неоднородные системы, состоящие из взвешенных в газообразной среде частицтвердогоилижидкого вещества размером обычно 10~6 или 10~2 см. В криминалистике используются для выявления следов, их фиксации и пр. Некоторые виды А. используются правоохранительными органами при действиях в особых условиях (при массовых беспорядках и др.).
Отличное определение
АЭРОЗОЛИ
неоднородные полидисперсные системы из взвешенных в газообразной среде частиц твердого или жидкого вещества размером 10–6-10–2 см. Различают А. конденсационные (дымы, туманы, смог) и диспергационные (пыль и жидкие частицы). А. могут быть естественные и искусственные. Их свойства определяются природой вещества, из которого состоят частицы, природой дисперсионной среды, массовой концентрацией А. (общей массой частиц в ед. объема), частичной концентрацией (числом частиц в ед. объема), размером, формой и зарядом частиц. А. широко применяются в сельском хозяйстве (опыление растений инсектицидами, искусственное дождевание, борьба с градом и т.д.), промышленности (пневматическое, окрашивание, распыление топлива для сжигания и т.д.), медицине (аэрозолетерапия), метеорологии (для рассеивания туманов), для борьбы с запыленностью воздуха, загрязнением атмосферы и др. В гражданской защите большое значение имеют мероприятия по осаждению и устранению радиоактивных А. и аэрозольных ОВ при применении ОМП и техногенных авариях. Защитные свойства А. используются при световом излучении ядерного взрыва и лучевого оружия.
АЭРОЗОЛИ
(от греч. aеr – воздух и лат. solluti – раствор) свободные дисперсные системы с газообразной дисперсионной средой и дисперсной фазой, состоящей их твердых или жидких частиц.
Сам термин аэрозоль был предложен профессором Доннаном (Англия) в конце первой мировой войны для обозначения высокодисперсных систем, таких как ядовитые дымы фенилхлорарсина, которые начали применять в военных целях. Независимо от Доннана этим термином стал пользоваться и немецкий ученый Шмаусс, которому принадлежит первая статья (1920 г.), где он был использован.
Классификация.
1. По агрегатному состоянию дисперсной фазы:
туманы (Ж/Г) – дисперсная система, состоит из капелек жидкости;
дымы (Т/Г) – аэрозоли с твердыми частицами кондансационного происхождения;
пыли (Т/Г) – твердые частицы, образованные путем деспиригирования;
смог (Ж+Т/Г) – система смешанного типа, когда на твердых частицах конденсируется влага (туман, образовавшийся на частицах дыма);
2. По дисперсности:
ультрадисперсные аэрозоли (наночастицы) с размерами 0,001 – 0,01 мкм;
высокодисперсные аэрозоли (ВДА) 0,01 – 0,1 мкм;
среднедисперсные аэрозоли 0,1 – 10 мкм;
грубодисперсные аэрозоли 10 – 100 мкм.
Появление нового класса наночастиц произошло совсем недавно, когда стало возможным создание нового поколения аэрозольных приборов для изучения этих ультрадисперсных аэрозолей.
Характерные размеры аэрозольных частиц:
3. По методам получения:
конденсационные;
диспергационные.
Аэрозоли могут возникают естественным путем, образуются искусственно и сопутствуют промышленному производству.
Аэрозоли, которые возникают естественным путем :
До 30% всех естественных аэрозолей дает космическая пыль. Ежегодно в среднем 1 км 2 земной поверхности выбрасывает в атмосферу 20т раздробленной массы, которая превращается в атмосферные аэрозоли.
Ветер поднимает и разносит облака пыли, создавая пыльные бури. Пыль может подниматься на высоту 5 – 6 км и переноситься на расстояния, измеряемые тысячами километров (в Норвегии, например, была обнаружена пыль пустыни Сахара).
При извержении вулканов, а их на Земле более 600, в атмосферу выбрасывается несколько десятков миллионов тонн грунта, большая часть которого переходит в аэрозольное состояние (так, в результате гигантского извержения вулкана Тамбора в Индонезии в 1815 г. в стратосферу было выброшено такое количество пыли, что следующий, 1816 г, вошел в историю как «год без лета»).
Микроорганизмы, вирусы и споры растений подхватываются потоком воздуха и образуют аэрозоли, таки аэрозоли биологического происхождения могут переносятся на огромные расстояния (отмечены случаи, когда споры грибов были обнаружены над Карибскимморем в 1000 км от ближайшего возможного места их образования).
Вода, испаряемая с водной поверхности Земли, образует аэрозоли, разрушение которых приводит к возникновению дождя, снега, града.
Аэрозоли, которые получают искусственно:
Около 10% всех аэрозолей получается искусственно: это распыление ядохимикатов и удобрений, орошение, бытовые аэрозоли и т. д.
Промышленные аэрозоли:
В шахтах, карьерах для добычи полезных ископаемых, около металлургических и химических комбинатов, при работе различных агрегатов (дробилок, мельниц, многочисленных котельных) образуются аэрозоли, загрязняющие воздух. Все виды наземного, воздушного и водного транспорта являются источниками аэрозолей за счет сгорания топлива (достаточно сказать, что в результате сгорания топлива ежегодно выбрасывается в атмосферу более 100т твердых и 1 млн.т газообразных веществ).
Производство ядерного топлива, эксплуатация атомных электростанций, испытания ядерного оружия приводят к образованию радиоактивных аэрозолей.
Основные безразмерные критерии подобия для описания аэродисперсных систем.
Они возникают при анализе и обезразмеривании определяющих уравнений, описывающих тот или иной элементарный процесс с одиночной частицей.
Кроме того, данные критерии имеют самостоятельное значение для понимания специфики и закономерностей процессов и явлений с аэрозолями.
Число Маха
где q p и q g – характерные скорости движения частицы и газа соответственно
Оно возникает при анализе уравнений газовой динамики и характеризует скоростные режимы движения аэрозольной частицы относительно центра масс газа.
Диапазон изменения критерия: от очень малых значений до единицы. Для атмосферных аэрозолей характерен диапазон M <<1, поэтому можно сказать, что динамика аэрозолей – это низкоскоростная аэродинамика.
Умеренные числа M ≈1 могут быть характерны для ряда технологических аэрозольных приложений.
Число Рейнольдса
где ρ– плотность
u – среднемассовая скорость
η – вязкость газа
R– радиус частицы
Оно возникает при анализе уравнений газовой динамики и выражает соотношение сил инерции и сил вязкого трения в газе.
Диапазон изменения критерия – от 0 до очень больших значений.
Для атмосферных и технологических аэрозолей число Re изменяется от очень малых (гравитационное осаждение частиц) до очень больших значений (турбулентный перенос частиц, газоочистные аппараты).
Число Кнудсена
где λ – средняя длина свободного пробега молекул газа
R – радиус частицы
Оно возникает при анализе уравнения Больцмана, применяемого для описания дисперсионной газовой среды, и характеризует структурность газа.
Формальный диапазон изменения критерия 0 < Kn < ∞
Для атмосферных аэрозолей 0.001мкм ≤ R ≤ 100мкм , λg ≈ 0. 065мкм при н.у., тогда
10−3 ≤ Kn ≤ 100
Число Стокса
где τ – время механической релаксации частицы
L – некоторый характерный размер процесса
Оно возникает при анализе уравнений движения частицы в механике аэрозолей и характеризует соотношение между силами инерции частицы и силами вязкого трения в газах.
Диапазон изменений критерия может быть достаточно большим (особенно для процессов с технологическими аэрозолями).
