CAC HIN TNG b MT VA s HP PH

- Sức căng bề mặt, hiểu đơn giản là năng lượng dư tồn tạitại các tiểu phân nằm trên bề mặt; - Về giá trị: σ = W = dGs dyn/cm hay erg/cm2 - Giá trị của SCBM phụ thuộc vào bản chất của các

Chứng minh tính tương thích của phương trình hấp phụ của Langmuir và Freundlich với quy luật của thuyết hấp phụ

CÁC HIỆN TƯỢNG BỀ MẶT

Mục tiêu học tập

- Trình bày được: SCBM; hiện tượng ngưng tụ

mao quản; và hiện tượng thấm ướt

- Khái niệm - Phân loại chất hoạt động bề mặt

- Ảnh hưởng chất tan đến SCBM của DD

- Ứng dụng của chất HĐBM

Khoa học bề mặt (Surface sciences)

Là bộ môn quan trọng mà cơ cở của nó dựa trên:

• Năng lượng bề mặt (surface energy)

• Sức căng bề mặt (surface tension)

Hòa tan Phân hủy

Quá trình chuyển pha

Hình thành

Xúc tác

Hòa tan

Nghiên cứu về

hiện tượng bề mặt

trong Khoa học Dược

Hấp phụ hoạt chất trên tá dược

trong công thức bào chế

Hiện tượng hấp

phụ

2

Hiện tượng thấm ướt, ngưng tụ mao quản3

Hệ phân tán: là hệ có nhiều cấu tử tồn tại dưới dạng hạt nhỏ bé (gọi là chất phân tán) phân bố vào một chất khác gọi là môi trường phân tán

Khi pha phân tán phân bố đều trong môi trường tạo

thành một hệ đồng nhất, không có bề mặt phân cách thì gọi là hệ phân tán đồng thể (ví dụ: dung dịch nước

muối)

Hệ phân tán dị thể: là hệ có cấu tạo từ 2 pha trở lên, các pha không đồng nhất được với nhau

Hệ keo là hệ dị thể, có độ phân tán cao,

trong đó pha phân tán (hay hạt keo) lớn hơn

phân tử và không thể nhìn thấy bằng kính hiển

vi quang học.

Nhũ tương, hỗn dịch: là hệ dị thể (hệ thô), có

kích thước tiểu phân từ 100 nm-100 µm

Thứ nguyên của sức căng bề mặt:

1 erg = 10-7 Jun = 1 dyn.cm

1 dyn = 10-5 N

SCBM là lực tác dụng lên 1 đơn vị chiều dài

SI: N.m-1 (Newton/ m) CGS: dyn.cm-1

SCBM là công làm tăng diện tích bề mặt 1m2

SI: J.m-2 (Jun/ m2) CGS: erg (ergon).cm-2

Các yếu tố ảnh hưởng đến SCBM

F1 F2

 Có chiều cùng chiều với F1

SCBM của bề mặt tiếp xúc giữa 2 chất lỏng khác nhau là một lực

F2 F1 F3

Sức căng bề mặt và các yếu tố ảnh hưởng

2 SCBM Phụ thuộc vào nhiệt độ

Đối với chất lỏng, khi nhiệt độ tăng, SCBM giảm

Ở nhiệt độ tới hạn, không còn bề mặt phân chia, SCBM=0

3 SCBM Phụ thuộc vào khối lượng

riêng của pha lỏng và pha khí

MỘT SỐ VÍ DỤ

Thử nghiệm lâm sàng “chứng vàng da”: nước tiểu bình

thường có SCBM khoảng 66 dyn/cm, nhưng nếu có acid mậttrong nước tiểu, SCBM sẽ giảm (55 dyn/cm)

Hay’s test: bột lưu huỳnh sẽ nổi trên bề mặt nước tiểu bìnhthường, SCBM của nước tiểu sẽ giảm và bột S sẽ chìm khinước tiểu có chứa acid mật

