藥劑學(xué)-流變學(xué)基礎(chǔ)復(fù)習(xí)指南

1、第七章 流變學(xué)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)要點(diǎn)一、概述（一）流變學(xué)1. 定義：流變學(xué)（rheology）是研究物質(zhì)變形和流動(dòng)的科學(xué)。變形是固體的固有性質(zhì)，流動(dòng)是液體的固有性質(zhì)。2.研究對(duì)象：(1) 具有固體和液體兩方面性質(zhì)的物質(zhì)。(2) 乳劑、混懸劑、軟膏、硬膏、粉體等。（二）變形與流動(dòng)1. 變形是指對(duì)某一物體施加外力時(shí)，其內(nèi)部各部分的形狀和體積發(fā)生變化的過程。2. 應(yīng)力是指對(duì)固體施加外力，則固體內(nèi)部存在一種與外力相對(duì)抗而使固體保持原狀的單位面積上的力。3. 流動(dòng)：對(duì)液體施加外力，液體發(fā)生變形，即流動(dòng)。 （三）彈性與黏性1. 彈性是指物體在外力的作用下發(fā)生變形，當(dāng)解除外力后恢復(fù)原來狀態(tài)的性質(zhì)。可逆性變形-彈性變形

2、。不可逆變形-塑性變形2. 黏性是流體在外力的作用下質(zhì)點(diǎn)間相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的阻力。3. 剪切應(yīng)力（S）：單位液層面積上所施加的使各液層發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的外力，。4. 剪切速度（D）：液體流動(dòng)時(shí)各層之間形成的速度梯度，。5. 黏度：，面積為1cm2時(shí)兩液層間的內(nèi)摩擦力，單位Pa·s，。（四）黏彈性1. 黏彈性是指物體具有黏性和彈性的雙重特征，具有這樣性質(zhì)的物體稱為黏彈體。2. 應(yīng)力松弛是指試樣瞬時(shí)變形后，在不變形的情況下，試樣內(nèi)部的應(yīng)力隨時(shí)間而減小的過程，即，外形不變，內(nèi)應(yīng)力發(fā)生變化。3. 蠕變是指把一定大小的應(yīng)力施加于黏彈體時(shí)，物體的形變隨時(shí)間而逐漸增加的現(xiàn)象，即，應(yīng)力不變，外形發(fā)生變化。

3、二、流體的基本性質(zhì)A：牛頓流動(dòng)B：塑性流動(dòng)C：假黏性流體D：脹性流動(dòng)E：假塑性流體，表現(xiàn)觸變性圖7-1 各種類型的液體流動(dòng)曲線（一）牛頓流體： 1. 特征(1) 剪切速度與剪切應(yīng)力成正比，S=F/A=D或。(2) 黏度：在一定溫度下為常數(shù)，不隨剪切速度的變化而變化。 2. 應(yīng)用純液體、低分子溶液或高分子稀溶液。（二）非牛頓流體1. 特征：(1) 剪切應(yīng)力與剪切速度的關(guān)系不符合牛頓定律。(2) 黏度不是一個(gè)常數(shù)，隨剪切速率的變化而變化。2. 類型：塑性流體、假塑性流體、脹性流體、假黏性流體。(1) 塑性流體1) 定義：當(dāng)作用在物體上的剪切應(yīng)力大于某一值時(shí)物體開始流動(dòng)，否則物體保持即時(shí)形狀并不會(huì)流

4、動(dòng)的流體。使物體開始流動(dòng)時(shí)的最小剪切應(yīng)力稱為屈服應(yīng)力，S0。2) 特征當(dāng)SS0時(shí)，流體不流動(dòng)；當(dāng)SS0時(shí)，液體開始流動(dòng)，且剪切應(yīng)力與剪切速度呈直線關(guān)系。3) 應(yīng)用高濃度的乳劑、混懸劑、單糖漿等。4) 原理靜止時(shí)粒子聚集形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；SS0 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被破壞，開始流動(dòng)。 (2) 假塑性流體 1) 定義：當(dāng)作用在物體上的剪切應(yīng)力大于某一值時(shí)物體開始流動(dòng)，表觀黏度隨著剪切應(yīng)力的增大而減小的流體。這種流動(dòng)行為也稱剪切稀化流動(dòng)。2) 特點(diǎn)：a. 有屈服值S0；b. 剪切速率或剪切應(yīng)力增加，表觀黏度減小。3) 應(yīng)用：含有長鏈大分子聚合物或形成不規(guī)則顆粒的分散體系。如甲基纖維素、羧甲基纖維素、大多數(shù)高分子溶液