Число Брауна
где v p и v g –тепловая скорость движения аэрозольной частицы и молекулы газа
Возникает при анализе уравнений броуновского движения аэрозолей, характеризует интенсивность броуновского движения аэрозольных частиц. Диапазон изменения критерия от 0 до 1.
Для атмосферных аэрозолей обычно число Брауна Br << 1 (за исключением ультрадисперсного аэрозоля, где Br ≤ 1).
Свойства аэрозолей
Свойства аэрозолей определяются:
природой веществ дисперсной фазы и дисперсионной среды
частичной и массовой концентрацией аэрозоля
размером частиц и распределением частиц по размерам
формой первичных (неагрегированных) частиц
структурой аэрозоля
зарядом частиц.
Для характеристики концентрации аэрозолей, как и других дисперсных систем, используются:
массовая концентрация – масса всех взвешенных частиц в единице объема дисперсной системы:
массовая и объемная доли :
,
где m 0
и V 0
– общая масса и общий объем дисперсной
системы
численная концентрация – число частиц в единице объема дисперсной системы
Где V 0 –общий объем дисперсной системы
N ч – число частиц
Особенности молекулярно-кинетических свойств аэрозолей обусловлены:
малой концентрацией частиц дисперсной фазы
(например, в 1 см 3 гидрозоля золота содержится 1016 частиц, а в таком же объеме аэрозоля золота менее 107 частиц).
малой вязкостью дисперсионной среды (воздуха), т.е., малым коэффициентом трения (В), возникающего при движении частиц
малой плотностью дисперсионной среды, следовательно ρ част » ρ газа
Все это приводит к тому, что движение частиц в аэрозолях происходит значительно интенсивнее, чем в гидрозолях.
Броуновское движение
Это непрерывное хаотичное равновероятностное для всех направлений движение частиц, распространяющихся за счет воздействия дисперсионной среды.
Согласно уравнению Эйншнейна, средний квадрат смещения частицы х 2 за промежуток времени t вдоль оси x равен:
где K – коэффициент сопротивления (сила, действующая на частицу, движущуюся со скоростью 1м/с)
В случае справедливости закона Стокса K=3d, так что уравнение приобретает вид:
Первые измерения броуновского движения частиц в газах, сделанные Де Бройлем, подтвердили справедливость уравнения Эйншнейна.
Диффузия
Это самопроизвольные процесс распространения дисперсионной фазы из области с большей концентрацией а область с меньшей концентрации.
где n – концетнрация частиц в данной плоскости.
По закуну Фика:
где D – коэффициент диффузии.
Тогда, можно выразить коэффициент диффузии в функции размера частицы:
где член представляет собой подвижность частицы.
Электрические свойства аэрозолей
До сих пор аэрозольные частицы рассматривались как незаряженные, и пренебрегали действием электрических сил как между самими частицами, так и между частицами и приложенным внешним электрическим полем. В реальности большинство аэродисперсных систем обладает электрическим зарядом, это свойство фактически является универсальным как для технологических, так и для природных атмосферных аэрозолей.
Электрические свойства частиц аэрозоля значительно отличаются от электрических свойств частиц в лиозоле.
Большинство аэрозолей несут заряд, который может постоянно перераспределяться между частицами;
Внешние электрические поля могут влиять как на величину заряда частиц, так и на характеристики их движения;
На частицах аэрозоля не возникает двойной электрический слой, так как из-за низкой диэлектрической проницаемости газовой среды в ней практически не происходит электролитическая диссоциация;
Заряд частиц носит случайный характер, и для частиц одной природы и одинакового размера может быть различным как по величине, так и по знаку.
В отсутствие специфической адсорбции заряды частиц очень малы и обычно превышают элементарный электрический заряд не более чем в 10 раз.
К основным процессам, приводящим к образованию заряда на частице, относятся прямая ионизация частиц; статическая электризация частиц; столкновения с ионами; ионизация частиц электромагнитным излучением (УФ, рентгеновским или гамма-излучением).
Согласно Смолуховскому, заряд зависит от числа положительных и отрицательных ионов, находящихся в капельке в момент ее отделения от жидкости, т.е. определяется концентрация ионов в жидкости, то есть:
где - средний квадрат заряда капельки, выраженный через число элементарных
N – концентрация ионов одного знака в жидкости
V – объем капельки
Эта теория была проверена Натансоном в опытах с жидкостями, имеющими очень низкую концентрацию ионов (менее 310 -9 моль/л), например с трансформаторным маслом. Он нашел, что распределение зарядов вполне симметрично во всей области размеров капелек 0,5 – 2,1 мк.
Но заряд жидкой капли не может достичь предельного значения кроме случая, когда ее размеры очень малы.
На заряд накладывается дополнительное ограничение, известное как предел Рэлея. Сильно заряженная капля будет испаряться до тех пор, пока внешняя сила электрического поля на поверхности капли не превысит внутреннюю силу ее поверхностного натяжения. В этот момент капля разорвется на части, а ее заряд распределится по большей поверхности нескольких более мелких капелек.
Рэлей получил выражение для количества электронов на капле, необходимого для ее разрыва:
где σ – коэффициент поверхностного натяжения
d – диаметр капли
Правильность этой формулы была подтверждена экспериментально
Устойчивость
Под устойчивостью системы понимается способность системы сохранять свои свойства, дисперсионный состав, равномерное распределение частиц по объему.
Есть два вида устойчивости:
1. Молекулярно-кинетическая устойчивость – это устойчивость дисперсной системы по отношению к действию силы тяжести. Она препятствует седиментации и определяется наличием броуновского движения, зависит от степени дисперсности частиц, вязкости среды, температуры.
2. Агрегативная устойчивость – это способность системы сохранять свою степень дисперсности.
Аэрозоли являются агрегативно неустойчивыми системами. Устойчивость аэрозолей является лишь кинетической, термодинамические факторы устойчивости отсутствуют.
К нарушению устойчивости аэрозолей приводят следующие процессы:
седиментация частиц, которая по причине малой вязкости среды протекает быстрее, чем в гидрозолях;
коагуляция частиц, протекающая в газовой среде из-за интенсивного броуновского движения с большой скоростью, которая ещё более возрастает с увеличение концентрации аэрозоля. Ускорению коагуляции способствует повышенная влажность среды;
влияние температуры, особенно на устойчивость туманов, так как их равновесное состояние возможно только при условии, когда давление насыщенного пара дисперсных жидких частиц равно давлению насыщенного пара жидкости, из которой они образованны ( 0). При > 0 идет испарение капель, а при < 0 – конденсация.
а) Испарение
Продолжительность существования аэрозолей ограничивается скоростью испарения отдельных частиц; для данного вещества при постоянной температуре испарение будет происходить с максимальной скоростью в случае, когда окружающий воздух не содержит паров вещества; для вопроса об устойчивость аэрозолей эта максимальная скорость испарения имеет существенное значение.
Если построить графическую зависимость площади поверхности s от времени t для капельки чистого высококипящего вещества, то полученный график сначала приблизительно линеен (ds/dt=const), но затем постепенно отклоняется от оси времени. Причем кривизна тем заметнее, чем меньше частица. То есть, скорость испарения мелких капелек постепенно падает по мере уменьшения их размеров.
Расчеты времени полного испарения капелек важны при сравнении устойчивости различных веществ в аэродисперсном состоянии, но полное испарение частиц маловероятно. Наличие нелетучих примесей, присутствовавших в исходном веществе, или возникших уже в дисперсном состоянии в результате окисления или разложения, или приобретенных при столкновении с частицами пыли в воздухе, может замедлять испарение и даже останавливать его.
