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1、1,第三章 表面活性剂,一、概念界面：物体相之间的交界面称为界面；表面：固体或液体与气体之间的界面通常称为表面；液-气、液-液、固-液、气-固界面存在一定的界面张力或表面张力；,第一节 表面活性剂,3,表面张力：使液体表面分子向内收缩至最小面积的一种力。表面活性：使液体表面张力降低的性质。表面活性剂(surfactant)：能使液体的表面张力显著下降的物质。如肥皂水溶液。,分子结构：两亲分子亲水基hydrophilic group憎水基hydrophobic group,能显著降低水的表面张力的物质为表面活性剂Surface Active Material,表面活性剂-概念,非表面活性剂无机盐
2、，蔗糖，甘露醇,非表面活性剂醇，醛，酸，酯,表面活性剂,肥皂浓度在0.2%时表面张力降至40,5,结构特征：两亲性，一端为亲油的非极性烃链，C数大于8；另外一端为亲水的极性基团，羧酸，磺酸，氨基或胺基及它们的盐。,CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2OSO3-1 Na+1,6,表面活性剂在溶液中的正吸附,表面活性剂分子结构含有亲水基团和亲油基团，当被溶于水中时，在低浓度时几乎集中于液体表面形成单分子层，其亲水基团插入水中，亲油基团向空中。表面活性剂在溶液表面层聚集的现象称为正吸附。,表面活性剂在溶液中的正吸附,表面活性剂的作用原理,降低溶液表面张力的原理？,
3、分子间存在着一种较弱作用力，叫分子间力。分子间力源于分子的极性。表面张力是分子力的一种表现。它发生在液体和气体接触时的边界部分。极性大分子间力大表面张力大表面活性剂：非极性部分代替了表面层液体分子（如水分子）表面层分子极性显著降低分子间力减小表面张力降低,通常，由于环境不同，处于界面的分子与处于相本体内的分子所受力是不同的。在水内部的一个水分子受到周围水分子的作用力的合力为0，但在表面的一个水分子却不如此。因上层空间气相分子对它的吸引力小于内部液相分子对它的吸引力，所以该分子所受合力不等于零，其合力方向垂直指向液体内部，结果导致液体表面具有自动缩小的趋势，这种收缩力称为表面张力。,图解表面张力
4、,12,三、表面活性剂的种类,根据极性基团的解离性质进行分类：离子型表面活性剂(阴离子型活性剂；阳离子型活性剂，两性离子型)；非离子型表面活性剂。混合型的,13,根据分子量大小进行分类：低分子表面活性剂；高分子表面活性剂如海藻酸钠、聚乙烯醇(PVA)、聚维酮(PVP)、聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物(Poloxamer，Pluronic)等 高分子表面活性剂降低表面张力的能力较小，增溶能力和渗透力弱，乳化能力较强。,14,(一)阴离子型表面活性剂,起表面活性作用部分是阴离子，即带负电荷。1、肥皂类 通式：(RCOO)n-Mn+脂肪酸盐。分类：一价金属皂(钾、钠皂)；二价或多价皂(铅、钙、铝皂)；有机
5、胺皂(三乙醇胺皂)。性质：具有良好的乳化能力，易被酸及多价盐破坏，电解质使之盐析。应用：具有一定的刺激性，只供外用。,一 离子表面活性剂,15,2、硫酸化物 通式：ROSO3-M+硫酸化油，高级脂肪醇硫酸脂类。分类：硫酸化油(硫酸化蓖麻油称土耳其红油)；硫酸化脂肪醇脂(十二烷基硫酸钠，SDS，SLS)。性质：可与水混溶，为无刺激的去污剂和润湿剂；乳化性很强，稳定、耐酸、钙，易与一些大分子阳离子药物发生沉淀。应用：代替配皂洗涤皮肤；有一定刺激性，用于外用软膏的乳化剂。,16,3、磺酸化物 通式：RSO3-M+分类：脂肪族磺酸化物，如二辛琥珀酸脂磺酸钠；烷基芳基磺酸化物，如十二烷基苯磺酸钠，常用洗