5、等。 4) 原理：靜止時(shí)長鏈大分子或不規(guī)則顆粒取向各異，互相纏繞表觀黏度較大；剪切應(yīng)力作用下分子或顆粒定向，流動(dòng)阻力減小表觀黏度降低。(3) 脹性流體1) 定義：表觀黏度隨著剪切應(yīng)力的增大而增加的流體。這種流動(dòng)行為也稱為剪切增稠流動(dòng)。2) 特點(diǎn)：a. 無屈服值，流動(dòng)曲線經(jīng)過原點(diǎn)；b. 剪切速率或剪切應(yīng)力增加，表觀黏度增大。3) 應(yīng)用：含有大量固體微粒的高濃度混懸劑如50%淀粉混懸劑、糊劑等。4) 原理：粒子處于緊密充填狀態(tài)，水充滿致密排列的粒子間隙；剪切應(yīng)力較低時(shí)粒子排列不發(fā)生紊亂，表現(xiàn)為較好的流動(dòng)性；剪切應(yīng)力較高時(shí)粒子排列被攪亂，形成多孔隙的疏松排列構(gòu)造，水分滲出，粒子間摩擦力增加，黏度增加

6、。(4) 假黏性流體1) 特點(diǎn)：a. 無屈服值，流動(dòng)曲線經(jīng)過原點(diǎn)；b. 剪切速度或剪切應(yīng)力增大，表觀黏度減小。2) 應(yīng)用：1%西黃蓍膠、海藻酸鈉、羧甲基纖維素、甲基纖維素的溶液。表7-1 各種類型流體特點(diǎn)比較及應(yīng)用名稱特征是否存在S0曲線是否過原點(diǎn)應(yīng)用牛頓流體T不變，不變否是純液體、低分子溶液或高分子稀溶液等塑性流體S、D，是否高濃度的乳劑、混懸劑、單糖漿等假塑性流體S、D，是否甲基纖維素、羧甲基纖維素、大多數(shù)高分子溶液等脹性流體S、D，否是50%淀粉混懸劑、糊劑等假黏性流體S、D，否是1%西黃蓍膠、海藻酸鈉、羧甲基纖維素、甲基纖維素的溶液等（三）觸變性1. 定義觸變性（thixotropy）

7、是指在一定溫度下，非牛頓流體在恒定剪切力（振動(dòng)、攪拌、搖動(dòng)）等作用下，黏度減小，流動(dòng)性增大，當(dāng)外界剪切力停止或減小時(shí)，體系黏度隨時(shí)間延長而恢復(fù)原狀的一種性質(zhì)。2. 原理流體結(jié)構(gòu)可逆轉(zhuǎn)變：凝膠溶膠凝膠。剪切應(yīng)力增加粒子間結(jié)構(gòu)破壞黏性減小剪切應(yīng)力撤除粒子間結(jié)構(gòu)恢復(fù)黏性恢復(fù)（恢復(fù)時(shí)滯形成滯后環(huán)）3. 影響因素(1) 質(zhì)點(diǎn)的形狀：針狀或片狀質(zhì)點(diǎn)比球狀質(zhì)點(diǎn)易于表現(xiàn)出觸變性，較細(xì)的質(zhì)點(diǎn)、形狀越不對(duì)稱越易呈現(xiàn)觸變性。(2) 其他：pH、溫度、聚合物濃度、聚合物的聯(lián)合應(yīng)用、聚合物結(jié)構(gòu)的修飾、離子的加入、其他輔料的加入。 三、流變性測(cè)定法（一）黏度黏度是重要的流變學(xué)特性。1. 黏度的表示方法絕對(duì)黏度、運(yùn)動(dòng)黏度、

8、相對(duì)黏度、增比黏度、比濃黏度、特性黏度等。2. 影響?zhàn)ざ鹊囊蛩販囟?、壓力、分散相、分散介質(zhì)。（二）黏度計(jì)1. 毛細(xì)管黏度計(jì)-牛頓流體(1) 原理：基于相對(duì)測(cè)定法的原理而設(shè)計(jì)，即依據(jù)液體在毛細(xì)管中的流出速度來測(cè)量液體的黏度。，、0-供試液和標(biāo)準(zhǔn)液的黏度，、0-供試液和標(biāo)準(zhǔn)液的密度，t、t0-供試液和標(biāo)準(zhǔn)液在毛細(xì)管中流動(dòng)時(shí)的通過時(shí)間。(2) 類型：平氏黏度計(jì)、烏氏黏度計(jì)。(3) 測(cè)定方法：標(biāo)準(zhǔn)液黏度和兩液體的密度已知，只需分別測(cè)出一定量的兩種液體通過毛細(xì)管的時(shí)間，就可以求算出供試液的黏度。2. 落球黏度計(jì)-牛頓流體(1) 原理：Stokes定律。，其中d-球直徑，D-管直徑，-液體密度，0-球密度