Поэтому «время полуиспарения» капли, т.е время, в течение которого капля потеряет за счет испарения половину своей первоначальной массы, оказывается более удобным параметром.
б) Коагуляция
Коагуляция – наиболее важный процесс межчастичного взаимодействия в аэрозолях. Ее надо понимать как эффект слипания, агрегирования первичных частиц в процессе их взаимного движения и парных столкновений (тройные столкновения частиц обычно не учитываются как весьма маловероятные).
Слияние жидких капель называется коалесценцией , для твердых частиц часто используется термин агломерация. Оба эффекта в целом можно характеризовать как агрегацию частиц.
В общем случае под коагуляцией понимают уменьшение степени дисперсности частиц (т.е. их укрупнение) при снижении числовой концентрации частиц.
Рассмотрим теорию коагуляции Смолуховского.
Монодисперсный аэрозоль из сферических частиц, которые первоначально были
равномерно распределены в объеме газа. Они испытывают поступательное броуновское движение, которое приводит к их сближению и столкновениям. Каждое парное столкновение частиц приводит к их слипанию.
Рассматривается
процесс броуновской диффузии частиц
из неограниченного объема газа к одной
неподвижной частице – так называемой
«поглощающей сфере».
В итоге, решение уравнения Смолуховского имеет вид:
Эти уравнения позволяют предсказать изменение числовой концентрации монодисперсных частиц во времени.
Видно, что данный процесс является достаточно медленным, а скорость изменения концентрации частиц сильно зависит от их начальной концентрации.
Зависимость числовой концентрации частиц n от времени для броуновской коагуляции монодисперсного аэрозоля (разные кривые соответствуют различной начальной концентрации частиц)
Оптические свойства
Определяются рассеянием светового потока при прохождении через аэрозоль.
Интенсивность излучения I, рассеянного в данном направлении определенным объемом аэрозоля, становится пропорциональной счетной концентрации частиц n и радиусу частиц в некоторой степени p, т.е. :
Специфические свойства
К особенностям физических свойств аэрозолей, связанным с газообразной дисперсной средой, относятся явления термофореза, фотофореза.
Явление термофореза наблюдается в аэрозолях под влиянием градиента температуры.
Термофорезом называют движение частиц аэрозоля в направлении области более низких температур. Причиной этого служит то, что более нагретую сторону частицы молекулы газа бомбандируют с большей скоростью. Чем менее нагретую. Частица получает импульс для движения в сторону более низкой температуры.
Фотофорезом называют перемещение частиц аэрозоля при одностороннем освещении. Направление движения зависит от многих свойств частиц – размера, формы, прозрачности и т.д.
Фотофорез отсутствует или проявляется очень слабо у веществ, хорошо отражающих свет, например фторида кальция, трехокиси сурьмы, и очень заметно у сильных поглотителей света: сажи, железных опилок.
Если сильнее нагревается сторона частицы, обращенная к источнику света, то благодаря усилившейся бомбардировке этой стороны молекулами окружающего газа частица смещается от источника света – имеет место положительный фотофорез. Если же сильнее будет нагреваться противоположная сторона частицы, то получается обратные эффект – отрицательный фотофорез.
Стоит сказать о роли фотофореза в медицине. Фотофорез лекарств метод, в основе которого лежит одновременное воздействие излучением и лекарственным веществом.
Суть фотофореза: на ограниченный участок кожи (до 80 см 2) наносится около 1 мл р-ра лекарственного вещества и равномерно распределяется по поверхности кожи. Далее этот участок облучают расфокусированным лучом красного или инфракрасного света. Время облучения около 10-20 мин. В основе фотофореза лежит повышение проницаемости кожи под влиянием низкоинтенсивного лазерного излучения и ускорение диффузии лекарств.
Фотофорез имеет большой диапазон воздействия на организм. Он способен повышать повышать иммунитет, увеличивать выработку антител, усиливать клеточный обмен, синтез коллагена и эластина, улучшать микроциркуляцию крови и лимфы, усиливать проникновение питательных веществ в глубину кожи, нормализовать АД и т.д.
Методы получения аэрозолей
Аэрозоли образуются при взрывах, дроблении и распылении веществ, а так же в процессах конденсации при охлаждении перенасыщенных паров воды и органических жидкостей.
Как и другие микрогетерогенные системы, аэрозоли могут быть получены двумя разными путями:
из грубо-дисперсных систем (диспергационные методы),
из истинных растворов (конденсационные методы).
Конденсационный метод .
Связан с образованием в гомогенной системе новой фазы. Обязательным условием ее образования является наличие пересыщенного пара, конденсация которого и приводит к образованию частиц дисперсной фазы.
Объемная конденсация пересыщенного пара может происходить в трех случаях:
*при адиабатическом расширении (образование облака);
*при смешении паров и газов, имеющих разные температуры (образование атмосферных туманов);
*при охлаждении газовой смеси.
Кроме того, конденсационный аэрозоль может образовываться в результате газовых реакций, ведущих к образованию нелетучих продуктов:
при сгорании топлива образуются дымовые газы, конденсация которых приводит к появлению топочного дыма;
при сгорании фосфора на воздухе образуется белый дым (Р 2 О 5);
при взаимодействии газообразных NH 3 и НСl образуется дым МН 4 Сl (тв);
окисление металлов на воздухе, происходящее в различных металлургических и химических процессах, сопровождается образованием дымов, состоящих из частиц оксидов металлов.
Особенность конденсации продуктов химических реакций – возможность каталитического действия конденсированных частиц на превращение исходных веществ.
Диспергационный метод.
Диспергационные аэрозоли образуются при измельчении (распылении) твердых и жидких тел в газовой среде и при переходе порошкообразных веществ во взвешенных состояниях при действии воздушных потоков.
Распыление твердых тел происходит в две стадии:
измельчение
распыление.
Среди методов распыления жидкостей различают следующие:
1. Пневматическое (или аэродинамическое)распыление;
2. Гидравлическое (или гидродинамическое) распыление;
3. Центробежное распыление;
4. Прочие методы (электростатическое, акустическое, с помощью пропеллентов и другие)
Перевод вещества в состояние аэрозоля должен быть осуществлен в момент применения аэрозоля, так как в отличие от других дисперсных систем (эмульсий, суспензий), аэрозоли нельзя приготовить заранее. В бытовых условиях почти единственным средством получения жидких и порошкообразных аэрозолей является устройство, называемое «аэрозольной упаковкой», вещество в нем упаковывается под давлением и распыляется при помощи сжиженных или сжатых газов.
Самобалансирующийся волчок Уолтона и Пруэтта.
Приводится в действие сжатым воздухом (вход справа), угловая скорость вращения – несколько тысяч оборотов в секунду, радиальное ускорение – порядка миллиона g. Жидкость подается сверху из узкой трубки (3) в центр ротора (2) и растекается на его поверхности в виде тонкой пленки. Капли отрываются от конуса ротора, тонокодисперсный туман выходит в зазор между вращающимся ротором и корпусом волчка.
Методы разрушения аэрозолей
Несмотря на то, что аэрозоли являются агрегативно неустойчивыми, проблема их разрушения стоит очень остро. Основные проблемы, при разрешении которых возникает необходимость разрушения аэрозолей:
Очистка атмосферного воздуха от промышленных аэрозолей;
Улавливание из промышленного дыма ценных продуктов;
Искусственное дождевание или рассеивание облаков и тумана.
Аэрозоли широко распространены в природе. Облака и тучи, цветочная пыльца, семена и споры растений, а также обитающие в воздухе микроорганизмы и вирусы - все это аэрозоли, наполняющие воздушную среду, окружающую человека. Строго говоря, атмосфера Земли представляет собой огромную разнообразную аэродисперсную систему.
