药剂学电子书第五版 (第四章表面活性剂)
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
第四章表面活性剂
第一节概述
一、表面活性剂的概念
一定条件下的任何纯液体都具有表面张力,20℃时,水的表面张力为72.75mN·m-1。
当溶剂中溶入溶质时,溶液的表面张力因溶质的加入而发生变化,水溶液表面张力的大小因溶质不同而改变,如一些无机盐可以使水的表面张力略有增加,一些低级醇则使水的表面张力略有下降,而肥皂和洗衣粉可使水的表面张力显著下降。
使液体表面张力降低的性质即为表面活性。
表面活性剂是指那些具有很强表面活性、能使液体的表面张力显著下降的物质。
此外,作为表面活性剂还应具有增溶、乳化、润湿、去污、杀菌、消泡和起泡等应用性质,这是与一般表面活性物质的重要区别。
二、表面活性剂的结构特征
表面活性剂分子一般由非极性烃链和一个以上的极性基团组成,烃链长度一般在8个碳原子以上,极性基团可以是解离的离子,也可以是不解离的亲水基团。
极性基团可以是羧酸及其盐、磺酸及其盐、硫酸酯及其可溶性盐﹑磷酸酯基﹑氨基或胺基及它们的盐,也可以是羟基、酰胺基、醚键﹑羧酸酯基等。
如肥皂是脂肪酸类(R-COO-)表面活性剂,其结构中的脂肪酸碳链(R-)为亲油基团,解离的脂肪酸根(COO-)为亲水基团。
三、表面活性剂的吸附性
1.表面活性剂分子在溶液中的正吸附表面活性剂在水中溶解时,当水中表面活性剂的浓度很低时,表面活性剂分子在水-空气界面产生定向排列,亲水基团朝向水而亲油基团朝向空气。
当溶液较稀时,表面活性剂几乎完全集中在表面形成单分子层,溶液表面层的表面活性剂浓度大大高于溶液中的浓度,并将溶液的表面张力降低到纯水表面张力以下。
表面活性剂在溶液表面层聚集的现象称为正吸附。
正吸附改变了溶液表面的性质,最外层呈现出碳氢链性质,从而表现出较低的表面张力,随之产生较好的润湿性、乳化性、起泡性等。
如果表面活性剂浓度越低,而降低表面张力越显著,则表面活性越强,越容易形成正吸附。
因此,表面活性剂的表面活性大小,对于其实际应用有着重要的意义。
2.表面活性剂在固体表面的吸附表面活性剂溶液与固体接触时,表面活性剂分子可能在固体表面发生吸附,使固体表面性质发生改变。
极性固体物质对离子表面活性剂的吸附在低浓度下其吸附曲线为S形,形成单分子层,表面活性剂分子的疏水链伸向空气。
在表面活性剂溶液浓度达临界胶束浓度时,吸附达到饱和,此时的吸附为双层吸附,表面活性剂分子的排列方向与第一层相反,亲水基团指向空气。
提高溶液温度,吸附量将随之减少。
对于非极性固体,一般只发生单分子层吸附,疏水基吸附在固体表面而亲水基指向空气,当表面活性剂浓度增加时,吸附量并不随之增加甚至有减少的趋势。
固体表面对非离子表面活性剂的吸附与前相似,但其吸附量随温度升高而增大,且可以从单分子层吸附向多分子层吸附转变。
第二节表面活性剂的分类
根据分子组成特点和极性基团的解离性质,将表面活性剂分为离子表面活性剂和非离子表面活性剂。
根据离子表面活性剂所带电荷,又可分为阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和两性离子表面活性剂。
一些表现出较强的表面活性同时具有一定的起泡、乳化、增溶等应用性能的水溶性高分子,称为高分子表面活性剂,如海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、甲基纤维素、聚乙烯醇、聚维酮等,但与低分子表面活性
剂相比,高分子表面活性剂降低表面张力的能力较小,增溶力、渗透力弱,乳化力较强,常用做保护胶体。
一、离子表面活性剂
