藥劑學表面活性劑

1、第十章 表面活性劑,第一節(jié) 概述,一、表面活性劑的概念 表面活性劑(surfactant)是指那些具有很強表面活性、能使液體的表面張力顯著下降的物質。 表面張力：使液體表面分子向內收縮至最小面積的這種力,表面活性劑分子,二、表面活性劑的結構特點,非極性烴鏈,極性基團,非極性烴鏈： 8個碳原子以上烴鏈 極性基團：羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其鹽，也可是羥基、酰胺基、醚鍵等,表面活性劑在溶液的表面層聚集的現(xiàn)象稱為正吸附。 正吸附改變了溶液表面的性質，最外層呈現(xiàn)出碳氫鏈性質，體現(xiàn)出較低的表面張力，進而產(chǎn)生較好的潤濕性、乳化性、起泡性等。 當表面活性劑濃度很低，但降低表面活性張力很顯著，則它的表面活

2、性越強，越容易形成正吸附,三、表面活性劑的吸附性,1.表面活性劑分子在溶液中的正吸附,表面活性劑溶液與固體接觸時，表面活性劑分子可能在固體表面發(fā)生吸附，使固體表面性質發(fā)生改變。 對于極性固體物質在表面活性劑濃度較低時形成單層吸附，當其達到臨界膠束濃度時，轉為雙層吸附。對于非極性固體，一般只發(fā)生單分子層吸附,三、表面活性劑的吸附性,2.表面活性劑在固體表面的吸附,第二節(jié) 表面活性劑的分類,根據(jù)分子組成特點和極性基團的解離性質,離子表面活性劑 非離子表面活性劑,高分子表面活性劑和低分子表面活性劑,陽離子表面活性劑,陰離子表面活性劑,兩性離子表面活性劑,一、離子表面活性劑,起表面活性作用的部分是陰離

3、子。 1、高級脂肪酸鹽： 通式：(RCOO)n-Mn+脂肪酸鹽 分類：一價金屬皂(鉀、鈉皂)；二價或多價皂(鉛、鈣、鋁皂)；有機胺皂(三乙醇胺皂) 性質：具有良好的乳化能力，易被酸及多價鹽破壞，電解質使之鹽析。 應用：具有一定的刺激性，只供外用,一）陰離子表面活性劑,2、硫酸化物： 通式：ROSO3-M+ 分類：硫酸化油(硫酸化蓖麻油稱土耳其紅油)；高級脂肪醇硫酸脂(十二烷基硫酸鈉) 。 性質：可與水混溶，為無刺激的去污劑和潤濕劑；乳化性很強，穩(wěn)定、耐酸、鈣，易與一些高分子陽離子藥物發(fā)生沉淀。 應用：代替肥皂洗滌皮膚；有一定刺激性，主要用于外用軟膏的乳化劑。有時也用于片劑等固體制劑的潤濕劑或增

4、溶劑,一）陰離子表面活性劑,3、磺酸化物： 通式：RSO3-M+ 分類：脂肪族磺酸化物，如二辛玻珀酸脂磺的鈉；烷基芳基磺酸化物，如十二烷基苯磺酸鈉，常用洗滌劑；烷基苯磺酸化物；膽酸鹽，如牛磺膽酸鈉。 性質：水溶性, 耐酸、鈣、鎂鹽性比硫酸化物差, 不易水解。 應用： 用作胃腸脂肪的乳化劑和單脂肪酸甘油酸的增溶劑；較好的洗滌劑,一）陰離子表面活性劑,起作用的是陽離子，亦稱陽性皂。 1.結構：含有一個五價氮原子。 2.特點：水溶性大，在酸性和堿性溶液中較穩(wěn)定具有良好的表面活性和殺菌作用。 3.應用：殺菌；防腐；皮膚、粘膜手術器械的消毒。 4.常用藥物：苯扎氯銨(潔爾滅)；苯扎溴銨 (新潔爾滅,二）

5、陽離子表面活性劑,分子結構上同時具有正負電荷基團的表面活性劑，隨介質的pH可成陽或陰離子型。 常用品種：卵磷脂、氨基酸型和甜菜堿型兩性離子型表面活性劑。 最大優(yōu)點：適用于任何PH溶液，在等電點時也無沉淀。 性質：堿性水溶液中呈陰離子性質，起泡性良好、去污力亦強； 酸性水溶液中呈陽離子性質，殺菌力很強，毒性小,三）兩性離子表面活性劑,在水溶液中不解離。 1.結構組成： 親水基團 (甘油、聚乙二醇、山梨醇)； 親油基團(長鏈脂肪酸、長鏈脂肪醇、烷基或芳基)； 酯鍵、醚健 2.性質： 毒性，溶血作用較小，化學上不解離，不易受電解質，pH值的影響；能與大多數(shù)藥物配伍，應用廣泛（外用、內服、注射,二、非

