表面活性剂(1)教学文案

表面活性剂(1)2023/1/13表面活性剂2叶面上的水珠为什么成椭圆型？装有稍微过量的水杯，水为什么没有溢出？水是具有表面张力的。表面张力，是液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力。通常，处于液体表面层的分子较为稀薄，其分子间距较大，液体分子之间的引力大于斥力，合力表现为平行与液体界面的引力。简而言之，促使液体表面收缩的力叫做表面张力。2023/1/13表面活性剂3表面张力与药剂有什么关系？在制药中哪些情况会遇到表面张力的问题？例1：片剂的包衣2023/1/13表面活性剂4包衣液的表面张力过大润湿性差，不能及时在片剂表面铺展，导致衣膜不完整或上料率低（大部分包衣材料没法包在片剂表面，而变成了喷雾干燥成为细粉，）包衣液表面张力小，润湿性好，可形成完整衣膜，上料率高对于这种表面张力过大引起的问题，该怎么处理？降低表面张力加入表面活性剂2023/1/13表面活性剂52023/1/13表面活性剂6第一节

概述

一、表面活性剂的概念

1、表面活性剂（surfactant,surfaceactiveagent）／指那些具有很强表面活性，能使液体的表面张力显著下降的物质表面活性／使液体表面张力降低的性质作为表面活性

2023/1/13表面活性剂7

表面活性剂的含义表面活性剂：能显著降低两相间表面张力(或界面张力)的物质固液气界面界面界面表面表面水NaCl肥皂表面张力

表面张力

2023/1/13表面活性剂8

几个概念1．界面：是指物质的相与相之间的交界面。相是指体系物理和化学性质均匀的部分，有固、液、气三相有：液/液（如乳剂）、液/气（如气雾剂）、固/气（如散剂）、固/液（如混悬剂）、固/固等。2．界面现象：是指物质在界面上发生的物理化学现象3．表面：两相中有一相是气体的界面。气/固；气/液。4．表面现象：液/气、固/气界面上发生的物理化学现象。2023/1/13表面活性剂9一、表面活性剂

一般来说，无机盐和糖类物质可使液体表面张力稍有升高，而一些有机酸、醇、醛则可使液体的表面张力稍有下降，如在溶液中加入肥皂、洗衣粉等时，可使液体表面张力(surfacetension)产生显著的下降2023/1/13表面活性剂10一、表面活性剂作为表面活性剂／还应具有增溶(solubilization)，乳化(emulsification)，润湿(wetting)，去污(detergent)，杀菌(sterilization)，消泡(antifoaming)和起泡(foaming)等性质／这是与一般表面活性物质的重要区别，而无机盐和低级醇等物质不具备这些性质。

表面活性剂是如何降低液体表面张力的？2023/1/13表面活性剂11表面活性剂的吸附性1、表面活性剂分子在溶液中的正吸附在溶液中的正吸附(positiveadsorption)：原理:

表面活性剂溶解在水中时／由于表面活性剂分子的极性基团和非极性基团的两亲性(amphipathy)在水/空气界面产生定向（orientation）排列亲水基团向水而亲油基团朝向空气2023/1/13表面活性剂12

在浓度较稀时／表面活性剂几乎都集中在表面上形成单分子层／表面层的浓度与本体溶液中的浓度明显不同／并将溶液的表面张力降低到纯水的表面张力以下／表面活性剂在溶液表面层聚集

(aggregation)的现象称为正吸附(active,positiveadsorption)

正吸附改变了溶液表面的性质，可产生较好的润湿性(wettability)、乳化性(emulsifibility)、起泡性(foamingability)等。

何谓溶液中的正吸附？1、表面活性剂分子在溶液中的正吸附

（1）在溶液中的正吸附

表面活性剂的吸附性表面张力↓润湿性↑乳化性↑起泡性↑2023/1/13表面活性剂142、表面活性剂在固体表面的吸附在固体表面(solidsurface)的吸附(adsorption)：

固体表面与表面活性剂溶液接触时，表面活性剂分子很容易在固体表面发生吸附，由于这种吸附，固体的表面状态和性质可以发生很大的变化，在药剂制备中有很大的应用价值

如固体疏水性药物粉末(solidhydrophobicpowders)表面吸附亲水性表面活性剂有利于药物的润湿和溶解2023/1/13表面活性剂15润湿剂

润湿：液体在固体表面充分铺展或固体被液体充分湿润的过程

润湿剂：促进液体和固体间润湿过程的物质

机理：降低固液界面的表面张力表面张力小大

表面活性剂的润湿作用

第二节表面活性剂的分类根据溶解性质油溶性水溶性根据极性基团的解离性质离子表面活性剂非离子表面活性剂离子表面活性剂根据所带电荷又可分为：阳离子表面活性剂(cationicsurfactant)阴离子表面活性剂(anionicsurfactant)两性离子表面活性剂(amphotericsurfactant)2023/1/13表面活性剂17