(一)阴离子表面活性剂
阴离子表面活性剂起表面活性作用的部分是阴离子。
1.高级脂肪酸盐系肥皂类,通式为(RCOO-)nMn+。
脂肪酸烃链R一般在C11~C17之间,以硬脂酸、油酸、月桂酸等较常见。
根据M的不同,又可分碱金属皂(一价皂)、碱土金属皂(二价皂)和有机胺皂(三乙醇胺皂)等。
它们均具有良好的乳化性能和分散油的能力,但易被酸破坏,碱金属皂还可被钙、镁盐等破坏,电解质可使之盐析。
一般只用于外用制剂。
2.硫酸化物主要是硫酸化油和高级脂肪醇硫酸酯类,通式为R·O·SO3-M+,其中脂肪烃链R在C12~C18范围。
硫酸化油的代表是硫酸化蓖麻油,俗称土耳其红油,为黄色或桔黄色粘稠液,有微臭,约含48.5%的总脂肪油,可与水混合,为无刺激性的去污剂和润湿剂,可代替肥皂洗涤皮肤,也可用于挥发油或水不溶性杀菌剂的增溶。
高级脂肪醇硫酸酯类中常用的是十二烷基硫酸钠(SDS,又称月桂醇硫酸钠、SLS)、十六烷基硫酸钠(鲸蜡醇硫酸钠)、十八烷基硫酸钠(硬脂醇硫酸钠)等。
它们的乳化性也很强,并较肥皂类稳定,较耐酸和钙、镁盐,但可与一些高分子阳离子药物发生作用而产生沉淀,对粘膜有一定的刺激性,主要用做外用软膏的乳化剂,有时也用于片剂等固体制剂的润湿剂或增溶剂。
3.磺酸化物系指脂肪族磺酸化物和烷基芳基磺酸化物等。
通式分别为R·SO3-M+和RC6H5·SO3-M +。
它们的水溶性及耐酸、耐钙、镁盐性比硫酸化物稍差,但即使在酸性水溶液中也不易水解。
常用的品种有二辛基琥珀酸磺酸钠(阿洛索-OT)、二己基琥珀酸磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠等,后者为目前广泛应用的洗涤剂。
另外,甘胆酸钠、牛磺胆酸钠等胆酸盐也属此类,常用做胃肠道脂肪的乳化剂和单硬脂酸甘油酯的增溶剂。
(二)阳离子表面活性剂
这类表面活性剂起作用的部分是阳离子,亦称阳性皂。
其分子结构的主要部分是一个五价的氮原子,所以也称为季铵化物,其特点是水溶性大,在酸性与碱性溶液中较稳定,具有良好的表面活性作用和杀菌作用。
常用品种有苯扎氯铵和苯扎溴铵等。
(三)两性离子表面活性剂
这类表面活性剂的分子结构中同时具有正、负电荷基团,在不同pH值介质中可表现出阳离子或阴离子表面活性剂的性质。
1.卵磷脂卵磷脂是天然的两性离子表面活性剂。
其主要来源是大豆和蛋黄,根据来源不同,又可称豆磷脂或蛋磷脂。
卵磷脂的组成十分复杂,包括各种甘油磷脂,如脑磷脂、磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、丝氨酸磷脂、肌醇磷脂、磷脂酸等,还有糖脂、中性脂、胆固醇和神经鞘脂等,其基本结构为:
在不同来源和不同制备过程的卵磷脂中各组分的比例可发生很大的变化,从而影响其使用性能。
例如,在磷脂酰胆碱含量高时可作为水包油型乳化剂,而在肌醇磷脂含量高时则为油包水型乳化剂。
卵磷
脂外观为透明或半透明黄色或黄褐色油脂状物质,对热十分敏感,在60℃以上数天内即变为不透明褐色,在酸性和碱性条件以及酯酶作用下容易水解,不溶于水,溶于氯仿、乙醚、石油醚等有机溶剂,是制备注射用乳剂及脂质微粒制剂的主要辅料。
2.氨基酸型和甜菜碱型这两类表面活性剂为合成化合物,阴离子部分主要是羧酸盐,其阳离子部分为季铵盐或胺盐,由胺盐构成者即为氨基酸型(R·+NH2·CH2CH2·COO-);由季铵盐构成者即为甜菜碱型(R·+N·(CH3)2·CH2·COO-)。
氨基酸型在等电点时亲水性减弱,并可能产生沉淀,而甜菜碱型则无论在酸性、中性及碱性溶液中均易溶,在等电点时也无沉淀。
