Zhrnutie na Farmaceutické emulzie: Typy, príprava a stabilita

Farmaceutické Emulzie: Typy, Príprava a Stabilita

ZhrnutieTest znalostíKartičkyPodcastMyšlienková mapa

Úvod

Emulzie sú disperzné systémy, kde sú kvapky jednej kvapaliny rozptýlené v druhej. Tento materiál sa zameriava na emulgátory (pravé, komplexné, nepravé a nerozpustné) a na faktory určujúce stabilitu emulzií. Nezahŕňa podrobnosti o systémoch prípravy ani o povrchovom napätí, ktoré sú pokryté inde.

Definícia: Emulgátor je látka, ktorá stabilizuje emulziu tým, že sa adsorbuje na povrchu dispergovaných kvapiek a vytvára film alebo inak znižuje tendenciu kvapiek k zrážaniu a splývaniu.

Základné typy emulgátorov

1) Pravé emulgátory (tenzidy)

  • Znižujú povrchové a medzipovrchové napätie.
  • Adsorbujú sa na povrchu dispergovaných kvapiek a tvoria film, ktorý bráni koalescencii.
  • Typ emulzie (o/v alebo v/o) určuje afinitou tenzidu k vonkajšej fáze (Bancroftovo pravidlo).

Definícia: Bancroftovo pravidlo: Vonkajšou fázou emulzie sa stane tá kvapalina, ku ktorej má tenzid väčšiu afinitu (v ktorej sa lepšie disperguje alebo rozpúšťa).

Príklad: Sodné a draselné jednosodné mydlá majú afinitu k vode a sú typicky emulgátormi pre emulzie o/v; vápenaté a horečnaté mydlá preferujú olej a stabilizujú emulzie v/o.

2) Komplexné emulgátory

  • Skladajú sa z dvoch typov amfifilných molekúl: jeden s väčšou hydrofilnou časťou (emulgátor o/v) a druhý s väčšou oleofilnou časťou (emulgátor v/o).
  • Primárny emulgátor určuje typ emulzie; sekundárny „dopĺňa“ film a zvyšuje jeho kontinuitu a pevnosť.

Praktické zloženia: kombinácie Polysorbátu (Tween) s cetylalkoholom alebo sorbitanovými estermi (Span), Polawax + cetylstearylalkohol.

3) Nepravé emulgátory (kvázi-/pseudoemulgátory)

  • Stabilizujú emulzie predovšetkým zvyšovaním viskozity vonkajšej fázy alebo pôsobením koloidného ochranného účinku.
  • Príklady: arabská guma, tragant, metylcelulóza.

Definícia: Nepravé emulgátory sú látky, ktoré neposkytujú súvislý adsorpčný film na kvapkách, ale stabilitu zabezpečujú hlavne zmenou viskozity alebo tvorbou koloidnej vrstvy.

4) Nerozpustné (pevné) emulgátory

  • Jemné práškové amfifilné látky, ktoré sú zmáčané oboma fázami a mechanicky bránia koalescencii tvorbou pevnej vrstvy.
  • Príklady: bentonit, hydroxidy Al, Mg, Ca, ZnO; koloidný oxid kremičitý.
💡 Věděli jste?Fun fact: Did you know že niektoré pevné emulgátory dokážu stabilizovať emulzie mechanicky bez tvorby klasického tekutého filmu emulgátora?

Mechanizmus stabilizácie emulzií (prehľad)

  • Emulgátor na rozhraní vytvára film (tretiu fázu), pričom medzipovrchové napätia medzi filmom a olejovou/fázou vody determinujú, ktorá fáza sa zakriví a tvorí kvapky.
  • Ak je interakcia hydrofilnej časti s vodou silnejšia, film sa zakriví k olejovej fáze a vznikne emulzia o/v; obojzvrat platí pre v/o.
  • Ionizovateľné emulgátory pridávajú náboj kvapkám; rovnaký náboj vedie k elektrickému odpudzovaniu a bráni koalescencii.

