их дерматологическое
действие. Известно, что мыла при длительном контакте вызывают раздражение
кожи, причём этоя явление более характерно для натриевых солей С8 –
С10 насыщенных жирных кислот в сравнении с их высшими гомологами.
Алкилсульфаты с длиной жирной цепи менее С12 и алкиларилсульфонаты
раздражают кожу сильнее, чем мыла.
Сульфоэтерифицированные масла и сульфоэфиры, а также продукты
конденсации высших жирных кислот и белков не вызывают заметного
раздражения кожи, поэтому многие очищающие и моющие композиции
включают соединения этих типов.
По убыли раздражающего действия на кожу человека ПАВы можно
расположить в следующий ряд:
Катионные > анионные > неионные.
Влияние на слизистую оболочку глаз.
Растворы многих ПАВ при попадании в глаза вызывают болезненное
ощущение, а при большей концентрации могут повредить глазную ткань.
По силе раздражающего действия на глаза основные группы ПАВ
располагаются в том же порядке, что и по их влиянию на кожу.
ПАВ и гемолиз эритроцитов.
Существенным
недостатком
синтетических
ПАВ
является
то,
что
внутревенное введение их растворов сопровождается гемолизом (разрушением)
эритроцитов.
22
При этом оболочка эритроцитов разрушается или становится проницаемой
для гемоглобина, который выходит из них в окружающую среду.
Гемоглобин - сложный железосодержащий белок животных, обладающих
кровообращением, способный обратимо связываться с кислородом, обеспечивая
его перенос в ткани. У позвоночных животных содержится в эритроцитах,
клетках, отвечающих за перенос кислорода.
Гемолитическое
действие
ряда
гомологов
жирных
сульфатов
и
алкилдиметилбензиламмония хлорида проявляется при концентрациях, более
низких по сравнению с критической концентрацией мицеллообразования.
Гемолиз, вызываемый ПАВ, задерживается в присутствии холестерина и
фосфолипидов.
Введённые в ток крови ПАВы взаимодействуют не только с эритроцитами,
но и с другими составными её частями.
Так, полиоксиэтиленовый эфир алкилфенола в очень высокой степени
повышает фагоцитозное действие лейкоцитов, а сульфонаты лигнина действуют
как антикоагулянты.
Токсилогическое действие.
Все классы ПАВ проходят тщательную проверку на токсичность.
Токсичность (от греч. toxikon - яд) - ядовитость, свойство некоторых
химических соединений и веществ биологической природы при попадании в
определенных количествах в живой организм (человека, животного и растения)
вызывать нарушения его физиологических функций, в результате чего возникают
симптомы отравления (интоксикации, заболевания), а при тяжелых - гибель.
В таблице 4 приведены данные об исследованиях некоторых синтетических
ПАВ на токсичность:
ЛД50 - (полулетальная доза, также DL50 (от др.-греч. δόσις и лат. lētālis),
также LD50 англ. lethal dose, 50 %) — средняя доза вещества, вызывающая гибель
23
половины членов испытуемой группы. Один из наиболее широко применяемых
показателей опасности ядовитых и умеренно-токсичных веществ.
Таблица 4
Величины LD50 ПАВ
Наименование класса
соединений ПАВ
Неполимерные
четвертичные
аммониевые соединения
Типичные
анионоактивные вещества
(сульфаты и сульфонаты)
Неионные ПАВ
Эфиры полиоксиэтилена
и полиэтиленгликоля
Доза LD 50
г/кг
0,05 - 0,5
Способ введения ПАВ
Орально
2-8
Орально
5 - 50
0,4 - 1,5
Орально
Внутривенно
Таким образом: наиболее токсичными являются катионные ПАВ, менее
токсичными – анионные и наименее – неионогенные ПАВ.
Следует заметить, что величина LD50 в пределах данного класса ПАВ
зависит от молекулярной структуры и от молекулярного веса.
Известно, что полиоксиэтилены с высоким молекулярным весом при
приёме внутрь практически нетоксичны, тогда как их низшие гомологи, например
диэтиленгликоль при введении с пищей белым крысам замедляли их рост,
вызывали их дегенеративные изменения в печени и почках, появление в мочевом
пузыре оксалатных камней и новообразований на слизистой оболочке.
1.1.4. Области применения ПАВ
ПАВ находят широкое применение в промышленности, сельском хозяйстве,
медицине, быту. Важнейшие области потребления ПАВ: производство мыл и
моющих средств для технических и санитарно-гигиенических нужд; текстильно-
24
вспомогательных веществ, т. е. веществ, используемых для обработки тканей и
подготовки сырья для них; лакокрасочной продукции.
ПАВ используют во многих технологических процессах химических,
нефтехимических, химико-фармацевтических, пищевой промышленности. Их
применяют:
- как присадки, улучшающие качество нефтепродуктов;
- как флотореагенты при флотационном обогащении полезных ископаемых;
- компоненты гидроизоляционных и антикоррозионных покрытий и т.д.
Поверхостно - активные вещества:
- облегчают механическую обработку металлов и др. материалов,
- повышают эффективность процессов диспергирования жидкостей и твёрдых тел.
- незаменимы как стабилизаторы высококонцентрированных дисперсных систем
(суспензий, паст, эмульсий, пен).
Кроме того, они играют важную роль в биологических процессах и
вырабатываются для «собственных нужд» живыми организмами.
Так, поверхностной активностью обладают вещества, входящие в состав
жидкостей кишечно-желудочного тракта и крови животных, соков и экстрактов
растений.
В зависимости от назначения и химического состава ПАВы выпускают в
виде твёрдых продуктов (кусков, хлопьев, гранул, порошков), жидкостей и
полужидких веществ (паст, гелей).
Особое внимание всё больше и больше уделяется производству ПАВ с
линейным строением молекул, которые легко подвергаются биохимическому
разложению в природных условиях и не загрязняют окружающую среду.
1.2.
Общая характеристика косметических эмульсионных систем
Наиболее широко в смешанных система, содержащих ПАВ различной
природы, применяемых в фармации, используются эмульсии.
25
Фармацевтические препараты и косметические эмульсионные кремы в
зависимости от типа эмульсии могут быть разделены на две группы типа
вода/масло и типа масло/вода. Последние в зависимости от консистенции могут
быть жидкими и густыми. Эмульсионные кремы типа вода/масло представляют
собой дисперсные системы, в которых вода диспергирована в жировой фазе.
Эмульсионные кремы типа масло/вода — это дисперсные системы, в которых
жировая фаза диспергирована в воде.
Эмульсионные кремы типа вода/масло применяют при сухой и особенно
очень сухой коже лица. Жировая пленка, защищающая кожу от вредного
воздействия внешних факторов и поддерживающая нормальное содержание воды
в коже, представляет собой систему вода/масло, внешней фазой в которой
является
кожный
неблагоприятных
жир,
вырабатываемый
атмосферных
сальными
воздействиях,
железами.
чрезмерном
При
употреблении
очищающих средств нарушается нормальная физиологическая деятельность
сальных желез и, как результат, уменьшается выделение кожного жира или
изменяется его химический состав, развивается сухость кожи или появляются
другие
дефекты.
Возникает
необходимость
в
косметических
средствах,
восполняющих потерю кожного жира и способствующих сохранению влаги в
коже [1-3].
Эмульсионные кремы типа вода/масло в этом отношении весьма
эффективны, особенно при сухой и чувствительной коже лица. Жировая пленка,
остающаяся на поверхности кожи при применении этих кремов, защищает кожу от
вредного
воздействия
водных
растворов,
поэтому
многие
кремы,
предназначенные для ухода за кожей детей, особенно грудных, также являются
эмульсиями типа вода/масло. Для защиты кожи от вредных атмосферных
воздействий - сильного ветра, мороза - также предназначены кремы типа
вода/масло. Благодаря способности легко скользить по поверхности кожи такие
системы используются и в специальных кремах.
26
Эмульсионные кремы типа масло/вода наиболее чувствительны к низким
температурам. После длительного пребывания в условиях низких температур
может нарушиться однородность структуры, иногда происходит выделение
водной фазы. Стабильность и консистенция косметических кремов во многом
зависят от степени дисперсности и от значения pH. Наиболее стабильны
монодисперсные эмульсии с частицами от 0,1 до 3 нм. Наличие крупных частиц
(20 нм и более) всегда приводит к расслоению эмульсии [4].
В последние годы в состав эмульсионных кремов вводят различные
биологически активные вещества, настои и экстракты растений и лекарственных
трав, влияющие на pH кремов. Наиболее благоприятное для кожи значение pH
лежит в пределах 5-6, Очень кислые (pH < 4,5), равно как и слишком щелочные
(pH < 8,5) кремы оказывают отрицательное действие на кожу. При низком
значении pH добиться требуемой стабильности кремов, особенно жидких,
довольно трудно. Только при использовании неионогенных эмульгаторов можно
получить стабильные эмульсии при pH = 4-5. Большинство косметических кремов
имеет pH в пределах 5-9 (преимущественно 5-6). Этот маловязкий продукт
хорошо сочетается со всеми видами косметического сырья, легко эмульгируется,
позволяет получать маловязкие эмульсии, которые легко впитываются в кожу, не
оставляя ощущения липкости и жирности, хорошо смягчают кожу. При введении
его в жидкие кремы (до 10%) их вязкость при низких температурах возрастает не
так резко, как при использовании растительных масел[5-7].
1.2.1. Дисперсные свойства эмульсий
Эмульсии представляют собой дисперсные системы двух жидкостей, не
растворимых или малорастворимых друг в друге, находящихся во взвешенном
состоянии в виде мелких капель (глобул). Жидкость, в которой распределены
глобулы, называются дисперсной средой, а вторая жидкость, распределенная в
дисперсной среде, - дисперсной фазой. При образовании эмульсии увеличивается
27
поверхность
дисперсной
эмульгирования
должна
фазы,
быть
поэтому
затрачена
для
осуществления
определенная
работа,
процесса
которая
концентрируется на поверхности раздела фаз в виде свободной поверхностной
энергии. Энергия, затраченная на образование единицы межфазной поверхности,
называется поверхностным (межфазным) натяжением.
Глобулы дисперсной фазы имеют сферическую форму, т.к. такая форма
имеет наименьшую поверхность и наименьшую свободную энергию для данного
объема. Форму шара можно исказить лишь сила тяжести или сила электрического
поля[1,8].
Дисперсность эмульсий - это степень раздробленности дисперсной фазы в
дисперсной среде. Дисперсность является основной характеристикой эмульсий
определяющей их свойства. Размеры капелек дисперсной фазы в эмульсиях
изменяются от 0,1 до 100 мкм (10-5 -10-2 см). Дисперсные системы, состоящие из
капелек одного и того же диаметра, называются монодисперсными, а дисперсные
системы, состоящие из капелек различного диаметра, - полидисперсными.
Косметические эмульсии относятся к полидисперсным системам, т.е. к системам,
содержащим частицы различных размеров.
Размер капель воды в эмульсии обычно обратно пропорционален
количеству затраченной энергии, и чем больше этой энергии, тем меньше диаметр
капель, следовательно, больше их суммарная удельная поверхность.
Вязкость эмульсии зависит от вязкости ее составных частей, температуры,
при которой получается эмульсия, количества воды, содержащейся в ней, степени
дисперсности, присутствия механических примесей. Вязкость косметических
эмульсий не обладает аддитивным свойством, т.е. вязкость эмульсии не равна
сумме вязкости воды и масла. С увеличением обводнённости до определённого
значения вязкость эмульсии возрастает и достигает максимума при критическом
значении обводнённости. При дальнейшем увеличении обводнённости вязкость
эмульсии резко уменьшается. Критическое значение коэффициента обводнения
28
называется точкой инверсии, при которой происходит обращение фаз, т.е.