Аэрозолями называются дисперсные системы, в которых дисперсионной средой является газ (воздух), а дисперсная фаза представлена твердыми или жидкими частицами с размерами 10 -7 -10 -4 м.
Аэрозоли с жидкой дисперсной фазой называются туманами, а с твердой дисперсной фазой - дымами (размер частиц 10 -7 -10 -6 м) или пылями (10 -6 -10 -4 м).
Основные источники образования аэрозолей:
Природные аэрозоли - туманы, различные дымы и пыли;
Выбросы мелкодисперсных частиц промышленными предприятиями, авто- и авиатранспортом, а также новые аэрозольные частицы, образующиеся за счет взаимодействия выбрасываемых в воздух веществ между собой, с компонентами атмосферы и под действием солнечной радиации. К последним относятся различные смоги: токсический, фотохимический (разд. 14.1.1, 14.1.2);
Биологические аэрозоли - сложные системы, в состав которых входят вирусы и бактерии, адсорбированные на поверхности твердых или жидких частиц дисперсной фазы;
Аэрозоли, получаемые искусственным путем для практического использования в промышленности, сельском хозяйстве и медицине.
Аэрозоли, как и другие виды дисперсных систем, могут быть получены методами диспергации и конденсации. Соответственно различают диспергационные и конденсационные аэрозоли.
Конденсационный способ образования аэрозольных частиц может осуществляться двумя путями: гомогенной или гетерогенной конденсацией.
В основе гомогенной конденсации лежит образование твердых или жидких частиц из одинаковых молекул. В процессе теплового движения за счет межмолекулярных сил из нескольких молекул могут образоваться ассоциаты, называемые кластерами.
Кластерами называются строго упорядоченные молекулярные ассоциаты, возникающие в гомогенной системе и включающие от нескольких до сотен и тысяч молекул.
Другими словами, кластеры - это надмолекулярные структуры. Время жизни малых кластеров очень мало. Вероятность их распада обычно больше, чем вероятность роста. Такие кластеры принято называть "мерцающими". Понижение температуры создает условия для увеличения размера кластеров. С увеличением же размера кластеров растет и их стабильность, поскольку суммарная энергия межмолекулярного взаимодействия внутри кластера при этом становится больше.
Размер кластера, при котором вероятность его роста становится равной вероятности распада, называется критическим.
Если размер кластера превысит критический, то кластер становится стабильным образованием, характеризующимся определенным фазовым состоянием, т. е. жидкой или твердой аэрозольной частицей.
Кластеры могут возникать и существовать не только в газообразной среде, но и в жидкостях, и в твердых телах, а также на их поверхности. Кластерное состояние вещества по физико-химическим параметрам отличается как от газообразного состояния, так и от конденсированного. Его можно рассматривать как переходную стадию при гомогенной конденсации с образованием аэрозолей в виде облаков и туманов.
В основе гетерогенной конденсации аэрозольных частиц лежит межмолекулярное взаимодействие молекул газа или жидкости с поверхностью уже существующих твердых или жидких микрочастиц. Такая микрочастица играет роль ядра, на поверхности которого адсорбируются молекулы газа (пара). В результате гетерогенной конденсации обычно образуются аэрозольные частицы, более сложные по химическому составу, чем при гомогенной конденсации. Примером может служить образование токсического смога из молекул SO2, паров воды (тумана) и мельчайших твердых частиц несгоревшего углерода или оксидов металлов (дыма).
Диспергационные методы получения аэрозолей связаны с измельчением твердых тел или распылением жидкостей. В природных условиях диспергационные аэрозоли образуются в результате вулканических и других взрывов.
Среди искусственных методов наиболее распространен способ пневмораспыления жидкостей, при котором жидкость под небольшим давлением продавливается через отверстия малого диаметра, например на выходе из пульверизатора. При этом образуются мельчайшие частицы жидкости, взвешенные в газообразной среде. Если распылять суспензии или растворы и одновременно подвергать их сушке, то получаются твердые аэрозольные частицы. Такой способ широко используется в промышленности, например для получения молочного порошка, растворимого кофе, стирального порошка и др.
Свойства аэрозолей в большой степени определяются свойствами газообразной дисперсионной среды.
По оптическим свойствам аэрозоли похожи на коллоидные растворы (лиозоли): для них также характерно светорассеяние. Но из-за большой разницы в показателях преломления света дисперсной фазы и дисперсионной среды светорассеяние в аэрозолях проявляется значительно ярче, и они дают более четкий конус Тиндаля, чем лиозоли. Благодаря способности рассеивать свет аэрозоли, находящиеся в верхних слоях атмосферы, уменьшают интенсивность солнечной радиации, попадающей на поверхность Земли.
Молекулярно-кинетические свойства аэрозолей имеют ряд особенностей, которые также связаны с сильноразреженной газовой фазой, представляющей дисперсионную среду. Для них характерны явления термофореза, фотофореза, термопреципитации. Термофорезом называется движение частиц аэрозоля в направлении от теплового источника. Термофорез можно объяснить тем, что с более нагретой стороны твердой или жидкой частицы молекулы газа приобретают большую скорость, так как обладают большей кинетической энергией, сообщая при этом аэрозольной частице импульс в направлении понижения температуры.
Фотофорезом называется направленное движение аэрозольных частиц под действием светового излучения. Фотофорез является частным случаем термофореза. Он обусловлен неравномерным нагревом частиц дисперсной фазы и дисперсионной среды, главным образом из-за различной их способности поглощать свет.
Термофорез и фотофорез имеют большое значение в процессе движения атмосферных аэрозолей, например при образовании облаков, токсического и фотохимического смога.
Термопреципитацией называется осаждение аэрозольных частиц на холодных поверхностях вследствие потери ими кинетической энергии при соприкосновении с такими поверхностями. Осаждение пыли на стенах и потолке вблизи печей, радиаторов отопления, электронагревателей объясняется явлением термопреципитации. В газовой среде частицы дисперсной фазы, как правило, не имеют заряда и сольватных оболочек. В то же время в естественных условиях под действием космических лучей и радиоактивного излучения Земли происходит ионизация газообразных молекул, главным образом молекул кислорода, в результате чего образуются положительные (O2(+)) либо отрицательные (О2(-)) ионы, так называемые легкие ионы. Эти ионы могут адсорбироваться на поверхности аэрозольных частиц, сообщая им заряд.
Легкие ионы и заряженные аэрозольные частицы, попадая в организм человека, оказывают определенное физиологическое воздействие на него. При этом важное значение имеют химическая природа носителя заряда, количество заряженных частиц в воздухе и знак заряда этих частиц. Считается, что отрицательно заряженные ионы полезны для организма, а положительно заряженные, наоборот, вредны, что, по-видимому, объясняется отрицательным зарядом поверхности многих клеток и тканей организма, например эритроцитов крови.
Аэрозоли - системы, в принципе, нестабильные. Частицы не только могут осаждаться под действием сил гравитации, но и способны к коагуляции. Как и в коллоидных растворах, в аэрозолях различают два вида устойчивости: седиментационную и агрегативную. Седиментационная устойчивость, несмотря на относительно крупные размеры аэрозольных частиц, обеспечивается высокой интенсивностью броуновского движения этих частиц в газовой среде. Вместе с тем агрегативная устойчивость аэрозолей гораздо меньше, чем коллоидных растворов, что связано с отсутствием сольватных оболочек на поверхности аэрозольных частиц, которые могли бы создавать расклинивающее давление между частицами при их сближении. Поэтому столкновение частиц, как правило, приводит к их слипанию - коагуляции.