Thuốc sát khuẩn: là dd có SCBM nhỏ, vì vậy, dd dễ dàng

tăng diện tích bề mặt tiếp xúc với thành tế bào vi khuẩn và

ức chế chúng

Xà phòng, bột giặt giúp làm sạch quần áo là vì chúng tạo

với nước một dung dịch có SCBM nhỏ, vì thế chúng dễ dàngthấm vào các lỗ hỗng, hoặc vùng bị dơ, và làm sạch chúng

Tóm lại: Khoa học bề mặt đã nghiên cứu và chứng minh

- Có sự khác biệt về lực tương tác giữa các tiểu phân nằm trên bề mặt và trong lòng pha - Sự khác biệt này tạo

ra sức căng bề mặt.

- Sức căng bề mặt, hiểu đơn giản là năng lượng dư tồn tạitại các tiểu phân nằm trên bề mặt;

- Về giá trị: σ = W = dGs (dyn/cm hay erg/cm2)

- Giá trị của SCBM phụ thuộc vào bản chất của các pha tiếpxúc, nhiệt độ và lượng chất hòa tan

- Nước là chất lỏng có SCBM khá lớn, lớn hơn SCBM củaDMHC (DM càng phân cực thì SCBM càng lớn), tuy nhiên,

bé hơn SCBM của kim loại

HIỆN TƯỢNG BỀ MẶT

Sức căng bề mặt

Thấm ướt, Không thấm ướt

Mao dẫn - Ngưng tụ mao quản

Hấp phụ

Hiện tượng mao dẫn

Hiện tượng mức chất lỏng ở bên trong các ống

có đường kính trong nhỏ luôn luôn dâng cao hơn hoặc hạ thấp hơn so với bề mặt chất lỏng ở bên ngoài ống

1 Mức chất lỏng ngoài/trong mao quản?

2 Bề mặt chất lỏng lồi/lõm?

3 Chất lỏng và mao quản thấm ướt/không thấm ướt?

Đặc điểm quyết định? Giải thích?

Hóa lý dược

Hiện tượng ngưng tụ mao quản

Ngưng tụ mao quản là quá trình chuyển thể hơi sang thể lỏng trong mao quản ở điều kiện đẳng nhiệt

Bề mặt thoáng phẳng

Bề mặt khum lõm

p2

p1

Đặc điểm của hiện tượng

ngưng tụ mao quản

• Là hiện tượng mao dẫn

• Chỉ xảy ra với chất lỏng

thấm ướt thành mao quản

• Bản chất là sự hấp phụ

hơn mao quản rộng

Hiện tượng thấm ướt bề mặt

Là sự phân bố bề mặt giữa 3 pha R-L-K sao cho năng

lượng toàn phần bề mặt là nhỏ nhất

Cosθ = σk-r – σl-r

σl-k

σk-r σl-r

Khi lực tương tác giữa các phân tử lỏng-rắn nhỏ hơn lực liên kết giữa các phân tử chất lỏng

x

Góc θ- Đại lượng đặc trưng cho độ thấm ướt bề mặt

Biến đổi từ 0-180 0 , cosθ từ 1đến -1

Khi θ = 0, cosθ = 1 : thấm ướt hoàn toàn

Khi θ = 180 0 , cosθ = -1 : không thấm ướt

Bề mặt thấm ướt tốt (cosθ>0): bề mặt ưa lỏng

Bề mặt không thấm ướt (cosθ<0): bề mặt kỵ lỏng

Thấm ướt - SCBM và Chất hoạt động bề mặt Hóa lý dược

Thấm ướt là quá trình làm giảm năng lượng tự do bề mặt, giảm sức căng bề mặt (xảy ra ở hệ có 3 pha tiếp xúc R-L-K)

Muốn chuyển từ bề mặt kỵ lỏng (không thấm ướt) trở thành bề mặt ưa lỏng (thấm ướt), phải đưa vào hệ tác nhân thấm ướt (Chất hoạt động bề mặt)

