第四章_微粒分散体系

微粒大小与体内分布

＜ 50nm 的微粒能够穿透肝脏内皮，通过毛细血管末梢或淋巴传递
进入骨髓组织。

静脉注射、腹腔注射 0.1 ～ 3.0m 的微粒能很快被单核吞噬细胞系
统吞噬，浓集于巨噬细胞丰富的肝脏和脾脏等部位。

人肺毛细血管直径为 2m ， ＞ 2m 的粒子被 肺 毛细血管滞留下来，
＜2m的微粒则通过肺而到达肝、脾等部位。 。

根据瑞利公式，可得到如下结论：
（1）散射光强和入射光波长的4次方成反比。 （2）分散相与分散介质的折射率相差越大，散射 光越强。 （3）散射光强和分散体系的浓度成正比。 （4）散射光强和质点的体积成正比。体积越大， 散射光越强。
三、微粒分散体系的电学性质 微粒分散体系的电学性质主要是由微粒表面
第四章 微粒分散体系
长治医学院药学系
第一节
一、概念与分类
概
述
分散体系（disperse system）：是一种或几种物 质高度分散在某种介质中形成的体系。被分散的物 质称为分散相，而连续的介质称为分散介质。
异丙酚纳米乳 异丙酚 10g 1,2丙二醇 50ml 精制大豆油 10g 分散相 注射用磷脂 20g 牛璜胆酸钠 14g 注射用水 加至 1000ml 分散介质


微粒的双电层结构
紧密层：微粒表面→切动面 由定位离子+反离子+溶 剂分子组成。 扩散层：切动面→电势为零 由反离子组成。 ζ电位：切动面→电势为零 处的电位差，也叫动电位。
ψ 微粒表面 切动面
ζ电位是衡量胶粒带电荷多 少的指标。
ζ
紧密层
扩散层
x
斯特恩吸附扩散双电层
双电层分为吸附层和扩散层。 吸附层由定位离子和反离子组成。 定位离子决定表面电荷符号和表 面电势大小， 反离子排列在定位离子附近。 反离子中心称为斯特恩面，从斯 特恩面到粒子表面之间为斯特恩 层。该层ψ0直线下降到ψd 。 ψo 斯特恩层外有一切动面，该处 电势即ζ电势，它是衡量胶粒带电 荷多少的指标。当一些大的反离 Ψd 子进入紧密层，则可能使ψd反号。

布朗运动是粒子在每一瞬间受介质分子碰撞的合力方向 不断改变的结果。由于胶粒不停运动，从其周围分子不 断获得动能，从而可抗衡重力作用而不发生聚沉。
微粒作布朗运动时的平均位移△可用布朗运动方 程表示： (4-1) RTt
L3r
r愈小，介质粘度愈小，温度愈高，粒子的平均 位移愈大，布朗运动愈明显。



微球表面形态
Scanning electron micrography of ADM-GMS

微球橙红色，形态圆整、均匀，微球表面可见孔隙， 部分微球表面有药物或载体材料结晶。
2．激光散射法

对于溶液，散射光强度、散射角大小与溶液的性质、 溶质分子量、分子尺寸及分子形态、入射光的波长等 有关，对于直径很小的微粒，瑞利散射公式：

1、分散性
2、多相性 3、聚结不稳定性
三、在药剂学中的应用

1、有助于提高药物的溶解速度及溶解度，有利 于提高难溶性药物的生物利用度 2、利于提高药物在分散介质中的分散性 3、在体内分布上具有一定的选择性 4、具有缓释作用，减少剂量，降低毒副作用 5、改善药物在体内外的稳定性等

第二节
微粒分散体系的物理化学性质
一、微粒分散系的动力学性质

微粒分散体系的动力学稳定性主要表现在 两个方面。

当微粒较小时，主要是分子热运动产生的 布朗运动；提高微粒分散体系的物理稳定 性

当微粒较大时，主要是重力作用产生的沉 降。降低微粒分散体系的物理稳定性
（一）Brown运动

布朗运动：粒子永不停息的无规则的直线运动
另一个因素则是重力产生的沉降，布朗运动提 高微粒分散系的稳定性，沉降降低微粒分散系 的稳定性。当微粒较小，布朗运动起主要作用， 当微粒较大时，重力起主要作用。


当微粒的半径大于 1 μm 后，微粒的平均位移只有 0.656μm/s，在分散介质中受重力场作用而匀速运 动，此时应按Stoke’s定律，其沉降或上浮的速度V 以下式表示： V= 2r2（ ρ1 - ρ2 ）g/ 9η (4-13)

