10 Дисперсные системы

1.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
На тему: «Дисперсные системы.
Коллоидное состояние вещества.
Природа, классификация коллоидных
систем»
Дисциплина: Физическая и коллоидная химия
Специальность: Фармация, Технология фармацевтического
производства
Лектор: ассоциированный профессор Мамбетерзина Г.К.

2. ПЛАН

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
ПЛАН
1.
2.
3.
4.
Коллоидная химия. Основные понятия:
дисперсность, дисперсная система, дисперсная
фаза, дисперсионная среда
Классификация ДС по степени дисперсности, по
агрегатному состоянию ДФ и ДС, по
взаимодействию между ДФ и ДС, по
взаимодействию между частицами ДФ
Методы получения коллоидов
Методы очистки коллоидов.

3.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Ключевые роли дисперсных систем в фармацевтике
Растворимость и биодоступность: многие лекарственные
вещества имеют низкую растворимость в воде. Создание
дисперсных систем (особенно наноэмульсий, твердых дисперсий)
позволяет
увеличить
растворимость
и,
следовательно,
биодоступность.
Управление высвобождением: дисперсные матрицы и гели
позволяют регулировать скорость высвобождения активного
вещества,
достигая
терапевтической
эффективности
при
минимальных дозах и снижении побочных эффектов.
Становление
стабильности: выбор подходящего типа
дисперсной системы и стабилизаторов позволяет предотвратить
агрегацию, кристаллизацию или седиментацию активных веществ.
Термическая и химическая стабильность: дисперсные формы
могут защищать чувствительные лекарственные вещества от
теплового
и
светового
воздействия,
а
также
от
кислородной/реакционной среды.

4.

5. История развития коллоидной химии

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ КОЛЛОИДНОЙ ХИМИИ
Томас Грэм (Грэхэм)
английский/шотладский химик
впервые использовал термин
«коллоид» для описания
растворов с необычными
свойствами.
В развитие этой науки
внесли вклад Т. Юнг,
П. Лаплас, Д. Гиббс,
Г. Гельмгольц, Д. Рэлей
И. Ленгмюр и др.
Т. Грэм (1805-1869)

6. История развития коллоидной химии

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ КОЛЛОИДНОЙ ХИМИИ
Николай Петрович Песков основатель современной
коллоидной химии как науки о
поверхностных явлениях и
дисперсных системах.
Ввел понятие об агрегативной и
седиментационной
устойчивости дисперсных
систем.
Н. П. Песков (1880-1940)

7.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Медико-биологическое значение темы
«Человек – это ходячий коллоид»
И.И. Жуков
В любом животном или
растительном
организме представлены
практически
все коллоидные
дисперсные
системы

8. КОЛЛОИДНЫЕ СИСТЕМЫ

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
КОЛЛОИДНЫЕ СИСТЕМЫ
Вся природа — организмы
животных и растений, гидросфера и
атмосфера, земная кора и недра —
представляет собой сложную
совокупность множества разнообразных и
разнотипных грубодисперсных и
коллоидно-дисперсных систем.
Два общих
признака
дисперсных систем: гетерогенность и
дисперсность

9.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»

10. Дисперсные системы

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ
Дисперсная
фаза
Дисперсионная
среда
Поверхность
раздела фаз
Пример: система - глина в воде.
Глина - ДФ, вода - ДСр.

11. Коллоидное состояние вещества

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
КОЛЛОИДНОЕ СОСТОЯНИЕ ВЕЩЕСТВА
Степень раздробленности
(дисперсности) вещества и
нахождение
коллоидных
частиц
во
взвешенном
состоянии в растворителе
11

12. КОЛЛОИДНЫЕ СИСТЕМЫ

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
КОЛЛОИДНЫЕ СИСТЕМЫ
Свойства коллоидной
дисперсной системы зависят от:
соответствующих свойств
фаз, составляющих
коллоидную систему,
природы границы раздела
между дисперсионной фазой
и дисперсной средой.

13.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
По
степени
дисперсности
дисперсные
системы
классифицируют на:
1.Грубодисперсные (d ˃ 10-5 см).
2.Коллоидно-дисперсные
(10-7 ˂ d ˂ 10-5 см).
3.Молекулярно-дисперсные
(истинные растворы) (d ˂ 10-7 см).

14.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
d ˂ 10-7 см
d: 10-5 – 10-7 см
d ˃ 10-5 см
Истинный
раствор
Коллоидный
раствор
Суспензия

15.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Свойства ДС
Грубодисперсные (d ˃ 10-5 см) – не проходят
через тонкие бумажные фильтры, быстро
оседают, видимы в обычный микроскоп.
Коллоидно-дисперсные (10-7 ˂ d ˂ 10-5 см) –
проходят через бумажные фильтры, но
задерживаются на ультрафильтрах, видимы
в ультрамикроскоп. Структурной единицей
является мицелла.
Молекулярно-дисперсные (истинные
растворы) (d ˂ 10-7 см) – дискретными
единицами в них являются молекулы или
ионы. Образуются самопроизвольно.

16. ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ
Дисперсность D – основная
характеристика дисперсных систем и
мера раздробленности вещества
D =
1 / d, где d – размер частицы
Удельная поверхность Sуд –
характеристика
степени
раздробленности
Sуд = S / V [см -1],
Sуд = S / m [см2\г]
где S – межфазная поверхность

17. -

18. Суспензии

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
СУСПЕНЗИИ

19. Виды эмульсий

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
ВИДЫ ЭМУЛЬСИЙ
Масло в воде
Вода в масле
mm
Вода
Масло

20. Аэрозоль

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
АЭРОЗОЛЬ

21.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»

22.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»

23. Золи и гели

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
ЗОЛИ И ГЕЛИ
Кровь
Сухожилия

24.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Золь – бесструктурный
коллоидный раствор, в котором
частицы ДФ слабо
взаимодействуют между собой и
свободно передвигаются друг
относительно друга (например,
золь серебра – колларгол).
По внешнему виду золи
напоминают истинные растворы.

25.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Гель
–
структурированный
коллоидный раствор, в котором частицы
ДФ
связаны
между
собой
в
пространственные
структуры
типа
каркасов.
В
них
коллоидные
частицы
малоподвижны и способны совершать
только колебательные движения.
По внешнему виду гели
желеобразны (например, зубная
паста).

26.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Если система состоит из
частиц одного размера, то
она
называется
монодисперсной,
если в нее входят частицы
разных размеров, то она
называется
полидисперсной.

27.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»

28.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Соотношение диспергационных и
конденсационных методов

29.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»

30. Примеры реакций химической конденсации

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
ПРИМЕРЫ РЕАКЦИЙ ХИМИЧЕСКОЙ КОНДЕНСАЦИИ
Реакция
Ag20 + Н2 → 2Ag↓ + Н20
восстановления
Реакция
окисления
Реакция
гидролиза
Реакция обмена
2H2S + S02 → 3S↓ + 2H20
100°
FeCl3+ 3H20 → Fe(OH)3 ↓
+ ЗНСl
K4[Fe(CN)6] + 2CuCl2 →
Cu2[Fe(CN)6] ↓ + 4KCl

31.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»

32.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»

33.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Методы диспергирования (от лат. –
измельчать) – получение частиц ДФ
путем дробления крупных частиц на
более мелкие.
Применяют:
механическое дробление (с помощью
шаровых или коллоидных мельниц)
ультразвуковое (под действием
ультразвука)
электрическое (при использовании
электродов).

34.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Механическое дробление
Коллоидная
мельница

35.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»

36.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»

37.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»

38.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Примером пептизации может служить переход в
золь свежеполученного и промытого водой осадка
гидроксида железа(III) при добавлении к нему
небольших количеств раствора хлорида железа(III).
При этом частицы осадка Fe(OH)3 избирательно
адсорбируют ионы Fe3+, которые сообщают частицам
положительный электрический заряд. Вследствие
этого между частицами возникают силы
электростатического отталкивания и они переходят
во взвешенное состояние – золь.

39. Методы очистки коллоидных растворов

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
МЕТОДЫ ОЧИСТКИ КОЛЛОИДНЫХ РАСТВОРОВ
Коллоидные растворы, как и истинные, хорошо
фильтруются через бумажный пористый фильтр,
но, в отличие от истинных, не проходят через
полупроницаемые мембраны.
На этом основана очистка
коллоидных растворов от
низкомолекулярных веществ
(фильтрация, диализ,
электродиализ,
ультрафильтрация)

40.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Диализ проводят с помощью прибора диализатора. Он состоит из 2 сосудов,
отделенных полупроницаемой мембраной,
способной пропускать молекулы и ионы
низкомолекулярных веществ.
Во внутренний сосуд наливается раствор
золя, во внешнем – циркулирует вода.
Примеси удаляются через мембрану из
раствора золя в растворитель.

41.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Диализатор: 1 - диализуемая жидкость; 2 растворитель; 3 - диализная мембрана; 4 мешалка

42. Диализ

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
ДИАЛИЗ

43.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Для ускорения процесса применяют электродиализ.
Диализуемая
жидкость
Дистиллированная
вода
Дистиллированная
вода
Воронка
Раствор
примесей
Диализная
мембрана

44. Электродиализ

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
ЭЛЕКТРОДИАЛИЗ
Электродиализ
применяют
для
обессоливания.
Например,
для
опреснения
морской воды.

45.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Для очистки коллоидных растворов от
грубодисперсных частиц проводят фильтрование
через
обычные
бумажные
фильтры.
Грубодисперсные частицы задерживаются на
фильтре.
Для отделения ДФ от ДС, применяют
ультрафильтрацию. При этом используют
специальные фильтры, не пропускающие
коллоидные частицы или макромолекулы.
Как правило, ультрафильтрацию проводят под
давлением.

46.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»

47.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
По принципу компенсационного диализа
работает аппарат «искусственная почка».
Аппарат
подключают
к
системе
кровообращения больного, кровь под давлением
протекает
между
двумя
мембранами,
омываемыми снаружи физраствором.
При этом токсичные вещества крови
вымываются в физраствор, что способствует
очищению крови.

48.

49.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Дисперсные
системы — универсальный и важный
инструмент в арсенале фармацевтов для улучшения
растворимости, биодоступности, стабильности и
управляемого высвобождения.
Разумное
проектирование
ДС
требует
междисциплинарного подхода: физика поверхностей,
химия полимеров, технологические процессы и
регуляторные требования.
Современные тенденции направлены на повышение
эффективности производства, снижение затрат и
расширение спектра пациентов, которым доступны
новые эффекты препаратов.

50.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Спасибо за внимание!