Chất hoạt động bề mặt (Surfactant, Surface active agent): là tác nhân nhũ hóa, hoặc thấm ướt, là những chất có khả năng tập trung trên bề mặt phân chia pha

và làm giảm sức căng bề mặt của chất lỏng xuống dưới sức căng bề mặt của lỏng- rắn (Hoặc làm giảm SCBM của 1 chất lỏng xuống dưới SCBM lỏng-lỏng)

Giải thích một số hiện tượng

D

E

Một số khái niệm cơ bản về chất hoạt

Sức căng bề mặt của dung dịch chất tan

Chất tan là chất không hoạt động bề mặt

Sự phân bố chất tan và nồng độ chất tan ảnh

hưởng đến CSBM của dung dịch

- Chất tan là chất phân ly ion: Ta có: σdd > σdm

Hóa lý dược

- Chất tan là chất không phân ly:

Sự phân bố các tiểu phân chất tan trên

bề mặt chất lỏng và trong lòng chất

lỏng như nhau.

Ta có: σdd = σdm

Chất tan không làm thay đổi, hoặc

làm tăng SCBM của dung dịch so

với dung môi ban đầu

Chất không hoạt động bề mặt là chất không làm thay đổi đáng kể hoặc làm tăng SCBM của dung môi

Chất tan là chất hoạt động bề mặt

Quá trình hòa tan chất tan là chất hoạt động bề mặt

Sự tập trung các chất tan trên bề mặt chất lỏng làm giảm SCBM của dung dịch

Chất HĐBM cấu tạo bởi 2 phần: đầu thân nước (-NO 2 , COOH, -NH 2 , -OH, -SO 3 H) và đuôi thân dầu (gốc hydrocarbur)

-chất hoạt động bề mặt

Phần thân dầu (R) Phần thân nước

Hóa lý dược

Quy tắc Traube (1884):

- Chất HĐBM là các acid béo cùng dãy đồng đẳng

- Khi tăng 1 nhóm –CH 2 vào mạch hydrocarbon thì

G= G*: đại lượng Gibbs

-Một số khái niệm về chất hoạt động bề mặt

Micell và các đặc điểm

 Khi nồng độ chất HĐBM đạt giá trị tới hạn, các chất

HĐBM sẽ tập trung lại thành cấu trúc micell

 Nồng độ tối thiểu dung dịch chất HĐBM mà ở đó có

sự hình thành micell được gọi là nồng độ micell tới hạn (CMC- Critical micelle concentration)

 Hình dạng, kích thước và cách sắp xếp của các phân

tử chất HĐBM trong cấu trúc micell dựa trên nguyên tắc làm cho năng lượng tự do của hệ là nhỏ nhất

 Kích thước của micell thường là vài chục đến vài trăm

nanomet

 Các micell thường có hình cầu hay hình trụ

Các dạng micelleMicell kép Micell đảo

Micell trụ Micell cầu

Hóa lý dược

HLB (Hydrophilic Lipophilic Balance-HLB)

(không phân ly thành ion) được đặc trưng bởi một thông

số là độ cân bằng ưa kỵ nước (HLB) giá trị này có thể từ

0 đến 20 (tính theo phương pháp Griffin) và từ 0 đến 40 (Davies)

• Công thức tính HLB theo Griffin: HLB = 20xM h /M

• Trong đó:

M h là khối lượng phân tử của phần thân nước

M là khối lượng của cả phân tử chất HĐBM

Tính chất của chất HĐBM theo thang đo Griffin

HLB: 6-10 Phân tán trong nước

7-9 Tác nhân thấm ướt, phân tán

HLB 2-3: tác nhân chống bọt

Khi chưng cất dịch chiết có dung môi phân cực, thường gặp hiện tượng nổi bọt Sử dụng chất HĐBM có HLB 4-8, đây là những chất rất thân dầu, không tan trong nước, sẽ tạo màng mỏng nổi trên bề mặt, phá vỡ bọt.