6、涤剂；烷基苯磺酸化物；胆酸盐，如牛磺胆酸钠。性质：水溶性,耐酸、钙、镁盐性比硫酸化物差,不易水解。应用：用作胃肠脂肪的乳化剂和单脂肪酸甘油酸的增溶剂；较好的洗涤剂。,17,(二)阳离子型表面活性剂,起作用的是阳离子称阳性皂。1、结构：含有一个五价氮原子。2、特点：良好的表面活性，很强的杀菌作用。3、应用：杀菌、防腐、皮肤、粘膜手术器械的消毒。4、常用品种：苯扎氯铵(洁尔灭)：常用浓度0.01-0.02%杀菌力强稳定可降低溶液的表面张力。苯扎溴铵(新洁尔灭),18,(三)两性离子型表面活性剂,分子上同时具有正负电荷的表面活性剂，随介质的pH可成阳或阴离子型。分类及常用品种卵磷脂：天然的，注射用乳
7、剂和脂质体的主要辅料。氨基酸型和甜菜碱型两性离子型表面活性剂：合成的。,19,最大优点：适用于任何pH溶液，在等电点时也无沉淀。性质：碱性水溶液中呈阴离子性质，起泡性良好、去污力亦强；酸性水溶液中呈阳离子性质，杀菌力很强，毒性小。,20,二 非离子型表面活性剂,在水溶液中不是解离状态故称之。1、结构组成：亲水基团(甘油、聚乙二醇、山梨醇)；亲油基团(长链脂肪酸、长链脂肪醇、烷基或芳基)；酯键、醚健。2、性质：毒性、溶血作用较小，化学上不解离，不易受电解质、pH值的影响；能与大多数药物配伍，应用广泛(外用、内服、个别可注射)。3、亲水亲油平衡值：HLB小，亲脂性强。,脂肪酸甘油酯脂肪酸山梨坦（司
8、盘、Span）聚山梨酯（吐温、Tween)聚氧乙烯脂肪酸酯（卖泽、Myrij）聚氧乙烯脂肪醇醚（苄泽、Brij）聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物（泊洛沙姆、Poloxamer）商品 名为普朗尼克（Pluronic）,4非离子表面活性剂,主要用作W/O型辅助乳化剂,HLB值：1.88.6 W/O型乳化剂,HLB值：8增溶剂、润湿剂、O/W型乳化剂,HLB值较高，作增溶剂、O/W型乳化剂,Poloxamer188系O/W型乳化剂，可用于静脉乳剂,22,脂肪酸山梨坦：司盘类Span，即脱水山梨醇脂肪酸酯山梨糖醇及其单酐和二酐+各种脂肪酸Spans(混合物)根据脂肪酸品种数量不同分为：应用：HLB 1.83.
9、8，因其亲油性较强，一般用作W/O乳剂的乳化剂。用于搽剂，软膏，亦可作为乳剂的辅助乳化剂。酸碱酶的作用下易水解。,23,聚山梨酯(polysorbate)：吐温Tweens：即聚氧乙烯脱水山梨醇脂肪酸酯脱水山梨醇脂肪酸酯+环氧乙烷Tweens(亲水性化合物),有一次和二次脱水，故为混合物。脂肪酸品种和数量不同分为：应用：亲水性大大增加，一般用作O/W乳剂的乳化剂，用作增溶剂、分散剂和润湿剂。HLB值:8-16.吐温类由于聚氧乙烯基的存在易与尼泊金、洁尔灭、苯甲酸等防腐剂络合而失活。酸碱酶的作用下易水解。,24,25,第二节 表面活性剂的基本特性,一、胶束(micelles)溶液的表面正吸附达到
10、饱和后，当溶液内表面活性剂分子数目不断增加时，分子转入溶液中，其疏水部分相互吸引，缔合在一起。表面活性剂分子自身依靠范德华力相互聚集，形成亲油基向内，亲水基向外，在水相中温度分散，大小在胶体粒子范围的缔合体，称为胶束。,临界胶束浓度(critical micell concentration，CMC)：表面活性剂形成胶束的最低浓度。CMC与物质的结构、组成有关。亲水基相同，亲油基越大，CMC越小。,26,临界胶束浓度(critical micelle concentration),表面活性剂浓度变大,C CMC分子在溶液表面定向排列，表面张力迅速降低,C CMC溶液表面定向排列已经饱和，表面张