瑞利提出了粒径小于 的非导体球型质点的光 20 散射公式：
2 24 3V 2 n 2 n0 2 2 I I0 4 n 2n0

2
（4-9）

I-散射光强度；I0-入射光的强度；n -分散相折射率；n0-分 散介质折射率；λ-入射光波长；V-单个粒子体积；υ-单位
体积溶液中粒子数目。


（二）动力学稳定性 微粒分散系的动力稳定性是指在重力场或 离心场的作用下，微粒从分散介质中析离 的程度。 微粒分散系之所以具有一定的动力稳定性 一是由于微粒的Brown运动。是分散介质 中分子对微粒碰撞的结果，微粒在介质分 子的包围之中，介质的分子处于热运动状 态，从各个不同角度碰撞微粒，使微粒向 各个方向发生位移，而不停地无秩序运动 的结果。
I I0

24 V
3
2

4

n n n 2 2n
2
2 0 2 0

2
I-散射光强度；I0-入射光的强度； n -分散相折射率；n0-分散介 质折射率； λ- 入射光波长； V- 单个粒子体积； υ- 单位体积溶液
中粒子数目。

由上式，散射光强度与粒子体积 V 的平方成正比，利 用这一特性可测定粒子大小及分布。
分子的真溶液则是透射光为主，同样观察不到乳光。

当一束光线在暗室通过胶粒分散系，在其侧面 可看到明显的乳光，即Tyndall现象。丁铎尔 现象是微粒散射光的宏观表现。

低分子溶液—透射光；粗分散体系—反射光；
胶体分散系—散射光。
丁达尔现象

丁达尔现象（Tyndall phenomena）

在暗室中，将一束光通过溶胶时，在侧面可 看到一个发亮的光柱，称为乳光，即丁达尔 （Tyndall）现象。

粒径较大的微粒受重力作用，静置时会自然 沉降，其沉降速度服从Stoke’s定律：
2r 2 ( 1 2 ) g V 9
度；-分散介质粘度；g-重力加速度常数。
(4-11)
V-微粒沉降速度；r-微粒半径；ρ1、ρ2-分别为微粒和分散介质密
r愈大，微粒和分散介质的密度差愈大，分散介质 的粘度愈小，粒子的沉降速度愈大。
面越远则浓度越稀的梯度分布,从吸附层表面至反离子
电荷为零处形成微粒的扩散层.吸附层与扩散层所带电 荷相反，共同构成双电层结构
溶胶粒子表面电荷的来源

电离作用：胶粒的基团解离；硅胶粒子表面的SiO2分 子与水生成H2SiO3，若解离生成SiO32-，使硅溶胶带负 电，介质含有H+离子而带正电。 吸附作用：胶粒优先吸附与自身有相同成分的离子。 如AgNO3与KI→AgI，可吸附Ag+或I-带电。 摩擦带电：非导体构成的体系中，介电常数较大的一 相易带正电，另一相带负电。如玻璃(15)在水中(81)带 负电，苯中(2)带正电。

二、微粒分散体系的光学性质
光是一种电磁波，当一束光照射到一个微粒分散体系时，
可以出现光的吸收、反射和散射等现象。

光的吸收主要由微粒的化学组成与结构决定；光的反射
与散射主要取决于微粒的大小。丁铎尔现象是微粒散射光的 宏观表现。现今丁铎尔现象已经成为判断纳米体系的一个简 单方法。微粒大小不同，光学性质相差很大。在同等条件下， 粗分散体系由于反射光为主，不能观察到丁铎尔现象；而低
发生的电离、吸附或摩擦等产生的电荷所表现
的性质。
（一）电泳（electrophoresis） 在电场作用下微粒的定向移动叫电泳。 在溶液的电场中，微粒受两种作用力，一种是静电力Fe， 另一种是摩擦力Fs，而且这两种力在恒速运动时大小相 等。 E （4-16） v E 6rv
6r
其中，r—球型微粒半径， σ—表面电荷密度，E—电场强度，v—恒 速运动的速度。
Stern面 切动面
ζ
斯特恩层
x

从吸附层表面至反离子电荷为零处的电位差叫动电位, 即ζ电位。



ζ =σε/r （4-11） σ—表面电荷密度ε—介质的介电常数 r—球形微粒的半径 从上式可见在相同条件下,微粒越小, ζ电位越 高.
第三节 微粒分散体系的物理稳定性
（一）热力学稳定性 微粒分散系是热力学不稳定体系，是具有巨大表面 的开放体系。根据热力学理论，体系的 Gibbs 自由能 G的增加可用下式表示。 ΔG=σΔA (4-12) σ—表面张力；ΔA是制备微粒分散系时体系表面积的改 变值。 当σ为正值时，ΔG则增大，具有过剩表面自由能。 由最小能量原理可知，体系有从高能量自动地向低能 量变化的趋势，小粒子自动地聚集成大粒子，使体系 表面积减小，因此是热力学不稳定体系。