HLB 3-6: tác nhân nhũ hóa N/D

Là chất hoạt động bề mặt thân dầu Làm giảm sức căng

bề mặt giữa 2 pha Nước và Dầu, giúp phân tán các tiểu phân nước trong môi trường phân tán là dầu

HLB 8-16: tác nhân nhũ hóa D/N

Là chất hoạt động bề mặt thân nước Làm giảm sức căng

bề mặt giữa 2 pha Dầu và Nước, giúp phân tán các tiểu phân dầu trong môi trường phân tán là nước

GIẢI THÍCH CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA CHẤT HOẠT

ĐỘNG BỀ MẶT THEO HLB HLB 13-15: chất tẩy rửa

Là những chất có khả năng nhũ hóa phân tán các chất bẩn hữu cơ thân dầu vào trong nước để thực hiện vai trò tẩy rửa

HLB 7-9: tác nhân thấm ướt (gây thấm)

Là chất HĐBM, có khả năng làm giảm sức căng bề mặt Rắn-lỏng để hòa tan các chất rắn khó tan (thân dầu, sơ nước, hay kỵ nước) vào trong môi trường nước

Ví dụ: sự hòa tan của hormon tăng khi thêm các chất HĐBM như caprilat, natri laurat, tween 20, tween 60

- Hoạt chất là chất lỏng khó tan trong nước (hoặc dung môi thân nước)

Tăng khả năng phân tán, hòa tan tăng tác dụng và độ bền sinh học

Hóa lý dược

Ứng dụng của chất hoạt động bề mặt

Khả năng tạo micell

Khi nồng độ các chất hoạt động bề mặt gia tăng, các chất HĐBM sẽ tập hợp hình thành micell.

V

Micell hình cầu

CPP (Critical packing parameter) thông số micell cơ bản

Micell kép

Micell đảo

l CPP ≤ 1/3

CPP = 1

CPP > 1

CPP = V/(lxa) a

Cơ chế nhũ hóa của chất HĐBM

1 Nhũ hóa là sự phân tán 2 pha dầu và nước vào nhau thành hệ phân tán có các tiểu phân rất nhỏ,

hệ đục trắng như sữa

2 Chất HĐBM tập trung lên bề mặt tiếp xúc giữa 2 pha dầu và nước, làm giảm SCBM tiếp xúc, từ đó dễ dàng phân tán 2 pha vào nhau

3 Chất HĐBM thân với pha nào hơn sẽ làm cho bề mặt tiếp xúc 2 pha bị kéo mạnh về phía pha đó Khi quá trình này cân bằng, pha này trở thành môi trường phân tán, pha lỏng kém thân với chất HĐBM trở thành tiểu phân phân tán

Kh ả năng tạo micell có ý nghĩa gì đối với sự

hòa tan các ho ạt chất khó tan

Cơ chế nhũ hóa của chất HĐBM

4 Chất HĐBM có tác dụng nhũ hóa tạo nhũ tương kiểu nước trong dầu (tiểu phân phân tán là nước, môi trường phân tán là dầu) có HLB từ 7-11 thể hiện tính thân với dầu hơn Ngược lại, chất HĐBM có HLB từ 12-16 thân nước hơn sẽ tạo nhũ tương dầu trong nước

Kh ả năng tạo micell có ý nghĩa gì đối với sự

hòa tan các ho ạt chất khó tan ?

Cơ chế nhũ hóa của chất HĐBM

2

1 3

4

S ự hình thành micell và khả năng hòa tan c ủa chất HĐBM

Do tế bào biểu mô phế nang type 2 bài tiết Bài tiết vào khoảng tháng thứ 6 – 7 bào thai Thành phần:

+ Hợp chất phospholipid, protein và ion canxi.