6、離子表面活性劑,一）脂肪酸甘油酯 主要有脂肪酸單甘油酯和脂肪酸二甘油酯。 性質：不溶于水，在水、熱、酸、堿及酶等作用下易水解成甘油和脂肪酸， HLB34，表面活性弱。 應用：主要用作W/O型輔助乳化劑,常用品種,二）多元醇型 1.蔗糖脂肪酸酯 簡稱蔗糖酯， 是蔗糖和脂肪酸反應生成的一大類化合物。 根據(jù)脂肪酸取代數(shù)不同分為：單酯、二酯、三酯及多酯。 性質：溶于丙二醇、乙醇，但不溶于水和油；在酸、堿及酶等作用下易水解成蔗糖和脂肪酸， HLB513，表面活性弱。 應用：主要用作O/W型乳化劑、分散劑,常用品種,2.脂肪酸山梨坦：司盤類Spans 即脫水山梨醇脂肪酸酯 是山梨糖醇及其單酐和二酐+各種脂

7、肪酸Spans(混合物) 根據(jù)脂肪酸品種數(shù)量不同分為： 應用：HLB1.83.8，因其親油性較強，一般用作水/油乳劑的乳化劑。用于搽劑，軟膏，亦可作為乳劑的輔助乳化劑,二）多元醇型,二）多元醇型,3. 聚山梨酯(polysorbate)：吐溫Tweens 即聚氧乙烯脫水山梨醇脂肪酸酯 脫水山梨醇脂肪酸酯+環(huán)氧乙烷Tweens(親水性化合物)。因也有一次和二次脫水，故為混合物。 脂肪酸品種和數(shù)量不同分為： 應用：親水性大大增加，為水溶性表面活性劑，用作增溶劑、乳化劑、分散劑和潤濕劑,1.聚氧乙烯脂肪酸酯：賣澤類Myrj 系聚乙二醇與長鏈脂肪酸縮合而成的酯。 通式：RCOOCH2(CH2O CH2

8、)nCH2OH 因n不同，產(chǎn)品常用的有： Myri-45 -49 -51 -52 -53 應用：具有較強水溶性，乳化能力強，作增溶劑和油/水型乳化劑。 常用的有polyoxyl 40 stearate(聚氧乙烯40硬脂酸酯,三）聚氧乙烯型,2.聚氧乙烯脂肪醇醚 系聚乙二醇與脂肪醇縮合而成的醚。 通式:RO(CH2O CH2)nH 產(chǎn)品有: 1）芐澤類(Brij)，如Brij-30 和-35分別為不同分子量的聚乙二醇與月桂醇的縮合物，n為10-20時作油/水乳化劑 。 2）西土馬哥(Cetomacrogol)為聚乙二醇與十六醇的縮合物。 3）平平加O(Perogol O)為15單位氧乙烯與油醇的

9、縮合物。 4）埃莫爾弗(Emlphor)為一類聚氧乙烯蓖麻油化合物，由20個單位以上的氧乙烯與油醇縮合而成。 Emlphor易溶于水和醇及多種有機溶劑， HLB1218，具有較強親水性，乳化能力強，作增溶劑和油/水型乳化劑。 如Cremophore EL為聚氧乙烯蓖麻油甘油醚，氧乙烯單位為3540，HLB1214,三）聚氧乙烯型,即泊洛沙姆(poloxamer)，商品名普朗尼克 (Pluronic)。 通式：HO(C2H4O)a-(C3H6O)b-(C2H4O)cH 性質：為淡黃色液體或固體；分子量100014000；HBL0.530；隨聚氧丙烯比例增加，則親油性增強；隨聚氧乙烯比例增加，則親

10、水性增強；具有乳化、潤濕、分散、起泡和消泡等多種優(yōu)良性能，但增溶能力較弱。 特點：對皮膚無刺激和過敏性， 對粘膜刺激性很大，毒性中較小，Poloxamer118 (pluronic68)可作為o/w型乳化劑， 是目前用于靜脈乳劑少數(shù)合成的乳化劑之一，用本品制備的乳劑能耐受熱壓滅菌和低溫冰凍而不改變其物理穩(wěn)定性,四）聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物,第二節(jié) 表面活性劑的基本性質和應用,一）臨界膠束濃度 膠束（micelles)：當溶液內表面活性劑分子數(shù)目不斷增加時，其疏水部分相互吸引，締合在一起，親水部分向著水，幾十個或更多分子締合在一起形成締合的粒子，稱為膠束。 臨界膠束濃度（ critical mi