常用的表面活性剂——离子型亲油亲水羧酸根离子磺酸根离子硫酸根离子季铵阳离子阴离子+阳离子烃链酯键或醚键2023/1/13表面活性剂18一、离子表面活性剂(ionicsurfactants)（一）阴离子表面活性剂（anionicsurfactants）

起表面活性作用的部分是阴离子如肥皂、长链烃基的硫酸盐等

肥皂类(soap-like)系高级脂肪酸的盐／通式为（RCOO-）nMn+

脂肪酸烃链R一般在C11～C17之间常见的有硬脂酸、油酸、月桂酸2023/1/13表面活性剂19（一）阴离子表面活性剂根据M的不同／可分为碱金属皂、碱土金属皂和有机胺皂（如三乙醇胺皂）等它们均具有良好的乳化性能和分散油的能力／但易被酸破坏／碱金属皂还可被钙、镁盐等破坏／电解质可使之盐析(saltingout)／一般用于外用制剂

2023/1/13表面活性剂20（一）阴离子表面活性剂肥皂类

为高级脂肪酸盐，分子结构通式为(

RCOO-)nM+其中脂肪烃链R在C11～C18范围，以硬脂酸、油酸、月桂酸等较为常用。2023/1/13表面活性剂21（一）阴离子表面活性剂硫酸化物（sulfates）

主要是硫酸化油和高级脂肪醇硫酸酯类通式为ROSO3-M+

其中脂肪烃链R在C12～C18范围

硫酸化油的代表是硫酸化蓖麻油／又称土耳其红油／为黄色或桔黄色粘稠液／含48.5％的总脂肪油／可与水混合／为无刺激性的去污剂和润湿剂／也可用于挥发油或水不溶性杀菌剂的增溶(solubilization)2023/1/13表面活性剂22（一）阴离子表面活性剂高级脂肪醇类：十二烷基硫酸钠（SDS，月桂酸硫酸钠）十六烷基硫酸钠（鲸蜡醇硫酸钠）十八烷基硫酸钠（硬脂醇硫酸钠）

这些是常用的高级脂肪醇硫酸酯类／它们的乳化性很强／较肥皂类稳定／较耐酸和钙、镁盐／但可与一些高分子阳离子药物发生作用而产生沉淀／对粘膜有一定刺激性

主要用作外用软膏的乳化剂（emulsifier)／有时也用于片剂等固体制剂的润湿剂或增溶剂水杨酸乳膏处方：水杨酸50g硬脂酸甘油酯70g硬脂酸100g

白凡士林120g液状石蜡100g甘油120g

十二烷基硫酸钠

10g羟苯乙酯1g蒸馏水480ml制备：将水杨酸研细后通过60目筛，备用。取硬脂酸甘油酯，硬脂酸，白凡士林及液体石蜡加热熔化为油相。另将甘油及蒸馏水加热至90度，再加入十二烷基硫酸钠及羟苯乙酯溶解为水相。然后将水相缓慢倒入油相中，边加边搅拌，得到水包油型乳剂基质，再将过筛后的水杨酸加入基质中搅拌均匀，即得水杨酸乳膏。

2023/1/13表面活性剂232023/1/13表面活性剂24（一）阴离子表面活性剂磺酸化物（sulfonates）

属于有脂肪族磺酸化物、烷基芳基磺酸化物和烷基萘磺酸化物等，通式为RSO3-M+

它们的水溶性、耐钙和耐镁盐性比硫酸化物稍差，但即使在酸性水溶液中也不易水解2023/1/13表面活性剂25（一）阴离子表面活性剂常用的品种有：

二辛基琥珀酸磺酸钠二己基琥珀酸硫酸钠

十二烷基苯磺酸钠等其中后者是目前广泛应用的洗涤剂洗洁精主要成分：

直链烷基苯磺酸钠、烷基醇酰胺、烷基糖苷、烷基甜菜碱等。2023/1/13表面活性剂26（二）阳离子表面活性剂（cationicsurfactants）

起作用部分是阳离子(cation)／也称阳性皂／其分子结构主要部分是一个五价的氮原子／所以称为季铵化物

其特点是水溶性大、在酸性与碱性溶液中较稳定、具有良好的表面活性作用和杀菌作用2023/1/13表面活性剂27（二）阳离子表面活性剂医药中的应用：阳离子型表面活性剂具有良好的表面活性，还具有强大的杀菌作用，但毒性较大，临床一般作为皮肤、黏膜和手术器材的消毒。外用消毒制剂：苯扎氯胺（洁尔灭）、苯扎溴铵（新洁尔灭）、度米芬等。用于手术前皮肤消毒，粘膜和伤口消毒，手术器械消毒。2023/1/13表面活性剂28第八章液体制剂

