第四章微粒分散体系

第四章 微粒分散体系
主 要 内 容
第一节 微粒分散体系的概念及基本特性 第二节 微粒分散体系的物理化学性质 第三节 微粒分散体系物理稳定性相关理论
第一节 微粒分散体系的概念及基本特性
一、概念与分类
分散体系：一种或几种物质高度分散在某种介质中
形成的体系
分散相：被分散的物质 分散介质：连续的介质
I I0
24 3V 2

4

2 n 2 n0 2 n 2 2n0

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。
mV
二、DLVO理论
• DLVO理论是关于微粒稳定性的理论。 （一）微粒间的Vander Waals吸引能（Φ A） （二）双电层的排斥作用能（ Φ R） （三）微粒间总相互作用能（ Φ T） （四）临界聚沉浓度
（一）微粒间的Vander Waals吸引能（Φ A）
分子之间的 Vander Waals 作用 ， 涉及偶极子的长程相
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。
沉降与沉降平衡 • 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 9h
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度；
h-分散介质粘度；g-重力加速度常数。
析和分层等等。
热力学稳定性
• 微粒分散体系是多相分散体系，存在大量界面，当微 粒变小时，其表面积A增加，表面自由能的增加△G： • △G=σ △A
• 当△A
时
△G
微粒聚结
体系稳定性
为了降低△G • σ △G
体系稳定性
选择适当的表面活性剂、稳定剂、增加介质粘度等
动力学稳定性
• 主要表现在两个方面： 1.布朗运动 提高微粒分散体系的物理稳定性
• 以Φ T对微粒间距离H作图，即得总势能曲线。
＋ ΦT
微粒的物理稳定性取决于 总势能曲线上势垒的大小。
h
第二级小
－
第一级小
（四）临界聚沉浓度 • 总势能曲线上的势垒的高度随溶液中电解质浓度的加
大而降低，当电解质浓度达到某一数值时，势能曲线
的最高点恰好为零，势垒消失，体系由稳定转为聚沉， 这就是临界聚沉状态，这时的电解质浓度即为该微粒 分散体系的聚沉值。 • 将在第一极小处发生的聚结称为聚沉(coagulation)，
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。
二、微粒分散体系的光学性质
当一束光照射到微粒分散系时，可以出现光的吸收、
反射和散射等。光的吸收主要由微粒的化学组成与结
构所决定；而光的反射与散射主要取决于微粒的大小。
低分子溶液—透射光；粗分散体系—反射光；
胶体分散系—散射光。
①Δ HR，Δ SR>0，但Δ HR>TΔ SR，焓变起稳定作用，熵
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
散射光强度与粒子体积 V 的平方成正比，利用这一特 性可以测定粒子大小及分布。
• 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，雷利散射公式：
3.溶剂的影响：高分子在良溶剂中链段能伸展，吸附层变 厚，稳定作用增强。在不良溶剂中，高分子的稳定作用 变差。温度的改变可改变溶剂对高分子的性能。
三、空间稳定理论
理论基础 体积限制效应理论 1.两种稳定理论
混合效应理论
2.微粒稳定性的判断： Δ GR=Δ HR－TΔ SR
若使胶粒稳定，则Δ GR>0，有如下三种情况：
于扫描电镜的成像。
特点：立体感强，制样简单，样品的电子损失小等特点。
在观察形态方面效果良好，常用于研究高分子材料
的制剂，如微球等。
1.电子显微镜法
透射电子显微镜（TME）是把经加速和聚集的电子束
投射到非常薄的样品上，电子与样品中的原子碰撞而改变 方向，从而产生立体角散射。散射角的大小与样品的密度、 厚度相关，因此可以形成明暗不同的影像。放大倍数为几 万～百万倍。
絮凝剂与反絮凝剂 主要是不同价数的 电解质
在微粒体系中加入某 种电解质使微粒表面 的ζ 电位升高，静电 排斥力增加，阻碍了 微粒之间的碰撞聚集， 称反絮凝 絮凝特点： 表面带电量降低 沉降速度加快 振摇后可重新分散 均匀
