表面现象与表面活性剂.ppt

第二章第二章 表面现象与表面活性剂表面现象与表面活性剂 表面张力？ 泡泡是由于水的表面张力而形成的。这种张力 是物体受到拉力作用时，存在于其内部而垂直 于两相邻部分接触面上的相互牵引力。水面的 水分子间的相互吸引力比水分子于与空气之间 的吸引力强。这些水分子就像被黏在一起一样 。但如果水分子之间过度黏合在一起，泡泡就 不易形成了。肥皂“打破”了水的表面张力，它 把表面张力降低到只有通常状况下的1/3，而 这正是吹泡泡所需的最佳张力。 肥皂就是表 面活性剂？ 表面活性剂是指那些含有固定的亲水 亲油基团，具有很强表面活性、能使 液体的表面张力显著下降的物质。 作业 1.什么叫表面张力？说明水为什么会凝 结成水滴？ 2.什么是表面活性剂？ 3.单纯的水为什么不能吹泡泡，而肥皂 水却能？ 表面活性剂的分类 根据分子组成特点和极性基团的解离性质： 起表面活性作用的部分是阴离子。 1）、肥皂类： 通式：(RCOO)n-Mn+脂肪酸盐 应用：具有一定的刺激性，只供外用。 （1）、阴离子表面活性剂 2）、硫酸化物： 通式：ROSO3-M+ 硫酸化蓖麻油（土耳其红油)；月桂醇硫酸 钠(十二烷基硫酸钠) 。 应用：有一定刺激性，主要用于外用软膏 的乳化剂。 （1）、阴离子表面活性剂 3）、磺酸化物： 通式：RSO3-M+ 分类：脂肪族磺酸化物，如二辛玻珀酸脂 磺的钠；烷基芳基磺酸化物，如十二烷基 苯磺酸钠，常用洗涤剂；烷基苯磺酸化物 ；胆酸盐，如牛磺胆酸钠。 性质：水溶性, 耐酸、钙、镁盐性比硫酸 化物差, 不易水解。 应用： 用作胃肠脂肪的乳化剂和单脂肪酸 甘油酸的增溶剂；较好的洗涤剂。 （1）阴离子表面活性剂 起作用的是阳离子，亦称阳性皂。 1）.结构：含有一个五价氮原子。 2）.特点：水溶性大，在酸性和碱性溶液中 较稳定具有良好的表面活性和杀菌作用。 3）.应用：杀菌；防腐；皮肤、粘膜手术器 械的消毒。 4）.常用药物：苯扎氯铵(洁尔灭)；苯 扎溴铵 (新洁尔灭) （2）、阳离子表面活性剂 分子结构上同时具有正负电荷基团的表 面活性剂，随介质的pH可成阳或阴离子 型。 常用品种：卵磷脂、氨基酸型和甜菜碱 型两性离子型表面活性剂。 最大优点：适用于任何PH溶液，在等电 点时也无沉淀。 性质：碱性水溶液中呈阴离子性质，起 泡性良好、去污力亦强； 酸性水溶液中 呈阳离子性质，杀菌力很强，毒性小。 （3）、两性离子表面活性剂 在水溶液中不解离。 （1）、结构组成： 亲水基团 (甘油、聚乙二醇、山梨醇)； 亲油基团(长链脂肪酸、长链脂肪醇、烷基或芳基) ； 酯键、醚健 （2）、性质： 毒性，溶血作用较小，化 学上不解离，不易受电解质，pH值的影 响；能与大多数药物配伍，应用广泛（ 外用、内服、注射）。 2、非离子表面活性剂 （一）脂肪酸甘油酯 主要有脂肪酸单甘油酯和脂肪酸二甘油 酯。 性质：不溶于水，在水、热、酸、碱及 酶等作用下易水解成甘油和脂肪酸， HLB34，表面活性弱。 应用：主要用作W/O型辅助乳化剂。 常用品种常用品种 （二）多元醇型 1.蔗糖脂肪酸酯 简称蔗糖酯， 是蔗糖和 脂肪酸反应生成的一大类化合物。 根据脂肪酸取代数不同分为：单酯、二酯 、三酯及多酯。 性质：溶于丙二醇、乙醇，但不溶于水和 油；在酸、碱及酶等作用下易水解成蔗糖 和脂肪酸， HLB513，表面活性弱。 应用：主要用作O/W型乳化剂、分散剂。 常用品种常用品种 2.脂肪酸山梨坦：司盘类Spans 即脱水山梨醇脂肪酸酯 是山梨糖醇及其 单酐和二酐+各种脂肪酸Spans(混合物) 根据脂肪酸品种数量不同分为： 应用：HLB1.8-3.8，因其亲油性较强，一 般用作水/油乳剂的乳化剂。用于搽剂，软 膏，亦可作为乳剂的辅助乳化剂。 （二）多元醇型 Span-20-40-60-65-80-85 脂肪酸单月桂单棕榈单硬脂三硬脂单油三油 （二）多元醇型（二）多元醇型 Tween-20-40-60-65-80-85 脂肪酸单月桂单棕榈单硬脂三硬脂单 油 三油 3. 