Оптические методы исследования и анализа — КиберПедия 

Биохимия спиртового брожения: Основу технологии получения пива составляет спиртовое брожение, - при котором сахар превращается...

Автоматическое растормаживание колес: Тормозные устройства колес предназначены для уменьше­ния длины пробега и улучшения маневрирования ВС при...

Оптические методы исследования и анализа

2017-10-11 681
Оптические методы исследования и анализа 0.00 из 5.00 0 оценок
Заказать работу

 

Оптическая микроскопия. Нижний предел применения световой микроскопии определяется половиной длины волны света. В соответствии с этим оптические микроскопы при работе с дневным светом позволяют рассматривать объекты, поперечник которых не меньше 0,2 мкм = 0,2´10-6 м. Поэтому с помощью обычного микроскопа можно непосредственно изучать только частицы микрогетерогенных систем, размеры которых лежат в пределах 10-6 - 10-6 м. При наблюдении под микроскопом порошков, суспензий, паст, эмульсий, пылей, пудр и т. п. можно оценить размеры, форму, цвет и прозрачность частиц. Если система полидисперсная, то, измеряя поперечники частиц разных размеров, находящихся в поле зрения микроскопа, можно провести фракционный анализ. Однако непосредственные визуальные подсчёты числа частиц и определение их размеров очень трудоёмки и могут быть сопряжены с большой ошибкой. Намного более просто и надёжно оценить фрак­ционный состав с помощью седиментационного анализа. Тем не менее, прямая оптическая микроскопия достаточно часто применяется для исследования грубодисперсных систем. Методом световой микроскопии можно также определять линейные размеры зёрен, кристаллов, пор, трещин в твёрдых материалах.

Определение размеров частиц с помощью микроскопа можно проводить прямым измерением, методом сравнения, методом счёта и др. Для проведения прямого измерения обычно пользуются окуляр-микрометром, хотя можно применять и объект-микрометры. Измерения можно производить и по фотографиям после микрофотографирования и увеличения изображения объектов.

Частицы же ультрамикрогетерогенных (коллоидных) систем настолько малы, что их размеры меньше длины световых волн видимого диапазона. Поэтому их невозможно увидеть в обычный микроскоп.

Для изучения систем с частицами коллоидной степени дисперсности может быть использована электронная микроскопия,разрешающая способность которой намного больше световой. Устройство электронного микроскопа в основном аналогично устройству обычного светового микроскопа, с тем отличием, что вместо оптических линз применяются специальные электростатические или электромагнитные проекционные линзы. В качестве источников электронов используется электронная пушка, дающая пучок электронов, ускоряющихся электростатическим полем. Длина волны электронов приблизительно равна 0,54 -10-2 нм, что позволяет достигать увеличений 200000 и более. Изображение объектов получается в виде электронной микрофотографии.

Существенный недостаток электронной микроскопии состоит в том, что образцы коллоидных систем нельзя наблюдать в динамических условиях. Объект должен быть сухим или вообще изготовленным в виде отпечатка (реплики) на какой-либо прозрачной подложке. Поэтому при особо точных исследованиях по возможности следует пользоваться параллельно электронной и световой микроскопией, которые дополняют друг друга.

Ультрамикроскопия - метод исследования, основанный на регистрации рассеяния света на единичных коллоидных частицах. Этот метод имел большое значение в развитии коллоидной химии, в особенности для изучения процессов диффузии и броуновского движения. Он основан на использовании оптических систем с тёмным полем, в которых исследуемый коллоидный раствор освещается ярким пучком света сбоку, так, чтобы в объектив попадал только свет, рассеянный частицами. Первый такой прибор - ультрамикроскоп - был создан в 1903 г. немецким физиком Г. Зидентопфом и австрийским химиком Р. Зигмонди.

В предложенной ими схеме щелевого ультрамикроскопа исследуемая коллоидная система неподвижна. Кювета с изучаемым объектом освещается сбоку сильным источником света через узкую прямоугольную щель. В окуляр наблюдательного микроскопа при этом на чёрном фоне видны светящиеся точки - свет, рассеиваемый частицами, находящимися в луче света, выходящем из щели. Выше и ниже освещённой зоны присутствие частиц не обнаруживается. В поточном ультрамикроскопе, разработанном Б. В. Дерягиным и Г. Я. Власенко, изучаемые частицы движутся по трубке навстречу глазу наблюдателя. Пересекая зону освещения, они регистрируются (визуально или с помощью фотометрического устройства) как яркие вспышки. Регулируя яркость освещения, можно при необходимости выделять для регистрации частицы, размер которых превышает заданный предел.

