2-第三章表面活性劑幻燈片

第三章表面活性劑概述表面活性劑的分類表面活性劑的基本特性（一）臨界膠束濃度（CMC）（二）親水親油平衡值（HLB）（三）Krafft點(diǎn)和曇點(diǎn)第一節(jié)概述一、表面活性劑的概念表面張力：使液體表面分子向內(nèi)收縮至最小面積的這種力。表面活性劑(surfactant)是指那些具有很強(qiáng)表面活性、能使液體的表面張力顯著下降的物質(zhì)。1.表面活性劑分子二、表面活性劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)非極性烴鏈極性的親水基團(tuán)非極性烴鏈：

8個(gè)碳原子以上烴鏈極性基團(tuán)：羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其鹽，也可是羥基、酰胺基、醚鍵等。2.有選擇性地分布于界面上表面活性劑在溶液的表面層聚集的現(xiàn)象稱為正吸附。正吸附改變了溶液表面的性質(zhì)，最外層呈現(xiàn)出碳?xì)滏溞再|(zhì)，體現(xiàn)出較低的表面張力，進(jìn)而產(chǎn)生較好的潤(rùn)濕性、乳化性、起泡性等。當(dāng)表面活性劑濃度很低，但降低表面活性張力很顯著，則它的表面活性越強(qiáng)，越容易形成正吸附。三、表面活性劑的吸附性1.表面活性劑分子在溶液中的正吸附表面活性劑溶液與固體接觸時(shí)，表面活性劑分子可能在固體表面發(fā)生吸附，使固體表面性質(zhì)發(fā)生改變，使之易于潤(rùn)濕。對(duì)于極性固體物質(zhì)在表面活性劑濃度較低時(shí)形成單層吸附，當(dāng)其達(dá)到臨界膠束濃度時(shí)，轉(zhuǎn)為雙層吸附。對(duì)于非極性固體，一般只發(fā)生單分子層吸附。三、表面活性劑的吸附性2.表面活性劑在固體表面的吸附（一）陰離子表面活性劑1.高級(jí)脂肪酸鹽

①系肥皂類，通式：(RCOO-)nMn＋，如硬脂酸鈉、鎂等。②分類：一價(jià)金屬皂(鉀、鈉皂)；二價(jià)或多價(jià)皂(鉛、鈣、鋁皂)；有機(jī)胺皂(三乙醇胺皂)。③性質(zhì)：具有良好的乳化能力，易被酸及多價(jià)鹽破壞，電解質(zhì)使之鹽析。④應(yīng)用：具有一定的刺激性，只供外用。

這類表面活性劑起表面活性作用的部分是陰離子。2.硫酸化物：

①通式：R·O·SO3-M+硫酸化油,高級(jí)脂肪醇硫酸酯類。②分類：硫酸化油，如硫酸化蓖麻油，俗稱土耳其紅油（可代替肥皂洗滌皮膚，為無刺激的去污劑和潤(rùn)濕劑；)；高級(jí)脂肪醇硫酸酯，如十二烷基硫酸鈉（SDS），又稱月桂醇硫酸鈉（SLS）。③性質(zhì)：可與水混溶，乳化性很強(qiáng)，穩(wěn)定、耐酸、鈣，易與一些高分子陽(yáng)離子藥物發(fā)生作用產(chǎn)生沉淀。④應(yīng)用：有一定刺激性，用于外用軟膏的乳化劑。3.磺酸化物：

①通式：脂肪族磺酸化物R·SO3-M+

和烷基芳基磺酸化物RC6H5SO3－M＋②分類：脂肪族磺酸化物，如二辛基琥珀酸磺酸鈉（阿洛索-OT）、二己基琥珀酸磺酸鈉；烷基芳基磺酸化物，如十二烷基苯磺酸鈉（常用洗滌劑）；膽酸鹽，如牛磺膽酸鈉、甘膽酸鈉。③性質(zhì)：水溶性及耐酸、耐鈣、鎂鹽性比硫酸化物差，但不易水解。④應(yīng)用：用作胃腸脂肪的乳化劑和單脂肪酸甘油酸的增溶劑；較好的洗滌劑。(二)陽(yáng)離子型表面活性劑

