Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• Вступление
• 2.5 Методы контроля качества парентеральных препаратов
• Глава 3. Особенности производства парентеральных суспензий и эмульсий
• 3.1 Эмульсии и суспензии для инъекций
• 3.2 Эмульсии для парентерального питания
• 3.3 Антигемолитические эмульсии
• 3.4 Эмульсии для кровезамещения
• Глава 4. Практическая часть
• 4.1 Описание препарата
• 4.2 Материальный баланс
• 4.3 Рабочая пропись
• Выводы
• Список использованной литературы

Вступление

Введение растворов для инъекций, осмотическое давление которых отличается от осмотического давления кровяной плазмы, вызывает резкую боль, ощущение которой тем сильнее, чем больше осмотическая разница. Возможность устранения ощущения резкой боли при использовании инъекционных растворов путем введения вспомогательных веществ для изотонирования и объясняется актуальность данной темы.

Ассортимент препаратов для поддержания и восстановления объема и состава внутри- и внеклеточной жидкости представлен довольно широко как отечественными, так и зарубежными производителями. Инфузионная терапия является составной частью комплекса терапевтических мероприятий, проводимых при заболеваниях и повреждениях, сопровождающихся значительными патологическими изменениями в основных органах и системах и широко используемых, в первую очередь, при оказании экстренной медицинской помощи и интенсивной терапии. В основе инфузионной терапии лежит длительное (в течение нескольких часов и даже суток) парентеральное введение в организм значительных объемов жидкости, содержащей метаболически активные компоненты.

К инфузионным лекарственным средствам предъявляются требования, которые включают в соответствующую нормативно-техническую документацию. В ГФ Украины включено общую статью, относящуюся к этим лекарственным формам: «Лікарські засоби для парентерального застосування». лекарственный инфузионный ампула кровезамещение

Эмульсии для парентерального питания - высокодисперсные гетерогенные системы, представляющие собой однородную по внешнему виду лекарственную форму, состоящую из взаимно нерастворимых жидкостей.

Положительные качества эмульсий для внутривенных инфузий:

· возможность солюбилизации лекарственных веществ с низкой растворимостью в воде;

· возможность получения стабильных препаратов из соединений, подверженных гидролизу в водной среде;

· возможность уменьшения раздражающего или токсического действия внутривенно вводимых лекарственных веществ;

· возможность получения лекарственных форм пролонгированного действия;

· возможность доставки лекарственных веществ непосредственно к органам-мишеням.

В связи с высокой энергетической ценностью жира (более 9 ккал/г), а также с наличием в жировых эмульсиях углеводов, калорийность их значительно превышает аналогичный показатель других препаратов для парентерального питания.

Суспензии для инъекций должны быть достаточно стабильны для обеспечения необходимой дозы при введении. В них может наблюдаться осадок, который при взбалтывании до однородной массы должен сохранять однородность в течение 5 мин. Также суспензии должны свободно проходить в шприц сквозь иглу.

Сложная технологическая задача - выбор метода стерилизации, так как при высокой температуре в суспензиях может происходить укрупнение размера частиц дисперсной фазы.

Поэтому вопросы технологии изготовления суспензий и эмульсий для парентерального применения очень актуальны и будут рассмотрены в данной работе.

Глава 1. Основы технологии суспензий и эмульсий

1.1 Характеристика суспензий и эмульсий

Суспензия -- жидкая лекарственная форма, содержащая в качестве дисперсной фазы одно или несколько измельченных порошкообразных веществ, распределенных в жидкой дисперсионной среде. Суспензии выпускаются готовыми к применению или в виде порошков и гранул, предназначенных для приготовления суспензий, к которым перед применением прибавляют воду или другую жидкость. Размер частиц дисперсной фазы в суспензиях может быть в пределах от 0,1 до 1 мкм (в тонких суспензиях) или более 1 мкм (в грубодисперсных суспензиях).

По способу применения суспензии классифицируют: для внутреннего, наружного и парентерального. Суспензии для парентерального применения вводят в организм только внутримышечно. Не допускается изготовление суспензий, содержащих сильнодействующие и ядовитые вещества, употребление которых при неточном дозировании может привести к нежелательным последствиям.

Суспензии как лекарственная форма микрогетерогенной системы, относятся к неустойчивым системам и со временем расслаиваются. Скорость седиментации (осаждения) частиц твердой фазы зависит от степени их дисперсности и находит отражение в законе Стокса.

Согласно закону Стокса, устойчивость суспензии прямо пропорциональна вязкости дисперсионной среды, обратно пропорциональна квадрату диаметра взвешенных частиц, разности плотностей дисперсной фазы и дисперсионной среды и ускорению силы тяжести. Поэтому на некоторые величины можно влиять в направлении достижения максимальной устойчивости суспензий. Однако приведенная формула является лишь приближенным отражением факторов, от которых зависит устойчивость суспензий, и не отражает всего комплекса явлений, происходящих на границе раздела фаз. Эти явления зависят также от величины смачиваемости гидрофильных или гидрофобных частиц, присутствующих в гетерогенной дисперсной системе.

Гидрофобные частицы легко слипаются, образуя агрегаты- хлопья, которые быстро оседают или всплывают, если плохо смачиваются водой, -- такое явление называется флоккуляцией.

Эмульсия -- однородная по внешнему виду лекарственная форма, состоящая из взаимно нерастворимых тонкодиспергированных жидкостей, предназначенная для внутреннего, наружного или парентерального применения. Эмульсии относятся к микрогетерогенным системам, состоящим из дисперсной фазы и дисперсионной среды. Различают два основных типа эмульрий -- дисперсии масла в воде (м/в) и воды в масле (в/м). Для их приготовления в качестве масляной фазы используют персиковое, оливковое, подсолнечное, касторовое, вазелиновое и эфирные масла, а также рыбий жир, бальзамы и другие несмешивающиеся с водой жидкости.

Кроме того, есть и «множественные» эмульсии, в каплях дисперсной фазы которых диспергирована жидкость, являющаяся дисперсионной средой.

При разработке составов и технологии эмульсий необходимо учитывать общие свойства ингредиентов, способ получения, реологические, электрические и диэлектрические свойства, а также стабильность при хранении.

Проблема физической стабильности является центральной в технологии эмульсий. Различается несколько видов неустойчивости эмульсий.

Термодинамическая неустойчивость -- свойственна эмульсиям как дисперсным системам со значительной поверхностью раздела фаз, обладающей избытком свободной энергии. При этом выделяются отдельные фазы эмульсии. При слиянии отдельных капель дисперсной фазы в агрегаты наблюдается флоккуляция, соединение всех укрупненных капель в одну большую является коалесценцией.

Кинетическая неустойчивость может проявляться в виде осаждения частиц дисперсной фазы (седиментация) или их всплывание (кремаж) под влиянием силы тяжести согласно закону Стокса.

Третий вид нестабильности -- обращение (инверсия) фаз, т. е. изменение состояния эмульсии от м/в в в/м, или наоборот. Надо отметить, что несмотря на быстрое развитие техники эмульгирования, теория эмульгирования и суспендирования до сих пор явно отстает от практики и приготовление эмульсий остается эмпирической областью. Основы знаний об эмульсиях относятся чаще к идеализированным моделям или к простым системам (например, бензол--вода). В промышленном производстве в основном готовятся эмульсии, имеющие сложный состав.

1.2 Стабилизация суспензий и эмульсий

С целью повышения агрегативной устойчивости в суспензии и эмульсии вводят стабилизаторы-эмульгаторы и стабилизаторы - загустители, которые понижают, межфазное поверхностное натяжение на границе раздела двух фаз, образуют прочные защитные оболочки на поверхности частиц, повышают вязкость дисперсионной среды.

Значительная стабилизация, предотвращающая флоккуляцию, коалесценцию и кинетическую неустойчивость, может быть достигнута, если в объеме дисперсионной среды и на границе раздела фаз возникает структурно-механический барьер, характеризующийся высокими значениями структурной вязкости.

Введение поверхностно-активных веществ позволяет ускорить резорбцию лекарств, они выполняют роль пластификаторов, улучшая структурно-механические свойства дисперсных систем. При выборе эмульгаторов для фармацевтических эмульсий рекомендуется учитывать механизм их стабилизации, токсичность, величину рН, химическую совместимость с лекарственными веществами.

