Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Эмульсионные системы в медицине и косметике. Учебное пособие
.pdf
81
Лабораторная работа №8
Определение температуры фазового перехода
жидкий кристалл / изотропная жидкость
жидкокристаллической эмульсии методом краевого
угла смачивания
Цель работы: освоить методику определения температуры
фазового перехода эмульсионной жидкокристаллической системы
методом краевого угла смачивания
Приборы и реактивы: прибор Kruss Easy Drop DSA 20E c
системой автодозирования, пробирки объемом 10 мл, весы, стеклянная
палочка, политетрафторэтилен, оксиэтилированный высший жирный
спирт со степенью оксиэтилирования n=10, дистиллированная или
бидистиллированная вода, вазелиновое масло, ультразвуковой
гомогенизатор YX 2100.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Нами был разработана методика определения температурного
интервала существования лиотропной жидкокристаллической (ЛЖК)
эмульсионной системы методом краевого угла смачивания [47,48].
Измерение краевого угла смачивания θ является важным
элементом многих экспериментальных методик для оценки различных
характеристик поверхностей (удельной энергии взаимодействия на
границе раздела сред, параметров шероховатости, степени
загрязненности и т.п.). Известно несколько методик
экспериментального определения угла смачивания. Большинство из
них требуют наличия специального оборудования и достаточно
трудоемки. Объясняется это тем, что угол смачивания является
микроскопической характеристикой, а в математическом плане
дифференциальным параметром, и, следовательно, его прямые
измерения невозможны без высокоразрешающих измерительных
устройств.
В связи с этим наилучшим методом для определения краевого
угол смачивания является метод «сидящей капли» на приборе Easy
Drop Kruss. С помощью микрошприца наносится капля диаметром не
82
более 2-3 мм. Предварительно определяется время установления
игла
видеокамера источник света
равновесного значения краевого угла смачивания для каждой
жидкокристаллической системы на исследуемой поверхности.
Подложки с нанесенными каплями жидкости помещаются в
изолированную ячейку. С одной стороны капля подсвечивается, а на
противоположной стороне располагается видеокамера, которая
записывает изображение капли.
Схема измерения краевого угла смачивания
Изображение капли передается на компьютер, оснащенный
платой захвата изображения и выдающий изображение на монитор.
Программное обеспечение компьютера DSA1 имеет проверенные
средства для анализа изображения капли, с помощью которых можно
рассчитать краевой угол, поверхностную энергию и поверхностное
натяжение.
В качестве подложки мы предлагаем использовать
политетрафторэтилен (ПТФЭ) в виде листов из фторпласта-4 марки П
(ТУ 95 2467-93), поскольку ПТФЭ является наиболее
низкоэнергетической поверхностью, т.е. краевой угол воды на этой
поверхности близок к нулю, поверхность гидрофобна. Капля
эмульсионной системы наносится на поверхность ПТФЭ в
термостатируемой ячейке при температуре 25°С и наблюдается
измерение краевого угла смачивания с течением времени. Определяется
равновесное значение краевого угла.
Для нахождения температурного интервала фазового перехода
исследуется смачивание поверхности ПТФЭ эмульсионными ЛЖК
системами при медленном нагревании этих систем. Увеличение
температуры начинают с момента установления равновесного
значения . Строится температурная зависимость угла смачивания. На
полученных зависимостях краевого угла смачивания
83
жидкокристаллических эмульсионных систем от температуры
30 40 50 60 70
32
33
34
35
36
37
38
39
40
,
0
t, С
наблюдается скачкообразное увеличение краевого угла в области
фазового перехода, а затем, с дальнейшим повышением температуры,
его резкое уменьшение.
Зависимость краевого угла смачивания ПТФЭ эмульсионными ЛЖК
системами C12EО4/Н2О/вазелиновое масло различного состава от
температуры
Интервал скачка угла смачивания, отмеченный на рис.39
штрихпунктирной линией и является температурным интервалом
фазового перехода.
Точность определения угла смачивания методом сидящей
капли ±0,1°.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Получить жидкокристаллические эмульсионные системы путем
перемешивания 2 г смеси, содержащей 60% масс. ПАВ –
оксиэтилированного высшего жирного спирта со степенью
оксиэтилирования n=10, 30% масс. воды и 10 % масс. вазелинового
масла в ультразвуковом гомогенизаторе YX 2100 смеси, при частоте 40
КГц в течение 2 часов. Оставить полученную эмульсию на 1-7 суток
для достижения равновесия.
2. Поместить ПТФЭ в изолированную ячейку прибора Kruss Easy
Drop. С помощью микрошприца нанести каплю полученной системы
на политетрафторэтилен.