эмульсия типа вода/масло превращается в эмульсию типа масло/вода[10,11].
1.2.2. Характеристика компонентов фармацевтических эмульсионных
систем
Большую часть средств по уходу за кожей составляют различные
эмульсионные системы: крема для лица, рук, ног, тела, молочко для снятия
макияжа, солнцезащитные средства и т.д. Косметические эмульсии и должны
отвечать
требованиям
безопасности.
Необходимо
также
оценивать
их
стабильность при хранении, так как эмульсионные системы, состоящие из
нескольких компонентов, требуют дополнительной стабилизации фаз. Особое
внимание следует уделить целостности множественного состава, стабильности
размера частиц во времени и перемещение веществ сквозь пограничную фазу.
Тип эмульсии косметического средства, а также вещества, составляющие
его
основу,
являются
одними
из
важнейших
факторов,
определяющих
проникновение активных компонентов в эпидермис. Эмульсии могут иметь
больше двух фаз. Множественными эмульсиями называют комплексные системы,
в которых капли дисперсной фазы сами содержат еще более мелкие капельки,
которые идентичны или, по меньшей мере, похожи на непрерывную фазу, т.е.
множественные эмульсии состоят как минимум из трех фаз[4,12].
У
эмульсии
типа
в/м/в
во
внешней
водной
фазе
находятся
диспергированные капельки масла, которые, в свою очередь, представляют собой
дисперсионную среду для водной фазы. У систем м/в/м противоположная
структура.
Разные типы эмульсий по отношению к коже проявляют разные действия:

пережиривающее
(восстановление
целостности
липидов
кожи,
разрушенных действием ПАВ)

окклюзивность (способность образовывать пленку для защиты кожи)
29

гидратирующее (способность удерживать влагу в коже)
Уменьшаются в сторону прямых эмульсий: охлаждающий эффект (за счет
испарения воды) и косметическая привлекательность. Уменьшаются в сторону
обратных эмульсий: увлажняющие и питательные свойства косметического
средства. Они у эмульсии типа в/м лучше, но их потребительские свойства
создают сложности при использовании, так как представляют собой жирную
густую субстанцию, которая при нанесении плохо распределяется и с трудом
впитывается[13].
Перспективным
является
и
капсулирование
биологически-активных
компонентов во внутренней водной фазе, которая не имеет контакта с воздухом,
что предотвратит их окисление. При соблюдении определенных технологических
условий возможно получить эмульсии с внутренней водной фазой без
консервантов, а также снизить общую консервантную нагрузку. Внутренняя
водная фаза защитит биологически-активные вещества от взаимодействия с
другими компонентами водной фазы, такими как консерванты, которые будут
находиться во внешней водной фазе;
Множественные эмульсии позволяют ввести в рецептуру несовместимые
вещества, поместив их во внутреннюю и внешнюю фазу. Также, подобрав
определенное ингредиентное соотношение, можно добиться последовательного
высвобождения активных компонентов (сначала из внешней фазы, а затем из
внутренней) [14].
1.2.3. Стабилизация и разрушение смешанных систем, содержащих ПАВ
различной природы
Важным показателем для косметических эмульсий является их
устойчивость, т.е. способность в течение определенного времени не разрушаться
и не разделяться на масло и воду.
30
На устойчивость эмульсий влияют; дисперсность системы, физикохимические свойства эмульгаторов, образующих на поверхности раздела фаз
адсорбционные защитные оболочки, наличие на капельках дисперсной фазы
двойного электрического заряда, температура и время существования эмульсии.
Труднее поддаются разрушению мелкодисперсные эмульсии с размером капель
воды от 0,2 до 20 мкм.
На устойчивость эмульсий огромное влияние оказывают стабилизирующие
вещества (естественные ПАВ), называемые эмульгаторами. Устойчивость зависит
также от заряда на поверхности капель воды, образующийся за счёт их движения
двойной электрический слой, защищающий эти капли от слипания подобно
адсорбционным оболочкам. Капли, имеющие на своей поверхности одинаковые
заряды, будут взаимно отталкиваться.
Чем выше температура, тем менее устойчива эмульсия. Эмульсии
способны "стареть", т.е. повышать свою устойчивость со временем. Процесс
«старения» эмульсий в начальный период происходит весьма интенсивно, затем
постепенно замедляется и часто уже через сутки прекращается. Свежие эмульсии
легче поддаются разрушению, поэтому при применении косметических эмульсий
большое внимание уделяется срокам и условиям хранения[14-16].
Лиофобные
эмульсии
термодинамически
неустойчивы
и
требуют
специальной стабилизации. Ее можно достичь тремя путями:
1) созданием двойного электрического слоя, что бывает, например,
вразбавленных эмульсиях;
2) образованием на поверхности частиц дисперсной фазы сольватного слоя,
препятствующего коалесценции;
3) образованием на поверхности частиц со стороны дисперсионной среды
стабилизирующей
адсорбционной
пленки,
препятствующей
коалесценции
механически. Такие пленки могут быть образованы либо молекулярными
коллоидами типа высокомолекулярных соединений (желатина, каучук), либо
31
полуколлоидами типа мыл. Эти вещества, адсорбируясь, образуют лиогель,
обладающий значительной механической прочностью. Прочность таких пленок
зависит от концентрации эмульгатора. Существует оптимум структурномеханических
свойств,
выше
и
ниже
которого
система
становится
неустойчивой[17].
Наиболее эффективная защита системы (особенно концентрированной) от
протекания процессов коагуляции, в том числе и при введении электролитов,
обеспечивается
применением
поверхностно-активных
веществ
низкомолекулярных мицеллообразующих ПАВ и высокомолекулярных так
называемых
защитных
коллоидов.
Адсорбция
таких
высокоэффективных
стабилизаторов приводит к возникновению на поверхности частиц структурномеханического барьера, полностью предотвращающего коагуляцию частиц и
возникновение между ними непосредственного контакта.
Роль структурно-механического барьера особенно велика при стабилизации
обратных систем — суспензий и золей полярных веществ в неполярных средах, в
которых электростатическое отталкивание, как правило, не существенно. Полное
предотвращение сцепления частиц благодаря образованию защитного слоя ПАВ
может происходить не только в разбавленных золях, но и в концентрированных
пастах в последнем случае ПАВ служит пластификатором, обеспечивающим
легкую подвижность системы[19].
Подбор ПАВ для стабилизации суспензий и золей различного типа сходен с
выбором ПАВ для стабилизации прямых и обратных эмульсий это должны быть
ПАВ, относящиеся к третьей и четвертой группам с высокими значениями ГЛБ
при
стабилизации суспензий
и
золей
в
полярных средах
и
низкими
(маслорастворимые ПАВ) — в неполярных.
Стабилиизация обратных эмульсий с помоидью ПАВ не ограничивается
факторами, обуславливаюидими уменьшение поверхностного натяжения. ПАВ,
особенно с длинными радикалами, на поверхности капелек эмульсии могут
32
образовать пленки значительной вязкости (структурно-механический фактор), а
также обеспечить энтропийное отталкивание благодаря участию радикалов в
тепловом движении.
Структурно-механический
механический
фактор
-
и
энтропийный
образование
факторы.
структурированной
Структурнои
предельно
сольватированной дисперсионной средой адсорбционной пленки — имеет
большое
значение
для
стабилизации
концентрированных
и
высококонцентрированных эмульсий. Тонкие структурированные прослойки
между каплями высококонцентрированной эмульсии придают системе ярко
выраженные твердообразные свойства[20].
Стабилизующее действие ионов электролитов и поверхностно-активных
веществ различно по эффективности. Ионная стабилизация заметным образом
проявляется только в водных дисперсных системах с малым содержанием
дисперсной фазы, например, в гидрофобных золях (коллоидных растворах) и в
очень разбавленных эмульсиях и суспензиях, в которых эффективность
соударений частиц вследствие теплового движения и, следовательно, вероятность
коагуляции невелика. В концентрированных же системах как водных, так и
неводных — технических эмульсиях, суспензиях, пенах, для устойчивости
которых требуется сильная стабилизация, последняя может быть достигнута
только с помощью поверхностно-активных веществ, адсорбционные слои
которых структурированы и обладают повышенной прочностью или вязкостью, к
этим стабилизаторам относятся полуколлоиды - мыла и высокомолекулярные
соединения (защитные коллоиды ) типа желатины, белков и др.
Стабилизация
эмульсии
высокомолекулярными
ПАВ
существенно
отличается от стабилизации низкомолекулярных. В отличие от последних на
поверхности
глобулы
молекулы
высокомолекулярного
ПАВ
образуют
трехмерную сетку, которая под микроскопом имеет вид пчелиных сот размером в
несколько микрометров.Такие структуры представляют собой беспорядочное
33
переплетение цепей полимеров, а участки цепей образуют сетку с ячейками
размером порядка 10 мкм и более[21,22].
При использовании в качестве стабилизаторов ПАВ с большой длиной
цепи или высокомолекулярных веществ стабилизация эмульсий обусловлена
структурно-механическим фактором - высокой прочностью стабилизирующей
оболочки. По этой теории такой слой, внешняя оболочка которого обычно имеет
диффузный характер, возникает в результате избирательной адсорбции одного из
ионов электролита. Для хорошей адсорбции дисперсной фазой органический ион
должен иметьдлинную углеводородную цепь. Поэтому мыла, применяемые для
стабилизации
эмульсий
М/В,
должны
быть
высокомолекулярными,
т.е.
приготовленными на основе высокомолекулярных жирных кислот.
Высокомолекулярные ПАВ обычно выделяют в отдельную группу.
Обусловлено это тем, что их структура на поверхности иная, чем у дифильных
низкомолекулярных эмульгаторов. Отличают их и внешние показатели. Так, для
стабилизации единицы межфазной поверхности эмульсий высокомолекулярных
ПАВ требуется значительно больше, чем низкомолекулярных, зато с их помощью,
как правило, можно получить значительно более устойчивые эмульсии[23].
Кроме возникновения структурно-механического барьера для сближения
частичек — гелеобразной защитной оболочки, важное условие стабилизации
состоит в том, чтобы наружная поверхность такой оболочки была гидрофильной,
т. е. чтобы не происходило агрегирование наружными поверхностями этих
оболочек (вторичная коагуляция). Именно таков механизм действия сильных
стабилизаторов суспензий, эмульсий и пен, обеспечивающих практически
предельную стабилизацию — полную агрегативную устойчивость лиофобных
систем.
При
этом
стабилизаторы
могут
быть
и
сравнительнослабыми
поверхностно-активными веществами, но уже при небольшой адсорбции они
могут образовывать сильно структурированные защитные оболочки.
34
Примером
служат
глюкозиды
(сапонин),
полисахариды,
высокомолекулярные соединения типа белков.
Стабилизация эмульсий порошками может рассматриваться в качестве
простейшегои очень наглядного примера структурно-механического барьера как
сильного фактора стабилизации дисперсий Способностью создавать прочный
структурно-механический барьер на границе фаз о эмульсиях обладают и
адсорбционные слои ПАВ, преимущественно высокомолекулярных. Для прямых
эмульсийэффективными
эмульгаторами
являются
многие
природные
высокомолекулярные вещества, например желатина, белки и, сахариды и их
производные.
Однако стабилизация дисперсных систем значительно более эффективна
при
добавлении
к
ним
поверхностно-активных
веществ
(ПАВ)
и
высокомолекулярных соединений, адсорбирующихся на границе раздела фаз.