Ультрамикроскоп применяют при исследованиях дисперсных систем, для контроля чистоты воздуха, воды, степени загрязнения оптически прозрачных сред посторонними включениями. С его помощью пятнам нельзя определить истинные размеры, форму и структуру частиц, так как ультрамикроскоп не дает оптических изображений объектов. Однако можно установить наличие и концентрацию частиц, изучать их движение, а также рассчитывать средний размер частиц, если известна их массовая концентрация и плотность.

Возможность обнаружения частиц, размеры которых меньше предела разрешения обычных световых микроскопов, обусловлена дифракцией света на них. При сильном боковом освещении частицы видны как яркие точки (светящиеся дифракционные пятна) на тёмном фоне. Из-за чрезвычайно малых размеров каждая частица рассеивает очень малое количество света. Поэтому в ультрамикроскопии применяются очень сильные источники света. Для того чтобы свет, рассеянный разными частицами, не сливался, следует подвергать изучению очень разбавленные коллоидные растворы. Так, с помощью поточного ультрамикроскопа определяют концентрацию золей в пределах от 1 до 107 частиц в 1 см3. В зависимости от интенсивности освещения, длины световой волны, разности коэффициентов преломления частиц и среды, обнаруживаемые частицы имеют размеры от 2´10-9 до 50´10-9 м. По дифракционным пятнам нельзя определить истинные размеры, форму и структуру частиц, так как ультрамикроскоп не даёт оптических изображений объектов. Однако, используя его, можно установить наличие и концентрацию частиц, изучить их движение, а также рассчитать средний размер, если известна плотность и массовая концентрация дисперсной фазы.

В более современных приборах вместо щелей, которые недостаточно используют источник света и направляют его лучи на объект только с одной стороны, применяются конденсоры тёмного поля,устанавливаемые в микроскопах вместо обычных конденсоров. Конструкция конденсора тёмного поля позволяет увеличить не только интенсивность освещения частиц, но и площадь их освещённой поверхности, что дает возможность судить о форме частиц. Частицы неправильной формы (анизометрические) мерцают, так как при их вращении из-за броуновского движения в глаз наблюдателя поступает разное количество рассеянного света. Частицы же изометрические (сферические, кубические) не мерцают, а светят ровно.

Подсчитав с помощью ультрамикроскопа число частиц n в пробе с известным объёмом, можно сравнительно легко вычислить их размеры. Принимая, что частицы имеют форму, близкую к сферической, расчёт проводится по уравнениям:

, откуда

где m - общая масса частиц в пробе; r - плотность вещества частиц; r - радиус частиц.

Описание метода ультрамикроскопии может создать впечатление о его простоте. Однако только опытные исследователи могут получать с его помощью удовлетворительные результаты, что связано с большими трудностями определения параметров, входящих в расчётные формулы. В особенности это относится к определению количества частиц, содержащихся пусть даже в очень небольшом объёме. Дело в том, что световые пятна, рассеиваемые коллоидными частицами, очень слабы и плохо видны даже на абсолютно чёрном фоне, а сами частицы находятся в непрерывном броуновском движении, что часто приводит к наложению световых пятен друг на друга

Нефелометрия - метод количественного анализа, основанный на измерении интенсивности света, рассеянного дисперсной системой. Так как рассеяние света наименее осложняется другими оптическими явлениями в случае собственно коллоидных растворов, нефелометрия применяется чаще всего для исследования именно этих систем. Интенсивность рассеянного света измеряется с помощью визуальных или фотоэлектрических нефелометров (тин­дальметров). Принципиальная схема нефелометрааналогична схеме фотоколориметра, с тем отличаем, что в нефелометре падающий на объект световой поток направляется под углом к потоку регистрируемого рассеянного света. Чаще всего одновременно измеряются интенсивности света, рассеянного эталонным и исследуемым золями (метод сравнения). Нефелометрия является достаточно чувствительным и точным методом. Она может быть использована, например, для анализа лекарственных форм, содержащих хлориды и другие галогениды. При этом реакцией с нитратом серебра приготавливают эталонный и исследуемый коллоидные растворы, которые помещают в кюветы нефелометра.

