ĐỀ CƯƠNG HÓA LÝ DƯỢC Năm 2021 VITAMIN DƯỢC TEAM HỌC TẬP TND 2 MỤC LỤC 1 Chương 1 MỘT SỐ ĐẠI LƯỢNG NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC 3 2 Chương 2 1 DUNG DỊCH 6 3 Chương 2 2 CÂN BẰNG PHA 9 4 Chương 5 ĐỘNG HÓA HỌC 12 5.
ĐỀ CƯƠNG HÓA LÝ DƯỢC Năm 2021 MỤC LỤC Chương 1: MỘT SỐ ĐẠI LƯỢNG NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC Chương 2.1: DUNG DỊCH Chương 2.2: CÂN BẰNG PHA Chương 5: ĐỘNG HÓA HỌC 12 Chương 7: POLYME 18 Chương 8: HẤP PHỤ VÀ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT 20 Chương 9: HỆ PHÂN TÁN 28 VITAMIN DƯỢC - TEAM HỌC TẬP TND CHƯƠNG 1: MỘT SỐ ĐẠI LƯỢNG NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC I Một số khái niệm nhiệt động lực học hoá lý - Hệ: tất vật chất đặc tính giới hạn không gian định - Phân loại hệ: + Hệ kín: khơng có trao đổi vật chất với môi trường xung quanh + Hệ hở + Hệ cô lập: khơng có trao đổi vật chất lượng với môi trường xung quanh + Hệ không cô lập Hệ đồng thể Hệ dị thể Là hệ đó: Là hệ đó: - Khơng có bề mặt phân chia phần hệ - Có bề mặt phân chia phần hệ - Tính chất thành phần hệ - Tính chất thành phần hệ khác không thay đổi biến đổi liên tục từ phần biến đổi đột biến qua bề mặt phân cách sang phần khác - Ví dụ: dung dịch - Ví dụ: hỗn dịch, nhũ tương Hệ đồng Hệ không đồng - Thành phần tính chất phần hệ - Thành phần tính chất phần hệ khác nhau - Ví dụ: dung dịch đường chưa khuấy trộn - Ví dụ: dung dịch đường hịa tan khuấy trộn • Hệ đồng thể đồng khơng đồng Ví dụ dung dịch lỏng hệ đồng thể - Các chất tan chưa phân tán đều, nồng độ, tỉ trọng phần không → dung dịch không hệ đồng - Khi khuấy trộn đều, tính chất, thành phần phần → dung dịch đồng • Hệ dị thể có tính chất thành phần hệ khác nên hệ không đồng VITAMIN DƯỢC - TEAM HỌC TẬP TND II Một số đại lượng nhiệt động Nội (U) Định nghĩa: Tổng tất dạng lượng tồn hệ Là lượng vi mô, không bao gồm lượng vĩ mơ động tồn hệ Khơng xác định giá trị tuyệt đối xác định biến thiên nội (∆U) Biểu thức: ∆U = q − A hay dU = δq − δA Tính chất: U thơng số khuếch độ ∆U hàm trạng thái Biểu thức: H = U + pV Tính chất: H hàm trạng thái, thông số khuếch độ (tỷ lệ với khối lượng) Ý nghĩa: - Biến thiên Enthalpy (∆H) hiệu ứng nhiệt trình đẳng áp, đẳng nhiệt Enthalpy (H) - ∆H có tính chất cộng, dùng pháp cộng đại số để xác định hiệu ứng nhiệt trình (định luật Hess) - Các phương trình biểu thị MQH ∆H với số đại lượng Kcb, P, T… cho phép ứng dụng đông khô, dịch p giảm, tăng hiệu suất q trình Biểu thức: dS = Entropy (S) dq dT Tính chất: S hàm trạng thái, thông số khuếch độ Ý nghĩa: - ∆S tiêu chuẩn xét đoán chiều hướng mức độ diễn biến trình hệ cô lập - Là thước đo mức độ trật tự hệ + Hệ cô lập: ∆S>0, S tăng đến đạt cân ∆S=0 + Hệ không cô lập ∆S>0 → mức độ trật tự ∆S → q trình tự xảy khơng sinh cơng ∆G < 0, A’=0 Biểu thức: F = U – TS U = F + TS TS: Năng lượng ràng buộc Tính chất: F lượng giải phóng, hàm trạng thái Ý nghĩa: - F: lượng tự Helmholtz - Q trình đẳng tích đẳng nhiệt tự diễn biễn ∆F ΔTb = Liso.CM - Dung dịch chứa gam dược chất A 1000 ml nước có nồng độ CM => ΔTb = Liso.1/M - NaCl có Liso = 3,4 MNaCl = 58,45 Gọi E số gam NaCl tạo áp suất thẩm thấu tương đương gam dược chất A Ta có: ΔTb = Liso.1/M = 3,4 E 58,45 => E = 17𝐿𝑖𝑠𝑜 𝑀 c Phương pháp White – Vincent: - Tính thể tích dung dịch đẳng trương