Адсорбционные слои ПАВ и высокомолекулярных соединений, обладая
упругостью и механической прочностью, предотвращают слипание дисперсных
частиц.
Образование
таких
молекулярно-адсорбционных
твердообразных
поверхностных слоев П. А. Ребиндер назвал структурно-механическим фактором
стабилизации дисперсных систем. Этот механизм стабилизации играет основную
роль при получении предельно устойчивых высококонцентрированных пен,
эмульсий, коллоидных растворов и суспензий не только в неводных, но и в
водных средах. Для структурно-механической стабилизации в дисперсной среде
применяют мыла щелочных металлов, белки, крахмал, а в неводных средах —
мыла щелочноземельных металлов, смолы, каучуки [20,24].
Механизм стабилизации эмульсии как твердыми, так и водорастворимыми
высокомолекулярными защитными коллоидами еще окончательно не выяснен,
Факторами, предотвращающими коалесценцию или агрегацию диспергированных
частиц, защещенных стабилизатором, могут являться:
35
1)электростатическое отталкивание частиц вследствие образования на их
поверхности двойного электрического слоя, препятствующего их сближению;
2) образование на поверхности частиц структурно-механического барьера
(пленочного
студня),
сольватированного
дисперсионной
средой
(гидратированного);
3)взаимное отталкивание частиц за счет теплового движения гибких
звеньев макромолекул защитного коллоида, адсорбированного на поверхности
[25].
Поэтому важной составной частью косметических эмульсий являются
вспомогательные вещества значительно повышающие устойчивость эмульсий.
Вспомогательные
вещества
–
это
вещества
органической
или
неорганической природы, которые используют в процессе производства и
изготовления лекарственных форм для придания им необходимых свойств. Для
создания лекарственной формы практически во всех случаях необходимо
применение того или иного вспомогательного вещества. Более того, благодаря
успехам
синтетической
химии
и
лекарствоведения
созданы
препараты
гормонального или аналогичного типа действия. Разовые дозы таких препаратов
составляют миллиграммы или даже доли миллиграммов, а это приводит к
необходимости обязательного использования
вспомогательных
веществ в
лекарственной форме и усиливает их роль в фармакокинетике лекарственного
вещества.
При изготовлении препаратов применяют только те вспомогательные
вещества, которые разрешены к медицинскому применению соответствующими
НД: ГФ, ФС, ВФС или специальными ГОСТами и ОСТами. Они должны быть
биологически безвредными, нетоксичными, химически индифферентными по
отношению
к
технологического
веществам,
входящим
оборудования,
в
состав
упаковочным
препарата,
материалам,
материалам
к
факторам
окружающей среды в процессе изготовления препарата и при хранении. Не
36
должны вызывать аллергических реакций, придавать лекарственной форме
требуемые свойства.
Эти вещества должны проявлять необходимые функциональные свойства
при минимальном содержании в препарате. Должны способствовать проявлению
требуемого
фармакологического
эффекта,
не
подвергаться
микробной
контаминации, выдерживать стерилизацию, не оказывать отрицательного влияния
на органолептические свойства препарата или улучшать их, быть экономически
выгодны [26].
О ценности эмульгаторов судят по тому, какую степень дисперсности они
способны придать диспергируемой жидкости и какое для этого требуется
минимальное их количество, вполне достаточное для покрытия адсорбционным
слоем всей поверхности дисперсной фазы. Немаловажное значение при оценке
эмульгаторов имеют также их доступность, размер ресурсов и стоимость.
Разумеется, эмульгаторы должны быть фармакологически безвредны.
При приготовлении аптечных эмульсий, назначаемых внутрь (эмульсии
М/В), наибольшее применение в качестве эмульгаторов нашли гидрофильные
вещества из класса ВМС. Большая часть их являются природными веществами
(камеди, слизи, пектин, белки и т.д.). Используют также некоторые синтетические
и полусинтетические ВМС (твины, спаны и др.).
Все эти эмульгаторы по особенностям строения могут быть разделены на
три группы: ионогенные эмульгаторы, неионогенные и амфолиты. Ионогенные
эмульгаторы представляют собой: анионные или катионные поверхностноактивные вещества.
Первые, диссоциируя в воде, образуют отрицательно заряженные, вторые положительно заряженные ионы. Типичные эмульгаторы этих групп - мыла
(анионные
ПАВ)
и
четырехзамещенные
основания(катионные
ПАВ)
–
рассматриваются при описании линиментов и мазей, в которых они находят
основное применение. Для приготовления аптечных эмульсий особенно широко
37
используются камеди. Применяются также пектиновые и слизистые вещества. По
своей природе они должны быть отнесены к анионоактивным эмульгаторам,
поскольку все они представляют собой соли полиарабиновой (камеди) и других
полиуроновых кислот. В связи с этим не исключена возможность, что в высоком
эмульгирующем эффекте этих
веществ, помимо адсорбционной пленки,
известную роль играет также двойной электрический слой образующийся на
поверхности капелек в результате ионизации присутствующих ионогенных
групп[27].
Неионогенные ПАВ – это вещества, молекулы которых неспособны к
диссоциации.
Их
дифильные
молекулы
в
качестве
полярных
групп,
обусловливающих их растворимость, содержат обычно гидроксильные или
эфирные группы. В качестве общего положения следует указать, что
эмульгирующее действие неионогенных ПАВ тем эффективнее чем лучше
сбалансированы полярные и неполярные части молекулы эмульгатора между
обеими фазами эмульсии. Это значит, что дифильная молекула (если эмульгатор
хороший) должна обладать сродством как к полярным, так и неполярным средам.
Только при условии сбалансированности молекулы эмульгатора будут находиться
на межфазной поверхности, а не будут растворяться преимущественно в какойнибудь одной из фаз.
Амфотерные эмульгаторы. Эту группу эмульгаторов составляют продукты
белкового происхождения. Белковые молекулы как продукты конденсации
аминокислот содержат основные группы NH2 и кислотные COOH. Благодаря
этому они способны диссоциировать и по кислому, и по основному типу в
зависимости от pH среды[28].
Эмульсионные
основы
дают
возможность
вводить
лекарственные
вещества как в водную, так и в масляную фазы. Это же делает возможным
приготовление мазей комбинированного типа и разной сложности по составу
лекарственных средств. Особенностью производства эмульсионных мазевых
38
основ типа В/М является то, что оно может быть завершенным, т.е. водная фаза
уже заэмульгирована или остановиться на стадии сплавления жирной фазы с
эмульгатором. Во втором случае получается безводный полуфабрикат – корпус
будущей мази, обладающий способностью при необходимость инкорпорировать
обусловленное
образованием
способностью
эмульсии
типа
эмульгатора
В/М.
Эти
количества
водной
своеобразные
фазы
с
консистентные
полуфабрикаты ряд исследователей относят к особому классу мазевых
основ[29,30].
Значительно шире для приготовления эмульсионных мазевых основ
применяют эмульгаторы неионогенного характера. В их ассортимент входят:
высокомолекулярные
высокомолекулярные
алифатические
циклические
спирты
спирты
и
и
их
их
производные,
производные,
эфиры
многоатомных спиртов, жиросахара. Ценными компонентами мазевых основ,
нашедшими широкое применение, являются продукты омыления спермацета:
цетиловый спирт C16H33OH и стеариловый спирт C18H37OH. Первый плавится
при 500 C, второй – при 59 0 C. Оба являются хорошими эмульгаторами. Мазевые
основы, содержащие их в количестве 5 – 10 %, способны инкорпорировать
значительные количества водных жидкостей (до 50 %), образуя эмульсии типа
В/М.
К производным высших жирных спиртов относится эмульгатор КО,
применяемый в производстве косметических мазей. Они представляет собой
калиевую соль эфира высокомолекулярных спиртов и фосфорной кислоты. Сплав,
состоящий из 30 % эмульгатора КО и 70 % высокомолекулярных спиртов
кашалотового жира, получил название эмульсионного воска Это твердая
однородная масса светло-кремового цвета, имеет pH
5,8 – 7,0, хорошо
сплавляется с жирами, маслами, углеводородами. При содержании 5 %
эмульсионного воска в вазелине эмульгируется 28 % воды[31].
39
Значительно больше в фармацевтический практике для стабилизации
эмульсий типа М/В используются неионогенные эмульгаторы, гидрофильные
свойства которых резко усилены оксиэтилированием. Введение 10 – 20 и более
оксиэтиленовых звеньев приводит к полной и легкой растворимости ПАВ в воде.
Наибольшее значение из этой группы эмульгаторов получили производные
спенав. Обычно к 1 молю спана присоединяется около 20 молей окиси этилена.
В
эмульсионной
технологии
существует
эмпирическое
правило:
водорастворимые эмульгаторы обычно образуют эмульсии «масло в воде», в то
время как маслорастворимые эмульгаторы - эмульсии «вода в масле». Эта
концепция известна как правило Банкрофта. Правило Банкрофта сугубо
качественное. Гриффин, пытаясь превратить его в некоторое количественное
соотношение между гидрофильностью ПАВ и его функциями в растворе,
предложил
концепцию
гидрофильно-липофильного
баланса
поверхностно-
активного вещества.
Концепция чисел ГЛБ Гриффина впоследствии была развита Дэвисом,
который ввел схему, позволяющую приписывать групповые числа ГЛБ
химическим группам, составляющим молекулу ПАВ[31].
Концепция чисел ГЛБ, особенно в версии Гриффина, оказалась полезной
при первичном отборе ПАВ для определенных целей. Существует корреляция
между видом водного раствора ПАВ и ГЛБ, а также типичным применением ПАВ
с данными числами ГЛБ. Эмульгатор для эмульсии «вода в масле» должен быть
гидрофобным с числом ГЛБ 3-6, а эмульгатор для эмульсии «масло в воде»
должен иметь числа ГЛБ в интервале 8-18. Это находится в хорошем согласии с
правилом Банкрофта.
Для комнатной температуры числа ГЛБ, рассчитанные по Гриффину или
по Девису, позволяют выбрать эмульгатор. Проблема возникает при повышении
температуры в процессе эмульгирования или при хранении готовой эмульсии при
низких температурах. Полиоксиэтилированные неионные ПАВ чрезвычайно
40
чувствительны к температуре. Многие из них образуют эмульсию типа «масло в
воде» при обычных температурах и типа «вода в масле» -- при повышенных
температурах. Такие факторы, как концентрация электролита в водной фазе,
полярность масла и соотношение воды и масла, влияют на тип образующейся
эмульсии. Очевидно, что числа ГЛБ невозможно использовать как универсальный
способ выбора эмульгатора или определения типа эмульсии, которая образуется с
данным ПАВ[32].
Выводы к 1 главе
1. Проанализированы литературные данные о составе, свойствах и методах
изучения смешанных систем, содержащих ПАВ различной природы.
Показаны области их применения в качестве фармацевтических препаратов
и косметических средств. Определены основные требования к составу и
свойствам, а так же безопасности компонентов смешанных коллоидных
систем.
2. Рассмотрены
литературные
данные
о
поверхностно-активных,
реологических, дисперсионных свойствах многокомпонентных коллоидных
систем, обладающих поверхностно-активными свойствами. Дан обзор
основных методов оценки качества изучаемых систем. Особое внимание
уделено рассмотрению требований к составу, качеству и выбору
эмульгаторов.
41
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Глава 2. Методология исследования
2.1. Используемые реактивы и растворы
Все использованные в работе реактивы имели квалификацию «ос.ч», «х.ч.»
или «ч».
Хлороформ технический «х.ч.»
Калий фосфорнокислый однозамещенный «х.ч.»