Для установления абсолютных значений интенсивности света обычно применяют монохроматический свет, как правило, коротковолновый, например, от ртутной лампы. Для выяснения зависимости интенсивности светорассеяния от длины волны света приборы снабжаются комплектом светофильтров. В современных моделях нефелометров интенсивность рассеянного света регистрируется автоматически.

В основе нефелометрии лежит уравнение Рэлея, которое можно представить в следующем виде:

,

где К - константа, объединяющая все параметры, постоянные при измерении данной серии коллоидных растворов; С - объёмная концентрация частиц; V –объём одной частицы.

Из этого уравнения следует, что интенсивности света, рассеянного дву­мя золями с частицами одинаковых размеров и формы, относятся между собой как концентрации или, соответственно, объёмы частиц:

при V = const: ; ;

при С = const: ; .

Таким образом, имея эталонные золи и градуировочные кривые, легко определить размеры частиц и концентрацию исследуемого золя. На практике обычно бывает трудно приготовить два золя с одинаковыми частичными концентрациями, поэтому нефелометрия, как правило, применяется для определения концентрации.

Для количественного оптического анализа грубодисперсных систем используется турбидиметрия – метод, основанный на измерении интенсивности света, поглощённого взвесью определяемого вещества. С помощью турбидиметрии анализируют, главным образом, суспензии и эмульсии, хотя с её помощью возможен анализ и коллоидных растворов. При турбидиметрическом анализе используют те же приборы, что и для измерения интенсивности поглощённого света – колориметры, фотоколориметры, спектрофотометры. В основе метода лежит уравнение

,

где I 0 – интенсивность света с длиной волны l, падающего на исследуемую систему, I t - интенсивность света, прошедшего сквозь неё, С – концентрация вещества дисперсной фазы (моль/л), b – толщина поглощающего слоя дисперсной системы, d – средний диаметр частиц дисперсной фазы, К и a - константы, зависящие соответственно от природы дисперсной фазы и от распределения её частиц по размерам.

При анализе систем одинаковой природы можно принять, что d, К и a постоянны. Если при этом используется свет с одной и той же длиной волны l, то все эти величины можно объединить в одну константу К’, называемую молярным коэффициентом мутности. При вычислении К’ значение d должно быть выражено в см. Тогда расчётное уравнение примет вид

.

Концентрацию С обычно определяют по заранее построенному градуировочному графику. Возможно также проведение турбидиметрического титрования, при котором раствор определяемо вещества титруется раствором осадителя. Точка эквивалентности определяется по излому на кривой титрования, представляющей собой зависимость lg I o/ I t от объёма раствора осадителя.

 


ГЛАВА 9

 

ОТДЕЛЬНЫЕ КЛАССЫ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ

 

В настоящем разделе главное внимание будет уделено описанию свойств тех дисперсных систем, которые применяются в фармации в качестве лекарственных форм, а также имеют существенное значение для смежных областей, в первую очередь для медицины и биологии, и в особенности, биохимии.

 

Суспензии и пасты

 

Суспензии - это грубодисперсные системы с твёрдой дисперсной фазой и жидкой дисперсионной средой (тип Т/Ж). В зависимости от дисперсности твёрдой фазы суспензии подразделяют на грубые (диаметр частиц более 100 мкм или 10-4 м), тонкие (от 100 до 0,5 мкм или 10-4 ¸ 0,5´10-6 м) и мути или взвеси (от 0,5 мкм до 100 нм или 0,5´10-6 ¸ 10-7 м). Вследствие того, что размеры частиц в суспензиях сравнительно велики, они, как правило, седиментационно неустойчивы. Мути (взвеси), размеры частиц которых близки к коллоидным, седиментируют, но очень медленно. Седиментация суспензий может сильно замедляться при близких значениях плотностей дисперсионной среды и дисперсной фазы.