两性离子表面活性剂在碱性水溶液中呈阴离子表面活性剂的性质,具有很好的起泡、去污作用;在酸性溶液中则呈阳离子表面活性剂的性质,具有很强的杀菌能力。
常用的一类氨基酸型两性离子表面活性剂“Tego”杀菌力很强而毒性小于阳离子表面活性剂。
1%TegoMHG(十二烷基双(氨乙基)-甘氨酸盐酸盐,又称Dodecin HCL)水溶液的喷雾消毒能力强于相同浓度的洗必泰和苯扎溴铵以及70%的乙醇。
二、非离子表面活性剂
这类表面活性剂在水中不解离,分子中构成亲水基团的是甘油、聚乙二醇和山梨醇等多元醇,构成亲油基团的是长链脂肪酸或长链脂肪醇以及烷基或芳基等,它们以酯键或醚键与亲水基团结合,品种很多,广泛用于外用、口服制剂和注射剂,个别品种也用于静脉注射剂。
(一)脂肪酸甘油酯
主要有脂肪酸单甘油酯和脂肪酸二甘油酯,如单硬脂酸甘油酯等。
脂肪酸甘油酯的外观根据其纯度可以是褐色、黄色或白色的油状、脂状或蜡状物质,熔点在30~60℃,不溶于水,在水、热、酸、碱及酶等作用下易水解成甘油和脂肪酸。
其表面活性较弱,HLB为3~4,主要用做W/0型辅助乳化剂。
(二)多元醇型
1.蔗糖脂肪酸酯蔗糖脂肪酸酯简称蔗糖酯,是蔗糖与脂肪酸反应生成的一大类化合物,属多元醇型非离子表面活性剂,根据与脂肪酸反应生成酯的取代数不同,有单酯、二酯、三酯及多酯。
改变取代脂肪酸及酯化度,可得到不同HLB值(5~13)的产品。
蔗糖脂肪酸酯为白色至黄色粉末,随脂肪酸酯含量增加,可呈蜡状、膏状或油状,在室温下稳定,高温时可分解或发生蔗糖的焦化,在酸、碱和酶的作用下可水解成游离脂肪酸和蔗糖。
蔗糖酯不溶于水,但在水和甘油中加热可形成凝胶,可溶于丙二醇、乙醇及一些有机溶剂,但不溶于油。
主要用做水包油型乳化剂、分散剂。
一些高脂肪酸含量的蔗糖酯也用做阻滞剂。
2.脂肪酸山梨坦脂肪酸山梨坦是失水山梨醇脂肪酸酯,是由山梨糖醇及其单酐和二酐与脂肪酸反应而成的酯类化合物的混合物,商品名为司盘(spans)。
根据反应的脂肪酸的不同,可分为司盘20(月桂山梨坦)、司盘40(棕榈山梨坦)、司盘60(硬脂山梨坦)、司盘65(三硬脂山梨坦)、司盘80(油酸山梨坦)和司盘85(三油酸山梨坦)等多个品种,其结构如下:
脂肪酸山梨坦是粘稠状、白色至黄色的油状液体或蜡状固体。
不溶于水,易溶于乙醇,在酸、碱和酶的作用下容易水解,其HLB值从1.8~3.8,是常用的油包水型乳化剂,但在水包油型乳剂中,司盘20和司盘40常与吐温配伍用做混合乳化剂;而司盘60,司盘65等则适合在油包水型乳剂中与吐温配合使用。
3.聚山梨酯(Polysorbate)是聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯,是由失水山梨醇脂肪酸酯与环氧乙烷反应生成的亲水性化合物。
氧乙烯链节数约为20,可加成在山梨醇的多个羟基上,所以也是一种复杂的混合物。
商品名为吐温(Tweens),美国药典品名为Polysorbate,与司盘的命名相对应,根据脂肪酸不同,有聚山梨酯20(吐温20)、聚山梨酯40、聚山梨酯60、聚山梨酯65、聚山梨酯80(吐温80)和聚山梨酯85等多种型号,其结构如下:
聚山梨酯是粘稠的黄色液体,对热稳定,但在酸、碱和酶作用下也会水解。
在水和乙醇以及多种有机溶剂中易溶,不溶于油,低浓度时在水中形成胶束,其增溶作用不受溶液pH值影响。
聚山梨酯是常用的增溶剂、乳化剂、分散剂和润湿剂。
(三)聚氧乙烯型
1.聚氧乙烯脂肪酸酯系由聚乙二醇与长链脂肪酸缩合而成的酯,通式为R·COO·CH2(CH2OCH2)nCH2·OH,商品有卖泽(Myrij)。
根据聚乙二醇部分的分子量和脂肪酸品种不同而有不同品种。