84
3. Измерять значение краевого угла смачивания нанесенной
системы через интервал в 1 минуту до тех пор, пока в течение 10
минут не будут получаться одинаковые значения.
4. Включить нагрев, измерять значения краевого угла через
каждые 20С. Нагревать до 600С.
5. Построить график зависимости краевого угла смачивания
ПТФЭ эмульсионными ЛЖК системами от температуры.
6. Определить температурный интервал фазового перехода по
графику.
7. Повторить данный эксперимент для не менее трех капель.
8. Сделать вывод по работе.
85
Глоссарий
Поверхностно-активные вещества - химические соединения,
которые, концентрируясь на поверхности раздела термодинамических
фаз, вызывают снижение поверхностного натяжения.
Со-ПАВ – дополнительное ПАВ, которое вводят в состав
косметической композиции, чтобы усилить действие основного ПАВ.
Этоксилированные ПАВ – ПАВ, содержащие в своей структуре
оксиэтиленовую группу -СН2-СН2-О-
Поверхностное натяжение -термодинамическая характеристика
поверхности раздела двух находящихся в равновесии фаз,
определяемая работой обратимого изотермического образования
единицы площади этой поверхности раздела при условии, что
температура, объём системы и химические потенциалы всех
компонентов в обеих фазах остаются постоянными.
Поверхностная активность - способность вещества
накапливаться при адсорбции на границе раздела фаз понижать
поверхностное натяжение (межфазное натяжение). Мерой
поверхностной активности выступает первая производная
поверхностного натяжения по концентрации, взятая со знаком минус:
g=-d/dc.
Адсорбция - концентрирование молекул газа или растворенного
в жидкости вещества (адсорбата) на поверхности жидкости или
твердого тела (адсорбента), а также растворенного в жидкости
вещества на границе ее раздела с газовой фазой. Частный
случай сорбции. Один из важнейших типов поверхностных явлений.
Эмоленты - это вещества, обладающие свойством
фиксироваться в роговом слое кожи, придавая ей гладкость и мягкость.
В качестве эмолентов используются высшие жирные спирты
(цетиловый, стеариловый спирт), воски (пчелиный, карнаубский,
канделлильский), сложные эфиры (изопропилмиристат,
изопропилпальмитат, децилолеат и т.д.), ланолин и его производные,
натуральные жиры и масла, а также некоторые силиконы — диметикон
и циклометикон, углеводороды (вазелин, парафин, церезин).
Пероральное употребление лекарственных средств - приём
лекарства через рот, путём проглатывания.
Парентеральное питание - внутрикожные, подкожные,
86
внутримышечные, внутривенные инъекции.
Оствальдово созревание - один из механизмов дестабилизации
эмульсий. В этом процессе из маленьких капель, следовательно, капель
с большим соотношением площади и объема, уходит вещество, и в
конце концов эти капли исчезают, в то время как более крупные капли
увеличиваются в размере. Процесс осуществляется за счет диффузии
молекул дисперсной фазы через дисперсионную среду.
Жидкие кристаллы - это фазовое состояние, в которое
переходят некоторые вещества при определенных условиях
(температура, давление, концентрация в растворе). Жидкие кристаллы
обладают одновременно свойствами как жидкостей (текучесть), так и
кристаллов (анизотропия). По структуре ЖК представляют собой
вязкие жидкости, состоящие из молекул вытянутой или дискообразной
формы, определённым образом упорядоченных во всем объёме этой
жидкости. Наиболее характерным свойством ЖК является их
способность изменять ориентацию молекул под
воздействием электрических полей.
Обращение фаз эмульсии - превращение одного типа эмульсии
в другой (прямая эмульсия переходит в обратную и наоборот).
Например, при введении в эмульсию в условиях интенсивного
перемешивания большого количества поверхностно-активного
вещества, являющегося стабилизатором эмульсий противоположного
типа, первоначальная эмульсия может обращаться, т.е. дисперсная
фаза становится в ней дисперсионной.
Коллоидная стабильность эмульсии - отсутствие расслаивания
эмульсионной композиции при центрифугировании в течение 5 минут
при частоте вращения 100 с-1.
Термостабильность эмульсии - отсутствие расслаивания
эмульсионной композиции после выдержки в течение 24 часов при
температуре 40-42⁰ С.
Гидрофильно-липофильный баланс-это число, которое
характеризует соотношение между гидрофильными и гидрофобными
свойствами: чем выше число ГЛБ, тем больше баланс сдвинут в
сторону гидрофильных (полярных) свойств ПАВ.