11、力达到最小值。开始形成小胶束,C CMC溶液中的分子的憎水基相互吸引，分子自发聚集，形成球状、层状胶束，将憎水基埋在胶束内部,28,胶体溶液的性质,胶束的结构球形：碳氢链无序缠绕形成疏水内核，与亲水基相邻的次甲基整齐排列形成栅状层，亲水基分布在球状胶束表面发生一定程度的水合作用。对离子型表面活性剂，其反离子吸附在胶束表面。棒形：表面活性剂浓度继续增加的结果，具有一定柔顺性。六角束状：浓度再增加。层状：浓度再大，呈液晶状。,31,胶束的结构,33,二、亲水亲油平衡值HLB,(一)定义：HLB(hydrophile-lipophile balance)系表面活性剂中亲水和亲油基团对油或水的综合亲合
12、力，是用来表示表面活性剂的亲水亲油性强弱的数值。(二)数值范围：HLB 040，其中非离子表面活性剂HLB020，即石蜡为0，聚氧乙烯为20，十二烷基硫酸钠为40。,34,35,三 特性与应用亲水性表面活性剂的HLB高；亲油性表面活性剂的HLB低，HLB值在36的表面活性剂适合作W/O型乳化剂；HLB值在818的表面活性剂适合作O/W型乳化剂；HLB值在1318的表面活性剂适合作增溶剂；HLB值在79(11)的表面活性剂适合作润湿剂。,36,37,四 HLB值计算非离子表面活性剂的HLB具有加和性。(1)对非离子型表面活性，可能过经验式求得:HLBab=(HLBaWa+HLBbWb)/(Wa+
13、Wb)(2)理论计算法：如果HLB值是由表面活性剂分子中各种结构基团贡献的总和，则每个基团对HLB值的贡献可用数值表示，此数值称为HLB基团数(group number)。HLB=(亲水基团HLB)-(亲油基团HLB)+7,今测知花生油所须HLB值为9.8，拟用司盘60（HLB值=4.7）与吐温60（HLB值=14.9）作乳化剂，总用量为2.2%，计算配制100ml花生油乳需两种乳化剂各多少？,39,40,五 表面活性剂的增溶作用1、胶束增溶表面活性剂在水中达到CMC后，一些水不溶性或微溶性物质在胶束溶液中得溶解度可显著增加，形成透明胶体溶液，这种作用称为增溶作用当表面活性剂用量固定和增溶达到
14、饱和的增溶质的浓度即为最大增溶浓度CMC越低，MAC就越高。,41,2、温度对增溶的影响,(1)温度对增溶存在三方面的影响影响胶束的形成影响增溶质的溶解影响表面活性剂的溶解度(2)Krafft点对于离子表面活性剂，温度上升主要是增加增溶质在胶束中的溶解度以及增加表面活性剂的溶解度。,42,当温度升高至某一温度时，离子表面活性剂在水中的溶解度急剧升高，该温度称为krafft点，相对应的溶解度即为该离子表面活性剂的临界胶束浓度(CMC)。krafft点是离子表面活性剂的特征值，krafft点越高，则CMC越小。krafft点亦是离子表面活性剂应用温度的下限，即只有高于krafft点，表面活性剂才能
15、更大地发挥作用。,43,44,(3)浊点或昙点(cloud point)对聚氧乙烯型非离子表面活性剂，温度升高可导致聚氧乙烯链与水之间的氢键断裂，当温度上升到一定程度时，聚氧乙烯链可发生强烈的脱水和收缩，使增溶空间减小，增溶能力下降，表面活剂溶解度急剧下降和析出，溶液出现混浊，此现象称为起昙，此时温度称为昙点。,45,在聚氧乙烯链相同时，碳氢链越长，浊点越低；碳氢链长相同时，聚氧乙烯链越长，浊点越高。如 tween20为90，tween60为76，tween80为94。大多数聚氧乙烯表面活性剂的浊点在70100。,46,六 表面活性剂的生物学性质,1、对药物吸收的影响表面活性剂的存在可能增加药