Для стабилизации эмульсий эмульгаторы используют в широком диапазоне концентраций от 0,1 до 25%. По способности стабилизировать эмульсии их подразделяют на эмульгаторы первого (м/в) и второго (в/м) рода. По химической природе эмульгаторы делятся на три класса: вещества с дифильным строением молекул, высокомолекулярные соединения, неорганические вещества. По способу получения они могут быть синтетические, полусинтетические и природные. Последние подразделяются на эмульгаторы животного и растительного происхождения.

К высокомолекулярным эмульгаторам относятся желатин, белки, поливиниловый спирт, полисахариды. На поверхности раздела фаз они образуют трехфазную сетку с определенными параметрами. Стабилизация в данном случае происходит за счет создания структурно-механического барьера в объеме дисперсионной среды.

Наибольшее значение в качестве эмульгаторов имеют низкомолекулярные ПАВ, которые по способности к ионизации в воде подразделяют на 4 класса: анионные, катионные, неионогенные и амфолитные. Из первой группы наиболее часто используют мыла и натриевые соли сульфоэфиров высших жирных кислот (натрия лаурилсульфат). Из второй группы рекомендованы соли четвертичных аммониевых и пиридиновых соединений, которые обладают еще и бактерицидным действием (бензалконий хлорид, этоний, цетилпиридиний хлорид и др.) Их рекомендуют включать в состав эмульсий также в качестве консервантов и антисептиков. Из третьей группы наибольшее применение нашли ПАВ, относящиеся к высшим эфирным спиртам и кислотам -- это сложные эфиры гликолей и жирных кислот, спены (полиоксиэтиленгликолевые эфиры высших жирных спиртов, кислот и спенов, жиросахара, твин-80, препарат ОС-20, пентол, эмульгаторы Т-2, МГД, МД, спирты синтетические жирные первичные фракции С 16 --С 21).

Для четвертой группы ПАВ характерно содержание в молекуле нескольких полярных групп; в воде они могут ионизироваться с образованием либо длинноцепочечных анионов, либо катионов, что придает им свойства анионных или катионных ПАВ. Обычно эти ПАВ содержат одновременно аминогруппу с сульфоэфирной карбоксильной или сульфонатной группами (бетаин, лецитин).

В последние годы большое распространение получило йрименение неионогенных ПАВ. Они не оказывают раздражающего действия, повышают резорбцию лекарственных препаратов, устойчивы к воздействию кислот, щелочей и солей, хорошо смешиваются с органическими растворителями и совместимы с большинством лекарственных веществ.

Для повышения химической стабилизации эмульсий и суспензий их рекомендуется хранить при низких температурах, защищать от воздействия воздуха и света, вводить антиоксиданты: бутилокситолуол, бутилоксианизол, пропилгаллат и др.

Природа и полярность масляной фазы также влияют на эмульгирующую способность ПАВ и стабильность эмульсий. Так, эмульсии, содержащие длинноцепочечные алканы, более устойчивы; эмульсии с растительными маслами менее стабильны, чем с минеральными.

Соотношения между маслом, водой и ПАВ влияет на тип эмульсий, реологические свойства и стабильность.

В технологии выделяют так называемые микроэмульсии, образуемые при определенных соотношениях между ингредиентами. Это прозрачные системы, содержащие сферические агрегаты масла и воды, диспергированные в другой жидкости и стабилизированные ПАВ, при этом диаметр капель составляет от 10 до 200 нм. В отличие от обычных эмульсий, они являются термодинамически стабильными системами и могут храниться годами, не расслаиваясь.

Для повышения стабильности эмульсий м/в рекомендуется способ приготовления, основанный на инверсии фаз. Оба эмульгатора сплавляют с масляной фазой при температуре 70--75 °С, добавляют часть горячей воды и эмульгируют (образуется эмульсия в/м). Затем приливают остальную воду, при этом происходит инверсия фаз.

Наиболее вязкие и структурированные эмульсии получаются при диспергировании эмульгатора м/в и высших жирных спиртов в водной среде при 70--75 °С с последующим введением масляной фазы (при 60 °С) и охлаждением смеси до комнатной температуры.

Эмульсионные и суспензионные лекарственные формы являются перспективными для применения в медицинской практике. В их состав можно вводить гидрофильные и лиофильные вещества, совмещать несмешивающиеся жидкости, маскировать неприятный вкус, регулировать биодоступность лекарственных веществ и устранять их раздражающее действие на кожу и слизистые.

На высвобождение и биодоступность лекарственных веществ из эмульсий и суспензий влияют многие факторы, важнейшими из которых являются: тип эмульсий, свойства дисперсной среды, вид эмульгатора, дисперсность частиц. Для целенаправленного влияния на биодоступность необходимо учитывать гидрофильность и лиофильность лекарственных веществ; фазу локализации лекарственного вещества (вода, масло и др.). В зависимости от этих факторов необходимо подбирать технологические приемы приготовления эмульсий и суспензий.

1.3 Промышленное производство суспензий и эмульсий

При приготовлении в заводских условиях суспензий и эмульсий находят применение следующие способы: смешение, размалывание в жидкой среде, раздробление с помощью ультразвука.

Выбор способа приготовления этих лекарственных форм зависит от ожидаемой степени дисперсности входящих лекарственных и вспомогательных веществ. Микрокристаллические взвеси можно получить конденсационным способом или направленной кристаллизацией при смешивании растворов в определенных температурных условиях и значениях рН и др.

Смешение фаз. Простым смешением фаз могут быть получены лишь легко образующиеся эмульсии. Они, как правило, грубо- и полидисперсны и для повышения устойчивости нуждаются в дополнительной гомогенизации.

Для этих целей используют различные мешалки общего типа -- якорные, планетарные, пропеллерные и другие.

Кроме мешалок общего типа, в некоторых случаях применяются различные конструкции специальных мешалок, например дисковые, барабанные.

Дисковые мешалки представляют собой конструкцию из двух дисков, укрепленных на небольшом расстоянии друг от друга на вертикальном валу и вращающихся с большой скоростью в направляющих цилиндрах (рис. 1). Каждый из дисков снабжен отверстиями специальной формы и представляет собой сплошной плоский или сужающийся к периферии диск, диаметр которого составляет 1/0,1--0,15 от диаметра аппарата. Для того чтобы устранить вращение жидкости, на крышке сосуда, в котором ведут перемешивание, укреплены три вертикальные перегородки. При вращении дисков слои жидкости, находящиеся под нижним диском, поднимаются с большой скоростью по оси нижнего направляющего цилиндра, а слои жидкости, находящиеся выше верхнего диска, опускаются вниз по оси верхнего направляющего цилиндра. Столкновение потоков вызывает завихрения во всем объеме жидкости, что соответствует интенсивному перемешиванию. Окружная скорость очень велика -- 5--35 м/сек. Эти мешалки применяются для перемешивания частиц твердых материалов с вязкими жидкостями, или жидкостей с разным удельным весом цилиндра. Столкновение потоков вызывает завихрения во всем объеме жидкости, что соответствует интенсивному перемешиванию. Окружная скорость очень велика -- 5--35 м/сек. Эти мешалки применяются для перемешивания частиц твердых материалов с вязкими жидкостями, или жидкостей с разным удельным весом.

Рис. 1. Дисковая мешалка

Барабанная мешалка (рис. 2) представляет собой барабан типа беличьего колеса. Такие мешалки создают интенсивное перемешивание жидкостей при соблюдении следующих соотношений -- диаметра барабана к диаметру сосуда от 1:4 до 1:6, диаметра барабана к высоте -- 2:3. Для приготовления эмульсий и суспензий высоту заполнения сосуда принимают десятикратной диаметру барабана.

Рис. 2. Барабанная мешалка

Следует подчеркнуть, что эти мешалки применяются для приготовления эмульсий и суспензий с твердыми частицами, имеющими большой удельный вес. Барабанный смеситель является аппаратом периодического действия. Он прост по устройству, но требует значительного времени для смешивания, что является его недостатком.