Из всех дисперсных систем суспензии имеют наибольшее значение для химической и фармацевтической технологии. Так, при производстве удобрений, катализаторов, красителей, строительных материалов, алмазного и твёрдосплавного инструмента, в керамическом производстве, в пищевой промышленности и т. д. используются реагенты в виде суспензий. С ними имеют дело при осаждении солей, их растворении, при выщелачивании, фильтрации. Суспензию образует измельчённый твёрдый катализатор, если каталитическая реакция проходит в жидкой фазе. Суспензиями являются буровые промывочные жидкости, масляные, акварельные и гуашевые краски, тушь. В виде суспензий употребляются многие пищевые продукты, например, молотый кофе, какао, фруктовые и овощные соки.

Пасты – это высококонцентрированные суспензии, в которых объёмная концентрация частиц сравнима или даже превышает концентрацию дисперсионной среды. В пастах частицы дисперсной фазы прилегают друг к другу, что создаёт повышенную вязкость и часто приводит к структурированию при длительном стоянии. Пасты тоже имеют большое значение во всех отраслях химической и фармацевтической промышленности, в строительном деле, в быту и т. д. Примерами паст являются ил на дне водоёмов, цементный и известковый растворы, паста строительного гипса («алебастра»). Всем известны зубная паста, чистящие и полирующие средства в виде паст. К ним можно отнести и такие пищевые продукты, как томат-паста, кетчупы, столовая горчица, а также мучное тесто (само слово «паста» по-итальянски означает «тесто»). Применяются пасты и в косметике – это губная помада, тени для век и т. п.

В аптечной практике также довольно часто приходится встречаться с суспензиями и пастами. В форме суспензий прописывают лекарства, предназначенные для внутреннего употребления (так называемые "микстуры-суспензии”) или некоторые носовые капли. Цемент для пломбирования зубов, а также сульфат бария при рентгеноскопии пищевода и желудка приготовляются в виде паст.

Суспензии имеют ряд общих свойств с порошками, т. к. эти системы подобны по дисперсности и генетически связаны друг с другом: если порошок поместить в жидкость и размешать, то получится суспензия, а при выпаривании она снова может превратиться в порошок. Другие способы, которык можно использовать для получения суспензий описаны ранее (см. п. 4.2).

Суспензии имеют много общего и с лиофобными золями. Так, на поверхности их частиц существует двойной электрический слой, в них наблюдаются электрокинетические явления, броуновское движение. Но вместе с тем из-за больших размеров частиц суспензии обладают и рядом отличительных свойств: они седиментационно неустойчивы, их частицы не способны к диффузии, в них практически не наблюдаются осмос и опалесценция. Наиболее часто встречающимся оптическим эффектом в суспензиях является мутность.

В химической и фармацевтической практике особенное значение имеет агрегативная устойчивость суспензий, позволяющая после оседания частиц вновь перевести их в объём дисперсионной среды более или менее интенсивным встряхиванием. Из-за непосредственного контакта частиц в осадке агрегативная устойчивость лучше всего может быть обеспечена введением в систему поверхностно-активных веществ - как низкомолекулярных мицеллообразующих, так и высокомолекулярных ("защитных коллоидов"). Адсорбция таких высокоэффективных стабилизаторов приводит к возникновению на поверхности частиц структурно-механического барьера, полностью предотвращающего коагуляцию. Роль такого барьера особенно велика при стабилизации "обратных" систем - суспензий полярных веществ в неполярных средах. Полное предотвращение сцепления частиц благодаря образованию защитного слоя ПАВ может происходить и в концентрированных суспензиях - пастах, пульпах, шламах и т. п. В этих случаях ПАВ служит пластификатором, обеспечивающим текучесть системы. Подбор ПАВ для стабилизации суспензий сходен с выбором их для стабилизации эмульсий.

Иногда введение ПАВ может приводить не к увеличению устойчивости системы, а, наоборот, к уменьшению её. Особенно это характерно для некоторых высокомолекулярных ПАВ - флокулянтов,используемых для увеличения скорости осаждения суспензий и золей различной природы. Молекулы высокомолекулярных флокулянтов могут закрепляться сразу на двух и более частицах, образуя мостики между ними. Образование флокул - рыхлых хло­пьев в агрегативно неустойчивых суспензиях является одной из форм структурообразования. Оно наиболее характерно для систем с анизометрическими частицами. Сцепление частиц при флокуляции может быть использовано для закрепления грунтов во избежание оползней, для управления структурообразованием почв и т. д.