這類表面活性劑起作用的部分是陽(yáng)離子，亦稱陽(yáng)性皂。1、結(jié)構(gòu)：含有一個(gè)五價(jià)氮原子。胺鹽型，通式：[RNH3+]X-，[R2NH2+]X-，如氯芐甲乙胺；季銨鹽型，通式：[R1R2N+R3R4]X-，如新潔爾滅。

2、特點(diǎn)：良好的表面活性作用，具有很強(qiáng)的殺菌作用。3、應(yīng)用：殺菌、防腐、皮膚、粘膜手術(shù)器械的消毒。4、常用品種：苯扎氯銨(潔爾滅)、苯扎溴銨(新潔爾滅)：常用濃度0.01-0.02%，殺菌力強(qiáng)、穩(wěn)定。(三)兩性離子型表面活性劑這類表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)中同時(shí)具有正、負(fù)電荷基團(tuán)，在不同pH值介質(zhì)中可表現(xiàn)出陽(yáng)離子或陰離子表面活性劑的性質(zhì)。①分類及常用品種:

天然的卵磷脂（豆磷脂、蛋磷脂）

陰離子部分—磷酸型；陽(yáng)離子部分—季胺鹽型組成復(fù)雜，可用于靜注用乳劑與脂質(zhì)體的制備合成活性劑：陰離子部分主要是羧酸鹽，其陽(yáng)離子部分分為：氨基酸型——胺鹽（RNH2＋CH2CH2COO－）甜菜堿型——季胺鹽（RN＋(CH3)2CH2COO－）②性質(zhì)：

堿性水溶液中呈陰離子性質(zhì)，起泡性良好、去污力亦強(qiáng)；酸性水溶液中呈陽(yáng)離子性質(zhì)，殺菌力很強(qiáng)，毒性小。表面活性劑的分類一、離子表面活性劑二、非離子表面活性劑脂肪酸甘油酯多元醇型聚氧乙烯型聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物二、非離子表面活性劑在水溶液中不是解離狀態(tài)故稱之為非離子表面活性劑。1、結(jié)構(gòu)組成：①親水基團(tuán)(甘油、聚乙二醇、山梨醇)；②親油基團(tuán)(長(zhǎng)鏈脂肪酸、長(zhǎng)鏈脂肪醇、烷基或芳基)；③酯鍵、醚健。2、性質(zhì)：

毒性小，溶血作用較小，化學(xué)上不解離，不易受電解質(zhì)，pH值的影響；能與大多數(shù)藥物配伍，廣泛應(yīng)用于外用、口服制劑和注射劑。3、常用品種

①脂肪酸甘油酯

類別：脂肪酸單甘油酯和脂肪酸二甘油酯，如單硬脂酸甘油酯。性質(zhì)：不溶于水，在水、熱、酸、堿及酶等下易水解。應(yīng)用：HLB3～4，表面活性弱，用作W/O型輔助乳化劑。

②多元醇型⑴蔗糖脂肪酸酯

簡(jiǎn)稱蔗糖酯，是蔗糖和脂肪酸反應(yīng)生成的一大類化合物，分為單酯、二酯、三酯及多酯。

性質(zhì)：溶于丙二醇、乙醇，但不溶于水和油；在酸、堿及酶等作用下易水解成蔗糖和脂肪酸。

應(yīng)用：HLB5～13，表面活性弱，用作O/W型乳化劑。⑵脂肪酸山梨坦：脫水山梨醇脂肪酸酯

(司盤，span)品種：span20（脫水山梨醇單月桂酸酯），span40(脫水山梨醇單棕櫚酸酯)；span60（脫水山梨醇單硬脂酸酯）；span65（脫水山梨醇三硬脂酸酯）；span80（脫水山梨醇單油酸酯）；span85（脫水山梨醇三油酸酯）。應(yīng)用：粘稠白色至黃色的油狀液體或蠟狀固體，親油性較強(qiáng)，一般用作W/O型乳劑的乳化劑或混合乳化劑。用于搽劑、軟膏，亦作為乳劑的輔助乳化劑。⑶聚山梨酯(polysorbate)：聚氧乙烯脫水山梨醇脂肪酸酯

(吐溫，Tween)