这类表面活性剂有较强水溶性,乳化能力强,为水包油型乳化剂,常用的有聚氧乙烯40硬脂酸酯等。
2.聚氧乙烯脂肪醇醚系由聚乙二醇与脂肪醇缩合而成的醚,通式为R·O·(CH2OCH2)nH,商品有苄泽(Brij),如Brij30和Brij35分别为不同分子量的聚乙二醇与月桂醇缩合物;西土马哥(Cetomacrogol)为聚乙二醇与十六醇的缩合物;平平加O(PerogolO)则是15个单位的氧乙烯与油醇的缩合物。
埃莫尔弗(Emolphor)是一类聚氧乙烯蓖麻油化合物,由20个单位以上的氧乙烯与油醇缩合而成,为淡黄色油状液体或白色糊状物,易溶于水和醇及多种有机溶剂,HLB值在12~18范围内,具有较强的亲水性质。
常用做增溶剂及O/W型乳化剂。
如Cremophore EL为聚氧乙烯蓖麻油甘油醚,氧乙烯单位为35~40,HLB=12~14。
(四)聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物
本品又称泊洛沙姆(Poloxamer),商品名普郎尼克(Pluronic)。
通式为HO(C2H4O)a-(C3H6O)b-(C2H4O)aH;根据共聚比例的不同,本品有各种不同分子量的产品(表10-1)。
分子量可在1000~14000,HLB值为0.5~30。
随分子量增加,本品从液体变为固体。
随聚氧丙烯比例增加,亲油性增强;相反,随聚氧乙烯比例增加,亲水性增强。
本品作为高分子非离子表面活性剂,具有乳化、润湿、分散、起泡和消泡等多种优良性能,但增溶能力较弱。
Poloxamer 188(PluronicF68)作为一种水包油型乳化剂,是目前用于静脉乳剂的极少数合成乳化剂之一,用本品制备的乳剂能够耐受热压灭菌和低温冰冻而不改变其物理稳定性。
表10-1 泊洛沙姆及对应普郎尼克型号及其分子量
Poloxa mer Pluroni
c
平均分子量 a b
124 L44 2090~2360 12 20 188 F68 7680~9510 79 28 237 F87 6840~8830 64 37
338 F108 12700~10400 141 44
407 F127 9840~14600 101 56
第三节表面活性剂的理化性质和生物学性质
一、临界胶束浓度
当表面活性剂的正吸附到达饱和后继续加入表面活性剂,其分子则转入溶液中,因其亲油基团的存在,水分子与表面活性剂分子相互间的排斥力远大于吸引力,导致表面活性剂分子自身依赖范德华力相互聚集,形成亲油基团向内,亲水基团向外、在水中稳定分散、大小在胶体粒子范围的胶束(micelles)。
在一定温度和一定的浓度范围内,表面活性剂胶束有一定的分子缔合数,但不同表面活性剂胶束的分子缔合数各不相同,离子表面活性剂的缔合数约在10~100,少数大于1000。
非离子表面活性剂的缔合数一般较大,例如月桂醇聚氧乙烯醚在25℃的缔合数为5000。
表面活性剂分子缔合形成胶束的最低浓度即为临界胶束浓度(critical micell concentration, CMC),不同表面活性剂的CMC不同,见表4-2。
具有相同亲水基的同系列表面活性剂,若亲油基团越大,则CMC越小。
在CMC时,溶液的表面张力基本上到达最低值。
在CMC到达后的一定范围内,单位体积内胶束数量和表面活性剂的总浓度几乎成正比。
表4-2常用表面活性剂的临界胶束浓度
名称测定温度/℃CMC/molL-1名称测定温度/℃CMC/molL-1
辛烷基磺酸钠25 1.50×10-1氯化十二烷基铵25 1.6×10-2
辛烷基硫酸钠40 1.36×10-1月桂酸蔗糖酯 2.38×10-6
十二烷基硫酸钠40 8.60×10-3棕榈酸蔗糖酯9.5×10-5