Вибрационные мешалки имеют вал с закрепленными на нем одним или несколькими перфорированными дисками (рис. 3). Диски совершают возвратно-поступательное движение, при котором достигается интенсивное перемешивание содержимого аппарата. Энергия, потребляемая мешалками этого типа, невелика, поэтому они используются для перемешивания жидких смесей и суспензий преимущественно в аппаратах, работающих под давлением. При использовании вибрационных мешалок время, необходимое для растворения, гомогенизации и диспергирования, значительно сокращается, поверхность жидкости остается спокойной, воронки не образуется. Вибрационные мешалки изготовляются диаметром до 300 мм и применяются в аппаратах емкостью не более 3 м 3 .

Рис. 3. Устройство дисков вибрационных мешалок

Тонкодисперсные эмульсии получают с помощью турбинных установок. В турбинном распылителе (рис. 4) дисперсная фаза подается по трубе 2 снизу, а дисперсионная среда 3 сверху. При вращении турбины 1 обе фазы перемешиваются, с большой скоростью вылетают, распыляясь, через сопла 4 и образуют эмульсию.

Рис. 4. Схемп турбинного распылителя для получения эмульсий

Размалывание в жидкой среде. Для приготовления суспензий и эмульсий, содержащих твердые вещества, применяются роторно-пульсационные аппараты и коллоидные мельницы различных конструкций.

При получении дисперсных систем РПА могут быть погружены в реактор с обрабатываемой средой или вне реактора.

Гомогенизация в РПА достигается путем интенсивного механического воздействия на частицы дисперсной фазы, вызывающего турбулизацию и пульсацию смеси. Существуют усовершенствованные конструкции РПА с раздельной подачей компонентов обрабатываемой среды по специальным каналам статора, с лопастями и диспергирующими телами (шары, кольца и др.) на роторе или статоре, с роликовыми подшипниками в обоймах, с рифлеными поверхностями рабочих частей и различного рода зазорами между ними. Чем меньше зазор между вращающимися и неподвижными цилиндрами, тем выше получаемая степень дисперсности.

В РПА таких конструкций намного повышается эффективность диспергирования.

С увеличением содержания твердой фазы в суспензиях повышается эффективность диспергирования в РПА, так как дополнительно имеет место интенсивное механическое трение частиц дисперсной среды друг с другом. Затем полученная концентрированная суспензия смешивается с остальной частью дисперсионной среды.

С помощью РПА можно совмещать операции диспергирования и эмульгирования, что обеспечивает получение многофазных гетерогенных систем, таких, как эмульсионно-суспензионные линименты стрептоцида, синтомицина и др.

В современных коллоидных мельницах размалывание происходит в жидкой среде при помощи удара и растирания. Чаще всего в промышленности используют бильные и виброкавитационные мельницы.

Для гомогенизации эмульсий применяют также специальные аппараты-гомогенизаторы, имеющие различное устройство. Так, грубодисперсная эмульсия под высоким давлением может продавливаться через узкие каналы и щели гомогенизатора, либо под воздействием центробежной силы, возникающей при вращении диска, находящегося в гомогенизаторе другого типа, проходить через его щели, распыляясь до состояния тумана.

1.4 Стандартизация суспензий и эмульсий

Оценка качества готовой продукции проводится путем оценки уровня требований, заложенных в НТД по содержанию действующих веществ. Регламентируется также показатель значения рН среды, степень дисперсности частиц твердой фазы в суспензиях и капель эмульсий, скорость оседания частиц дисперсной фазы суспензий. Контролируется термостабильность и морозостойкость эмульсий: при выдерживании пробы эмульсии (30,0 г) в термостате при 45 °С в течение 8 ч отделившийся масляный слой не должен превышать 25% общей высоты эмульсии. При охлаждении до 20 °С в течение 10 ч и после отстаивания при комнатной температуре не должно быть расслоения. К суспензиям для парентерального введения предъявляются дополнительные требования, указанные в статье ГФ «Инъекционные лекарственные формы».

Хранение. Суспензии и эмульсии хранят в стеклянных флаконах или банках темного стекла, плотно закрытых крышкой, в прохладном, защищенном от света месте, с указанием на этикетке срока действия препарата. Суспензии и эмульсии выпускаются фармацевтической промышленностью как самостоятельные лекарственные формы, а также входят в состав линиментов (жидких мазей).

Глава 2. Основы технологии парентеральных лекарственных средств

2.1 Общая характеристика парентеральных препаратов

Лекарственные средства для парентерального применения -- это стерильные препараты, предназначенные для введения путем инъекций, инфузий или имплантаций в организм человека или животного. К ним относятся растворы, эмульсии, суспензии, порошки и таблетки для получения растворов и имплантации, лиофилизированные препараты, вводимые в организм парентерально (подкожно, внутримышечно, внутривенно, внутриартериально, в различные полости).

В настоящее время среди всех готовых лекарственных средств, выпускаемых отечественной фармацевтической промышленностью, на долю парентеральных препаратов приходится около 30%. Инъекционные лекарственные формы занимают значительное место в номенклатуре лекарственных средств. На инъекционные препараты в различных фармакопеях мира приходится от 10% до 15% статей.

Инъекции (впрыскивания) -- это обособленная группа жидких лекарственных форм, вводимых в организм при помощи специальных устройств с нарушением целостности кожных или слизистых покровов.

Инфузии (вливания) -- стерильные лекарственные формы, вводимые в организм паретретально в количествах более 100 мл капельно или струйно.

Инъекционные растворы -- сравнительно молодая лекарственная форма. Впервые подкожно впрыскивания лекарств были осуществлены в начале 1851 г. русским врачом Владикавказского военного госпиталя Лазаревым.

Парентеральный путь введения в организм лекарств имеет ряд преимуществ:

· быстрое действие и полная биологическая доступность лекарственного вещества;

· точность и удобство дозирования;

· возможность введения лекарственного вещества больному, находящемуся в бессознательном состоянии, или когда лекарство нельзя вводить через рот;

· отсутствие влияния секретов ЖКТ и ферментов печени, что имеет место при внутреннем употреблении лекарств;

· возможность создания больших запасов стерильных растворов, что облегчает и ускоряет их отпуск из аптек.

Наряду с преимуществами инъекционный путь введения имеет и некоторые недостатки:

· при введении жидкостей через поврежденный покров кожи в кровь легко могут попасть патогенные микроорганизмы;

· вместе с раствором для инъекций в организм может быть введен воздух, вызывающий эмболию сосудов или расстройство сердечной деятельности;

· даже незначительные количества посторонних примесей могут оказать вредное влияние на организм больного;

· психоэмоциональный аспект, связанный с болезненностью инъекционного пути введения;

· инъекции лекарств могут осуществляться только квалифицированными специалистами.

В зависимости от способа введения инъекции подразделяются на: подкожные, внутримышечные, внутривенные, внутриартериальные, внутриполостные, внутрисуставные. В последнее время применяются менее болезненные методы безигольного введения инъекционных растворов в виде тончайшей (около 0,1--0,12 мм диаметром) струи под высоким давлением, которая выдается из отверстия специального инъектора со скоростью 300 м/с и проникает через кожный покров на глубину 3 см. С этой целью применяются ручные инъекторы типа «Пчелка», «Hynospray», «Jetinjection».

Парентеральное применение препаратов предполагает нарушение кожного покрова, что связано с возможным инфицированием патогенными микроорганизмами и введением механических включений. Поэтому стерильное производство по сравнению с другими отраслями промышленности имеет специфические особенности, которые диктуются требованиями к инъекционным лекарственным формам. Главные из них -- отсутствие механических примесей, стерильность, стабильность, апирогенность, изотоничность, изоионичность, изогидричность (последние три требования предъявляются к отдельным инъекционным растворам, что указывается в соответствующей нормативно-технической документации (НТД)).

Уровень требований Государственной фармакопеи СССР (ГФ XI) к лекарственным средствам для парентерального применения Уступает уровню требований ведущих фармакопей мира, поэтому Для гармонизации национальной нормативно-технической Документации (НТД) с документацией Европейского Сообщества в 2001 году разработана статья «Лекарственные средства для парентерального применения» Государственной Фармакопеи Украины.

2.2 Производство ампул в заводских условиях

Задача современного фармацевтического предприятия -- приготовление в оптимальных условиях высококачественных фармацевтических препаратов и доставка, гарантирующая их качество, к потребителю. При производстве стерильной продукции предъявляются высокие требования как к сосудам для инъекционных препаратов, так и к упаковочным средствам.

