第九章-胶体分散系统-(1)课件

第九章胶体分散系统1前言与表面化学密不可分：胶体具有巨大比表面积，具有高的表面能；实用性强；实验性强；主要内容§9.1溶胶的分类和基本特征§9.2溶胶的制备和净化§9.3溶胶的动力性质§9.4溶胶的光学性质§9.5溶胶的电学性质§9.6溶胶的稳定性和聚沉§9.7乳状液及微乳状液3内容要求掌握：溶胶的基本特征；掌握：动力性质、光学性质和电学性质；掌握：胶束（胶团）的结构；掌握：乳状液的基本性质；掌握：电解质聚沉作用和聚沉规律。4第一节

溶胶的分类和基本特征

5掌握：溶胶的基本特征。了解：胶体分散系统的分类。内容要求6分散系统（dispersesystems）分散系统分散相半径/nm均相系统分子分散系统<1多相系统胶体分散系统1~100粗分散系统>100

分散系统：将一种或几种物质分散在另一种物质中所构成的体系。分散相：非连续形式存在的被分散的物质分散介质：连续相形式存在的物质分类：7胶体(colloid)

胶体：分散相的粒径为1-100nm之间的分散系统特点：扩散慢，不能透过半透膜。亲液胶体(lyophiliccolloid)：大分子物质(例如明胶、蛋白质等)溶解在水中成为均相系统，为大分子溶液。属于热力学稳定体系溶胶(sol)：难溶物分散在分散介质中所形成的憎液胶体(lyophobiccolloid)。如AgI或Fe(OH)3的超微分散系统，系统具很高的表面能，不稳定，易被破坏而聚沉，为热力学不稳定体系。缔合胶体（associationcolloid）：表面活性物质缔合形成胶束。8亲液胶体举例--胃蛋白酶合剂

[处方]

胃蛋白酶2.0g

单糖浆10.0ml

稀盐酸2.0ml5%羟苯乙酯乙醇液1.0ml橙皮酊2.0ml

纯化水加至100.0ml[制法]稀盐酸+单糖浆+80ml水；胃蛋白酶撒在液面上，待溶胀、溶解；缓慢加入橙皮酊；加5%羟苯乙酯乙醇液后加水至全量。9亲液胶体举例–血浆代用品

10缔合胶体举例表面活性剂胶束—增溶作用聚合物胶束---DDSEnhancedPermeabilityandRetention(EPR)effectLigandmediatedDDS11溶胶举例–药物纳米晶产品描述技术平台Rapamune(雷帕霉素)免疫抑制剂，纳米晶，肾移植的免疫抑制（2000.8FDA批准）NanoCrystaltechnology(Elan/Wyeth)

Emend（阿瑞吡坦）止吐药，纳米晶，

治疗化疗病人的恶心、呕吐（2003.3FDA批准）NanoCrystaltechnology(Elan/Merck)Tricor（非诺贝特

）降血脂，纳米晶（2004.12FDA批准）NanoCrystaltechnology(Elan/Abbot)Triglide（非诺贝特

降血脂，纳米晶NanoCrystaltechnology(SkyePharma/减小粒径，增大比表面积。提高溶出速率，提高生物利用度。12溶胶分类

按分散相与分散介质聚集状态分类（列举）分散相的粒径>100nm时，属粗分散系统本章主要讨论的是液溶胶，特别是液液溶胶和固液溶胶气液固气溶胶液溶胶固溶胶雾烟泡沫牛奶油漆沸石珍珠有色玻璃介质：13溶胶基本特性

高度分散性：与粗分散系统比具有相对稳定性，粒径小，不易沉降，动力学稳定。多相性：与溶液比不稳定,为多相分散系统，存在相界面。热力学不稳定性：∵Ar巨大∴胶粒具有高表面能，有相互聚集而变成粗分散系统的倾向。14第二节