16、物吸收，也可能降低药物的吸收。(1)若药物系被增溶在胶束内，且能顺利从胶束内扩散或胶束本身迅速与胃肠粘膜融合，则可增加吸收，如吐温80促进螺内酯口服吸收。(2)表面活性剂的浓度亦有重要影响，如0.01%吐温80可增加司可巴妥吸收，而1%吐温80反而降低了司可巴妥吸收。,47,(3)若表面活性剂溶解了生物膜脂质，则可增加上皮细胞的通透性，从而改善吸收，如SDS改进头孢菌素钠、四环素、磺胺脒、氨基苯磺酸等的吸收。(4)若形成高粘度团块，降低胃空速率，增加药物吸收，如吐温80 和吐温85能增加一些难溶性药物的吸收。但聚氧乙烯类和纤维类表面活性剂增加胃液粘度而阻止药物向膜面扩散，药物吸收随粘度上升而下
17、降。,48,2、表面活性剂与蛋白质的反应,离子型表面活性剂在酸性或碱性介质中都可能与蛋白质结合。在碱性中，羧基解离，蛋白质-+表面活性剂+电性结合；在酸性中，胍基、氨基解离，蛋白质-+表面活性剂+电性结合。蛋白质构象中的次级键(盐键、氢键、疏水键)+表面活性剂盐键、氢键、疏水键破坏蛋白质内部变成无秩序的疏松状态破坏螺旋结构蛋白质变性。,49,3、表面活性剂的毒性,表面活性剂毒性大小：一般是阳离子型阴离子型非离子型 口服给药呈慢性毒性：大小顺序也是阳阴非，非离子型表面活性剂口服相对是没有毒性的。静脉给药与口服比较具有较大的毒性。,50,阴、阳离子表面活性剂不仅毒性较大，而且有溶血作用；非离子型表
18、面活性剂也有溶血作用，但一般较小。吐温类的溶血作用通常比其它聚氧乙烯类表面活性剂为小，其溶血作用的顺序是：(1)聚氧乙烯烷基醚聚氧乙烯烷芳香醚聚氧乙烯脂肪酸类吐温类(2)吐温类的溶血作用是：Tween-20Tween-60Tween-40Tween-80。,51,5、外用：对表面活性剂毒性方面的要求可以降低，都可采用，仍以非离子型的对皮肤，粘膜的刺激性为最小。,52,53,七 表面活性剂的应用,1、增溶剂增溶：系指物质由于界面活性剂胶团的作用，而增大溶解度的过程。增溶剂：用于增溶的表面活性剂，用非离子型表面活性剂作增溶剂的最适HLB值为15-18。增溶作用举例：甲酚在水中溶解度为2%，在肥皂溶
19、液中可增加到50%。,54,增溶机理：增溶剂浓度CMC，形成胶束。影响因素：增溶剂，CMC越小，胶束聚集数越多，增溶剂的增溶作用越强。增溶质，温度的影响。药物增溶体系与胶束和药物的稳定性相关表面活性剂的复配：减少用量，提高增溶能力。,55,影响增溶的因素1、增溶剂的性质,碳氢链 CMC。同系物中，每增C原子，CMC近减半，同时增加分子缔合数。碳数相同时，含支链或不饱和键多者，CMC。,2、增溶质的性质极性的影响结构的影响解离度的影响等,（2）增溶的原理,一般认为是由于表面活性剂在水中形成胶团（胶束）的结果。（1）非极性药物的增溶：药物分子钻到胶团内部非极性中心区，使药物被包围在疏水基内部而被增
20、溶。,（2）极性药物的增溶：与增溶剂的亲水基团络合，而被完全吸附在胶团表面的亲水基之间而被增溶。（3）半极性药物的增溶：其分子中非极性部分插入胶团的油滴（非极性中心区）中，其极性部分则伸入到表面活性剂的亲水基之间而被增溶。,胶束对油脂的增溶作用,表面活性剂的复配,与中性无机盐的配伍离子型表面活性剂：少量的无机盐可引起CMC（主要是反离子结合率），胶束数量，烃核体积，非极性增溶质增溶量：极性增溶质有效增溶空间 增溶量高浓度反离子可使离子型表面活性剂溶解度下降而发生沉淀(盐析)。,表面活性剂的复配,非离子型表面活性剂：低浓度盐对CMC 影响较小，但在高浓度盐的存在下出现盐析（影响亲水链的水化）或盐