9、，L-落下距離，t-落下時(shí)間，g-重力加速度。(2) 類型：Hoeppler落球黏度計(jì)。(3) 測(cè)定方法：含有一定溫度實(shí)驗(yàn)液的垂直玻璃管內(nèi)，使具有一定密度和直徑的玻璃制或鋼制的圓球自由落下，通過測(cè)定球落下時(shí)的速度，可以得到試驗(yàn)液的黏度。3. 旋轉(zhuǎn)式黏度計(jì)-非牛頓流體(1) 原理：根據(jù)在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中作用于液體介質(zhì)中的剪切應(yīng)力大小測(cè)定黏度。(2) 類型：同心雙筒式黏度計(jì)、錐板式黏度計(jì)、平行板式黏度計(jì)（三）制劑流變性的評(píng)價(jià)方法針入度儀主要用于測(cè)定軟膏等半固體制劑的稠度平板伸展儀主要用于測(cè)定軟膏等半固體制劑的延展性四、流變學(xué)在藥劑學(xué)中的應(yīng)用（一）藥物制劑的流變性質(zhì)1. 穩(wěn)定性：增加連續(xù)相的黏度并使其具有

10、一定的屈服值，可提高乳劑、混懸劑的穩(wěn)定性。2. 可擠出性：開蓋時(shí)，不自動(dòng)流出；擠出時(shí)，可緩慢流出；停止時(shí)，不再流出。3. 涂展性：施加力時(shí)，藥品容易涂布；停止給力時(shí)，藥物黏附皮膚。4. 通針性：通過針頭時(shí)，結(jié)構(gòu)破壞，黏度降低；注射入皮下時(shí)，結(jié)構(gòu)重組，黏性增加。5. 滯留性：制劑形式，黏度較低，便于給藥；給藥部位，黏度增加，利于滯留。常采用觸變性的原位凝膠系統(tǒng)，用于眼部給藥等。6. 控釋型：觸變性體系中，水分的滲入會(huì)影響溶膠-凝膠體系基質(zhì)的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響藥物的釋放速率。（二）藥物制劑的流變性質(zhì)對(duì)生產(chǎn)工藝的影響1. 工藝過程放大牛頓流體型液體制劑（如溶液劑、溶液型注射劑等）較容易完成由小試放大至規(guī)

11、模生產(chǎn)，而非牛頓流體制劑（如乳劑、混懸劑、軟膏劑等）生產(chǎn)工藝放大有一定難度。2. 混合作用如果產(chǎn)品特性與剪切應(yīng)力和時(shí)間有關(guān)，同時(shí)剪切后復(fù)原需要時(shí)間，工藝過程中使用的各種設(shè)備（如混合罐、泵和均質(zhì)機(jī)等）施加機(jī)械功（即剪切作用）的強(qiáng)度和經(jīng)歷時(shí)間的任何改變都會(huì)引起最終產(chǎn)品黏度的明顯改變。精選習(xí)題一、 名詞解釋1. 流變學(xué) 2. 剪切速度 剪切應(yīng)力3. 塑性流體 假塑性流體 脹性流體 4. 觸變性 5. 黏彈性二、填空題1. 物體在外力作用下發(fā)生變形，當(dāng)解除外力后恢復(fù)原來狀態(tài)的可逆性變形稱為 ，而非可逆變形則稱為 。2. 非牛頓流體中，存在屈服值的流體有 、 。3. 影響體系觸變性的因素包括 、 、 、

12、 、 、 、 。4. 軟膏、栓劑等半固體制劑的流變性質(zhì)測(cè)定儀器有 、 。三、單項(xiàng)選擇題1. 以下哪種液體屬于牛頓流體：A. 硫磺洗劑 B. 魚肝油乳劑 C. 甘油 D. 高分子溶液2. 下列流體的流動(dòng)曲線中，屬于塑性流體的是：SDA. SD B. SD C. SD D.3. 脹性流體的流動(dòng)公式是A. B. C. (n>1) D. (n<1)四、多項(xiàng)選擇題1. 關(guān)于制劑流變性的描述正確的是A. 乳劑隨著分散相體積比增加，系統(tǒng)流動(dòng)性下降，轉(zhuǎn)變成假塑性或塑性流動(dòng)B. 乳劑中乳化劑濃度越高，制劑的黏度越大，流動(dòng)性越差C. 混懸劑應(yīng)選用牛頓流體或假塑性流體，不應(yīng)選用塑性流體D. 混懸劑應(yīng)在振