溶胶的制备和净化

15了解：溶胶的制备方法。了解：纳米粒子的基本性质。内容要求16制备溶胶的二种途径：

溶胶1~100nm

小分子溶液<1nm粗分散系统>100nm

分散法

凝聚法溶胶的制备17分散法机械法：胶体磨、气流粉碎机

超声波法胶溶法凝聚法物理法：蒸汽状态溶解状态的物质冷却改变溶剂胶态化学法：

还原法（金属溶胶）氧化法复分解反应（盐类溶胶）水解（金属氧化物溶胶）溶胶的制备18胶体磨胶体磨的磨盘，相互以10,000～20,000r/min的转速方向运动，分散相在磨盘的间隙中受到强大的剪切力而粉碎，并达到胶体颗粒的粒径范围。胶体磨适用于脆性物料的粉碎，如活性炭对柔韧性的物料通常先做硬化处理（如液氮处理）后再粉碎一．分散法

19气流粉碎机2020利用高压流体使物料颗粒与颗粒之间或颗粒与室壁间相互强烈碰撞而产生粉碎作用。流体可以是空气、蒸汽或惰性气体，速度可达音速或超音速。由于粉碎过程中高压气流膨胀吸热，产生明显的冷却效应，可以抵消粉碎产生的热量。20(3)超声波分散法

这种方法目前只用来制备乳状液。

如图所示，将分散相和分散介质两种不混溶的液体放在样品管4中。样品管固定在变压器油浴中。

在两个电极上通入高频电流，使电极中间的石英片发生机械振荡，使管中的两个液相均匀地混合成乳状液。21二．凝聚法

1.物理凝聚法

如钠的苯溶胶制备

接真空泵液态空气钠苯苯接受管点击此处演示先将体系抽真空，然后适当加热管2(苯)和管4(金属钠)，使钠和苯的蒸气同时在管5外壁凝聚。在管3中获得钠的苯溶胶。2523422二．凝聚法

2.化学凝聚法

凡能有沉淀析出的化学反应都可能用来制备相应溶胶水解反应制备Fe(OH)3溶胶

FeCl3+3H2O

Fe(OH)3

+3HCl通过各种化学反应使生成物呈过饱和状态，使初生成的难溶物微粒结合成胶粒，在少量稳定剂存在下形成溶胶。例如：23二．凝聚法

3.改变溶剂法

使溶解度骤变，如松香在乙醇中：溶

水点击此处演示水中：不溶溶胶

24三．均匀分散胶体

均匀分散胶体是粒子大小基本一致的胶体。制备需满足的条件：

(1)暴发性成核，使速率v晶核形成>>v晶体长大

(2)同步长大应用：

(1)验证基本理论(2)理想的标准材料(3)新材料25溶胶净化

溶胶溶胶化学法制备的溶胶，往往含有过多的电解质一定量电解质是溶胶稳定的必要条件过量电解质使溶胶不稳定1渗析法

普通渗析半透膜电渗析水+–半透膜水水26溶胶净化

2超虑法：小分子电解质滤去，再用介质重新分散

减压过滤加压过滤真空泵压缩空气半透膜半透膜27纳米粒子和纳米技术

纳米粒子：尺度为1～100nm之间的粒子1.纳米粒子的结构和特性(1)小尺寸效应(2)表面效应(3)量子尺寸效应(4)宏观量子隧道效应2．纳米粒子的制备方法基本方法与制备憎液溶胶雷同纳米组装材料的制备技术自组织技术模板合成法28Nanoscalenm100-1000timessmaller1milliontimessmallernanoparticles10-100nm小尺寸效应