品種：Tween20（聚氧乙烯脫水山梨醇單月桂酸酯），Tween40（聚氧乙烯脫水山梨醇單棕櫚酸酯），Tween60（聚氧乙烯脫水山梨醇單硬脂酸酯），Tween80（聚氧乙烯脫水山梨醇單油酸酯），Tween85（聚氧乙烯脫水山梨醇三油酸酯）。應(yīng)用：粘稠性黃色液體，親水性化合物，為水溶性表面活性劑，用作增溶劑、乳化劑、分散劑和潤(rùn)濕劑。③聚氧乙烯型：1）聚氧乙烯脂肪酸酯系聚乙二醇與長(zhǎng)鏈脂肪酸縮合而成的酯。商品名為賣澤(Myrij)，如聚氧乙烯40硬脂酸酯(polyoxyl40stearate)。應(yīng)用：具有較強(qiáng)水溶性，乳化能力強(qiáng)，作增溶劑和油/水型乳化劑。2）聚氧乙烯脂肪醇醚

系聚乙二醇與脂肪醇縮合而成的醚。商品名為芐澤類(Brij)：如Brij-30和-35分別為不同分子量的聚乙二醇與月桂醇的縮合物。④聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物

通式：HO(C2H4O)a-(C3H6O)b-(C2H4O)cH，是各種不同分子量的聚氧乙烯（親水基）與聚氧丙烯（親油基）的嵌段共聚物，其中a為化合物總量的10～80％，b至少為15。本品又稱泊洛沙姆(poloxamer)，商品名普郎尼克(Pluronic)。

性質(zhì)：為淡黃色液體或固體，分子量1000～14000，HLB0.5～30，具有乳化、潤(rùn)濕、分散、起泡和消泡等多種優(yōu)良性能，但增溶能力較弱。應(yīng)用：新型的優(yōu)良乳化劑、增溶劑，是目前能應(yīng)用于靜脈注射乳劑的一種合成的乳化劑。第三節(jié)表面活性劑的基本性質(zhì)（一）物理化學(xué)性質(zhì)一、表面活性表面張力二、膠束1臨界膠束濃度CMC膠束：當(dāng)溶液內(nèi)表面活性劑分子數(shù)目不斷增加時(shí)，其疏水部分相互吸引，締合在一起，親水部分向著水，幾十個(gè)或更多分子締合在一起形成締合的粒子，稱為膠束。臨界膠束濃度（CMC）：表面活性分子締合形成膠束的最低濃度。CMC的大小與物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、組成有關(guān)。2膠束的結(jié)構(gòu)

CMC時(shí)，溶液表面張力基本達(dá)到最低值，而且溶液的多種物理性質(zhì)如摩爾電導(dǎo)、粘度、滲透壓、密度、光散射等多種物理性質(zhì)發(fā)生急劇變化。利用這些性質(zhì)與表面活性劑濃度之間的關(guān)系，可推測(cè)出表面活性劑的臨界膠束濃度。溫度、濃度、電解質(zhì)、pH值等因素對(duì)測(cè)定結(jié)果也會(huì)產(chǎn)生影響。3臨界膠束濃度的測(cè)定

CMC的測(cè)定1.表面張力法：以表面張力對(duì)濃度的對(duì)數(shù)作圖，曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)即為CMC值。適合于離子表面活性劑和非離子型表面活性劑。2.電導(dǎo)法：以表面活性劑溶液的摩爾電導(dǎo)率對(duì)濃度或濃度的平方根作圖，曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)即CMC值。適合于離子表面活性劑。3.增溶法：難溶物質(zhì)的溶解度急劇增加，根據(jù)溶液濁度變化。4.顏料法：表面活性劑溶液增溶染料前后吸收光譜的變化。5.光散射法：膠束形成與散射光強(qiáng)度成正比。

庚基乙二醇十二烷基醚的表面張力與濃度的關(guān)系

十二烷基磺酸水溶液電導(dǎo)率與濃度摩爾電導(dǎo)率與濃度的平方根碳?xì)滏滈L(zhǎng)度離子型：cmc隨碳原子數(shù)的增加而降低非離子型：增加疏水基的碳原子的個(gè)數(shù)，cmc降低更為顯著。碳?xì)滏湹姆种В禾細(xì)滏湈Х种П戎辨湹腸mc大很多。極性基團(tuán)的位置：靠近碳?xì)滏湹闹虚g位置，cmc越大疏水鏈性質(zhì)的影響親水基團(tuán)的種類表面活性劑的種類：離子型遠(yuǎn)大于非離子型；兩性離子型的cmc與同碳原子數(shù)疏水基的離子型相近溫度對(duì)膠束形成的影響4影響臨界膠束濃度的因素

