111

StabilnostStabilnostStabilnostStabilnost i i i i koagulacijakoagulacijakoagulacijakoagulacija koloidnih rastvorakoloidnih rastvorakoloidnih rastvorakoloidnih rastvora

dr Nataa Peji, vanr. prof.

Stabilna emulzija Nestabilna emulzija

Razdvajanje disperzijaRazdvajanje disperzijaRazdvajanje disperzijaRazdvajanje disperzijaRazdvajanje disperzijaRazdvajanje disperzijaRazdvajanje disperzijaRazdvajanje disperzijaRazdvajanje disperzijaRazdvajanje disperzijaRazdvajanje disperzijaRazdvajanje disperzija

22

Stabilnost koloidnoStabilnost koloidnoStabilnost koloidnoStabilnost koloidno----duisperznih sistema duisperznih sistema duisperznih sistema duisperznih sistema

Koagulacija koloidnoKoagulacija koloidnoKoagulacija koloidnoKoagulacija koloidno----disperznih sistemadisperznih sistemadisperznih sistemadisperznih sistema

Stabilnost disperzija Stabilnost disperzija Stabilnost disperzija Stabilnost disperzija primena u farmaciji primena u farmaciji primena u farmaciji primena u farmaciji

RazdvajanjeRazdvajanjeRazdvajanjeRazdvajanje disperzijadisperzijadisperzijadisperzija

I

Z

V

O

D

23

STABILNI I NESTABILNI SISTEMI

Stabilnost koloida vrlo vana u :farmaceutskoj industriji industriji boja i pigmenata, itd.

Stabilnost koloida vrlo vana u :farmaceutskoj industriji industriji boja i pigmenata, itd.

flokulacija esticaflokulacija estica koagulacija esticakoagulacija estica

Brzo taloenje visoki talog

Meanje resuspendovanje estica

Labavo adherovana masa

Jaka adhezija

Agregatgustog oblika

Agregacija esticaAgregacija estica

SpontanaIzazvana

SpontanaSpontanaIIzzaazzvanavana

4

STABILNOST

Etanol + voda(meljivi)

Etanol + voda(meljivi)

Ulje + voda(nemeljivi)

U koloidnoj hemiji:U koloidnoj hemiji:U koloidnoj hemiji:

1. Mea se nemeljivo1. Me1. Mea se nemea se nemeljivoljivo koloidna disperzijakoloidna disperzijakoloidna disperzija

2. Odrati desperziju u poetnom disperznom stanju2. Odr2. Odrati desperziju u poati desperziju u poetnom disperznom stanjuetnom disperznom stanju koloidna stabilnostkoloidna stabilnostkoloidna stabilnost

35

STABILNOST

meanje je spontano termodinamika stabilnost osobine ne zavise od naina pripreme

1

2

1+2

RASTVORRASTVOR

DISPERZIJADISPERZIJA

meanje nije spontano (potrebna E) termodinamika nestabilnost (potreban stabilizator) osobine izrazito zavise od naina pripreme posebne procedure za pripremu disperzija

Dobijanje stabilne disperzijeDobijanje stabilne disperzije

ili

6

STABILNOST/NESTABILNOST

SUSPENZIJASUSPENZIJASUSPENZIJA EMULZIJAEMULZIJAEMULZIJA

47

TERMODINAMIKA STABILNOST i NESTABILNOST

Rastvor: termodinamiki stabilanRastvor: termodinamiki stabilan

Disperzija: termodinamiki nestabilnaDisperzija: termodinamiki nestabilna

agregacija esticaagregacija esticaali

KINETIKI stabilnaali

KINETIKI stabilna

pri sudarima izmeu koloidnih estica, deluju odbojne sile mnogo jae od privlanih

NE DOLAZI DO SPAJANJA I UKRUPNJAVANJA ESTICA NE DOLAZI DO SPAJANJA I UKRUPNJAVANJA ESTICA

8

STABILNOST KOLOIDNIH SISTEMA

solvatacija (postojanje solvatnog omotaa) naelektrisanje

STABILNI

liofilni (skrob, proteini, micelarni) naelektrisani hidrofobni

NESTABILNI

nenaelektrisani liofobni

59

LIOFILNI LIOFOBNI NAELEKTRISANI

Stabilnost povezana sa potencijalomMicelarni koloidi:

(solvatisane i naelektrisane micele)

Belanevine:

Stabilnost zavisi od naelektrisanja (pH)

Neke su stabilne i na pI (elatin)

Nema solvatnog omotaa naelektrisanje

Stabilnost lako se remeti (dodatak elektrolita)Za stabilizaciju dodatak zatitnih koloida

(liofilni)

10

NENAELEKTRISANI LIOFOBNINESTABILNI

Nestabilnost (u zavisnosti od veliine estica):

Dis

perz

ije i n

ena

ele

ktris

an

i lio

fobn

i kol

oid

iD

ispe

rzije

i n

ena

ele

ktris

an

i lio

fobn

i kol

oid

iD

ispe

rzije

i n

ena

ele

ktris

an

i lio

fobn

i kol

oid

i

SedimentacionaSedimentaciona

velike estice estice se taloe ili mogu da

isplivaju na povrinu (vea razlika u DF i DS)

Reenje:

usitniti estice smanjiti razliku u DF i DS poveati DS (npr. dodati

glicerin za vodenu DS)

AgregacionaAgregaciona

male estice imaju veliku povrinsku E agregiraju i grade agregate

manje slobodne povrine

611

KOAGULACIJA KOLOIDNIH SISTEMA

Flokule agregati koloidnih estica

izmeu kojih postoji privremen kontakt obrazuju otvorene agregate

Flokule agregati koloidnih estica

izmeu kojih postoji privremen kontakt obrazuju otvorene agregate

Agregat u kome su estice u trajnom kontaktu

Koagulacija agregat se menja u mnogo gui oblik

Agregat u kome su estice u trajnom kontaktu

Koagulacija agregat se menja u mnogo gui oblik

agregatiagregati

Zbog promene sastava sistema ili TPrvi stupanj svake koagulacije je AGREGACIJA

Spontana (starenje) ili izazvana (hemijska, termika, mehanika ili elektrina

12

KOAGULACIJA LIOFILNIH KOLOIDA

Potrebno je da se desolvatizuju i razelektriuPotrebno je da se desolvatizuju i razelektriu

vvelikom koliinom elektrolita (isoljavanje) - NAJEE dodatkom nerastvaraa (etanol, aceton, dietil-etar)

uzajamnom koagulacijom dodatkom PAM

SlFe(OH)3Sl

Fe(OH)3DodatakAl2(SO4)3

713

ISOLJAVANJE (dodatak soli)

Mehanizam: smanjenje , pogoranje osobina rastvaraa i desolvatacijaProces je reverzibilan: talog se rastvaranjem prevodi u koloidni rastvor

Isoljavanje belanevina (anjoni, T i jonska jaina) Mo koagulacije: citrat najveu, ferocijanat najmanjuamonijum-sulfat (pH u podruju pI)Frakcionisanje (sa amonijum-sulfatom) proteina krvne plazme

NERASTVARA (alkoholi) pogorava osobine rastvaraa

(smanjuje solvataciju i rastvorljivost) za izdvajanje proteina iz smee: etanol

(optimizacija: izbor konc. nerastvaraa, pH rastvora, jonska jaina, T i c proteina)

UZAJAMNA KOAGULACIJA hidrofilnom koloidu se dodaje drugi koji:

ima isto, ali suprotno naelektrisanje od prvog uslov je da su u odsustvu naelektrisanja slabo solvatizovani

tanin je koagulant za hidrofilne makromolekule (kolagen, elatin, albumin, itd.) PEG koagulant razliitih proteina (za preiavanje bioloki aktivnih proteina)

14

DODATAK PAM

Anjonska PAM na pH

815

KOAGULACIJA LIOFOBNIH KOLOIDA

Potrebno je da se razelektriuPotrebno je da se razelektriu

dodatkom dodatkom elektrolita (NAJEE) dodatkom drugog hidrofobnog koloida suprotnog naelektrisanja fizikim metodama (meanje, zagrevanje, zamrzavanje, dejstvom ultrazvuka, elektrinog i magnetnog polja, jonizujueg zraenja