由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。小尺寸效应的主要影响：

1、宽频带强吸收性质2、激光增强吸收现象3、磁有序态向磁无序态的转变4、超导相向正常相的转变5、金属熔点明显降低30(2)表面效应

表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。化。

由于纳米粒子表面原子数增多，表面原子配位数不足和高的表面能，使这些原子易与其它原子相结合而稳定下来，故具有很高的化学活性。

31

量子尺寸效应是指当粒子尺寸下降到某一数值时，电子能级由准连续变为离散能级或者能隙变宽的现象。(3)量子尺寸效应量子尺寸效应的主要影响：1、导体向绝缘体的转变2、吸收光谱的兰移现象3、纳米材料的磁化率4、纳米颗粒的发光现象32Feridex(菲立磁

)

宏观量子隧道效应是指当微观粒子的总能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿越这一势垒。例如：金属镍纳米粒在低温下保持顺磁性(4)宏观量子隧道效应产品描述技术平台Gd-DTPADimeglumine（钆喷酸葡胺）MRI成像的顺磁性造影剂，可能缩短组织中质子的T1及T2驰豫时间，从而增强图像的清晰度和对比度。超顺磁颗粒FeridexI.V.

（菲立磁）MRI超顺磁颗粒造影剂。IV给药后,肝脏的枯否细胞可吞噬给药量的80％。超顺磁颗粒GadopentetateDimeglumine钆喷酸葡胺33纳米技术在药学中的应用巨大的比表面积改善难溶性药物的溶解度提高难溶性药物的溶出速度细胞水平的药物转运靶向制剂(治疗)造影剂（诊断）34Itisestimatedthatapproximately40%ofAPIareinsoluble,manyofwhichsufferfrompoororalbioavailability*Forreadilypermeablecompounds(BCSClass2),areductioninparticlesizecantranslatetosubstantialimprovementintherateandextentoforalabsorption*Source:Merisko-Liversidgeetal.,“Nanosizing:AFormulationApproachforPoorly-Water-SolubleCompounds”,Eur.J.Pharm.Sci.,Vol.18,2003(113-120).

PERMEABILITY

High

Low

High

Class1

Class3

SOLUBILITY

Low

Class2

Class4

纳米粒口服给药的应用--巨大的比表面积Redrawnfrom:Y.Wuetal.,“TheroleofbiopharmaceuticsinthedevelopmentofaclinicalnanoparticleformulationofMK-0869:aBeagledogmodelpredictsimprovedbioavailabilityanddiminishedfoodeffectonabsorptioninhumans.”,Int.J.Pharm,Vol.285Number1-2,2004(135-146).举例:粒径对吸收的影响TimePlasmaConcentrationWetmilled,0.12mmWetmilled,0.5mmJetmilled,1.9mmMicronized5.5mmMK-0869NanoparticleAlbumin-bound(nab)

platformtechnologyHydrophobicdrugs,e.g.,Paclitaxel,docetaxel,rapamycinetc.AlbuminMeansize=50-150nmcryo-TEMConcentrationdependentdissociationintoindividualdrug-boundalbuminmoleculesActivedruginnanoparticleisinnon-crystalline,amorphous,readily

bioavailablestate37Abraxane®Company:AbraxisBioScienceAnti-cancerdrugusedtotreatadvancedbreastcancer“Albumin-boundformofpaclitaxelwithameanparticlesizeofapproximately130nanometers”ApprovedbytheFDAinJanuary200538

白蛋白结合型紫杉醇利用了白蛋白的自然生物特性，通过gp-60介导的内皮细胞跨膜转运和一种与白蛋白结合的蛋白SPARC(一种酸性的富含半胱氨酸的分泌蛋白)的相互作用而增加肿瘤组织对紫杉醇的摄取和蓄积

.Abraxane®39Nanoparticlesbasedonself-assembleofamphiphilicblockcopolymers40Doxil®