十四烷基硫酸钠40 2.40×10-3硬脂酸蔗糖酯 6.6×10-5
十六烷基硫酸钠40 5.80×10-4吐温20 25 6.0×10-2
(g/L,以下同)
十八烷基硫酸钠40 1.70×10-4吐温40 25 3.1×10-2硬脂酸钾50 4.50×10-45吐温60 25 2.8×10-2
油酸钾50 1.20×10-3吐温65 25 5.0×10-2
月桂酸钾25 1.25×10-2吐温80 25 1.4×10-2
十二烷基磺酸钠25 9.0×10-3吐温85 25 2.3×10-2
(二)胶束的结构
在一定浓度范围的表面活性剂溶液中,胶束呈球形结构(图4-1a),其碳氢链无序缠绕构成内核,具非极性液态性质。
碳氢链上一些与亲水基相邻的次甲基形成整齐排列的栅状层。
亲水基则分布在胶束表面,由于亲水基与水分子的相互作用,水分子可深入到栅状层内。
对于离子型表面活性剂,则有反离子吸附在胶束表面。
随着溶液中表面活性剂浓度增加(20%以上),胶束不再保持球形结构,则转变成具有更高分子缔合数的棒状胶束(图4-1b),甚至六角束状结构(图4-1c),表面活性剂浓度更大时,成为板
状或层状结构(图4-1d和e)。
从球形结构到层状结构,表面活性剂的碳氢链从紊乱分布转变成规整排列,完成了从液态向液晶态的转变,表现出明显的光学各向异性性质,在层状结构中,表面活性剂分子的排列已接近于双分子层结构。
在高浓度的表面活性剂水溶液中,如有少量的非极性溶剂存在,则可能形成反向胶束,即亲水基团向内,亲油基团朝向非极性液体。
油溶性表面活性剂如钙肥皂、丁二酸二辛基磺酸钠和司盘类表面活性剂在非极性溶剂中也可形成类似反向胶束。
图4-1胶束的结构
(三)临界胶束浓度测定
当表面活性剂的溶液浓度达到临界胶束浓度时,除溶液的表面张力外,溶液的多种物理性质,如摩尔电导、粘度、渗透压、密度、光散射等多种物理性质发生急剧变化。
或者说,溶液物理性质发生急剧变化时的浓度即该表面活性剂的CMC。
利用这些性质与表面活性剂浓度之间的关系,可推测出表面活性剂的临界胶束浓度。
但测定的性质不同以及采用不同的测定方法得到的结果可能会有差异。
另外,温度、浓度、电解质、pH等因素对测定结果也会产生影响。
二、亲水亲油平衡值
(一)HLB值的概念
表面活性剂分子中亲水和亲油基团对油或水的综合亲和力称为亲水亲油平衡值(hydrophile-lipophile balance,HLB)。
根据经验,将表面活性剂的HLB值范围限定在0~40,其中非离子表面活性剂的HLB 值范围为0~20,即完全由疏水碳氢基团组成的石蜡分子的HLB值为0,完全由亲水性的氧乙烯基组成的聚氧乙烯的HLB值为20,既有碳氢链又有氧乙烯链的表面活性剂的HLB值则介于两者之间。
亲水性表面活性剂有较高的HLB值,亲油性表面活性剂有较低的HLB值。
亲油性或亲水性很大的表面活性剂易溶于油或易溶于水,在溶液界面的正吸附量较少,故降低表面张力的作用较弱。
表面活性剂的HLB值与其应用性质有密切关系,HLB值在3~6的表面活性剂适合用做W/O型乳化剂,HLB值在8~18的表面活性剂,适合用做O/W型乳化剂。
作为增溶剂的HLB值在13~18,作为润湿剂的HLB值在7~9等,如图4-2所示。
图4-2 不同HLB值表面活性剂的适用范围
一些常用表面活性剂的HLB值列于表4-3。
非离子表面活性剂的HLB值具有加和性,例如简单的二组分非离子表面活性剂体系的HLB值可计算如下:
(4-1)
如,用45%司盘60(HLB=4.7)和55%吐温60(HLB=14.9)组成的混合表面活性剂的HLB值为4.31。
但上式不能用于混合离子型表面活性剂HLB值的计算。
表4-3常用表面活性剂的HLB值
表面活性剂HLB值表面活性剂HLB值
阿拉伯胶8.0 吐温20 16.7
西黄蓍胶13.0 吐温21 13.3
明胶9.8 吐温40 15.6
单硬脂酸丙二酯 3.4 吐温60 14.9
单硬脂酸甘油酯 3.8 吐温61 9.6
二硬脂酸乙二酯 1.5 吐温65 10.5
单油酸二甘酯 6.1 吐温80 15.0
十二烷基硫酸钠40.0 吐温81 10.0
司盘20 8.6 吐温85 11.0
司盘40 6.7 卖泽45 11.1
司盘60 4.7 卖泽49 15.0
司盘65 2.1 卖泽51 16.0
司盘80 4.3 卖泽52 16.9
司盘83 3.7 聚氧乙烯400单月桂酸酯13.1
司盘85 1.8 聚氧乙烯400单硬脂酸酯11.6
油酸钾20.0 聚氧乙烯400单油酸酯11.4
油酸钠18.0 苄泽35 16.9
油酸三乙醇胺12.0 苄泽30 9.5
卵磷脂 3.0 西土马哥16.4
蔗糖酯5~13 聚氧乙烯氢化蓖麻油12~18
泊洛沙姆188 16.0 聚氧乙烯烷基酚12.8
阿特拉斯G-263 25~30 聚氧乙烯壬烷基酚醚15.0
(二)HLB值的理论计算法
如果把表面活性剂的HLB值看成是分子中各种结构基团贡献的总和,则每个基团对HLB值的贡献可以用数值表示,这些数值称为HLB基团数(group number),将各个HLB基团数代入下式,即可求出表面活性剂的HLB值,该计算值与一些实验测定法的结果有很好的一致性:
HLB=Σ(亲水基团HLB数)-Σ(亲油基团HLB数)+7
如十二烷基硫酸钠的HLB值为:
HLB=38.7-(0.475×12)+7=40.0
表面活性剂的一些常见基团及其HLB基团数列于表4-4。
表4-4 用于计算HLB值的基团数
亲水基团基团数亲油基团基团数
-SO4Na 38.7 -CH- 0.475
-SO3Na 37.4 -CH2- 0.475
-COOK 21.1 -CH30.475
-COONa 19.1 =CH- 0.476
-N=9.4 -CH2-CH2-CH2-O- 0.15
酯(失水山梨醇环) 6.8 -CH-CH2-O- 0.15
酯(自由) 2.4 CH3
-COOH 2.1 苯环 1.662
-OH(自由) 1.9 -CF2- 0.870
-O- 1.3 -CF30.870
-OH(失水山梨醇环)0.5 CH3
-(CH2CH2O)- 0.33 -CH2-CH-O- 0.15
三、Krafft点与昙点
(一)Krafft点
对于离子型表面活性剂,例如十二烷基硫酸钠在水中的溶解度随温度变化曲线AKB,如图9-10。
可以看出随温度升高,其溶解度在某一温度K点急剧升高,转折点K对应的温度称克拉费特点(Krafft point)。
而此点对应的溶解度即为该离子型表面活性剂的临界胶团浓度(图中虚线对应浓度)。
当溶液中表面活性剂的浓度未超过溶解度时,在区域Ⅰ为溶液状态AK线以下;当继续加入表面活性剂时,则有表面活性剂析出,在区域ⅡAKB线以上;此时再升高温度,体系又成为澄明溶液,KB曲线以下(区域Ⅲ),但与Ⅰ相不同,相是表面活性剂的胶束溶液。
图9-10 十二烷基硫酸钠在水中的溶解度与温度关系
Krafft点是离子型表面活性剂的特征值,Krafft点越高的表面活性剂,临界胶团浓度越小。
Krafft点也是表面活性剂应用温度的下限,或者说,只有在温度高于Krafft点表面活性剂才能更好的发挥作用。
如十二烷基硫酸钠的Krafft点为8℃,而十二烷基磺酸钠的Krafft点为70℃,在室温条件下使用,前者作增溶剂为好,后者的Krafft点高就不够理想。
