11 Мицеллярные коллоидные системы

1.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
На тему: «Молекулярно-кинетические и
оптические свойства коллоидных
систем. Мицеллярные коллоидные
системы. Строение мицеллы.»
Дисциплина: Физическая и коллоидная химия
Специальность: Фармация. технология фармацевтического
производства
Лектор: ассоциированный профессор Мамбетерзина Г.К.

2. ПЛАН

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
ПЛАН
. Молекулярно-кинетические
свойства коллоидных растворов.
2. Оптические свойства
коллоидных систем
3. Строение мицеллы.
1

3.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Мицеллообразование определяет
поведение
поверхностно-активных
веществ
(ПАВ),
их
способность
стабилизировать дисперсные системы и
влиять
на
биодоступность,
растворимость
и
фармакологическую
активность
лекарственных веществ.

4.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Молекулярно- кинетические свойства
•броуновское движение
•диффузия
•осмос
•седиментация.

5.

Молекулярно-кинетические свойства.
Броуновское движение
При рассматривании в микроскоп тонкой суспензии (мастика)
или эмульсии (разбавленное водой молоко) наблюдается
хаотическое, беспорядочное движения частиц.
Явление было открыто английским ботаником Р. Броуном
(1827) и получило название броуновского движения.
5

6. Броуновское движение

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
БРОУНОВСКОЕ
ДВИЖЕНИЕ
Броуновское движение – беспрерывное,
хаотичное движение частиц.
Его интенсивность зависит от размера
частиц, вязкости среды, температуры.

7. Диффузия

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
ДИФФУЗИЯ
это самопроизвольно протекающий процесс
выравнивания концентраций ионов, молекул или
коллоидных частиц вследствие их беспорядочного
теплового (для истинных растворов) или
броуновского (для дисперсных систем) движения.
Диффузия заканчивается с достижением
равномерного распределения частиц по всему
объему.
Следовательно, диффузия возможна лишь в
системах с неодинаковыми концентрациями

8. Осмос

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
ОСМОС
Осмос – это односторонняя
диффузия молекул чистого
растворителя через
полупроницаемую мембрану
из раствора с меньшей
концентрацией в более
концентрированный
раствор.

9.

Осмотическим давлением раствора измеряется
минимальным гидростатическим давлением,
которое нужно приложить к мембране со стороны
раствора, чтобы осмос прекратился.
Конц.
раствор
Полупроницаемая
мембрана
Разб.
раствор

10. Осмотическое давление

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
ОСМОТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ
одно из коллигативных свойств растворов, т.е.
зависит только от количества свободно движущихся
частиц. Следовательно, оно характерно, как для
коллоидных растворов, так и для истинных.
Осмотическое давление лимфы крови
зависит от осмотически активных веществ.
К ним относятся электролиты (NaCl, KCl, NaHCO3,
Na2HPO4) и др.
Осмотическое давление крови человека 7,7 –
8,1 атм. Это давление является суммой давления всех
растворенных в плазме крови веществ.

11.

Изотонический
раствор
Гипотонический
раствор
Гипертонический
раствор
Гемолиз
Плазмолиз

12.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Гемолиз - разрыв эритроцитных
оболочек при введении
гипотонического по отношению к крови
раствора
Плазмолиз - обезвоживание
эритроцитов при введении
гипертонического по отношению к крови
раствора
12

13.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Седиментация
самопроизвольное оседание частиц под действием силы
тяжести.
В свободнодисперсных системах частицы вещества,
диспергированные в ДС, находятся под действием двух
противоположно направленных сил: силы тяжести и сил
диффузии.
В истинных растворах ввиду малой массы их частиц
(молекул, ионов, атомов) силы диффузии преобладают над
силами тяжести, происходит выравнивание концентраций по
всему объему системы.
В грубодисперсных системах, где размер частиц
довольно велик, сила тяжести значительно больше сил
диффузии, что способствует осаждению и концентрированию
частиц на дне сосуда.