16

DODATAK ELEKTROLITA

5 mV do 5 mV 5 mV do 5 mV5 mV do 5 mV

Dodavanjem jona suprotnog naelektrisanja od koloidne esticePrag koagulacije (cK) min. c elektrolita koja izaziva precipitaciju

cK zavisi od T, koncentracije koloida, vrste elektrolita, itd.Koagulaciona mo: 1/cK (zavisi od valentnosti jona koji izazivaju koagulaciju)

jaka koagulacija:jjakaaka koagulacijakoagulacija::

917

UZAJAMNA KOAGULACIJA

Pozitivan sl Al(OH)3 + negativan sl As2S3Uslov: naelektrisanje estica 2 sla moraju biti jednaka

Primena:Preiavanje vode za:

pie javnu upotrebu

upotrebu u farmaciji (dobijanje sterilnih farmaceutskih preparata))

1818

Neistoe u vodi:

Joni (Na+, Ca2+, F, HSO4)Rastvorni gasovi (O2, CO2)

Organske materijeMikroorganizmi

Gljivice, itd.

Za taloenje neistoa sedomentacijom:FlokulacijaKoagulacija

10

1919

UZAJAMNA KOAGULACIJA

Primena koagulacije: preiavanje vodePrimena koagulacije: preiavanje vode

Al2(SO4)3

Al3+(aq) + SO42(aq) + Ca2+(aq) + 3HCO3(aq)

Al(OH)3(s) + Ca(SO4)(s) + 3CO2(g)

Koagulant Koagulant formira formira precipitat i precipitat i hvatahvata neneistoistoee

Sedimentiranje Sedimentiranje precipitataprecipitata iineneistoistoaa

2020

Stabilnost disperzija - primena u farmaciji

Nestabilnost suspenzija i emulzija: aglomeracija prvobitno dispergovanih esticaNestabilnost suspenzija i emulzija: aglomeracija prvobitno dispeNestabilnost suspenzija i emulzija: aglomeracija prvobitno dispergovanih rgovanih esticaestica

Zadatak tehnologa da napravi: stabilne disperzije

disperzije koje se lako redisperguju (ako su se faze odvojile)

Zadatak tehnologa da napravi: Zadatak tehnologa da napravi: stabilne disperzijestabilne disperzije

disperzije koje se lako redisperguju (ako su se faze disperzije koje se lako redisperguju (ako su se faze odvojile)odvojile)

Suspenzije lekova nerastvorljive u vodi stabilnost se poveava usitnjavanjem estica ili sredine

(dodatak prirodne sluzi)) ipak, stvara se talog

zadatak: da li se talog moe redispergovati

Suspenzije lekova nerastvorljive u vodiSuspenzije lekova nerastvorljive u vodi stabilnost se povestabilnost se poveava usitnjavanjem ava usitnjavanjem estica ili estica ili sredine sredine

(dodatak prirodne sluzi))(dodatak prirodne sluzi)) ipak, stvara se talogipak, stvara se talog

zadatak: da li se talog mozadatak: da li se talog moe redispergovatie redispergovati

11

FLOKULIRANE I DEFLOKULIRANE SUSPENZIJE

obrazuju se labavi aglomerati brza sedimentacija talog se lako redisperguje supernatant bistar plastino i pseudoplastinoponaanje

estice su odvojene celinemanjih dimenzija u odnosu na FS

brzina sedimentacije mala talog gusto pakovan dilatantno ponaanje supernatant je mutan

peptizacijapeptizacijapeptizacija elatin, metilceluloza ( )PomoPomona sredstva na sredstva (u optimalnoj c)(u optimalnoj c)::

elektroliti (AlClelektroliti (AlCl33,K,K22HPOHPO44)) PAM (span, karbovaks..)PAM (span, karbovaks..) polimeripolimeri Dodatna stabilizacija:

u DS se doda neka polimerna ili makromolekularna materijakoja sredini daje tiksotropna svojstva

prividna suspenzije je mala kod primene suspenzije, a velika u mirovanju

22

Razdvajanje disperzija

Tehnoloke operacije:

filtracija sedimentacija centrifugiranje

TehnoloTehnoloke operacije:ke operacije:

filtracijafiltracija sedimentacijasedimentacija centrifugiranjecentrifugiranje

Priprema sterilnih rastvoraBistrih preparataAntibiotika, itd.

