藥物微粒分散系的基礎(chǔ)理論課件

藥物微粒分散系的基礎(chǔ)理論文檔ppt藥物微粒分散系的基礎(chǔ)理論文檔ppt1微粒分散體系的特殊性能：①粒徑更小的分散體系（膠體分散體系）還具有明顯的布朗運動、丁鐸爾現(xiàn)象、電泳等性質(zhì)，②微粒分散體系首先是多相體系，分散相與分散介質(zhì)之間存在著相界面，因而會出現(xiàn)大量的表面現(xiàn)象；③隨分散相微粒直徑的減少，微粒比表面積顯著增大，使微粒具有相對較高的表面自由能，所以它是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，因此，微粒分散體系具有容易絮凝、聚結(jié)、沉降的趨勢。微粒分散體系的特殊性能：①粒徑更小的分散體系（膠體分散體系）2微粒分散體系在藥劑學(xué)的重要意義：①由于粒徑小，有助于提高藥物的溶解速度及溶解度，有利于提高難溶性藥物的生物利用度；②有利于提高藥物微粒在分散介質(zhì)中的分散性與穩(wěn)定性；③具有不同大小的微粒分散體系在體內(nèi)分布上具有一定的選擇性，如一定大小的微粒給藥后容易被單核吞噬細(xì)胞系統(tǒng)吞噬；④微囊、微球等微粒分散體系一般具有明顯的緩釋作用，可以延長藥物在體內(nèi)的作用時間，減少劑量，降低毒副作用；⑤還可以改善藥物在體內(nèi)外的穩(wěn)定性。微粒分散體系在藥劑學(xué)的重要意義：①由于粒徑小，有助于提高藥物3微粒大小與測定方法單分散體系：微粒大小完全均一的體系；多分散體系：微粒大小不均一的體系。絕大多數(shù)微粒分散體系為多分散體系。常用平均粒徑來描述粒子大小。常用的粒徑表示方法：幾何學(xué)粒徑、比表面粒徑、有效粒徑等。微粒大小的測定方法：光學(xué)顯微鏡法、電子顯微鏡法、激光散射法、庫爾特計數(shù)法、Stokes沉降法、吸附法等。微粒大小與測定方法單分散體系：微粒大小完全均一的體系；多分散4微粒大小是微粒分散系的重要參數(shù)測定方法：光學(xué)顯微鏡法：0.5μm~電子顯微鏡法:0.001μm~激光散射法:0.02μm~庫爾特計數(shù)法:1~600μmStokes沉降法:0.5~200μm吸附法:0.03~1μm微粒大小是微粒分散系的重要參數(shù)測定方法：光學(xué)顯微鏡法：51.電子顯微鏡法掃描電子顯微鏡(SEM):二次電子、背景散射電子共同用于掃描電鏡的成像。特點：立體感強(qiáng)，制樣簡單，樣品的電子損失小等特點。在觀察形態(tài)方面效果良好，常用于研究高分子材料的制劑，如微球等。1.電子顯微鏡法掃描電子顯微鏡(SEM):二次電子、背61.電子顯微鏡法透射電子顯微鏡（TME)是把經(jīng)加速和聚集的電子束投射到非常薄的樣品上，電子與樣品中的原子碰撞而改變方向，從而產(chǎn)生立體角散射。散射角的大小與樣品的密度、厚度相關(guān)，因此可以形成明暗不同的影像。放大倍數(shù)為幾萬～百萬倍。特點：常用于介質(zhì)中微粒的研究。如脂質(zhì)體等。1.電子顯微鏡法透射電子顯微鏡（TME)是把經(jīng)加速和聚7藥物微粒分散系的基礎(chǔ)理論課件8

電子顯微鏡法的測定原理電子束射到樣品上，如果能量足夠大就能穿過樣品而無相互作用，形成透射電子，用于透射電鏡（TEM）的成像和衍射；當(dāng)入射電子穿透到離核很近的地方被反射，而沒有能量損失，則在任何方向都有散射，即形成背景散射；如果入射電子撞擊樣品表面原子外層電子，把它激發(fā)出來，就形成低能量的二次電子，在電場作用下可呈曲線運動，翻越障礙進(jìn)入檢測器，使表面凸凹的各個部分都能清晰成像。二次電子和背景散射電子共同用于掃描電鏡（SEM）的成像。

電子顯微鏡法的測定原理9微球表面形態(tài)

ScanningelectronmicrographyofADM-GMS

微球橙紅色，形態(tài)圓整、均勻，微球表面可見孔隙，部分微球表面有藥物或載體材料結(jié)晶。微球表面形態(tài)102.激光散射法散射光強(qiáng)度與粒子體積V的平方成正比，利用這一特性可以測定粒子大小及分布。2.激光散射法散射光強(qiáng)度與粒子體積V的平方成正比，利11對于溶液，散射光強(qiáng)度、散射角大小與溶液的性質(zhì)、溶質(zhì)分子量、分子尺寸及分子形態(tài)、入射光的波長等有關(guān)，對于直徑很小的微粒，雷利散射公式：

I-散射光強(qiáng)度；I0-入射光的強(qiáng)度；n-分散相折射率；n0-分散介質(zhì)折射率；λ-入射光波長；V-單個粒子體積；υ-單位體積溶液中粒子數(shù)目。由上式，散射光強(qiáng)度與粒子體積V的平方成正比，利用這一特性可測定粒子大小及分布。對于溶液，散射光強(qiáng)度、散射角大小與溶液的性質(zhì)、溶質(zhì)分子量、分12第二節(jié)微粒分散系的物理化學(xué)性質(zhì)布朗運動是微粒擴(kuò)散的微觀基礎(chǔ)，而擴(kuò)散現(xiàn)象又是布朗運動的宏觀表現(xiàn)。布朗運動使很小的微粒具有了動力學(xué)穩(wěn)定性。一、微粒分散體系的動力學(xué)性質(zhì)第二節(jié)微粒分散系的物理化學(xué)性質(zhì)布朗運動是微粒擴(kuò)散的微觀13布朗運動是液體分子熱運動撞擊微粒的結(jié)果。布朗運動是微粒擴(kuò)散的微觀基礎(chǔ)，而擴(kuò)散現(xiàn)象又是布朗運動的宏觀表現(xiàn)。布朗運動使很小的微粒具有了動力學(xué)穩(wěn)定性。微粒運動的平均位移Δ可用布朗運動方程表示：（一）Brown運動r愈小，介質(zhì)粘度愈小，溫度愈高，粒子的平均位移愈大，布朗運動愈明顯。t-時間；T-熱力學(xué)溫度；η-介質(zhì)粘度；r-微粒半徑；NA-介質(zhì)微粒數(shù)目布朗運動是液體分子熱運動撞擊微粒的結(jié)果。（一）Brown運14②有利于提高藥物微粒在分散介質(zhì)中的分散性與穩(wěn)定性；同時由于擴(kuò)散作用，反離子在微粒周圍呈現(xiàn)距微粒表面越遠(yuǎn)則濃度越稀的梯度分布形成微粒的擴(kuò)散層，吸附層與擴(kuò)散層所帶電荷相反。由于在微粒相距很近時ΦS趨于無窮大，故在第一極小處的聚沉不大可能發(fā)生，微粒的聚結(jié)多表現(xiàn)為較遠(yuǎn)距離上的絮凝。關(guān)，因此可以形成明暗不同的影像。微粒運動的平均位移Δ可用布朗運動方程表示：粒徑較大的微粒受重力作用，靜置時會自然沉降，其沉降速度服從Stoke’s定律：布朗運動提高微粒分散體系的物吸附層：微粒表面→切動面r愈小，介質(zhì)粘度愈小，溫度愈高，粒子的平均位移愈大，布朗運動愈明顯。微粒分散體系在藥劑學(xué)的重要意義：①ΔHR，ΔSR>0，但ΔHR>TΔSR，焓變起穩(wěn)定作用，熵變則反之，加熱會使體系不穩(wěn)定，容易聚沉：快速聚結(jié)速度與微粒大小無關(guān)，若溫度與介質(zhì)粘度固定，聚結(jié)速度與微粒濃度的平方成正比。在相同的條件下，微粒越小，ζ電位越高。分子之間的VanderWaals作用，涉及偶極子的長程相互作用：（三）微粒間總相互作用能（ΦT）布朗運動：粒子永不停息的無規(guī)則的直線運動布朗運動是粒子在每一瞬間受介質(zhì)分子碰撞的合力方向不斷改變的結(jié)果。由于膠粒不停運動，從其周圍分子不斷獲得動能，從而可抗衡重力作用而不發(fā)生聚沉。②有利于提高藥物微粒在分散介質(zhì)中的分散性與穩(wěn)定性；布朗運動：15粒徑較大的微粒受重力作用，靜置時會自然沉降，其沉降速度服從Stoke’s定律：

V-微粒沉降速度；r-微粒半徑；ρ1、ρ2-分別為微粒和分散介質(zhì)密度；-分散介質(zhì)粘度；g-重力加速度常數(shù)。

（三）沉降與沉降平衡r愈大，微粒和分散介質(zhì)的密度差愈大，分散介質(zhì)的粘度愈小，粒子的沉降速度愈大。粒徑較大的微粒受重力作用，靜置時會自然沉降，其沉降速度服從S16當(dāng)一束光照射到微粒分散系時，可以出現(xiàn)光的吸收、反射和散射等。光的吸收主要由微粒的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)所決定；而光的反射與散射主要取決于微粒的大小。當(dāng)一束光線在暗室通過膠粒分散系，在其側(cè)面可看到明顯的乳光，即Tyndall現(xiàn)象。丁鐸爾現(xiàn)象是微粒散射光的宏觀表現(xiàn)。低分子溶液—透射光；粗分散體系—反射光；膠體分散系—散射光。三、微粒分散系的光學(xué)性質(zhì)當(dāng)一束光照射到微粒分散系時，可以出現(xiàn)光的吸收、反射和散射等。17

丁達(dá)爾現(xiàn)象丁達(dá)爾現(xiàn)象（Tyndallphenomena）在暗室中，將一束光通過溶膠時，在側(cè)面可看到一個發(fā)亮的光柱，稱為乳光，即丁達(dá)爾（Tyndall）現(xiàn)象。丁達(dá)爾現(xiàn)象丁達(dá)爾現(xiàn)象（Tyndallphenomena18（一）電泳在電場的作用下微粒發(fā)生定向移動——電泳（electronphoresis).微粒在電場作用下移動速度與粒徑大小成反比，微粒越小，移動越快。（二）微粒的雙電層結(jié)構(gòu)在微粒分散系溶液中，微粒表面的離子與近表面的反離子構(gòu)成吸附層；同時由于擴(kuò)散作用，反離子在微粒周圍呈現(xiàn)漸遠(yuǎn)漸稀的梯度分布擴(kuò)散層，吸附層與擴(kuò)散層所帶電荷相反，共同構(gòu)成雙電層結(jié)構(gòu)。四、微粒分散系的電學(xué)性質(zhì)（一）電泳四、微粒分散系的電學(xué)性質(zhì)19（一）電泳在電場的作用下微粒發(fā)生定向移動——電泳（electronphoresis).微粒在電場作用下移動的速度與其粒徑大小成反比，其他條件相同時，微粒越小，移動越快。（二）微粒的雙電層結(jié)構(gòu)在微粒分散體系的溶液中，微粒表面的離子與靠近表面的反離子構(gòu)成了微粒的吸附層；同時由于擴(kuò)散作用，反離子在微粒周圍呈現(xiàn)距微粒表面越遠(yuǎn)則濃度越稀的梯度分布形成微粒的擴(kuò)散層，吸附層與擴(kuò)散層所帶電荷相反。微粒的吸附層與相鄰的擴(kuò)散層共同構(gòu)成微粒的雙電層結(jié)構(gòu)。三、微粒的電學(xué)性質(zhì)從吸附層表面至反離子電荷為零處的電位差叫動電位，即ζ電位。ζ電位與微粒的物理穩(wěn)定性關(guān)系密切。ζ=σε/r在相同的條件下，微粒越小，ζ電位越高。（一）電泳三、微粒的電學(xué)性質(zhì)從吸附層表面至反離子電荷為零處的20微粒的雙電層結(jié)構(gòu)吸附層：微粒表面→切動面由定位離子+反離子+溶劑分子組成。擴(kuò)散層：切動面→電勢為零由反離子組成。ζ電位：切動面→電勢為零處的電位差，也叫動電位。ζ電位是衡量膠粒帶電荷多少的指標(biāo)。微粒表面切動面吸附層擴(kuò)散層ψ

xζ微粒的雙電層結(jié)構(gòu)吸附層：微粒表面→切動面微粒表面吸附層21斯特恩吸附擴(kuò)散雙電層

雙電層分為吸附層和擴(kuò)散層。吸附層由定位離子和反離子組成。定位離子決定表面電荷符號和表面電勢大小，反離子排列在定位離子附近。反離子中心稱為斯特恩面，從斯特恩面到粒子表面之間為斯特恩層。該層ψ0直線下降到ψd

。斯特恩層外有一切動面，該處電勢即ζ電勢，它是衡量膠粒帶電荷多少的指標(biāo)。當(dāng)一些大的反離子進(jìn)入緊密層，則可能使ψd反號。Stern面切動面斯特恩層ψo(hù)

Ψdζx斯特恩吸附擴(kuò)散雙電層雙電層分22第三節(jié)微粒分散體系的物理穩(wěn)定性微粒分散體系的物理穩(wěn)定性直接關(guān)系到微粒給藥系統(tǒng)的應(yīng)用。在宏觀上，微粒分散體系的物理穩(wěn)定性可表現(xiàn)為微粒粒徑的變化，微粒的絮凝、聚結(jié)、沉降、乳析和分層等等。第三節(jié)微粒分散體系的物理穩(wěn)定性微粒分散體系的物理穩(wěn)定性直23熱力學(xué)穩(wěn)定性微粒分散體系是多相分散體系，存在大量界面，當(dāng)微粒變小時，其表面積A增加，表面自由能的增加△G：

△G=σ△A當(dāng)△A時△G體系穩(wěn)定性為了降低△G微粒聚結(jié)σ△G體系穩(wěn)定性選擇適當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣?、穩(wěn)定劑、增加介質(zhì)粘度等熱力學(xué)穩(wěn)定性微粒分散體系是多相分散體系，存在大量界面，當(dāng)微粒24微粒運動的平均位移Δ可用布朗運動方程表示：對于不良溶劑，聚合物分子在溶液中呈卷曲狀，V2*和V2**值都較大。聚合物沒有吸附于微粒表面時，粒子表面上聚合物的濃度低于體相溶液的濃度，形成負(fù)吸附，使粒子表面上形成一種空缺表面層。dN/dt=-4πDRN2表明聚結(jié)作用是雙分子反應(yīng)，其速率與微粒濃度的平方成正比。③隨分散相微粒直徑的減少，微粒比表面積顯著增大，使微粒具有相對較高的表面自由能，所以它是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，因此，微粒分散體系具有容易絮凝、聚結(jié)、沉降的趨勢。ScanningelectronmicrographyofADM-GMS對于不良溶劑，聚合物分子在溶液中呈卷曲狀，V2*和V2**值都較大。分子之間的VanderWaals作用，涉及偶極子的長程相互作用：G—兩個微粒聚結(jié)的速度常數(shù)；若勢壘為零，則微粒相互接近時必然導(dǎo)致聚結(jié)，稱為快聚結(jié)。當(dāng)一束光線在暗室通過膠粒分散系，在其側(cè)面可看到明顯的乳光，即Tyndall現(xiàn)象。同時由于擴(kuò)散作用，反離子在微粒周圍呈現(xiàn)距微粒表面越遠(yuǎn)則濃度越稀的梯度分布形成微粒的擴(kuò)散層，吸附層與擴(kuò)散層所帶電荷相反。布朗運動使很小的微粒具有了動力學(xué)穩(wěn)定性。一、微粒分散體系的動力學(xué)性質(zhì)由于在微粒相距很近時ΦS趨于無窮大，故在第一極小處的聚沉不大可能發(fā)生，微粒的聚結(jié)多表現(xiàn)為較遠(yuǎn)距離上的絮凝。動力學(xué)穩(wěn)定性主要表現(xiàn)在兩個方面：1.布朗運動提高微粒分散體系的物理穩(wěn)定性2.重力產(chǎn)生的沉降使微粒分散體系的物理穩(wěn)定性下降微粒運動的平均位移Δ可用布朗運動方程表示：動力學(xué)穩(wěn)定性主要表25微粒表面的電學(xué)特性也會影響微粒分散體系的物理穩(wěn)定性。擴(kuò)散雙電層的存在，使微粒表面帶有同種電荷，在一定條件下因互相排斥而穩(wěn)定。雙電層厚度越大，微粒越穩(wěn)定。體系中加入一定量的某種電解質(zhì)，使微粒的物理穩(wěn)定性下降，出現(xiàn)絮凝狀態(tài)。反絮凝過程可使微粒表面的ζ電位升高。一、絮凝與反絮凝微粒表面的電學(xué)特性也會影響微粒分散體系的物理穩(wěn)定性。一、絮凝26二、DLVO理論DLVO理論是關(guān)于微粒穩(wěn)定性的理論。（一）微粒間的VanderWaals吸引能（ΦA(chǔ)）（二）雙電層的排斥作用能（ΦR）（三）微粒間總相互作用能（ΦT）（四）臨界聚沉濃度二、DLVO理論DLVO理論是關(guān)于微粒穩(wěn)定性的理論。（一）微27（一）微粒間的VanderWaals吸引能分子之間的VanderWaals作用，涉及偶極子的長程相互作用：①兩個永久偶極之間的相互作用；②永久偶極與誘導(dǎo)偶極間的相互作用；③誘導(dǎo)偶極之間的色散相互作用。除了少數(shù)的極性分子，色散相互作用在三類作用中占支配地位。此三種相互作用全系負(fù)值，即表現(xiàn)為吸引，其大小與分子間距離的六次方成反比。（一）微粒間的VanderWaals吸引能分子之間的Van28Hamaker假設(shè)：微粒間的相互作用等于組成它們的各分子之間的相互作用的加和。對于兩個彼此平行的平板微粒，得出單位面積上相互作用能ΦA(chǔ)：ΦA(chǔ)=-A/12πD2對于同一物質(zhì)，半徑為a的兩個球形微粒之間的相互作用能為：

ΦA(chǔ)=-Aa/12H

同物質(zhì)微粒間的VanderWaals作用永遠(yuǎn)是相互吸引，介質(zhì)的存在能減弱吸引作用，而且介質(zhì)與微粒的性質(zhì)越接近，微粒間的相互吸引就越弱。（一）微粒間的VanderWaals吸引能Hamaker假設(shè)：微粒間的相互作用等于組成它們的各分子之間29（二）雙電層的排斥作用能當(dāng)微粒接近到它們的雙電層發(fā)生重疊，并改變了雙電層電勢與電荷分布時，才產(chǎn)生排斥作用。微粒的雙電層因重疊而產(chǎn)生排斥作用是DLVO理論的核心。計算雙電層排斥作用的最簡便方法是采用Langmuir的方法。ΦR=64πaη0

kTxr20e-xH（二）雙電層的排斥作用能ΦR=64πaη0kTxr2030微粒分散體系的特殊性能：聚合物分子量的影響以分子量為4000~300000的聚氧乙烯作空缺穩(wěn)定劑，討論其分子量對聚苯乙烯乳膠穩(wěn)定性的影響：①當(dāng)隨分子量增大時，V2*和V2**同時減少。布朗運動是微粒擴(kuò)散的微觀基礎(chǔ)，而擴(kuò)散現(xiàn)象又是布朗運動的宏觀表現(xiàn)。將在第一極小處發(fā)生的聚結(jié)稱為聚沉(coagulation)，將在第二極小處發(fā)生的聚結(jié)叫絮凝(flocculation)。dN/dt=-4πDRN2表明聚結(jié)作用是雙分子反應(yīng)，其速率與微粒濃度的平方成正比。由于在微粒相距很近時ΦS趨于無窮大，故在第一極小處的聚沉不大可能發(fā)生，微粒的聚結(jié)多表現(xiàn)為較遠(yuǎn)距離上的絮凝。反離子中心稱為斯特恩面，從斯特恩面到粒子表面之間為斯特恩層。微粒的雙電層因重疊而產(chǎn)生排斥作用是DLVO理論的核心。關(guān)，因此可以形成明暗不同的影像。②永久偶極與誘導(dǎo)偶極間的相互作用；反離子中心稱為斯特恩面，從斯特恩面到粒子表面之間為斯特恩層。布朗運動提高微粒分散體系的物良好的溶劑與聚合物的相互作用力較大，可以使聚合物分子在溶液中充分伸展開來，它們的混合使體系的自由能減少更多；微粒的物理穩(wěn)定性取決于總勢能曲線上勢壘的大小。將在第一極小處發(fā)生的聚結(jié)稱為聚沉(coagulation)，將在第二極小處發(fā)生的聚結(jié)叫絮凝(flocculation)。微粒間總相互作用能：ΦT=

ΦA(chǔ)+ΦR以ΦT對微粒間距離H作圖，即得總勢能曲線。（三）微粒間總相互作用能ΦT＋－第一級小第二級小h微粒的物理穩(wěn)定性取決于總勢能曲線上勢壘的大小。微粒分散體系的特殊性能：微粒間總相互作用能：ΦT=ΦA(chǔ)+31總勢能曲線上的勢壘的高度隨溶液中電解質(zhì)濃度的加大而降低，當(dāng)電解質(zhì)濃度達(dá)到某一數(shù)值時，勢能曲線的最高點恰好為零，勢壘消失，體系由穩(wěn)定轉(zhuǎn)為聚沉，這就是臨界聚沉狀態(tài)，這時的電解質(zhì)濃度即為該微粒分散體系的聚沉值。將在第一極小處發(fā)生的聚結(jié)稱為聚沉(coagulation)，將在第二極小處發(fā)生的聚結(jié)叫絮凝(flocculation)。（四）臨界聚沉濃度總勢能曲線上的勢壘的高度隨溶液中電解質(zhì)濃度的加大而降低，當(dāng)電32三、空間穩(wěn)定理論微粒表面上吸附的大分子從空間阻礙了微粒相互接近，進(jìn)而阻礙了它們的聚結(jié)，這類穩(wěn)定作用為空間穩(wěn)定作用。一般用高分子作為穩(wěn)定劑。實驗規(guī)律1.分子穩(wěn)定劑的結(jié)構(gòu)特點：高分子應(yīng)于微粒有很強(qiáng)的親和力，同時應(yīng)與溶劑具有良好的親和性。2.高分子的濃度與分子量的影響：通常，分子量越大，高分子在微粒表面上形成的吸附層越厚，穩(wěn)定效果越好。高分子低于臨界分子量時，無保護(hù)作用（敏化作用）。3.溶劑的影響：高分子在良溶劑中鏈段能伸展，吸附層變厚，穩(wěn)定作用增強(qiáng)。在不良溶劑中，高分子的穩(wěn)定作用變差。溫度的改變可改變?nèi)軇Ω叻肿拥男阅堋Ｈ?、空間穩(wěn)定理論微粒表面上吸附的大分子從空間阻礙了微粒相互接331.兩種穩(wěn)定理論三、空間穩(wěn)定理論（二）理論基礎(chǔ)體積限制效應(yīng)理論混合效應(yīng)理論1.兩種穩(wěn)定理論三、空間穩(wěn)定理論（二）理論基礎(chǔ)體積限制效應(yīng)理34由于在微粒相距很近時ΦS趨于無窮大，故在第一極小處的聚沉不大可能發(fā)生，微粒的聚結(jié)多表現(xiàn)為較遠(yuǎn)距離上的絮凝。三、微粒分散系的光學(xué)性質(zhì)使膠體分散體系穩(wěn)定的理論稱為空缺穩(wěn)定理論(thetheoryofdepletionstabilization)，亦稱自由聚合物穩(wěn)定理論。微粒的物理穩(wěn)定性取決于總勢能曲線上勢壘的大小。反離子中心稱為斯特恩面，從斯特恩面到粒子表面之間為斯特恩層。G—兩個微粒聚結(jié)的速度常數(shù)；重力產(chǎn)生的沉降使微粒分散體系的物③誘導(dǎo)偶極之間的色散相互作用。計算雙電層排斥作用的最簡便方法是采用Langmuir的方法。粒徑較大的微粒受重力作用，靜置時會自然沉降，其沉降速度服從Stoke’s定律：將在第一極小處發(fā)生的聚結(jié)稱為聚沉(coagulation)，將在第二極小處發(fā)生的聚結(jié)叫絮凝(flocculation)。對于不良溶劑，聚合物分子在溶液中呈卷曲狀，V2*和V2**值都較大。常用平均粒徑來描述粒子大小。小的粒子優(yōu)先聚結(jié)(相同電解質(zhì)濃度下，小粒子G值小)。ρ1、ρ2-分別為微粒和分散介質(zhì)密度；2.微粒穩(wěn)定性的判斷：ΔGR=ΔHR－TΔSR

若使膠粒穩(wěn)定，則ΔGR>0，有如下三種情況：①ΔHR，ΔSR>0，但ΔHR>TΔSR，焓變起穩(wěn)定作用，熵變則反之，加熱會使體系不穩(wěn)定，容易聚沉：②ΔHR，ΔSR<0，但|ΔHR|<

|TΔSR|，熵起穩(wěn)定作用，加熱時會使體系趨于穩(wěn)定；③ΔHR>0，ΔSR<0，無論是焓變還是熵變均不會對體系不穩(wěn)定產(chǎn)生影響，即微粒穩(wěn)定性不受溫度影響。由于在微粒相距很近時ΦS趨于無窮大，故在第一極小處的聚沉不大353.空間穩(wěn)定效應(yīng)的特點由于空間穩(wěn)定效應(yīng)的存在，微粒間相互作用能ΦT應(yīng)寫成：

ΦT＝ΦR+ΦA(chǔ)+ΦS

式中，ΦR—靜電排斥能；ΦA(chǔ)—吸引能，ΦS—空間穩(wěn)定效應(yīng)產(chǎn)生的排斥能。由于在微粒相距很近時ΦS趨于無窮大，故在第一極小處的聚沉不大可能發(fā)生，微粒的聚結(jié)多表現(xiàn)為較遠(yuǎn)距離上的絮凝?？臻g穩(wěn)定作用受電解質(zhì)濃度的影響很小，它在水體系及非水體系中均可起作用，能夠使很濃的分散體系穩(wěn)定。3.空間穩(wěn)定效應(yīng)的特點由于空間穩(wěn)定效應(yīng)的存在，微粒間相互作用36四、空缺穩(wěn)定理論聚合物沒有吸附于微粒表面時，粒子表面上聚合物的濃度低于體相溶液的濃度，形成負(fù)吸附，使粒子表面上形成一種空缺表面層。在這種體系中，自由聚合物的濃度不同，大小不同可能使膠體聚沉，也可能使膠體穩(wěn)定。使膠體分散體系穩(wěn)定的理論稱為空缺穩(wěn)定理論(thetheoryofdepletionstabilization)，亦稱自由聚合物穩(wěn)定理論。四、空缺穩(wěn)定理論聚合物沒有吸附于微粒表面時，粒子表面上聚合物37影響空缺穩(wěn)定的因素：隨著聚合物溶液濃度降低，自由能曲線下移，當(dāng)勢壘降低到剛使膠體發(fā)生聚沉?xí)r，相應(yīng)的體積濃度稱為臨界聚沉濃度V2*；增加濃度，自由能曲線上移，當(dāng)勢壘增加到剛使膠體穩(wěn)定時相應(yīng)的體積濃度稱為臨界穩(wěn)定濃度V2**。由于穩(wěn)定是在高濃度區(qū)出現(xiàn)，而聚沉則是在低濃度區(qū)發(fā)生，所以V2**總是大于V2*。V2**值小表示該聚合物的穩(wěn)定能力越強(qiáng)，而V2*值小則表示其聚沉能力越強(qiáng)。影響空缺穩(wěn)定的因素：隨著聚合物溶液濃度降低，自由能曲線下移，381.聚合物分子量的影響以分子量為4000~300000的聚氧乙烯作空缺穩(wěn)定劑，討論其分子量對聚苯乙烯乳膠穩(wěn)定性的影響：①當(dāng)隨分子量增大時，V2*和V2**同時減少。這就是說分子量高的聚合物既是良好聚沉劑，又是良好穩(wěn)定劑；②在任一相同分子量的情況下，V2**值總是大于V2*值，這說明同一聚合物在高濃度下發(fā)生穩(wěn)定作用，而在低濃度下發(fā)生聚沉作用，③而對較高分子量的聚合物來說(比如M>10000時)，V2*M1/2和V2**M1/2均接近一常數(shù)。即V2*和V2**值均與M1/2成反比例。影響空缺穩(wěn)定的因素：1.聚合物分子量的影響以分子量為4000~3000039

2．微粒大小的影響以分子量為10000的聚氧乙烯作自由聚合物時為例，隨著微粒粒度的增大，V2*和V2**之值同時減少，即尺寸較大的微粒在高濃度聚合物溶液中呈現(xiàn)較大穩(wěn)定性，而在低濃度的同樣聚合物溶液中卻呈現(xiàn)出較大的聚沉性。

3．溶劑的影響溶劑的好壞直接影響到聚合物的溶解及其分子在溶液中的形狀。良好的溶劑與聚合物的相互作用力較大，可以使聚合物分子在溶液中充分伸展開來，它們的混合使體系的自由能減少更多；相反，它們的分離則使自由能增加更多，因而V2*和V2**值都較小。對于不良溶劑，聚合物分子在溶液中呈卷曲狀，V2*和V2**值都較大。2．微粒大小的影響以分子量為10000的聚氧乙烯40五、微粒聚結(jié)動力學(xué)聚沉速度是微粒穩(wěn)定性的定量反映。微粒穩(wěn)定是由于總勢能曲線上勢壘的存在。若勢壘為零，則微粒相互接近時必然導(dǎo)致聚結(jié)，稱為快聚結(jié)。若有勢壘存在，則只有其中的一部分聚結(jié)，稱為慢聚結(jié)。五、微粒聚結(jié)動力學(xué)聚沉速度是微粒穩(wěn)定性的定量反映。41（一）快聚結(jié)當(dāng)微粒間不存在排斥勢壘(φT=0)時，微粒一經(jīng)碰撞就會聚結(jié)，其速度由碰撞速率決定，而碰撞速率又由微粒布朗運動決定，即由微粒的擴(kuò)散速度決定，研究快速聚結(jié)動力學(xué)實際上是研究微粒向另一微粒的擴(kuò)散。dN/dt=-4πDRN2

表明聚結(jié)作用是雙分子反應(yīng)，其速率與微粒濃度的平方成正比?？焖倬劢Y(jié)速度與微粒大小無關(guān)，若溫度與介質(zhì)粘度固定，聚結(jié)速度與微粒濃度的平方成正比。（一）快聚結(jié)當(dāng)微粒間不存在排斥勢壘(φT=0)時，微粒一經(jīng)碰42當(dāng)存在勢壘時，聚結(jié)速度比公式所預(yù)測的要小得多。若忽略介質(zhì)水中的切變影響；當(dāng)勢壘主要由雙電層斥力和色散力所引起時，可以得出如下公式：G—兩個微粒聚結(jié)的速度常數(shù)；k—波茲曼常數(shù)；η—介質(zhì)粘度；r1、r2—兩個微粒各自的半徑；ω12—構(gòu)成勢壘的因子，它與總勢能由φT、兩微粒中心距離R等有關(guān)。（二）慢聚結(jié)G=2kT3ηω12(1/r1-1/r2)(r1+

r2)當(dāng)存在勢壘時，聚結(jié)速度比公式所預(yù)測的要小得多。若忽略介質(zhì)水中43將在第一極小處發(fā)生的聚結(jié)稱為聚沉(coagulation)，將在第二極小處發(fā)生的聚結(jié)叫絮凝(flocculation)。粒徑較大的微粒受重力作用，靜置時會自然沉降，其沉降速度服從Stoke’s定律：定位離子決定表面電荷符號和表面電勢大小，ρ1、ρ2-分別為微粒和分散介質(zhì)密度；ρ1、ρ2-分別為微粒和分散介質(zhì)密度；微球橙紅色，形態(tài)圓整、均勻，微球表面可見孔隙，部分微球表面有藥物或載體材料結(jié)晶。用這一特性可以測定粒子大小及分布。①ΔHR，ΔSR>0，但ΔHR>TΔSR，焓變起穩(wěn)定作用，熵變則反之，加熱會使體系不穩(wěn)定，容易聚沉：多分散體系：微粒大小不均一的體系。若勢壘為零，則微粒相互接近時必然導(dǎo)致聚結(jié)，稱為快聚結(jié)。3．溶劑的影響溶劑的好壞直接影響到聚合物的溶解及其分子在溶液中的形狀。研究高分子材料的制劑，如微球等。DLVO理論是關(guān)于微粒穩(wěn)定性的理論?！鱃=σ△A聚合物沒有吸附于微粒表面時，粒子表面上聚合物的濃度低于體相溶液的濃度，形成負(fù)吸附，使粒子表面上形成一種空缺表面層。G的影響因素：(1)電解質(zhì)影響，將氯化鈉溶液的濃度由1%～2%稀釋至0.1%，聚結(jié)速度降低幾十倍至幾百倍。(2)微粒的大小對電解質(zhì)效應(yīng)也有影響，隨電解質(zhì)濃度增加，0.5μm的微粒比0.1μm的微粒對電解質(zhì)的敏感度(G值)要大好幾個數(shù)量級，這特別適用于乳劑聚結(jié)的動力學(xué)，此時，表面膜的破裂不是聚結(jié)速度的決定因素。小的粒子優(yōu)先聚結(jié)(相同電解質(zhì)濃度下，小粒子G值小)。(3)隨微粒半徑增大，第二最低勢能Vmin也增大，對于0.5μm的粒子，越過主要能壘(Vmax)的概率很小，Vmin也可能比kT大好幾倍，在有大顆粒(>1μm)的情況下；聚結(jié)轉(zhuǎn)入第二勢能最低值是很重要的，這種類型聚結(jié)的結(jié)果，微粒結(jié)合得很弱且很容易再分散。將在第一極小處發(fā)生的聚結(jié)稱為聚沉(coagulation)，44當(dāng)被吸附的聚合物只覆蓋一小部分表面時，它們往往使微粒對電解質(zhì)的敏感性大大增加，可以減少引起絮凝作用所需的電解質(zhì)的量。稱這種絮凝作用為敏化(sensitization)。敏化的作用機(jī)制是聚合物的高分子長鏈同時吸附在兩個微粒上，形成分子橋。（三）架橋聚結(jié)聚合物有效覆蓋微粒表面小部分覆蓋微粒表面空間保護(hù)作用架橋聚結(jié)當(dāng)被吸附的聚合物只覆蓋一小部分表面時，它們往往使微粒對電解質(zhì)45高分子低于臨界分子量時，無保護(hù)作用（敏化作用）。在相同的條件下，微粒越小，ζ電位越高。DLVO理論是關(guān)于微粒穩(wěn)定性的理論。ρ1、ρ2-分別為微粒和分散介質(zhì)密度；除了少數(shù)的極性分子，色散相互作用在三類作用中占支配地位。此三種相互作用全系負(fù)值，即表現(xiàn)為吸引，其大小與分子間距離的六次方成反比。關(guān)，因此可以形成明暗不同的影像。微粒的雙電層因重疊而產(chǎn)生排斥作用是DLVO理論的核心。布朗運動：粒子永不停息的無規(guī)則的直線運動當(dāng)被吸附的聚合物只覆蓋一小部分表面時，它們往往使微粒對電解質(zhì)的敏感性大大增加，可以減少引起絮凝作用所需的電解質(zhì)的量。粒徑較大的微粒受重力作用，靜置時會自然沉降，其沉降速度服從Stoke’s定律：用這一特性可以測定粒子大小及分布。若勢壘為零，則微粒相互接近時必然導(dǎo)致聚結(jié)，稱為快聚結(jié)。小的粒子優(yōu)先聚結(jié)(相同電解質(zhì)濃度下，小粒子G值小)。ScanningelectronmicrographyofADM-GMS謝謝觀看！高分子低于臨界分子量時，無保護(hù)作用（敏化作用）。謝謝觀看！46藥物微粒分散系的基礎(chǔ)理論文檔ppt藥物微粒分散系的基礎(chǔ)理論文檔ppt47微粒分散體系的特殊性能：①粒徑更小的分散體系（膠體分散體系）還具有明顯的布朗運動、丁鐸爾現(xiàn)象、電泳等性質(zhì)，②微粒分散體系首先是多相體系，分散相與分散介質(zhì)之間存在著相界面，因而會出現(xiàn)大量的表面現(xiàn)象；③隨分散相微粒直徑的減少，微粒比表面積顯著增大，使微粒具有相對較高的表面自由能，所以它是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，因此，微粒分散體系具有容易絮凝、聚結(jié)、沉降的趨勢。微粒分散體系的特殊性能：①粒徑更小的分散體系（膠體分散體系）48微粒分散體系在藥劑學(xué)的重要意義：①由于粒徑小，有助于提高藥物的溶解速度及溶解度，有利于提高難溶性藥物的生物利用度；②有利于提高藥物微粒在分散介質(zhì)中的分散性與穩(wěn)定性；③具有不同大小的微粒分散體系在體內(nèi)分布上具有一定的選擇性，如一定大小的微粒給藥后容易被單核吞噬細(xì)胞系統(tǒng)吞噬；④微囊、微球等微粒分散體系一般具有明顯的緩釋作用，可以延長藥物在體內(nèi)的作用時間，減少劑量，降低毒副作用；⑤還可以改善藥物在體內(nèi)外的穩(wěn)定性。微粒分散體系在藥劑學(xué)的重要意義：①由于粒徑小，有助于提高藥物49微粒大小與測定方法單分散體系：微粒大小完全均一的體系；多分散體系：微粒大小不均一的體系。絕大多數(shù)微粒分散體系為多分散體系。常用平均粒徑來描述粒子大小。常用的粒徑表示方法：幾何學(xué)粒徑、比表面粒徑、有效粒徑等。微粒大小的測定方法：光學(xué)顯微鏡法、電子顯微鏡法、激光散射法、庫爾特計數(shù)法、Stokes沉降法、吸附法等。微粒大小與測定方法單分散體系：微粒大小完全均一的體系；多分散50微粒大小是微粒分散系的重要參數(shù)測定方法：光學(xué)顯微鏡法：0.5μm~電子顯微鏡法:0.001μm~激光散射法:0.02μm~庫爾特計數(shù)法:1~600μmStokes沉降法:0.5~200μm吸附法:0.03~1μm微粒大小是微粒分散系的重要參數(shù)測定方法：光學(xué)顯微鏡法：511.電子顯微鏡法掃描電子顯微鏡(SEM):二次電子、背景散射電子共同用于掃描電鏡的成像。特點：立體感強(qiáng)，制樣簡單，樣品的電子損失小等特點。在觀察形態(tài)方面效果良好，常用于研究高分子材料的制劑，如微球等。1.電子顯微鏡法掃描電子顯微鏡(SEM):二次電子、背521.電子顯微鏡法透射電子顯微鏡（TME)是把經(jīng)加速和聚集的電子束投射到非常薄的樣品上，電子與樣品中的原子碰撞而改變方向，從而產(chǎn)生立體角散射。散射角的大小與樣品的密度、厚度相關(guān)，因此可以形成明暗不同的影像。放大倍數(shù)為幾萬～百萬倍。特點：常用于介質(zhì)中微粒的研究。如脂質(zhì)體等。1.電子顯微鏡法透射電子顯微鏡（TME)是把經(jīng)加速和聚53藥物微粒分散系的基礎(chǔ)理論課件54

電子顯微鏡法的測定原理電子束射到樣品上，如果能量足夠大就能穿過樣品而無相互作用，形成透射電子，用于透射電鏡（TEM）的成像和衍射；當(dāng)入射電子穿透到離核很近的地方被反射，而沒有能量損失，則在任何方向都有散射，即形成背景散射；如果入射電子撞擊樣品表面原子外層電子，把它激發(fā)出來，就形成低能量的二次電子，在電場作用下可呈曲線運動，翻越障礙進(jìn)入檢測器，使表面凸凹的各個部分都能清晰成像。二次電子和背景散射電子共同用于掃描電鏡（SEM）的成像。

電子顯微鏡法的測定原理55微球表面形態(tài)

ScanningelectronmicrographyofADM-GMS

微球橙紅色，形態(tài)圓整、均勻，微球表面可見孔隙，部分微球表面有藥物或載體材料結(jié)晶。微球表面形態(tài)562.激光散射法散射光強(qiáng)度與粒子體積V的平方成正比，利用這一特性可以測定粒子大小及分布。2.激光散射法散射光強(qiáng)度與粒子體積V的平方成正比，利57對于溶液，散射光強(qiáng)度、散射角大小與溶液的性質(zhì)、溶質(zhì)分子量、分子尺寸及分子形態(tài)、入射光的波長等有關(guān)，對于直徑很小的微粒，雷利散射公式：

I-散射光強(qiáng)度；I0-入射光的強(qiáng)度；n-分散相折射率；n0-分散介質(zhì)折射率；λ-入射光波長；V-單個粒子體積；υ-單位體積溶液中粒子數(shù)目。由上式，散射光強(qiáng)度與粒子體積V的平方成正比，利用這一特性可測定粒子大小及分布。對于溶液，散射光強(qiáng)度、散射角大小與溶液的性質(zhì)、溶質(zhì)分子量、分58第二節(jié)微粒分散系的物理化學(xué)性質(zhì)布朗運動是微粒擴(kuò)散的微觀基礎(chǔ)，而擴(kuò)散現(xiàn)象又是布朗運動的宏觀表現(xiàn)。布朗運動使很小的微粒具有了動力學(xué)穩(wěn)定性。一、微粒分散體系的動力學(xué)性質(zhì)第二節(jié)微粒分散系的物理化學(xué)性質(zhì)布朗運動是微粒擴(kuò)散的微觀59布朗運動是液體分子熱運動撞擊微粒的結(jié)果。布朗運動是微粒擴(kuò)散的微觀基礎(chǔ)，而擴(kuò)散現(xiàn)象又是布朗運動的宏觀表現(xiàn)。布朗運動使很小的微粒具有了動力學(xué)穩(wěn)定性。微粒運動的平均位移Δ可用布朗運動方程表示：（一）Brown運動r愈小，介質(zhì)粘度愈小，溫度愈高，粒子的平均位移愈大，布朗運動愈明顯。t-時間；T-熱力學(xué)溫度；η-介質(zhì)粘度；r-微粒半徑；NA-介質(zhì)微粒數(shù)目布朗運動是液體分子熱運動撞擊微粒的結(jié)果。（一）Brown運60②有利于提高藥物微粒在分散介質(zhì)中的分散性與穩(wěn)定性；同時由于擴(kuò)散作用，反離子在微粒周圍呈現(xiàn)距微粒表面越遠(yuǎn)則濃度越稀的梯度分布形成微粒的擴(kuò)散層，吸附層與擴(kuò)散層所帶電荷相反。由于在微粒相距很近時ΦS趨于無窮大，故在第一極小處的聚沉不大可能發(fā)生，微粒的聚結(jié)多表現(xiàn)為較遠(yuǎn)距離上的絮凝。關(guān)，因此可以形成明暗不同的影像。微粒運動的平均位移Δ可用布朗運動方程表示：粒徑較大的微粒受重力作用，靜置時會自然沉降，其沉降速度服從Stoke’s定律：布朗運動提高微粒分散體系的物吸附層：微粒表面→切動面r愈小，介質(zhì)粘度愈小，溫度愈高，粒子的平均位移愈大，布朗運動愈明顯。微粒分散體系在藥劑學(xué)的重要意義：①ΔHR，ΔSR>0，但ΔHR>TΔSR，焓變起穩(wěn)定作用，熵變則反之，加熱會使體系不穩(wěn)定，容易聚沉：快速聚結(jié)速度與微粒大小無關(guān)，若溫度與介質(zhì)粘度固定，聚結(jié)速度與微粒濃度的平方成正比。在相同的條件下，微粒越小，ζ電位越高。分子之間的VanderWaals作用，涉及偶極子的長程相互作用：（三）微粒間總相互作用能（ΦT）布朗運動：粒子永不停息的無規(guī)則的直線運動布朗運動是粒子在每一瞬間受介質(zhì)分子碰撞的合力方向不斷改變的結(jié)果。由于膠粒不停運動，從其周圍分子不斷獲得動能，從而可抗衡重力作用而不發(fā)生聚沉。②有利于提高藥物微粒在分散介質(zhì)中的分散性與穩(wěn)定性；布朗運動：61粒徑較大的微粒受重力作用，靜置時會自然沉降，其沉降速度服從Stoke’s定律：

V-微粒沉降速度；r-微粒半徑；ρ1、ρ2-分別為微粒和分散介質(zhì)密度；-分散介質(zhì)粘度；g-重力加速度常數(shù)。

（三）沉降與沉降平衡r愈大，微粒和分散介質(zhì)的密度差愈大，分散介質(zhì)的粘度愈小，粒子的沉降速度愈大。粒徑較大的微粒受重力作用，靜置時會自然沉降，其沉降速度服從S62當(dāng)一束光照射到微粒分散系時，可以出現(xiàn)光的吸收、反射和散射等。光的吸收主要由微粒的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)所決定；而光的反射與散射主要取決于微粒的大小。當(dāng)一束光線在暗室通過膠粒分散系，在其側(cè)面可看到明顯的乳光，即Tyndall現(xiàn)象。丁鐸爾現(xiàn)象是微粒散射光的宏觀表現(xiàn)。低分子溶液—透射光；粗分散體系—反射光；膠體分散系—散射光。三、微粒分散系的光學(xué)性質(zhì)當(dāng)一束光照射到微粒分散系時，可以出現(xiàn)光的吸收、反射和散射等。63

丁達(dá)爾現(xiàn)象丁達(dá)爾現(xiàn)象（Tyndallphenomena）在暗室中，將一束光通過溶膠時，在側(cè)面可看到一個發(fā)亮的光柱，稱為乳光，即丁達(dá)爾（Tyndall）現(xiàn)象。丁達(dá)爾現(xiàn)象丁達(dá)爾現(xiàn)象（Tyndallphenomena64（一）電泳在電場的作用下微粒發(fā)生定向移動——電泳（electronphoresis).微粒在電場作用下移動速度與粒徑大小成反比，微粒越小，移動越快。（二）微粒的雙電層結(jié)構(gòu)在微粒分散系溶液中，微粒表面的離子與近表面的反離子構(gòu)成吸附層；同時由于擴(kuò)散作用，反離子在微粒周圍呈現(xiàn)漸遠(yuǎn)漸稀的梯度分布擴(kuò)散層，吸附層與擴(kuò)散層所帶電荷相反，共同構(gòu)成雙電層結(jié)構(gòu)。四、微粒分散系的電學(xué)性質(zhì)（一）電泳四、微粒分散系的電學(xué)性質(zhì)65（一）電泳在電場的作用下微粒發(fā)生定向移動——電泳（electronphoresis).微粒在電場作用下移動的速度與其粒徑大小成反比，其他條件相同時，微粒越小，移動越快。（二）微粒的雙電層結(jié)構(gòu)在微粒分散體系的溶液中，微粒表面的離子與靠近表面的反離子構(gòu)成了微粒的吸附層；同時由于擴(kuò)散作用，反離子在微粒周圍呈現(xiàn)距微粒表面越遠(yuǎn)則濃度越稀的梯度分布形成微粒的擴(kuò)散層，吸附層與擴(kuò)散層所帶電荷相反。微粒的吸附層與相鄰的擴(kuò)散層共同構(gòu)成微粒的雙電層結(jié)構(gòu)。三、微粒的電學(xué)性質(zhì)從吸附層表面至反離子電荷為零處的電位差叫動電位，即ζ電位。ζ電位與微粒的物理穩(wěn)定性關(guān)系密切。ζ=σε/r在相同的條件下，微粒越小，ζ電位越高。（一）電泳三、微粒的電學(xué)性質(zhì)從吸附層表面至反離子電荷為零處的66微粒的雙電層結(jié)構(gòu)吸附層：微粒表面→切動面由定位離子+反離子+溶劑分子組成。擴(kuò)散層：切動面→電勢為零由反離子組成。ζ電位：切動面→電勢為零處的電位差，也叫動電位。ζ電位是衡量膠粒帶電荷多少的指標(biāo)。微粒表面切動面吸附層擴(kuò)散層ψ

xζ微粒的雙電層結(jié)構(gòu)吸附層：微粒表面→切動面微粒表面吸附層67斯特恩吸附擴(kuò)散雙電層

雙電層分為吸附層和擴(kuò)散層。吸附層由定位離子和反離子組成。定位離子決定表面電荷符號和表面電勢大小，反離子排列在定位離子附近。反離子中心稱為斯特恩面，從斯特恩面到粒子表面之間為斯特恩層。該層ψ0直線下降到ψd

。斯特恩層外有一切動面，該處電勢即ζ電勢，它是衡量膠粒帶電荷多少的指標(biāo)。當(dāng)一些大的反離子進(jìn)入緊密層，則可能使ψd反號。Stern面切動面斯特恩層ψo(hù)

Ψdζx斯特恩吸附擴(kuò)散雙電層雙電層分68第三節(jié)微粒分散體系的物理穩(wěn)定性微粒分散體系的物理穩(wěn)定性直接關(guān)系到微粒給藥系統(tǒng)的應(yīng)用。在宏觀上，微粒分散體系的物理穩(wěn)定性可表現(xiàn)為微粒粒徑的變化，微粒的絮凝、聚結(jié)、沉降、乳析和分層等等。第三節(jié)微粒分散體系的物理穩(wěn)定性微粒分散體系的物理穩(wěn)定性直69熱力學(xué)穩(wěn)定性微粒分散體系是多相分散體系，存在大量界面，當(dāng)微粒變小時，其表面積A增加，表面自由能的增加△G：

△G=σ△A當(dāng)△A時△G體系穩(wěn)定性為了降低△G微粒聚結(jié)σ△G體系穩(wěn)定性選擇適當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣?、穩(wěn)定劑、增加介質(zhì)粘度等熱力學(xué)穩(wěn)定性微粒分散體系是多相分散體系，存在大量界面，當(dāng)微粒70微粒運動的平均位移Δ可用布朗運動方程表示：對于不良溶劑，聚合物分子在溶液中呈卷曲狀，V2*和V2**值都較大。聚合物沒有吸附于微粒表面時，粒子表面上聚合物的濃度低于體相溶液的濃度，形成負(fù)吸附，使粒子表面上形成一種空缺表面層。dN/dt=-4πDRN2表明聚結(jié)作用是雙分子反應(yīng)，其速率與微粒濃度的平方成正比。③隨分散相微粒直徑的減少，微粒比表面積顯著增大，使微粒具有相對較高的表面自由能，所以它是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，因此，微粒分散體系具有容易絮凝、聚結(jié)、沉降的趨勢。ScanningelectronmicrographyofADM-GMS對于不良溶劑，聚合物分子在溶液中呈卷曲狀，V2*和V2**值都較大。分子之間的VanderWaals作用，涉及偶極子的長程相互作用：G—兩個微粒聚結(jié)的速度常數(shù)；若勢壘為零，則微粒相互接近時必然導(dǎo)致聚結(jié)，稱為快聚結(jié)。當(dāng)一束光線在暗室通過膠粒分散系，在其側(cè)面可看到明顯的乳光，即Tyndall現(xiàn)象。同時由于擴(kuò)散作用，反離子在微粒周圍呈現(xiàn)距微粒表面越遠(yuǎn)則濃度越稀的梯度分布形成微粒的擴(kuò)散層，吸附層與擴(kuò)散層所帶電荷相反。布朗運動使很小的微粒具有了動力學(xué)穩(wěn)定性。一、微粒分散體系的動力學(xué)性質(zhì)由于在微粒相距很近時ΦS趨于無窮大，故在第一極小處的聚沉不大可能發(fā)生，微粒的聚結(jié)多表現(xiàn)為較遠(yuǎn)距離上的絮凝。動力學(xué)穩(wěn)定性主要表現(xiàn)在兩個方面：1.布朗運動提高微粒分散體系的物理穩(wěn)定性2.重力產(chǎn)生的沉降使微粒分散體系的物理穩(wěn)定性下降微粒運動的平均位移Δ可用布朗運動方程表示：動力學(xué)穩(wěn)定性主要表71微粒表面的電學(xué)特性也會影響微粒分散體系的物理穩(wěn)定性。擴(kuò)散雙電層的存在，使微粒表面帶有同種電荷，在一定條件下因互相排斥而穩(wěn)定。雙電層厚度越大，微粒越穩(wěn)定。體系中加入一定量的某種電解質(zhì)，使微粒的物理穩(wěn)定性下降，出現(xiàn)絮凝狀態(tài)。反絮凝過程可使微粒表面的ζ電位升高。一、絮凝與反絮凝微粒表面的電學(xué)特性也會影響微粒分散體系的物理穩(wěn)定性。一、絮凝72二、DLVO理論DLVO理論是關(guān)于微粒穩(wěn)定性的理論。（一）微粒間的VanderWaals吸引能（ΦA(chǔ)）（二）雙電層的排斥作用能（ΦR）（三）微粒間總相互作用能（ΦT）（四）臨界聚沉濃度二、DLVO理論DLVO理論是關(guān)于微粒穩(wěn)定性的理論。（一）微73（一）微粒間的VanderWaals吸引能分子之間的VanderWaals作用，涉及偶極子的長程相互作用：①兩個永久偶極之間的相互作用；②永久偶極與誘導(dǎo)偶極間的相互作用；③誘導(dǎo)偶極之間的色散相互作用。除了少數(shù)的極性分子，色散相互作用在三類作用中占支配地位。此三種相互作用全系負(fù)值，即表現(xiàn)為吸引，其大小與分子間距離的六次方成反比。（一）微粒間的VanderWaals吸引能分子之間的Van74Hamaker假設(shè)：微粒間的相互作用等于組成它們的各分子之間的相互作用的加和。對于兩個彼此平行的平板微粒，得出單位面積上相互作用能ΦA(chǔ)：ΦA(chǔ)=-A/12πD2對于同一物質(zhì)，半徑為a的兩個球形微粒之間的相互作用能為：

ΦA(chǔ)=-Aa/12H

同物質(zhì)微粒間的VanderWaals作用永遠(yuǎn)是相互吸引，介質(zhì)的存在能減弱吸引作用，而且介質(zhì)與微粒的性質(zhì)越接近，微粒間的相互吸引就越弱。（一）微粒間的VanderWaals吸引能Hamaker假設(shè)：微粒間的相互作用等于組成它們的各分子之間75（二）雙電層的排斥作用能當(dāng)微粒接近到它們的雙電層發(fā)生重疊，并改變了雙電層電勢與電荷分布時，才產(chǎn)生排斥作用。微粒的雙電層因重疊而產(chǎn)生排斥作用是DLVO理論的核心。計算雙電層排斥作用的最簡便方法是采用Langmuir的方法。ΦR=64πaη0

kTxr20e-xH（二）雙電層的排斥作用能ΦR=64πaη0kTxr2076微粒分散體系的特殊性能：聚合物分子量的影響以分子量為4000~300000的聚氧乙烯作空缺穩(wěn)定劑，討論其分子量對聚苯乙烯乳膠穩(wěn)定性的影響：①當(dāng)隨分子量增大時，V2*和V2**同時減少。布朗運動是微粒擴(kuò)散的微觀基礎(chǔ)，而擴(kuò)散現(xiàn)象又是布朗運動的宏觀表現(xiàn)。將在第一極小處發(fā)生的聚結(jié)稱為聚沉(coagulation)，將在第二極小處發(fā)生的聚結(jié)叫絮凝(flocculation)。dN/dt=-4πDRN2表明聚結(jié)作用是雙分子反應(yīng)，其速率與微粒濃度的平方成正比。由于在微粒相距很近時ΦS趨于無窮大，故在第一極小處的聚沉不大可能發(fā)生，微粒的聚結(jié)多表現(xiàn)為較遠(yuǎn)距離上的絮凝。反離子中心稱為斯特恩面，從斯特恩面到粒子表面之間為斯特恩層。微粒的雙電層因重疊而產(chǎn)生排斥作用是DLVO理論的核心。關(guān)，因此可以形成明暗不同的影像。②永久偶極與誘導(dǎo)偶極間的相互作用；反離子中心稱為斯特恩面，從斯特恩面到粒子表面之間為斯特恩層。布朗運動提高微粒分散體系的物良好的溶劑與聚合物的相互作用力較大，可以使聚合物分子在溶液中充分伸展開來，它們的混合使體系的自由能減少更多；微粒的物理穩(wěn)定性取決于總勢能曲線上勢壘的大小。將在第一極小處發(fā)生的聚結(jié)稱為聚沉(coagulation)，將在第二極小處發(fā)生的聚結(jié)叫絮凝(flocculation)。微粒間總相互作用能：ΦT=

ΦA(chǔ)+ΦR以ΦT對微粒間距離H作圖，即得總勢能曲線。（三）微粒間總相互作用能ΦT＋－第一級小第二級小h微粒的物理穩(wěn)定性取決于總勢能曲線上勢壘的大小。微粒分散體系的特殊性能：微粒間總相互作用能：ΦT=ΦA(chǔ)+77總勢能曲線上的勢壘的高度隨溶液中電解質(zhì)濃度的加大而降低，當(dāng)電解質(zhì)濃度達(dá)到某一數(shù)值時，勢能曲線的最高點恰好為零，勢壘消失，體系由穩(wěn)定轉(zhuǎn)為聚沉，這就是臨界聚沉狀態(tài)，這時的電解質(zhì)濃度即為該微粒分散體系的聚沉值。將在第一極小處發(fā)生的聚結(jié)稱為聚沉(coagulation)，將在第二極小處發(fā)生的聚結(jié)叫絮凝(flocculation)。（四）臨界聚沉濃度總勢能曲線上的勢壘的高度隨溶液中電解質(zhì)濃度的加大而降低，當(dāng)電78三、空間穩(wěn)定理論微粒表面上吸附的大分子從空間阻礙了微粒相互接近，進(jìn)而阻礙了它們的聚結(jié)，這類穩(wěn)定作用為空間穩(wěn)定作用。一般用高分子作為穩(wěn)定劑。實驗規(guī)律1.分子穩(wěn)定劑的結(jié)構(gòu)特點：高分子應(yīng)于微粒有很強(qiáng)的親和力，同時應(yīng)與溶劑具有良好的親和性。2.高分子的濃度與分子量的影響：通常，分子量越大，高分子在微粒表面上形成的吸附層越厚，穩(wěn)定效果越好。高分子低于臨界分子量時，無保護(hù)作用（敏化作用）。3.溶劑的影響：高分子在良溶劑中鏈段能伸展，吸附層變厚，穩(wěn)定作用增強(qiáng)。在不良溶劑中，高分子的穩(wěn)定作用變差。溫度的改變可改變?nèi)軇Ω叻肿拥男阅堋Ｈ?、空間穩(wěn)定理論微粒表面上吸附的大分子從空間阻礙了微粒相互接791.兩種穩(wěn)定理論三、空間穩(wěn)定理論（二）理論基礎(chǔ)體積限制效應(yīng)理論混合效應(yīng)理論1.兩種穩(wěn)定理論三、空間穩(wěn)定理論（二）理論基礎(chǔ)體積限制效應(yīng)理80由于在微粒相距很近時ΦS趨于無窮大，故在第一極小處的聚沉不大可能發(fā)生，微粒的聚結(jié)多表現(xiàn)為較遠(yuǎn)距離上的絮凝。三、微粒分散系的光學(xué)性質(zhì)使膠體分散體系穩(wěn)定的理論稱為空缺穩(wěn)定理論(thetheoryofdepletionstabilization)，亦稱自由聚合物穩(wěn)定理論。微粒的物理穩(wěn)定性取決于總勢能曲線上勢壘的大小。反離子中心稱為斯特恩面，從斯特恩面到粒子表面之間為斯特恩層。G—兩個微粒聚結(jié)的速度常數(shù)；重力產(chǎn)生的沉降使微粒分散體系的物③誘導(dǎo)偶極之間的色散相互作用。計算雙電層排斥作用的最簡便方法是采用Langmuir的方法。粒徑較大的微粒受重力作用，靜置時會自然沉降，其沉降速度服從Stoke’s定律：將在第一極小處發(fā)生的聚結(jié)稱為聚沉(coagulation)，將在第二極小處發(fā)生的聚結(jié)叫絮凝(flocculation)。對于不良溶劑，聚合物分子在溶液中呈卷曲狀，V2*和V2**值都較大。常用平均粒徑來描述粒子大小。小的粒子優(yōu)先聚結(jié)(相同電解質(zhì)濃度下，小粒子G值小)。ρ1、ρ2-分別為微粒和分散介質(zhì)密度；2.微粒穩(wěn)定性的判斷：ΔGR=ΔHR－TΔSR

若使膠粒穩(wěn)定，則ΔGR>0，有如下三種情況：①ΔHR，ΔSR>0，但ΔHR>TΔSR，焓變起穩(wěn)定作用，熵變則反之，加熱會使體系不穩(wěn)定，容易聚沉：②ΔHR，ΔSR<0，但|ΔHR|<

|TΔSR|，熵起穩(wěn)定作用，加熱時會使體系趨于穩(wěn)定；③ΔHR>0，ΔSR<0，無論是焓變還是熵變均不會對體系不穩(wěn)定產(chǎn)生影響，即微粒穩(wěn)定性不受溫度影響。由于在微粒相距很近時ΦS趨于無窮大，故在第一極小處的聚沉不大813.空間穩(wěn)定效應(yīng)的特點由于空間穩(wěn)定效應(yīng)的存在，微粒間相互作用能ΦT應(yīng)寫成：

ΦT＝ΦR+ΦA(chǔ)+ΦS

式中，ΦR—靜電排斥能；ΦA(chǔ)—吸引能，ΦS—空間穩(wěn)定效應(yīng)產(chǎn)生的排斥能。由于在微粒相距很近時ΦS趨于無窮大，故在第一極小處的聚沉不大可能發(fā)生，微粒的聚結(jié)多表現(xiàn)為較遠(yuǎn)距離上的絮凝。空間穩(wěn)定作用受電解質(zhì)濃度的影響很小，它在水體系及非水體系中均可起作用，能夠使很濃的分散體系穩(wěn)定。3.空間穩(wěn)定效應(yīng)的特點由于空間穩(wěn)定效應(yīng)的存在，微粒間相互作用82四、空缺穩(wěn)定理論聚合物沒有吸附于微粒表面時，粒子表面上聚合物的濃度低于體相溶液的濃度，形成負(fù)吸附，使粒子表面上形成一種空缺表面層。在這種體系中，自由聚合物的濃度不同，大小不同可能使膠體聚沉，也可能使膠體穩(wěn)定。使膠體分散體系穩(wěn)定的理論稱為空缺穩(wěn)定理論(thetheoryofdepletionstabilization)，亦稱自由聚合物穩(wěn)定理論。四、空缺穩(wěn)定理論聚合物沒有吸附于微粒表面時，粒子表面上聚合物83影響空缺穩(wěn)定的因素：隨著聚合物溶液濃度降低，自由能曲線下移，當(dāng)勢壘降低到剛使膠體發(fā)生聚沉?xí)r，相應(yīng)的體積濃度稱為臨界聚沉濃度V2*；增加濃度，自由能曲線上移，當(dāng)勢壘增加到剛使膠體穩(wěn)定時相應(yīng)的體積濃度稱為臨界穩(wěn)定濃度V2**。由于穩(wěn)定是在高濃度區(qū)出現(xiàn)，而聚沉則是在低濃度區(qū)發(fā)生，所以V2**總是大于V2*。V2**值小表示該聚合物的穩(wěn)定能力越強(qiáng)，而V2*值小則表示其聚沉能力越強(qiáng)。影響空缺穩(wěn)定的因素：隨著聚合物溶液濃度降低，自由能曲線下移，841.聚合物分子量的影響以分子量為4000~300000的聚氧乙烯作空缺穩(wěn)定劑，討論其分子量對聚苯乙烯乳膠穩(wěn)定性的影響：①當(dāng)隨分子量增大時，V2*和V2**同時減少。這就是說分子量高的聚合物既是良好聚沉劑，又是良好穩(wěn)定劑；②在任一相同分子量的情況下，V2**值總是大于V2*值，這說明同一聚合物在高濃度下發(fā)生穩(wěn)定作用，而在低濃度下發(fā)生聚沉作用，③而對較高分子量的聚合物來說(比如M>10000時)，V2*M1/2和V2**M1/2均接近一常數(shù)。即V2*和V2**值均與M1/2成反比例。影響空缺穩(wěn)定的因素：1.聚合物分子量的影響以分子量為4000~300