Теоретична частина. Аерозолями називають дисперсні системи з газовим дисперсійним середовищем

Аерозолями називають дисперсні системи з газовим дисперсійним середовищем. Аерозолі класифікують за агрегатним станом дисперсної фази, за дисперсністю і за методами одержання.

За агрегатним станом розрізняють: тумани – системи з рідкою дисперсною фазою; дими і пил – з твердою фазою. Дими, які утворюються при згорянні палива і адсорбують вологу з атмосфери, є одночасно димами і туманами. Такі системи існують над великими промисловими містами і називаються смогом.

За дисперсністю аерозолі з твердою дисперсною фазою розділяють на дими з частинками від 10^–9 до 10^–5 м і пил, частинки якого більші за 10^–5 м. Тумани містять краплини розміром 10^–7 – 10^–5 м, які мають сферичну форму, частинки димів можуть бути голчастими, пластинчастими, зіркоподібними.

За походженням аерозолі розділяють на диспергаційні і конденсаційні. Диспергаційні аерозолі одержують при подрібненні твердих тіл або розпилюванні рідин, вони мають великі частинки дисперсної фази і полідисперсні. Більш однорідні за розміром частинок і високодисперсні аерозолі отримують конденсаційними методами з пересичених парів або в результаті хімічних реакцій.

Особливості молекулярно-кінетичних властивостей аерозолів пов'язані з низькою в'язкістю газового дисперсійного середовища. Рух частинок у в'язкому середовищі описують відомим рівнянням Стокса: f = 6πηrυ. Для газового середовища це рівняння застосовується тоді, коли радіус частинки r набагато більший за довжину вільного пробігу молекули газу λ. Тобто, рівняння Стокса можна застосовувати для грубодисперсних аерозолів (r > 10^–6 м).

Броунівський рух аерозольних частинок набагато інтенсивніший ніж частинок ліозолів. Однак треба враховувати, що на броунівський рух в аерозолях впливає седиментація внаслідок малої в'язкості і малої густини газового середовища. З кінетичними властивостями пов'язані характерні для аерозолів явища термофорезу, фотофорезу і термопреципітації.

Явище термофорезу полягає в русі частинок аерозолю в напрямку зниження температури. Термофорез виникає внаслідок того, що на більш нагрітий бік частинки молекули газу налітають з більшою швидкістю, ніж на менш нагрітий, і тому надають частинці імпульс в напрямку зниження температури.

Фотофорез – це рух аерозольних частинок в напрямку світлового променя.

Термопреципітацією називають осадження частинок аерозолю на холодних поверхнях внаслідок термофорезу. Прикладом термопреципітації є осідання пилу на стінках та стелях поблизу радіаторів, ламп, печей та ін.

Аерозолі відрізняються яскраво вираженою здатністю до світлорозсіювання, що пов'язано з великою різницею показників заломлення дисперсної фази і газового дисперсійного середовища. Завдяки цій здатності аерозолі застосовують для створення димових завіс.

Кінетична стійкість аерозолів зумовлюється їх високою дисперсністю малою концентрацією. Але агрегативно вони дуже нестійкі системи внаслідок відсутності електростатичного та адсорбційно-сольватного бар'єрів. Коагуляція аерозолів є швидкою коагуляцією, вона відбувається значно швидше, ніж коагуляція ліозолів.

Руйнування аерозолів. При боротьбі з димами, які забруднюють атмосферу, пилом, що виникає у виробничих процесах і на будівництві, виникає необхідність руйнування аерозолів. Для руйнування аерозолів використовують циклони, електрофільтри, паперові, азбестові, пористі керамічні фільтри і т.д.

Аерозолі широко використовують у фармації як аерозольну лікарську форму. Ця форма дозволяє сполучати кілька високоефективних лікарських речовин, які забезпечують необхідний спектр дій: блокаду больового синдрому, локалізацію запального процесу, антимікробну дію, захист рани від забруднення і т.д. Популярність фармацевтичних аерозолів пояснюється ще й простотою застосування, можливістю з одного балону обробити декілька хворих, яким необхідна лікарська допомога. За типом застосування аерозольні ліки підрозділяються на інгалятори, аеропласти, мазі, піни. Обов'язковим компонентом аерозольних сумішей є пропеленти чи гази. Як пропеленти застосовують деякі фреони (фторхлорвуглеводні), вуглеводні парафінового ряду (пропан, бутан, ізобутан).

Ученими Української фармацевтичної академії О. І. Тихоновим, В. І. Чуєшовим та іншими розроблений ряд лікарських аерозолів – цимезоль, гіпозоль, пропомізоль, діоксиколь та ін.

Порошки – це дисперсні системи з газоподібним дисперсійним середовищем і твердою дисперсною фазою, яка складається з частинок розміром від 10^-8 до 10^{-4 м.} Порошки можна розглядати як аерозолі з твердою дисперсною фазою, які скоагулювали і утворили осад (аерогель).

Порошки одержують подрібненням твердих тіл за допомогою різних млинів: жорнових, кульових, вібраційних, молоткових та ін. В аптечних умовах для порошкування користуються ступкою з товкачиком.

Кожний порошок неоднорідний за розмірами своїх частинок. Частинки одного розміру складають фракцію. Для визначення фракційного складу порошків в аптечних умовах використовують стандартний набір сит.

У аналітичних лабораторіях розміри частинок визначають методами оптичної мікроскопії та седиментації. Результати аналізу оформляють графічно у вигляді гістограм і диференційних кривих розподілу.

Насипною щільністю називають масу одиниці об'єму порошку, вільно насипаного у будь-яку ємність. Для визначення насипної щільності у зважений мірний циліндр маленькими порціями, легенько постукуючи, насипають порошок. Після цього циліндр зважують. Насипна щільність залежить від щільності порошку, поруватості та вологості.

Оцінку текучості можна робити за допомогою кута природного відхилення. Кутом природного відхилення називається кут, утворений порошком, насипаним у вигляді конусу, і горизонтальною площиною. Чим менший кут відхилення, тим більша текучість порошку. На величину текучості впливають щільність, розмір і форма частинок, стан їх поверхні, вологість.

Розпилення і флюїдизація (переведення у стан, подібний рідкому). Якщо крізь шар порошку, який міститься в циліндрі з пористою дниною, продувати знизу газ, то порошок почне розширюватися, коли градієнт тиску газу перевищить градієнт гідростатичного тиску порошку.

Багато порошків можна перевести в розширений стан не тільки пропусканням через них газу, але й просто обережним пересипанням. Пересипання сприяє утворенню пухкої структури внаслідок проникнення газу між частинками. В такому стані порошок має велику текучість і нагадує за цією властивістю рідину.

Під час пересипання порошки розпилюються. Їх розпилюваність визначається силами зчеплення між частинками, вона збільшується при зростанні розмірів частинок до певної межі і зменшується із збільшенням вологості порошку.

Гранулюванням називають процес переведення порошків у гранули – агрегати сферичної або циліндричної форми. Гранули менше розпилюються, більш стійкі при зберіганні, їх зручно фасувати і дозувати. Гранулювання проводять у спеціальних барабанах або в ультразвукових установках. Механізм гранулювання полягає в тому, що частинки порошку під дією молекулярних сил вступають у енергетичну взаємодію, утворюючи агрегати. Як показав С. С. Воюцький, гранулювання йде краще, якщо у порошок ввести «зародки».

Гранули є однією з лікарських форм, крім того, з них способом пресування готують таблетки. Порошки, гранули, таблетки складають до 80% готових лікарських форм сучасної рецептури. Порошки можуть бути одно- і багатокомпонентними. З підвищенням дисперсності порошків збільшується їх адсорбуюча, обволікаюча, антисептична дія.

Суспензіями називають мікрогетерогенні системи з рідким дисперсійним середовищем і твердою дисперсною фазою. Отже, класифікація за агрегатним станом у них збігається з ліофобними золями, але вони відрізняються від останніх дисперсністю. Розмір частинок суспензій складає 10^-6–10^{-4 м.}

Суспензії, як і ліофобні золі, можна одержати методами диспергування і конденсації. Але практично майже завжди суспензії отримують диспергуванням нерозчинних твердих речовин у рідкому середовищі або скаламученням в цьому середовищі попередньо одержаного порошку.

За молекулярно-кінетичними і оптичними властивостями суспензії дуже відрізняються від ліофобних золів. В зв'язку з низькою дисперсністю броунівський рух у них виявляється дуже слабо, а явища дифузії і осмосу їм не властиві. Світло, проходячи крізь суспензії, не розсіюється, а відбивається, тому вони каламутні, на відміну від ліофобних золів, для яких характерний ефект Тіндаля.

Седиментаційна стійкість суспензій дуже мала внаслідок великого розміру частинок. Дисперсна фаза цілком випадає в осад за порівняно короткий час. Агрегативна стійкість суспензій зумовлюється тими ж факторами, що і стійкість ліозолів: електростатичним, адсорбційно-сольватним і структурно-механічним.

Утворення подвійних електричних шарів може відбуватися, як і в золях, у результаті вибіркової адсорбції або поверхневої дисоціації. Електрокінетичний потенціал частинок можна визначити електрофоретичним методом, причому він має величину такого ж порядку, як і ξ-потенціал типових золів.

Якщо на поверхні частинок суспензії адсорбуються молекули розчинника, утворюючи сольватний шар товщиною у один-два молекулярних діаметри, то такі сольватовані суспензії агрегативно стійкі без стабілізатора.

Стабілізують суспензії за допомогою високомолекулярних речовин. Захисний шар цих речовин забезпечує гідратацію частинок, крім того, довгі ланцюги макромолекул охоплюють частинки, утворюючи структурні гратки.

При підвищенні концентрації дисперсної фази агрегативно стійкої суспензії до гранично можливої величини утворюються висококонцентровані суспензії – пасти. Майже все дисперсійне середовище у пастах зв'язане у сольватних плівках, які розділяють частинки. В зв'язку з відсутністю вільної рідини пасти мають велику в'язкість, деяку міцність, крім цього, в них можуть утворюватися просторові структури, здатні до синерезису і тиксотропії.

Суспензії мають велике значення у природі і техніці. В аптечній практиці суспензії застосовують тоді, коли тверда лікарська речовина не розчиняється у воді. У суспензії лікарська речовина має більш високу ступінь дисперсності, ніж у порошку, і в зв'язку з цим швидше і повніше виявляє свою лікарську дію. Суспензія повинна бути досить стійкою. Це означає, що частинки повинні осідати настільки повільно, щоб при прийомі мікстур можна було досить точно продозувати. З цією метою суспензії стабілізують желатозою, камедями, метилцелюл озою та ін. Пасти широко використовують для лікування шкірних захворювань, у стоматології, косметиці (граміцидинова паста, іхтіол, паста Теймурова).

Емульсіями називають вільнодисперсні системи, в яких дисперсійне середовище і дисперсна фаза рідкі. Умовою утворення емульсії є взаємна нерозчинність рідин, тому ці рідини повинні дуже відрізнятися за своєю полярністю. Найбільше значення мають емульсії, в яких одна з фаз – вода. Другу фазу утворює неполярна чи малополярна рідина, яку, незалежно від природи, називають маслом. Дисперсність емульсій змінюється у великих межах – від краплин розміром 10^{-7 м до таких, які можна побачити неозброєним оком.}

Емульсії одержують головним чином шляхом механічного диспергування (струшуванням, енергійним перемішуванням, дією ультразвуку), а також видавлюванням рідини через тонкі отвори під великим тиском. Застосовують і конденсаційні методи заміни розчинника та взаємної конденсації пари.

Емульсії класифікують за полярністю фаз і за концентрацією дисперсної фази. У відповідності з першою класифікацією розрізняють два типи емульсій:

1) прямі (емульсії першого роду), які складаються з полярного дисперсійного середовища (вода) і неполярної дисперсної фази (масло), їх позначають м/в;

2) зворотні (емульсії другого роду), у яких дисперсійне середовище неполярне (масло), а дисперсна фаза полярна (вода), їх позначають в/м.

Дата добавления: 2014-11-29