3. 聚山梨酯聚山梨酯( (polysorbatepolysorbate) )：吐温吐温 TweensTweens 即聚氧乙烯脱水山梨醇脂肪酸酯即聚氧乙烯脱水山梨醇脂肪酸酯 脱水山梨醇脂肪酸酯脱水山梨醇脂肪酸酯+ +环氧乙烷环氧乙烷TweensTweens( (亲水亲水 性化合物性化合物) )。因也有一次和二次脱水，故为混。因也有一次和二次脱水，故为混 合物。合物。 脂肪酸品种和数量不同分为：脂肪酸品种和数量不同分为： 应用：应用：亲水性大大增加，为水溶性表面活性剂亲水性大大增加，为水溶性表面活性剂 ，用作，用作增溶剂增溶剂、乳化剂乳化剂、分散剂分散剂和和润湿剂润湿剂。 1.1.聚氧乙烯脂肪酸酯：聚氧乙烯脂肪酸酯：卖泽类卖泽类 MyrjMyrj 系聚乙二醇与长链脂肪酸缩合而成的酯。系聚乙二醇与长链脂肪酸缩合而成的酯。 通式：通式：RCOOCHRCOOCH 2 2 (CH(CH 2 2 O CHO CH 2 2) )n n CHCH 2 2 OH OH 因因n n不同，产品常用的有：不同，产品常用的有： Myri-45 -49 -51 -52 -53 Myri-45 -49 -51 -52 -53 应用：应用：具有较强水溶性，乳化能力强，作具有较强水溶性，乳化能力强，作增溶剂增溶剂 和和油油/ /水型乳化剂水型乳化剂。 常用的有常用的有polyoxylpolyoxyl 40 40 stearatestearate( (聚氧乙烯聚氧乙烯4040硬脂酸酯硬脂酸酯) )。 （三）聚氧乙烯型（三）聚氧乙烯型 2.聚氧乙烯脂肪醇醚 系聚乙二醇与脂肪醇缩合而成的醚。 通式:RO(CH2O CH2)nH 产品有: 1）苄泽类(Brij)，如Brij-30 和-35分别为不同分子量的聚 乙二醇与月桂醇的缩合物，n为10-20时作油/水乳化剂 。 2）西土马哥(Cetomacrogol)为聚乙二醇与十六醇的缩合物 。 3）平平加O(Perogol O)为15单位氧乙烯与油醇的缩合物。 4）埃莫尔弗(Emlphor)为一类聚氧乙烯蓖麻油化合物，由20 个单位以上的氧乙烯与油醇缩合而成。 Emlphor易溶于水 和醇及多种有机溶剂， HLB1218，具有较强亲水性，乳 化能力强，作增溶剂和油/水型乳化剂。 如Cremophore EL为聚氧乙烯蓖麻油甘油醚，氧乙烯单位为35-40，HLB12 -14。 （三）聚氧乙烯型（三）聚氧乙烯型 即泊洛沙姆(poloxamer)，商品名普朗尼克 (Pluronic)。 通式：HO(C2H4O)a-(C3H6O)b-(C2H4O)cH 性质：为淡黄色液体或固体；分子量100014000 ；HBL0.530；随聚氧丙烯比例增加，则亲油性 增强；随聚氧乙烯比例增加，则亲水性增强；具 有乳化、润湿、分散、起泡和消泡等多种优良性 能，但增溶能力较弱。 特点：对皮肤无刺激和过敏性， 对粘膜刺激性 很大，毒性中较小，Poloxamer118 (pluronic68)可作为o/w型乳化剂， 是目前用 于静脉乳剂少数合成的乳化剂之一，用本品制备 的乳剂能耐受热压灭菌和低温冰冻而不改变其物 理稳定性。 （四）聚氧乙烯（四）聚氧乙烯- -聚氧丙烯共聚物聚氧丙烯共聚物 二、表面活性剂的基本性质二、表面活性剂的基本性质 （一）、表面活性与表面老化 表面活性：指在含有表面活性物质的平衡溶 液中，因表面溶液层的正吸附作用，物质能 降低表面张力的能力。与浓度和分子结构有关 。 表面老化：指含表面活性剂溶液从开始发生 表面吸附到取得恒定的表面过剩浓度或稳定 表面张力的时间过程和程度。 表面活性的影响因素 表面活性剂的表面活性与浓度和分子结 构有关。 表面活性随表面活性剂浓度的变化而变 化，亲油基炭链的长短，支链的多少以 及不饱和程度和解离程度。 （二）、胶团的形成和二）、胶团的形成和临界胶束浓度临界胶束浓度 1、临界胶团浓度 胶团（micelles)：当溶液内表面活性剂分 子数目不断增加时，其疏水部分相互吸引， 缔合在一起，亲水部分向着水，几十个或更 多分子缔合在一起形成缔合的粒子，称为胶 团。 临界胶团浓度（ critical micell concentration, CMC）：表面活性剂分子缔 合形成胶团的最低浓度。 2、胶束的结构 CMC时，溶液表面张力基本达到最低值，而 且溶液的多种物理性质如摩尔电导、粘度 、渗透压、密度、光散射等多种物理性质 发生急剧变化。利用这些性质与表面活性 剂浓度之间的关系，可推测出表面活性剂 的临界胶束浓度。 温度、浓度、电解质、pH值等因素对测定 结果也会产生影响。 3、临界胶束浓度的测定 影响胶束的形成 影响增溶质的溶解 影响表面活性剂的溶解度 （三）、表面活性剂的克氏点和昙点（三）、表面活性剂的克氏点和昙点 1、温度对增溶的影响 对于离子表面活性剂，温度上升主要是增加增溶质 在胶束中的溶解度以及增加表面活性剂的溶解度。 2.2.克氏（克氏（krafftkrafft）点）点 当温度升高至某一温度时，离子表面活性 剂在水中的溶解度急剧升高，该温度称为 krafft点。 krafft点是离子表面活性剂的特征值， krafft点越高，则CMC越小。 krafft点亦是离子表面活性剂应用温度的 下限，即只有高于krafft点，表面活性剂 才能更大地发挥作用。 2.2.起昙与昙点起昙与昙点 对聚氧乙烯型非离子表面活性剂，温度升 高可导致聚氧乙烯链与水之间的氢键断裂 ，当温度上升到一定程度时，聚氧乙烯链 可发生强烈的脱水和收缩，使增溶空间减 小，增溶能力下降，表面活剂溶解度急剧 下降和析出，溶液出现混浊，此现象称为 起昙，此时温度称为昙点(或浊点）。 在聚氧乙烯链相同时，碳氢链越长，浊点 越低；在碳氢链长相同时，聚氧乙烯链越 长则浊点越高。 （四）、亲水亲油平衡值 HLB值的概念 亲水亲油平衡值(hydrophile-lipophile balance，HLB)系表面活性剂分子中亲水和 亲油基团对油或水的综合亲合力，是用来 表示表面活性剂的亲水亲油性强弱的数值 。 数值范围：HLB 040，其中非离子表面活 性剂HLB 020，即石蜡为0，聚氧乙烯为20 。 HLB值愈高，表明亲水 性愈强；HLB值愈低， 表明亲油性愈强。 特性与应用： 亲油性表面活性剂的HLB低，亲水性表面活性 剂的HLB高； 亲油性或亲水性很大的表面活性剂易溶于油或 易溶于水； HLB值在3-6的表面活性剂适合作W/O型乳化剂 ； HLB值在8-18的表面活性剂适合作O/W型乳化剂 ； HLB值在13-18的表面活性剂适合作增溶剂； HLB值在7-9的表面活性剂适合作润湿剂。 亲水亲油平衡值（HLB) (1) 对非离子型表面活性， 可能过经验式求得 : 非离子表面活性剂的HLB具有加和性。 HLBab=(HLBaWa+HLBbWb)/(Wa+Wb) (2)理论计算法：如果HLB值是由表面活性剂分 子中各种结构基团贡献的总和，则每个基团 对HLB值的贡献可用数值表示，此数值称为 HLB基团数(group number)。 HLB=(亲水基团HLB)+(亲油基团HLB)+7 HLBHLB值计算值计算 计算： 用吐温40（HLB=15.6)15%和司盘80（ HLB=4.3)85%混合后的HLB值。 解： HLB= 15.615+4.385 15+85 =5.995 答：混合后的HLB值为5.995 （五）、表面活性剂对药物吸收的影响（五）、表面活性剂对药物吸收的影响 表面活性剂的存在可能增加药物吸收，也可能降 低药物的吸收。 若药物系被增溶在胶束内，且能顺利从胶束内扩 散或胶束本身迅速与胃肠粘膜融合，则可增加吸 收； 溶解生物膜脂质增加上皮细胞的通透性，从而改 善吸收； 形成高粘度团块，降低胃空速率，增加药物吸收 ； 浓度的亦有重要影响， 离子型表面活性剂在酸性或碱性介质中都可能与 蛋白质结合。 在碱性中，羧基解离， 蛋白质-+表面活性剂+电性结合； 在酸性中，胺基、氨基解离， 蛋白质-+表面活性剂+ 电性结合。 