Dispersii coloidale Medicamentele sunt formate în general din mai multe componente şi sunt considerate sisteme disperse. Un sistem dispers este un sistem fizic compus din două sau mai multe faze, cu aceeaşi stare de agregare sau cu stări de agregare diferite (solidă, lichida, gazoasă) în care una din faze (faza dispersă) este divizată în particule mai mari sau mai mici şi este repartizată în cealaltă fază care constituie mediul de distribuţie a acestor particule (faza dispersantă sau mediul de dispersie). Ceea ce caracterizează un sistem dispers este gradul de dispersie , respectiv valoarea inversă a mărimii d, adică a diametrului particulei disperse. D = 1 / d (D) = cm -1 În funcţie de gradul de dispersie , sistemele disperse se împart in următoarele categorii: 1.Dispersii omogene (dispersii moleculare = solutii) la care D 10 7 (d 10 -7 cm) 1
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Dispersii coloidale
Medicamentele sunt formate în general din mai multe componente şi sunt
considerate sisteme disperse.
Un sistem dispers este un sistem fizic compus din două sau mai multe faze,
cu aceeaşi stare de agregare sau cu stări de agregare diferite (solidă, lichida,
gazoasă) în care una din faze (faza dispersă) este divizată în particule mai mari sau
mai mici şi este repartizată în cealaltă fază care constituie mediul de distribuţie a
acestor particule (faza dispersantă sau mediul de dispersie).
Ceea ce caracterizează un sistem dispers este gradul de dispersie, respectiv
valoarea inversă a mărimii d, adică a diametrului particulei disperse.
D = 1 / d (D) = cm-1
În funcţie de gradul de dispersie, sistemele disperse se împart in următoarele
- amfoteri (sarcini + sau – în funcţie de pH): proteine, gelatine
structura chimică a catenei
- coloizi macromoleculari liniari, filiformi sau unidimensionali
constituiţi dintr-o catenă principală fără substituenţi, de exemplu:
gelatina, colagenul, PEG. Tot liniari sunt derivaţii de celuloză, APV,
PVP, carbopolul.Tot liniari sunt polimerii cu legături reticulate
(Cross-linked) care se umflă în apă în timp dar nu se dizolvă.
- ramificaţi = copolimeri grefaţi
- lamelari, bidimensionali: bentonite
- reticulaţi, cu structură tridimensională: materiale plastice utilizate
pentru ambalaje
- globulari sau sferici → înalniţi în organismele vii: albumine, globuline
(hemoglobina), glicogenul
mărimea moleculelor
- hemicoloizi – cu grad de polimerizare < 100, pentru obţinerea
medicamentelor vectorizate
- mezocoloizi
- eucoloizi (n > 1000)
8
Prepararea dispersiilor coloidale hidrofile
Afinitatea coloizilor liofili faţă de mediul de dispersie conduce la formarea
spontană de dispersii coloidale. Exemplu: guma arabică, tragacanta, derivaţii de
celuloză → se dispersează în apă la nivel molecular.
În general substanţele macromoleculare formează mucilagii, în concentraţii
de 0,5-2%, şi hidrogeluri peste concentraţii de 5%.
Dizolvarea substanţelor macromoleculare are loc lent, în timp, şi se produce
în 2 faze :
- stadiul iniţial: umectare – umflare
- stadiul final: dizolvare propriu zisa
Dizolvarea spontană este precedată de fenomenul de îmbibare (umectare) a
substanţelor macromoleculare, datorită pătrunderii unor cantităţi mari de apă prin
reţeaua polimerului.
Procesul de umectare este o consecinţă a diferenţei foarte mari dintre
dimensiunile substanţei macromoleculare şi moleculele solventului, dar şi a vitezei
de difuziune a acestora. Este un fenomen spontan de adsorbţie a apei de către
macromolecula cu o mărire apreciabilă a volumului.
Îmbibarea poate fi nelimitată, când se încheie cu dizolvarea totală a
substanţelor macromoleculare, şi limitată când nu se produce dizolvarea totală.
Pe măsura creşterii numărului de molecule dispersate se măreşte
vâscozitatea si atunci când concentraţia este suficient de mare, solul lichid poate
deveni o dispersie semisolidă, respectiv un gel.
Unele geluri se fluidifică după agitare şi revin la starea semisolida sau solida
după o perioadă de timp, fenomen cunoscut ca tixotropie.
Proprietăţile dispersiilor coloidale
Cele mai importante proprietăţi ale coloizilor sunt cele optice, cinetice,
superficiale, electrice, reologice.