三、親水親油平衡值定義：HLB值系表面活性劑中親水和親油基團(tuán)對(duì)油或水的綜合親合力，是用來表示表面活性劑的親水親油性強(qiáng)弱的數(shù)值。HLB值范圍：

HLB0～40，其中非離子表面活性劑HLB0～20，即石蠟為0，聚氧乙烯為20。HLB值計(jì)算：

混合的非離子表面活性劑：HLBab=(HLBa×Wa+HLBb×Wb)/(Wa+Wb)

HLB理論計(jì)算法：HLB=∑(親水基團(tuán)HLB)－∑(親油基團(tuán)HLB)+7

并不是所以表面活性劑HLB值能用算式計(jì)算，須用實(shí)驗(yàn)方法加以驗(yàn)證。1.膠束增溶表面活性劑在水溶液中達(dá)到CMC后，一些水不溶性或微溶性物質(zhì)在膠束溶液中的溶解度可顯著增加，形成透明膠體溶液，這種作用稱為增溶。在cmc以上，隨著表面活性劑用量的增加，膠束數(shù)量增加，增溶量也相應(yīng)增加。最大增溶濃度（MAC）當(dāng)表面活性劑用量為1g時(shí)增溶藥物達(dá)到飽和的濃度即為最大增溶濃度。繼續(xù)加入增溶質(zhì)：液體乳濁液固體析出沉淀四、表面活性積的增溶影響膠束的形成；影響增溶質(zhì)的溶解影響表面活性劑的溶解度Krafft點(diǎn)：離子表面活性劑在水中的溶解度隨溫度升高至某一溫度時(shí)，其溶解度急劇升高，該溫度稱為Krafft點(diǎn)。2.溫度對(duì)增溶的影響圖1十二烷基硫酸鈉在水中的溶解度與溫度關(guān)系對(duì)于離子型表面活性劑，例如十二烷基硫酸鈉在水中的溶解度隨溫度變化曲線AKB，如圖1?？梢钥闯鲭S溫度升高，其溶解度在某一溫度K點(diǎn)急劇升高，轉(zhuǎn)折點(diǎn)K對(duì)應(yīng)的溫度稱克拉費(fèi)特點(diǎn)(Krafftpoint)。而此點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溶解度即為該離子型表面活性劑的臨界膠團(tuán)濃度（圖中虛線對(duì)應(yīng)濃度）。當(dāng)溶液中表面活性劑的濃度未超過溶解度時(shí)，在區(qū)域Ⅰ為溶液狀態(tài)AK線以下；當(dāng)繼續(xù)加入表面活性劑時(shí)，則有表面活性劑析出，在區(qū)域ⅡAKB線以上；此時(shí)再升高溫度，體系又成為澄明溶液，KB曲線以下（區(qū)域Ⅲ），但與Ⅰ相不同，相Ⅲ是表面活性劑的膠束溶液。Krafft點(diǎn)是離子型表面活性劑的特征值，Krafft點(diǎn)也是表面活性劑應(yīng)用溫度的下限，或者說，只有在溫度高于Krafft點(diǎn)表面活性劑才能更好的發(fā)揮作用。如十二烷基硫酸鈉的Krafft點(diǎn)為8℃，而十二烷基磺酸鈉的Krafft點(diǎn)為70℃，在室溫條件下使用，前者作增溶劑為好，后者的Krafft點(diǎn)高就不夠理想.