Аммоний молибденовокислый «ч»
Аммоний ванадиевокислый мета «ч»
Калий азотнокислый «х.ч.»
Кислота серная «ч»
Кислота азотная «х.ч.»
Натрий серноватисто – кислый 5 – ти водный «х.ч.»
Калий йодистый «ч»
Крахмал растворимый «ч»
Марганцовокислый калий «х.ч.»
Изобутиловый спирт «ч»
Сажа «ч»
Кислота олеиновая «ч»
Вазелиновое масло «ч»
Вода дистиллированная
Судан III «ч»
Бензол технический «х.ч.»
Из большого перечня используемых в фармации и медицине ПАВ на
основании анализа литературных данных для проведения исследований были
выбраны 3 группы ПАВ:
- лекарственные препараты (мази), содержащие спены;
- лекарственные препараты, содержащие жиросахара,
42
- смешанные системы, содержащие ПАВ (косметические эмульсии).
Спены — сложные эфиры сорбитана и высших жирных кислот, сложные
эфиры жирных кислот и многоатомных спиртов этиленгликоля, глицерина,
пентаэритрита, оксиэтилированные продукты жирных кислот и высших спиртов,
алкилоламиды высших жирных кислот, жиросахара, олигоэфиры и др [49].
Общая формула:
Жиросахара - сложные эфиры сахарозы и высших жирных кислот.
Всего для исследования было выбрано по 5 образцов препаратов, которые
далее будут обозначены порядковыми номерами.
Для приготовления эмульсий использовали стандартную рецептуру.
Масляная эмульсия (Emulsi oleosi):
технология лекарственной формы: жидкая лекарственная форма для
наружного применения, представляющая собой комбинированную систему,
состоящую из масляной эмульсии с жирорастворимым лекарственным веществом
и суспензии гидрофобного вещества – фенилсалицилата. Готовят в соотношении
1:10 с использованием персикового, оливкового или подсолнечного масел. Для
приготовления эмульсии следует отвесить 15 г масла персикового, желатозы 8,0,
ментола 1,0. Воды для приготовления первичной эмульсии следует отмерить 12
мл, для разбавления первичной эмульсии – 114 мл.
Для
приготовления
суспензионной
фазы
следует
отвесить
2
г
фенилсалицилата и 1 г желатозы. В ступку помещают 8 г желатозы, туда же
43
отмеривают 12 мл воды очищенной, дают постоять 3 – 5 мин до образования
гидрозоля. В фарфоровую чашку отвешивают 15 г масла персикового и
растворяют в нем 1 г ментола при нагревании (40 – 450С) на водяной бане. Затем
прибавляют по каплям к гидрозолю желатозы раствор ментола в масле и
эмульгируют
до
характерного
потрескивания,
что
свидетельствует
об
образовании первичной эмульсии. Проверяют готовность первичной эмульсии и
постепенно, при перемешивании разводят первичную эмульсию рассчитанным
количеством воды (114 мл). Эмульсию переносят в подставку (в случае
необходимости
процеживают).
В
ступке
растирают
фенилсалицилат
(труднопорошкуемое гидрофобное вещество) в присутствии 20 капель спирта (10
капель на 1,0 вещества), затем добавляют 1 г желатозы и примерно 1,5 г готовой
эмульсии и диспергируют до получения гидрофильной оболочки вокруг
фенилсалицилата. Приготовление первичной эмульсии в 2 – 3 приема смывают
готовой эмульсией в отпускной флакон из оранжевого стекла. Массу эмульсии
доводят до номинальной. Флакон укупоривают плотно пластмассовой пробкой с
навинчивающей крышкой.
Эмульсионная мазь:
технология лекарственной формы: протаргол вводят в липофильную
основу, предварительно растворив его в воде, входящей в состав прописанного
ланолина
водного
(30
%).
Предварительно
протаргол
гидрофилизируют
небольшим количеством глицерина, затем смешивают в ступке с водой,
эмульгируют
рассчитанным
количеством
ланолина
безводного,
частями
добавляют вазелин и перемешивают до однородности [54].
2.2. Измерительная аппаратура
Измерение массы проводилось на аналитических весах Ohaus Explorer Pro
EP114.
Для измерения значения рН растворов применялся иономер И – 500 с
точностью измерения до ±0,05.
44
Перемешивание растворов осуществлялось магнитными мешалками ПЭ6100.
Получение цифровых изображений проводилось на сканере Brother DCP
7010R, максимальное разрешение 1200 точек на дюйм.
Анализировали полученные цифровые изображения с помощью программы
Adobe Photoscop CS4, демонстрационная версия.
Фотометрическое определение проводилось на фотоэлектроколориметре
КФК – 2.
В опытах использовались: стеклянные кюветы толщиной поглощающего
слоя 10 мм, 30 мм; колбы мерные наливные на 25, 50, 100, 250, 500, 1000 мл;
пипетки на 1, 5, 10, 20, 25, 50 мл; воронки стеклянные.
Термостат
Вискозиметр
Вся аппаратура прошла метрологическую аттестацию.
2.3. Математическая обработка результатов эксперимента
Величины
математической
оптимальных
статистики.
данных
оценивали
Использовалась
с
помощью
компьютерная
методов
обработка
результатов с помощью программы Microsoft Exсel. При статистической
обработке градуировочных графиков рассчитывали параметры уравнения y = ax +
b методом линейной регрессии.
Дисперсию, т.е. меру разброса результатов измерения относительно
среднего значения, вычисляли по уравнению:
in
in
_
_
s   ( x1  x) , где x 
2
2
i 1
x
i 1
1
n
Среднеквадратичное отклонение вычисляли по уравнению:
45
i n
 (x
s
i 1
_
i
 x) 2
n 1
Относительное стандартное отклонение sr вычисляли по уравнению:
sr 
s

x
Коэффициенты корреляции r рассчитывали, используя ресурсы программы
Microsoft Exсel или по уравнению:

r=
_
 ( хi  x)( yi  y)
_
_
 ( xi  x)2 ( yi  y)2
2.4. Определение солюбилизирующей способности
Солюбилизация растворимых или малорастворимых в воде веществ,
например углеводородов, спиртов, красителей, заключается в растворении их во
внутренней
части
(углеводородных
ядрах)
мицелл
ПАВ.
В
результате
солюбилизации вещество равновесно распределяется между мицеллами и водной
фазой. Процесс солюбилизации в растворах ПАВ включает стадии растворения
солюбилизата в воде, диффузии его молекул к поверхности мицелл и его
проникновения внутрь мицелл.
Солюбилиризующую способность оценивают с помощью олефиновых
красителей (судан III). Этот краситель, практически нерастворим в воде, но
растворяется в гидрофобной части мицелл, окрашивая раствор. Интенсивность
окраски свидетельствует о количестве коллоидно-растворенного красителя.
Содержание союбилизированного красителя определяют, измеряя оптическую
плотность раствора [55].
1.Приготовление рабочего раствора
46
Представительную
пробу
тщательно
перемешивают.
Часть
представительной пробы средства растирают в ступке до исчезновения комочков.
Навеску массой 0,8 г количественно перенесли в мерную колбу вместимостью 50
мл, прилили некоторое количество бензола, тщательно перемешали и доводят
объем раствора до метки бензолом.
2. Для построения градуировочного графика готовят образцы для
градуировки определяемого компонента из рабочего раствора с концентрациями
0,25-4 мг/л. Анализ образцов для градуировки проводят в порядке возрастания их
концентрации, каждый раствор необходимо фотометрировать 3 раза с целью
исключения случайных результатов и усреднения данных. Строят график в
координатах: оптическая плотность – концентрация ПАВ в мг/л (рис.1).
Рис.1.
Градуировочный график спектрофотометрического
концентрации ПАВ (λопт. = 540 нм)
определения
Коэффициент корреляции (r) для данной градуировочной зависимости
составляет 0,98.
Навеску эмульсии средства массой 0,8-1,0 г помещают в колбу
вместимостью
50
мл,
затем
готовят
серию
коллоидных
растворов
47
последовательным разбавлением предыдущего. В каждый раствор вносят по 3 мг
судана III, колбы закрывают пробками, смеси перемешивают интенсивным
встряхиванием, выдерживают 40-60 мин и фильтруют через бумажный фильтр
«синяя лента». С помощью фотоэлектроколориметра измеряют оптическую
плотность каждого фильтрата, начиная с раствора минимальной концентрации
при длине волны λ=540 нм, для устранения случайных данных и усреднения
результатов измерения проводят 3 раза[56].
2.5.Определение критической концентрации мицеллообразования
Концентрация раствора поверхностно-активного вещества, при которой
наблюдается резкое изменение его свойств вследствие образования мицелл,
называется критической концентрацией мицеллообразования. По современным
представлениям эта концентрация соответствует началу образования мицелл, ее
обозначают ККМ [33].
Многие амфифильные соединения и ПАВ образуют мицеллы. ККМ
характеризует склонность ПАВ к агрегации и концентрацию мономерных
молекул в водном окружении мицелл [34]. Концентрация, при которой начинается
мицеллообразование,
а
также
растворимость
мицелл
являются
двумя
важнейшими параметрами, характеризующими фазы их изотропных растворов в
бинарных системах смесей «ПАВ - растворитель». Характеристика ККМ с точки
зрения термодинамики переноса гидрофобных цепей, контакта углеводородных
цепей с растворителем в мицеллах, упаковки углеводородных цепей и
взаимодействия между концевыми группами (головами) была хорошо описана, и
в настоящий момент доступны данные для многих систем.
Еще одной важной характеристикой растворов ПАВ является граница
Крафта. Граница Крафта представляет собой нижнюю температурную границу
существования гомогенных растворов ПАВ, определяемую равновесием раствора
с твердой фазой. Для моющих и косметических средств, а также мицеллярных
48
растворов, используемых в процессах нефтедобычи, температура, при которой
появляется твердая фаза, должна быть низкой. При разработке промышленных
композиций ПАВ нередко встает задача понижения границы Крафта с помощью
различных добавок. В то же время кристаллизация – эффективный способ
выделения
чистых
ПАВ
из
смесей,
в
этом
случае
знание
диаграмм
кристаллизации в системах, содержащих два и более ПАВ, по данным ККМ и
границе Крафта для растворов индивидуальных ПАВ. Эти вопросы могут быть
решены на основе сравнительно простой модели, рассматривающей гомогенный
мицеллярный раствор как совокупность двух псевдофаз - водной и мицеллярной
[16]. Псевдофазная модель имеет принципиальные ограничения, анализ которых
дан в литературе [35], для описания эффектов смешения она оказывается весьма
полезной.
На мицеллообразование в растворах ПАВ влияют добавки солей, причем
эффект состоит в понижении ККМ ионного ПАВ благодаря экранированию
элекростатического отталкивания между одноименно заряженными полярными
группами молекул ПАВ. Зависимость ККМ от концентрации добавленной соли
передается приближенно правилом Корина- Харкинса, которое устанавливает
линейную связь между логарифмом ККМ и логарифмом концентрации
противоионов С[37]:
lg ККМ=- kCH lg C+bCH (1),
где kCH и bCH - постоянные для данного ПАВ.
Соотношение (1) справедливо при сравнительно небольших концентрациях
соли. При значительной концентрации соли наклон графика зависимости lg ККМ
от lg С изменяется, что может быть обусловлено изменением среднего
коэффициента активности диссоциированного ПАВ [20]. Актуальна задача
одновременного учета эффектов неидеальности (изменения коэффициентов
активности) и неполноты связывания ионов.