Мицеллы - это структурная единица коллоидной системы,
представляющая собой совокупность молекул дисперсной фазы
(агрегат) вместе со своим двойным электрическим слоем.
87
Критическая концентрация мицеллообразования (ККМ) —
концентрация поверхностно-активного вещества в растворе, при
которой образуются устойчивые мицеллы.
Антиоксиданты - ингибиторы окисления, природные или
синтетические вещества, способные замедлять окисление. Их ценным
свойством для получения косметических средств является способность
замедлять процесс старения клеток.
88
ЛИТЕРАТУРА
1. Кривова, А.Ю. Технология производства парфюмернокосметических продуктов / А.Ю. Кривова, В.Х. Паронян. - М.: «ДеЛи
принт», 2009г. – 668 с.
2. Сумм, Б.Д. Основы коллоидной химии: учеб. пособие для студ.
высш. учеб. заведений / Б.Д. Сумм. – 2-е изд., стер. – М.: Издательский
центр «Академия», 2007. – 240 с.
3. Ланге, К.Р. Поверхностно-активные вещества. Синтез, свойства,
анализ, применение / К.Р. Ланге. - СПб.: Профессия, 2004. - 240с.
4.Беляев, А.П. Физическая и коллоидная химия: учебник / А.П. Беляев,
В.И. Кучук. 2-е изд., перераб. и доп. - 2012. - 752 с.
5. http://refdt.ru/docs/269/index-16573-33.html
6. Щукин, Е.Д. Физико-химические основы получения микроэмульсий
/ Е.Д. Щукин, Л.А. Коганова // Коллоидный журнал. – 1983. - Т.45. №4. - 364 с.
7. ElMeshad, A. N. Transdermal Delivery of an Anti-Cancer Drug via W/O
Emulsions Based on Alkyl Polyglycosides and Lecithin: Design,
Characterization, and In Vivo Evaluation of the Possible Irritation Potential
in Rats / A.N. ElMeshad, M.I. Tadros // AAPS PharmSciTech. – 2011. – V.
12. - N 1. P. 31-39.
8. Shao, Y. Improving cabazitaxel chemical stability in parenteral lipid
emulsions using cholesterol / Y. Shao, C. Zhang, Q. Yao, Y. Wang, B., et
al. // European Journal of Pharmaceutical Sciences. – 2014. – V. 52. - P. 1–
11.
9. Синева, А.В. Структурные превращения в микроэмульсии вода/н-
октан+хлороформ/додецилсульфат натрия/н-пентанол / А.В. Синева,
Д.С. Ермолатьев, А.В. Перцов // Коллоид. журн. – 2007. –Т. 69, № 1. –
С. 96–101.
10. Devarajan, V. Nanoemulsions: As Modified Drug Delivery Tool / V.
Devarajan, V. Ravichandran // International Journal of Comprehensive
Pharmacy. – 2011. – Vol. 4. – P. 13-18.
11. Sharma, S. Nanoemulsions for Cosmetics / S. Sharma, K. Sarangdevot //
International Journal of Advanced Research in Pharmaceutical & Bio
Sciences. – 2012. – Vol. 1(3). – P. 408-415.
12. Shah, P. Nanoemulsions: A Pharmaceutical Review / P. Shah, D.
Bhalodia, P. Shelat // Systematic Reviews in Pharmacy. – 2010. – Vol. 1. –
P. 24-32.
89
13. Nagarajan, R. Molecular theory of microemulsions / R. Nagarajan, E.
Ruckenstein // Langmuir. – 2000. – V. 16. – P. 6400–6415.
14. Lawrence, M. J. Microemulsion-based media as novel drug delivery
systems / M.J. Lawrence, G.D. Rees // Advanced Drug Delivery Reviews. –
2012. – V. 64. – P. 175–193.
15. Schwarz, J.C. Natural microemulsions: Formulation design and skin
interaction / J.C. Schwarz, V. Klang, M. Hoppel, D. Mahrhauser, C. Valenta
// European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. – 2012. – V.
81. – P. 557–562.
16. Microemulsion systems containing diesel and colza oil as alternative
fuels: Phase studies, interfacial tension and solubilization / M. Balcan, F.
Mihăilescu, D. Anghel, I. Văcăreşteanu, et al. // Fuel. – 2014. - V. 117. - P.
251–258.
17. Sapra, B. A critical appraisal of microemulsions for drug delivery / B.
Sapra, P. Thatai, S. Bhandari [at al] // Therapeutic Delivery. – 2014. - Vol.
5, No. 1. – P. 83-94.
18. Boonme, P., Applications of microemulsions in cosmetics / P. Boonme
// J Cosmet Dermatol. – 2007. – Vol. 6(4). – P.223-228.