+ Quan trọng nhất là Dipalmitol phosphatidyl cholin: làm giảm sức căng bề mặt.

+ Surfactant apoprotein và ion canxi : giúp phospholipid trải rộng trên bề mặt lớp dịch lót phế nang.

CHẤT HOẠT ĐỘNG

BỀ MẶT TRONG HOẠT ĐỘNG HÔ HẤP

CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT TRONG PHẾ NANG

CÓ CÁC NHIỆM VỤ SAU ĐÂY

1 Ảnh hưởng lên tính đàn hồi của phổi

2 Ảnh hưởng lên sự ổn định của phế

LIPOSOME & NIOSOME VÀ XU HƯỚNG ĐIỀU CHẾ

lớp hoặc nhiều lớp lipid

kép, chứa nhân nước bên

trong

Vai trò mang dược chất

của liposome

Ứng dụng của liposome

- Phân phối thuốc (vitamin, protein, DNA, …)

- Liệu pháp thay thế enzym

- Liệu pháp tạo phức chelat để điều trị nhiễm độc KL nặng

- Thuốc kháng virus, kháng khuẩn

- Trong đa đề kháng

- Điều trị ung thư

- Miễn dịch

- Thẩm mỹ

Phân phối dược chất

Mang DNA đến tế bào

Liposome hoạt động với vai trò là một chất dẫn hoạt chất điều trị ung thư đến tế bào đích

So sánh niosome với liposome

- Về độc tính, niosome là chất hoạt động bề mặt không phân cực, ít độc tính hơn các chất hoạt động bề mặt phân cực (AN TOÀN)

- Về cấu trúc, niosome không phân cực, vì thế, bền về mặt hóa học (ỔN ĐỊNH)

- Về kinh tế; giá thành thấp hơn liposome (KINH TẾ)

- Không đòi hỏi điều kiện bảo quản, xử lý đặc biệt

TỔNG KẾT BÀI HIỆN TƯỢNG BỀ MẶT

SỰ HẤP PHỤ (Adsorption) MỤC TIÊU

1 Trình bày khái niệm về HP

2 Trình bày yếu tố ảnh hưởng đến HP

Chất bị hấp phụ: chất màu, chất mùi, khí

Than hoạt

tínhPhân tử bị

hấp phụ

Cơ chế của sự hấp phụ

Chất bị HP phân bố đ

đến bề mặt HP

Chất bị HP khuếch tán vào các mao quản

Chất bị HP hình thành đơn lớp trên bề mặt chất

HP, HP đạt cân bằng

- Hấp phụ là hiện tượng bề mặt, là sự tập trung (gia tăng nồng độ) các chất trên bề mặt phân cách pha (bề mặt khí-rắn; lỏng-rắn; khí-lỏng; lỏng-lỏng)

- Chất hấp phụ là chất có bề mặt trên đó xảy ra sự hấp phụ.

- Chất bị hấp phụ là chất được tích lủy trên bề mặt phân chia pha

- Hấp thu là sự chuyển chất vào trong thể tích pha

- Hấp thụ có bản chất giống hấp thu, nhưng “hấp thu” dùng trong sinh học, “hấp thụ” thường dùng cho các hiện tượng vật lý và hóa học đơn thuần.

Một số khái niệm cần phân biệt

Hấp phụ và hấp thụ

Hấp phụ là quá trình xảy

ra trên bề mặt

Hấp thu (hấp thụ) là quá trình đi sâu vào lòng thể

Hóa lý dược

Độ hấp phụ là lượng chất bị hấp phụ được chất hấp phụ thu hút trên một đơn vị diện tích bề mặt phân chia pha

Thứ nguyên của a: mol/cm 2 hoặc gam/cm 2

a là giá trị khi quá trình hấp phụ đạt trạng thái cân bằng

a= f(C) a= f(T) P= const

Đường đẳng

áp hấp phụ

Miền p,c trung bình

Không tuyến tính

Phân loại hấp phụ

Xảy ra ở nhiệt độ thấp Xảy ra ở nhiệt độ cao (P)