Если в какой-либо системе имеются нежелательные суспензионные частицы, их можно отделить фильтрованием.

 

Эмульсии

 

Эмульсии - это дисперсные системы с жидкой дисперсионной средой и жидкой дисперсной фазой (тип Ж/Ж).

Примерами природных эмульсий могут служить молоко (а также получаемые из него сливки и сметана), млечный сок растений, растительные масла, сырая нефть, битумы. Кровь человека и животных тоже в первом приближении можно рассматривать как эмульсию, в которой форменные элементы крови – эритроциты, лейкоциты и др., - состоящие из полужидкой цитоплазмы, играют роль капель дисперсной фазы. Искусственным путём получаются промышленные латексы, окрасочные эмульсии, консистентные смазки. К эмульсиям относятся многие косметические кремы, мази, парфюмерные средства и др., а также целый ряд лекарственных форм. В форме эмульсий удаётся облегчить приём вязких масел, смягчить раздражающее действие на слизистую оболочку желудка некоторых лекарственных средств, облегчить дозирование, а также замаскировать неприятный вкус эфирных масел. В ряде случаев при применении лекарственных средств в виде эмульсий можно улучшить терапевтический эффект. Особенно ценны эмульсии в детской фармакотерапии.

Получают эмульсии как конденсационными, так и диспергационными методами, но чаще применяют диспергирование (механическое или ультразвуковое). Ранее говорилось, что общим условием образования дисперсных систем является практически полная или частичная нерастворимость вещества дисперсной фазы в среде. Поэтому жид­кости, образующие различные фазы в эмульсиях, должны сильно различаться по полярности. В связи с этим различают два основных типа эмульсий - прямые, с каплями неполярной жидкости в полярной среде, и обратные, с каплями полярной жидкости в неполярной среде. Наибольшее распространение имеют эмульсии, в которых одна из фаз - вода. В этих случаях вторую фазу образует неполярная или малополярная жидкость, называемая в общем случае маслом (например, растительные масла, а также бензол, хлороформ, и т. п.). Поэтому прямые эмульсии часто называют эмульсиями типа " масло в воде " (М/В), а обратные - типа " вода в масле " (В/М). В общем случае словом "вода" обозначается более полярная жидкость, а словом "масло" - менее полярная, даже если они имеют отличную от воды и масла природу. Так, например, эмульсия ртути в бензоле относится к типу В/М.

В зависимости от объёмной концентрации дисперсной фазы эмульсии подразделяют на три класса: разбавленные (концентрация не превышает 0,1%), концентрированные (0,1 ¸ 74%) и высококонцентрированные или желатинированные (> 74%), которые по структуре близки к пенам.

Разбавленные эмульсии относительно устойчивы, поскольку вероятность столкновения частиц при малой частичной концентрации невелика. Однако столкновение капелек, не защищённых стабилизатором, заканчивается их слиянием (коалесценцией). Во многих отношениях поведение разбавленных эмульсий с мелкими каплями близко к поведению лиофобных золей (разрушение при введении электролитов подчиняется правилу Шульце - Гарди, многозарядные ионы вызывают перезарядку, в устойчивых эмульсиях наблюдается заметный электрофорез и т. п.).

В промышленности, в быту, а также в качестве лекарственных форм чаще всего используются концентрированные и желатинированные эмульсии. Подавляющее большинство применяемых на практике эмульсий относятся к классу концентрированных, хотя объёмная концентрация дисперсной фазы может в них колебаться в очень широких пределах. Такие эмульсии не могут существовать без стабилизации, так как близко находящиеся друг к другу капли будут часто сталкиваться и коалесцировать, что быстро приведёт к полному расслоению.

Граница между двумя классами концентрированных и высококонцентрированных эмульсий определяется тем, что капли дисперсной фазы могут сохранять сферическую форму вплоть до объёмной доли, соответствующей плотной упаковке шаров (74%). Поэтому дальнейшее увеличение концентрации, характерное для высококонцентрированных эмульсий, неизбежно связано с деформацией капель, приводящей к появлению новых свойств.

