Вконтакте Одноклассники Фейсбук Гугл+ Английский Испанский Итальянский Русский Украинский

Реклама

Эмульсии и эмульсионные растворы (общие сведения, терминология, типы)



Эмульсии и эмульсионные растворы (общие сведения, терминология, типы)

Общие сведения

Эмульсии (лат. Emulsio от лат. Emulgere - выдаивается; одной из первых изученных эмульсионных растворов было молоко) - это свободнодисперсной системы, в которых дисперсионная среда и дисперсная фаза редки.

Условием образования эмульсии является взаимная нерастворимость жидкостей, поэтому эти жидкости должны сильно отличаться по своей полярностью. Наибольшее значение имеют эмульсии, в которых одна из фаз - вода. Вторую фазу образует неполярная или малополярная жидкость, которую независимо от природы называют маслом. Дисперсность эмульсионного раствора меняется в широких пределах - от капель размером 10-7 м до таких, которые можно увидеть невооруженным глазом.

Эмульсии получают главным образом путем механического диспергирования (встряхиванием, энергичным перемешиванием, действием ультразвука), а также выдавливанием жидкости через тонкие отверстия под высоким давлением. Применяют и конденсационные методы замены растворителя и взаимной конденсации пара, что позволяет получить высокодисперсные системы, в т.ч. и фармацевтические.

Типы

По полярности фаз различают два типа эмульсии:

  1. прямые (эмульсии первого рода), которые состоят из полярного дисперсионной среды (вода) и неполярной дисперсной фазы (масло) и обозначаются в / в;
  2. обратные (эмульсионные жидкости второго рода), в которых дисперсионная среда неполярные (масло), а дисперсная фаза полярная (вода) и обозначаются в / м.

Тип эмульсии легкий по свойствам дисперсионной среды.

Если эмульсии типа м / в не сами смачивает гидрофобную поверхность, разбавляется водой, окрашивается водорастворимым красителем (например, метиленовым синим) и проявляет значительную электрическую проводимость, то это эмульсии типа в / в. По концентрации дисперсной фазы эмульсионного раствора разделяют на:

При более высокой концентрации происходит деформирование капель, они приобретают форму многогранников, разделенных тонкими пленками дисперсионной среды.

Под микроскопом такие эмульсии напоминают пчелиные соты. Высококонцентрированные эмульсии имеют свойства гелей. Они не текут и не способны к седиментации.

Свойства

Эмульсии, как и все коллоидные и микрогетерогенные системы, агрегативно неустойчивы вследствие большого избытка поверхностной энергии на межфазной поверхности. Агрегативная неустойчивость их оказывается в произвольном слипании капель - коалесценции, которая может привести к полному расслоения эмульсии. От коалесценции отличается процесс оборотной коагуляции - флокуляции, когда образуются агрегаты капель, не слипаются, а сохраняют свою индивидуальность и при определенных условиях снова расходятся. Седиментация эмульсии - всплытия или оседания капель дисперсной фазы зависит от их дисперсности, разницы в плотности фаз, вязкости среды. Высокодисперсные эмульсионные растворы седиментационно более устойчивы, чем грубодисперсные.

Агрегативная устойчивость эмульсии тесно связана с концентрацией дисперсной фазы. В разбавленных эмульсиях свойства почти не отличаются от свойств лиофобных золей: частицы дисперсной фазы несут заряд, влияние электролитов соответствует правилу Шульце - Гарди, существует критический ζ-потенциал, многозарядные ионы изменяют знак заряда частиц. Разбавленные эмульсии обычно образуются без введения в систему эмульгаторов.

Заряд на частицах таких эмульсиях возникает в результате адсорбции ионов неорганических электролитов, которые могут присутствовать в среде в очень малом количестве, или вследствие адсорбции водородных и гидроксильных ионов воды. В разбавленных эмульсиях столкновения частиц происходят редко, что тоже повышает их агрегативную устойчивость. Для образования концентрированной эмульсии в системе необходим эмульгатор (вещество, придает устойчивость н.э.), который снижает поверхностное натяжение на границе раздела фаз. По правилу Банкрофта, эмульгаторы, которые лучше растворяются в воде, чем в масле, стабилизируют прямые эмульсии, и, наоборот, если растворимость эмульгатора в масле больше, чем в воде, он стабилизирует эмульсии типа в / о. в тип в / в стабилизируют с числом гидрофильно-липофильного баланса 8-18 (см. Поверхностно-активные вещества), обратные эмульсии - с числами 3-6.