注射＞50m的微粒，可使微粒分别被截留在肠、肾等相应部位。

四、微粒大小与测定方法 微粒大小完全均一的体系称为单分散体系； 微粒大小不均一的体系称为多分散体系； 微粒分散系中常用的粒径表示方法有几何学粒

径、比表面积径等。
1．电子显微镜法

测定原理：电子束射到样品上，如果能量足够大就 能穿过样品而无相互作用，形成透射电子，用于透 射电镜（TEM）的成像和衍射； 当入射电子穿透到离核很近的地方被反射，而没有 能量损失，则在任何方向都有散射，即形成背景散 射； 如果入射电子撞击样品表面原子外层电子，把它激 发出来，就形成低能量的二次电子，在电场作用下 可呈曲线运动，翻越障碍进入检测器，使表面凸凹 的各个部分都能清晰成像。 二次电子和背景散射电子共同用于扫描电镜（SEM） 的成像。
式中，Π—渗透压，c—溶胶的浓度，R—气体常数，
T—绝对温度。

（三）沉降与沉降平衡
在一个分散体系中微粒的密度大于分散介质的密度，就会发生沉降。 如果是粗分散体系，粒子较大，经过一段时间以后，粒子会全部沉降到容器 的底部。如果粒子比较小，由于粒子的布朗运动，一方面受到重力作用而沉 降，另一方面由于沉降使上、下部分的浓度发生变化，引起扩散作用，使浓 度趋向于均匀。当沉降和扩散这两种方向相反的作用力达到平衡时，体系中 的粒子以一定的浓度梯度分步，这种平衡称作沉降平衡。达到沉降平衡后体 系的最下部浓度最大，随高度的上升浓度逐渐减小。
Brown运动的位移与扩散系数之间的关系：
2Dt
上述两公式综合可得：
（4-3）
RT 1 D L 6r
（4-4）
可见粒子的扩散能力和粒子的大小成反比，粒径越大， 扩散能力越弱。
半透膜两侧分别放入溶液和纯溶剂，这时纯溶剂侧的
溶剂分子通过半透膜的扩散到溶液侧，这种现象称为渗
透。如果没有半透膜，溶质分子将从高浓度向低浓度方 向扩散。胶体粒子比溶剂分子大得多，不能通过半透膜， 因此在溶胶和纯溶剂之间会产生渗透压，渗透压的大小 可用稀溶液的渗透压公式计算： Π=cRT （4-5）
一、概念与分类 分散体系按分散相粒子的直径大小可分为分子分散
体 系 （ 直 径 ＜ 1nm）、 胶 体 分 散 体 系 （ 直 径 在 1~
100nm ）、粗分散体系（直径＞ 100nm）。 将微粒直径在 1nm~100μm范围的分散相统称为微 粒，由微粒构成的分散体系则统称为微粒分散体系。
二、基本特性
（二）扩散与渗透压

作为Brown运动的结果，胶体质点可自发地从高浓度区域向低 浓度区域扩散。扩散速率遵从Fick第一定律：

dm dC DA dt dx
(4-2)
dm dC 式中， dt —扩散速度； dx —胶体分散系的浓度梯
度；D—扩散系数；A—扩散界面S的面积。负号表示扩 散方向与浓度梯度的方向相反。
从上式可知微粒在电场作用下移动的速度与其粒径大小成 反比，其他条件相同时，微粒越小，移动越快。
（二）双电层结构 在微粒分散体系的溶液中,微粒表面带有同种离子,通 过静电引力可使与其电荷相反的离子分布于微粒周围, 微粒表面的离子与靠近表面的反离子构成了微粒的吸附 层.同时由于扩散作用,反离子在微粒周围呈现距微粒表



Hale Waihona Puke Baidu
当σ≤0时，是热力学稳定体系。故制备此类分散 系时均需加入稳定剂(表面活性剂或某些电解质 离子）吸附在微粒表面上，使σ降低, 体系就具 有一定的稳定性。 制备微粒分散系制剂时增加稳定性的方法 （1）加入表面活性剂或使σ降低, 体系就具有一 定的稳定性。 （2）某些电解质离子吸附在微粒表面上，形成 机械性或电性保护膜，防止微粒间的聚结。 （3）增加介质黏度也是一种常用的方法