Высококонцентрированные эмульсии готовят при интенсивном механическом воздействии посредством постепенного введения малых объёмов вещества дисперсной фазы в дисперсионную среду, содержащую эффективный эмульгатор, например, желатин. Такие эмульсии представляют собой желеподобные системы, которые обладают даже некоторой упругостью и прочностью (иногда их можно резать ножом). Твёрдообразные свойства таким эмульсиям придаёт ориентированное расположение сольватированных молекул эмульгатора в системе прослоек дисперсионной среды. Эти тонкие прослойки образуют пространственный каркас, ячейки которого заполнены жидкостью дисперсной фазы.

Разрушение эмульсий, как и других дисперсных систем, происходит различными путями, из которых в практическом отношении наиболее важны седиментация и коалесценция. Седиментация в эмульсиях, в особенности типа М/В, как правило, проявляется во всплывании частиц дисперсной фазы (например, образование сливок при стоянии молока). Во многих случаях она сопровождается флокуляцией, т. е. собиранием капелек в гроздья, хлопья и т. п. Всплывшие на поверхность капли соприкасаются друг с другом и при определённых условиях могут сливаться, т. е. коалесцировать.

Коалесценция является следствием нарушения агрегативной устойчивости и заключается в полном слиянии капелек. Более крупные капли, возникающие при слиянии, в соответствии с законом Стокса всплывают быстрее, что приводит к нарушению и седиментационной устойчивости. В отличие от флокуляции коалесценция необратима. Таким образом, оба вида устойчивости в эмульсиях тесно связаны и взаимно обусловлены. Их нарушение в итоге может привести к полному расслаиванию – разделению эмульсии на два жидких слоя. Поэтому агрегативно устойчивые эмульсии могут быть получены только с применением эффективных стабилизаторов, называемых в данном случае эмульгаторами. В качестве эмульгаторов обычно используются поверхностно-активные вещества (ПАВ) различной природы. Однако возможен ещё один способ стабилизации эмульсий - введением тонкодисперсных порошков, размеры частиц которых намного меньше размеров капель (в десятки и сотни раз).

Устойчивость эмульсий характеризуют двумя величинами – 1) временем полного расслаивания столба эмульсии на два слоя или 2) временем жизни (до коалесценции) приведённых в соприкосновение капель дисперсной фазы. В этом случае устойчивость определяется при рассматривании эмульсии под микроскопом.

Тип эмульсии, возникающей при механическом диспергировании, в значительной степени зависит от соотношения объёмов жидкостей: жидкость, присутствующая в существенно большем количестве, обычно становится дисперсионной средой. Если объёмное содержание двух жидкостей примерно равно, то, как отмечалось Ребиндером, при диспергировании обыч­но образуются одновременно эмульсии обоих типов - прямая и обратная. Но после прекращения диспергирования при отстаивании выживает из них та, которая имеет более высокую устойчивость к коалесценции капель и последующему расслаиванию. При этом соотношение стабильности прямой и обратной эмульсий, а, следовательно, и тип эмульсии определяются природой введённого стабилизатора (эмульгатора).

Способность поверхностно-активного эмульгатора обеспечивать устойчивость эмульсии того или другого типа определяется энергией взаимодействия его молекул с полярной и неполярной жидкостями. Это отражается в так называемом правиле Банкрофта:

при эмульгировании дисперсионной средой становится та жидкость, в которой эмульгатор лучше растворим.

В соответствии с этим правилом эмульгаторы с большими числами ГЛБ (гидрофильно-липофильного баланса), такие как, например, олеат натрия или лаурилсульфат натрия, способствуют образованию прямых эмульсий. Наоборот, эмульгаторы с малыми числами ГЛБ (например, олеат кальция, олеиновая кислота) - стабилизируют обратные эмульсии. По-видимому, в механизме стабилизации эмульсий наиболее существенным является наличие адсорбционно-сольватного фактора агрегативной устойчивости. При этом наиболее плотной и обеспечивающей наибольшее расклинивающее давление будет такая структура адсорбционного слоя, при которой бóльшая часть молекулы (или сольватированного иона) эмульгатора будет находиться на внешней поверхности капель.