49
Для
противоионы,
описания ККМ смеси анионных ПАВ, имеющих различные
предложен
вариант
идеальной
псевдофазной
модели,
учитывающий электростатический вклад в изменение энергии Гиббса при
переносе иона ПАВ (например, додецилсульфат-иона) из раствора на заряженную
поверхность мицеллы [38].Такой подход был применен для расчета ККМ
индивидуальных ПАВ в отсутствие и в присутствии соли, а также ККМ смеси
двух анионных ПАВ, имеющих одно-,двухзарядные противоионы, в отсутствие
соли [39]. Расчеты показали, что определяющую роль в зависимости ККМ от
концентрации противоионов играет их заряд, тогда как природа противоионов
сказывается мало. Недавно предложенная схема применения псевдофазной
модели для оценки ККМ смеси ПАВ (с применением соотношения ГиббсаДюгема и уравнения Пуассона-Больцмана) [40] приводит к заключению, что
синергические эффекты при смешении ионного и неионного, а также двух ионных
ПАВ в большей степени обусловлены энтропийными вкладами [41]. Актуальной
задачей является описание ККМ для смесей катионного и анионного ПАВ, где
поверхностная плотность заряда на мицеллах сильно понижена по сравнению с
индивидуальными мицеллами и синергические эффекты велики. Вызывают
интерес системы, в которых ККМ сильно изменяется в зависимости от рН
раствора (рис.2) [42].
50
Рис.
2.
Водный
раствор
додецилсульфата
натрия
(NaDS)
додецилдиметиламиноксида (АО) разной кислотности:
[ х′АО=хАО/(хNaDS+хАО); х′=хНСl=хНСl/(хНСl+хАО): 0(1); 0,3(2);0,6(3)].
и
Представляют интерес (в частности, в прикладных целях) модели,
позволяющие предсказывать диаграммы растворимости в тройных системах по
данным о водных растворах индивидуальных ПАВ (температура кристаллизации
при заданной концентрации раствора, энтальпия растворения). Задача решается с
помощью псевдофазной модели мицеллярного раствора, причем условия
равновесия раствора с твердой фазой могут быть записаны переменных любой из
двух псевдофаз - водной или мицеллярной. В случае ионных ПАВ традиционно
используют переменные состава водной псевдофазы и концепцию произведения
растворимости [43]. Однако применение такого подхода в области составов,
далекой от ККМ, встречает трудности, связанные с оценкой концентраций
свободных ионов ПАВ и противоионов. Показано, что возможности применения
псевдофазной модели для предсказания фазового поведения смешанных
растворов в области сравнительно высоких концентраций по данным о растворах
индивидуальных ПАВ могут быть расширены, причем как для неионогенных, так
и для ионных, целесообразно использовать концентрационные переменные
мицеллярной псевдофазы [38-39]. Поскольку последняя состоит
практически
только из двух ПАВ (компоненты 1 и 2)и содержанием воды (компонент 3) можно
пренебречь, то уравнения равновесия тройного раствора с твердым ПАВ сводятся
формально к уравнениям двухфазового равновесия для двухкомпонентной
системы 1-2. На линии кристаллизации ПАВ 1 ΔT=RTT0/ΔH1*ln a1(x1M) (2), где
ΔТ=Т-Т0, Т0 и Т- температуры осаждения ПАВ из его индивидуального водного
раствора и из смешанного раствора соответственно (при одинаковой общей
концентрации ПАВ), где R-газовая постоянная, ΔH1- энтальпия растворения, а1активность в смешанной мицелле (а1=1 при х1м=1). Если мицеллярная псевдофаза
ведет себя как идеальный раствор, то ΔТ= RTT0/ΔH1*ln х1м(3).
51
Уравнения (2) и (3) справедливы и для растворов ПАВ, содержащих
добавки веществ, которые сами по себе мицелл не образуют (например,
низкомолекулярных спиртов). Из этих уравнений следует, что существенное
понижение
температуры
образующими
смешанные
растворения
мицеллы
может
с
быть
основным
вызвано
ПАВ,
добавками,
причем
важной
характеристикой является коэффициент распределения добавки между мицеллами
и водной средой. В случае раствора смеси неионных ПАВ или ионных ПАВ в
отсутствие соли при концентрациях заметно выше ККМ состав мицелл очень
близок к составу смеси ПАВ без учета растворителя: х1м=х1/(х1+х2), так что
величина ΔТ зависит только от относительной концентрации двух ПАВ, но не от
их
общего
содержания.
Диаграммы
эвтектического
типа
«температура
растворения - относительная концентрация ПАВ» для смесей ионных ПАВ в
отсутствие соли и смесей неионных ПАВ можно моделировать аналогичным
образом, причем в случае ионных ПАВ такой подход проще, чем основанный на
концепции произведения растворимости. Для растворов ионных ПАВ в
присутствие солей следует принимать во внимание ионный обмен между
мицеллами и водным окружением, в случае низкомолекулярных дифильных
добавок - коэффициент их распределения между мицеллой и водным окружением.
Изучение диаграмм растворимости имеет не только прикладное значение,
это также эффективный способ получения информации о термодинамических
свойствах мицеллярных растворов и степени отклонения поведения смешанных
мицелл от идеального, о специфических взаимодействиях между компонентами.
Основные трудности при расчетах диаграмм растворимости для мицеллярных
растворов смесей ПАВ связаны с описаниаем неидеальности, а также с тем
обстоятельством, что во многих случаях необходимые данные о температуре и
энтальпии растворения индивидуальных ПАВ отсутствуют. Расширение банка
экспериментальных данных представляет актуальную задачу.
52
Как и в растворах индивидуальных ПАВ, в смешанных системах при
высоких разбавлениях молекулы присутствуют в мономерной форме, при ККМ
они образуют агрегаты, и область изотропных мицеллярных растворов
простирается
вплоть
до
границы
перехода
в
жидкокристаллическое
(мезоморфное) состояние (рис. 3).
L-мицеллярный раствор,
S-твердая фаза,
Е-жидкокристаллическая
фаза,
L1 и L2-изотропные жидкие
фазы.
Рис.3. Фрагмент схематической фазовой диаграммы состав-температура для
системы ПАВ-вода.
В
изотропной
области
могут
происходить
серьезные
структурные
изменения: превращение сферических мицелл в глобулярные (эллипсоидальные)
и цилиндрические (рис. 3,а-с), рост последних, образование червеобразных
мицелл, формирующих сетку зацеплений. Возможно образование везикул,
представляющих собой замкнутые (обычно сферические) бислойные или
многослойные структуры, содержащие внутри растворитель (рис. 4, д) [29,44,45].
53
Рис.4. Наиболее распространенные формы агрегатов в водных растворах
ПАВ: сферическая (а), глобулярная (b) и сфероцилиндрическая
мицеллы (c); бислойная везикула (d).
Нижняя температурная граница существования гомогенных растворов ПАВ
определяется кристаллизацией ПАВ (граница Крафта) или воды. В некоторых
случаях охлаждение мицеллярного раствора приводит не к кристаллизации, а к
образованию геля, но такое состояние нестабильно.
Общая картина фазового и агрегативного поведения растворов, содержащих
два или более ПАВ, характеризуется большим разнообразием и сложностью, но ее
основные черты можно наблюдать и в растворах индивидуальных ПАВ, если
рассматривать все многообразие молекулярной архитектуры последних. Для
исследования
ККМ,
фазовых
границ,
структуры
агрегатов
и
жидкокристаллических фаз в смешанных мицеллярных системах используются те
же методы, что и в случае растворов индивидуальных ПАВ [46]. Специфическая
задача в случае смешанных систем- определение состава агрегатов, для чего
54
привлекают методы ЯМР [47], малоугольного рассеяния нейтронов, ЭПР,
потенциометрические с помощью селективных к ионам ПАВ электродов, метод
ультрафильтрации через мембраны, пропускающие мономерные молекулы, но
задерживающие мицеллы [48].
Особенности поведения растворов двух или нескольких ПАВ по сравнению
с растворами индивидуальных ПАВ связаны с энтропийными эффектами
смешения (которые наблюдается в случае идеальных растворов) и с эффектами
неидеальности, обусловленными различиями во взаимодействиях однотипных и
разнородных молекул.
Повышенное
внимание
уделяется
формам
мицелл,
отличным
от
классических (сферы, глобулы, сфероцилиндра). Так методом малоугольного
рассеяния нейтронов в ряде катионных систем обнаружены мицеллы в форме
таблеток,
хотя
это
редкая
и
неравновесная
структура
[49].
Весьма
распостраненный тип агрегатов в случае смесей ПАВ - везикула. Их образование
наблюдается и во многих растворах индивидуальных ПАВ. Образование везикул
особенно характерно для смесей катионного и анионного ПАВ [30], причем
происходит не только в воде, но и в других полярных растворителях. Типичные
везикулы бислойные, имеют размер от примерно ста нанометров до нескольких
микрометров и по локальным свойствам близки к плоским бислоям, могут
служить моделями биологических мембран. Особый интерес представляют
везикулярные системы с добавками полимеров. Полимеры могут стабилизировать
везикулярные структуры [41].
Структура жидкокристаллических фаз и граница их существования
изучалась для смесей ПАВ. Найдено, что смешение ПАВ различного типа может
привести к появлению новых фаз. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что
значительное
влияние
на
переход
мицеллярного
жидкокристаллическое состояние могут оказывать соли [42].
раствора
в
55
2.6. Исследование мицеллообразования в смешанных системах,
содержащих ПАВ различной природы
В водных растворах коллоидных ПАВ при очень низких концентрациях,
соответствующих ККМ, образуются сферические мицеллы, которые содержат от
20 до 100 молекул и характеризуются узким распределением частиц по размерам.
При увеличении концентрации ПАВ происходит последовательное изменение
формы мицелл (цилиндрическая, дискообразная и т. д.) при соответствующей
критической концентрации.
В работе для определения ККМ используется кондуктометрический метод.
Кондуктометрическое
определение
ККМ
основано
на
измерении
концентрационной зависимости электропроводности растворов ионогенных ПАВ.
В области концентраций до ККМ зависимости удельной и эквивалентной
электропроводности
от
концентрации
ПАВ
соответствуют
аналогичным
зависимостям для растворов средних по силе электролитов. При концентрации,
соответствующей
ККМ,
на
графиках
зависимостей
наблюдается
излом,
обусловленный образованием сферических ионных мицелл. Подвижность ионных
мицелл меньше подвижности ионов и, кроме того, значительная часть
противоионов находится в плотном слое Гельмгольца, что существенно
уменьшает электропроводность раствора ПАВ. Поэтому при увеличении
концентрации ПАВ больше ККМ эквивалентная электропроводность более резко
уменьшается,
а
возрастание
удельной
электропроводности
значительно
ослабляется. По изменению удельной электропроводности можно также
определить ККМ2.
Предварительно определяют константу кондуктометрической ячейки. В
ячейку наливают такой объем раствора КСI точно известной концентрации, чтобы
электроды были полностью погружены в него. Ячейку помещают в термостат,
термостатируют 4—5 мин, подключают электроды к клеммам кондуктометра и
измеряют сопротивление раствора КСI между электродами.
56
После измерения электропроводности раствора ячейку многократно
промывают дистиллированной водой.
Растворы
для
кондуктометрического
определения
ККМ
готовят
непосредственно перед измерением электропроводности (для предотвращения
гидролиза ПАВ). В кондуктометрический стаканчик наливают исследуемый
раствор, погружают в него электроды и измеряют удельную электропроводность
растворов, начиная с наиболее разбавленного. Рассчитывают эквивалентную
электропроводность λ по формуле:
λ = χ/С, Cм·м2/моль,
где С – концентрация раствора в моль/м3.