Matematické vyjadrenie sedimentácie/krémovania (Stokesov zákon)

Rýchlosť pohybu kvapiek v kontinuálnej fáze opisuje Stokesov zákon:
$$v = \frac{2 r^2 \cdot (\rho_1 - \rho_2) \cdot g}{9 \eta}$$

kde $r$ je polomer kvapiek, $\rho_1$ hustota vnútornej fázy, $\rho_2$ hustota vonkajšej fázy, $g$ gravitačné zrýchlenie a $\eta$ viskozita vonkajšej fázy.

Dôsledky:

  • Zvýšenie $r$ alebo rozdielu hustôt zvyšuje rýchlosť krémovania alebo sedimentácie.
  • Zvýšenie viskozity $\eta$ spomaľuje tieto procesy.

Faktory ovplyvňujúce stabilitu emulzií

  • Koncentrácia emulgátora: nutná minimálna koncentrácia pre tvorbu súvislého filmu; nadkritická koncentrácia v preferovanej fáze vedie k tvorbe miciel.
  • Tvorba miciel: vznik miciel v externej fáze zvyšuje jej viskozitu a môže meniť stabilitu.
  • Teplota: teploty nad $35^{\circ}\mathrm{C}$ výrazne znižujú viskozitu a podporujú koalescenciu; teploty pod 0°C môžu poškodiť emulziu mrazom.
  • pH a ióny: zmena pH alebo prítomnosť di- a viacmocných iónov môže chemicky meniť stav ionizovateľných emulgátorov a spôsobiť inverziu (o/v ↔ v/o) alebo rozpad emulzie.
  • Mechanické namáhanie a transport: pumpovanie, čerpanie a iné procesy môžu emulziu deformačne z
Zaregistruj se pro celé shrnutí
KartičkyTest znalostíZhrnutiePodcastMyšlienková mapa
Začni zadarmo

Už máš účet? Prihlásiť sa

Emulzie - emulgátory a stabilita

Klíčové pojmy: Emulgátor vytvára film na kvapkách a zabraňuje koalescencii, Bancroftovo pravidlo: tenzid preferuje vonkajšiu fázu, v ktorej sa rozpúšťa lepšie, Stokesov zákon: $v = \frac{2 r^2 (\rho_1-\rho_2) g}{9\eta}$ ovplyvňuje krémovanie/sedimentáciu, Komplexné emulgátory kombinujú hydrofilné a oleofilné molekuly pre pevnejší film, Nepravé emulgátory stabilizujú zvýšením viskozity vonkajšej fázy, Nerozpustné pevné emulgátory mechanicky zabraňujú koalescencii, Teplota nad $35^{\circ}\mathrm{C}$ zvyšuje riziko koalescencie a rozkladu emulzie, Iónové emulgátory pridávajú náboj kvapkám a zvyšujú elektrostatické odpudzovanie, Micely vznikajú pri prekročení kritickej koncentrácie a zvyšujú viskozitu, Inverzia emulzie môže nastať chemickou zmenou emulgátora alebo zmenou rozpustnosti