Инъекционные лекарственные формы выпускаются в сосудах из стекла (ампулы, флаконы), пластмассовых упаковках из полимерных материалов (флаконы, шприц-ампулы, гибкие контейнеры).

Сосуды для инъекционных лекарственных форм подразделяют на две группы:

· одноразовые, содержащие определенное количество препарата, предназначенное для однократной инъекции;

· многодозовые, обеспечивающие возможность многократного отбора из сосуда, содержащего определенное количество препарата, без нарушения стерильности.

К одноразовым сосудам относят шприц-ампулу. Это тюбики из полимерных материалов с инъекционной иглой, защищенной колпачком. Пример многодозовых сосудов -- флаконы емкостью 50, 100, 250, 500 мл, изготовленные из стекла или полимерных материалов. Перспективными сосудами для инфузионных растворов считают гибкие контейнеры, изготовленные из поливинилхлорида (ПВХ).

Наиболее распространенной в группе одноразовых сосудов следует назвать ампулу.

Ампулы представляют собой стеклянные сосуды различной емкости (1, 2, 3, 5, 10, 20 и 50 мл) и формы, состоящие из расширенной части -- корпуса (пульки), куда помещаются лекарственные вещества (в растворе или другом состоянии) и 1 -- 2 капилляра («стебли»), служащие для наполнения и опорожнения ампул. Капилляры могут быть ровные или с пережимом.

Пережим на капилляре препятствует попаданию раствора в верхнюю его часть при запайке и улучшает условия вскрытия ампул перед инъекцией. Извещением 0712.1-98 об изменении ТУ У 480945- 005-96 введены новые ампулы с цветным кольцом излома.

На поверхности и в толще стекла ампул не допускаются: продавливаемые и непродавливаемые (шириной более 0,1 мм) капилляры; свиль, ощутимая рукой; стекловидные включения, сопровождаемые внутренними напряжениями; сколы; посечки; инородные включения.

Ампулы должны соответствовать форме и геометрическим размерам, указанным в НТД и комплекте технической документации, утвержденной в установленном порядке.

Отклонение от округлости ампул, определяемое разностью двух взаимно перпендикулярных диаметров, не должно превышать предельных отклонений на диаметр.

Ампулы изготавливают обычно из бесцветного стекла, иногда -- из желтого и очень редко из цветного, с плоским донышком, хотя по технологическим причинам донышко ампулы должно быть вогнуто вовнутрь. Это обеспечивает устойчивость ампулы и возможность осадить в этой «канавке» образовавшиеся при вскрытии осколки стекла. Дно должно обеспечивать устойчивость пустой ампулы с обрезанным стеблем на горизонтальной плоскости. Допускается вогнутость дна ампул не более 2,0 мм.

В Украине выпускаются ампулы шприцевого и вакуумного наполнения с различной маркировкой.

2.3 Особенности парентеральных препаратов

Технология инъекционных препаратов -- сложное многостадийное производство, включающее как основные, так и вспомогательные процессы.

Изготовление растворов для инъекций проводят в специальных помещениях первого или второго класса чистоты с соблюдением правил асептики. Приготовление водных или невязких растворов для инъекций проводят массообъемным методом, с использованием герметически закрываемых реакторов, снабженных рубашкой и перемешивающим устройством. В тех случаях, когда плотность растворителя значительно отличается от плотности воды, используют весовой метод, при котором и лекарственное вещество, и растворитель берут по массе. Растворение медленно- или труднорастворяющихся лекарственных веществ ведут при нагревании и перемешивании.

Стадия приготовления раствора включает следующие операции: растворение, изотонирование, стабилизация, введение консервантов, фильтрование.

В зависимости от свойств лекарственных веществ некоторые из операций могут быть исключены, например изотонирование, стабилизация, введение консервантов.

Среди инъекционных растворов особую группу составляют изотонические, под которыми понимают растворы с осмотическим давлением, равным осмотическому давлению жидкостей организма (плазмы крови, лимфы, спинно-мозговой жидкости и т. д.) Осмотическое давление растворов является следствием теплового движения молекул растворенного вещества, стремящегося занять возможно больший объем. В организме оно поддерживается на постоянном уровне действием саморегуляторов. Осмотическое давление плазмы крови в норме держится на уровне 72,52х10 4 Н/м 2 (Па), или 7,4 атм. Растворы с меньшим осмотическим давлением называются гипотоническими, с большим -- гипертоническими.

При введении большого количества растворов в виде внутрисосудистых инъекций осмотическое давление жидкостей организма нарушается, так как клеточные оболочки, обладая свойством полупроницаемости, пропускают воду и препятствуют проникновению многих растворенных в ней веществ. В связи с этим, если клетка снаружи окружена раствором с иным осмотическим давлением, чем давление внутри клетки, происходит движение воды в клетку или из клетки до выравнивания концентрации, т. е. наблюдается явление осмоса.

При введении в кровь гипертонического раствора (Р раствора > Р внутри клетки) -- вода выходит из клетки. Она обезвоживается, вследствие чего наступает плазмолиз, при котором эритроциты сморщиваются.

При введении гипотонического раствора (Р раствора < Р внутри клетки) жидкость переходит вовнутрь клетки до момента выравнивания концентрации. Клетка разбухает, клеточная оболочка при этом может лопнуть, а клетка погибнуть. Данный процесс называют лизис, а для эритроцитов -- гемолиз.

Кроме того, внутримышечное и подкожное введение неизотонированных растворов вызывает боль, причем она тем сильнее, чем резче осмотическая разница. Поэтому при внутрисосудистом применении некоторых инъекционных растворов необходимо их изотонирование.

Изотонические концентрации лекарственных веществ в растворах можно рассчитать следующими методами:

· метод, основанный на законе Вант-Гоффа;

· криоскопический метод, основанный на законе Рауля;

· метод эквивалентов лекарственных веществ по натрию хлориду.

За рубежом пользуются также графическим методом расчета изотонических концентраций, позволяющим по разработанным номограммам быстро, но с некоторой приближенностью определить количество натрия хлорида, необходимое для изотонирования раствора лекарственного вещества.

При изготовлении и хранении лекарственных препаратов нередко наблюдается изменение их свойств, протекающее с различной скоростью и степенью проявления. Это связано с уменьшением содержания лекарственных веществ или снижением их фармакологической активности, изменением свойств лекарственных форм и т. д. Подобные изменения влияют на срок годности (хранения) препаратов, который может колебаться от нескольких часов (растворы антибиотиков) или дней (растворы ферментов) до нескольких лет. Вопросам стабильности лекарственных средств в настоящее время уделяется большое внимание.

Протекающие в препаратах процессы можно условно классифицировать на физические, химические и биологические. Условность заключается в их взаимосвязи: химические превращения могут стать причиной изменения физических свойств, в то время как физические изменения становятся причиной нежелательных химических процессов. Биологические же процессы сопровождаются как химическими, так и физическими превращениями.

К физическим процессам, протекающим преимущественно при хранении, следует отнести укрупнение частиц дисперсной фазы, расслаивание, изменение консистенции, испарение, сублимацию и ДР-

Химические процессы протекают нередко при изготовлении препарата, особенно при термической стерилизации, и сопровождаются разнообразными химическими реакциями -- гидролиз, омыление, окислительно-восстановительные процессы, фотохимические и энзиматические превращения, реже наблюдаются полимеризация и изомеризация и др.

Биологические процессы, обусловленные жизнедеятельностью микроорганизмов, часто приводят к нежелательным химическим превращениям действующих веществ, иногда -- к изменению внешнего вида лекарственной формы.

Стабильность лекарственных препаратов зависит от многих факторов -- температуры хранения, освещенности, состава окружающей атмосферы, способа приготовления, т. е. технологии лекарственной формы, вспомогательных веществ, вида лекарственной формы, особенно ее агрегатного состояния, упаковки и др.

Используемые в настоящее время методы стабилизации лекарственных средств -- химический и физический, нередко применяются в комплексе, дополняя друг друга. Химические методы основаны на добавлении химических веществ -- стабилизаторов, антиоксидантов и консервантов. Физические методы базируются на защите лекарственных веществ от неблагоприятных воздействий внешней среды, применении лекарственных и вспомогательных веществ высокой степени очистки, использовании современного технологического оснащения и результатов научных исследований в технологии лекарственных форм -- применение неводных растворителей, обезвоживание препаратов, ампулирование в токе инертных газов и др.

Таким образом, стабильность препарата -- это способность биологически активного вещества сохранять физико-химические свойства и фармакологическую активность в течение определенного срока хранения, предусмотренного нормативно-технической документацией.

Источники механических загрязнений инъекционных растворов. Практически загрязнение инъекционных препаратов может происходить на всех стадиях производства. Загрязнения парентеральных препаратов делят на три типа: химические (растворимые), микробные и механические. Два последних типа загрязнений тесно связаны между собой: часто одинаковы их источники, их одновременно показывает большинство современных приборов, аналогичны и методы борьбы с ними.

Источники возможных загрязнений имеют широкий диапазон. Основные из них: воздух производственного помещения, исходное сырье и растворитель, технологическое оборудование, коммуникации, материалы первичной упаковки (ампулы, флаконы, пробки), фильтрующие перегородки, обслуживающий персонал.

Из названных источников в инъекционный раствор могут попасть частицы металла, стекла, резины, пластмасс, угля, волокна асбеста, целлюлозы и т. д. На всех твердых частицах могут быть адсорбированы микроорганизмы.

Одним из требований ГФ, предъявляемым к препаратам для инъекций, является полное отсутствие механических включений, видимых невооруженным глазом, при производстве растворов в ампулах (малые объемы). Для больших объемов растворов (100 мл и более) фармакопеи США, Великобритании, а также требования Австралии ограничивают содержание даже меньших частиц. Ужесточение требований к чистоте больших объемов растворов связано с тем, что с увеличением объема раствора большее количество механических включений поступает в организм больного.

Степень тяжести неблагоприятных последствий в случае попадания инородных частиц зависит от их размера, природы и количества. Механические включения, находящиеся в инъекционном растворе, могут привести к образованию тромбов, гранулем, аллергических реакций и других патологических явлений. Так, содержащийся в асбесте хризотил может быть причиной злокачественных новообразований. В больших объемах внутривенных вливаний могут содержаться механические включения в виде волокон целлюлозы и частиц пластмасс, наличие которых служит причиной образования микротромбов в легких.

И указанного выше следует, что введение в регламентирующие документы различных стран требований, ограничивающих количества невидимых невооруженным глазом механических частиц, является важным условием, обеспечивающим высокое качество инъекционного раствора.

Инструментальный контроль содержания механических примесей в инъекционных растворах стал возможен благодаря использованию оптико-электронных приборов. Для количественной оценки содержания механических включений в жидкостях получил распространение метод фильтрации через мембранные фильтры, применяемый и в нашей стране.

Основной недостаток данного метода -- трудоемкость и большая погрешность субъективного измерения. Этих недостатков лишен телевизионный метод, благодаря системе PMS фирмы «Millipore» для подсчета и измерения частиц, основанный также на процессе фильтрации.

Более совершенным устройством для определения содержания количества частиц в растворах служат приборы, основанные на кондуктометрическом и фотоэлектрическом методах регистрации частиц.

В Украине на основе фотоэлектрического метода разработан счетчик частиц в жидкости типа ГЗ-1. Прибор позволяет измерять частицы диаметром 5--100 мкм.

Итак, нормативно-техническая документация предъявляет высокие требования к чистоте инъекционных растворов, что достигается фильтрованием.

Важнейшая часть любого фильтра -- фильтровальная перегородка, задерживающая твердые частицы и легко отделяющая их. Она должна обладать достаточной механической прочностью, низким гидравлическим сопротивлением и химической стойкостью, обеспечивать возможность регенерации, а также быть доступной по стоимости, не изменяя при этом физико-химические свойства фильтрата.

Требования, предъявляемые к фильтрам и фильтрующим материалам для инъекционных растворов, значительно выше перечисленных.

Фильтрующие материалы должны максимально защищать раствор от контакта с воздухом; задерживать очень мелкие частицы и микроорганизмы; обладать высокой механической прочностью, чтобы препятствовать выделению волокон и механических включений; противодействовать гидравлическим ударам и не менять функциональные характеристики; не изменять физико- химический состав и свойства фильтрата; не взаимодействовать с лекарственными, вспомогательными веществами и растворителями; выдерживать тепловую стерилизацию.

Фильтровальные материалы перед употреблением должны быть обязательно промыты до полного удаления растворимых веществ, твердых частиц или волокон.

Выбор фильтрующих перегородок обусловливается физико- химическими свойствами фильтруемого раствора (растворяющая способность жидкой фазы, летучесть, вязкость, рН среды и др.), концентрацией и дисперсностью твердой фазы, требованиями к качеству фильтрата, масштабами производства и т. д.

При производстве растворов для инъекций чаще используют тонкое фильтрование как основное или предварительное, предшествующее микрофильтрованию.

Фильтрующие перегородки, используемые для данной цели, могут задерживать частицы как на поверхности, так и в глубине фильтрующего материала. В зависимости от механизма задержания частиц различают фильтры глубинные (пластинчатые) и поверхностные, или мембранные.

2.4 Методы стерилизации препаратов

По требованиям Государственной фармакопеи все готовые лекарственные препараты должны выдерживать тест на микробиологическую чистоту. Поэтому процесс стерилизации имеет большое значение при изготовлении всех лекарственных форм, а особенно инъекционных.

Под стерилизацией (обеззараживание, обеспложивание) понимают совокупность физических, химических и механических способов освобождения от вегетативных и покоящихся форм микроорганизмов (Н. Horn, 1984).

ГФ определяет стерилизацию как процесс умерщвления в объекте или удаления из него микроорганизмов всех видов, находящихся на всех стадиях развития.

Поскольку к производству стерильных лекарственных форм предъявляют высокие требования по микробиологической чистоте (надежность стерильных инъекционных препаратов должна быть не ниже 10 6), то обеспложиванию подвергаются не только готовый продукт, но и используемое оборудование, вспомогательные материалы, фильтры, растворители, исходные вещества. Выбор того или иного способа стерилизации должен основываться на экономических соображениях и технологичности обработки, включая возможность ее автоматизации. От правильно подобранного метода стерилизации зависит качество производимой стерильной продукции.

В технологии лекарственных форм промышленного производства в настоящее время используют 3 группы методов стерилизации:

· механические;

· химические;

· физические.

Микробные клетки и споры можно рассматривать как нерастворимые образования с очень малым (1--2 мкм) размером частиц. Подобно другим включениям, они могут быть отделены от жидкости механическим путем -- фильтрованием сквозь мелкопористые фильтры. Этот метод стерилизации включен в ГФ для стерилизации термолабильных растворов.

По механизму действия фильтрующие перегородки, используемые для стерильной фильтрации, подразделяют на глубинные и поверхностные (мембранные) с размером пор не более 0,3 мкм.

Глубинные фильтры характеризуются сложным механизмом задержания микроорганизмов (ситовым, адсорбционным, инерционным). Ввиду большой толщины таких фильтров удерживаются и частицы меньшего размера, чем размер пор фильтрующей перегородки.

Глубинные фильтры классифицируют на: керамические и фарфоровые (размер пор 3--4 мкм), стеклянные (около 2 мкм), бумажно-асбестовые (1 --1,8 мкм). Недостатками керамических и фарфоровых фильтров является продолжительность стерилизации, потеря раствора в порах толстого фильтра, образование микротрещин из-за хрупкости материала и, следовательно, ненадежность стерилизации.

Так, стеклянные и бумажно-асбестовые фильтры несовершенны. Стеклянные фильтры малопроизводительны, бумажно-асбестовые фильтры не рекомендуются для стерилизации инъекционных растворов, поскольку они состоят из волокнистых материалов и имеется угроза отрыва волокон от фильтра. Попадая в организм с раствором, такие волокна могут вызывать различные патологические реакции.

В последние годы большое распространение для стерилизующей фильтрации получили микропористые мембранные фильтры. Они лишены недостатков, присущих стеклянным и бумажно-асбестовым фильтрам.

Мембранные фильтры представляют собой тонкие (100-- 150 мкм) пластины из полимерных материалов, характеризующиеся ситовым механизмом задержания микроорганизмов и постоянным размером пор (около 0,3 мкм). Во избежание быстрого засорения фильтра мембраны используют в сочетании с префильтрами, имеющими более крупные поры. При стерилизации больших объемов растворов оптимальным является применение фильтров обоих типов.