常用的表面活性剂——两性离子型CH2－OOCR1CH－OOCR2CH2－O－P－O－CH2－CH2－N+－CH3O

O-CH3CH3磷酸酯盐型阴离子部分季铵盐型阳离子部分磷脂类通式卵磷脂——注射用乳化剂通式：

存在等电点（pI）：

（pH>pI）碱性——阴离子，乳化、去污（pH<pI）酸性——阳离子，杀菌2023/1/13表面活性剂29（三）两性离子表面活性剂（amphotericsurfactants）

这类表面活性剂的分子结构中同时具有正、负电荷基团，在不同pH值介质中可表现出阳离子或阴离子表面活性剂的性质

例如：（1）卵磷脂（lecithin）（2）氨基酸型和甜菜碱型两性离子表面活性剂2023/1/13表面活性剂30（1）卵磷脂（lecithin）

是天然的两性离子表面活性剂主要来源是大豆和蛋黄，根据来源不同，也可称豆磷脂或蛋磷脂2023/1/13表面活性剂31（1）卵磷脂（lecithin）

外观为透明或半透明黄色或黄褐色油脂状物质，对热十分敏感，在60℃以上数天内即变为不透明褐色

在酸和碱性条件下以及酯酶作用下容易水解／不溶于水／溶于氯仿、乙醚、石油醚等有机溶剂

是制备注射用乳剂及脂质微粒制剂的主要辅料(supplies)2023/1/13表面活性剂32依托咪酯脂肪乳注射液与水剂相比较，脂肪乳剂可显著减少注射痛和血管损伤等副作用。2023/1/13表面活性剂33（2）氨基酸型和甜菜碱型两性

离子表面活性剂

这类表面活性剂为合成化合物，阴离子部分主要是羧酸盐，阳离子部分为季铵盐或胺盐

由胺盐构成者即为氨基酸型（R-+NH2-CH2CH2-COO-）季铵盐构成者即为甜菜碱型（R-+N-(CH3)2-CH2-COO-）2023/1/13表面活性剂34

氨基酸型在等电点(isoelectricpoint)（一般为微酸性）时亲水性减弱，并可能产生沉淀

而甜菜碱型则无论在酸性、中性及碱性溶液中均易溶，在等电点时也无沉淀（2）氨基酸型和甜菜碱型两性

离子表面活性剂2023/1/13表面活性剂35

两性离子表面活性剂在碱性水溶液中呈阴离子表面活性剂的性质，具有很好的起泡、去污作用在酸性溶液中呈阳离子表面活性剂的性质，具有很强的杀菌能力

常用的一类氨基酸型两性离子表面活性剂如“Tego”／杀菌力很强／而毒性小于阳离子表面活性剂另外还有一类具有咪唑啉结构的新型两性表面活性剂已上市（2）氨基酸型和甜菜碱型两性

离子表面活性剂2023/1/13表面活性剂36第八章液体制剂

常用的表面活性剂——非离子型特点：

不解离，不受电解质、pH影响毒性、溶血性小应用广泛(增溶、分散、乳化，外用、内服、注射)亲油亲水甘油聚乙二醇山梨醇长链脂肪酸长链脂肪醇烷基芳基酯键或醚键脂肪酸甘油脂多元醇型聚氧乙烯型聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物2023/1/13表面活性剂37二、非离子表面活性剂（nonionicsurfactant）

该类表面活性剂，在水中不解离，分子中构成亲水基团的是甘油、聚乙二醇和山梨醇等多元醇

构成亲油基团的是长链脂肪醇以及烷基或芳基等／它们以酯键或醚键与亲水基团结合

有很多类不同品种，广泛用于外用、口服制剂和注射剂2023/1/13表面活性剂38二、非离子表面活性剂(种类)

（一）脂肪酸甘油酯（二）多元醇型

1、蔗糖脂肪酸酯

2、脂肪酸山梨坦(司盘)3、聚山梨酯（吐温）（三）聚氧乙烯型

1、聚氧乙烯脂肪酸酯(卖泽)2、聚氧乙烯脂肪醇醚(苄泽)（四）聚氧乙烯－聚氧丙烯共聚物

泊洛沙姆（poloxamer）2023/1/13表面活性剂39脂肪酸山梨坦（sorbitanfattyester）

是失水山梨醇脂肪酸酯／由山梨糖醇及其单酐和二酐与脂肪酸反应而成的酯类化合物的混合物／商品名为司盘（spans）

根据反应的脂肪酸不同／可分为司盘20（月桂山梨坦）、司盘40（棕榈山梨坦）、司盘60（硬脂山梨坦）、司盘65（三硬脂山梨坦）、司盘80（油酸山梨坦）和司盘85（三油酸山梨坦）等2023/1/13表面活性剂40