11、cell concentration, CMC）：表面活性劑分子締合形成膠束的最低濃度,一、表面活性劑膠束,二）膠束的結構,CMC時，溶液表面張力基本達到最低值，而且溶液的多種物理性質如摩爾電導、粘度、滲透壓、密度、光散射等多種物理性質發(fā)生急劇變化。利用這些性質與表面活性劑濃度之間的關系，可推測出表面活性劑的臨界膠束濃度。 溫度、濃度、電解質、pH值等因素對測定結果也會產(chǎn)生影響,三）臨界膠束濃度的測定,二、親水親油平衡值,一）HLB值的概念 親水親油平衡值(hydrophile-lipophile balance，HLB)系表面活性劑分子中親水和親油基團對油或水的綜合親合力，是用來表示表面活性

12、劑的親水親油性強弱的數(shù)值。 數(shù)值范圍：HLB 040，其中非離子表面活性劑HLB 020，即石蠟為0，聚氧乙烯為20,特性與應用： 親油性表面活性劑的HLB低，親水性表面活性劑的HLB高； 親油性或親水性很大的表面活性劑易溶于油或易溶于水； HLB值在36的表面活性劑適合作W/O型乳化劑； HLB值在818的表面活性劑適合作O/W型乳化劑； HLB值在1318的表面活性劑適合作增溶劑； HLB值在79的表面活性劑適合作潤濕劑,親水親油平衡值（HLB,1) 對非離子型表面活性， 可能過經(jīng)驗式求得: 非離子表面活性劑的HLB具有加和性。 HLBab=(HLBaWa+HLBbWb)/(Wa+Wb)

13、(2)理論計算法：如果HLB值是由表面活性劑分子中各種結構基團貢獻的總和，則每個基團對HLB值的貢獻可用數(shù)值表示，此數(shù)值稱為HLB基團數(shù)(group number)。 HLB=(親水基團HLB)+(親油基團HLB)+7,HLB值計算,三、表面活性劑的增溶作用,一）膠束增溶 表面活性劑在水溶液中達到CMC后，一些水不溶性或微溶性物質在膠束溶液中的溶解度可顯著增加，形成透明膠體溶液，這種作用稱為增溶(solubilization)。 一些揮發(fā)油、脂溶性維生素、甾體激素等許多難溶性藥物常借此增溶，形成澄明溶液及提高濃度,一）膠束增溶 膠束增溶體系是熱力學穩(wěn)定體系也是熱力學平衡體系。 在CMC以上，隨

14、著表面活性劑用量的增加，膠束數(shù)量增加，增溶量也相應增加。 當表面活性劑用量為1g時增溶藥物達到飽和的濃度即為最大增溶濃度(maximum additive concentration, MAC)。 表面活性劑CMC及締合數(shù)不同，增溶MAC就不同。CMC越低、締合數(shù)越大，MAC就越高,影響膠束的形成 影響增溶質的溶解 影響表面活性劑的溶解度,三、表面活性劑的增溶作用,二）溫度對增溶的影響,對于離子表面活性劑，溫度上升主要是增加增溶質在膠束中的溶解度以及增加表面活性劑的溶解度,1.krafft點,當溫度升高至某一溫度時，離子表面活性劑在水中的溶解度急劇升高， 該溫度稱為krafft點， 相對應的溶

15、解度即為該離子表面活性劑的臨界膠束濃度(CMC)。 krafft點是離子表面活性劑的特征值， krafft點越高，則CMC越小。 krafft點亦是離子表面活性劑應用溫度的下限，即只有高于krafft點，表面活性劑才能更大地發(fā)揮作用,2.起曇與曇點,對聚氧乙烯型非離子表面活性劑，溫度升高可導致聚氧乙烯鏈與水之間的氫鍵斷裂，當溫度上升到一定程度時，聚氧乙烯鏈可發(fā)生強烈的脫水和收縮，使增溶空間減小，增溶能力下降，表面活劑溶解度急劇下降和析出，溶液出現(xiàn)混濁，此現(xiàn)象稱為起曇，此時溫度稱為曇點(或濁點）。 在聚氧乙烯鏈相同時，碳氫鏈越長，濁點越低；在碳氫鏈長相同時，聚氧乙烯鏈越長則濁點越高,四、表面活性

16、劑的復配,表面活性劑相互間或與其他化合物的配合使用稱為復配。 適當?shù)膹团潴w系在增溶、乳化、起泡等性能方面優(yōu)于單一表面活性劑體系，不適當?shù)呐湮閷⑵茐谋砻婊钚宰饔?一）與中性無機鹽的配伍,在離子表面活性劑溶液中加入可溶性的中性無機鹽，則反離子會產(chǎn)生一定的影響：反離子結合率越高和濃度越高，表面活性劑CMC降低就越顯著，從而增加了膠束數(shù)量，增加烴核總體積，增加了烴類增溶質的增溶量。 由于無機鹽使膠束柵狀層分子間的電斥力減少，分子排列更緊密，減少了極性增溶質的有效增溶空間，故對極性藥物的增溶量降低。 無機鹽對離子表面活性劑的影響較小，但在高濃度時（0.1mol/L）可破壞表面活性劑聚氧乙烯等親水基與水分