9
a) Proprietăţile optice
Cand o raza de lumina e indreptata spre o dispersie coloidala, o parte din
lumina e absorbita, o parte e dispersata si restul se transmite nemodificata prin
proba. Datorita dispersiei luminii, o dispersie coloidala apare tulbure, producandu-
se fenomenul Tyndall.
Dispersiile coloidale pot fi în funcţie de caracteristicile lor şi de gradul de
diluţie: limpezi, opalescente sau tulburi.
Pe când soluţiile (dispersiile omogene, moleculare) sunt totdeauna limpezi,
deoarece nu dispersează lumina, dispersiile coloidale conţin particule opace care
împrăştie lumina şi astfel devin opalescente sau chiar tulburi.
Măsurarea dispersiei luminii poate fi folosita pentru determinarea mărimii
particulelor, a formei lor şi a interacţiilor între particule, în special pentru
macromoleculele solvatate, deoarece turbiditatea depinde de mărimea (sau masa
moleculară) a fazei dispersate. Măsurarea dispersiei luminii se face de obicei intr-
un unghi de 90 grade fata de lumina incidenta, folosind ultramicroscopul. Se poate
calcula turbiditatea folosind anumite ecuatii in care intra intensitatea luminii
dispersate si cea a luminii incidente.
Folosind microscopul electronic care fotografiaza particulele se poate
aprecia mai corect marimea, forma si structura particulelor coloidale.
b) Proprietăţile cinetice
Proprietăţile cinetice ale sistemelor disperse coloidale sunt datorate
mişcărilor particulelor fazei dispersate şi anume: mişcarea browniană, difuziunea si
osmoza, precum şi sedimentarea.
Mişcarea browniană a particulelor coloidale se poate observa la
ultramicroscop. Mişcarea neregulata, în zig-zag este mai accentuata la dispersiile
coloidale liofobe, datorită absentei stratului de solvatare.
10
Difuziunea şi osmoza, ca şi mişcarea browniană sunt induse termic.
Mişcările particulelor pot fi de asemenea induse de gravitaţie (sedimentarea) sau
electric, şi pot fi influenţate de vâscozitate (rezistenţa la curgere).
c) Proprietăţile superficiale ale dispersiilor coloidale
Aceste proprietăţi apar deoarece sistemele disperse au o rezervă însemnată
de energie de un tip special: energie liberă superficială F.
F = x s
Aceasta rezervă de energie este mare deoarece s – suprafaţa de contact este
mare. Tensiunea superficială () este influenţată de natura substanţei dispersate.
Adsorbţia – acumularea unei substanţe la suprafaţa de separaţie dintre faze
se datorează energiei superficiale libere mari a dispersiilor coloidale.
Prin caracteristicile de adsorbtie, umectare, tensiune interfaciala, unii coloizi
reprezinta subst auxiliare cu o deosebita importanta in formularea unor medicam
care ridica probleme de stabilitate.
d) Proprietăţile electrice ale interfeţelor se datorează încărcării acestora cu
sarcini electrice. Principalele cauze ale încărcării electrice a suprafeţelor
particulelor dispersate sunt: - cauze primare: ionizarea particulelor coloidale;
- cauze secundare: adsorbţia ionilor din soluţie pe
suprafata particulelor dispersate.
Cauza primară constă în disocierea electrolitica a moleculelor de pe
suprafaţa corpului solid, datorită căreia ionii cu un anumit semn rămân pe
suprafaţa corpului, iar contraionii trec în stratul aderent de faza solida.
Cauza secundară – adsorbţia ionilor din mediul de dispersie poate duce la
încărcarea suprafeţelor particulelor coloidale.
e) Proprietăţi reologice => se refera la curgerea si vascozitatea sist coloidale
-solurile diluate de coloizi liofobi se comportă ca lichidele newtoniene.
11
-vâscozitatea dispersiilor liofobe prezintă diferenţe foarte mici faţă de cea a
mediului de dispersie.
-vâscozitatea soluţiilor, în cazul coloizilor macromoleculari, este cu mult mai
mare dacât cea a solventului.
Stabilitatea dispersiilor coloidale
Ca orice sistem eterogen, sist coloidale sunt supuse unor fenomene de
instabilitate: sedimentare, floculare, coacervare, coagulare, in prezenta
electrolitilor, neelectrolitilor si a altor macromolecule sau solventi.
În dispersiile coloidale se produc frecvent ciocniri între particulele
dispersate, datorită mişcării browniene. Dependent de forţele de interacţiune dintre
particule aceste coliziuni pot duce:
a) la un contact permanent între particulele dispersate, respectiv la
coagulare, când sistemul coloidal este distrus şi se va forma un sediment de
agregate mari;
b) la un contact temporar (floculare);
c) la menţinerea particulelor coloidale separate datorita respingerii dintre ele
Forţele de interacţie pot fi împărţite în 3 mari grupe:
- forţele electrice de repulsie
- forţele de atracţie
- forţele ce rezulta din solvatare
Primele doua tipuri de forţe explică (influenţează) stabilitatea sistemelor
disperse coloidale liofobe, pe când în cazul coloizilor liofili intervin toate cele 3
tipuri de interacţiune.