Скорость коагуляции зависит от заряда аэрозольных частиц. При разноименных электрических зарядах она резко возрастает, в то время как одноименные заряды препятствуют коагуляции. Сильное электрическое поле способствует коагуляции незаряженных аэрозольных частиц, так как под действием поля частицы поляризуются, в результате чего увеличивается вероятность их столкновения и слипания.
В основе очистки окружающего нас воздуха от загрязняющих его аэрозолей лежат главным образом явления адсорбции, коагуляции и седиментации. Для этого используют различные способы, в зависимости от размеров аэрозольных частиц и их заряда.
1. Если частицы достаточно крупны, то очищаемый воздух пропускают через центрифуги, циклоны и фильтры, где под действием центробежных и гравитационных сил частицы оседают.
2. Для очистки воздуха от мелких частиц, несущих электрический заряд, используют электрофильтры. Очищаемый воздух пропускается сквозь сетчатые фильтры, на которые подаются поочередно положительный и отрицательный заряды. При этом частицы аэрозоля теряют свой заряд, их агрегативная устойчивость уменьшается, что приводит к слипанию частиц и оседанию на фильтре.
3. Чтобы очистить воздух от мелких частиц, не имеющих электрического заряда, необходимо предварительно провести ионизацию воздуха, а затем пропустить его через электрофильтры.
Различные промышленные производства и современные виды транспорта выбрасывают в атмосферу громадные количества вредных веществ в виде дымов, пыли и туманов, которые загрязняют окружающую человека среду, уничтожают растительность и наносят вред здоровью людей и животных. Некоторые аэрозоли, содержащие даже инертные в химическом отношении вещества в виде мельчайших твердых и жидких частиц, попадая в дыхательные пути, вызывают легочные заболевания, а также различные виды аллергии. Грубые частицы пыли, размером свыше 5 10 -6 м, при дыхании через нос в легкие не попадают, осаждаясь в каналах носоглотки. Частицы размером (2-5) 10 -6 м задерживаются в носоглотке на 90 %, частично попадая в верхние дыхательные пути и в бронхи, где осаждаются, обволакиваются слизью, а затем удаляются через верхние дыхательные пути. Частицы же меньших размеров, менее (1-2) 10 -6 м, проникают в альвеолы легких, где могут осаждаться. Более 50 % частиц, попавших в альвеолы, выстилают их поверхность, блокируя кислородный обмен и нарушая дыхательную функцию легких. Когда частицы, микроорганизмы или вирусы попадают в альвеолы, их растворимые части всасываются в кровь, оказывая вредное воздействие на организм в случае поступления в него токсичных веществ. Вредное действие могут оказывать также и нерастворимые нетоксичные частицы.
Болезни, вызываемые действием различных пылей на легкие, называются пневмокониозами. В зависимости от природы пыли различают много видов пневмокониозов: силикоз (кварцевая пыль, Si0 2), антракоз (угольная пыль, С), асбестоз (асбестовая пыль, Mg3(OH)4) и др. Пыли, вызывающие пневмокониозы, как правило, относятся к диспергационным аэрозолям. Не меньшую опасность для здоровья людей представляют и конденсационные аэрозоли, особенно аэрозоли металлов и оксидов металлов, образующиеся в металлургии при обогащении руд и разливке расплавленных металлов. Установлено, что кластеры металлов, образующиеся при их горячей разливке, подобно вирусам способны проникать сквозь клеточные мембраны и нарушать жизнедеятельность клеток.
В последнее время особое внимание медиков привлекают аэрозоли, содержащие цветочную пыльцу, вирусы, различные микроорганизмы, поскольку они являются источником острых аллергических заболеваний у людей. Вместе с тем в современной медицине специально получаемые аэрозоли широко используют для дезинфекции помещений и лечения многих заболеваний: ингаляция антибиотиков и других лекарственных средств, аэрозольная вакцинация, обработка ран, ожогов, эрозий, мелких травм.
АЭРОЗОЛИ
[от греч. аёг- и лат. sol(utio)-раствор], с газовой дисперсионной средой и твердой или жидкой дисперсной фазой. Классификация. По способу образования различают конденсационные и диспергационные А. Первые возникают в результате присоединения друг к другу молекул в-ва в пересыш. паре (т. наз. гомог. нуклеация) или конденсации на присутствующих в нем ионах или мельчайших частицах др. в-ва - ядрах конденсации (гетерог. нуклеация). Конденсац. А. с жидкой дисперсной фазой наз. туманами, с твердой - дымами.
К конденсационным относятся и А., образующиеся при горении, хим. и фотохим. р-циях в газовой фазе, напр. при получении оксидов Si и Ti термич. гидролизом их хлоридов в пламени. Важнейший из таких А. - смог, возникающий в атмосфере в результате фотохим. р-ций между газообразными примесями под действием интенсивного солнечного освещения. Особенность конденсации продуктов хим. р-ций - возможность каталитич. действия конденсиров. частиц на превращ. исходных в-в. Конденсац. А. могут образоваться также вследствие испарения тел, в т. ч. в результате воздействия плазмы и лазерного излучения, с послед. конденсацией паров.
Диспергационные А. с твердыми частицами () образуются в атмосфере в прир. условиях, а также при измельчении твердых тел в шахтах, пересыпании порошков (муки, мела) и т. п. А. с жидкой дисперсной фазой (иногда их наз. спреями) возникают при распаде струй или пленок жидкости, напр. при распылении жидкого в двигателях внутр. сгорания. Важные практич. случаи образования жидких А.-распыление жидкости под воздействием расположенного в ней источника акустич. колебаний, разрушение струй при воздействии поля электрич. потенциала.
Часто возникают смешанные А., состоящие из частиц разл. происхождения. Так, при взрывном разрушении твердых тел происходит, как правило, в-ва и его испарение с послед. конденсацией паров и образованием А.
Основные характеристики. Дисперсионную среду характеризуют хим. составом, т-рой, давлением, степенью ионизации, параметрами внеш. физ. полей, полем скоростей течения, наличием турбулентности и ее параметрами, наличием и величиной градиентов т-ры и концентрации компонентов. Важнейшие параметры дисперсной фазы А. - объемная доля частиц и их массовая доля , число частиц в единице объема (счетная ) n р, средний размер частицы и ее электрич. заряд. Параметры дисперсной фазы атм. А. при нормальных т-ре и давлении составляют: d p 1-10 8 см -3 , 10 -18 -10 -1 , 10 -19 В верх. слоях атмосферы п р = 10 5 -10 14 см -3 , 10 -19 -10 -33 . Наряду с усредненными величинами дисперсную фазу характеризуют распределением частиц по размерам и по величине электрич. заряда (последнее даже для монодисперсных А.). Если в-во дисперсной фазы радиоактивно, необходимо знать также уд. частиц.
Взаимод. между дисперсной фазой и дисперсионной средой определяется процессами переноса массы, энергии, импульса, электрич. заряда и др., а также явлениями на границе раздела фаз. Процессы переноса описываются ур-ниями, конечный вид к-рых зависит от числа Кнудсена Кп =, где -длина своб. пробега газовых молекул, диаметр частицы А. При Кп 1 и, следовательно, > дисперсионная среда может рассматриваться как сплошная; в этом случае говорят о континуальном режиме процессов переноса. Если Кп 1, А. можно рассматривать как смесь двух газов, молекулы одного из к-рых - частицы А. - намного тяжелее молекул дисперсионной среды. В такой системе процессы переноса описываются с помощью ур-ний газокинетич. теории (т. наз. свободномолекулярный режим). Наконец, при Кп 1 (диаметр частиц при атм. давл. 0,01-1,0 мкм) процессы переноса рассчитываются приближенными методами динамики разреженных газов (переходный режим). Точность ур-ний, описывающих процессы переноса в свободномолекулярном и континуальном режимах на границах указанного интервала размера частиц, определяющего значения Кп, составляет ок. 10%. На процессы переноса в А. влияет движение частиц относительно среды под действием внеш. сил или по инерции; оно характеризуется числом Маха Ма=, где и р -скорость частиц относительно среды, -скорость теплового движения молекул среды. При анализе характера переноса импульса вместо числа Маха часто используют число Рейнольдса Re = 4Ma/Kn.