19. Attwood, D. Studies of solubilized micellar solutions. I. Phase studies
and particle size analysis of solutions with noionic surfactants / D. Attwood,
L.R.J. Currie, P.H. Elworthy // J. Colloid Interface Sci. – 1974. –V. 46. P.
249–256.
20. Derle, D.V. Microemulsion as a vehicle for transdermal permeation of
nimesulide / D.V. Derle, B.S.H. Sagar // Ind. J. Pharm. Sci. – 2006. – Vol.
68(5). – P. 622-625.
21. Орасмяэ-Медер, Т.Т. Пути введения активных ингредиентов в
современной косметологии / Орасмяэ-Медер Т.Т., Глаголева Е.Н. //
Экспериментальная и клиническая дерматокосметология. - 2011. - №6.
- С. 42-49.
22. Kreilgaard, M. NMR characterisation and transdermal drug delivery
potential of microemulsion systems / M. Kreilgaard, E.J. Pedersen, J.W.
Jaroszewski // J. Controlled Release. – 2000. – V. 69. – P. 421-433.
23. Elnaggara, Y.S. Lecithin-based nanostructured gels for skin delivery:
An update on state of art and recent applications / Y.S. Elnaggara, W.M. ElRefaieb, M.A. El-Massikb, O.Y. Abdallaha // Journal of Controlled Release.
– 2014. – V. 180. - N 28. – P. 10–24.
24. Fitsum, F.S. Lecithin-Based Microemulsions for Targeted Delivery of
Ceramide AP into the Stratum Corneum: Formulation, Characterizations,
90
and In Vitro Release and Penetration Studies / F.F. Sahle, H. Metz, J.
Wohlrab, R.H. Neubert // Pharmaceutical Research. – 2013. - V. 30. - N 2. –
P. 538-551.
25. Глухова, Т. В. Образование и свойства микроэмульсий,
стабилизированных оксиэтилированными глицеридами / Т. В. Глухова,
К. И. Киенская, А. Г. Мяконький [и др.] // Коллоидный журнал. - 2005.
- Т. 67. № 3. - С. 291-294.
26. Ktistis, G. Effect of polysorbate 80 and sorbitol concentration on in vitro
release of indomethacin from microemulsions / G. Ktistis // J. Disp. Sci.
Technol. – 1997. – V. 18. – P. 49–61.
27. Kantarci, G. In vitro permeation of diclofenac sodium from novel
microemulsion formulations through rabbit skin / G. Kantarci, I. Ozgungey,
H.Y. Karasulu, T. Guneri, G. Basdemir // Drug Dev Res. – 2005. – V. 65. P.
17–25.
28. Тихонова, Т.В. Транспортные свойства обратных микроэмульсий,
образованных оксиэтилированными производными глицерина и
жирных кислот / Т.В. Тихонова, Е.Н. Мамыкина, К.И. Киенская //
Хімія, фізика та технологія поверхні. - 2011. - Т. 2. № 4. - С. 475-481.
29. Peltola, S. Microemulsions for topical delivery of estradiol / S. Peltola,
P. Saarinen-Savolainen, J. Kiesvaara, T.M. Suhonen // Int. J. Pharm. – 2003.
- V. 254. - P. 99–107.
30. Azeem A. Emerging role of microemulsions in cosmetics / A. Azeem,
M. Rizwan, F.J. Ahmad [et al] // Recent Pat Drug Deliv Formul. – 2008. –
Vol. 2(3). – P. 275-89.
31. Vyas, A.. Carrier-Based Drug Delivery System for Treatment of Acne /
Amber Vyas, Avinesh Kumar Sonker, and Bina Gidwani // The Scientific
World Journal. – 2014. – Vol. 2014. – P. 113-126.
32. Королева, М.Ю. Наноэмульсии: свойства, методы получения и
перспективные области применения / М.Ю. Королева, Е.В. Юртов //
Успехи химии. – 2012. - №81. – С. 21-43.
33. Sintov, A.C and Shapiro, L. New nanoemulsion vehicle facilitates
percutaneous penetration in vitro and cutaneous drug bioavailability in vivo
/ A.C. Sintov, L. Shapiro // J ControlRel. – 2004. - №95, 173-183.
34. Paul, B. K. Moulik Uses and applications of microemulsions / B. K.
Paul, P. M. Satya // Current science, 2001. - №8. – 990-1001.
35. Холмберг, Х. Поверхностно-активные вещества и полимеры в
водных растворах / Х. Холмберг, Б. Иенссон, Б. Кронберг . – М.:
Бином, 2007. С. 312-326.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]