14. Седиментация

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
СЕДИМЕНТАЦИЯ
Состояние системы, при котором сила тяжести и
сила диффузии уравновешивают друг друга
называется седиментационным равновесием.
Молекулы растворителя
препятствуют оседанию
Коллоидные частицы
оседают под действием
силы тяжести

15. Седиментация

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
СЕДИМЕНТАЦИЯ

16. Седиментация

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
СЕДИМЕНТАЦИЯ
Эритроциты достаточно крупные
частицы.
В норме они седиментируют с
определенной скоростью (СОЭ).
При патологии биохимический состав
крови меняется.
Эритроциты сорбируют
крупные молекулы белков,
их масса увеличивается и
поэтому СОЭ возрастает.

17.

Скорость оседания эритроцитов ( СОЭ )
– один из методов клинического анализа крови.
Проба свежей крови выдерживается в
вертикально расположенном капилляре.
Скорость оседания наблюдается визуально по
перемещению окрашенной границы между
слоями.
В норме СОЭ не превышает 10-12 мм/ч
При патологии СОЭ возрастает.
в связи с уменьшением агрегативной и
седиментационной устойчивости крови
17

18.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Особое значение в водном обмене между
кровью и тканевой жидкостью имеет та часть
общего
осмотического
давления,
которая
обусловлена белками и высокомолекулярными
соединениями (ВМС). Эта часть осмотического
давления называется онкотическим.
Оно невелико, составляет в норме всего
около 0,4 атм. и, тем не менее, играет
определенную роль в биохимических процессах.

19. Оптические свойства

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Специфика оптических свойств ДС
обусловлена их основными признаками:
гетерогенностью
и
дисперсностью.
Прохождение света через дисперсную
систему
сопровождается
такими
явлениями, как его преломление,
поглощение, отражение и рассеяние.
Преобладание одного из этих явлений
зависит от соотношения между длиной
волны падающего света и размером
взвешенных частиц.

20.

21.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Количественными характеристиками,
оценивающими ослабление интенсивности
падающего светового потока, являются
оптическая плотность
и коэффициент пропускания
которые связаны между собой соотношением

22. Поглощение света

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
ПОГЛОЩЕНИЕ СВЕТА
определяется
природой
веществ,
составляющих ДС, не зависит от
размеров частиц дисперсной фазы.
Поэтому поглощение света может
происходить во всех ДС, независимо от
размера частиц ДФ.

23.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Преломление света
происходит на границе дисперсной системы и окружающей ее
среды, а также внутри ДС, на границе раздела фаз ДФ/ДСр. В
зависимости от соотношения между длиной волны падающего
света (λ) и диаметром частиц дисперсной фазы (d) ДС можно
разделить на две группы:
системы, в которых d > λ (грубодисперсные и значительная
часть микрогетерогенных систем),
системы,
в которых d < λ (высокодисперсные и
незначительная часть микрогетерогенных систем).
В дисперсных системах с размерами частиц дисперсной фазы
d > λ лучи света, попадая на поверхность частиц, отражаются
под разными углами и выходят из системы в разных
направлениях.

24. рассеяние света

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
РАССЕЯНИЕ СВЕТА
Наибольший интерес с точки зрения
коллоидной науки представляют оптические
свойства ДС с размерами частиц d < λ, для
которых характерно рассеяние света.
Интенсивность света, прошедшего через
ДС, зависит в общем случае от всех оптических
явлений и определяется уравнением:
где Iо, Iрас, Iотр, Iпогл – интенсивности света,
падающего на систему, рассеянного,
отраженного и поглощенного системой,
соответственно.

25. Оптические свойства коллоидных растворов

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОЛЛОИДНЫХ РАСТВОРОВ
Математически рассеяние света выражают
уравнением Рэлея:
I = I0 k Сν V2 / λ4
I - интенсивность рассеяного света;
I0 - интенсивность падающего света;
Сν - частичная концентрация коллоидных частиц
[м-3];
V – объем одной коллоидной частицы [м3];
λ – длина волны падающего света [м];
k – константа, зависящая от показателей
преломления ДСр и ДФ.