Свойства.
Важнейшие св-ва А. - способность частиц сохраняться во взвешенном состоянии, перемещаться преим. как единое целое и при столкновении прилипать друг к другу или к к.-л. пов-сти с вероятностью, равной единице. В покоящейся среде частицы А. поддерживаются во взвешенном состоянии в поле гравитации благодаря их собств. тепловому движению, энергия к-рого для частиц любой массы равна 3 / 2 kT,>
где k
- постоянная Больцмана, T - абс. т-ра, и вследствие обмена энергией с молекулами среды. Распределение концентрации частиц по высоте обычно характеризуют параметром 
(перреновской высотой), где
Ускорение силы тяжести, -масса частицы. Для достаточно малых частиц, когда Н р
намного превосходит их линейный размер, энергии теплового движения достаточно для поддержания частиц во взвешенном состоянии даже в отсутствие дисперсионной среды. Если же размер частиц сравним с Нр
или больше него, то для поддержания частиц во взвешенном состоянии необходима дополнит. энергия, получаемая при соударениях с молекулами среды. Соотношение между двумя этими видами энергии характеризуется числом Шмидта , где -концентрация газовых молекул, -длина их своб. пробега. При Sc < 10 7 существен лишь вклад собств. теплового движения частиц; при атм. давлении этому условию соответствуют частицы единичной плотности размером ~2 мкм. При So > 10 5 имеет значение лишь обмен энергией между частицами и средой. При 10 7 < Sc < 10 5 оба вклада соизмеримы. В турбулентной среде частицам А. присущи две осн. формы движения - увлечение дисперсионной средой и смещение относительно нее. Поддержание частиц во взвешенном состоянии определяется их инерционностью и характеризуется т. наз. турбулентным числом Шмидта Sc T , равным отношению коэффициентов турбулентной диффузии частиц и молекул соеды D T . Величина наз. степенью обтекания,
-степенью увлечения частиц. Способность частиц А. сохраняться во взвешенном состоянии без приложения возмущающего воздействия к дисперсионной среде отличает А. от псевдоожиженного (кипящего) слоя, к-рый также является двухфазной системой с газовой дисперсионной средой.
Частицы А. могут смещаться относительно среды, гл. обр. под действием внеш. полей, напр. поля силы тяжести, в к-ром частицы оседают, а также сил инерции (если среда движется ускоренно), градиентов т-р и концентраций. Скорость движения частиц определяется внеш. силой и силой сопротивления среды движению частиц. В большинстве случаев эти силы уравновешивают друг друга, и частицы движутся с постоянной скоростью; лишь в средах с сильной турбулентностью и в акустич. полях движение ускоренное. Отношение скорости vстационарного движения частицы к действующей на нее силе наз. подвижностью частицы В.
В континуальном режиме 
, где -вязкость среды (ф-ла Стокса). Эта ф-ла позволяет рассчитывать В с
точностью до 10% при Кп > 0,1 и Re < 0,6. При больших Re вводят поправочные множители, являющиеся ф-циями Re. В области 1 < Кп < 0,1 в ф-лу Стокса вводят поправочный множитель Кеннингема, равный (1 + А 1 Кп),>
где A 1 - эмпирич. постоянная. В свободномолекулярном режиме при Кп > 10 В = (Ai +
Q/3) (ф-ла Эпштейна), где Q - др. эмпирич. постоянная. В переходном режиме для расчета Впредложен ряд эмпирич. ф-л, из к-рых наиб. распространена ф-ла Милликена:
, где b-эмпирич. постоянная. Для капель масляного тумана, напр., в ф-ле Эпштейна ( А 1 + Q) =>
1,154, в ф-ле Милликена A 1 = 1,246, Q = 0,42, b = 0,87. Значение Вопределяет коэф. тепловой диффузии частиц D = kTB,
наз. иногда коэффициентом броуновской диффузии.
При наличии в дисперсионной среде градиентов т-ры или концентрации частицы А. движутся даже при отсутствии внеш. сил; соответствующие явления наз. термо- и диффузиофорезом. В свободномолекулярном режиме аналогичен термодиффузии (см. Диффузия); в континуальном режиме он обусловлен тангенциальной силой, действующей на частицу вследствие возникновения потока газа (термич. скольжения) вблизи неоднородно нагретой пов-сти частицы. Частный случай термофореза - фотофорез: движение частиц под действием светового облучения. Этот эффект обусловлен неравномерным нагревом частиц и среды, гл. обр. из-за различной их способности отражать и поглощать свет. Диффузиофорез, обусловленный градиентом концентрации при постоянном полном давлении, происходит, напр., вблизи пов-стей испарения или конденсации.
Частицы А. размером менее 1 мкм всегда прилипают к твердым пов-стям при столкновении с ними. Столкновение частиц друг с другом при броуновском движении приводит к коагуляции А. Для монодисперсных А. со сферич. частицами скорость коагуляции
где n - число частиц в единице объема, К-т. наз. коэф. броуновской коагуляции. В континуальном режиме Крассчитывают по ф-ле Смолуховского , в свободномолекулярном - по ф-ле 
, где и р -средняя скорость теплового движения аэрозольных частиц, -коэф., учитывающий влияние межмол. сил и для разл. в-в имеющий значение от 1,5 до 4. Для переходного режима точных ф-л для вычисления Кне существует. Помимо броуновского движения А. может иметь и др. причины. Т. наз. градиентная коагуляция обусловлена разностью скоростей частиц в сдвиговом потоке; кинематическая - разл. скоростью движения частиц относительно среды (напр., в поле гравитации); турбулентная и акустическая - тем, что частицы разного размера сближаются и сталкиваются, будучи в разной степени увлечены пульсациями или звуковыми колебаниями среды (последние две причины существенны для инерц. частиц размером не менее 10 -6 м). На скорость коагуляции влияет наличие электрич. заряда на частицах и внеш. электрич. поля.
Аэрозольные частицы способны приобретать электрич. заряд, если они образуются конденсацией на ионах. Незаряженные частицы могут захватывать газовые , направленно движущиеся к частицам во внеш. поле или диффундирующие в среде. Диспергационные частицы могут приобретать заряд и в процессе образования -при разбрызгивании жидкостей (баллоэлектрич. эффект) или распылении порошков (трибоэлектрич. эффект), при освещении (фотоэффект), радиоактивном распаде и т. п. В А., образующихся при высокой т-ре, напр. при испарении и послед. конденсации паров, заряды на частицах возникают также в результате термоэлектронной или термоионной эмиссии.
А. обладают ярко выраженным рассеянием света, закономерность к-рого определяется диапазоном значений параметра , где -длина волны излучения. При 1 сечение светорассеяния возрастает с уменьшением размера частиц. С уменьшением сечение становится пропорциональным . Поэтому высокодисперсные частицы рассеивают видимое, а тем более ИК-излучение слабо. При фиксиров. размере частицы сечение светорассеяния убывает пропорционально . При рассеянии света частицами А. меняется состояние поляризации излучения. Измерения светорассеяния и состояния поляризации рассеянного света используют для определения размеров частиц и распределения по размерам. См. также Дисперсные системы.
