Устойчивость и коагуляция коллоидных систем. Коагуляция и пептизация

1.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
ТЕМА: «УСТОЙЧИВОСТЬ И КОАГУЛЯЦИЯ
КОЛЛОИДНЫХ СИСТЕМ.
КОАГУЛЯЦИЯ И ПЕПТИЗАЦИЯ.»
Дисциплина: Физическая и коллоидная химия
Специальность: Фармация, Технология Фармацевтического
Производства
Лектор: Ассоциированный профессор Мамбетерзина Г.К.

2. план

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
ПЛАН
1. УСТОЙЧИВОСТЬ ДС. ВИДЫ И ФАКТОРЫ УСТОЙЧИВОСТИ
КОЛЛОИДНЫХ СИСТЕМ
КОАГУЛЯЦИЯ
КОЛЛОИДНЫХ
РАСТВОРОВ
ЭЛЕКТРОЛИТАМИ. ПОРОГ КОАГУЛЯЦИИ. ТЕОРИЯ
УСТОЙЧИВОСТИ ЛИОФОБНЫХ ДС.
2.
3. ПРАВИЛА КОАГУЛЯЦИИ.
4.
ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА
ДС.
ЭЛЕКТРОФОРЕЗ
И
ЭЛЕКТРООСМОС
КОЛЛОИДНЫХ
РАСТВОРОВ.
5. КОЛЛОИДНАЯ ЗАЩИТА

3.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Вопросы устойчивости ДС занимают
важное место в коллоидной химии.
Обеспечение
устойчивости
ДС
необходимо при получении различных изделий,
покрытий,
связывающих
материалов,
лекарственных препаратов, аэрозолей и т. д.
Ликвидация устойчивости требуется
для
того,
чтобы
вызвать
структурообразование в материалах, для
получения осадков при разделении фаз,
очистке промышленных выбросов и прочее

4. Устойчивость дисперсных систем

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
УСТОЙЧИВОСТЬ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ
Устойчивость дисперсной системы неизменность во
времени ее основных параметров: дисперсности и
равномерного распределения частиц дисперсной фазы
в дисперсионной среде.
Внешне это проявляется в способности
сохранять свой внешний вид, окраску, прозрачность,
«однородность».

5.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Виды коллоидной устойчивости
Кинетическая
(седиментационная)
Агрегативная
При
нарушении
агрегативной
устойчивости
происходит
нарушение
седиментационной устойчивости

6. Седиментационная (кинетическая) устойчивость –

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
СЕДИМЕНТАЦИОННАЯ (КИНЕТИЧЕСКАЯ) УСТОЙЧИВОСТЬ
–
Это способность системы противостоять
осаждению частиц ДФ под действием силы тяжести
(седиментации).
Она находится в зависимости от размеров частиц в
системе, осаждению которых противодействуют силы
диффузии, а устойчивость к осаждению определяется
соотношением сил диффузии и сил тяжести в системе.

7.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Агрегативная устойчивость –
это способность системы
противодействовать
укрупнению
частиц
дисперсной фазы.
Агрегативная устойчивость обусловлена
термодинамическими факторами.
Термодинамические факторы связаны с
величиной удельной поверхностной энергии σ.

8.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Факторы агрегативной устойчивости
К термодинамическим факторам относятся:
Электростатический – наличие ДЭС на
поверхности частиц.
Адсорбционно - сольватный – всякая коллоидная
частица окружена сольватной оболочкой растворителя,
препятствующей сближению частиц.
Энтропийный – стремление частиц дисперсной
фазы к равномерному распределению по объему
дисперсионной среды.
8

9. Факторы агрегативной  устойчивости ДС:

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
ФАКТОРЫ АГРЕГАТИВНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ДС:
К кинетическим факторам устойчивости:
- структурно-механический (образование на
поверхности частиц защитных пленок,
обладающих упругостью и механической
прочностью, стойких к разрушению);
- гидродинамический - снижает скорость
движения частиц вследствие изменения
вязкости и плотности дисперсионной среды.
При нарушении агрегативной устойчивости золей
происходит их коагуляция

10.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Коагуляция
–
процесс
разрушения коллоидных систем за
счет слипания частиц, образования
более крупных агрегатов с потерей
седиментационной устойчивости и
последующим разделением фаз.
10

11.

Коагуляция дисперсной системы
Потеря агрегативной
устойчивости
Потеря седиментационной
устойчивости
коагулят

12.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Процесс коагуляции золя
характеризуется определенной
величиной скорости коагуляции,
которую можно определить как
изменение числа коллоидных
частиц в единице объема за
единицу времени.