26. Оптические свойства коллоидных растворов

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОЛЛОИДНЫХ РАСТВОРОВ
Визуально наблюдают опалесценцию, явление
рассеяния света мутной средой, обусловленное её
оптической неоднородностью, т.е. окраска коллоидных
растворов в рассеянном свете (при рассмотрении
сбоку) и в проходящем свете неодинакова.
Конус Тиндаля при рассмотрении сбоку имеет
голубой оттенок, на просвет – красный.

27.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Оптические свойства

28.

29.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Строение мицеллы
гидрофобных систем
В коллоидных системах
структурной единицей
является мицелла.
Строение коллоидных частиц и
возникновение на них заряда объясняет
мицеллярная теория коллоидных
систем.

30. Строение коллоидных частиц.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
СТРОЕНИЕ КОЛЛОИДНЫХ ЧАСТИЦ.
AgNO3 + KI (изб) → AgI↓ + KNO3
1.
2.
Чтобы не выпал осадок одно из исходных
веществ берется в избытке. То вещество,
которое взято в избытке является
стабилизатором (KI).
То вещество, которое должно выпасть в осадок
входит в состав ядра коллоидной частицы
(агрегат).

31. Строение мицеллы

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
СТРОЕНИЕ МИЦЕЛЛЫ
Осадок AgI является агрегатом
мицеллы.
На твердой кристаллической
поверхности осадка в соответствии с
правилом Панета-Фаянса будут
адсорбироваться ионы I-, достраивая
кристаллическую решетку и сообщая
частицам отрицательный заряд.
Ионы I- называются
потенциалопределяющими.

32. Строение мицеллы.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
СТРОЕНИЕ МИЦЕЛЛЫ.
Формула мицеллы AgI в KI:
x
яд р о
] nI
n
x
K
xK
m [AgI
п . о .и .
п ло тный
ди ффузный
а гр ега т
сло й п . и .
сло й п . и .
адсорбционный слой
гранула
м ицелла

33. Строение мицеллы

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
СТРОЕНИЕ МИЦЕЛЛЫ
Ионы стабилизатора, адсорбируясь на поверхности агрегата,
образуют ионогенную часть мицеллы, которая по своему
строению и свойствам является двойным электрическим слоем
(ДЭС).
Строение ДЭС мицеллы AgI в KI:
1. Стабильная часть
ДЭС - потенциалопределяющие ионы.
2. Плотный слой
противоионов
3. Диффузный слой
противоионов
3
1 2

34.

При этом образуется мицелла, имеющая
следующее строение:
K
K
+
I
K
K
I
I
+
+
K
+
агрегат
K
I
+
I
K
AgI I
I
I I
+
K
потенциалопределяющи е ионы (п.о.и.)
+
ядро
адсо р бцио ный
н
слой
гранула
мицелла
+
K
плотный слой противоионов (п.и.)
+
K
+
диффузный
слой противоионов

35. Строение мицеллы

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
СТРОЕНИЕ МИЦЕЛЛЫ
Агрегат и потенциалопределяющие
ионы составляют ядро мицеллы.
К отрицательному заряду будут
притягиваться противоионы K+,
образуя плотный слой противоионов.
Потенциалопределяющие ионы и
противоионы плотного слоя вместе
образуют адсорбционный слой.

36.

Адсорбционный слой
Диффузный слой
агре
гат
Граница
скольжения
Коллоидная частица
Граница
мицеллы
φ0
ξ
Расстояние от
твёрдой поверхности
Потенциалопределяю
щие ионы (ПОИ)
Противоионы
φ0 Термодинамический
потенциал ДЭС
ξ
Электрокинетический
или
дзета-потенциал

37. Строение мицеллы

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
СТРОЕНИЕ МИЦЕЛЛЫ
Адсорбционный слой вместе с агрегатом
составляют гранулу (или частицу). Гранула
заряжена, её заряд определятся знаком и величиной
заряда потенциалопределяющих ионов.
Часть противоионов, не вошедших в
адсорбционный слой, образуют диффузный слой.
Гранула и диффузный слой составляют мицеллу.
Мицелла, таким образом, электронейтральна.