起曇與曇點(diǎn)：因加熱聚乙烯型非離子表面活性劑，使得溶解度急劇下降并析出，溶液發(fā)生混濁的現(xiàn)象稱為起曇，此時(shí)的溫度稱為濁點(diǎn)或曇點(diǎn)（cloudpoint）。曇點(diǎn)是非離子型表面活性劑的特征值。此類表面活性劑的曇點(diǎn)在70~100℃，例如吐溫20為90℃；吐溫60為76℃；吐溫80為93℃。吐溫類產(chǎn)生曇點(diǎn)的原因是溫度升高，聚氧乙烯鏈與水之間的氫鍵斷裂，水合能力下降，溶解度反而減小，溶液變濁出現(xiàn)曇點(diǎn)，冷卻時(shí)氫鍵重新形成，又澄明。在聚氧乙烯鏈相同時(shí)，碳?xì)滏溤介L(zhǎng)，則曇點(diǎn)越低；在碳?xì)滏滈L(zhǎng)相同時(shí)，聚氧乙烯鏈越長(zhǎng)則曇點(diǎn)越高。（二）表面活性劑的生物學(xué)性質(zhì)（1）表面活性劑對(duì)藥物吸收的影響如果藥物被增溶在膠束內(nèi)，并可以順利從膠束內(nèi)擴(kuò)散或膠束本身迅速與胃腸粘膜融合，則增加吸收，例如吐溫80明顯促進(jìn)螺內(nèi)酯的口服吸收。表面活性劑能溶解生物膜脂質(zhì)，增加上皮細(xì)胞的通透性，從而改善吸收.吐溫80和吐溫85增加一些難溶性藥物的吸收，則是因其在胃腸中形成高粘度團(tuán)塊，降低了胃排空速率。（2）表面活性劑的毒性

一般而言，陽(yáng)離子表面活性劑>陰離子表面活性劑>非離子表面活性劑兩性離子表面活性劑小于陽(yáng)離子表面活性劑陽(yáng)離子及陰離子表面活性劑不僅毒性較大，而且還有較強(qiáng)的溶血作用。非離子表面活性劑的溶血作用較輕微在聚氧乙烯基非離子表面活性劑中，以吐溫類的溶血作用最小，其順序?yàn)椋壕垩跻蚁┩榛?gt;聚氧乙烯烷芳基醚>聚氧乙烯脂肪酸酯>吐溫類；吐溫20>吐溫60>吐溫40>吐溫80。（3）表面活性劑的刺激性雖然各類表面活性劑都可以用于外用制劑，但長(zhǎng)期應(yīng)用或高濃度使用可能出現(xiàn)皮膚或粘膜損害。例如季銨鹽類化合物濃度高于1%即可對(duì)皮膚產(chǎn)生損害，十二烷基硫酸鈉產(chǎn)生損害濃度為20%以上。吐溫類對(duì)皮膚和粘膜的刺激性很低，但一些聚氧乙烯醚類表面活性劑濃度在5%以上即產(chǎn)生損害作用。（4）表面活性劑的生物降解生物降解是指含碳有機(jī)化合物在微生物作用下轉(zhuǎn)化為可供細(xì)胞代謝使用的碳源，分解成二氧化碳和水。要求在法定試驗(yàn)時(shí)間（19天）內(nèi)，初級(jí)生物降解應(yīng)達(dá)到80%以上，否則禁止使用。第四節(jié)表面活性劑的應(yīng)用一、增溶劑。。。（四）表面活性劑的復(fù)配表面活性劑相互間或與其他化合物的配合使用稱為復(fù)配。適當(dāng)?shù)膹?fù)配體系在增溶、乳化、起泡等性能方面優(yōu)于單一表面活性劑體系，不適當(dāng)?shù)呐湮閷⑵茐谋砻婊钚宰饔?。?）與中性無機(jī)鹽的配伍在離子表面活性劑溶液中加入可溶性的中性無機(jī)鹽，則反離子會(huì)產(chǎn)生一定的影響：反離子結(jié)合率越高和濃度越高，表面活性劑CMC降低就越顯著，從而增加了膠束數(shù)量，增加烴核總體積，增加了烴類增溶質(zhì)的增溶量。由于無機(jī)鹽使膠束柵狀層分子間的電斥力減少，分子排列更緊密，減少了極性增溶質(zhì)的有效增溶空間，故對(duì)極性藥物的增溶量降低。脂肪醇與表面活性劑分子形成混合膠束，烴核的體積增大，對(duì)碳?xì)浠衔锏脑鋈芰吭黾?，一般以碳原子?2以下的脂肪醇有較好效果。一些多元醇（如果糖、木糖、山梨醇等）也有類似效果。一些短鏈醇不僅不能與表面活性劑形成混合膠束，還可能破壞膠束的形成，如C1~C6的醇等。極性有機(jī)物（如尿素、N-甲基乙酰胺、乙二醇等均升高表面活性劑的臨界膠束濃度。（二）有機(jī)添加劑水溶性高分子吸附表面活性劑，減少溶液中游離表面活性劑分子數(shù)量，臨界膠束濃度升高；

水溶性高分子與表面活性劑形成不溶性復(fù)合物；但在含有高分