Результаты записывают. Строят график зависимости λ - (-lgСПАВ) и χ - (lgCПАВ) и по ним находят ККМ[59].
2.7. Изучение гидрофильно-липофильного баланса
Соотношение гидрофильной и липофильной части молекулы, так
называемый гидрофильно-липофильный баланс (ГЛБ) – важная характеристика
поверхностно-активных веществ. Величина ГЛБ характеризует не только
поверхностноактивное вещество, но и «требуемое» значение ГЛБ для масляной
фазы, фактически то значение ГЛБ эмульгатора, который образует максимально
устойчивую эмульсию с этой фазой.
Это значение наиболее часто определяют по аддитивной схеме с помощью
двух ПАВ, значения ГЛБ которых известны и которые обеспечивают наивысшую
стабильность эмульсионной системы.
где X — весовая доля первого эмульгатора в смеси,
эмульгаторов.
и
— числа ГЛБ
57
Зная величины ГЛБ отдельных компонентов эмульсии, можно рассчитать
общее значение ГЛБ для данной системы. Величина ГЛБ, полученная в
результате вычисления, показывает, что для эмульгирования данной системы
необходим эмульгатор (или смесь эмульгаторов) с такой же величиной ГЛБ.
Величину ГЛБ для неионных ПАВ (состав которых постоянен и в отличие
от ионных ПАВ не зависит от наличия в растворе электролитов), можно
определить расчетным путем, исходя из состава эмульгатора. Для эфиров жирных
кислот и многоатомных спиртов величину ГЛБ можно определить по
следующему уравнению:
где S — число омыления, А — кислотное число.
Для
определение
области
применения
эмульгаторов
и
типов
образующихся эмульсий использовали литературные данные (таблицы 5-7) [60]
Таблица 5
Значение числа ГЛБ и области применения ПАВ
Число ГЛБ
Применение ПАВ
3–6
Эмульсия вода/масло
7–9
Смачиватели
8 – 13
Эмульсия вода/масло
13 – 15
Моющие средства
15 – 18
Солюбилизаторы
58
Таблица 6
Числа ГЛБ,при которых происходят эмульгирование липофильных веществ
Вещества
липофильной природой
с
Тип эмульсии
Вода/масло
Масло /вода
Лауриновая
-
16
Липолевая
-
16
Олеиновая
-
17
Риценолевая
-
16
Стеариновая
-
17
Цетиловый
-
13
Дециловый
-
14
Лауриловый
-
14
Тридециловый
-
14
Касторовое
-
14
Хлопковое
-
7,5
Хвойное
-
Парафиновое тяжелое
4
10,5
Парафиновое легкое
4
10
Петролят
-
8
Силиконовое
-
10
Пчелиный
5
9
Вазелин
4
10
Парафин
4
14
Кислоты
Спирты
Масла
Воски
59
Таблица 7
Значение групповых чисел ГЛБ
Тип групп
1.
Значения групповых чисел
Гидрофильные группы
+38,7
+21,1
+19,1
+9,4
Эфирная группа
+2,4
+2,1
+1,9
+1,3
2.
Липофильные группы
– 0,475
3.
Сложные группы
–0,15
2.8. Изучение реологических свойств изучаемых модельных систем
Прибором
для
измерения
относительной
вязкости
может
служить
капиллярный вискозиметр. Перед работой вискозиметр необходимо промыть
хромовой смесью и дистиллированной водой, а затем просушить в сушильном
шкафу. Вискозиметр укрепляют вертикально в термостате, в котором вода
нагрета до определенной температуры, и наливают пипеткой несколько
60
миллилитров исследуемой жидкости в трубку 2. Когда жидкость нагреется до
желаемой температуры, ее засасывают вверх по узкой трубке точно до метки 5.
Время, необходимое для понижения уровня жидкости от метки 5 до метки 6,
измеряют секундомером. Затем жидкость снова засасывают вверх по узкой трубке
и повторяют определение, делая это до тех пор, пока не будут получаться близкие
значения. Так находят сначала время истечения воды по капилляру (при определенной температуре), затем время истечения исследуемой жидкости.
При постоянной температуре (18 - 20°С) определяют указанным выше
методом относительную вязкость исследуемых систем. Сравнивают полученные
результаты,
Охлаждают
приготовленные
растворы
до
комнатной
температуры.
Измеряют вязкость полученных растворов. Вычерчивают кривую изменения
вязкости с изменением концентрации.
Для изучения влияния температуры измеряют вязкость исследуемых
эмульсий при 0°С, для чего вискозиметр с раствором помещают в смесь воды и
льда; после того как жидкость в вискозиметре примет температуру воды (минут
через 20), производят измерение. Затем определяют время истечения жидкости,
поместив вискозиметр в воду при 20, 40 и 60 °С. Вычерчивают кривую изменения
вязкости в зависимости от температуры[61,62].
61
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1. Определение солюбилизирующей способности
Солюбилизация – т.е. растворение под действием ПАВ нерастворимых в
данной жидкости веществ, является важной характеристикой мицеллярных
растворов
ПАВ. Солюбилизирующая способность характеризуется изотермой
солюбилизации
и
критической
концентрацией
мицеллообразования.
Солюбилизирующую способность устанавливали по методике, описанной в главе
2.4.
Рис.5. Зависимость солюбилизации от концентрации ПАВ для образцов под
номерами 1 – 5 (модельные косметические эмульсии)
Проанализировав полученные данные можно сделать вывод о том, что
изотерма солюбилизации не проходит через начало координат из чего следует,
что солюбилизация в растворе ПАВ возможна только после образования первых
мицелл. Мольная солюбилизация позволяет проследить за мицеллярными
переходами, так как солюбилизационная емкость меняется при трансформации
62
формы мицелл. Молярная солюбилизация изменяется скачкообразно при
переходе от одной формы мицелл к другой.
концентраций
молярная
солюбилизация
После этого в узкой области
растет
вследствие
того,
что
увеличивается как число мицелл, так и их размер.
По данным кривым можно сделать вывод, о существовании трех точек
перегиба, т.е. о трех критических концентрациях мицеллообразования и о том, что
образцы под номерами 1 и 2 содержат наибольшее количество ПАВ и обладают
большей моющей способностью. При третьей ККМ структуры перестраиваются в
ламеллярные и образуется слоистая система. В слоистых мицеллах нет предела
солюбилизации, так как солюбилизированное вещество располагается между
слоями ПАВ в области их углеводородных радикалов, где может располагаться
неограниченное количество солюбилизата, что в свою очередь является важным
термодинамическим показателем образовавшегося раствора ПАВ. Таким образом,
измерение солюбилизации позволяет определять как первую критическую
концентрацию мицеллообразования, так вторую и третью ККМ, характеризующие
переход от одной формы мицелл к другой и образование слоистой коллоидной
системы.
63
Рис. 6. Зависимость молярной солюбилизации от концентрации раствора
ПАВ (эмульгатора) для образцов под номерами 1 – 5 (модельные
косметические эмульсии)
3.2. Мицеллообразование в растворах ПАВ
При достижении концентрации ПАВ выше определенного значения
дифильные
молекулы
сосредоточиваются
в
мицеллы
-
ассоциаты,
представляющие собой новую, коллоидную фазу. Эта концентрация получила
название критической концентрации мицеллообразования (ККМ) и является
важной константой ПАВ.
Мицеллы для системы масло - вода возникают за счет вандерваальсовых
сил между органической фазой и углеводородными цепями молекул, и, таким
образом, образуется липофильное ядро мицеллы, которое окружено полярными
группами, составляющими ее гидрофильную оболочку. Возникновение таких
мицелл приводит к минимуму свободной энергии, т. е. к возникновению
устойчивой системы.
64
Образование мицелл в растворах жиросахара будет определяться как
силами
когезии
между
липофильными
группами,
так
и
сродством
неэтерифицированных гидрофильных групп сахарозы к молекулам воды. В
различных моноэфирах сахарозы и жирных кислот гидрофильная часть молекулы
остается постоянной, в то время как углеводородный радикал изменяется, что
должно влиять и на величину ККМ.
Гидрофобный остаток молекул жиросахаров имеет строение линейной
цепочки. Так как угол между тремя соседними атомами углерода постоянный
(109°28'), то цепочка должна приобретать зигзагообразную форму и обладать
определенной гибкостью. Наиболее гибкими линейными макромолекулами
являются углеводородные цепочки. Введение в макромолекулу полярных
заместителей приводит к уменьшению гибкости цепи. Можно предположить, ‘что
молекулы моноэфиров сахарозы, в состав которой входят остатки высшей жирной
кислоты и сахарозы, не должны обладать большой гибкостью. Мы полагаем, что в
водных растворах жиросахаров в области низких концентраций находятся
мицеллы сферической формы как наиболее энергетически
предположение
соответствует
тому
факту,
что
выгодные. Это
разбавленные
растворы
жиросахаров используются для солюбилизации липофильных соединений.
По мере увеличения концентрации эфира сахарозы в растворе система
приобретает гелеобразное состояние, и, следовательно, должна измениться форма
мицелл, их размер. Наиболее вероятной формой мицелл следует считать
пластинчатую, которая позволяет легко представить укрупнение при повышении
концентрации жиросахаров, параллельное расположение углеводородных цепей и
образование структурированных гелей. В такой структуре соседние мицеллы
обращены одна к другой своими гидратированными поверхностями; между ними
располагается прослойка из молекул воды, которая как бы связывает отдельные
мицеллы жиросахара.
При постоянной длине гидрофильной части молекулы ККМ жиросахаров
65
уменьшается с ростом длины углеводородной цепи. Эта закономерность,
наблюдаемая и для других ПАВ, связана с увеличением взаимодействия углеводородных цепей, способствующих агрегации.
При
уменьшении
гидрофобной
цепи
на
одну
СН2-группу
ККМ
приблизительно удваивается. С этой закономерностью, найденной ранее для
неионных ПАВ, согласуются данные, полученные методом солюбилизации
(таблица 4).
Таблица 8
Значение ККМ эмульгаторов, входящих в состав исследуемых
косметических эмульсионных систем
ПАВ
ККМ, Моль/л
Число атомов углерода в липофильной части
молекулы ПАВ
10
12
14
16
18
-4
-5
-5
—
1,85*10
2,58*10
1,1*10
4,59*10-5
Моноэфиры сахарозы и
высших жирных кислот
Натриевые соли
1*10-1 5,4*10-2
одноосновных
насыщенных жирных
кислот
По
результатам
исследований
8,4*10-3
строили
3,2*10-3
1,3*10-3
графики
зависимости
электропроводности λ (Cм·м2/моль) от концентрации получаемого раствора
ионогенного ПАВ (моль/л) (рис.5-6) и определяли значение ККМ.
Таблица 9
Результаты кондуктометрического определения ККМ модельных эмульсий
Номер образца
1
Концентрация
получаемого раствора
эмульгатора, моль/л
3.3·10-3
Значение
электропроводности
λ Cм·м2/моль
895,87
2
1.7·10-3
640
66
3
6.6·10-4
347,7
4
3.3·10-4
185,46
5
1.7·10-4
97,48
Для изучаемы систем величина ККМ составила ) 0,01-0,02 моль/л.
λ, Cм•м2/моль
1000
900
1
2
800
3
700
600
500
400
300
200
100
0
0,1
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
с, моль/л
Рис.7. Определение ККМ для образцов фармацевтических препаратов,
содержащих ионогенные ПАВ (1-3)
67
λ, Cм•м2/моль
1000
900
4
800
5
700
600
500
400
300
200
100
0
0,1
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
с, моль/л
Рис.8. Определение ККМ для образцов фармацевтических препаратов,
содержащих ионогенные ПАВ (4-5)
Как видно из рисунков, излом на зависимости соответствует началу
мицеллообразования и величине ККМ, которая для исследуемых систем
находится в диапазоне 1,0- 2,2 моль/м3.