Использование глубинных и мембранных фильтров обеспечивает необходимую чистоту, стерильность и апирогенность раетворов для инъекций.

Стерилизующая фильтрация имеет преимущества по сравнению с методами термической стерилизации. Для многих растворов термолабильных веществ (апоморфина гидрохлорид, викасол, барбитал натрия и другие) его признают единственно доступным методом стерилизации. Метод весьма перспективный в производстве глазных капель.

Методы основаны на высокой специфической (избирательной) чувствительности микроорганизмов к различным химическим веществам, что обусловливается физико-химической структурой их клеточной оболочки и протоплазмы. Механизм антимикробного действия многих таких веществ еще недостаточно изучен. Считают, что некоторые вещества вызывают коагуляцию протоплазмы клетки, другие -- действуют как окислители. Ряд веществ влияет на осмотические свойства клетки, многие химические факторы вызывают гибель микробиологической клетки благодаря разрушению ферментной системы. Основа любого варианта химической стерилизации -- взаимодействие бактерицидного вещества с компонентами микробной клетки или споры.

Химическая стерилизация подразделяется на стерилизацию растворами (веществами) и стерилизацию газами (газовая стерилизация).

Стерилизацию растворами (веществами) серийно выпускаемой инъекционной продукции в заводских условиях не используют, так как введение в раствор постороннего биологически активного вещества нежела тельно из-за возможных химического взаимодействия стерилизующего агента с действующими компонентами и побочных действий этого агента на организм человека. Еще одно принципиальное ограничение данного метода связано с тем, что практически любое бактерицидное вещество обладает определенной селективностью и его эффективность проявляется при высоких концентрациях или часто в определенных интервалах рН, недопустимых для живых организмов. Этот вид стерилизации используют для обеззараживания различной аппаратуры, трубопроводов и другого оборудования, применяемого в производстве стерильной продукции.

К своеобразной химической стерилизации следует отнести метод стерилизации газами. Преимущество метода -- возможность стерилизации объектов в пластмассовой упаковке, проницаемой для газов. При химической стерилизации газами погибают все вегетативные формы микроорганизмов и плесневые грибы.

Главный недостаток химических методов стерилизации -- необходимость освобождения простерилизованного объекта от остатков стерилизанта и продуктов возможного взаимодействия. Широкое распространение метода затруднительно из-за длительности стерилизации, высокой стоимости, возможности побочного действия химического агента на обслуживающий персонал. Тем не менее для ряда лекарственных препаратов -- это единственно надежный способ стерилизации в современных условиях.

Использование консервантов. Добавление консервантов условно можно отнести к методам химической стерилизации. Введение консервантов в растворы проводится в тех случаях, когда нельзя гарантировать сохранение стерильности. При этом возможно снижение температуры стерилизации или сокращение времени ее проведения.

Механизмы воздействия консервантов на микроорганизмы очень различны и определяются их химическим строением. Как к основному результату при этом следует отнести нарушение жизненных функций клетки, в частности инактивацию белковой части клеточных ферментов. В зависимости от степени инактивации наступает либо гибель клетки, либо замедление ее жизненных функций.

В настоящее время монопольное положение среди возможных методов стерилизации в фармацевтическом производстве занимает тепловая стерилизация.

В зависимости от температурного режима тепловая стерилизация подразделяется на стерилизацию:

· паром под давлением (автоклавирование);

· текучим паром;

· тиндализацию;

· воздушную.

Стерилизация паром под давлением. Автоклавирование -- стерилизация растворов, устойчивых к нагреванию, паром под давлением 1,1 атм при температуре 119--121 °С. В данных условиях погибают не только вегетативные, но и споровые микроорганизмы за счет коагуляции белка клетки.

Этот традиционный способ стерилизации сегодня предпочтителен по трем причинам. Во-первых, он дает возможность стерилизации препаратов в конечной герметичной упаковке, что исключает опасность вторичной контаминации. Во-вторых, благодаря длительной практике использования он обеспечен достаточно надежной аппаратурой. И в-третьих, на сегодняшний день он наиболее экономичен.

При применении данного метода происходит комбинированное воздействие на микроорганизмы высокой температуры и влажности, при этом погибают самые стойкие споры. Коагуляция белковых веществ в этих условиях начинается при температуре 56 °С.

Стерилизация текучим паром. Растворы веществ термически малоустойчивые иногда стерилизуют при 100 °С текучим паром (без примеси воздуха и избыточного давления). Насыщенный пар убивает только вегетативные формы микроорганизмов и при наличии в объекте споровых форм метод неэффективен.

Тиндализация (дробная стерилизация). Для термолабильных веществ, а также для растворов в шприц-ампулах стерилизацию иногда проводят методом тиндализации. Суть метода заключается в трехкратном нагревании растворов до 40--60 °С с перерывами в сутки, в течение которых объекты термостатируют при температуре 37±1 °С для прорастания споровых форм в вегетативные.

Стерилизация сухим жаром (воздушная стерилизация).

Стерилизация сухим жаром, проводимая в аэростерилах или других аппаратах этого типа, также высокоэффективна. Погибают все формы микроорганизмов за счет пирогенетического разложения белковых веществ. Однако высокая температура нагрева (160-- 200 °С), длительное время воздействия (1--2 ч) и сухой горячий воздух оказывают повреждающее действие на стерилизуемые объекты и, следовательно, ограничивают возможности данного способа.

...

Подобные документы

Эмульсии как дисперсная система и лекарственная форма. Свойства и условия их стабильности. Высвобождение и биодоступность лекарственных веществ из эмульсий. Химическая стабилизация эмульсий. Анализ технологии изготовления семенных и масляных эмульсий.

курсовая работа , добавлен 19.01.2015


Изучение возможных методов стабилизации лекарственных форм экстемпорального изготовления (суспензий, эмульсий), правил и целесообразности их применения в условиях аптеки. Стабилизация инъекционных растворов. Требования, предъявляемые к консервантам.

курсовая работа , добавлен 14.11.2013


Требования ГФ предъявляемые к суспензиям. Устойчивость суспензионных препаратов при хранении. Технология производства суспензий. Технология изготовления суспензий дисперсионным методом. Технология изготовления суспензий конденсационным методом.

курсовая работа , добавлен 16.01.2007


Изучение внутреннего распорядка и оборудования аптеки, устройство и обслуживание аквадистиллятора. Правила приготовления лекарственных порошков, водных и неводных растворов, суспензий и эмульсий. Изготовление водных извлечений (настоев и отваров).

отчет по практике , добавлен 01.06.2010


Характеристика парентеральных лекарственных форм, их преимущества и недостатки. Получение воды для инъекций в промышленных условиях. Технологические стадии приготовления растворов. Использование консервантов в производстве парентеральных препаратов.

дипломная работа , добавлен 21.08.2011


Промышленное назначение суспензий. Суспензии как дисперсная система и лекарственная форма. Суспензии для внутреннего и наружного применения. Частная технология суспензий в условиях аптеки. Изготовление суспензий в промышленных условиях, оценка качества.

курсовая работа , добавлен 21.10.2015


Фармацевтическая технология и классификация лекарственных форм; совершенствование их составов и способов изготовления. Контроль качества глазных капель и примочек растворов для инъекций, суспензий и эмульсий для внутреннего и наружного применения.

курсовая работа , добавлен 26.10.2011


Характеристика суспензии как лекарственной формы. Исследование факторов, влияющих на устойчивость гетерогенных систем. Изучение особенностей агрегативной и седиментационной устойчивости суспензий. Закон Стокса. Анализ способов выписывания суспензии.

презентация , добавлен 30.03.2015


Особенности фармакологии лекарственных средств в детском возрасте. Требования к разрабатываемым лекарственным формам для детей, технология их приготовления. Методы оценки корригирующих веществ. Современное состояние и перспективы рынка детских лекарств.

курсовая работа , добавлен 21.08.2011


Преимущества и недостатки лекарственных форм для парентерального применения. Требования к лекарственным средствам. Технологическая схема производства препаратов в ампулах. Факторы риска (потенциальные причины) ошибок применения парентеральных препаратов.

суспензии. эмульсии .

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

Классификация эмульсий.