13.

Скорость коагуляции
Кинетическая кривая коагуляции
Б
A
O
30
мВ
0В
Концентрация электролита
B

14.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Отрезок ОА отвечает периоду скрытой
коагуляции, при которой золь сохраняет свою
устойчивость.
В точке А начинается явная коагуляция,
которая соответствует уменьшению ξ-потенциала
коллоидных частиц до 30 мВ.
На участке БВ скорость коагуляции достигает
максимального
значения;
этот
отрезок
кинетической кривой соответствует периоду
быстрой коагуляции(ζ-потенциал равен нулю).

15.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
При коагуляции золя смесью электролитов
можно наблюдать:
а)явление аддитивности - суммирование
коагулирующего действия ионов;
б) явление антагонизма - ослабление
коагулирующего действия одного иона в
присутствии другого;
в) явление синергизма - усиление
коагулирующего действия одного иона в
присутствии другого.

16.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Для нормальной жизнедеятельности человеческому организму
необходимо определенное постоянное количество крови. И хотя
здоровый человек без угрозы для жизни может потерять до трети
всей крови, однако длительная потеря крови может быть очень
опасной.
Природа защитила нас от этой опасности, наделив нашу
кровь способностью свертывания. Если бы свертывание происходило в
кровеносной системе, то это было бы еще опаснее. Но кровь не
коагулирует (не свертывается), когда сталкивается с гладкими
стенками кровеносных сосудов. Действительно, если кровь налить в
гладкостенные или смазанной жиром стеклянного сосуда, то она не
свернется!

17.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
ЕСЛИ ОПУСТИТЬ В КРОВЬ СТЕКЛЯННУЮ
ПАЛОЧКУ, ПРИ ЭТОМ КРОВЬ ТАКЖЕ НЕ СВЕРНЕТСЯ.
НО ЕСЛИ ОПУСТИТЬ ТУДА ДЕРЕВЯННУЮ ПАЛОЧКУ,
ТО ПРОЦЕСС СВЕРТЫВАНИЯ СРАЗУ ЖЕ НАЧНЕТСЯ!
КРОВЬ И МНОГИЕ БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЖИДКОСТИ
В ОРГАНИЗМЕ ЯВЛЯЮТСЯ КОЛЛОИДНЫМИ
СИСТЕМАМИ
ОТ КАКИХ ФАКТОРОВ ЗАВИСИТ КОАГУЛЯЦИЯ
КОЛЛОИДНЫХ СИСТЕМ?

18.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Коагуляцию может вызывать:
увеличение концентрации ДФ,
механическое воздействие,
добавление электролитов
изменение температуры
Все факторы обладают
общим
свойством - разрушают энергетический
барьер,
и
золь
как
метастабильная
система самопроизвольно переходит в более
устойчивое состояние
18

19.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Порог коагуляции (Спк) – это
минимальное количество электролита, которое
надо добавить к 1 л золя, чтобы вызвать начало
коагуляции.
Спк = (С . Vэл)/(Vэл + Vз), где
С – (молярная концентрация электролита), моль/л;
Vэл. – объемы электролита, л;
Vз. – золя соответственно, л.
Коагулирующая способность электролита (γ) величина, обратная порогу коагуляции:
γ= 1/ Спк

20. ПРАВИЛА КОАГУЛЯЦИИ

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
ПРАВИЛА КОАГУЛЯЦИИ
1. Правило
порога.
Коагуляцию
вызывают любые электролиты, но с
заметной скоростью она идет лишь
при достижении порога коагуляции
электролита.
2. Правило знака заряда. Коагулирующим
действием обладает тот ион, заряд
которого противоположен заряду
гранулы золя.

21.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
3. Правило величины заряда (валентности).
Правило
Шульце
Гарди:
если
заряды
коагулирующих ионов растут в арифметической
прогрессии, то их коагулирующие способности
растут в геометрической прогрессии,
Если z1:z2:z3 = 1:2:3, то γ1:γ2:γ3 = 1:24:340.
:
2
3
4
Na Ca
Al
Th
→ возрастание заряда иона →
→ возрастание коагулирующей способности →21

22. → возрастание коагулирующей способности →

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
4. ПРАВИЛО ЛИОТРОПНЫХ РЯДОВ.
Коагулирующая способность ионов одной и
той
же
валентности
возрастает
с
увеличением
радиуса
иона-коагулятора
(лиотропные ряды):
Li Na K Rb Cs
→ ВОЗРАСТАНИЕ КОАГУЛИРУЮЩЕЙ
СПОСОБНОСТИ →

23.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
5. Правило критического потенциала.
Началу коагуляции соответствует
снижение ζ-потенциала до критической
величины ~ 30 мВ (25-30 мВ).
6. Правило осадка. В осадках,
получаемых при коагуляции
электролитами, всегда присутствует
коагулирующий ион.