17、子的結合，使?jié)狳c降低,脂肪醇與表面活性劑分子形成混合膠束，烴核的體積增大，對碳氫化合物的增溶量增加，一般以碳原子在12以下的脂肪醇有較好效果。 一些多元醇（如果糖、木糖、山梨醇等）也有類似效果。 一些短鏈醇不僅不能與表面活性劑形成混合膠束，還可能破壞膠束的形成，如C1C6的醇等。 極性有機物（如尿素、N-甲基乙酰胺、乙二醇等均升高表面活性劑的臨界膠束濃度,二）有機添加劑,水溶性高分子吸附表面活性劑，減少溶液中游離表面活性劑分子數(shù)量，臨界膠束濃度升高； 水溶性高分子與表面活性劑形成不溶性復合物； 但在含有高分子的溶液中，一旦有膠束形成，其增溶效果卻顯著增加,三）水溶性高分子,1.同系物混合體系

18、二個同系物等量混合體系的表面活性介于兩者之間而更趨于活性較高（即碳鏈更長）的同系物，對CMC較小組分有根大的影響。 混合體系的CMC與各組分摩爾分數(shù)不呈線性關系，也不等于簡單加和平均值,四）表面活性劑混合體系,2.非離子型表面活性劑與離子型表面活性劑混合體系 兩者更容易形成混合膠束，CMC介于兩種表面活性劑CMC之間或低于其中任一表面活性劑的CMC。 對于陰離子型表面活性劑與聚氧乙烯型非離子表面活性劑混合體系，當聚氧乙烯數(shù)增加時，可能發(fā)生更強的協(xié)同作用，但電解質可使協(xié)同作用減弱,四）表面活性劑混合體系,3.陽離子型表面活性劑與陰離子型表面活性劑混合體系 表面活性劑混合物的增效程度與兩者混合比例

19、有關及碳氫鏈長度有關，碳氫鏈長度越接近以及碳氫鏈越長，增溶作用也越強。 帶有相反電荷的離子型表面活性劑的適當配伍可形成具有很高表面活性的分子復合物，對潤濕、增溶、起泡、殺菌等均有增效作用。 如混合比例不當、混合方法不適，可導致溶解度很小的離子化合物從溶液中沉淀,四）表面活性劑混合體系,五、表面活性劑增溶作用的應用,1.增溶相圖 增溶體系是溶劑、增溶劑和增溶質組成的三元體系，三元體系的最佳比例常通過實驗制作三元相圖來確定。 制作三元相圖：按一組比例取增溶劑和增溶質混勻，分別滴加蒸餾水，計算各混濁點處三組分的重量或體積百分數(shù)，并繪入三角坐標圖中,2.解離性藥物的增溶 當解離藥物與帶有相反電荷的表面

20、活性劑混合時，在不同配比下可能出現(xiàn)增溶、形成可溶性復合物和不溶性復合物等復雜情況。 解離藥物與非離子表面活性劑的配伍很少形成不溶性復合物，但pH值可明顯影響藥物的增溶量。對于弱酸性藥物而言，在偏酸性環(huán)境中有較大程度的增溶；對于弱堿性藥物，則在偏堿性條件下有更多的增溶；作為兩性離子則在等電點時有最大增溶量,3.多組分增溶質的增溶 制劑中有多組分存在時，對主藥的增溶效果取決于各組分與表面活性劑的相互作用,多種組分與主藥競爭同一增溶位置,某一組分吸附或結合表面活性劑分子,增溶量減少,某些組分也可擴大膠束體積,主藥的增溶量增加,4.抑菌劑的增溶 抑菌劑或其他抗菌藥物在表面活性劑溶液中易被增溶而降低活性，需增加用量才能達到原來相同的抑菌效果。 5.表面活性劑溶液的化學穩(wěn)定性 藥物增溶后的穩(wěn)定性可能與膠束表面性質、結構和膠束締合體的反應性、藥物本身的降解途徑、環(huán)境的pH值、離子強度等多種因素有關,6.增溶劑加入的順序 在實際增溶時，增溶劑的增溶能力可因組分的加入順序不同出現(xiàn)差別。 通常將增溶質與增溶劑先行混合要比增溶劑與水混合的效果好。如果在使用中無需稀釋，則用二元相圖選擇配比較好。 在增溶藥物時，達到增溶平衡時往往需要較長的時間,六、表面活性劑的其他應用,表面活性劑除了增溶外，還常用做乳化劑、潤濕劑和助懸劑、起泡劑和消泡劑、去污劑、消毒劑或殺菌劑等。 1.起泡劑和消泡劑 起泡劑通常具有