1.По исходному материалу : масляные и семенные;

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

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

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

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

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

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

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

Молекулы ПАВ обладают дифильными свойствами.

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

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

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

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

Классификация.

По применению : для внутреннего, наружного, инъекционного применения.

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

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

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

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

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

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

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

Средой в суспензиях выступает жидкость, а фазой – твердые вещества. В эмульсиях среда – жидкость и фаза тоже жидкость.

Что такое суспензия и эмульсия

Эмульсии и суспензии – неоднородные непрозрачные системы. Между капельками вещества или частицами и молекулами растворителя не возникает ни физических, ни химических взаимодействий. Эмульсии и суспензии не устойчивые системы, они с течением времени отстаиваются и расслаиваются на дисперсионную среду и дисперсионную фазу (на два несмешивающихся вещества: воду и глину, масло и воду). Например, частицы глины в воде оседают на дно.
Суспензия представляет собой взвесь микроскопических твердых частиц в жидкости, в качестве которой, как правило, выступает вода или масло. Другими словами, суспензия – это нерастворимый порошок в воде (масле). Суспензии нашли применение в фармакологии, строительной технологии, выпуске бумаги, лакокрасочных изделий и прочих строительных материалов.
Эмульсия – взвесь микроскопических частиц какой-либо жидкости, неспособной растворяться в другой жидкости. Классическая эмульсия – масло в воде. Их используют в приготовлении лекарств, строительных материалов, косметических средств, пищевой промышленности, мыловарении, живописи, автомобильной промышленности и сельском хозяйстве.

Сравнение суспензии и эмульсии

В чем разница между эмульсией и суспензией? Если в качестве среды в эмульсиях и суспензиях выступает жидкость, то в роли дисперсионной фазы задействованы жидкости и твердые вещества соответственно.
Частицы в суспензиях, несмотря на свою мизерность, достаточно крупны, чтобы оказывать противостояние броуновскому движению. Они сравнительно быстро всплывают или выпадают в осадок.
Эмульсии бывают прямыми (масло в воде), когда в полярной среде распределяются капли неполярной жидкости (к примеру, водоэмульсионные краски). Кроме того, существуют обратные (вода в масле) эмульсии. К ним относятся нефтяные эмульсии.

TheDifference.ru определил, что отличие суспензии от эмульсии заключается в следующем:

Суспензия – это система твердое вещество-жидкость, а эмульсия – жидкость-жидкость.
Для эмульсии требуются малорастворимые или вовсе нерастворимые друг в друге жидкости.
Для суспензии необходимы твердые вещества нерастворимые или практически нерастворимые в представленной жидкой среде.

Пасты

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

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

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

в результате седиментации разбавленной суспензии.

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

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

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

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

· наличие тончайшей пленки в местах контакта между частицами.

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

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

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

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

Можно выделить три основных этапа разрушения структуры:

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

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

предельное разрушение структуры при полном отсутствии агрегатов из частиц.

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

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

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

Для разрушения структуры используются следующие воздействия:

· механическое помешивание;

· вибрация с частотой от 10 Гц до10 кГц;

· ультразвук;

· нагревание;

· электрические и магнитные поля;

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

Часто сочетают механические вибрационные воздействия с ультразвуком, тепловыми воздействиями.

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

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

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

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

раздвижения частиц на двойную толщину адсорбционного слоя;

снижение поверхностного натяжения на поверхности частиц.

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

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

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

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

Эмульсии

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

Эмульсии классифицируются:

1. По состоянию дисперсной среды и дисперсной фазы.

Различают:

Масло в воде

Вода в масле

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

2. По концентрации:

а) Разбавленные 0,01 – 0,1%;

б) Концентрированные до 74%;

в) Высоко концентрированные до 90%.

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

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

· Соотношением поверхностного натяжения на поверхности раздела фаз;

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

· Наличием эмульгатора.

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

Растворимость ПАВ характеризуется числом ГЛБ. Чем оно больше, тем сильнее баланс сдвинут в сторону гидрофильных свойств, тем лучше данное вещество растворяется в воде.

ГЛБ является эмпирической безразмерной величиной:

где b – безразмерный параметр, зависящий от природы ПАВ;

y - свободная энергия взаимодействия в расчете на одну –СН2 – группу:

n - число групп –СН2 – в углеводородном радикале (групповое число);

а – сродство полярной группы молекулы ПАВ к воде. Величина (b + yn) характеризует сродство (свободную энергию взаимодействия) неполярных групп молекул ПАВ к углеводородной жидкости.

Число ГЛБ есть отношение работы адсорбции молекул ПАВ на границе М-В из фазы «масло» (числитель формулы) к работе адсорбции из «водной» фазы (знаменатель формулы). По значению ГЛБ определяют групповое число (число групп –СН2 –) в углеводородном радикале молекулы ПАВ, обусловливающее адсорбцию ПАВ на границе М-В.

ПАВ с числом ГЛБ от 8 до 13 лучше растворимы в воде, чем в масле, и образуют эмульсии I рода. ПАВ с числом ГЛБ от 3 до 6 образуют эмульсии II рода.

Для оценки эмульгаторов используют значения гидрофильного липофильного баланса (ГЛБ). В зависимости от числа гидрофильного липофильного баланса (ГЛБ) можно предположить тип образующейся эмульсии. Величина гидрофильного липофильного баланса (ГЛБ) определяется разностью работ по адсорбции поверхностно-активных веществ (ПАВ) на границе раздела из одной и другой фаз. Значения гидрофильного липофильного баланса (ГЛБ) даны в справочниках.

Пены

Типичные пены представляют собой сравнительно весьма грубые высоко концентрированные дисперсии газа в жидкости. Пузырьки газа имеют размер порядка от несколько миллиметров, а иногда и сантиметров. Благодаря избытку газовой фазы и взаимному сдавливанию пузырьков, они имеют не сферическую, а полиэдрическую форму. Стенки их состоят из весьма тонких пленок жидкой дисперсионной среды (рис. 6.4.1.1). Вследствие этого пены имеют сотообразную структуру, большой размер отдельных пузырьков и тесное расположение их исключают возможность броуновского движения. Кроме того, в результате особой структуры пены обладают некоторой механической прочностью. Пены образуются при диспергировании газа в жидкости в присутствии стабилизатора. Без стабилизатора устойчивые пены не получаются. Прочность и продолжительность существования пены зависит от свойств и содержания пенообразователя, адсорбированного на межфазной границе. Устойчивость пен зависит от следующих основных факторов:

1. Природы и концентрации пенообразователя.

2. Температуры. Чем выше температура, тем ниже устойчивость, т.к. уменьшается вязкость межпузырьковых слоев и происходит десорбция стабилизатора, т.е. увеличивается растворимость поверхностно-активных веществ (ПАВ) в воде.

Формально суспензии от лиозолей (коллоидных растворов) отличаются только размерами частиц дисперсной фазы. Размеры твердых частиц в суспензиях (более 10-5 см.) могут быть на несколько порядков больше, в лиозолях (10-7 -10-5 см). Это количественное различие обусловливает чрезвычайно важную особенность суспензий: в большинстве суспензий частички твердой фазы не участвуют в броуновском движении. Поэтому свойства суспензий существенно отличаются от свойств коллоидных растворов; их рассматривают как самостоятельный вид дисперсных систем.

Суспензии классифицируются по нескольким признакам:

1. По природе дисперсионной среды: органосуспензии (дисперсионная среда - органическая жидкость) и водные суспензии.

2. По размерам частиц дисперсной фазы: грубые суспензии (d > 10-2 см), тонкие суспензии (-5×10-5 < d < 10-2 см), мути (1×10-5 < d < 5×10-5 см).

3. По концентрации частиц дисперсной фазы: разбавленные суспензии (взвеси) и концентрированные суспензии (пасты).

В разбавленных суспензиях частицы свободно перемещаются в жидкости, сцепление между частицами отсутствует и каждая частица кинетически независима. Разбавленные суспензии - это свободнодисперсные бесструктурные системы. В концентрированных суспензиях (пастах) между частицами действуют силы, приводящие к образованию определенной структуры (пространственной сетки). Таким образом, концентрированные суспензии - это связнодисперсные структурированные системы.

Конкретные значения концентрационного интервала, в котором начинается структурообразование, индивидуальны и зависят, в первую очередь от природы фаз, формы частиц; дисперсной фазы, температуры, механических воздействий. Механические свойства разбавленных суспензий определяются, главным образом, свойствами дисперсионной среды, а механические свойства связнодисперсных систем определяются, кроме того, свойствами дисперсной фазы и числом контактов между частицами.

Суспензии, так же как и любую другую дисперсную систему, можно получить двумя группами методов: со стороны грубодисперсных систем - диспергационными методами, со стороны истинных растворов - конденсационными методами.

Наиболее простым и широко распространенным как в промышленности, и в быту методом получения разбавленных суспензий является взбалтывание соответствующего порошка в подходящей жидкости с использованием различных не перемешивающих устройств (мешалок, миксеров и т. д.). Для получения концентрированных суспензий (паст) соответствующие порошки растирают с небольшим количеством жидкости.

Так как суспензии отличаются от лиозолей только тем, что частицы в них на несколько порядков больше, все методы, которые используются для получения золей, можно применять и для получения суспензий. При этом необходимо, чтобы степень измельчания диспергациониыми методами была меньше, чем при получении лиозолей. При конденсационных методах конденсацию необходимо проводить так, чтобы образовывались частицы, имеющие размеры 10-5 – 10-2 см. Размер образующихся частиц зависит от соотношения скоростей образования зародышей кристаллов и их роста. При небольших степенях пресыщения обычно образуются крупные частицы, при больших - мелкие. Предварительное введение в систему зародышей кристаллизации приводит к образованию практически монодисперсных суспензий. Уменьшение дисперсности может быть достигнуто в результате изотермической перегонки при нагревании, когда мелкие кристаллы растворяются, а за их счет растут крупные.

При этом должны соблюдаться условия, ограничивающие возможности значительного разрастания и сцепления частиц дисперсной фазы. Дисперсность образующихся суспензий можно регулировать также введением ПАВ.

Суспензии очищают от примесей растворенных веществ диализом, электродиализом, фильтрованием, центрифугированием.

Суспензии образуются также в результате коагуляции лиозолей. Следовательно, способы осуществления коагуляции - это одновременно и методы получения суспензий. Отсутствие структуры в разбавленных суспензиях и наличие ее в концентрированных обусловливает резкое различие в свойствах этих систем.

Оптические свойства разбавленных суспензий: длины волн видимой части спектра лежат в пределах от 4×10-5 см (фиолетовый свет) до 7×10-5 см (красный свет). Световая волна, проходя через суспензию, может поглощаться (тогда суспензия окрашена), отражаться от поверхности частиц дисперсной фазы по законам геометрической оптики (тогда суспензия выглядит как мутная) и только в высокодисперсных суспензиях - мутях (5×10-5) может наблюдаться светорассеяние, отклоняющееся от закона Рэлея.

В оптический микроскоп видны частицы, размер которых не менее 5×10-5 см, что соответствует большинству разбавленных суспензий.

Электрокинетические свойства суспензий подобны аналогичным свойствам гидрозолей и обусловлены образованием на поверхности частиц ДЭС и возникновение потенциала.

В суспензиях проявляются все 4 вида электрокинетических явлений. Наиболее широкое применение нашел электрофоретический метод нанесения покрытий на разные поверхности.

Молекулярно-кинетические свойства суспензий отличаются в зависимости от размеров частиц суспензий. Для частиц 10-4 – 10-5 см наблюдается седиментационно-диффузионное равновесие. Описываемое соответствующем уравнением (см. седимент. устойчивость)

Для частиц 10-4 – 10-2 броуновское движение практически отсутствует и для них характерна быстрая седиментация (см. седимент. устойчивость). т.е. для них применим седиментационный анализ.

Седиментационная устойчивость суспензии - это способность её сохранять неизменным во времени распределение частиц по объему системы, т. е. способность системы противостоять действию силы тяжести.

Так как большинство суспензий оказываются полидисперсными системами, содержащими и относительно крупные частицы, то они являются седиментационно (кинетически) неустойчивыми системами.

Изучение седиментации суспензий связано, в очередь с получением кривых накопления осадка (кривых седиментации) m=f(t). Кривыe накопления мог быть двух видов: с перегибом или без перегиба. Установлено, что вид кривых седиментации зависит от того, является ли седиментирующая суспензия агрегативно устойчивой или нет. Если седиментация сопровождается укрупнением частиц, а следовательно, увеличением скорости их оседания, то на кривых седиментации появляется точка перегиба. Если же суспензия агрегативно устойчива (нет коагуляций), то на кривой седиментации перегиб отсутствуёт. Характер осадков, полученных в том и другом случаях, также различен.

В агрегативно устойчивых суспензиях оседаниечастиц происходит медленно и формируется очень плотный осадок. Объясняется это тем, что поверхностные слои препятствуют агрегированию частиц; скользя друг по другу, частицы могут перейти в положение с минимальной потенциальной энергией, т.е. с образованием упаковки, близкой к плотнейшей. В этом случае расстояние между частицами и координационное число (число соседних частиц) в осадке такой седиментирующей, но предельно стабилизированной суспензии, определяется соотношением между:

· силой тяжести;

· межмолекулярным притяжением частиц;

· силами отталкивания между частицами, обеспечивающими агрегативную устойчивость суспензии.

В агрегативно неустойчивых суспензиях оседание ча­стиц происходит значительно быстрее вследствие образования агрегатов. Однако выделяющийся осадок занимает гораздо больший объем, так как частицы сохраняют, то случайное взаимное расположение, в котором они оказались при первом же контакте, силы сцепления между ними соизмеримы с их силой тяжести или больше ее. Наблюдается анизометрия (т. е. преобладание одного из размеров частицы над двумя другими) образующихся агрегатов или флокул. Исследования показывают, что наиболее вероятны цепочечные и спиральные первоначальные агрегаты, из которых затем получаются осадки большого седиментационного объема.

Различие седиментационных объемов агрегативно устойчивых и неустойчивых систем наиболее, четко проявляется, если частицы имеют средние размеры. Если частицы крупные, то, несмотря да то, что суспензия агрегативно неустойчивая, осадок получается более плотным из-за значительной силы тяжести, зачастую преобладающей над си­лами сцепления между частицами. Если же частицы очень мелкие, то и в агрегативно устойчивой системе из-за малой силы тяжести образуется чрезвычайно подвижный осадок.

Агрегативная устойчивость суспензии - это способность сохранять неизменной во времени степень дисперсности т. е. размеры частиц и их индивидуальность.

Агрегативная устойчивость разбавленных суспензий весьма сходна с агрегативной устойчивостью лиофобных золей. Но суспензии являются более агрегативно устойчивыми системами, так как содержат более крупные частицы и следовательно, имеют меньшую свободную поверхностную энергию.

При нарушении агрегативной устойчивости суспензии происходит коагуляция - слипание частиц дисперсной фазы.

Для достижения агрегативной устойчивости суспензии необходимо выполнение по крайней мере одного из двух условий:

· смачиваемость поверхности частиц дисперсной фазы дисперсионной средой;

· наличие стабилизатора.

Первое условие. Если частицы суспензии хорошо смачиваются дисперсионной средой, то на их поверхности образуется сольватная оболочка, обладающая упругими свойствами и препятствующая соединению частиц в крупные агрегаты. Хорошая смачиваемость частиц наблюдается в суспензиях полярных частиц в полярных жидкостях и неполярных частиц в неполярных жидкостях.

Второе условие. Если частицы суспензии не смачиваются или плохо смачиваются дисперсионной средой, то используют стабилизатор.

Стабилизатор - это вещество, добавление которого в дисперсную систему повышает ее агрегативную устойчивость, т.е.препятствует слипанию частиц.

В качестве стабилизаторов суспензий применяют:

· низкомолекулярные электролиты;

· коллоидные ПАВ;

Суспензии

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

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

Для получения стабильной суспензии необходимо:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Эмульсии

полярной неполярная или малополярная эмульгатором

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Агрегативная устойчивость эмульсий и природа эмульгатора .

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 11.2. Поведение различно сбалансированных дифильных молекул эмульгатора:

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

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

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

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

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

Рис. 11.3. Модель эмульгирующего действия порошковых эмульгаторов:

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

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

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

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

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

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

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

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

Пены

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

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

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

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

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

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

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

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

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