3.3. Гидрофильно-липофильный баланс
Величину ГЛБ для неионных ПАВ (состав которых постоянен и в отличие
от ионных ПАВ не зависит от наличия в растворе электролитов), можно
определяли расчетным путем, исходя из состава эмульгатора.
Самое низкое значение ГЛБ имеет олеиновая кислота (1), а самое высокое натрийлаурилсульфат (40). Для всех остальных ПАВ величина ГЛБ находится в
пределах от 1 до 40. На основании величин ГЛБ определяется сфера
использования ПАВ.
68
Устойчивость
эмульсий,
приготовленных
с
помощью
эмульгаторов
одинакового состава и с одинаковой вычисленной величиной ГЛБ (по различной
пространственной конфигурации), оказывается разной. Так, устойчивость
эмульсии, приготовленной с помощью глицеринмоноолеата (цис-изомер),
значительно ниже, чем эмульсия, приготовленная с глицеринмоноэлаидинатом
(транс-изомер), имеющим в соответствии с расчетными данными то же значение
ГЛБ.
Таблица 10
Результаты определения ГЛБ и возможные пути применения ПАВ
№
Полученное значение
образца
Возможное
ГЛБ
применение ПАВ
1
16,7
Солюбилизаторы
2
4,5
Эмульсия вода/масло
3
5,4
Эмульсия вода/масло
4
9,4
Эмульсия вода/масло
5
10,2
Эмульсия масло / вода
Таким
образом,
метод
ГЛБ
позволяет
правильно
подобрать
соответствующие эмульгаторы (или их смесь) для образования эмульсии типа
масло/вода и вода/масло.
Таблица 11
Результаты определения ГЛБ для систем, содержащих спены
Торговая марка
Химическое название
ГЛБ
Спен – 20
Монолауратангидросорбита
8,6
Спен – 40
Монопальмитатангидросорбита 6,7
Спен – 60
Моностеаратангидросорбита
4,7
Спен – 65
Тристеаратангидросорбита
2,1
Спен – 80
Моноолеатангидросорбита
4,3
69
Спен – 85
Тетрастеаратангидросорбита
Спен-40
и
спен-60
представляют
собой
0,5
твердые
кристаллические
слабоокрашенные вещества, спен-80 – высоковязкую массу.
3.4. Реологических свойств смешанных систем, содержащих ПАВ
различной природы
При получении эмульсий в исследовательской практике необходимо
контролировать значения ряда их параметров. Это облегчает поиск в подборе
необходимого состава эмульсий, позволяет оценить эффективность выбранного
эмульгатора или их смесей, оценить граничные пределы использования эмульсий
и т.д. Один из важнейших параметров, прежде всего используемых для обратных
эмульсий, - это вязкость.
Руководствуясь данными о том, что при одинаковом объемном и
компонентном
составе
обратных
эмульсий,
эффективная
вязкость
и
электростабильность отражают в значительной степени их дисперсный состав,
была оценена зависимость изменения значений этих параметров от степени
минерализации и ионного состава водной фазы.
Скорость оседания капель воды в нефтяной среде прямо пропорциональна
квадрату их радиуса, разности плотностей воды и масла, ускорению силы тяжести
и обратно пропорциональна вязкости масла. Следовательно, если размеры капель
и разность плотностей воды и масла незначительны, а вязкость эмульсии высокая,
то скорость выпадения капель весьма низкая, и практически эмульсия не
расслаивается даже в течение длительного времени. Наоборот, при большом
размере капель, значительной разности плотностей и низкой вязкости масла
расслоение эмульсии идет очень быстро.
Затраты на перемешивание также уменьшаются, так как образующаяся в
двухстадийном процессе эмульсия имеет непрерывную углеводородную фазу, а
вязкость такой эмульсии гораздо ниже, чем у обратной. В свежеприготовленных
эмульсиях вязкость обратно пропорциональна среднему размеру капель, если их
70
распределение по размерам не слишком широко. Следовательно, скорость
движения частиц прямо пропорциональна квадрату их радиуса, разности
плотностей фаз, ускорению силы тяжести и обратно пропорциональна вязкости
дисперсионной среды. Исходя из этого, ускорить процесс расслоения можно,
увеличив размер частиц, разность плотностей диспергированной фазы и
дисперсионной среды и уменьшив вязкость эмульсии.
При
исследовании
влияния
повышения
температуры
на
вязкость
модельных обратных эмульсий установлено, что она снижается. Это обусловлено
переходом межфазных слоев из конденсированного состояния через жидкорастянутое к газообразному в результате усиления взаимодействия молекул ПАВ
с молекулами среды и ослабления связи между собой, а также снижения вязкости
дисперсионной среды и ослабления взаимодействия глобул дисперсной фазы
между собой. При повышении температуры в эмульсиях в/м зависимость вязкости
от концентрации эмульгатора нивелируется.
Увеличение
температуры
при
эмульгировании,
с одной
стороны,
способствует снижению межфазного натяжения, вязкости фаз, но, с другой,
ускоряет процесс последующего слияния капель между собой из-за разрушения
защитного слоя эмульгатора. Вязкость непрерывной среды имеет определяющее
значение в вязкости эмульсий при любом объемном содержании внутренней
фазы. Чем выше содержание водной фазы, тем менее существенно влияние
вязкости углеводородной среды на вязкость обратных эмульсий. Это обусловлено
уменьшением их общей поверхности раздела, что подтверждается возрастанием
относительной вязкости эмульсий по мере снижения вязкости их углеводородной
составляющей.
Выводы к главе 3
71
1.
изотерма
На основании проведенных исследований была построена и изучена
солюбилизации,
было
показано,
что
молярная
солюбилизация
изменяется скачкообразно при переходе от одной формы мицелл к другой, а так
же увеличивается число мицелл, и их размер, сто способствует увеличению
качества исследуемых образцов.
2.
Установлено значение ККМ и количественно описаны области
существования в системах мицелл разных типов.
3.
Определены значения гидрофильно-липофильного баланса и сделаны
выводы о типах образующихся систем и областях использования ПАВ.
4.
Проведено исследование реологических свойств смешанных систем,
содержащих спены и жиросахара в качестве ПАВ, а так же некоторых
косметических эмульсий. Показано влияние температуры на вязкость изучаемых
систем процессы эмульгирования.
72
Выводы
1. Обобщены литературные данные о составе и свойствах основных классов
ПАВ, термодинамических характеристик растворов ПАВ, основных областях их
применения в фармации. Рассмотрены методы определения практических
показателей эффективности ПАВ, анализа и определения качества содержащих их
фармацевтических препаратов.
2.
изотерма
На основании проведенных исследований была построена и изучена
солюбилизации,
было
показано,
что
молярная
солюбилизация
изменяется скачкообразно при переходе от одной формы мицелл к другой, а так
же увеличивается число мицелл, и их размер, что способствует увеличению
качества исследуемых образцов.
3. Установлено
значение
ККМ
и
количественно
описаны
области
существования в системах мицелл разных типов.
4. Определены значения гидрофильно-липофильного баланса и сделаны
выводы о типах образующихся систем и областях использования ПАВ.
5.
Проведено исследование реологических свойств смешанных систем,
содержащих спены и жиросахара в качестве ПАВ, а так же некоторых
косметических эмульсий. Показано влияние температуры на вязкость изучаемых
систем процессы эмульгирования.
73
Литература
1.
Ланге, К.Р. Поверхностно-активные вещества. Синтез, свойства,
анализ, применение. / перевод с англ.под научн. ред. Зайченко Л.П. – СПб.:
Профессия, 2004. – 240 с.;
2.
Глузман, М. X. Поверхностноактивные вещества и их применение в
фармации: учебное пособие/ М.Х. Глузман. – Тбилиси, 1972. – 8—24 с.;
3.
Золотов, Ю.А. Химические тест-методы анализа: учебное пособие/
Ю.А.Золотов . – M.: Едиториал УРСС, 2002. — 304 с.;
4.
Вережников, В. Н. Коллоидная химия поверхностно-активных
веществ: учебное пособие/В.Н.Вережников. – Лань, 2015. – 304 с.;
5.
Амелин, В.Г. Журнал аналитической химии/В.Г. Амелин.//2000. –
№4. –С. 41.;
6.
Сумм, Б.Д. Коллоидная химия. Учебник для студентов учреждений
высшего профессионального образования: Академия , 2013. – 240 с.;
7.
Щукин, Е.Д. Коллоидная химия : учебное пособие/Е.Д.Щукин.– М.:
Высшая школа, 2004. – 446 с.;
8.
Фридрихсберг, Д.А. Курс коллоидной химии: учебное
пособие/Д.А.Фридрихсберг. – Лань – 416 с.;
9.
Абрамзон, А.А. Поверхностно-активные вещества. Свойства и
применение: учебное пособие/А.А.Амбрамзон. – М.:Химия,1975. – 212 с.;
10.
Жогло, Ф.А. Жиросахара: учебное пособие/Ф.А. Жогло. –
Медицина,1975. – 112 с.;
11.
Современные аспекты использования вспомогательных веществ в
технологии лекарственных препаратов /В.Л.Багирова и др.//Фарматека.1998.-№
6.-СМ.34-41.;
12.
Основные понятия и уравнения коллоидной химии /Гродский А.С.,
Киенская К.И., Гаврилова Н.Н., Назаров В.В. – М.:РХТУ им. Д.И. Менделеева,
2013. – 40 с.;
74
13.
Демченко, П.А. Исследования в области коллоидной химии
поверхностно-активных веществ: учебное пособие/П.А.Демченко. – Киев, 1964. –
87с. ;
14.
Петров, А. Д. Пути синтеза поверхностиоактивных веществ: учебное
пособие/А.Д. Петров.— Хим. наука н промышленность, 1959 . –573—586 с.;
15.
Машковский, М.Д. Лекарственные средства: учебное пособие в 2-х
ч./М.Д. Машковский. – М.: Новая Волна, 2008. – 1ч.;
16.
Солдатенков, А.Т. Основы органической химии лекарственных
веществ: учебное пособие/А.Т.Солдатенков. – М.: Химия, 2001. – 188 с.;
17.
Мчедлов-Петросян Н.О., Лебедь А.В., Лебедь В.И. Коллоидные
поверхностно-активные вещества: Учебно-методическое пособие. – 2-е изд. – Х.:
ХНУ им. В.Н. Каразина, 2009. – 72 с.;
18.
Милованова, Л.Н. Технология изготовления лекарственных форм:
учебное пособие/Л.Н. Милованова. – Ростов на Дону: Медицина, 2002. – 448 с.;
19.
Краснюк, И.Н. Фармацевтическая технология: Технология
лекарственных форм : учебное пособие/И.Н. Краснюк. – М.: Академия, 2004. –
464 с.;
20.
Шинода, К. Коллоидные поверхностно- активные вещества. Пер. с
англ. / А.Б. Таубман, З.Н. Маркина. – М.: Мир, 1996. – 320 с.;
21.
Виноградов, В.М. Образование, свойства и методы разрушения
эмульсий: учебное пособие/ В.М. Виноградов. – М.: ГАНГ им. И.М. Губкина,
1996-31 с.;
22.
Воюцкий, С.С. Курс коллоидной химии: учебное
пособие/С.С.Воюцкий. – М.: Химия, 1975. – 512 с.;
23.