(二)昙点(Cloud Point)
对非离子型表面活性剂在水溶液中得溶解度随温度升高而下降,使溶液变浊,称此变浊温度为昙点(Cloud point),亦称浊点。
昙点是非离子型表面活性剂的特征值。
此类表面活性剂的昙点在70~100℃,例如吐温20为90℃;吐温60为76℃;吐温80为93℃。
吐温类产生昙点的原因是温度升高,聚氧乙烯链与水之间的氢键断裂,水合能力下降,溶解度反而减小,溶液变浊出现昙点,冷却时氢键重新形成,又澄明。
在聚氧乙烯链相同时,碳氢链越长,则昙点越低;在碳氢链长相同时,聚氧乙烯链越长则昙点越高。
四、表面活性剂的生物学性
(一)表面活性剂对药物吸收的影响
研究发现表面活性剂的存在可能增进药物的吸收也可能降低药物的吸收,取决于多种因素的影响。
如药物在胶束中的扩散、生物膜的通透性改变、对胃排空速率的影响、粘度等,很难作出预测。
如果药物被增溶在胶束内,药物从胶束中扩散的速度和程度及胶束与胃肠生物膜融合的难易程度具有重要影响。
如果药物可以顺利从胶束内扩散或胶束本身迅速与胃肠粘膜融合,则增加吸收,例如应用吐温80明显促进螺内酯的口服吸收。
表面活性剂溶解生物膜脂质增加上皮细胞的通透性,从而改善吸收,如十二烷基硫酸钠改进头孢菌素钠、四环素、磺胺脒、氨基苯磺酸等药物的吸收。
吐温80和吐温85增加一些难溶性药物的吸收则是因其在胃肠中形成高粘度团块降低了胃排空速率。
但当聚氧乙烯类或纤维素类表面活性剂增加胃液粘度而阻止药物向粘膜面的扩散时,则吸收速率随粘度上升而降低。
许多表面活性剂对胰岛素鼻粘膜吸收有促进作用,例如分别将含有1%Poloxamer108、1%Brij35或癸酸钠(NaCap)的胰岛素溶液,经大鼠鼻腔给药半小时后,即可引起血糖较大幅度的降低。
以8U/kg剂量给药半小时后血糖可降为给药前血糖值的60%左右,这说明含1%表面活性剂的胰岛素溶液从鼻粘膜吸收迅速而有效。
降血糖作用持续时间也较长,均可持续5小时以上。
(二)表面活性剂与蛋白质的作用
蛋白质分子结构中氨基酸的羧基在碱性条件下发生解离而带有负电荷,在酸性条件下则结构中的氨基或胍基发生解离而带有正电荷。
因此在两种不同带电情况下,分别与阳离子表面活性剂或阴离子表面活性剂发生电性结合。
此外,表面活性剂还可能破坏蛋白质二维结构中的盐键、氢键和疏水键,从而使蛋白质各残基之间的交联作用减弱,螺旋结构变得无序或受到破坏,最终使蛋白质发生变性。
(三)表面活性剂的毒性
一般而言,阳离子表面活性剂的毒性最大,其次是阴离子表面活性剂,非离子表面活性剂毒性最小。
两性离子表面活性剂的毒性小于阳离子表面活性剂。
小鼠口服0.063%氯化烷基二甲铵后显示慢性毒性作用,而口服1%二辛基琥珀酸磺酸钠仅有轻微毒性,而相同浓度的十二烷基硫酸钠则没有毒性反应。
非离子表面活性剂口服一般认为无毒性,例如成人每天口服4.5~6 g吐温80,连续28天,有的人服用达4年之久,都未见明显的毒性反应。
表面活性剂用于静脉给药的毒性大于口服。
一些表面活性剂的口服和静脉注射的半数致死量(LD50)见表9-8。
其中,仍以非离子表面活性剂毒性较低,如供静脉注射的Poloxamer188毒性很低,麻醉小鼠可耐受静脉注射10%该溶液10ml。
表9-8一些表面活性剂的半数致死量LD50(mg/kg小鼠)
品名口服静脉注射
苯扎氯铵(洁尔灭)350 30
氯化十六烷基吡啶200 30
脂肪酸磺酸钠 1 600~6 500 60~350
蔗糖单脂肪酸酯20 000 56~78
吐温20 >25 000 3 750
吐温80 >25 000 5 800
Poloxamer188 15 000 7 700。