13、搖、倒出及鋪展時(shí)能自由流動(dòng)E. 屈服值越小的軟膏，越難涂抹2. 非牛頓流體的流動(dòng)曲線類型包括A. 塑性流動(dòng) B. 假塑性流動(dòng) C. 層流 D. 亂流 E. 脹性流動(dòng)3. 測(cè)定牛頓流體的黏度常用的儀器為A. 毛細(xì)管黏度計(jì) B. 落球黏度計(jì) C. 雙重圓筒型黏度計(jì)D. 圓錐平板型黏度計(jì) E. 平行圓板型黏度計(jì)4. 測(cè)定半固體制劑的流變性質(zhì)，主要采用A. 平氏黏度計(jì) B. 烏氏黏度計(jì) C. Hoppler黏度計(jì)D. penetrometer E. spread meter五、問答題1. 什么是牛頓流體？什么是非牛頓流體？有何特征？ 2. 試總結(jié)流變學(xué)在液體及半固體制劑領(lǐng)域的應(yīng)用。參考答案一、 名詞解

14、釋1. 流變學(xué)：研究物質(zhì)變形和流動(dòng)的科學(xué)。2. 剪切速度：液體流動(dòng)時(shí)各層之間形成的速度梯度。剪切應(yīng)力：單位液層面積上所施加的使各液層發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的外力。3. 塑性流體：當(dāng)作用在物體上的剪切應(yīng)力大于某一值時(shí)物體開始流動(dòng)，否則物體保持即時(shí)形狀并不會(huì)流動(dòng)的流體。假塑性流體：當(dāng)作用在物體上的剪切應(yīng)力大于某一值時(shí)物體開始流動(dòng)，表觀黏度隨著剪切應(yīng)力的增大而減小的流體。脹性流體：表觀黏度隨著剪切應(yīng)力的增大而增加的流體4. 觸變性：指在一定溫度下，非牛頓流體在恒定剪切力（振動(dòng)、攪拌、搖動(dòng)）等作用下，黏度減小，流動(dòng)性增大，當(dāng)外界剪切力停止或減小時(shí)，體系黏度隨時(shí)間延長而恢復(fù)原狀的一種性質(zhì)。5. 黏彈性：指物體具有

15、黏性和彈性的雙重特征。二、填空1. 彈性變形、塑性變形2. 塑性流體、假塑性流體3. 質(zhì)點(diǎn)形狀、pH、溫度、聚合物濃度、聚合物的聯(lián)合應(yīng)用、聚合物結(jié)構(gòu)修飾、離子的加入4. 針入度儀、平板伸展儀三、單項(xiàng)選擇題1. C 2. C 3. D四、多項(xiàng)選擇題1. ABD 2. ABE 3. AB 4. DE五、問答題1. 答：牛頓流體：符合牛頓黏性定律，在一定溫度下，液體在層流條件下的剪切應(yīng)力與剪切速率成正比。黏度為定值，不隨剪切應(yīng)力的變化而變化。其流變曲線為一通過原點(diǎn)的直線。非牛頓流體：流體的剪切應(yīng)力與剪切速率不符合牛頓黏性定律，它的黏度不是一個(gè)常數(shù)，隨剪切速度的變化而變化。非牛頓流體根據(jù)流動(dòng)特性可分為

16、塑性流體、假塑性流體、脹性流體和假黏性流體。2. 流變學(xué)在制劑中的重要意義在于其可對(duì)乳劑、混懸劑、半固體制劑等的制劑設(shè)計(jì)、處方組成及制備、質(zhì)量控制等進(jìn)行評(píng)價(jià)?；鞈覄┰谫A藏過程中保持較高的黏度，而振搖、倒出、鋪展時(shí)能自由流動(dòng)是理想混懸劑的重要性質(zhì)。混懸劑基質(zhì)是實(shí)現(xiàn)此狀態(tài)的重要條件，常用的助懸劑如西黃蓍膠、海藻酸鈉、羧甲基纖維素鈉等都符合假塑性流體或假黏性流體的一些特征，且具有一定的觸變性，使其在靜置的狀態(tài)下形成凝膠，而經(jīng)振搖后轉(zhuǎn)變?yōu)橐籂?，流?dòng)性增加。 乳劑的流動(dòng)性對(duì)制劑的質(zhì)量非常重要。處方中的分散相、連續(xù)相及乳化劑直接影響制劑的黏度。其分散相的相體積比、粒度分布、內(nèi)相固有黏度、乳化劑的濃度等均是影響乳劑黏度的主要因素。優(yōu)良的乳劑應(yīng)該在靜止的時(shí)候保持較高的黏度，