chứa riêng dược chất dựa đương lượng NaCl Sau thêm dung dịch đẳng trương thích hợp, vừa đủ để thu thuốc cần pha đảm bảo nồng độ dược chất - Thể tích dung dịch đẳng trương đặc trưng cho W gam dược chất: V = W.E (100ml/0,9g) = W.E.111,1 Trong đó: E đương lượng NaCl dược chất 100ml/0,9g số ml dung dịch đẳng trương NaCl 0,9% d Phương pháp Sprowls: - Chỉ số Sprowls V0,3 thể tích đẳng trương 0,3 gam chất tan - V0,3 = số ml dung dịch đẳng trương chứa 0,3 gam dược chất (0,3 gam dược chất tan lượng nước vừa đủ V0,3 thu dung dịch đẳng trương) VITAMIN DƯỢC - TEAM HỌC TẬP TND CHƯƠNG 2.2: CÂN BẰNG PHA Giản đồ pha hệ cấu tử phenol – nước Hệ phenol – nước chứa chất lỏng (nước phenol) hòa tan hạn chế vào (chỉ hòa tan với tỷ lệ định nhiệt độ đó) Giản đồ pha bên cạnh đồ thị biểu diễn mối quan hệ độ tan cấu tử theo nhiệt độ Trục hoành biểu diễn thành phần % phenol – nước Trục tung biểu diễn nhiệt độ • Giản đồ phân tích sau: - Đường cong biểu diễn độ tan phenol vào nước nhiệt độ định (Đường cong biểu diễn dung dịch bão hòa nhiệt độ) - Ý nghĩa vùng: + Nằm đường cong: Dung dịch đồng thể (phenol, nước hòa tan vào tạo thành dung dịch) + Nằm đường cong: Hệ dị thể, tồn pha lỏng: Pha lỏng 1: Dung dịch nước bão hòa phenol Pha lỏng 2: Dung dịch phenol bão hòa nước - Ý nghĩa điểm: + Điểm cực đại đường cong (điểm h) biểu diễn nhiệt độ hòa tan tới hạn (trên nhiệt độ này, chất hòa tan vào theo tỷ lệ bất kì) + Điểm a: Nước + Điểm b: Dung dịch bão hòa phenol nước + Điểm c: Dung dịch bão hòa nước phenol + Điểm d: Hệ dị thể pha: Pha lỏng 1: Dung dịch nước bão hòa phenol Pha lỏng 2: Dung dịch phenol bão hòa nước + Trên đoạn bc: Khi lượng phenol tăng, có thay đổi khối lượng pha, nồng độ pha khơng đổi • Quy tắc đòn bẩy: + Phát biểu: lượng pha hệ dị thể điều kiện cân pha tỷ lệ nghịch với khoảng cách tính từ điểm biểu diễn pha đến điểm biểu diễn hệ giản đồ pha VITAMIN DƯỢC - TEAM HỌC TẬP TND + Ta có tỷ lệ khối lượng pha hệ điểm d: Khối lượng pha lỏng Khối lượng pha lỏng = cd bd Giản đồ pha hệ cấu tử thymol – salol có tạo thành hỗn hợp eutecti - Hệ Thymol – Salon hệ cấu tử không phản ứng với nhau, hòa tan vào trạng thái lỏng, trạng thái rắn không tạo thành dung dịch (dung dịch rắn) - Để đơn giản, xét giản đồ phẳng, biểu diễn phụ thuộc trạng thái hệ vào nhiệt độ thành phần thymol – salon Trục hoành biểu thị tỷ lệ thành phần Trục tung biểu thị nhiệt độ • Giản đồ phân tích sau: - TA, TB nhiệt độ nóng chảy chất A (Salon) nguyên chất chất B (Thymol) nguyên chất - Đường cong + TAE tập hợp điểm biểu thị nhiệt độ bắt đầu kết tinh A từ dung dịch lỏng AB + TBE tập hợp điểm biểu thị nhiệt độ bắt đầu kết tinh B từ dung dịch lỏng AB + Hai đường hợp thành đường nguội (đường lỏng) TAETB Mỗi điểm đường có pha lỏng AB đường biểu diễn thành phần dung dịch AB lỏng phụ thuộc vào nhiệt độ tương ứng - Đường thẳng RES gọi đường rắn - Đường lỏng đường rắn chia đồ thị thành vùng: + Vùng I (Phía đường TAETB): Vùng đồng thể - Dung dịch lỏng AB gồm cấu tử A B + Vùng II (Trong tam giác TARE): Vùng dị thể, tồn pha - rắn A nguyên chất dung dịch lỏng AB (A bão hòa) + Vùng III (Trong tam giác TBSE): Vùng dị thể, tồn pha - rắn B nguyên chất dung dịch lỏng AB (B bão hòa) + Vùng IV (Hình chữ nhật ABSR): Gồm A rắn B rắn - Điểm E (Điểm eutecti): Là giao điểm đường TAE TBE Tại đó, A B kết tinh đồng thời, lúc Thành phần hệ ứng với XE → Hệ eutecti • Quy tắc đòn bẩy: + Phát biểu: lượng pha hệ dị thể điều kiện cân pha tỷ lệ nghịch với khoảng cách tính từ điểm biểu diễn pha đến điểm biểu diễn hệ giản đồ pha + Xét q tình kết tinh dung dịch nóng chảy A B theo đường Mabc hạ nhiệt độ VITAMIN DƯỢC - TEAM HỌC TẬP TND 10 • Nguyên lý hấp phụ trao đổi ion Gồm trình dung dịch - Hấp phụ trao đổi cation với cationit R1H R1H + Men+ → R1Me + nH+ (Men+ = Na+, Ca+, Mg+ ) - Hấp phụ trao đổi anion với anionit R2OH R2OH + X-n → R2X + nOH(X- = Cl-, SO42- ) Trong Me+ X- ion tạp chất cần loại bỏ, ion dược chất, hoạt chất cần hấp phụ để thu gom, tinh chế • Ứng dụng hấp phụ trao đổi ion - Loại tạp ion điều chế nước khử khoáng, nước cất - Điều chế, tinh chế hoạt chất từ dịch chiết - Hấp phụ dược chất tạo thuốc tác dụng kéo dài Hấp phụ chất khí bề mặt rắn • Đặc điểm - Là hấp phụ vật lý hấp phụ hóa học - Tốc độ hấp phụ nhanh - Khí dễ hóa lỏng dễ hấp phụ - Nhiệt độ khơng đổi, p tăng làm độ hấp phụ tăng • Sự hấp phụ lên bề mặt đồng Phương trình Langmuir - Tiểu phân bị hấp phụ liên kết với bề mặt hấp phụ trung tâm xác định - Mỗi trung tâm hấp phụ tiểu phân (hấp phụ đơn lớp) - Bề mặt hấp phụ đồng (năng lượng hấp phụ trung tâm không phụ thuộc vào tiểu phân hấp phụ) - Các tiểu phân bị hấp phụ không tương tác với Dạng đường cong: Dạng đường thẳng: v bp = vm bp + p p = + v bvm vm Với: b = VITAMIN DƯỢC - TEAM HỌC TẬP TND KNT K2 (2πmK1 T)1/2 eQ/RT 21 Trong đó: KNT hệ số ngưng tụ m khối lượng phân tử va chạm với đơn vị diện tích bề mặt Q nhiệt hấp phụ p áp suất chất bị hấp phụ pha khí v thể tích khí bị hấp phụ vm thể tích khí tối đa hấp phụ θ phần bề mặt bị che phủ chất bị hấp phụ → (1 – θ) phần bề mặt tự K1 hệ số tỷ lệ tốc độ hấp phụ với áp suất phần bề mặt tự K2 hệ số tỷ lệ tốc độ phản hấp phụ với phần bề mặt bị che phủ Tại cân bằng: K1.p.(1 – θ) = K2 θ → θ = v vm • Sự hấp phụ lên bề mặt khơng đồng Phương trình Freundlich Temkin Thực nghiệm cho thấy lực hấp phụ giảm tăng độ che phủ bề mặt Có thể giải thích do: - Bề mặt chất hấp phụ không đồng Phân tử HP trước chiếm trung tâm HP mạnh có nhiệt HP lớn Phân tử HP sau chiếm trung tâm HP yếu có nhiệt HP - Các phân tử bị HP có tương tác lẫn nhau: phân tử HP trước đẩy phân tử bị HP sau Phương trình Freundlich: v = K p1/n Trong đó: v thể tích khí hấp phụ Phương trình Temkin: v = K ln(K ′ p) vm p áp suất khí K, n số thực nghiệm • Sự hấp phụ vật lý nhiều lớp Phương trình BET - Bề mặt HP có tính đồng - HP xảy nhiều lớp, tiểu phân bị HP lớp trước trở thành trung tâm HP lớp sau - Từ lớp thứ trở đi, nhiệt HP nhiệt hóa lỏng - Ở áp suất bão hòa, số lớp HP trở nên vơ hạn Phương trình BET: p (c − 1) p = + v(po − p) vm c vm c po VITAMIN DƯỢC - TEAM HỌC TẬP TND 22 Trong đó: p áp suất chất bị hấp phụ pha khí po áp suất bão hòa chất bị hấp phụ tt lỏng v thể tích khí bị hấp phụ vm thể tích khí tối đa hấp phụ c số Giá trị số c định hình dạng đường hấp phụ đẳng nhiệt Có dạng: Đường I: hấp phụ đơn lớp Đường II: hấp phụ nhiều lớp; c > đường cong có điểm uốn; HP bề mặt khơng có lỗ xốp Đường III: hấp phụ nhiều lớp; < c < đường cong khơng có điểm uốn; HP bề mặt khơng có lỗ xốp Đường IV: hấp phụ nhiều lớp; c > đường cong có điểm uốn; HP bề mặt có lỗ xốp Đường V: hấp phụ nhiều lớp; < c < đường cong khơng