Company:ALZACorporation“Anti-cancerdrugforthetreatmentofrefractoryovariancancerandAIDS-relatedKaposi’ssarcoma”“FirstmarketedproducttoincorporateSTEALTH®technology”“STEALTH®technologyiscomposedoflipidnanoparticlesthatincorporateapolyethyleneglycol(PEG)coating.ThiscoatinghelpsevadethepotentialimpactoftheimmunesystemandenablesSTEALTH®technologytoprovidetheprecisedeliveryofdrugstodisease-specificareasofthebody.”ApprovedbytheFDAinFebruary200541----+++++DNALigandPolycationDNAComplex+纳米粒核酸药物传递的应用NucleusDNAComplexEndocytosisEndosomeEndosomalReleaseNuclearTrafficking42第三节溶胶的动力性质

43掌握：溶胶的动力性质。熟悉：沉降的现象。内容要求44热运动

布朗运动，扩散重力场

重力降沉和平衡离心力场

离心降沉和平衡电学性质光学性质动力性质溶胶性质溶胶性质45布朗运动示意图1827年，英国植物学家布朗在显微镜下看到悬浮在液面上得花粉不停地做不规则的折线运动46布朗运动（Brownianmotion）布朗运动：溶胶粒子在介质中无规则的运动的现象原因：分散介质分子以不同大小和不同方向的力对胶体粒子不断撞击而产生的，由于受到的力不平衡，所以连续以不同方向、不同速度作不规则运动。

分散介质分子热运动的宏观表现。

47液体分子对胶体粒子的碰撞48布朗运动与溶胶的稳定性胶体体系动力不稳定的因素之一

布朗运动使粒子趋于均匀分布，阻止粒子因重力作用而下降胶体体系动力稳定的因素之一使胶粒互相碰撞，促使它们聚结变大49布朗运动与Einstein方程Einstein公式：布朗运动平均位移的计算

x其关系：若在时间t内观察布朗运动位移，很容易在显微镜下观察，由此可求得溶胶粒子半径

50扩散（diffusion）

扩散：溶胶从高浓度（

大）向低浓度（

小）移动的现象。结果Gibbs能G

，熵S

，是自发进行的过程。

扩散速度与浓梯关系

Fick第一定律

扩散速度扩散系数

面积

浓度梯度

浓度差是扩散的驱动力，当浓度差为零时，扩散停止。51结合Einstein方程：扩散系数与Brown运动平均位移关系：扩散系数：扩散系数扩散系数(D)表征粒子在介质中的扩散能力。T,D。恒温条件下，r,D;η,D。52渗透渗透压：半透膜两侧的压差

=p1

平衡时两侧化学势相等 可导出稀溶液的

=cRT (c:mol/m3)渗透：溶剂通过半透膜（对溶质不通透）向溶质高浓度区移动的现象（对溶剂而言，浓度从高

低）溶剂溶液半透膜（只容许溶剂通过）渗透压p1渗透压

=p1范霍夫（Van’tHoff）公式53扩散的应用③求球形溶胶粒子的摩尔质量②求溶胶的扩散系数①求球形溶胶粒子的半径D＝πr3ρL

M＝3/4④求溶胶的渗透压

=cRT

=(W/VM)RT54扩散的应用例

金溶胶浓度为2g

dm

3,介质粘度为0.00lPa

s。已知胶粒半径为1.3nm，金的密度为19.3

103kg

m

3。计算金溶胶在25

C时(1)扩散系数,(2)布朗运动移动0.5mm的时间,(3)渗透压。解

(1)扩散系数(2)55例

金溶胶浓度为2g

dm

3,介质粘度为0.00lPa

s。已知胶粒半径为1.3nm，金的密度为19.3

103kg

m

3。计算金溶胶在25

C时(1)扩散系数,(2)布朗运动移动0.5mm的时间,(3)渗透压。解

(1)(2)(3)将浓度2g

dm

3转换为体积摩尔浓度，mol

m-3

=cRT=0.01870

8.314

298.16=46.34Pa56重力沉降与沉降平衡溶胶粒子在外力场定向移动称沉降沉降

粒子浓集扩散

粒子分散沉降与扩散是两个相