在微粒分散体系中加 入适量电解质，使ζ 电位降低到一定程度 后，体系中的微粒聚 集形成疏松的絮状物 20～25 的过程，称絮凝。
三、微粒分散体系在药剂学中的应用
①由于粒径小，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有利于提高药物微粒在分散介质中的分散性与稳定性；
③具有不同大小的微粒分散体系在体内分布上具有一定的 选择性，如一定大小的微粒给药后容易被单核吞噬细胞 系统吞噬；
④微囊、微球等微粒分散体系一般具有明显的缓释作用， 可以延长药物在体内的作用时间，减少剂量，降低毒副 作用； ⑤还可以改善药物在体内外的稳定性。
互作用：
①两个永久偶极之间的相互作用； ②永久偶极与诱导偶极间的相互作用； ③诱导偶极之间的色散相互作用。
除了少数的极性分子，色散相互作用在三类作用中占
支配地位。此三种相互作用全系负值，即表现为吸引， 其大小与分子间距离的六次方成反比。
（一）微粒间的Vander Waals吸引能（Φ A） • Hamaker假设：微粒间的相互作用等于组成它们的各分子
之间的相互作用的加和。
• 对于两个彼此平行的平板微粒，得出单位面积上相互作用 能Φ A： Φ A= - A/12π D2 • 对于同一物质，半径为a的两个球形微粒之间的相互作用 能为： Φ A= - Aa/12H
• 同物质微粒间的Vander Waals作用永远是相互吸引，介质
的存在能减弱吸引作用，而且介质与微粒的性质越接近， 微粒间的相互吸引就越弱。
• 丁铎尔效应（Tyndall phenomena）
• 在暗背景下，将一束光通过纳米分散体系（溶胶）时， 在侧面可看到一个发亮的光柱，称为乳光，即丁铎尔 （Tyndall）效应。
三、微粒分散体系的电学性质
从吸附层表面至反离 （一）电泳 子电荷为零处的电位 差叫动电位，即ζ 电 • 在电场的作用下微粒发生定向移动—电泳 位。ζ 电位与微粒的 • 微粒在电场作用下移动速度与粒径大小成反比，微粒越 物理稳定性关系密切。 小，移动越快。 ζ =σ ε /r 在相同的条件下，微 （二）微粒的双电层结构 粒越小， ζ 电位越 • 在微粒分散系溶液中，微粒表面的离子与近表面的反离 高。 子构成吸附层；同时由于扩散作用，反离子在微粒周围 呈现渐远渐稀的梯度分布 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。
（二）双电层的排斥作用能（ Φ R）
当微粒接近到它们的双电层发生重叠，并改变了双电
层电势与电荷分布时，才产生排斥作用。微粒的双电 层因重叠而产生排斥作用是DLVO理论的核心。
计算双电层排斥作用的最简便方法是采用Langmuir的
方法。
ΦR =
64πaη0 k T x
xH r20e-
（三）微粒间总相互作用能（ Φ T） • 微粒间总相互作用能：Φ T= Φ A + Φ R
1. 分散性 具有明显的布朗运动、丁铎尔现象、电泳等
2. 多相性
分散相与分散介质之间存在着相界面，因而会
出现大量的表面现象；
3. 聚结不稳定性 随分散相微粒直径的减少，微粒比表面 积显著增大，使微粒具有相对较高的表面自由能，所以 它是热力学不稳定体系，因此，微粒分散体系具有容易
絮凝、聚结、沉降的趋势。
特点：常用于介质中微粒的研究。如脂质体等。
电子显微镜法的测定原理 • 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。
微粒大小是微粒分散系的重要参数 测定方法：
光学显微镜法： 0.5μm～ 电子显微镜法: 0.001μm～
激 光散射法: 0.02μm～ 1～600μm 0.5～200μm 0.03～1μm 库尔特计数法: Stokes沉降法: 吸 附 法 :
1.电子显微镜法
扫描电子显微镜(ห้องสมุดไป่ตู้EM): 二次电子、背景散射电子共同用
第一节 微粒分散体系的概念及基本特性
分类（按分散相粒子的直径大小）
10-9m 小 分 子 真溶液
10-7m
10-4m
胶体分散体系 微粒分散体系
粗分散体系
微粒大小与体内分布
50nm
100nm
3μm 7μm
12μm
50μm 据注射部位， 可被截留于肠 、肝、肾
骨 髓
肝、脾巨 噬细胞
肺
二、微粒分散体系的基本特征
将在第二极小处发生的聚结叫絮凝(flocculation)。
三、空间稳定理论