Se disting doua feluri de stabilitate:
- stabilitatea cinetică – aceasta presupune menţinerea particulelor fazei
dispersate într-o distribuţie uniformă în mediul de dispersie;
- stabilitatea agregativă – care presupune menţinerea particulelor dispersate
unitar, respectiv neunirea lor în particule mai mari.
12
Este necesar să se definească termenii de: agregare, coagulare şi floculare,
întâlniţi frecvent şi care nu trebuie confundaţi.
Agregarea este un termen general care defineşte unirea particulelor în
grupări mai mari sau mai mici.
Coagularea arată că particulele sunt strâns unite între ele şi greu de
redispersat.
Flocularea, care are înţelesul de detaşat, nelegat şi uşor, vaporos, împrăştiat,
este formarea de agregate cu o structură deschisă, în care particulele rămân la o
mică distanţă una de alta.
Solii liofobi sunt sisteme disperse termodinamic instabile, sau ireversibile.
Stabilizarea se poate realiza şi prin asocierea de coloizi liofili (de protectie) care
acţionează steric. Compuşii polimerici (macromoleculele) adsorbiţi la suprafaţa
particulelor liofobe, le stabilizează, împiedicând coagularea, chiar în absenta
potenţialului zeta semnificativ.
Solii liofili sunt dispersii coloidale stabile termodinamic, în acest caz
acţionând cele 3 tipuri de forţe: de atracţie, de respingere electrostatica şi cea
datorata formării stratului de solvatare.
Ei sunt stabili la adaus de cantitati mici de electroliţi. Când concentraţia
electrolitului depăşeşte o anumita limită, mai ales în cazul electroliţilor care se
hidratează puternic, particulele coloidale pierd stratul de solvatare, coagulând.
Coloizii liofili pot deveni liofobi la adăugarea altor solvenţi: alcool, acetonă.
Un fenomen care se produce în cazul solilor liofili în anumite condiţii este
coacervarea = separarea unui strat concentrat de coloid sub forma unui lichid
amorf ce constituie coacervatul şi care se produce la adăugarea altor substanţe.
Coacervarea simpla se produce prin efectul de salefiere, la asociere de
electroliţi sau de alt solvent. Coacervarea complexa are loc la amestecarea a două
dispersii coloidale liofile, formate din compuşi cu sarcini electrice diferite (unul
anionic – exemplu guma arabică şi altul cationic – exemplu gelatina B). Asocierea
acestora la un anumit pH (~4) duce la coacervare.
13
Coacervatul format într-o suspensie agitată a unei substanţe solide insolubila,
va înconjura particulele solide, iar prin uscarea materialului acoperit se vor obţine
microcapsule – particule acoperite cu un film care protejează substanţele sensibile
de acţiunea factorilor externi. Prin acest procedeu se pot obţine şi preparate cu
acţiune prelungita.
Deci coacervarea reprezinta o metoda de baza in procesul de
microincapsulare.
Concluzii:
Caracteristicile coloizilor liofili:- se dispersează spontan la adăugarea solventului;- particulele au tendinţă de solvatare (în cazul apei vorbim de
hidratare), pot atrage în jurul lor molecule de solvent. Prin solvatare (hidratare), se formează un strat protector care împiedică agregarea;
- soluţiile coloizilor liofili au stabilitate mai mare decât a coloizilor liofobi;
- sunt mai puţin sensibile faţă de electroliţi;- după îndepărtarea solventului, se dispersează spontan la adăugarea
unei noi cantităţi de solvent;- vâscozitatea soluţiilor, în cazul coloizilor macromoleculari, este cu
mult mai mare dacât cea a solventului;- tensiunea superficială a soluţiilor coloidale, mai ales în cazul
coloizilor micelari, este mult mai redusă decât cea a mediului de dispersie.
Caracteristicile coloizilor liofobi:- nu au tendinta de solvatare;- se transforma ireversibil dupa eliminarea solventului;- dispersiile coloizilor liofobi au stabilitate redusa, de aceea se
utilizeaza in combinatie cu subst coloidale liofile (coloizi de protectie);
- sunt sensibili fata de electroliti; - vâscozitatea lor este redusa (difera putin fata de cea a solventului);- tensiunea superficială se deosebeste putin de cea a mediului de