Первые эмульгаторы называют гидрофильными, вторые - гидрофобными. Сильную эмульгирующию способностью обладают мыла с числом атомов углерода (nc) от 12 до 18 (олеат, стеараты). Они адсорбируются на межфазной границы и образуют структурные слои, обращенные ионогенных группами к воде, а неполярными цепями - к маслу. Таким образом, стабилизирующая действие эмульгатора состоит не только и не столько в снижении поверхностного натяжения, сколько в образовании структурно-механического барьера. Структурно-механический барьер образуют также твердые эмульгаторы - порошки. Например, если встряхивать минеральное масло с водой в присутствии глины, то сначала образуются два типа эмульсий: в / в и в / о. Кроме низкомолекулярных ПАВ и порошков, эффективными эмульгаторами являются высокомолекулярные ПАВ (желатин, сапонины, поливиниловые спирты и др.). Эти вещества образуют на границе раздела фаз трехмерные сетки.

Высокомолекулярные эмульгаторы также подчиняются правилу Банкрофта, поскольку сетка образуется всегда с той стороны границы разделения, где высокомолекулярное ПАВ растворимый. Эта жидкость и становится непрерывной фазой. Для получения лекарственных эмульсий особенно широко применяют оксиэтилированные неионогенные ПАВ - твины и плюроник. Вещества типа плюроник используют для получения дисперсий лекарственных препаратов, которые вводят в систему кровообращения. Они были использованы для эмульгирования перфторуглеродов, предложенных для переноса кислорода в «искусственной крови».

Поверхностно-активные вещества типа твин используют чаще всего в лекарственных эмульсиях для наружного применения. Важно знать, какой тип эмульсионных жидкостей образуется при совместном диспергировании масла и воды. Если объемы фаз примерно одинаковы, то сначала образуются и капельки масла, и капельки воды. Поэтому менее устойчивые капли коалесцируют, образуя дисперсионная среда, а более устойчивые выживают и становятся дисперсной фазой.

Тип эмульсии зависит от гидрофильно-липофильного баланса эмульгатора, гидрофильный эмульгатор дает прямое эмульгирование, а гидрофобный - обратное. Влияние гидрофильно-липофильного баланса на тип эмульсии особенно четко проявляется в явлении обращения фаз эмульсионной жидкости (то есть переход эмульсии прямого типа в обратного типа и наоборот). Нередко возникает необходимость разрушения эмульсионных растворов.

Например, к разрушению приводят чисто механические действия размешивания и перемешивания. Примером является получение сливочного масла при взбивании сливок, центрифугирования при отделении сливок от молока. Разбавленные эмульсии можно деэмульгировать добавлением электролита.

Разрушение эмульсии можно осуществить с помощью деэмульгаторов - ПАВ, которые имеют большую по сравнению с эмульгаторами поверхностную активность, но меньшую способность к образованию структурированных слоев. Эмульсии имеют большое значение в жизни человека.

Роль в биологии и медицине

Усвоения жиров в организме происходит из-за эмульгирования под влиянием желчи. Молоко, яичный белок, сливки, сметана, находящихся в эмульгированном состоянии, хорошо усваиваются. Эмульсии относятся к жидких лекарственных форм как для внешнего, так и для внутреннего применения.

При пероральном применении целесообразно использовать прямые эмульсии, а при наружном - эмульсионные растворы обратного типа, потому что вода и растворенные в ней вещества не могут проникать через кожу.

Обратные эмульсии, в частности, применяют в виде лекарственных и косметических мазей и кремов. Прямые эмульсионные растворы перфторуглеродных соединений в воде являются перспективными кровезаменителями.

Литература

  1. Клейтон В. эмульсии. - М., 1950;
  2. Перцов А.В., Чистяков Б.Е. Эмульсии. В кн .: Химическая энциклопедия: В 5 т. - М., 1998;
  3. Физическая и коллоидная химия / В.И. Кабачный, Л.К. Осипенко, Л.Д. Грицан и др. - Х., 1999.

Полезно знать

^Наверх