Это подтверждается и способностью к стабилизации эмульсий тонкодисперсными порошками. При этом порошковые эмульгаторы тоже подчиняются правилу Банкрофта, а именно, защищают от коалесценции капли той жидкости, которая хуже смачивает их частицы, тогда как лучше смачивающая жидкость становится дисперсионной средой. Так, при стабилизации эмульсии, состоящей из капель воды в масляной среде, сажей, частицы сажи размещаются на поверхности капель таким образом, что бóльшая их часть оказывается погружённой в масло. Из-за худшего смачивания вода оттесняется из прослоек между частицами сажи, в результате чего при столкновении капли воды не могут прийти в непосредственный контакт. Соприкасаются только частицы сажи, образующие достаточно прочную оболочку вокруг капель, в результате чего происходит взаимное отталкивание капель воды. И, наоборот, гидрофильный порошок, например, мел, защищает подобной "бронёй" капли масляной фазы в водной дисперсионной среде в эмульсиях противоположного типа. Стабилизация эмульсий порошками может рассматриваться в качестве простейшего и очень наглядного примера структурно-механического барьера как фактора стабилизации дисперсий.

Другим важным фактором агрегативной устойчивости эмульсий является образование двойного электрического слоя на поверхности капель в результате стабилизации ионогенными ПАВ. Следует только подчеркнуть, что этот фактор является наиболее действенным в случае эмульсий типа М/В, где полярные ионогенные группы эмульгатора при адсорбции оказываются на внешней поверхности капель. При этом сталкивающиеся капли в первую очередь испытывают взаимное отталкивание одноимённо заряженных противоионов. ДЭС, характеризующийся значительным электрокинетическим потенциалом, таким образом, является существенным дополнением к структурно-механическому барьеру. Если же эмульсия относится к типу В/М, то ДЭС формируется на внутренней поверхности капель и его роль в отталкивании частиц будет намного меньше, так как электрические силы проявляются на малых расстояниях.

Замена эмульгатора или изменение его природы в результате химических реакций может привести к обращению фаз эмульсии, особенно если объёмное соотношение её фаз близко к 1:1. Например, если к эмульсии оливкового масла в воде (М/В), стабилизированный стеаратом натрия, добавить раствор хлорида кальция, то эмульгатор переходит в кальциевую форму:

2 C17H35COONa + CaCl2 = (C17H35COO)2Ca + 2 NaCl.

Возникший стеарат кальция содержит два больших углеводородных радикала, которые с двух сторон экранируют полярный центр, состоящий из иона Са2+, соединённого с двумя карбоксильными группами. Такое кальциевое мыло значительно лучше растворимо в масле, чем в воде. В результате при интенсивном встряхивании эмульсия обращается, т. е. масляная фаза становится дисперсионной средой, а водная – дисперсной фазой.

Аналогичное обращение фаз происходит при сбивании масла из сливок. При этом структурно-механический барьер на каплях эмульсии, состоящий, главным образом, из белка казеина, разрушается в результате интенсивного механического воздействия. Капли масла сливаются, но при этом захватывают мелкие капельки воды (с растворёнными в ней веществами), ранее бывшей дисперсионной средой молока. Поэтому отделённое от сыворотки и спрессованное сливочное масло всегда содержит множество капель воды, т. е. по существу является эмульсией типа В/М.

На практике, в том числе и в фармацевтической технологии, часто возникает необходимость определения типаобразовавшейся эмульсии. Так, в лечебных целях для внутреннего применения используются эмульсии типа М/В. В виде наружных средств могут применяться эмульсии обоих типов, как М/В, так и В/М. Однако при приготовлении эмульсий следует контролировать тип образующейся эмульсии, так как всегда имеется некоторая вероятность того, что полученная эмульсия будет принадлежать к другому типу. Это может произойти в результате даже небольших ошибок в дозировке эмульгатора и каждой из жидких фаз, в результате обращения фаз при слишком интенсивном встряхивании при получении и др. Для определения типа эмульсий существует несколько способов, принцип которых изложен ниже.

Метод окрашивания. К небольшому количеству эмульсии добавляется водо- или жирорастворимый краситель. После перемешивания капля эмульсии рассматривается под микроскопом. По тому, какая фаза - капельки дисперсной фазы или среда - окрашивается данным красителем, делается вывод о типе. Например, если был использован жирорастворимый краситель судан-III, и под микроскопом видно, что он окрасил в красный цвет капли дисперсной фазы, а дисперсионная среда при этом осталась бесцветной, значит, мы имеем дело с эмульсией типа "масло в воде".