21、溶（带较强电性、本身水化能力强的离子促使亲水链的水化）。,表面活性剂的复配,与有机添加剂脂肪醇及多元醇（果糖、木糖、山梨醇）：与表面活性剂分子形成混合胶束，烃核体积增大，非极性增溶质增溶量增加。短链醇：破坏胶束形成极性有机物：表面活性剂的助溶剂，增加溶解度，可升高CMC。,表面活性剂的复配,与水溶性高分子明胶、PEG和PVP等：吸附表面活性剂分子，游离表面活性剂分子减小，CMC升高含羧基基团的高分子：+阳离子表面活性剂，沉淀；高分子溶液中胶束一旦形成，其增溶效果显著增强。,表面活性剂混合体系同系物混合体系：混合物的表面活性介于两者之间，而更趋于活性较高（即碳链更长）的同系物。非离子与离子表面活
22、性剂混合体系：离子表面活性剂分子间电斥力减弱，非离子表面活性剂通过极化作用对离子表面活性剂实现电吸引，增强分子间作用力，增强胶束形成能力，更容易形成混合胶束。,阳离子与阴离子表面活性剂混合体系：适当配伍可形成表面活性很高的复合物。不恰当可产生沉淀。,65,2、乳化剂(Emulsifiers),在油、水混合液中，加入界面活性剂后，界面活性剂分子定向排列在油与水的界面上，使油-水界面张力降低，并在分散相液滴的周围形成了一层保护膜，防止了分散相相互碰撞时的聚结合并，这一过程称为乳化，加入的表面活性叫作乳化剂。,Continuous phase/domain,oil in water type O/W
23、 emulsion,water in Oil type W/O emulsion,Bicontinuous phase,67,表面活性剂的HLB值，可决定乳浊液的类型，通常选用HLB值为38的表面活性剂作为水/油型(W/O)乳化剂；选用HLB值816的表面活性剂作为油/水型(O/W)乳化剂.。每种被乳化的油，均有最适宜的HLB值，欲制成最稳定的乳浊液，应选择该油相所需的HLB值所对应的表面活性剂作用乳化剂。,68,3、润湿剂(Wetters),润湿：表面活性剂可降低疏水性固体药物和润湿液体之间的界面张力，使液体能粘附在固体表面，改善其润湿作用。HLB值79(11)，并有适宜溶解度的表面活性剂，
24、可作润湿剂使用。,69,4、起泡剂与消泡剂,起泡剂(foaming agent)：具有较高HLB值的表面活性物质在溶液中可降低了液体的界面张力，并使泡沫稳定。,70,消泡剂(antifoaming agent)：用来消除泡沫的物质，因其表面活性大，可吸附在泡沫的表面上，取代原来的起泡剂，由于本身碳链短不能形成坚固的液膜，使泡沫破坏。消泡剂：HLB值在1-3的亲油性表面活性剂。,71,5、去垢剂,去垢剂(detergent)：用于去除洗垢的表面活性剂。去垢作用：开始润湿反絮凝、分散、混悬、乳化、增溶、起泡洗垢洗去。HLB 1316 的表面活性，可用作去垢剂或洗涤剂。,72,6、消毒剂和杀菌剂,大多数阳离子表面活性剂如苯扎氯胺、苯扎溴胺和两性离子表面活性剂如Tego MHG(十二烷基双(氨乙基)-甘氨酸盐酸盐)，又称Dodecin HCl，以及少数阳离子表面活性剂如甲酚皂、甲酚磺酸钠可用作消毒剂。原理：与细菌生物膜蛋白质作用使之变性。应用：皮肤、伤口、粘膜、器械和环境消毒。,73,Thanks!,
