Phương pháp đo độ nhớt trên nhớt kế quay và một vài khảo sát bước đầu trên tá dược

Bộ Y TẾ ■ TRƯỜNG ĐẠI HỌC Dược HÀ NỘI ■ a ■ ■ NGUYỄN VĂN HUY PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐỘ NHỚT TRÊN NHỚT KẾ QUAY VÀ MỘT VÀI KHẢO SÁT Bư ớc ĐẦU TRÊN TÁ Dược (KHOÁ LUẬN TỐT NGHỆP DUỢC s ĩ KHOÁ 1997 - 2002) Giáo viên hướng dẫn: TS. Đào Minh Đức DS. Giản Tư Phùng Nơi thực hiện: Bộ môn Vô cơ - Hoá lý ĐH. Dược Hà Nội. Trung tâm kiểm nghiệm - Sở Y tế Hà Nội. Thời gian thực hiện: 3 -ĩ-5/2002 Hà N ộ i-5/2002 Œ d i c ẩ m { ß r t 'Vứi íề n ỹ k írtÁ ũ o n ỹ tm ể iế t <ỉn -tý-õ kariy tô i x in ỡk đ n th à y f/ỉi cả/yn (ỉrt ¿/f9? tAÍ¿yf/k ^ ứ c tỉ à ^JỀỈjP. ^Ỗìả^ri ề /ư ịỉP ỉiùn ỹ đ ã íđ n ũ rt/h /iư ứ n ^ d ẫ n -tm ỹìú ỷt, đ d tũ i ỉtũ à rt Ih à yi/ỉi ẳ h o á ¿u đn i ế t n ^  i ê ỷ t n à y . ¿/ế?/ x i n ữ h ã n I k à f J i c ả /y n <ỉrt c á c t k ầ ' ^ c ô ẳ ụ ( ầ u ã t ■ td ê n ể ô n t ũ - n fM a á Q Ề a t ^€ ư < ỉng . - V ô €Ư - ¿'ệy c á c a r t/h i Á i ri//tđ n ip-iê'yt ổ/'ị.u n ỹ tâ/rn k iể n t nÿf^Jtiênt - tê J V cí đ ã yt/ỉiiêi ũrt//t ^ ¿ ú ỷ t đ ĩ ĩ tm iaũ điều ủiêyi oỉtũ tê ì 'ỉiũàyi ÌAàrt/k ế/w á / u đ n ỉ ố t y i ỹ ỉ t i ê ỷ t đ ú n ^ i k d i k a n . ^ € u ố i c ù n ^ t ô i xlyi ẩ à '^ i ¿ ¿ ũ r i ,^ ề i ế i <ßn t í ỉ ì t ũ à ^ n tA ê c á c c ê ỹ ì ấ ũ ^ c á c c á n ể ê A ư ừ n ỹ iP-ê ỵ ( //iữ n g í ^ ¿ ú f t đ ỡ ^ u ế t 5 n ă m  o c 'tỉ^ừ a ỉ Ị ịiiíi. jV ũ i, 2 5 lỉtá n ỹ 5 rtầ/nt 2 0 0 2 d ^ ì r t/k -tpiê-n j\T ^ u '^ ê 'n CHÚ GIẢI CHỮ VIẾT TẮT CMC: Cacboxy methyl cellulose HTB: Hồ tinh bột NĐMLĐ; Nhiệt độ mẫu líic đo SS: Sai số TB: Trung bình TĐ: Trục đo TĐQCĨĐ: Tốc độ quay của trục đo MỤC LỤC Trang ĐẶT VẤN ĐỂ 1 PHẨN 1. TỔNG QUAN 3 1.1. Khái niệm về tính chất lưu biến 3 L 1.1. Hệ phân tán tự do và hệ phân tán liên k ế t . 3 1.1.2. Tính chất lưu biến và cấu trúc của hệ phân tán 5 1.2. Những khái niệm cơ bản về lưu biến học . ố 1.2.1. Các hệ New ton 6 1.2.2. Hệ lỏng phi N ewton 9 1.3. Những yếu tố ảnh hưởng tới độ nhớt của hệ phân tá n 12 1.3.1. Ảnh hưởng của nồng độ pha phân tán 12 1.3.2. Ảnh hưởng của tính bất cân đối của tiểu phân . 13 1.3.3. Ảnh hưởng của nồng độ pha phân tán và của sự solvat hoá 13 1.3.4. Ảrih hưởng của tương tác giữa các tiểu phân 15 1.4. Máy đo độ nhớt trong nghiên cứu tính lưu biến của hệ k e o 16 1.4.1. Nhớt kế mao quản 16 1.4.2. Nhởt kế dùng bi rơ i 17 1.4.3. Nhớt kế quay 18 PHẦN 2. THỰC NGHIỆM VÀ KẾT Q U Ả 22 2.1. Trang thiết bị và nguyên liệu hoá chất 22 2.1.1. Nguyên liệu và hoá chất 22 2.1.2. Dụng cụ- trang thiết b ị 22 2.2. Phương pháp thực nghiệm 22 2.3. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến phép đo độ nhớt 23 2.3.1. Thử nghiệm ban đầu 23 2.3.2. Độ đồng đều kích thước tiểu phân và độ ổn định 25 2.3.3. Ổn định liên kết trong hệ - thời gian hồi p h ục 29 2.3.4. Kết lu ận 34 2.4. Một số khảo sát bước đầu 35 2.4.1. Khảo sát tính chất của các dung dịch C M C 35 2.4.2. So sánh hai loại CMC trên thị tmờng hiện nay 39 2.4.3. Phân tích tính chất dòng chảy của dung dịch CMC 39 PHẨN 3: KẾT LUẬN VÀ ĐỂ XUẤT 42 ĐẶT VẤN ĐỂ Lim biến học là khoa học nghiên cứu về tính chảy và tính biến dạng của các chất. Cùng với sự phát triển của các ngành khoa học, lưu biến học cũng ngày càng được nghiên cứu nhiều hơn và sâu hơn. Lưu biến học có tầm quan trọng đặc biệt với những ngành khoa học kỹ thuật có sử dụng các duns dịch cao phân lử và dung dịch keo. Lưu biến học cổ điển chủ yếu nghiên cứu các chất lỏng phân tử nhỏ, lấy độ nhớt làm thước đo tính chảy của các chất. Công cụ đo độ nhớt là nhớt kế mao quản và nhớt kế bi. Độ nhớt của các hệ này là một đại lưọng hàng định tại một nhiệi độ xác định và giảm mạnh khi tăng nhiệt độ. Trong sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các chế phẩm keo và dung dịch cao phân tử ngày càng được sử dụng nhiều. Tính chảy của các hệ này phụ thuộc kliông chỉ vào bản chất của các chất tạo nên hê mà còn vào nhiều yếu tố khác. Tốc độ chảy của chúng không chỉ phụ thuộc vào nồng độ mà hơn nữa lực gây chảy khổns phụ thuộc tuyến tính vào nhiệt độ. Có những hệ không chảy khi ta để nghiêng. Một số hệ có độ nhớt chỉ giảm rất ít khi tăng nhiệt độ, thể trạng của hô khá ồn định. Những hê loại này có rất nhiều im điểm và được ứng dụng thực tế trong các ngành khoa học nói chung và trong dược học nói riêng vì sự ổn định thổ trạng trong điều kiện thời tiết thay đổi là mội yêu cầu ciiả nhiều dạng thuốc như thuốc mỡ, nhũ iưoTig thuốc, gel thuốc Một số hệ không chảy khi để yên, thế nhưng chỉ cần một lực đẩy nhẹ cũng có thể bơm hút được. Những hệ này lại được dùng để chế tạo các thuốc chậm, thuốc kéo dài tác dụng. Trên thế giới việc nghiên cứu ứng dụng lưu biến học rất phát triển. Lưii biến học đã có tạp chí riêng của mình. Nhiều hãng chế tạo máy thí nghiệm đã cho ra đời các loại máy dùng cho lưu biến học như Brookfield, Palmer. Tuy nhiên những công trình nghiên cứu về lưu biến học trong dược học lại rất khó tìm, có lẽ vì đó là những bí quyết của các nhà sản xuất thuốc. ở Việt Nam việc ứng dụne lưu biến học còn rất hạn chế ở các chế phẩm dầu nhờn cho xe máy và hóa mỹ phẩm, mộl số rất íl các máy đo độ nhóft được nhập vào cũng chỉ dùng để kiểm Ira một cách máy móc các tiêu chuẩn của các hãng nước ngoài liên doanh với Việt Nam, việc sử dụng cũng rất hạn chế. Với mục đích thử làm quen với việc nghiên cứu ứng dụng lưu biến học tron o dược học, chúns: tôi đặt vâứì đề trước hết phải làm quen với loại máy móc mới và khó sử dụng này với hai mục tiêu cụ Ihể là: + Tìm ra được một vài nhận xét nhỏ về những yếu tố ảnh hưởng tới các kết quả đo và đọc trên máy. + Bước đầu thử nghiệm một vài tá dược thông thường. PHẦN 1. TỔNG QUAN 1.1. Khái niệm về tính chất ìư u biến [3] Tính chất lưu biến (rhéologie properties) là khái niệm dùng để chỉ khả năng chẩy, khả năng biến dạng của các hệ khi chịu một lực tác động như trọng lực, lực nén, lực kéo Giống như các hệ vật chất khác, hệ keo và các hệ phân tán dị thể cũníỉ C(3 những tính chất krii biến nhất định: Tính nhớt, tính dẻo, tính đàn hồi, tính bền. Những tính chất này có liên quan tới cấu trúc của hệ nên còn gọi là tính chất cơ học cấu trúc của hệ. Đối với các hệ lỏng như hệ phân tán thì tính chẩy là đặc tính quan trọng nhất. Thông số đặc trimg cho tính chẩy của một hệ lỏng thường dùng là độ nhớt (r|). Khảo sát về tính chẩy của các hệ phân tán người ta thấy rằng độ nhớt của các hệ phân tán thường lớn hon độ nhớt của dung môi dùng làm môi trường phân tán. Tuy nhiên có một số hệ sự tăng này không đáng kể nhiĩng một số hê độ nhớt tăng lên rất mạnh, thậm chí ở nhiệt độ thấp chúng có tính chất của chất rắn dẻo. Hiểu biết về tính lưu biến có tầm quan trọng đặc biệt trong việc nâng cao khả năng thiết kế các công thức điều chế các hê phân tán có trạng thái, có thể chất phù họp với mục tiêu sử dụng. l.l.l. Hệ phân tán tự do và hệ phân tán liên kết Các hê phân tán keo và vi dị thể có thể chia thành hệ phân tán tự do và hệ phân tán liên kết. Hệ phân tán tự do là hệ có các tiểu phân không có sự liên kết với nhau, mỗi tiểu phân tổn tại và di chuyển độc lập, còn trong các hệ phân tán liên kết các tiểu phân có sự liên kết trong một mức độ nào đấy; các tiểu phân có xu hướng dính vào nhau. Thuộc nhóm hệ phân tán tự do là những hệ keo có tiểu phân gần như đối xứng và trong hệ kliông có thêm chất bảo vệ kiểu polyme. Thuộc vào nhóm hệ phân tán liên kết là những hệ có tiểu phân bất đối và những hệ thuộc nhóm phân tán tự do đã được thêm polyme bảo vệ và trong một số triròng họp là những hệ đã mất tính ổn định, trong hệ xuất hiện sự liên kết giữa các tiểu phân tạo nên một mạng lưới không gian. Trong mạng lưới đó chứa đầy dung môi (Hình i). Những hệ thuộc nhóm phân tán liẽn kết điều chế ở nồng độ cao thường có xu hướng đông đặc khi hạ nhiết độ, tạo thành một khối chất giống như chất rắn, không bị chảy khi để nuhiêng, giữ nguyên hình dang vật đimg ban đầu, sự khuyếch tán ion và phân tử nhỏ trong khối chất đó giống nhir trong dung dịch. Khi tăng nhiệt độ hệ lại trở thành lỏng. Trạng thái đông đặc đó được gọi là gel Giữa 2 loại hệ này còn tồn tại những hệ chuyển tiếp mà các tiểu phân của nó liên kết với nhau trong những hợp thể lỏng lẻo tơi xốp không bền chắc. Nồng độ của pha phân tán có ảnh hưởng hết sức quan trọng tới kiểu của hệ. ở những hệ phân tán tự do nồng độ pha phân tán không thể quá lớn vì rằng ở nồng độ cao không thể tránh khỏi sự tiếp xúc giữa các tiểu phân và làm xuất hiện mạng lưới không gian hay ít nhất cũng làm cho thể tích của hệ chất đầy những tiểu phân của pha phân tán, chúng không thể dịch chuyển tự do so với nhau được, hê trở nên dặc chắc hơn. Hệ mang tính chất của hệ phân tán liên kết. Cần lưu ý rằng khi thẽm vào hệ những chất ổn định, thì tính chất của hê sẽ thay đổi do xuất hiện sự liên kết giữa các phân tử của chất bảo vệ thuộc 2 tiểu phân cạnh nhau. Trong các hệ phân tán liên kết nồng độ pha phân tán có thể đạt giá trị rất lớn. Tuy nhiên sự hình thành liên kết ở những hê này có thể xuất hiện ở nồng độ rất nhỏ của pha phân tán, nếu như các tiểu phân phân tán rất bất đẳng hướng nghĩa là có hìmh que hay hình phiến. Thí dụ keo pentaoxit vanadi với những tiểu phân hình que có thể đông lại, tạo thành gel ở nồng độ 0,01% V2O3. HTmh 1 Cấu trúc không gian tạo thành trong liosol khi hệ mất độ ổn định; (1)- Nhân keo có cấu trúc bất đối (2)- Phần bề mặt mất yếu tố ổn định (3)- Phần bề mặt còn yếu tố ổn định (4)- Phần không gian mới hình thành chứa môi trường phân tán 1.1.2. Tính hai biến và cấu trúc của hệ phân tán Với những hê phân tán tự do, các tiểu phân không liên kết với nhau, chúng có khả năng chảy nhớt, nghĩa là thay đổi liên tục hình dạng dưới ảnh hưởng của những tác động rất nhỏ từ ngoài. Tính chảy của các hê này vể mặt định tính gần tuân theo quy luật của môi trường phân tán tinh khiết và tuân theo gần đúng các định luật của Newton về sự chảy: Tỷ số giữa tốc độ chảy và lực tác động luôn hằng định, tỷ số này dặc tnmg cho sự cản trở của hệ với sự chảy được gọi là độ nhớt (r|). Có sự phụ thuộc tuyến tính giữa độ nhớt và nồng độ dung dịch. Trái lại, với các hệ phân tán liên kết do sự có mặt của lực tương tác giữa các tiểu phân, chúng có chút ít nào đó tính chất của chất rắn: khả năng giữ nguyên hình dạng của chúng khi lực tác động chưa vượt quá một giới hạn nào đó, ví dụ khi để nghiêng chút ít chúng không chảy, chút ít tính dẻo, tính đàn hồi, tính bền chắc. Tuy nhiên do độ bền liên kết nhỏ, rất dễ bị đứt nên những hệ này có khả năng chảy, nhưng khi chảy chúng không tuân theo quy luật của sự chảy trong các chất lỏng thông thường mà phức tạp hoTi nhiều: - Ảnh hưởng của nồng độ tới độ nhớt thường không tuyến tính. - Ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ nhớt phức tạp tuỳ theo từng hệ. Có những hệ khi nhiệt độ tăng độ nhớt của nó chỉ thay đổi rất ít như các loại dầu nhờn dùng cho động cơ, các loại dầu gội đầu, thuốc mỡ, thuốc lỏng được bào chế một cách khoa học. [...]... H nhớt kế cốc và phao (cup and bob viscosimeter ) là kiểu nhớt kế trong đó chất lỏng thử chảy vòng giữa 2 thành: thành ngoài của Hình 8 Đầu đo của nhớt kế côn Phao quay có hình chóp nón Mẫu đo được đặt vào tâm của bản phẳng nơi đầu côn tiếp xúc phao và thành trong của cốc đựng chất lỏng dưới tác động của ngoại lực làm quay một trong 2 yếu tố trên (Làm phao quay hay làm cốc quay) Với một tốc độ quay. .. o W Hình 6 Nhớt kế kiêủ bi rơi Hoeppler Hình 7 Nguvên lý hoạt đỘQg của nhơt kế quay ở nhiệt độ thí nghiệm, B hằng định với một viên bi chuẩn do nhà sản xuất cung cấp Vì sự khác nhau của bi thép và bi thuỷ tinh, nhớt kế này có thể dùng đo độ nhớt trong khoảng 0,5 đến 200000 poise Để có kết quả tốt cần chọn bi sao cho thời gian rơi không dưới 30 giây 1.4.3 Nhớt kế quay Chóp quay c Nhớt kế quay hay Góc... nghịch đảo của độ nhớt ệ =V (4) Trị số của độ lỏng chính là độ dốc của đường thẳng trên hình 3a - Ảnh hưởng của nhiệt độ tới dộ nhớt Trong khi độ nhớt của các khí tăng theo nhiệt độ thì các chất lỏng lại giảm độ nhớt khi nhiệt độ tăng và tính lỏng tăng dần Sự phụ thuộc của độ nhớt nhiều chất lỏng Newton vào nhiệt độ được biểu thị eần đúng qua phương trình tưoTig tự phương trình Aưhenius trong động hoá học... lỏng tác dụng làm nó quay đi một góc Góc quay tỷ lệ với lực xoắn và tỷ lệ với độ nhớt của chất lỏng Ví dụ về loại nhớt kế này là Nhớt kế MacMichael Kiểu nhớt kế Searle có cốc đứng yên còn phao quay Lực xoắn gâv nên do tính nhớt của hệ được đo bằng một lò xo hoặc một bộ cảm nhận để đo góc lêch của phao so với trạng thái nghỉ Hình 9: Nhớt kế Stormer Trọng lượng kéo làm cho phao quay trong cốc đimg hê... khi tiiíơng nở hoàn toàn 2.3 Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến phép đo độ nhớt 2.3.1 Thử nghiệm ban đầu Ban đầu chúng tôi tiến hành chế tạo 3 mẫu và đem đi đo độ nhớt trên máy đo độ nhớt Brookfield DV-I+ Mỗi mẫu đo 10 lần, khoảng cách giữa các lần đo là 5 phút - Mẫu 1: Dung dịch HTB sắn 5% (125g/250ml) + Cách tiến hành như đã trình bày ừong phần phương pháp ứiực nghiệm + Đo với: TĐ LV4 TĐQCTĐ 10 rpm... lỏng càng nhớt thì sức cản càng mạnh và dây xoắn gắn giữa phao và trục máy càng phải chịu một lực xoắn lớn Lực xoắn đo được tỷ lệ với độ nhớt của chất lỏng Bộ đo của máy phối hợp trị số của lực xoắn và tốc độ quay của trục sau khi đã hiệu chỉnh bằng cho biết độ nhớt của chất lỏng Nguyên lý hoạt động nêu trên hình 7 Trong kiểu nhớt kế Couette thì cốc bị quay Lực kéo nhớt lên phao là do chất lỏng tác dụng... máy đo độ nhớt hiện đại có trang bị bộ điều nhiệt, một bộ nhiều phao và côn có kích cỡ khác nhau thích hợp cho những nghiên cứu trên các hê lỏng có độ nhớt thay đổi Máy cũng có thể được trang bị bộ xử lý vi tính, tự động thay đổi tốc độ quay và vẽ rheogram của hệ Tuy nhiên khi một chế phẩm có độ nhớt không cao lắm, đã có tiêu chuẩn ổn định và chĩnh xác về tính lưii biến thì nhót kế mao quản (nhớt kế. .. khi tăng tốc độ trượt 1.3 Những yếu tố ảnh hưởng tới độ nhớt của hệ phân tán [6] 1.3.1 Ảnh hưởng của nồng độ pha phân tán Độ nhớt của hê keo luồn luôn lớn hơn độ nhớt của môi trường phân tán Năm 1906 Einstein đã thiết lập phương trình sau rĩ^rĩ,{\ + 2,5 . Bộ Y TẾ ■ TRƯỜNG ĐẠI HỌC Dược HÀ NỘI ■ a ■ ■ NGUYỄN VĂN HUY PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐỘ NHỚT TRÊN NHỚT KẾ QUAY VÀ MỘT VÀI KHẢO SÁT Bư ớc ĐẦU TRÊN TÁ Dược (KHOÁ LUẬN TỐT NGHỆP DUỢC s ĩ KHOÁ. ban đầu 23 2.3.2. Độ đồng đều kích thước tiểu phân và độ ổn định 25 2.3.3. Ổn định liên kết trong hệ - thời gian hồi p h ục 29 2.3.4. Kết lu ận 34 2.4. Một số khảo sát bước đầu 35 2.4.1. Khảo. lử và dung dịch keo. Lưu biến học cổ điển chủ yếu nghiên cứu các chất lỏng phân tử nhỏ, lấy độ nhớt làm thước đo tính chảy của các chất. Công cụ đo độ nhớt là nhớt kế mao quản và nhớt kế bi.