## Úvod Emulzie sú disperzné systémy, kde sú kvapky jednej kvapaliny rozptýlené v druhej. Tento materiál sa zameriava na emulgátory (pravé, komplexné, nepravé a nerozpustné) a na faktory určujúce stabilitu emulzií. Nezahŕňa podrobnosti o systémoch prípravy ani o povrchovom napätí, ktoré sú pokryté inde. > Definícia: Emulgátor je látka, ktorá stabilizuje emulziu tým, že sa adsorbuje na povrchu dispergovaných kvapiek a vytvára film alebo inak znižuje tendenciu kvapiek k zrážaniu a splývaniu. ## Základné typy emulgátorov ### 1) Pravé emulgátory (tenzidy) - Znižujú povrchové a medzipovrchové napätie. - Adsorbujú sa na povrchu dispergovaných kvapiek a tvoria film, ktorý bráni koalescencii. - Typ emulzie (o/v alebo v/o) určuje afinitou tenzidu k vonkajšej fáze (Bancroftovo pravidlo). > Definícia: Bancroftovo pravidlo: Vonkajšou fázou emulzie sa stane tá kvapalina, ku ktorej má tenzid väčšiu afinitu (v ktorej sa lepšie disperguje alebo rozpúšťa). Príklad: Sodné a draselné jednosodné mydlá majú afinitu k vode a sú typicky emulgátormi pre emulzie o/v; vápenaté a horečnaté mydlá preferujú olej a stabilizujú emulzie v/o. ### 2) Komplexné emulgátory - Skladajú sa z dvoch typov amfifilných molekúl: jeden s väčšou hydrofilnou časťou (emulgátor o/v) a druhý s väčšou oleofilnou časťou (emulgátor v/o). - Primárny emulgátor určuje typ emulzie; sekundárny „dopĺňa“ film a zvyšuje jeho kontinuitu a pevnosť. Praktické zloženia: kombinácie Polysorbátu (Tween) s cetylalkoholom alebo sorbitanovými estermi (Span), Polawax + cetylstearylalkohol. ### 3) Nepravé emulgátory (kvázi-/pseudoemulgátory) - Stabilizujú emulzie predovšetkým zvyšovaním viskozity vonkajšej fázy alebo pôsobením koloidného ochranného účinku. - Príklady: arabská guma, tragant, metylcelulóza. > Definícia: Nepravé emulgátory sú látky, ktoré neposkytujú súvislý adsorpčný film na kvapkách, ale stabilitu zabezpečujú hlavne zmenou viskozity alebo tvorbou koloidnej vrstvy. ### 4) Nerozpustné (pevné) emulgátory - Jemné práškové amfifilné látky, ktoré sú zmáčané oboma fázami a mechanicky bránia koalescencii tvorbou pevnej vrstvy. - Príklady: bentonit, hydroxidy Al, Mg, Ca, ZnO; koloidný oxid kremičitý. Fun fact: Did you know že niektoré pevné emulgátory dokážu stabilizovať emulzie mechanicky bez tvorby klasického tekutého filmu emulgátora? ## Mechanizmus stabilizácie emulzií (prehľad) - Emulgátor na rozhraní vytvára film (tretiu fázu), pričom medzipovrchové napätia medzi filmom a olejovou/fázou vody determinujú, ktorá fáza sa zakriví a tvorí kvapky. - Ak je interakcia hydrofilnej časti s vodou silnejšia, film sa zakriví k olejovej fáze a vznikne emulzia o/v; obojzvrat platí pre v/o. - Ionizovateľné emulgátory pridávajú náboj kvapkám; rovnaký náboj vedie k elektrickému odpudzovaniu a bráni koalescencii. ### Matematické vyjadrenie sedimentácie/krémovania (Stokesov zákon) Rýchlosť pohybu kvapiek v kontinuálnej fáze opisuje Stokesov zákon: $$v = \frac{2 r^2 \cdot (\rho_1 - \rho_2) \cdot g}{9 \eta}$$ kde $r$ je polomer kvapiek, $\rho_1$ hustota vnútornej fázy, $\rho_2$ hustota vonkajšej fázy, $g$ gravitačné zrýchlenie a $\eta$ viskozita vonkajšej fázy. Dôsledky: - Zvýšenie $r$ alebo rozdielu hustôt zvyšuje rýchlosť krémovania alebo sedimentácie. - Zvýšenie viskozity $\eta$ spomaľuje tieto procesy. ## Faktory ovplyvňujúce stabilitu emulzií - Koncentrácia emulgátora: nutná minimálna koncentrácia pre tvorbu súvislého filmu; nadkritická koncentrácia v preferovanej fáze vedie k tvorbe miciel. - Tvorba miciel: vznik miciel v externej fáze zvyšuje jej viskozitu a môže meniť stabilitu. - Teplota: teploty nad $35^{\circ}\mathrm{C}$ výrazne znižujú viskozitu a podporujú koalescenciu; teploty pod 0°C môžu poškodiť emulziu mrazom. - pH a ióny: zmena pH alebo prítomnosť di- a viacmocných iónov môže chemicky meniť stav ionizovateľných emulgátorov a spôsobiť inverziu (o/v ↔ v/o) alebo rozpad emulzie. - Mechanické namáhanie a transport: pumpovanie, čerpanie a iné procesy môžu emulziu deformačne z