Метод смачивания гидрофобной поверхности осуществляется нанесением капли исследуемой эмульсии на поверхность парафинированной пластины. С парафином при этом соприкасается дисперсионная среда эмульсии, которая ведёт себя соответственно сродству к нему. А именно, эмульсии типа В/М при этом или полностью растекаются по поверхности, или образуют с ней острый краевой угол смачивания, а эмульсии типа М/В не растекаются и образуют тупой или близкий к прямому краевой угол. Таким образом, рассматривая каплю в плоскости пластинки, можно по краевому углу смачивания сделать заключение о типе эмульсии.

Метод разбавления водой. На чистой стеклянной пластинке рядом с каплей исследуемой эмульсии помещается капля дистиллированной воды так, чтобы обе капли пришли в соприкосновение. Эмульсии типа М/В легко смешиваются с водой, так как вода имеет одинаковую природу с дисперсионной средой. При соприкосновении капель воды и прямой эмульсии они быстро сливаются в одну, и происходит разбавление эмульсии. Капля обратной эмульсии долго сохраняет поверхность раздела с каплей воды, так как её неполярная среда не смешивается с водой.

Метод электрической проводимости. Эмульсии типа В/М в отличие от прямых практически не проводят электрический ток, так как он может распространяться только по непрерывной дисперсионной среде. Значит, измеряя электрическую проводимость или сопротивление эмульсии, можно сделать заключение о её типе.

 

Пены

 

Пены - ячеистые дисперсные системы, образованные скоплением пузырьков газа или пара, разделённых тонкими прослойками жидкости. Они относятся к типу Г/Ж. В отличие от газовых эмульсий пены - структурированные связнодисперсные системы. В большинстве случаев пены очень полидисперсны. Размеры газовых пузырей в них колеблются от долей миллиметров до нескольких сантиметров, благодаря чему пены занимают промежуточное положение между микрогетерогенными и макрогетерогенными системами.

Примерами пен являются пожаротушащие пены, пены, образуемые флотореагентами при обогащении руд ценных металлов, а также мыльная пена (или пена, образованная раствором любого другого моющего средства), Флотация грязевых частиц пузырьками пены является одним из важнейших компонентов моющего действия детергентов. Пены используются в ряде косметических средств, например, пена для бритья, пенки для масок, некоторые кремы и др.

Многие пищевые продукты являются пенами, как, например, взбитые сливки, муссы, суфле, кондитерские кремы. При варке варенья на нём образуется пена, стабилизированная растительными белками. Эти белки являются основным объектом питания микроорганизмов, вызывающих гниение, поэтому удаление пенки необходимо для длительного сохранения варенья. Аналогичная пена часто наблюдается при варке мясных бульонов. В этом случае она образована низкомолекулярными растворимыми белками, полипептидами или аминокислотами. Пены образуются и на многих напитках, содержащих поверхностно-активные вещества – на кофе, какао, пиве и т. п.

Применение в качестве пенообразователей полимеризующихся веществ – уретана, стирола и др. - приводит после полимеризации к полному отвердеванию дисперсионной среды. Таким способом получают пенопласты, поролоны, пенорезины, пенобетоны, обладающие высокими прочностными, тепло- и звукоизоляционными свойствами. Однако эти системы представляют собой самостоятельный класс дисперсных систем – твёрдые пены, относящиеся к типу Г/Т. Рассматриваемые в данном разделе жидкие пены являются промежуточным продуктом при получении твёрдых пен.

В фармации некоторые лекарственные средства применяются в виде пен, например, противоожоговые и ранозаживляющие средства кислородные коктейли.

Пены получают при интенсивном перемешивании или при барботировании пузырьков газа через жидкость. Важнейшим условием их получения является присутствие стабилизатора, называемого пенообразователем. В отсутствие пенообразователя пены с водной диспе


Поделиться с друзьями:

Кормораздатчик мобильный электрифицированный: схема и процесс работы устройства...

Типы сооружений для обработки осадков: Септиками называются сооружения, в которых одновременно происходят осветление сточной жидкости...

Таксономические единицы (категории) растений: Каждая система классификации состоит из определённых соподчиненных друг другу...

Автоматическое растормаживание колес: Тормозные устройства колес предназначены для уменьше­ния длины пробега и улучшения маневрирования ВС при...



© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

0.061 с.