蛋白质构象中的次级键(盐键、氢键、疏水键)+表 面活性剂盐键、氢键、疏水键破坏 蛋白质内 部变成无秩序的疏松状态破坏螺旋结构 蛋白 质变性。 （六）、表面活性剂与蛋白质的反应（六）、表面活性剂与蛋白质的反应 1. 表面活性剂毒性大小： 一般是阳离子型阴离子型非离子型 2. 口服给药呈慢性毒性：大小顺序也是阳 阴非，非离子型表面活性剂口服相对 没有毒性。 3. 静脉给药与口服比较具有较大的毒性。 4. 阴、阳离子表面活性剂不仅毒性较大， 而且有溶血作用。非离子型表面活性剂 也有溶血作用，但一般较小。 （七）、表面活性剂的毒性（七）、表面活性剂的毒性 各类表面活性剂以外用制剂的形式长期 应用或高浓度使用时可能出现皮肤或粘 膜损害。但仍以非离子型的对皮肤，粘 膜的刺激性为最小。 四、表面活性剂的刺激性四、表面活性剂的刺激性 三、表面活性剂的复配 表面活性剂相互间或与其他化合物的配 合使用称为复配。 适当的复配体系在增溶、乳化、起泡等 性能方面优于单一表面活性剂体系，不 适当的配伍将破坏表面活性作用。 （一）与中性无机盐的配伍 在离子表面活性剂溶液中加入可溶性的中性无机盐 ，则反离子会产生一定的影响：反离子结合率越高 和浓度越高，表面活性剂CMC降低就越显著，从 而增加了胶束数量，增加烃核总体积，增加了烃类 增溶质的增溶量。 由于无机盐使胶束栅状层分子间的电斥力减少，分 子排列更紧密，减少了极性增溶质的有效增溶空间 ，故对极性药物的增溶量降低。 无机盐对离子表面活性剂的影响较小，但在高浓度 时（0.1mol/L）可破坏表面活性剂聚氧乙烯等亲 水基与水分子的结合，使浊点降低。 脂肪醇与表面活性剂分子形成混合胶束，烃 核的体积增大，对碳氢化合物的增溶量增加 ，一般以碳原子在12以下的脂肪醇有较好 效果。 一些多元醇（如果糖、木糖、山梨醇等）也 有类似效果。 一些短链醇不仅不能与表面活性剂形成混合 胶束，还可能破坏胶束的形成，如C1C6的 醇等。 极性有机物（如尿素、N-甲基乙酰胺、乙二 醇等均升高表面活性剂的临界胶束浓度。 （二）有机添加剂 水溶性高分子吸附表面活性剂，减少溶 液中游离表面活性剂分子数量，临界胶 束浓度升高； 水溶性高分子与表面活性剂形成不溶性 复合物； 但在含有高分子的溶液中，一旦有胶束 形成，其增溶效果却显著增加。 （三）水溶性高分子 1.同系物混合体系 二个同系物等量混合体系的表面活性介 于两者之间而更趋于活性较高（即碳链 更长）的同系物，对CMC较小组分有根 大的影响。 混合体系的CMC与各组分摩尔分数不呈 线性关系，也不等于简单加和平均值。 （四）表面活性剂混合体系 2.非离子型表面活性剂与离子型表面活性 剂混合体系 两者更容易形成混合胶束，CMC介于两 种表面活性剂CMC之间或低于其中任一 表面活性剂的CMC。 对于阴离子型表面活性剂与聚氧乙烯型 非离子表面活性剂混合体系，当聚氧乙 烯数增加时，可能发生更强的协同作用 ，但电解质可使协同作用减弱。 （四）表面活性剂混合体系 3.阳离子型表面活性剂与阴离子型表面活性 剂混合体系 表面活性剂混合物的增效程度与两者混合比例有 关及碳氢链长度有关，碳氢链长度越接近以及碳 氢链越长，增溶作用也越强。 带有相反电荷的离子型表面活性剂的适当配伍可 形成具有很高表面活性的分子复合物，对润湿、 增溶、起泡、杀菌等均有增效作用。 如混合比例不当、混合方法不适，可导致溶解度 很小的离子化合物从溶液中沉淀。 （四）表面活性剂混合体系 第三节、表面活性剂在药剂中的应用 一、增溶剂 增溶体系是溶剂、增溶剂和增溶质组成 的三元体系，三元体系的最佳比例常通 过实验制作三元相图来确定。 制作三元相图：按一组比例取增溶剂和 增溶质混匀，分别滴加蒸馏水，计算各 混浊点处三组分的重量或体积百分数， 并绘入三角坐标图中。 1.解离性药物的增溶 当解离药物与带有相反电荷的表面活性剂 混合时，在不同配比下可能出现增溶、形