TPL II - WYKŁAD 14

02.04.2009r.

Systemy terapeutyczne - cd.

Środki powierzchniowo aktywne, niezależnie od rodzaju, klasy i pochodzenia znajdują zastosowanie jako:

• emugatory, solubilizatory - substancje pomocnicze w produkcji fazy farmaceutycznej i kosmetyków

• emulgatory w środkach spożywczych dla ludzi i zwierząt

• emulgatory w recepturach środków ochrony roślin i chemii gospodarstwa domowego

• środki pomocnicze przy sporządzaniu i obróbce włókien naturalnych i syntetycznych

• specjalne dodatki w różnych działach przemysłu (trybologia)

Właściwy dobór środka powierzchniowo czynnego można znacznie ułatwić uwzględniając fizyczne i chemiczne właściwości. W tym względzie 3 kryteria zasługują na uwagę:

• charakter chemiczny środka powierzchniowo czynnego

• sposób działania środka

• efekt oddziaływania środka powierzchniowo czynnego

W celu skrócenia badań lub ich ograniczenia tylko do środków powierzchniowo czynnych, które rokują rzeczywiste nadzieje, korzysta się z liczby HLB

Liczba HLB i jej wykorzystanie

• półempiryczna metoda doboru emulgatora lub kombinacji emulgatorów do wytworzenia emulsji

• wprowadzona przez dr.n.farm. Gryfina (50r.)

• system HLB wg Gryffina klasyfikuje emulgatory wg wagowego udziału wyrażonego w % części hydrofilowej w cząsteczce

dla wygody dzieli się % udział części hydrofilowej w cząsteczce przez 5, uzyskując w ten sposób wysokość HLB

HLB _wg.Gryffina = E% / 5

Niektóre interesujące korelacje między funkcjami technologicznymi tenzydów a ich HLB przedstawia się następująco:

Zakres HLB	Zastosowanie
4 - 6	emulgatory w/o
7 - 9	środki zwilżające
8 - 18	emulgatory o/w
13 - 15	detergenty
10 - 18	solubilizatory

Metody oznaczania HLB w oparciu o tzw. „teoretyczny skład”

• metoda Daviesa

HLB = 7 + Σ _{kl * n} + Σ _{kl * l}

gdzie:

Σ _{kl * n} + Σ _{kl * l} - oznaczają kolejno sumę iloczynów indeksów grupowych przez ilość enzymów

hydro- (n+) i lipofilowych (l-)

• metoda Moore i Bella

• oparta na topologicznej teorii kształtu cząsteczki

• dla produktów oksyetylenowania

HLB = n * [CH₂CH₂O] * 100 / liczba at.C w cząst. lipofilowej

Analityczne metody oznaczania HLB

• dla adduktów tlenku etylenu do kwasów tłuszczowych HLB wylicza się z zależności:

HLB = 20 * (1 - S/A)

Gdzie:

S - liczba zmydlania estrów

A - liczba kwasowa wydzielonego kwasu

• metoda Marshalla

• wprowadza pojęcie efektywnej wartości HLB

• rozwinięcie aplikacyjne metody Daviesa

HLB_D = 7 + Σ _{HLB cz. hydrofilowej} - 0,475 * neff

Gdzie:

neff - oznaczona niezależnymi metodami np. ¹HNMR ilość systemów lipofilowych

• metoda Ridela - Foxa

HLB = 7 + 0,829 * log C_w/C_o

Gdzie:

C_w i C_o - współczynniki określające rozpuszczalność tenzydów w wodzie - C_w i C_o - w oleju

dotyczą rozpuszczalności rzeczywistej, tzw. parametralnej

• metoda Tatarskiego i Ben - Eta oraz Mathiasa i Mellera

• podstawą metody jest możliwość wykorzystania widma 1HNMR do oznaczenia zawartości w kopolimerach blokowych zawartości tlenku etylenu

n_TE = (33a / 33a + 58) * 100%

Gdzie:

A = A/B -1

A - wysokość integracji protonów lipofilowych

B - wysokość integracji protonów hydrofilowych

HLB_1HNMR = AH / 0,05 (AH + BL)

Gdzie:

A - wyznaczone współczynniki dla surfaktantów np. dla niejonowych A = 15; B = 10

H - wysokość [mm] krzywej całkowania protonów hydrofilowych

L - wysokość[mm] krzywej całkowania protonów lipofilowych

• przy znanej masie cząsteczkowej tenzydu i % zawartości n_TE można wyznaczyć E% i z zależności Griffina - oszacować liczbową wartość

HLB _Griffina = E% / 5

• skorelowanie HLB1HNMR z HLB Gid w homologicznym szeregu tenzydów, np. produkty oksyetylenowania alkoholi wyższych kwasów tłuszczowych i trójglicerydów oraz estrów

HLB a krytyczne stężenie micelarne - CMC

• prześledzenie zależności między CMC a liczbą homogennych elementów w makrocząsteczce tenzydu n_TE umożliwia wyznaczenie n_eff - efektywnej liczby homogennych elementów kształtujących w roztworze realny poziom równowagi

• hydrofilowo - lipofilowa HLB CMC:

log _CMC = A - B * n_TE

log _CMC = A - B * n_eff

n_eff = A - log _CMC/B

• Indeks HI

HI = n_eff/n

urealnia liczbową wartość HLB

ponadto CMC umożliwia wyliczenie z równania:

ΔG_m^o = 2,303 * RT * log _CMC

tj. termodynamicznego potencjału tworzenia miceli

Termodynamiczna interpretacja poziomu równowagi hydrofilowo-lipofilowej HLB

- metoda Rosena

• wykorzystując postulat metody Rosena wyznacza się stężenie tenzydu, przy którym zostało obniżone γ_roz o 20mJ/m² w stosunku do γ_H2O w danej temperaturze

• fizjologiczna wartość γ²⁵_osocza mieści się w granicach 48 - 52 mJ/m²

• równaniem regresji opisano zależność między -log(1/c)ń = 20 a n_TE np. dla produktów oksyetylenowania wyższych alkoholi i kwasów tłuszczowych

log (1/c)π = 20 = a - b * n_TE

• współczynniki umożliwiają obliczenie z zależności:

a = ΔGtr / 2,303 * RT

wyliczenie energii przeniesienia lipofilowego segmentu tenzydu, zaś z zależności:

b = ΔGtr / 2,303 * RT

wyliczenie energii przeniesienia hydrofilowego segmentu tenzydu

Termodynamiczna wartość HL wynika z zależności:

HL_ΔG = ΔGtr segm.hydrofilowy / ΔGtr segm.lipofilowy

HLB fazy olejowej

• warunek: ze standardowych tenzydów o znanej HLB sporządza się dwuskładnikowe mieszaniny o progresywnie rosnącej HLB - co 0,2 - 0,5 jednostki

• następnie wykazuje się cykl emulsji typu o/w o składzie:

• 5cm³ fazy olejowej (o)

• + 20cm³ wody (w)

• od 0,1 - 0,75g emulgatora o drost. HLB

• warunek: 5 - 10 - krotność CMC!!!

• oznacza się zakres HLB przy którym uzyskano stabilne emulsja

HLB_o = HLB_x * X_t + HLB_y * Y_t

_gdzie:

HLB_o - oznaczenie - wymagana wartość HLB fazy olejowej

HLB_x, HLB_y - wartości HLB standardów

X_t, Y_t - ułamki wagowe poszczególnych składników emulgatora

• wyznaczanie HLB - fazy olejowej należy przeprowadzić dla 20ch wzorcowych układów związków powierzchniowo aktywnych

- 65 -

---