Жогло, Ф.А. Пенообразователи на основе жиросахаров / Ф.А. Жогло. -
М.: Легкая промышленность, 1999.- 343 с.;
24.
Краснюк, И.Н. Фармацевтическая технология: Технология
лекарственных форм. М.: Издательский центр «Академия», 2004 – 464 с.
75
25.
Криштанова, Н.А. Актуальные проблемы создания новых
лекарственных препаратов природного происхождения/Н.А.Криштанова// 2002. –
№ 3. – С 247—248;
26.
Алексеев, К.В. Фармацевтическая технология. Мази: учебное
пособие/К. В. Алексеев.//2001. – 122 с.;
27.
Орлова, К. И. О поверхностной активности жиросахаров и других
пищевых эмульгаторов: учебное пособие/К.И. Орлова.— Тр. ВНИИЖ, 1963. –
298—308 с.;
28.
Плетнев, М. Ю. Мицеллообразование и специфические
взаимодействия в водных растворах смесей ПАВ: учебное пособие/ А.И.
Русанов.– СПб.: Химия, 1991. – 60–82с.:
29.
Березин , И.В. Действие ферментов в обращенных мицеллах: учебное
пособие/И.В. Березин. – М.: Наука, 1985. – 41 с.;
30.
Плетнев,М.Ю. Косметико-гигиенические моющие средства. -М.:
Химия, 1990. -272 с.
31.
Варламов, В. С. Эфиры жирных кислот и сахарозы: учебное
пособие/В.С. Варламов. — Тр. ВНИИЖ, 1967. – 336—342 с.;
32.
Васильева, Н.Ю. Синтез органических соединений: учебное
пособие/Н.Ю. Васильева. – М.: Красноярск, 2008. –80 с;
33.
Кулешова, М.И. Анализ лекарственных форм, изготовленных
в аптеках / М.И. Кулешова, JI.H. Гусева, O.K. Сивицкая. М.: Медицина, 1999. 288 с.;
34.
Перегудова, Л.И. Коллоидно-химические свойства смеси
поверхностно-активных веществ. Коллоидный журнал, 1984. –Т.46. – №6. – С.
1166 – 1171.;
35.
Шахмейстер, И.Я. Новые лекарственные препараты в дерматологии /
И.Я. Шахмейстер, Г.Я. Шварц. – М.: 1998. - 67с.;
76
36.
Практикум по технологии косметических средств. Коллоидная химия
поверхностно-активных веществ и полимеров./ Под ред. Кима В.
и Гродского А.С. М.:Топ-Книга, 2003. -143с.;
37.
Мухтарова, С.Э. Микрореологическая модель течения стеарат
стабилизированных косметических эмульсий // SOFW 2002 № 6, с.26-30;
38.
Ершов, Ю.А. Коллоидная химия. Физическая химия дисперсных
систем: учебное пособие/Ю.А.Ершов. – М.: ГЭОТАР-Медия, 2012. – 352 с.;
39.
Урьев,Н.Б. Физико-химические основы технологии дисперсных
систем и материалов М.: Химия, 1988. 256 с;
40.
Белик, В.В. Физическая и коллоидная химия: учебное
пособие/В.В.Белик. – М.: Академия,2005. –288 с.;
41.
Гаврилова, Н.Н. Микроскопические методы определения размеров
частиц дисперсных материалов: учебное пособие/Н.Н.Гаврилова . – М.:РХТУ им.
Д.И. Менделеева, 2012. – 52 с.;
42.
Фролов, Ю.Г. Курс коллоидной химии: поверхностные явления и
дисперсные системы: учебное пособие/Ю.Г.Фролов. – М.:Альянс,2004. – 465с.;
43.
Русанов, А.И. Мицеллообразование в растворах поверхностно-
активных веществ: учебное пособие/А.И.Русанов. – С.-П.: Химия, 1992. – 280 с.;
44.
Холмберг, К. Поверхностно-активные вещества и полимеры в водных
растворах// М.:Бином,2007. – 525 с.;
45.
Улитин, М.В. Физико-химические свойства, устойчивость и
коагуляция лиофобных дисперсных систем: учебное пособие/М.В.Улитин//2007. –
108 с.;
46.
Щукин, Е.Д. Успехи коллоидной химии и физико-химической
механики: учебное пособие/Е.Д.Щукин. – М.: Наука, 1992. – 230 с.;
47.
Назаров, В.В. Практикум и задачник по коллоидной химии.
Поверхностные явления и дисперсные системы: учебное пособие для вузов / В.В.
Назаров, А.С. Гродский, А.Ф. Моргунов, Н.А. Шабанова, А.Ф. Кривощепов, А.Ю.
77
Колосов; под ред. В.В. Назарова, А.С. Гродского. – М.: Академкнига, 2007. – 374
с.;
48.
Методические разработки к практикуму по коллоидной химии. — 6-е
изд., перераб. и доп. / под ред. А.В. Перцова. М.: Медицина, 1999. -378с.;
49.
Гордон, А. Спутник химика. Физико-химические свойства, методики,
библиография: пер. с англ. /А. Гордон, Р.Форд.-М.: Мир, 1976.-542с.;
50.
Соболева, О.А. Мицеллообразование в адсорбционных слоях
неионогенного поверхностно-активного вещества с анионным /О.А.Соболева//
Вестн. Моск. Ун-та. Сер.2: Химия.-2006.-Т.47, № 2.-137-142 с.;
51.
Флоренс, А. Т. Биологические значение мицеллообразования .
Мицеллообразование, солюбилизация и микроэмульсии / Миттел К.: пер с англ. М.: Мир, 1980. - 42-62с. ;
52.
Баранова, В. И. Практикум по коллоидной химии. – М: Высшая
школа, 1983. - 215с.;
53.
Штраус, У. С. Внутримолекулярные мицеллы. Мицеллообразование,
солюбилизация и микроэмульсии / Миттела К.: пер с англ. М.: Мир, 1980. - с. 568573.;
54.
Бабак В.Г., Павлов А.Н., Свитова Т.Ф., Даниленко А.Н., Егоров В.В.,
Варламова Е.А. Поверхностные свойства и мицеллообразование в водных
растворах гомологического ряда катионных поверхностно-активных
веществ//Коллоидн. журн. 1996. – Т.58. – №1. – С.5-13.;
55.
Рохленко, А.А. Измерение размеров мицелл. В сб.: Успехи
коллоидной химии.//Химия,1991.- 107-119 с.;
56.
Урьев, Н.Б. Текучесть суспензий и порошков: учебное пособие / Н.Б.
Урьев, А.А. Потанин. – М.: Химия, 1992. – 256 с.;
57.
Таубман, А. Б. Физико-химические основы смачивающего и моющего
действия поверхностноактивных веществ: учебное пособие/А.Б.Таубман.— Хим.
наука и промышленность, 1959. – 566—573с.;
78
58.
Гриффин, М. Химия поверхностно-активных веществ / пер. с англ. М.
Якубович / М. Гриффин. М.: ГОЭТАР. - 1998. - 516 с.;
59.
Бибик, Е.Е. Реология дисперсных систем. JI.: Изд-во ЛГУ, 1981. 171 с.
60.
Герд Кутц, Косметические эмульсии и кремы. Состав, методы
получения и испытаний. Под редакцией: д.х.н. М.Ю. Плетнева. М.: Издательский
дом «Косметика и медицина», 2004.
61.
Марголина, А.А., Эрнандес, Е.И. Новая косметология. Практическое
пособие. Том 1. М.: Издательский дом «Косметика и медицина», 2005.
62.
Эмульсии. Под редакцией Ф. Шермана. Пер. с англ, под ред. А- А.
Абрамзона. Изд-во «Химия», Л., 1972.
79
АННОТАЦИЯ
Выпускная квалификационная работа изложена на 73 страницах печатного
текста, состоит из 3 глав, содержит 8 рисунков, 11 таблиц и список цитируемой
литературы из 62 наименования.
Ключевые
слова:
ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫЕ
СОЛЮБИЛИЗАЦИЯ,
КРИТИЧЕСКАЯ
ВЕЩЕСТВА,
КОНЦЕНТРАЦИЯ
МИЦЕЛЛООБРАЗОВАНИЯ, ЭМУЛЬСИИ, СПЕНЫ
Краткая характеристика работы
В настоящее время в различных областях промышленности нашли широкое
применение смешанные системы, содержащие поверхностно-активные вещества
(ПАВ) различной природы, которые представляют собой большой ассортимент
химических соединений разнообразной природы, состава и строения. Применение
поверхностно-активных веществ в производстве лекарств и медицине непрерывно
возрастает, что связано с рядом весьма ценных их свойств – стабилизирующей и
эмульгирующей
способностью,
значительным
влиянием
на
мембранную
проницаемость кожных покровов и слизистых оболочек и т.д. Возможно
использование
таких
препаратов
в
роли
эмульгаторов,
смачивающих,
диспергирующих, моющих и солюбилизирующих средств.
Как фармакологические вспомогательные вещества ПАВ применяются
главным образом благодаря своим очищающим и эмульгирующим свойствам.
Многие области их применения связаны с обработкой кожи – они способствуют
улучшения контакта лекарственного препарата с человеческой кожей. Некоторые
катионные ПАВ известны своими бактерицидными свойствами. Также ПАВ
применяют в качестве эмульгаторов и стабилизаторов лекарственных препаратов.
Такое широкое применение ПАВ обусловлено их способностью в низких
80
концентрациях значительно интенсифицировать технологические процессы, а
также модифицировать поверхности, придавая им необходимы свойства.
Применяемые в фармации ПАВ являются техническими фракциями, что
требует от исследователей знания основ синтеза, технологии получения и анализа
поверхностно-активных веществ. Поэтому актуально исследовать свойства
смешанных систем, содержащих поверхностно-активные вещества. Необходимо
изучение
поверхностно-активных
применяемых
в
фармации;
свойств
выявление
некоторых
взаимосвязи
смешанных
между
систем,
коллоидно-
химическими свойствами исследуемых образцов и их потребительскими
характеристиками.
В работе обобщены и систематизированы литературные данные о ПАВ
разных классов, показано их фармакологическое действие, обосновать выбор
объектов исследования; изучены термодинамические характеристики растворов
ПАВ, применяемых в фармации (солюбилизирующая способность, критические
концентрации мицеллообразования); изучино влияние различных параметров
качества
ПАВ
на
потребительские
характеристики
препаратов
и
дезинфицирующих средств.
Методы исследования: спектрофотометрические.
Новизна результатов: Обобщены литературные данные о составе и
свойствах основных классов ПАВ, термодинамических характеристик растворов
ПАВ, основных областях их применения в фармации. Рассмотрены методы
определения
практических
показателей
эффективности
ПАВ,
анализа
и
определения качества содержащих их фармацевтических препаратов. На
основании проведенных исследований была построена и изучена изотерма
солюбилизации, было показано, что молярная солюбилизация изменяется
скачкообразно при переходе от одной формы мицелл к другой, а так же
увеличивается число мицелл, и их размер, что способствует увеличению качества
исследуемых образцов. Установлено значение ККМ и количественно описаны
81
области существования в системах мицелл разных типов. Определены значения
гидрофильно-липофильного баланса и сделаны выводы о типах образующихся
систем и областях использования ПАВ.
Проведено исследование реологических свойств смешанных систем,
содержащих спены и жиросахара в качестве ПАВ, а так же некоторых
косметических эмульсий. Показано влияние температуры на вязкость изучаемых
систем процессы эмульгирования
Область
применения
и
возможность
практической
реализации.
Полученные результаты могут быть использованы при разработке новых видов
фармацевтической продукции с улучшенными потребительскими свойствами.
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа