Методи визначення типу емульсій

Тип емульсії можна визначити різними методами. Найчастіше ви­користовують кондуктометричний метод. Як відомо, пито­ма електрична провідність води та її розчинів набагато вища від елект­ричної провідності нерозчинних у ній органічних рідин. Тому, якщо елек­трична провідність емульсії достатньо висока, то це емульсія типу О/В, у випадку низької електричної провідності навпаки - В/О. Цей метод зручний для визначення типу емульсії, взятої у малих кількостях.

Тип емульсії можна встановити, використовуючи метод флуорес­ценції. Емульсії В/О під дією ультрафіолетового випромінювання набу­вають забарвлення, видимого в темній камері, на відміну від емульсій О/В, які звичайно не флуоресціюють.

Широко розповсюджений метод забарвлення емульсій. Його суть полягає у додаванні до емульсії барвника, який розчиняється тільки в одній з рідин, тобто у воді або олії. Після перемішування краплину емульсії розглядають під мікроскопом. Залежно від того, чи забарвлене поле зору (дисперсійне середовище), чи тільки краплинки дисперсної фази, можна зробити висновок про тип емульсії.

Щоб визначити тип емульсії, інколи використовують метод роз­бавлення. Якщо емульсія розбавляється водою, то вона є дисперсій­ним середовищем і ми маємо емульсію типу О/В, і відповідно - типу В/О, якщо вона добре розбавляється олією.

Є ще один простий метод встановлення типу емульсії - змочування фільтрувального паперу. Якщо при нанесенні краплини емульсії на фільтру­вальний папір вона швидко розпливається по його поверхні, а в центрі зали­шається невелика краплинка, то у більшості випадків це емульсія О/В.

Емульгатори та механізм їх дії .

Оскільки емульсії є гетерогенними системами з великою питомою поверхнею поділу, то вони термодинамічно нестійкі. У них самочинно відбувається процес злиття краплинок дисперсної фази, який зумовлює розшарування емульсій. Таке явище називають коалесценцією.

Стійкість емульсій проти коалесценції тісно пов'язана з концентра­цією дисперсної фази та ступенем дисперсності. Розбавлені високодис­персні емульсії досить стійкі, а для одержання стійких концентрованих емульсій вже необхідне застосування емульгаторів.

Емульгатори - це розчинні колоїдні ПАР, ВМС або нерозчинні порошкоподібні речовини, які сприяють процесу емульгування та надають емульсіям стійкості.

За своєю природою емульгатори поділяють на гідрофільні та гідро­фобні (табл.4.). Природа емульгатора визначає не тільки стійкість, але й тип емульсії. Згідно з правилом Банкрофта, дисперсійним се­редовищем в емульсії буде та рідина, до якої емульгатор має спорід­неність. Це означає, що гідрофільні емульгатори, які краще розчиня­ються у воді, ніж у неполярних рідинах, сприяють утворенню емульсій типу О/В. Гідрофобні емульгатори, які не розчиняються у воді і мають спорідненість до олії, стабілізують емульсію типу В/О.

Таблиця 4.

Класифікація емульгаторів
Ступінь дисперсності емульгатора	Природа емульгатора
	гідрофільні	гідрофобні
Грубодисперсні (порошки)	СаСОз, СаSО4, Fе2О3, глина	НgI2, РЬО, сажа
Колоїдно-дисперсні (ВМС)	Желатин, казеїн, альбумін, крохмаль, декстрин, гуміарабік	Смоли, каучук, холестерин
Молекулярно -йонні (ПАР)	Мила лужних металів, барвники	Мила багатовалент-них металів

Емульсії обох типів одержують за наявності твердих емульгаторів -тонко подрібнених порошків солей металів, оксидів, різних видів глин тощо. Тип емульсії залежить від властивостей поверхні емульгатора. Механізм стабілізуючої дії цих емульгаторів полягає в утворенні на крап­линках дисперсної фази структурно-механічного бар'єру з частинок емульгатора, який запобігає коалесценції.

Колоїдні поверхнево-активні емульгатори добре стабілізують як емульсії О/В, так і емульсії В/О. їх дія залежить від співвідношення поляр­них гідрофільних ділянок молекули і неполярних вуглеводневих залишків (ліпофільних ділянок), так званого гідрофільно-ліпофільного балансу (ГЛБ). Якщо величина ГЛБ знаходиться в межах 3-6, то такі емульгатори стабілізують емульсію В/О, якщо в межах 8-20, то - емульсію О/В.

Для одержання емульсій медичного призначення широко застосо­вують оксиетильовані неіоногенні ПАР - плюроніки та твіни. За допо­могою плюроніків стабілізують дисперсії лікарських препаратів, які вво­дять у систему кровообігу. Вони були використані для емульгування перфлуоровуглеводнів у процесі виготовлення "штучної крові". Твіни найчастіше застосовують для одержання лікарських емульсій зовніш­нього вживання.

Розглянемо ще природні емульгатори - лецитин та холестерин, які можуть одночасно знаходитись у біологічних об'єктах. Лецитин - це добрий емульгатор емульсій О/В, холестерин - емульсій В/О. Коли вони знаходяться разом, тип стійкої емульсії залежить від їх співвідношення. Якщо співідношення кількості лецитину до кількості холестерину більше восьми, утворюється емульсія О/В, якщо менше - емульсія В/О. Це явище відіграє велику роль у біологічних процесах.

Серед інших природних емульгаторів добре вивчені сапоніни та білки - альбуміни, казеїн тощо. Вони стабілізують пряму емульсію. Стабілізуюча дія білків пояснюється їх адсорбцією на межі поділу фаз, що призводить до утворення на поверхні краплинок міцного захисного шару та заряду внаслідок йонізації груп -СООН та –NН₂. Як стабіліза­тор емульсій В/О застосовують високомолекулярні сполуки, розчинні в олійній фазі, наприклад, каучук. У харчовій та фармацевтичній промис­ловостях з цією метою використовують стеарат та пальмітат сахарози, а також поліоксиетильовані етери.

Емульгуючі властивості мають і деякі низькомолекулярні ПАР. Найбільшу емульгуючу дію мають такі, молекули яких містять полярну йоногенну групу та вуглеводневий залишок з 12-18 атомами Карбону. Представником таких емульгаторів є мила- солі вищих жирних кислот. Мила лужних металів як сполуки, розчинні у воді, стабілізують пряму емульсію; мила лужноземельних та багатовалентних металів є стабілі­заторами зворотних емульсій. Молекули лужного мила, адсорбуючись на краплинках олії, утворюють на їх зовнішній поверхні відносно товстий адсорбційно-сольватний шар, який перешкоджає зіткненню та злиттю краплинок олії. При цьому на їх поверхні розташовані полярні гідрофільні групи -СООNа, які у воді йонізують і надають краплинкам олії негатив­ного заряду. Однойменний заряд усіх крапель, у свою чергу, сприяє збільшенню стійкості емульсії (рис.17, а). Крім того, мила знижують міжфазовий поверхневий натяг, полегшуючи процес емульгування.

а б

Рис. 17.Схема стабілізації емульсії О/В милом лужного металу (а) і емульсії В/О - милом лужноземельного металу (б)

Мила лужноземельних металів, розчиняючись в олії, утворюють адсорбційно - сольватний шар вже на зовнішній поверхні краплин води, захищаючи їх від коалесценції (рис.17, б).

Отже, стабілізуюча дія поверхнево-активних емульгаторів зумов­лена тим, що вони:

1) знижують міжфазовий поверхневий натяг;

2) утворюють навколо краплин дисперсної фази захисну оболонку;

3) надають краплинам емульсії однойменного заряду.

Специфічною властивістю більшості емульсій є їх здатність пере­творюватись на емульсію протилежного типу, при цьому дисперсна фаза першої емульсії стає дисперсійним середовищем другої, і навпаки. Цей процес називають "оберненням фаз емульсії", який можна викликати додаванням емульгатора, що стабілізує протилежний тип емульсії. Так, якщо до емульсії О/В додати кальцій олеат - нерозчинне у воді мило, то ця емульсія перетвориться на емульсію води в олії. Обернення фаз емульсії може відбуватися також при збільшенні концентрації дисперс­ної фази, зміні температури, а також тривалій механічній дії.

Способи одержання та руйнування емульсій

У більшості випадків емульсії одержують диспергуванням, що до­сягається інтенсивним збовтуванням або перемішуванням рідин за на­явності вибраного емульгатора. Часто емульсії одержують у спеціаль­них апаратах, протискуючи рідини крізь сито з дуже маленькими отвора­ми чи крізь вузькі щілини. Стійку емульсію отримують, використовуючи колоїдні млинки, а також за допомогою ультразвукового диспергування.

Для приготування високодисперсних емульсій застосовують ме­тод гомогенізації, або вторинного зменшення розмірів краплин емульсії. Цей процес здійснюють, протискуючи вихідну емульсію крізь невеликі отвори під дуже високим тиском. При цьому ступінь дисперсності мож­на збільшити у кілька десятків разів. Апарат, в якому він відбувається, називають гомогенізатором.

Одержання емульсій методом конденсації застосовують рідше. Так, емульсію олії у воді отримують при пропусканні її пари крізь воду. Охолод­жуючись і конденсуючись, краплинки олії утворюють дисперсну фазу.

За певних умов може відбуватися процес самочинного емульгу­вання. У цьому випадку емульсія утворюється без зовнішнього пере­мішування. Самочинне емульгування спостерігається, коли міжфазо­вий поверхневий натяг на межі вода - олія знижений до дуже малої ве­личини введенням емульгатора. Наприклад, жири, що потрапляють до організму з їжею, емульгуються в кишках солями жовчних кислот і у вигляді високодисперсної емульсії типу О/В всмоктуються їх стінками. Жовчні кислоти, зменшуючи поверхневий натяг до 1∙ 10^-3 Н/м, сприяють самочинному диспергуванню.

На практиці часто виникає необхідність зруйнувати емульсію і ви­ділити її складові частини. Одним із найпростіших методів є механічне деемульгування. Його суть полягає у руйнуванні адсорбційних оболо­нок на частинках дисперсної фази під час розмішування, збовтування чи центрифугування.

Розведені емульсії, стабільність яких зумовлена наявністю на час­тинках дисперсної фази подвійного електричного шару, можуть бути деемульговані додаванням електролітів, наприклад, кислот, які його руй­нують. Додавання речовин з поверхневою активністю, більшою від за­стосованого емульгатора, які не мають емульгуючих властивостей, при­зводить до витіснення емульгатора з поверхні краплинок дисперсної фази та руйнування емульсії.

Деякі емульсії можна зруйнувати заморожуванням, нагріванням або накладанням електричного поля високої напруги.

Практичне значення емульсій

Емульсії використовують у найрізноманітніших галузях науки і на­родного господарства. Вони мають велике практичне значення у будів­ництві, текстильній, шкіряній, харчовій, хімічній промисловостях, їх ши­роко застосовують у медицині, фармації та парфумерії. До емульсій на­лежать молоко, вершки, майонез, маргарин, яєчний жовток, латекси,бітумні емульсії, препарати для жирування шкір тощо. В організмі жири і ліпіди переносяться кров'ю у вигляді емульсій і комплексів з -глобуліном, забезпечуючи жирове живлення. В медицині багато лікарських речовин застосовують у вигляді емульсій, причому емульсії О/В вико­ристовують для внутрішнього вживання та для ін'єкцій, а емульсії В/О - у більшості випадків як зовнішні засоби. Інколи емульгуван­ням вдається замаскувати неприємний смак масел, олій та смол, на­приклад, риб'ячого жиру, рицинової олії тощо.

..

Методичні рекомендації

1. При розгляді першого питання звернути увагу на професійні хвороби, які зумовлюють аерозолі.

2. Розглядаючи друге питання, скласти схему, яка ілюструє способи одержання аерозолів.

3. При вивченні третього питання звернути увагу на відмінність суспензій від колоїдних розчинів.

4. При опрацюванні четвертого питання звернути увагу на методи класифікації емульсій та визначення їх типу.

5. При розгляді п’ятого питання скласти опорний конспект, у якому схематично відобразити способи одержання емульсій та їх значення.

Запитання для самоперевірки:

1.Як класифікують аерозолі за агрегатним станом дисперсної фази? Що таке смог?

2. Які переваги аерозольної лікарської форми?

3. Наведіть класифікацію емульсій. Чим відрізняються розбавлені емульсії від концентрованих і висококонцентрованих?

4. Як класифікують емульгатори?

5. Як визначити тип емульсії?

Тести для самоконтролю