có điểm uốn; HP bề mặt có lỗ xốp Hấp phụ chất tan từ dung dịch lên bề mặt rắn Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich a Đặc điểm: - Là hấp phụ vật lý hấp phụ hóa học - Tuân theo quy luật Langmuir, Freundlich, BET - Hấp phụ chậm so với hấp phụ chất khí lên bề mặt chất rắn, cần khuấy trộn - Có hấp phụ cạnh tranh: chất tan – dung môi b Ảnh hưởng yếu tố lên hấp phụ chất tan lên bề mặt chất rắn • Ảnh hưởng dung môi: Dung môi hấp phụ cạnh tranh với chất tan - Dung mơi có sức căng liên bề mặt rắn – dung môi lớn → Ái lực với bề mặt chất tan yếu → Chất tan dễ hấp phụ - Dung mơi có nhiệt thấm ướt bề mặt rắn bé → Ái lực với bề mặt chất tan yếu → Chất tan dễ hấp phụ • Ảnh hưởng chất tan (chất bị hấp phụ) VITAMIN DƯỢC - TEAM HỌC TẬP TND 23 - Chất tan có độ tan → Dễ hấp phụ - Chất tan phân cực dung môi không phân cực → Dễ hấp phụ lên bề mặt rắn phân cực - Phân tử chất tan lớn → Dễ hấp phụ - Ion có điện tích lớn → Dễ hấp phụ - Ion có điện tích, ion có bán kính lớn → Dễ hấp phụ - Ion giống thành phần cấu tạo bề mặt rắn → Dễ hấp phụ • Ảnh hưởng chất rắn (chất hấp phụ): - Chất rắn có nhiều lỗ xốp (mao quản), đường kính mao quản nhỏ → HP tăng - Hấp phụ xảy theo quy tắc Rebinder: Chất hấp phụ lên bề mặt phân cách pha làm giảm chênh lệch độ phân cực pha, thỏa mãn điều kiện: ε chất rắn > ε chất tan > ε dung môi ε dung môi > ε chất tan > ε chất rắn (ε số điện mơi đặc trưng cho độ phân cực) • Ảnh hưởng pH: - Đến độ điện ly - Đến độ tan Chất tan phân ly nước → HP yếu • Ảnh hưởng nhiệt độ: - Hấp phụ vật lý: Nhiệt độ tăng → Hấp phụ giảm - Hấp phụ hóa học: Nhiệt độ tăng → Hấp phụ tăng - Chất khó tan: Nhiệt độ tăng → Hấp phụ tăng c Phương trình Freundlich: 𝐱 Dạng 1: 𝐱 𝐦 = 𝐚 𝐂 𝐧 VITAMIN DƯỢC - TEAM HỌC TẬP TND Dạng 2: 𝐥𝐨𝐠 𝐦 = 𝐥𝐨𝐠 𝐚 + 𝐧 𝐥𝐨𝐠 𝐂 24 Phân tử chất hoạt động bề mặt Cơng thức tính HLB a Chất hoạt động bề mặt (chất diện hoạt) • Chất hoạt động bề mặt chất có khả tập trung lên bề mặt phân cách pha làm giảm sức căng bề mặt pha phân cách • Cấu tạo Chất hoạt động bề mặt có cấu trúc lưỡng thân, gồm phần: • Mối liên hệ hoạt tính bề mặt đặc điểm cấu tạo - Phần thân nước: Càng phân cực → Hoạt tính bề mặt mạnh -SO3H > COOH > OH phenol > OH ancol - Phần thân dầu: Càng dài → Hoạt tính bề mặt mạnh Lý tưởng gốc R có số C từ 10-18 do: + Số C < 10 → Hoạt tính bề mặt thấp + Số C > 18 → Kém tan nước b Chỉ số HLB Tương quan phần thân dầu – nước số HLB HLB = Tổng số nhóm thân nước – Tổng số nhóm thân dầu + Với hỗn hợp có a gam chất hoạt diện A b gam chất hoạt diện B 𝐇𝐋𝐁𝐡ỗ𝐧 𝐡ợ𝐩 = 𝐚 𝐇𝐋𝐁𝐀 + 𝐛 𝐇𝐋𝐁𝐁 𝐚+𝐛 Phân loại chất hoạt động bề mặt theo tính phân ly a Phân loại chất HĐBM theo tính phân ly - Chất diện hoạt anionic: chất tan nước phân ly gốc anion có hoạt tính bề mặt (muối Na, K acid béo, dẫn xuất sulfat, sulfonat…) - Chất diện hoạt cationic: chất tan nước phân ly gốc cation có hoạt tính bề mặt (muối amoni bậc 4) VITAMIN DƯỢC - TEAM HỌC TẬP TND 25 - Chất diện hoạt lưỡng phân: chất tan nước phân ly gốc anion, cation có hoạt tính bề mặt (Lecithin) - Chất diện hoạt khơng ion hóa: chất tan nước khơng phân ly (este polyancol với acid béo, ete polyancol với ancol béo Ví dụ: Tween 80, Span 80…) b Cơ chế làm tăng độ tan dược chất khó tan: - Trong dung dịch, chất diện hoạt nồng độ tăng lên đến mức bão hòa, tiếp tục hòa tan thêm phân tử tập hợp thành tiểu phân (gọi micell) Nồng độ tối thiểu bắt đầu hình thành micell gọi nồng độ tới hạn tạo micell (CMC) - Ở nồng độ cao nồng độ tới hạn tạo micell, phân tử chất HĐBM tập hợp thành micell hình cầu hình ống - Trong trình tạo micell hình cầu, hình ống, micell có phần khơng phân cực hướng vào nhau; tiểu phân, phân tử chất khó tan (thường khơng phân cực) phân tán giam giữ micell → Nồng độ chất tan micell >> nồng độ dung dịch → Độ tan dược chất tăng - Dung dịch tạo thành vừa có cấu trúc dd thật, vừa hệ phân tán keo Phân loại chất hoạt động bề mặt theo số HLB lĩnh vực sửa dụng a Phân loại theo số HLB lĩnh vực sử dụng Lĩnh vực HLB Chống tạo bọt 1-3 Nhũ hóa N/D 3-6 Gây thấm 7-9 Nhũ hóa D/N 8-12 Tẩy rửa 13-15 Tăng độ tan 16-18 b Cơ chế nhũ hóa tạo nhũ tương D/N chất HĐBM - Q trình nhũ hóa tạo nhũ tương D/N phân tán pha dầu thành hạt dầu nhỏ, phân tán môi trường nước - Chất hoạt động bề mặt sử dụng để tạo nhũ tương D/N phải có HLB từ – 16 VITAMIN DƯỢC - TEAM HỌC TẬP TND 26 - Chất HĐBM tập trung bề mặt phân cách pha, làm giảm sức căng bề mặt → pha dễ dàng phân tán vào - Chất HĐBM thân pha nước làm cho bề mặt phân cách bị kéo lõm phía pha nước (do liên kết chất HĐBM – pha nước >> liên kết chất HĐBM với pha dầu) → Pha nước môi trường phân tán, pha dầu tiểu phân phân tán → Nhũ tương D/N VITAMIN DƯỢC - TEAM HỌC TẬP TND 27 CHƯƠNG 9: HỆ PHÂN TÁN I Hệ keo Khái niệm Hệ phân tán tiểu phân có kích thước nhỏ 10-6m mơi trường lỏng Có cấu trúc đặc biệt, cấu trúc micell Phân loại Keo thân dịch: Phân tử lớn, thân pha ngoại Keo sơ dịch: Khơng bị solvat hố yếu Keo lưỡng thân: Cấu trúc phân tử phần dầu phần thân nước Các tính chất hệ keo a) Tính chất quang học - Khuếch tán ánh sáng - Hấp thụ ánh sáng - Phản xạ ánh sáng - Phương trình Rayleigh 𝑛12 − 𝑛02 (1 + 𝑐𝑜𝑠 𝛼) 𝑁𝑣 𝐼𝐾𝑇 = 𝐼0 ( ) ( ) 𝑙2 𝜆 𝑛02 𝐼𝐾𝑇 = 𝐼0 𝐾 𝑁𝑣 𝜆4 - N: Số tiểu phân keo - V: Thể tích tiểu phân keo - 𝜆: bước sóng ánh sáng - IKT, I0: Cường độ ánh sáng b) Tính chất động học - Chuyển động Brown - Khuếch tán: Định luật Fick - Áp suất thẩm thấu: Nhỏ nhiều so với dung dịch - Sự sa lắng: Phương trình Stock 2(𝑑 − 𝑑0 )𝑔𝑟 𝑉𝑠𝑙 = 9𝜂 c) Tính chất điện động - Điện di VITAMIN DƯỢC - TEAM HỌC TẬP TND 28 - Điện thẩm - Thế chảy - Thể sa lắng - Tích điện mecell • Cấu tạo tiểu phân keo: - Nhân rắn tích điện - Ion hấp thụ bề mặt - Lớp Ion sát bề mặt rắn - Ion linh động lớp ngồi • Nguyên nhân bề mặt tiểu phân keo tích điện - Sự hịa tan ion từ bề mặt solvat hóa phân tử dung môi - Sự phân li phân tử bề mặt rắn ảnh hưởng dung mơi biến đổi hóa học phân tử bề mặt - Sự hấp phụ ion từ dung dịch bề mặt dư thừa lượng bề mặt (hệ cần trung hòa điện, giảm lượng) • Cấu tạo lớp điện kép bề mặt tiểu phân keo - Lớp hấp phụ: + Sát bề mặt rắn + Lớp ion bị giữ lực hấp phụ, di chuyển theo tiểu phân keo + Lớp ion đối dấu, trung hịa phần điện tích bề mặt - Lớp khuếch tán: + Tiếp theo lớp HP, gồm ion khuếch tán + Bề dày lớn, phụ thuộc chất, nồng độ ion tron môi trường khuếch tán + Lớp ion đối dấu, trung hịa hồn tồn điện tích bề mặt + Mật độ phân bố ion giảm dần xa bề mặt rắn - Bề mặt trượt: + Là bề mặt nằm lớp hấp phụ lớp khuếch tán, lớp hấp phụ di chuyển trượt lên lớp khuếch tán tiểu phân keo di chuyển • Điện lớp điện kép - Điện bề mặt: bề mặt có điện φo - Thế điện động bề mặt trượt: zeta ζ - Điện lớp hấp phụ giảm tuyến tính từ φo đến ζ VITAMIN DƯỢC - TEAM HỌC TẬP TND 29 • Mối quan hệ đại lượng điện bề dày lớp khuếch tán - Thông thường φo, zeta dấu lớp hấp phụ chưa trung hịa hết điện tích bề mặt rắn - Trường hợp φo, zeta trái dấu số ion hấp phụ bề mặt lớn → Tích điện - Zeta ζ bề dày lớp khuếch tán d có quan hệ tỷ lệ thuận, định độ bền hệ keo Sự bền vững hệ keo • Phân tích điều kiện bền vững hệ keo Độ bền hệ keo khả kích thước cấu trúc tiểu phân keo cách phân bố tiểu phân trạng thái ban đầu Các tiểu phân keo phân tán môi trường lỏng chịu tác động trọng lực lực tương tác lẫn Một hệ keo không bền vững xảy keo tụ Trong hệ keo, keo tụ xảy chủ yếu tương tác tiểu phân keo chuyển động tiến lại gần Lực tương tác tiểu phân keo (Ft) tổng lực hút (Fh) lực đẩy (Fd) chúng Ft = Fh + Fd Phân tích đồ thị tương quan lực đẩy lực hút tiểu phân, rút điều kiện bền vững hệ keo Điều kiện bề vững hệ keo - Điện φo, zeta đủ lớn → Fđ > Fh → Ft > 0, Ft lực đẩy, coi hàng rào lượng → Ngăn cản tiểu phân tiến lại gần để keo tụ → Hệ bền vững - Kích thước tiểu phân keo đủ nhỏ → Động nhỏ → Động không thắng hàng rào lượng → Hệ bền - Bề dày lớp khuếch tán đủ lớn → Các tiểu phân từ khoảng cách xa đẩy + Lực hút yếu → Hệ bền • Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ keo Ảnh hưởng dung môi: + Dung mơi có độ phân cực nhỏ → Giảm phân ly → Giảm φo → Giảm độ bền + Dung mơi có độ nhớt thấp → Tiểu phân keo có động lớn → Dễ keo tụ → Giảm độ bền + pH môi trường ảnh hưởng gián tiếp qua chất bảo vệ keo Ảnh hưởng nhiệt độ: + Nhiệt độ tăng → Tăng phản hấp phụ → Giảm φo → Giảm độ bền + Nhiệt độ tăng → Giảm độ nhớt MT → Tăng tốc độ chuyển động tiểu phân → Giảm tính ổn định + Nhiệt độ tăng → Tăng động tiểu phân → Giảm độ bền VITAMIN DƯỢC - TEAM HỌC TẬP TND 30 Sự nén lớp điện kép: Khi cho chất tan (chất điện ly) với nồng độ cao vào hệ → Các chất khuếch tán, di chuyển từ dung dịch vào bề mặt keo → Các ion lớp khuếch tán phải di chuyển vào (lớp khuếch tán bị nén) → Bề dày lớp khuếch tán giảm, zeta giảm (do số ion lớp khuếch tán tham gia vào lớp hấp phụ) → Hệ keo bền Ảnh hưởng chất điện li trơ: Chất điện li trơ không phản ứng với chất hệ keo, không bị hấp phụ lên bề mặt rắn nhân keo → Không làm thay đổi φo + Lượng nhỏ chất điện li trơ → Ít tác động đến độ bền hệ + Lượng lớn chất điện li trơ → Mật độ ion lớn → Lớp khuếch tán bị đẩy vào → Bề dày lớp khuếch tán giảm + Cân lớp khuếch tán, lớp hấp phụ thay đổi → Thế zeta giảm → Giảm độ bền Ảnh hưởng chất điện li không trơ: Chất điện li không trơ thâm nhập, liên kết với bề mặt rắn nhân keo, tác động vào lớp hấp phụ, lớp khuếch tán + Lượng nhỏ chất điện li không trơ dấu → Tăng ζ, tăng bề dày lớp khuếch tán → Tăng độ bền + Lượng lớn chất điện li không trơ dấu → Nén lớp khuếch tán, giảm zeta → Giảm độ bền + Lượng nhỏ chất điện li không trơ trái dấu → Giảm mạnh zeta → Keo tụ → Giảm độ bền + Lượng lớn chất điện li không trơ trái dấu đủ để làm đổi dấu điện tích nhân keo → Hệ keo phân tán trở lại khác trạng thái ban đầu Điều chế hệ keo a Phương pháp phân tán: Dùng lượng chia nhỏ tiểu phân to hệ thô thành tiểu phân keo - Phân tán lượng học: Cối xay keo, máy đồng hóa - Phân tán lượng điện: dùng hồ quang điện với điện cực pha phân tán, dùng để điều chế keo kim loại, kim loại bay hồ quang điện phân tán vào MT nước - Phân tán siêu âm: sóng dao động với tần số cao làm phân tử dao động với tần số cao → phá vỡ liên kết → tạo tiểu phân keo - Phân tán tác nhân hóa học (pepti hóa): tủa xốp có liên kết lỏng lẻo tiểu phân dung dịch làm tách rời, tiểu phân chuyển vào dung dịch thành hệ keo nhờ chất hấp phụ có khả phá vỡ liên kết (chất pepti hóa) Bản chất, điện tích, nồng độ chất pepti hóa định khả hấp phụ lên bề mặt tủa, tạo điều kiện tiểu phân keo hình thành Trong PP phân tán cần sử dụng chất bảo vệ keo cần lực gây phân tán lớn VITAMIN DƯỢC - TEAM HỌC TẬP TND 31 b Phương pháp ngưng tụ: Tạo tiểu phân keo cách thay đổi điều kiện để phân tử dung dịch thật kết hợp lại thành tiểu phân keo - Ngưng tụ pư hóa học: chất tạo có độ tan nhỏ → kết tụ tạo TP keo - Ngưng tụ thay đổi dung môi: thay đổi độ phân cực, pH, nồng độ chất điện ly → phân tử chất tan kết tụ tạo TP keo - Ngưng tụ hơi: pha phân tán làm bay thăng hoa Hơi pha phân tán môi trường ngưng tụ buồng lạnh để tạo hệ keo Trong PP ngưng tụ cần pha loãng nồng độ, thay đổi dung môi từ từ, đồng thời liên tục khuấy trộn để tránh tập hợp tạo tiểu phân lớn thô đại c Phương pháp peptit hoá: - Các tủa xốp có liên kết lỏng lẻo tách rời nhờ chất hấp phụ có khả phá vỡ liên kết (Chất peptit hố) - Điện tích, nồng độ chất chất peptit hoá định khả hấp thụ lên bề mặt tủa, tạo điều kiện hình thành bền vững hệ keo Tinh chế hệ keo a Phương pháp thẩm tích: Cho hệ keo tiếp xúc với mơi trường thích hợp qua màng lọc thẩm tích: phân tử nhỏ, ion khuếch tán vào mơi trường loại bỏ, tiểu phân keo giữ lại hệ - Thẩm tích thường: + Phương pháp tĩnh: Mơi trường để n, có khuấy trộn, thay nhiều lần + Phương pháp động: Môi trường chảy chậm từ từ để kéo theo ion, phân tử nhỏ - Điện thẩm tích: + Đặt mơi trường ngồi màng thẩm tích điện cực để tạo điện trường Các ion di chuyển điện cực trái dấu → Tăng hiệu suất loại tạp + Cần dùng màng điện thẩm tích màng khơng bị phá hủy dịng điện chạy qua pH khác b Phương pháp siêu lọc: - Dùng màng siêu lọc với áp lực máy nén khí để lọc dung dịch keo - Các phân tử nhỏ, ion qua màng siêu lọc với dung môi → Bị loại bỏ → Các tiểu phân keo giữ lại màng lọc - Cần khuấy trộn bề mặt màng lọc để tránh sa lắng làm giảm hiệu suất lọc che lấp lỗ lọc Cần thêm nước để tránh dịch keo bị cô đặc màng lọc VITAMIN DƯỢC - TEAM HỌC TẬP TND 32 c Phương pháp lọc gel: - Dùng hạt polyme ngâm nước trương nở thành hạt gel, đưa vào cột lọc Cho dịch keo chảy qua cột - Trong trình dịch keo chảy qua cột chứa hạt gel: Các phân tử nhỏ, ion khuếch tán vào gel → Bị giữ lại Các tiểu phân keo chảy theo môi trường phân tán gel → Được lấy riêng → Thu dịch keo loại tạp II Hỗn dịch Khái niệm: Hệ phân tán tiểu phân rắn có kích thước từ 500nm đến vài chục μm môi trường lỏng Đặc điểm: - Cấu tạo giống hệ keo - Khác + Kích thước tiểu phân + Độ bền động học Thành phần hỗn dịch thuốc: - Pha rắn (dược chất) pha lỏng (thường nước hỗn hợp dung môi thân nước) - Chất gây thấm - Chất tăng độ nhớt - Tạo điện - Chất bảo quản nấm mốc, vi khuẩn - Chất khác: pH, đẳng trương, mùi vị, màu, … Yêu cầu độ bền động học: - Dễ dàng phân tán trở lại - Kích thước tiểu phân đủ nhỏ - Đảm bảo đồng phân tán lại - Bền thời gian ngắn (bao lâu?) VITAMIN DƯỢC - TEAM HỌC TẬP TND 33 III Nhũ tương Đặc điểm thành phần nhũ tương Nhũ tương hệ phân tán dị thể L/L, kích thước tiểu phân từ 0,1 – hàng chục micromet • Gồm thành phần - Chất lỏng phân cực – pha nước - Chất lỏng không phân cực – pha dầu Chất nhũ hóa: tạo điều kiện cho nhũ tương hình thành bền vững - • Pha phân tán – pha nội - Môi trường phân tán – pha ngoại - Kiểu nhũ tương D/N có tiểu phân phân tán pha dầu, môi trường phân tán pha nước - Kiểu nhũ tương N/D có tiểu phân phân tán pha nước, môi trường phân tán pha dầu • Điều kiện để hình thành nhũ tương - Cần lượng + Chia nhỏ pha + Phân tán tiểu phân - Các dạng lượng + Năng lượng học + Năng lượng siêu âm + Kết hợp với nhiệt • Điều kiện bền vững nhũ tương - Năng lượng tự dự trữ dạng lượng tự bề mặt phân cách pha: G = σ.∑ 𝑆 - G lớn nhũ tương khó hình thành, cần cung cấp nhiều lượng bền vững - Tốc độ sa lắng: 𝑔𝑟 𝑉𝑠𝑙 = 2(𝑑 − 𝑑0 ) 9𝜂 - Để nhũ tương bền vững: Giảm G, 𝑉𝑠𝑙 + Dùng chất HĐBM làm giảm Ϭ + Làm giảm r + Chất nhũ hoá cao phân tử làm tăng 𝜂 + Giảm chênh tỷ trọng hai pha (Dung mơi có tỷ trọng thích hợp) VITAMIN DƯỢC - TEAM HỌC TẬP TND 34 Cơ chế tác dụng loại chất nhũ hóa • Các loại chất nhũ hóa - Chất nhũ hóa chất HĐBM: làm giảm sức căng bề mặt phân cách, tạo màng bảo vệ, thân môi trường phân tán, tích điện Cần chọn HLB thích hợp - Chất nhũ hóa polyme: tăng độ nhớt mt, tạo màng bảo vệ, thân mơi trường phân tán, tích điện - Chất nhũ hóa chất rắn dạng bột mịn: không tan pha, thân với pha, tập trung lên bề mặt phân cách, tạo màng bảo vệ - Chất nhũ hóa khơng có sẵn, tạo phối hợp pha: tạo bề mặt phân cách pha, tập trung nồng độ cao bề mặt → tạo hiệu nhũ hóa cao dạng có sẵn • Đặc điểm chung: - Tập trung bề mặt phân cách pha - Tạo lớp áo có độ bền học bảo vệ tiểu phân - Thân với mơi trường phân tán - Có thể tích điện • Đặc điểm riêng: - Chất hoạt diện: Làm giảm sức căng bề mặt Cần chọn HLB thích hợp - Polyme: Làm tăng độ nhớt, số polyme có tính chất diện hoạt, cản trở không gian, tạo liên kết lỏng lẻo - Chất nhũ hóa dạng bột mịn: thân với pha, không tan pha Tuân theo chế chung - Chất nhũ hóa tạo bề mặt pha: tạo phối hợp pha, hiệu dạng có sẵn Điều chế nhũ tương a) Phương pháp nóng - Chuẩn bị hai pha: chất nhũ hoá chất khác tan pha hồ tan vào pha - Nâng nhiệt độ hai pha: Pha ngoại lớn pha nội (pha ngoại lớn khoảng 100C) - Phối pha nội từ từ vào pha ngoại, kết hợp khuấy trộn - Tác động lực gây phân tán tạo nhũ tương đến tiểu phân nhỏ mịn, nhũ tương đồng - Duy trì đồng hố đến nhiệt độ phịng b) Phương pháp nguội - Chuẩn bị hai pha: hoà tan chất vào pha - Phân tán chất nhũ hoá vào pha nội - Tạo nhũ tương đặc: Cho lượng nhỏ pha ngoại, nghiền phân tán tạo nhũ tương đặc - Phối dần pha ngoại vào nhũ tương đặc, kết hợp với phân tán - Đồng hoá nhũ tương VITAMIN DƯỢC - TEAM HỌC TẬP TND 35 ... không polyme Giai đoạn 2: Trương nở nhờ khuếch tán chiều phân tử dung môi vào pha polyme Sự trương nở hồn tồn lượng dung mơi đủ lớn làm đứt liên kết phân tử polyme Lúc này, phân tử polyme liên... tan polyme tạo dung dịch Lúc này, polyme trạng thái tự linh động pha đồng thể dung dịch thật • Loại polyme có liên kết cầu nối q trình hịa tan thường dừng GĐ → Trương nở hữu hạn • Loại polyme... nở vơ hạn • Q trình hịa tan polyme đạt đến cân chậm (vài ngày) so với hòa tan phân tử nhỏ, lực liên kết polyme – dung môi lớn không nhiều lực liên kết polyme – polyme Đặc điểm trình chuyển thể