Priprema sterilnih rastvoraPriprema sterilnih rastvoraBistrih preparataBistrih preparataAntibiotika, itd.Antibiotika, itd.

12

2323

FILTRACIJA

filtrat

porepore

Velika poroznost efikasan filtar i brza filtracija

2424

Membranski filteriMembranski filteri

NirocelulozaPoliamidi

TeflonPolivinil-hlorid

Pore veliine: 0,22 0,45 m

Potrebna predfiltracija

zaza

Bakterioloka filtracija: odvajanje estica i

mikroorganizama sterilne tenosti

(pod snienim p)

MilliporeMillipore

Mali membranski filteri

Za predfiltraciju i sterilnu filtraciju

150 m150 m

13

2525

Rotacioni vakuum filtarKod pripreme antibiotika fermentacijskim postupkom

Perforirani bubanj nosa filtera

filtratvrsti talog

suspenzijasuspenzija

26

Poazejev zakon za isticanje tenosti kroz kapilarePoazejev zakon za isticanje tenosti kroz kapilare

pi

=

Lpr

v8

4

tfRpP

v+

=

Brzina filtriranjaBrzina filtriranja

Razliite metode filtracije: na atmosferskom p uslovi povienog p vakuumski uslovi

Ultrafiltracija: za estice koloidnih dimenzija

14

2727

Shematski prikaz pribora za ultrafiltracijuShematski prikaz pribora za ultrafiltracijusa vakuumomsa vakuumom

2828

SEDIMENTACIJA

Razdvajanje DF od DS taloenjem (ako je razlika u dovoljno velika)Razdvajanje DF od DS taloenjem (ako je razlika u dovoljno velika)Problem: taloenje koloidnih estica i dobijanje bistrih proizvoda

Reenje: dodavanje materijala velike spec. povrine

Sedimentaciju treba spreiti

15

2929

SEDIMENTACIJA

Stoksov zakon (laminarno teenje i male c DF)Stoksov zakon (laminarno teenje i male c DF)

Brzina sedimentacije

=

1821

2 g)(dv

Usporavanje taloenja:- smanjenjem veliine estica

- poveavanjem DS- poveanjem viskoznosti DS

Suspenzije: dodavanje pseudoemulgatora (za )Emulzije (za spreavanje kremiranja):

3030

CENTRIFUGIRANJE

Centrifuga: ureaj za razdvajanje estica od DS na osnovu razlika u: veliini obliku gustini viskoznosti sredine brzini roracije

filtriranje i sedimentacija se mnogostruko ubrzavaju delovanjem

centrifugalne sile

Sedimentacija: gravitaciona silaFiltriranje: razlika pritisaka

Centrifuga: centrigugalna sila (milion puta vea od gravitacione))

centrifuga

16

3131

CENTRIFUGA

estice razliite gustine se razdvajaju krunim rotiranjem u kivetiGue estice na veem rastojanju od ose rotacije od onih manje gustine

Za taloenje koloidnih esticaZa taloenje koloidnih estica

f)V(rm

v

=

12Brzina sedimentacije

Brzina vea:- vea masa estice

- vea gustina - vea centrifugalna sila

Brzina manja:- vea gustina rastvaraa

- vei koeficijent trenja (viskoznija sredina)

Ultracentrifuga: veoma velike brzine rotora (25 000 130 000 min1)Sedimetaciono polje u kome sedimentiraju estice makromolekula

Ultracentrifuga: veoma velike brzine rotora (25 000 130 000 min1)Sedimetaciono polje u kome sedimentiraju estice makromolekula

3232

Svojstva centifuge

gr)n(K 0

22 =

pi

Standardne centrifuge: 500 4000Ultracentrifuge: >>>> 50000

K = 1000DF e se istaloiti 1000 puta bre u centrifugi nego u sedimentatoru

Karakteristika centrifuge (K)

Centrifugalniseparator

Za razdvajanje faza emulzijai suspenzija (15 % DF)

Ultracentrifuga

Mali r i velike brzine obrtaja rotoraK = 106