司盘是粘稠状、白色至黄色的油状液体或蜡状固体／不溶于水／易溶于乙醇／在酸、碱和酶作用下易水解／其HLB值从1.8－3.8／是常用的油包水型乳化剂

但在水包油型乳剂中，司盘20和司盘40常与吐温配伍用作混合乳化剂／司盘60和司盘65等则适合在油包水型乳剂中与吐温配合使用脂肪酸山梨坦（司盘）2023/1/13表面活性剂41聚山梨酯（polysorbate）

是聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯／由失水山梨醇脂肪酸酯与环氧乙烷反应生产的亲水性化合物／商品名为吐温（Tweens）／美国药典品名为Polysorbate

根据脂肪酸不同／有吐温20（聚山梨酯20）、吐温40（聚山梨酯40）、吐温60（聚山梨酯60）、吐温65（聚山梨酯65）、吐温80（聚山梨酯80）、吐温85（聚山梨酯85）等。2023/1/13表面活性剂42聚山梨酯（吐温）

吐温是粘稠的黄色液体／对热稳定／在酸、碱和酶作用下会水解／在水和乙醇以及多种有机溶剂中易溶／不溶于油／低浓度时在水中形成胶束／其增溶作用不受溶液pH值影响

吐温是常用的增溶剂(solubilizingagent)、乳化剂(emulsifier)、分散剂(dispender)和润湿剂(wettingagent)2023/1/13表面活性剂43聚氧乙烯－聚氧丙烯共聚物

又称泊洛沙姆（poloxamer）／商品名为普朗尼克（pluronic）

根据不同的共聚比例/有不同分子量的产品／分子量可在1000-14000／HLB为0.5－30／随分子量增加／本品从液体变为固体／随聚氧丙烯比例增加／亲油性增强／相反随聚氧乙烯比例增加／亲水性增加2023/1/13表面活性剂44

本品为高分子非离子表面活性剂／具有乳化(emulsify)、润湿(wetting)、分散(dispersion)、起泡(foaming)和消泡(defoaming)等多种性能／但增溶能力较弱poloxamer188(PluronicF68)，作为一种水包油型乳化剂，是目前用于静脉乳剂极少数合成乳化剂之一，用本品制备的乳剂能够耐受热压灭菌和低温冰冻而不改变其物理稳定性聚氧乙烯－聚氧丙烯共聚物2023/1/13表面活性剂45第二节表面活性剂的基本性质一、表面活性剂胶束（一）临界胶束浓度（criticalmicelleconcentration,CMC）表面活性剂分子缔合形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度2023/1/13表面活性剂46临界胶束浓度(CMC)：CMC是表面活性剂的特征性指标CMC与HLB值和表面活性大小有关胶团的缔合数

表面活性剂的性质——临界胶束浓度正吸附

CMC

亲水性

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当表面活性剂在溶液表面的正吸附达到饱和(saturation)时／如继续增加表面活性剂的浓度不能在表面定向排列的表面活性剂分子则转入体相溶液

因其亲油基团的存在，水分子对表面活性剂分子的排斥力(repulsion)远大于相互间的吸引力(attractiveforce)，这些过剩的表面活性剂分子依赖范德华力聚集在一起，形成亲油基团向内，亲水基团向外，在水中能稳定分布的胶束（micelle）

表面活性剂分子缔合形成胶束的最低浓度／称为临界胶束浓度(CMC)（一）临界胶束浓度2023/1/13表面活性剂48(二)胶束的结构（structureofmicelle）

在一定浓度范围内，胶束在溶液中呈球形结构，并有恒定的分子缔合数，其碳氢链构成内核，且自由缠绕保持类似于液体的状态

对离子型表面活性剂，则有反离子吸附在胶束表面，随着溶液中表面活性剂浓度增加（20％以上），胶束不再能保持球形结构，转变为具有更高分子缔合数的棒状胶束或六角束状结构，表面活性剂浓度更大时，成为板状或层状结构C非离子型表面活性剂（增溶极性增溶质）

A、B离子型表面活性剂（增溶极性和非极性增溶质）

不同类型增溶质在球状胶束中的位置示意图2023/1/13表面活性剂51

球形到层状结构，表面活性剂的碳氢链从紊乱分布转变为规整排列，完成了从液态到液晶态的转变，表现出明显的光学各向异性性质(二)胶束的结构2023/1/13表面活性剂52二、亲水亲油平衡值（hydrophilic-lipophilebalance,HLB）

（一）HLB值的概念

表面活性剂分子中亲水和亲油基团对水的综合亲合力称为HLB

一般将表面活性剂的HLB值范围限定在0－40间对于一个已知的或给定的油相，用不同HLB值的乳化剂将其乳化时，必有一个HLB值为最适HLB值，此时形成的乳剂最稳定。2023/1/13表面活性剂53（一）HLB值的概念非离子表面