В технике образование А. часто нежелательно, т. к. приводит к загрязнению атмосферы (в т. ч. производственной) и технол. потоков. Кроме того, большую опасность представляют взрывы пылей в сахарном, мукомольном и нек-рых др. произ-вах. Все это вызвало к жизни развитие методов пылеулавливания и туманоулавливания. Вместе с тем хим. пром-сть либо непосредственно использует аэрозольное состояние в-ва в технол. процессах, либо производит продукты в аэрозольной форме для послед. их использования. Через аэрозольное состояние получают мн. высокодисперсные продукты - , пигменты, компоненты высокоэнергетич. топлив. В аэрозольной форме сжигается все жидкое и значит. часть твердого топлива. Аэрозольные препараты используют в медицине и ветеринарии, для защиты посевов от с.-х. вредителей, обработки складских помещений, предотвращения выпадения града. Широкое применение в быту нашли аэрозольные баллончики - устройства, в к-рых жидкий препарат или суспензия выдавливается из резервуара и распыляется давлением хладона (см. Бытовая ).
МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ОБЩАЯ ФАРМАКОПЕЙНАЯ СТАТЬЯ
Аэрозоли и спреи ОФС.1.4.1.0002.15
Взамен ст. ГФ XI «Аэрозоли»
Аэрозоли – лекарственная форма, представляющая собой растворы, эмульсии или суспензии действующих веществ, находящиеся под давлением пропеллента в герметичной упаковке (аэрозольный баллон), снабженной клапанно-распылительной системой, которая обеспечивает высвобождение лекарственного средства в виде дисперсии твердых или жидких частиц в газе, размер которых соответствует пути введения.
Спреи – это аэрозоли, не содержащие пропеллента, высвобождение содержимого которых происходит за счет давления воздуха, создаваемого с помощью механического распылителя насосного типа или при сжатии полимерной упаковки. По сравнению с аэрозолями спреи являются более грубодисперсной системой.
Аэрозоли представляют собой двухфазные (газ и жидкость) или трехфазные (газ, жидкость и твердое вещество или жидкость) системы. Двухфазные аэрозоли состоят из раствора действующего вещества в сжиженном пропелленте с добавлением растворителей, обеспечивающих растворимость действующих веществ. Трехфазные аэрозоли состоят из суспензии или эмульсии действующих веществ и пропеллента.
К трехфазным аэрозолям относятся пенные аэрозоли, которые представляют собой эмульсии, содержащие действующие вещества, поверхностно-активные вещества, водные или неводные растворители и пропелленты. Если пропеллент входит в состав дисперсной фазы (эмульсия типа «масло в воде»), при выпуске содержимого образуется стабильная пена.
Спреи представляют собой однофазные (жидкость) или двухфазные (жидкость и твердое вещество или жидкость) системы.
ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ
Вспомогательные вещества в составе аэрозолей и спреев (растворители, пропелленты, поверхностно-активные вещества, пленкообразователи, корригенты, антимикробные консерванты, антиоксиданты и др.) должны быть разрешены к медицинскому применению, обеспечивать оптимальные технологические характеристики лекарственной формы, быть совместимы с другими компонентами лекарственной формы и материалом упаковки. Вспомогательные вещества в составе аэрозолей для ингаляций не должны неблагоприятно влиять на функцию слизистой оболочки респираторного тракта.
Растворители: вода, спирт этиловый, жирные масла растительного и животного происхождения, минеральные масла, глицерин, этилацетат, хлористый этил, пропиленгликоль, димексид (диметилсульфоксид), полиэтиленоксиды с различными молекулярными массами, полисилоксановые соединения, этилцеллюлозы и др.
Поверхностно-активные вещества : полисорбаты (твины), спены, пентол, препарат ОС-20, эмульсионные воски, эмульгатор № 1, эмульгатор Т-2, спирты синтетические жирные первичные, триэтаноламиновые соли высших жирных кислот, олеиновая кислота и др.
Пленкообразователи: производные целлюлозы, акриловой кислоты и др.
Корригенты: сахар, лимонная кислота, сорбит, эфирные масла, тимол, ментол и др.
Антимикробные консерванты: метилпарагидроксибензоат, натрия пропилпарагидроксибензоат, этилпарагидроксибензоат, сорбиновая и бензойная кислоты, натрия бензоат, этоний, катамин АБ и др.
Антиоксиданты: бутилокситолуол, бутилоксианизол, витамин Е, аскорбиновая кислота и др.
Пропелленты (используются в аэрозолях): сжиженные газы, например, низкомолекулярные углеводороды парафинового ряда, такие как пропан и бутан, сжатые газы, такие как азот, азота закись, углерода диоксид, и галогенированные углеводороды (фреоны или хладоны). Для создания оптимальных физико-химических характеристик аэрозоля могут быть использованы смеси пропеллентов.
Аэрозоли и спреи помещают в упаковку, которая должна быть изготовлена из материала, инертного по отношению к содержимому упаковки: металла, стекла, пластмассы или их комбинаций. Стеклянные емкости аэрозолей должны быть защищены пластмассовым покрытием. Аэрозольные баллоны должны выдерживать внутреннее давление не менее 1 МПа при 20 ºС.
В зависимости от типа и предназначения упаковки должны быть снабжены распылительным устройством непрерывного действия (недозированные аэрозоли и спреи) или дозирующим распылительным устройством (дозированные аэрозоли и спреи). Материалы, используемые в производстве распылительных устройств (пластмасса, резина, металл), должны быть инертны по отношению к содержимому упаковки.
Распылительное устройство должно регулировать высвобождение содержимого упаковки во время использования: скорость и полноту высвобождения, размер частиц дисперсии, однородность дозирования. Клапанно-распылительное устройство аэрозолей должно обеспечивать герметичность упаковки в нерабочем состоянии.
ИСПЫТАНИЯ
В зависимости от лекарственной формы контроль качества аэрозолей и спреев включает в себя оценку давления в упаковке, герметичности упаковки, проверку клапана, определение процента выхода содержимого упаковки, средней массы дозы, количества доз в упаковке, однородности дозирования, однородности массы. Для неингаляционных аэрозолей и спреев, содержащих суспензию действующих веществ, определяют размер частиц, для ингаляционных аэрозолей – респирабельную фракцию.
Для аэрозолей и спреев, представляющих собой эмульсии и суспензии, допускается расслаивание в процессе хранения, однако они должны легко реэмульгироваться и ресуспендироваться при встряхивании для обеспечения равномерного распределения действующего вещества в лекарственном средстве.
Аэрозоли, предназначенные для ингаляций, должны соответствовать .
Давление в упаковке
Измерение давления проводят только для аэрозолей, в которых пропеллентами являются сжатые газы.
Упаковки выдерживают при комнатной температуре в течение 1 ч и манометром (класс точности 2.5) измеряют давление внутри упаковки, которое должно соответствовать требованиям фармакопейной статьи или нормативной документации, но не должно превышать 0,8 МПа (8 кгc/см 2).
Герметичность упаковки (для аэрозолей)
Метод 1 . Аэрозольный баллон без колпачка и распылителя или насадки полностью погружают в водяную баню при температуре (45 ± 5) °С не менее чем на 15 мин и не более чем на 30 мин для стеклянного баллона и не менее чем на 10 мин и не более чем на 20 мин для металлического. Толщина слоя воды над штоком клапана должна быть не менее 1 см. Не должно наблюдаться выделение пузырьков газа.
Метод 2 . Отбирают 12 ранее не использовавшихся аэрозольных упаковок. Каждую упаковку без колпачка и распылителя или насадки взвешивают с точностью до 0,001 г (m 0) и оставляют в вертикальном положении при комнатной температуре на срок не менее 3 сут. Затем аэрозольную упаковку опять взвешивают с точностью до 0,001 г (m 1).
Отмечают продолжительность испытания в часах (Т ).
Освобождают аэрозольную упаковку от содержимого в соответствии со способом, указанным в фармакопейной статье или нормативной документации. Взвешивают пустую упаковку с точностью до 0,001 г (m 2), рассчитывают среднюю массу содержимого с точностью до 0,001 г (m 3) по формуле:
n – количество аэрозольных упаковок, подвергшихся испытанию.
Рассчитывают скорость утечки содержимого упаковки в граммах в год (V m ) по формуле:
Рассчитывают скорость утечки содержимого упаковки в год в процентах от средней массы (V % ) по формуле:
Если не указано иначе в фармакопейной статье или нормативной документации, среднегодовая скорость утечки для 12 упаковок не должна превышать 3,5 % от средней массы содержимого упаковки и ни для одной из них не должна превышать 5,0 %. Если хотя бы для одной упаковки скорость утечки превышает 5,0 % в год, но ни для одной из упаковок не превышает 7,0 %, испытание на утечку проводят еще на 24 упаковках. Не более 2 упаковок из 36 могут иметь скорость утечки больше 5,0 % и ни для одной из них скорость утечки не должна превышать 7,0 % в год.
Если масса содержимого упаковки менее 15 г, средняя скорость утечки для 12 упаковок не должна превышать 525 мг/год и ни для одной из них не должна превышать 750 мг/год. Если хотя бы для одной упаковки скорость утечки превышает 750 мг/год (но не более 1,1 г/год), то испытание на утечку проводят еще на 24 упаковках. Не более 2 упаковок из 36 могут иметь скорость утечки больше 750 мг/год и ни для одной упаковки из 36 скорость утечки не должна превышать 1,1 г/год.
Выход содержимого упаковки
Испытание проводят для недозированных аэрозолей и спреев. Упаковку взвешивают вместе с распылителем или насадкой с точностью до 0,01 г (m 4). Нажатием на распылитель или насадку из упаковки удаляют все содержимое и снова взвешивают упаковку вместе с распылителем или насадкой с точностью до 0,01 г (m 5).
Выход содержимого в процентах (X ) вычисляют по формуле:
где m 6 – масса содержимого, указанная на этикетке, г (или полученная путем умножения номинального объема на плотность препарата).
Если не указано иначе в фармакопейной статье или нормативной документации, процент выхода содержимого упаковки должен составлять не менее 90 %, и результатом считают среднее арифметическое, полученное при определении процента выхода содержимого из 3 упаковок.
Однородность массы дозы
Испытание проводят для дозированных аэрозолей и спреев, содержащих растворы. Испытание для ингаляционных аэрозолей проводят в соответствии с (испытание «Однородность доставляемой дозы»).
Высвобождают одну дозу и отбрасывают ее. Спустя не менее 5 с встряхивают упаковку в течение 5 с, снова высвобождают и отбрасывают одну дозу. Повторяют указанную процедуру еще 3 раза, если иначе не указано в фармакопейной статье или нормативной документации. Взвешивают упаковку. Встряхивают упаковку в течение 5 с, высвобождают и отбрасывают одну дозу, снова взвешивают упаковку. По разности вычисляют массу высвободившейся дозы.
Испытание повторяют еще для 9 доз, указанных в фармакопейной статье или нормативной документации. Рассчитывают среднюю массу дозы и отклонения индивидуальных значений от средней массы дозы.
Лекарственное средство считают выдержавшим испытание, если не более 1 из 10 индивидуальных масс отклоняется от средней массы на величину, превышающую 25 %, при этом не более чем на 35 %. Если 2 или 3 результата выпадают из пределов 75 – 125 %, испытание повторяют с 20 другими дозами. Не более 3 из 30 значений могут выходить за пределы 75 – 125 %, и все значения должны быть в пределах от 65 до 135 %.
Количество доз в упаковке
Испытание проводят для дозированных аэрозолей и спреев.
Метод 1. Выпускают содержимое одной упаковки, высвобождая дозы с интервалом не менее 5 с. Регистрируют количество высвобожденных доз.
Допускается проводить испытание одновременно с определением однородности дозирования.
Метод 2. Упаковку взвешивают вместе с распылителем или насадкой с точностью до 0,01 г (m 2). Нажимая на распылитель или насадку, из упаковки выпускают все содержимое и снова взвешивают упаковку вместе с распылителем или насадкой с точностью до 0,01 г (m 5).
Среднее количество доз (n ср) в одной упаковке вычисляют по формуле:
где m ср – cредняя масса одной дозы, г.
Полученное в результате испытания количество доз должно быть не менее указанного на этикетке.
Размер частиц
Испытание проводят для неингаляционных аэрозолей и спреев, содержащих суспензию действующих веществ. Методики определения и требования к размеру частиц должны быть указаны в фармакопейной статье или нормативной документации.
Респирабельная фракция
Испытание проводят для ингаляционных аэрозолей в соответствии с .
Однородность дозирования
Испытание проводят для дозированных аэрозолей и спреев, содержащих эмульсии или суспензии. Испытание для ингаляционных аэрозолей проводят в соответствии с .
Контроль данного показателя должен проводиться не только для доз, высвобождаемых из одной упаковки, но и для доз, полученных из разных упаковок. Процедура отбора доз должна включать в себя отбор доз в начале, в середине и в конце использования препарата.
Испытание проводят с использованием аппарата или установки, способных к количественному удерживанию дозы, выпущенной из распылительного устройства. Встряхивают упаковку в течение 5 с, высвобождают и отбрасывают одну дозу. Спустя не менее 5 с снова встряхивают упаковку в течение 5 с, высвобождают и отбрасывают одну дозу. Повторяют указанную процедуру еще 3 раза, если иначе не указано в фармакопейной статье или нормативной документации. Через 5 с выпускают одну дозу в приемник аппарата. Содержимое приемника собирают путем последовательных промываний и определяют содержание действующего вещества в объединенных промывных водах.
Испытание повторяют еще для 9 доз, указанных в фармакопейной статье или нормативной документации.
Препарат выдерживает испытание, если 9 из 10 результатов находятся в пределах от 75 до 125 % от среднего значения, а все результаты находятся в пределах от 65 до 135 %. Если 2 или 3 результата выпадают из пределов 75 — 125 %, испытание повторяют с 20 другими дозами. Не более 3 из 30 значений могут выходить за пределы 75 – 125 %, и все значения должны быть в пределах от 65 до 135 %.
Для аэрозолей и спреев, содержащих несколько действующих веществ, тест на однородность дозирования должен быть выполнен для каждого вещества.
УПАКОВКА
В соответствии с требованиями .
МАРКИРОВКА
В соответствии с требованиями . В маркировке аэрозолей должны быть предусмотрены предупредительные надписи: «Хранить вдали от отопительной системы и прямых солнечных лучей», «Не вскрывать», «Предохранять от падений и ударов» и другие при необходимости.
ХРАНЕНИЕ
В соответствии с требованиями . В упаковке, обеспечивающей стабильность в течение указанного срока годности лекарственного препарата, в защищенном от света месте при температуре от 8 до 15°С, если нет других указаний в фармакопейной статье или нормативной документации.