38.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
В мицелле выделяют две границы:
Граница раздела фаз - проходит между
потенциалопределяющими ионами и
противоионами плотного слоя.
На границе раздела фаз возникает
электротермодинамический потенциал
мицеллы - φ-потенциал.

39. Электрокинетический потенциал

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ
Граница скольжения - проходит
между гранулой и диффузным слоем.
На границе скольжения возникает
электрокинетический потенциал или
дзета (ξ) -потенциал.
Дзета-потенциал –один из
основных факторов, определяющих
поведение мицеллы в электрическом
поле.

40. Электрокинетический потенциал

НАО «Карагандинский
Медицинский Университет»
ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЙ
ПОТЕНЦИАЛ
Величина дзета-потенциала
определяется толщиной диффузного
слоя и зависит от разности между
общим
числом
зарядов
потенциалопределяющих
ионов
(ПОИ)
и
числом
зарядов
противоионов (ПИ), находящихся в
адсорбционном слое.

41.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Изоэлектрическое состояние мицеллы
С увеличением концентрации электролита часть
ионов из диффузного слоя может перейти в
адсорбционный слой.
Толщина диффузного слоя при этом будет
уменьшаться и, следовательно, дзета-потенциал будет
уменьшаться.
Если все противоионы перейдут из диффузного слоя
в адсорбционный, дзета-потенциал станет равен нулю.

42. Изоэлектрическое состояние мицеллы

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
ИЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ МИЦЕЛЛЫ
В этом случае говорят об изоэлектрическом
состоянии мицеллы, которое характеризуется
электронейтральным состоянием гранулы.
m AgI nI nK
0
В изоэлектрическом состоянии гранула не
обладает электрофоретической подвижностью.

43. Строение золя иодида серебра в избытке раствора нитрата серебра

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
СТРОЕНИЕ ЗОЛЯ ИОДИДА СЕРЕБРА В ИЗБЫТКЕ РАСТВОРА НИТРАТА СЕРЕБРА
AgNO3 (изб ) KI AgI KNO3
Потенциалопределяющие
ионы
Противоионы
плотного слоя
Агрегат
-
+
+
Ядро
+
- +
-
m AgI nAg (n x) NO3 + - xNO3
AgI
+
- + +
+ +
Диффузионный
слой
+ X
Гранула
Мицелла

44.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Знание свойств мицеллярных систем важно потому, что:
Растворимость и биодоступность: мицеллы способны
растворять плохо растворимые в воде вещества, повышая их
биодоступность. Это используется при создании растворов
витаминов A, D, E, К, гормонов, антибиотиков.
Создание мягких лекарственных форм: кремы, мази, гели,
шампуни и растворы для наружного применения являются
коллоидными системами, в которых мицеллы играют
стабилизирующую роль.
Фармакокинетика: понимание мицеллообразования помогает
прогнозировать поведение лекарств в организме, их
взаимодействие с биологическими мембранами и белками
плазмы.
Контроль качества: фармацевт должен уметь оценивать
устойчивость, прозрачность и эффективность мицеллярных
растворов (например, в глазных каплях или косметических
средствах).

45.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Тема имеет прикладное значение:
Проектирование и производство лекарственных
форм: понимание механизма мицеллообразования
помогает выбирать правильные ПАВ, определять
критическую концентрацию мицеллообразования
(ККМ), подбирать оптимальные соотношения
компонентов.
Стабилизация дисперсных систем: мицеллы и ПАВ
предотвращают расслоение, коагуляцию и осаждение в
эмульсиях, суспензиях, аэрозолях.
Нанотехнологии и целевая доставка лекарств:
мицеллы используются как наноносители для доставки
труднорастворимых или нестабильных лекарственных
веществ (например, противоопухолевых средств).
Контроль параметров процесса: технолог должен
понимать, как температура, концентрация, рН и ионная
сила влияют на образование и устойчивость мицелл.

46. Благодарю за внимание!

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ!