Рассматриваемые вопросы
Фон
Что такое Зета потенциал?
Как Зета Потенциальные измерить?
Зета Потенциал и электролиты
Потенциальные Определение ионов
Зета Потенциал и флокуляции
Изучение дзета-потенциала
Внутривенные жировые эмульсии
Разработка протокола
Проблемы Соотнося стабильность эмульсии с потенциальными Зета
Ориентация на наркотики и систем доставки
Номера для водных систем
Фон
Хотя размер частиц и ее измерение интуитивно знакома частиц технологов, понятие дзета-потенциала менее широко понимать и применять. Это достойно сожаления, так как она по крайней мере, принципиально важно, как размер частиц в определении поведения частиц материалов, особенно тех, с размерами в диапазоне ниже коллоидных микрометра. Дзета-потенциал связан с зарядом на поверхности частицы, и так влияет широкий спектр свойств коллоидных материалов, таких как их стабильности, взаимодействия с электролитов, и подвески реологии.
Что такое Зета потенциал?
Когда частицы погружены в жидкость, спектр процессов вызывает интерфейс стать электрически заряженными. Некоторые из наиболее часто встречающиеся зарядки механизмы включают адсорбции заряженных поверхностно-активных веществ на поверхности частиц (например, в эмульсии стабилизирована ионных ПАВ), потери ионов из твердой кристаллической решетки (галогенид серебра частиц, используемых в фотоэмульсии) и ионизации Поверхность групп (карбоксилат в полимерных микросфер). Эти процессы приводят к производству плотность поверхностного заряда, выражается в кулонах на квадратный метр, что фундаментальной мерой заряда на границе раздела. Заряда не может быть измерена непосредственно, но только через электрическое поле создает вокруг частицы. Таким образом, поверхностный заряд, как правило, характеризуются в терминах напряжения на поверхности частицы, поверхностный потенциал, а не плотность заряда, хотя можно, как правило, рассчитывается от друга. Дзета-потенциала происходит на расстоянии от поверхности, и это будет отличаться от поверхностного потенциала. В простейшем приближении потенциал убывает экспоненциально с увеличением расстояния от поверхности частицы (рис. 1). Как мы увидим, скорость распада зависит от электролита содержание жидкости.
Рисунок 1. Приближение дзета потенциал как функция расстояния от поверхности частиц.
Как Зета Потенциальные измерить?
До сих пор мы не определили дзета-потенциал, и для того, чтобы сделать это, мы должны понимать, основной метод для ее измерения, которая является электрофорез. Для многих этот метод знаком из-за его использование для разделения макромолекул и частиц электрофорез подобное явление. Частиц в их суспендирующей среды находятся в электрическом поле; случае предъявления ему обвинения, они будут дрейфовать в поле, положительные частицы смещается в сторону отрицательного электрода, и отрицательных частиц движется в направлении положительного электрода. Тем не менее, частицы не дрейф сами по себе, они выполняют тонкий слой ионов и растворителя вокруг них. Поверхности, разделяющей стационарной среды от движущейся частицы и ее связанных ионов и растворителя называется поверхностью гидродинамических сдвига и дзета-потенциала является потенциал на этой поверхности. Следовательно дзета-потенциала может быть определено путем измерения скорости дрейфа частиц в электрическом поле известные силы. Рано инструментов для этой цели (ранг микро аппарат электрофореза), используемого ручной наблюдения частиц, процедура, которая была чревата ошибка, а также крайне медленно. К счастью, теперь у нас есть ряд инструментов, которые измеряют скорость использованием доплеровского смещения рассеянного света от движущихся частиц - Малверн Zetasizer серии. Advance методы восстановления сигнала надежно измерить крошечные доплеровский сдвиг из-за движения частиц (всего несколько десятков Гц в 1015 Гц) и автоматически рассчитать распределение дзета-потенциалы в образце. Обычно это значение лежит в пределах + / - 100 мВ для большинства систем погруженным в водной среде.
Рисунок 2. Zetasizer Malvern для измерения дзета-потенциала.
Зета Потенциал и электролиты
Одним из основных видов потенциальных дзета является изучение коллоидно-электролитного взаимодействий. Так как большинство коллоидов, особенно тех, стабилизированных ионных поверхностно-активных веществ, относятся на счет, это не удивительно, что они взаимодействуют с электролитов в сложным образом. Ионы заряда противоположной поверхности (противоионов) притягиваются к нему, а ионы одноименно заряженных (со-ионов) отталкиваются от нее. Следовательно концентрации ионов вблизи поверхности не то же самое, что и в объеме раствора (то есть на большом расстоянии от поверхности), как показано на рисунке 3. Накопление противоионов вблизи поверхности причины зарядов частиц будет показан фильм, тем самым уменьшая потенциальный дзета. Ионы можно удобно разделить на три класса в зависимости от того, как они взаимодействуют с поверхностью:
Рисунок 3. Концентрация ионов вблизи поверхности частиц в растворе.
Безразлично ионов являются те, которые только притягиваются к поверхности в силу их заряда в чисто электростатических образом, процесс, известный как неспецифической адсорбции. Если мы будем измерять потенциал дзета коллоидных в зависимости от концентрации таких ионов, мы находим, что эффект экранирования ионов постепенно уменьшается дзета-потенциала (а не поверхностного потенциала), и это асимптоты к нулю при высоких концентрациях электролита ( Рисунок 4а).
Рисунок 4. Зета потенциал как функцию концентрации электролита для индифферентного электролита (а) и для специально адсорбированных электролита (б).
В частности адсорбированных ионов химически взаимодействовать с поверхностью, например, путем комплексообразования с группами на поверхности. Следовательно, как их концентрация увеличивается, они также экран дзета-потенциала, но и дополнительные химические (в отличие от электростатических) связывание на поверхности причины достаточной адсорбции ионов для первоначального заряда частицы должны быть нейтрализованы, а затем обратным качестве электролита увеличивается концентрация ( Рис 4б). В такой системе мы видим, точка нулевого заряда или PZC на welldefined концентрации электролита, заряд до разворота.
Потенциальные Определение ионов
Потенциально определения ионов (PDI) являются частным случаем специально адсорбированных ионов; этот термин, как правило, зарезервированы для тех, кто участвует в какой бы процесс отвечает за заряд частицы. Например, большинство полимер микросферы заряжается, так как они имеют карбоксильные группы на поверхности; ионизации этих групп приводит к заряд, так что Н + PDI на этой поверхности. Аналогично Ag + и I-являются PDI на частиц йодистого серебра. Различие между специально адсорбированных и потенциальных определения ионов часто нечетки, особенно в тех системах, в которых химии поверхности до конца не изучен.
Зета Потенциал и флокуляции
Основная область применения коллоидных-электролитного явления заключается в понимании стабильность и флокуляции эффектов. Простейшая модель этих явлений вытекает непосредственно из рисунка 4, и известна как ДЛФО (Дерягин-Ландау-Вервея-Овербек) теории. Это просто заявляет, что стабильность коллоида баланс между привлекательным Ван-дер-Ваальса силы и электрического отталкивания из-за поверхностного заряда. Если дзета-потенциала падает ниже определенного уровня, коллоидные будет совокупная из-за силы притяжения. С другой стороны, высокий потенциал дзета поддерживает устойчивую систему. Точка, в которой силы электрического и Ван-дер-Ваальса именно баланс может быть отождествлен с определенной концентрации электролита, известный как критическая концентрация флокуляции или CFC (рис. 5). Безразлично ионов причиной дзета-потенциала постоянно снижаться при высокой концентрации, поэтому мы видим одну ХФУ, и коллоидных агрегатов на всех более высоких концентрациях электролита. В отличие от этого, в частности, адсорбированных ионов причиной заряда разворота, которая может быть достаточно для повторной стабилизации коллоида. В этом случае мы увидим, верхних и нижних ХФУ, с области неустойчивости между ними.
Рисунок 5. Влияние концентрации электролита на флокуляции.
Изучение дзета-потенциала
Вышеизложенного показывает нам, что дзета-потенциал измеряется в той или иной системы зависит от химии поверхности, а также как она взаимодействует с окружающей его средой. Это наиболее важный момент, дзета-потенциала всегда должны быть изучены в четко определенных условиях (в частности рН и ионной силой) или данных не имеет ценности. Вполне бессмысленно говорить о "потенциальной дзета-поверхность", если условия заданы. Для того чтобы проиллюстрировать планирования исследование дзета-потенциала, полезно взять пример из практики на конкретной системе. Мы изучили триглицеридов жировых эмульсий в течение нескольких лет, и эти исследования дают полезную иллюстрацию власти дзета измерения потенциала в понимании коллоидной стабильности в сложных системах.
Внутривенные жировые эмульсии
Триглицеридов эмульсии изделий медицинского назначения, они под эмульсий микрон растительных масел в воде, эмульгированных от фосфолипидов, которые обеспечивают высокий потенциал дзета, и соответственно, длительный срок хранения (2-3 лет). Эмульсий, используются для запитки пациентам внутривенно, которые не могут быть поданы устно (например, из-за желудочно-кишечной хирургии). Такие больные также нуждаются в других питательных веществ, в том числе аминокислот, глюкозы и электролитов. В течение некоторого времени было обычной практикой является сочетание всех этих материалов, в различных пропорциях, в одном смесь жидкости (парентерального питания или ТПН смеси) и влить его в больного, в размере около 3 литров в день . Естественно, в такой смеси, есть широкие возможности для взаимодействия между компонентами, а во многих смесях жировой эмульсии становится неустойчивым, и сливается или образует осадок в течение нескольких дней. В таком состоянии он непригоден для инфузий, и так смесей обычно составляют как раз перед администрацией, с использованием стерильных техник. Понимание стабильность эмульсии в этих системах, было бы полезно в предсказании которые смеси должны быть неустойчивой, и возможно даже в создании стабильных смесей с длительным сроком хранения.
Разработка протокола
Ранние исследования показали, что самой эмульсии, при рН 7 и низкая концентрация электролита, было дзета-потенциала от -40 до-50 мВ, что является достаточным для обеспечения хорошей стабильности и срок годности не менее 2 лет. Этот потенциал был заметно сократилось на электролиты, с одновалентных катионов не безразлично, в то время двухвалентных катионов адсорбированных конкретно PZC 3 мм и значительную степень заряда разворота. Эти ионы все это присутствует в смеси, ТПС, и этим объясняется нестабильность эмульсии в этих системах.
Проблемы Соотнося стабильность эмульсии с потенциальными Зета
Должна быть возможность использовать теорию ДЛФО соотнести стабильность эмульсии в частности смеси с ее дзета-потенциала, к сожалению Есть ряд проблем, связанные с таким измерения. Смеси содержат большую долю фазы (1-5%) эмульсии, и так очень мутной, и должна быть разбавлена до измерения рассеяния света может быть выполнена. Рано работников, которые не понимали характера дзета-потенциала просто разбавленные смеси с дистиллированной водой. Результирующая дзета потенциалов не похож на тех из эмульсии в исходной смеси с доминирующей ионов были сокращены в концентрации на несколько порядков величины! Для того чтобы получить соответствующие дзета-потенциала необходимо для поддержания непрерывного фазового состава при разбавлении. Существуют два подхода к этой проблеме, если состав непрерывной фазы, как известно, он может быть подготовлен без какой-либо компонент эмульсии и использовать в качестве разбавителя. Чаще встречается ситуация такова, что непрерывный фазовый состав является неопределенным, и даже если бы вы знали, что происходило в это, адсорбция дисперсной фазы, возможно, обедненного некоторые компоненты. В этом случае обычный прием заключается в центрифуге дисперсии, чтобы получить чистый образец непрерывной фазой для разбавления.
Вторая проблема с этим измерения чрезвычайно высокой ионной силы (0.2-0,4 М), что приводит к высокой проводимостью и, следовательно, быстрого нагрева образца и большие перепады напряжения ячейки. Рано Zetasizer 2 не могли справиться особенно хорошо с этой проблемой, но в настоящее время Zetasizer диапазон напряжения элемента пульсирующий, который держит средний ток вниз, и реинжиниринг электрофореза ячейки привело к значительному улучшению электрической стабильности. Теперь есть возможность использовать этот инструмент постоянно оценивать дзета потенциалов в этих высоких смесей проводимости, а полученные значения (± 1-5 мВ) хорошо коррелируют с стабильность эмульсии в смеси. Исследования такого типа в настоящее время позволяет нам понять поведение эмульсий в сложных коллоидных систем и обеспечить реальную предсказательной силой для формулирования целей.
Ориентация на наркотики и систем доставки
Эмульсии были также использованы в качестве систем доставки лекарств, а во многих случаях понимание электрофоретических свойств имеет решающее значение в разработке дизайна. Хотя большинство препаратов являются водорастворимыми, все большее число являются поверхностно или даже гидрофобными, и такие материалы могут обеспечить значительные проблемы для обычных методов разработки. Следовательно гидрофобные лекарств-кандидатов, как правило, отправили обратно в химический факультет с пометкой для подготовки водорастворимый аналог! В некоторых случаях это невозможно, например, некоторые натуральные продукты или биотехнологии материалы, или там, где образ действий, связанных с липофильностью, например, анестетики, снотворные, транквилизаторы и. В этих случаях эмульсии доставки все чаще используется. Примеры Диприван ICI, в внутривенным наркозом, и Diazemuls Каби, в успокоительное средство.
Пример проблем, с которыми можно столкнуться при таком подходе показано на рисунке 6, который является дзета-потенциал - рН кривой наркосодержащих эмульсии, флоккулируют при рН 7. Данные этого типа позволяет рациональный выбор рН разработке и эмульгатор максимально дзета-потенциала и, следовательно, стабильность эмульсии.
Рисунок 6. РН по сравнению с дзета-потенциала данных позволяет оптимизировать стабильность эмульсии.
Номера для водных систем
Еще один пример использования дзета-потенциала в понимании подвески устойчивости происходит в суспензии лекарственных средств в аэрозолях используется для доставки лекарственных препаратов при вдыхании, например, бронходилататоров. Микронизированный препарат приостановлено в аэрозоль топлива, так что, когда аэрозоль уволили, частицы препарата распыляется, и можно вдохнуть. Очень важно контролировать размер частиц, контролируя дзета-потенциал, чтобы гарантировать повторяемые дозы для пациента. Проблема в данном случае является то, что это чрезвычайно трудно измерить дзета-потенциалы частиц, взвешенных в неводных средах, как CFC топлива, так как частица подвижности очень малы. Тем не менее, это может быть сделано с надлежащей разработки электрофореза ячейки, а Malvern Instruments такие ячейки для их Zetasizer . Рисунок 7 показывает, дзета-потенциала лактозы (модель твердого дисперсии) в хлороформе (модель неводные среды) в зависимости от концентрации лецитина, ионных поверхностно-активных веществ. Лецитин четко вызывает серьезные изменения в потенциал даже при малых концентрациях; подвеска флоккулируют при отсутствии лецитина, но становится разошлись лецитин концентрациях выше примерно на 10%. Хотя наше понимание электрофореза в неводных систем все еще примитивные, такие исследования позволяют по крайней мере эмпирическое понимание стабильности и адсорбции ПАВ в этих системах.
Рисунок 7. Демонстрация ионных поверхностно-активное вещество может повлиять дзета потенциал.
Источник: "Зета потенциал в фармацевтических препаратов", Приложение Записка инструменты Малверн.
Для получения дополнительной информации на этот источник пожалуйста, посетите Malvern Instruments Ltd (Великобритания) или Malvern Instruments (США) .