Lực Van der waals trong HP vật lý gồm:

- Lực phân tán

- Lực cảm ứng

- Lực định hướng

Lực liên kết hóa học trong hấp phụ:

- Hợp chất bề mặt

- Phản hấp phụ: sự cắt đứt lực LK giữa các nguyên tử bề mặt với các nguyên tử cùng pha, PỨ dị thể

Nội dung cơ bản của các

3.Thuyết hấp phụ nhiều lớp trên bề mặt đồng

nhất (Brunauer, Emmett, Teller (BET)

Sự hấp phụ chất khí trên bề mặt rắn

Thuyết hấp phụ của Langmuir

Năm 1915, Langmuir đã trình bày lý thuyết về hấp phụ với

những điều kiện sau:

- Lực HP là lực tác dụng khối lượng, có tác dụng trong phạm

vi kích thước phân tử, vì vậy, lớp HP là đơn lớp phân tử

- Lực HP tác động tại những vết nứt, góc, cạnh, đỉnh trên bề mặt chất HP (tâm hấp phụ)

- Mỗi tâm HP chỉ HP một phân tử bị HP, sự HP này có thể chỉ tồn tại 1 khoảng TG nhất định, sau đó, phân tử bị HP có thể

quay về pha khí (phản HP), và tâm HP này có thể HP 1 phân

tử khác.

- Các phân tử bị HP không tương tác với nhau Các tâm đã

HP không làm ảnh hưởng đến sự HP của tâm bên cạnh

.

.

.

.

Thuyết hấp phụ Freundlich, Temkin

- Nhiệt HP giảm, lượng chất HP giảm dần

- Có tương tác giữa các tiểu phân HP

Thuyết hấp phụ nhiều lớp trên bề mặt đồng nhất Brunauer, Emmett, Teller (BET)

Thiết lập phương trình hấp phụ của Langmuir

Xét sự hấp phụ của 1 chất khí trên bề mặt rắn có diện

tích toàn phần S 0 = 1 cm 2

Gọi Ɵ: độ phủ bề mặt (%), là “tỷ lệ giữa diện tích bề

mặt đã HP (S p ) và diện tích toàn phần của chất HP (S r )”

Hóa lý dược

Phương trình hấp phụ thực nghiệm của Freundlich

Trong điều kiện áp suất trung bình, nhiệt độ không đổi, Freundlich đã thu được phương trình đẳng nhiệt hấp phụ của một chất khí trên bề mặt rắn như sau:

a = k.p1/n

= k.p1/n

x m

Sự hấp phụ chất tan (không ion hóa)

- Khi tăng nồng độ chất HĐBM , SCBM giảm nhanh ở nồng độ thấp Khi chất HĐBM đã xếp chặt khít trên bề mặt thì việc tăng nồng độ chất HĐBM sẽ không làm thay đổi SCBM Nồng độ chất tan tại đó chính là nồng độ tới hạn tạo micell.

Sự hấp phụ chất tan trên bề mặt rắn

Hấp phụ phân tử

Đây là sự hấp phụ của các chất không điện ly (hoặc rất ít điện ly) lên bề mặt rắn trong một thể tích chất điện ly (V lít)

Ví dụ: sự hấp phụ của acid acetic trên than hoạt tính

Lượng acid acetic bị hấp phụ được xác định theo CT sau:

x: số mol chất bị hấp phụ

C 0 , C: nồng độ ban đầu và ở TT cân bằng của chất tan bị hấp phụ (mol/l); V thể tích (ml)

m: khối lượng chất hấp phụ

KHẢO SÁT SỰ HẤP PHỤ CỦA ACID ACETIC

TRÊN THAN HOẠT

Tìm quy luật hấp phụ theo thuyết hấp phụ Freundlich

1

. Pha các dung dịch có nồng độ theo yêu cầu