24. Теория устойчивости лиофобных дисперсных систем ДЛФО (DLVO) 1937 – 1941 гг.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
ТЕОРИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ЛИОФОБНЫХ
ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ ДЛФО (DLVO)
1937 – 1941 ГГ.
Теория ДЛФО (Б.В.Дерягин, Л.Д.Ландау,
Е.Фервей, Дж.Овербек) рассматривает процесс
коагуляции как результат совместного действия
Ван-дер-Ваальсовых сил притяжения и
электростатических сил отталкивания между
частицами.
Оценка коагулирующей способности
по теории ДЛФО приводит к зависимости
γ ~ z6, то есть γ1:γ2:γ3=1:64:729.

25.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Многие
свойства
коллоидных
систем
объясняются наличием у частиц электрического
заряда.
Наличие заряда у грубодисперсных систем в 1807
году
обнаружил
профессор
московского
университета Ф.Ф. Рейсс.

26.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Электрофорезэто направленное движение коллоидных частиц
под действием внешнего электрического поля
относительно неподвижной дисперсионной среды
Электрофорез
применяется
для
диагностики и контроля за ходом болезни
Его используют для введения лекарственных
веществ в пораженные органы человека.
Метод имеет ряд преимуществ по сравнению с
традиционными способами введения препаратов.

27.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Электроосмос
это движение дисперсионной
среды
относительно
неподвижной дисперсной фазы
через
полупроницаемую
мембрану
во
внешнем
электрическом поле.

28.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Явление электрофореза и электроосмоса имеет
большое значение в организме. Применяются:
В клинической лабораторной практике при установлении
состава белков.
В основе электрофильтров (электрофорез)
Для сушки древесины, глины методом электроосмоса.
Введение лекарственных веществ через кожу и слизистую
оболочку тела человека (лекарственный электрофорез,
электротерапия).

29. Коагуляцию золя можно вызвать добавлением другого золя, имеющего противоположный заряд частиц. Данный вид коагуляции называется

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Коагуляцию золя можно вызвать добавлением другого
золя, имеющего противоположный заряд частиц. Данный вид
коагуляции
называется
взаимной
коагуляцией
(гетерокоагуляцией),
и
его
причинами,
кроме
электростатического
взаимодействия,
могут
быть
адсорбционное и химическое взаимодействие между
частицами.
Золи можно защитить от коагулирующего действия
электролитов, вводя в них определенные вещества стабилизаторы. Наиболее эффективны в этом отношении
белки (желатин, казеин) и продукты их гидролиза,
полисахариды (агар-агар, крахмал), а так же коллоидные
ПАВ.

30. Коллоидная защита

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
КОЛЛОИДНАЯ ЗАЩИТА
Повышение устойчивости коллоидного раствора
при добавлении к нему ВМС назвали коллоидной защитой.
Зигмонди предложил количественно оценивать
защитное действие стабилизаторов «золотым числом».
«Золотым числом» называется минимальная
масса сухого защитного вещества (в мг), достаточное
для защиты от перемены окраски 10 мл красного золя
золота при добавлении к нему 1 мл 10% раствора хлорида
натрия.
Чем больше «золотое число», тем меньшим
защитным действием обладает данный стабилизатор.
«Золотое число» в медицине используется для
диагностики
менингита.

31.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Изучение устойчивости и процессов коагуляции коллоидных
систем имеет важнейшее значение для будущих специалистов
фармацевтического профиля, поскольку знание этих процессов
необходимо для понимания поведения лекарственных препаратов в
организме, их биодоступности, совместимости и стабильности,
позволяет оптимизировать технологические процессы, управлять
структурой и стабильностью лекарственных форм, предотвращать
дефекты продукции, обеспечивать её безопасность и срок годности.
Таким образом, изучение механизмов устойчивости, коагуляции и
пептизации коллоидных систем формирует у студентов
фундаментальные компетенции, необходимые для профессиональной
деятельности в области разработки, производства, контроля
качества и рационального применения лекарственных средств.

32. Благодарю за внимание!

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ!