8 dispersed system

3

COLLOIDAL DISPERSION

5

TYPES OF COLLOIDAL SYSTEMS

Lyophilic Colloids

Systems containing colloidal particles that interact to an appreciable extent with the dispersion medium are referred to as lyophilic (solvent-loving) colloids.

Owing to their affinity for the dispersion medium, such materials form colloidal dispersions, or sols, with relative ease.

Lyophilic colloidal sols are usually obtained simply by dissolving the material in the solvent being used. For example, the dissolution of acacia or gelatin in water or celluloid in amy! acetate leads to the formation of a sol.

6

Lyophobic Colloids

The colloids is composed of materials that have

little attraction, if any, for the dispersion medium.

These are the lyophobic (solvent-hating) colloids

and. This is due primarily to the absence of a

solvent sheath around tbe particle.

Lyophobic colloids are generally composed of

inorganic particles dispersed in water. Examples of

such materials are gold, silver, sulfur, arsenous

sulfide, and silver iodide.

7

It is necessary to use special methods to prepare lyophobic colloids.

(a)dispersion methods, in which coarse particles are

reduced in size; Dispersion can be achieved by

1)the use of high-intensity ultrasonic generators

operating at frequencies in excess of 20,000

cycles per second.

2)involves the production of an electric arc within a

liquid. Some of the metal of the electrodes is

dispersed as vapor. which condenses to form

colloidal particles.

3)Milling and grinding processes, although their

efficiency is low.

8

(b) condensation methods, in which materials of

subcolloidal dimensions are caused to aggregate

into particles within the colloidal size range.

Involve a high degree of initial supersaturation

followed by the formation and growth of nuclei.

For example, if sulfur is dissolved in alcohol and

the concentrated solution is then poured into an

excess of water, many small nuclei form in the

supersaturated solution. These grow rapidly to

form a colloidal sol.

9

Association Colloids: Micelles and the Critical Micelle Concentration

At low concentrations, the amphiphiles exist separately and are of such a size as to be subcolloidal. As the concentration is increased, aggregation occurs over a narrow concentration range. These aggregates, which may contain 50 or more monomers, are called micelles. Because the diameter of each micelle is of the order of 50 A, micelles lie within the size range we have designated as colloidal.

The concentration of monomer at which micelles form is termed the critical micelle concentration (C’MC).

The number of monomers that aggregate to form a micelle is known as the aggregation number of the micelle.

12

2

2

1

11

cmc

x

cmc

x

cmc

Compute the CMC of a mixture of n-dodesil oktaoksietilen-

glikol monoeter (C12E8) dan n-dodesil D-maltosida (DM).

CMC C12E8 is CMC1= 8,1 10-5M (mole/liter) and its mole

fraction, x1 = 0,75; CMC DM=CMC2= 15 10-5M (mole/liter)

x2 = 1-0,75 = 0,25

55 1015

25,0

101,8

75,01

CMC CMC = 9,3 10-5M

Assuming an ideal mixture, one can predict the CMC of the mixture from the CMC values of the pure amphiphiles and their mole fractions, x, in the mixture, according to the expression:

OPTiCAL PROPERTIES OF COLLO1DS

The Faraday—Tyndall EffectWhen a strong beam of light is passed through a colloidal sol, a visible cone, resulting from the scattering of light by the colloidal particles, is formed.The ultramicroscope, developed by Zsigmondy, allows one to examine the light points responsible for the Tyndall cone. An intense light beam is passed through the sol against a dark background at right angles to the plane of observation, and, although the particles cannot be seen directly, the bright spots corres-ponding to particles can be observed and counted.

Electron MicroscopeThe electron microscope, capable of yielding pictures of the actual particles, even those approaching molecular dimensions, is now widely used to observe the size, shape, and structure of colloidal particles.

Light ScatteringThis property depends on the Faraday—Tyndall effect and is a widely used for determining the molecular weight of colbids. It can also be used to obtain information on the shape and size of these particles. Scattering can be described in terms of the turbidity, r, the fractional decrease in intensity due to scattering as the incident light passes through 1 cm of solution. It can be expressed as the intensity of light scattered in all directions, Is divided by the intensity of the incident light, I. At a given concentration of dispersed phase, the turbidity

15

The molecular weight of the colloid can be obtained from the following equation:

BcM

Hc2

1

where is the turbidity in cm1, c is the concentration of solute in g/cm3 of solution, M is the weight-average molecular weight in g/mole or daltons, and B is an interaction constant. H is constant for a particular system and is written

N

dcdnnH

4

223

3

/32

where n (dimensionless) is the refractive index of the solution of concentration c(g/cm3) at a wavelength in cm1, dn/dc is the change in refractive index with concentration at c, and N is Avogadro’s number.

17

Brownian Motion : Robert Brown (1827) studied this phenomenon. The erratic motion, which may be observed with particles as large as about 5 ,um, was later explained as resulting from the bombardment of the particles by the molecules of the dispersion medium.

Diffusion : Particles diffuse spontaneously from a region of higher concentration to one of lower concentration until the concentration of the system is uniform throughout. Diffusion is a direct result of Brownian movement. According to Fick’s first law, the amount dq of substance diffusing in time dt across a plane of area S is directly proportional to the change of concentration, dc, with distance traveled, dx.

KiNETIC PROPERTIES OF COLOiDS

18

dtdx

dcDSdq

3

π4

πη6

πη6

πη63

Mv

N

N

RTD

rN

RT

r

kTD

D is the diffusion coefficient, the amount of material diffusing per unit time across a unit area when dc/dx, called the concentration gradient, is unity.

If the colloidal particles can be assumed to be approximately spherical, the following equation, suggested by Sutherland and Einstein, can be used to obtain the radius of the particle and the particle weight or molecular weight:

D is the diffusion coefficient , k is the Boltzmann constant, R is the molar gas constant, T is the absolute temperature, is the viscosity of the solvent, r is the radius of the spherical particle, and N is Avogadro’s number, M is molecular. weight and is the partial specific volume (approximately equal to the volume in cm3 of 1 g of the solute, as obtained from density measurements).

19

Osmotic Pressure

c

MRT

g

c

RT

Mg

c

RTM

Bcg

g ( )1

van't Hoff: = cRT

Replacing c with Cg/M in equation (17—9), in which Cg is the grams of solute per liter of solution and M is the molecular weight, we obtain

17-9

where B is a constant for any particular solvent/solute system and depends on the degree of interaction between the solvent and the solute molecules.

20

Curve I : ideal

Curve II dan III: real

Fig. 17—8. Determination of molecular weight by means of the osmotic pressure method. Extrapolation of the line to the vertical axis where cg=O gives RT/M, from which M isobtained.

SedimentationThe velocity, v, of sedimentation of spherical particles

having a density in a medium of density and a viscosity 0 is given by Stokes’s law:

0

02

9

2

gr

v

where g is the acceleration due to gravity. If the particles are subjected only to the force of gravity, then the lower size limit of particles obeying Stokes’s equation is about 0.5 m.

Stronger force must be applied to bring about the sedimentation of colloidal particles in a quantitative and measurable manner. This is accomplished by use of the ultracentrifuge.

22

In a centrifuge, the acceleration of gravity is replaced by 2x, where is the angular velocity and x is the distance of the particle from the center of rotation.

0

20

2

9

2

xr

dt

dxv

The speed at which a centrifuge is operated is commonly expressed in terms of the number of revolutions per minute (rpm) of the rotor. It is frequently more desirable to express the rpm as angular acceleration (2x) or the number of times that the force of gravity is exceeded.

The instantaneous velocity, v = dx/dt, of a particle in a unit centrifugal field is expressed in terms of the Svedberg sedimentation coefficient s,

sdx dt

x

/

2

= rpm x 2

sx x

t t

ln( / )

( )2 1

22 1

integrating

2323

MRTs

D v

( )1 0

The sedimentation coefficient, s, can be computed from equation after the two distances x1 and x2 are measured on the schlieren photographs obtained at times t1 and t2 the angular velocity is equal to 2 times the speed of the rotor in revolutions per second. Knowing s and obtaining D from diffusion data, it is possible to determine the molecular weight of a polymer, such as a protein, by use of the expression

where R is the molar gas constant, T is the absolute temperature, is the partial specific volume of the protein, and o is the density of the solvent.

24

A centrifuge is rotating at 1500 rpm. The midpoint of the cell containing the sample is located 7.5 cm from the center of the rotor (i.e., x = 7.5 cm). What is the average angular acceleration (2x) and the number of g’s on the suspended particles (g=981 cm/sec2? = rpm x 2

25

The sedimentation coefficient, s, for a particular fraction of methylcellulose at 20°C (293 K) is 1.7 x 10-13 sec, the diffusion coefficient, D, is 15 x 10-7 cm2/sec, the partial specific volume, , of the gum is 0.72 cm3/g, and the density ofwater at 20°C is 0.998 g/cm3. Compute the molecular weight of methylcellulose. The gas constant R is 8.31 x 107 ergl(deg mole).

MRTs

D v

( )1 0

26

Viscosity 0 1 2 5( , )

nrel

0

1 2 5, nsp

0

0

0

1 2 5,

sp2 5,

sp

ck

sp

ck k c k c 1 2 3

2

Several viscosity coefficients can be defined with respect to this equation. These include relative viscosity (rel) specific viscosity (sp), and intrinsic viscosity ().

Einstein:

0 the viscosity of the dispersion medium and is the viscosity of the dispersion when the volume fraction of colloidal particles present is

27

Mark-Houwink: [ ] KMwhere K and are constants characteristic of the particular polymer—solvent system, M is molecular weight.

28

ELECTRICAL PROPERTIES Of COLLOIDS

AgN03 sol KI sol.

29

v

E

49 104( )

: zeta potential in volts, v: the velocity of migration of the sol

in cm/sec, (): viscosity of the medium in poise (dynes

sec/cm2), ; the dielectric constant of the medium, E, the

potential gradientin gradien in volt/cm, v/E :mobility.

141v

EAt 200 C :

At 250 C, the coefficient become 128

Electrophoresis involves the movement of a charged particle through a liquid under the influence of an applied potential difference.

31

Donnan Membrane Equilibrium

outside(o)

inside (i)

R-

Na+ Na+

Cl- Cl-

After equlibrium has been establihed

On the outside:

inside:

oo ClNa

iioo ClNaClNa

iii ClRNa

i

i2iiio

2

Cl

R1ClClClCl iR

o

i

i

o

Cl

R1

Cl

Cl

32

Spherical micelle of nonionic surfactant, polioxyethylene onostearat, in water.

such a micelle may be regarded as a hydrocarbon core, made up of the hydrocarbon chains of the surfactant molecules, surrounded by the polyoxyethylene chains protruding into the continuous aqueous phase.

Benzena and toluena, nonpolar molecule, solubilized in the hydrocarbon interior of the micelle.

SOLUBILIZATION

is the ability of the micelles to increase the solubility of materials that are normally insoluble, or only slightly soluble, in the dispersion medium used.

33

Parahydroxybenzoic acid, a predominantly polar molecule, is found completely between the hydrophilic chains.

Salicylic acid, a more polar molecule, is oriented with the nonpolar part of the molecule directed toward the central region of the micelle and the polar group toward the hydrophilic chains that spiral outward into the aqueous medium

34

Factors Affecting So!ubihzation The Chemistry Of The Surfactants:

If a hydrophobic drug is solubilized in the micelle core, an increase of the lipophilic alkyl chain length of the surfactant should enhance solubilization.

An increase in the micellar radius by increasing the alkyl chain favoring the entry of drug molecules into the micelle

For micelles consisting of ionic surfactants, an increase in the radius of the hydrocarbon core is the principal method of enhancing solubilization, whereas for micelles built up from nonionic surfactants, evidence of this effect is not well grounded.

The principal effect of pH on the solubilizing power of nonionic surfactants is to alter the equilibrium between the ionized and unionized drug (solubilizate).

pH:

35

Krafft Point and Cloud Point

Another feature of micelle-forming surfactants is the rapid increase in solubility above a definite temperature, known as the Kraffi point, Kf. The Krafft point is the temperature at which the solubility of the surfactant equals the CMC. Below K, an increase in the concentration of the surface-active agent leads to precipitation ’rather than micelle formation. The surfactant has a limited solubility, and below the Krafft point, the solubility is insufficient for micellization. As the temperature is elevated, the solubility increases slowly. Temperature, above which cloudiness suddenly appears, is known as the cloud point. The surfactant separates as a precipitate, or when in high concentration as a gel, from aqueous solution at an elevated temperature because of self-association and loss of water of hydration of the individual molecules.

36

SUSPENSI• Partikel padat tidak terlarut dalam medium cair.

• Diameter partikel > 0,1 m

• Konsentrasi padat: 0,5 – 30%

• Stabilitas fisik: Kondisi partikel tidak teragregasi dan tetap terdistribusi rata dalam sistemnya.

Partikel yang mengendap harus mudah terdispersi kembali dengan sedikit pengocokan.

Akseptabilitas:

• Tidak memisah cepat

• Redispersi mudah

• Mudah dituang

• Mudah menyebar pada kulit

37

Penghalusan –––> Luas permukaan besar –––>termodinamis tak stabil –––> membentuk kelompok (flokulat)

Pada kondisi tertentu partikel-partikel membentuk sesuatu endapan yang disebut agregat –––> cake.

Kenaikan usaha (kerja, work, W) atau energi bebas permukaan G:

G ASL . SL adalah tegangan antarmuka. Kesetimbangan tercapai jika G = 0. A : kenaikan luas permukaan.

SIFAT ANTARMUKA PARTIKEL TERSUSPENSI

38

Hitunglah perubahan energi bebas permukaan dari zat padat dalam suspensi jika luas permukaan total naik dari 103 cm2 menjadi 107 cm2. Tegangan antarmuka antara zat padat dengan medium cair SL =100 dyne/cm

Energi bebas awal = G1 = 100 103 = 105 erg/cm2

Saat luas permukaan meningkat : G2

= 100 107 = 109 erg/cm2

Perubahan energi bebas, G21=109 – 105 109 erg/cm2.

G ASL .

39

Partikel terflokulasi:

· Ikatan lemah· Memisah dengan cepat· Tak terbentuk cake· Mudah diresuspensi

Partikel terdeflokulasi:

· Ikatan lebih kuat· Memisah perlahan-lahan· Terjadi agregasi –> cake· Sukar diresuspensiKurva potensial energi

untuk antaraksi partikel dalam suspensi

40

PEMISAHAN DALAM SUSPENSI

vd gs o

o

2

18

( )

Teori Sedimentasi

Hukum Sokes:

Suspensi encer: < 2% ; (0,5%)

Modifikasi Hk. Stokes: v v n' v’ adalah laju turun dari antarmuka dalam cm/sek

dan v adalah laju sedimentasi menurut hukum

Stokes. Suku : porositas awal sistem, bervariasi dari

nol sampai 1. Pangkat n : ukuran gangguan sistem.

41

Diameter rata-rata partikel CaCO3 dalam suspensi adalah 54 m.

Kerapatan CaCO3 = 2,7, kerapatan air = 0,997 g/cm3. Viskositas

air=0,009 poise. Hitunglah laju turun v’ sampel CaCO3 pada

dua porositas berbeda, 1 = 0,95 2 = 0,5. Harga n =19,73

cm/sek 30,0

009,018

981997,07,2105424

v

Bentuk log pers: ln v’ = ln v + n ln

Untuk 1 = 0,95 –>ln v’ = –1,204 +[19,73(– 0,051)] = –

2,210 ––> v’ = 0,11 cm/sek

Untuk 2 = 0,5, maka diperoleh v’ = 3,510-7 cm/sek ––>

dengan porositas rendah (konsentrasi tinggi) maka

sedimentasi dihalangi.

42

SEDIMENTASI PARTIKEL

Suspensi terflokulasi

Suspensi terdeflokulasi

44

PARAMETER SEDIMENTASI

F = Vu / Vo

Volume (Tinggi) Sedimentasi

45

Derajat flokulasi, .

V V

V VV Vu o

ou

/

//

volume sedimen akhir suspensi terflokulasi

volume sedimen akhir suspensi terdeflokulasi

F = V / Vo

F adalah volume sedimentasi suspensi

terdeflokulasi (terpeptisasi).

Derajat flokulasi adalah rasio F terhadap F

= F /F

46

Berapa volume sedimentasi dari 5% b/v suspensi

MgCO3 dalam air. Volume awal = 100 ml, volume

akhir sedimen = 30 ml.

Jika derajat flokulasi = 1,3. Berapa volume

sedimentasi terdeflokulasi.

3,0100

30

0

V

VF u

23,03,1

3,0

F

FF

F

4747

Suspensi terdeflokulasi: F = 0,15;

Suspensi terflokulasi : F = 0,75

DERAJAT FLOKULASI

= 0,75/0,15 = 5

F

F

48

FORMULASI SUSPENSI

Pendekatan membuat suspensi yang stabil :• menggunakan pembawa terstruktur –>menjaga partikel

terdeflokulasi di dalam suspensi, • menggunakan prinsip flokulasi. yang mudah diresuspensi dengan

sedikit pengocokan.

Pembasahan Partikel

• Pendispersian awal serbuk yang tak larut.: dengan cara ditaburkan pada permukaan cairan.Serbuk hidrofob : belerang, arang, dan magnesium stearat. Serbuk hidrofilik : seng oksida, talk, dan magnesium karbonat..

• Surfaktan berguna meningkatkan terjadinya pembasahan dan deflokulasi..

• Gliserin dan zat higoskopik yang serupa: untuk menggerus basah (levigasi) bahan tak larut. Gliserin mengalir ke dalam ruang hampa di antara partikel untuk mengusir udara dan selama pencampuran akan melapisi dan memisahkan partikel sedemikian rupa sehingga air dapat meresap dan membasahi masing-masing partikel.

49

Zat-zat yang digunakan : elektrolit, surfaktan,

dan polimer.

Elektrolit bekerja sebagai zat pemflokulasi :

• menurunkan penghalang (barrier) listrik di antara

partikel,

• pembentukan jembatan antar partikel sehingga

terjadi keterikatan satu sama lain membentuk

struktur yang longgar.

Flokulasi Terkontrol

50

Diagram caking, memperlihatkan flokulasi suspensi bismut subnitrat oleh KH2PO4

51

Flokulasi dalam Pembawa Terstuktur

Jika F (volume sedimentasi) tidak mendekati satu –––> Ditambahkan zat pensuspensi untuk menghalangi pengendapan flok: Karboksimetilselulosa (CMC), Karbopol 934, Veegum, tragakan, atau bentonit baik tunggal atau dalam kombinasinya.

Rangkaian langkah yang berkaitan dengan pembentukan suspensi yang stabil

52Reogram berbagai zat pensuspensi

Reogram yang menunjukkan tiksotropi.

Pertimbangan Reologik

Viskositas; Perubahan sifat aliran; kualitas penyebaran.

53

Pembuatan Suspensi

• Skala kecil• Skala besar

Stabilitas Fisik Suspensi

• Kenaikan suhu sering menimbulkan flokulasi suspensi yang

distabilkan oleh surfaktan anionik. Energi tolak (repulsi) menjadi

turun karena adanya dehidrasi gugus polioksietilen dari

surfaktan. Energi tarik (atraktif) menjadi naik ––> partikel

menflokulat.

• Pertumbuhan partikel : proses destabilisasi. Simonelli dkk

meneliti penghambatan pertumbuhan kristal sulfatiazol oleh

polivinilpirolidon (PVP).

• Terjadi interaksi dengan zat tambahan yang dilarutkan dalam

medium dispersi.

54

EMULSI

Emulsi adalah sistem :• fase terdispersi (fase dalam, fase diskontinu)• fase luar (kontinu), • zat pengemulsi (emulgator, emulsifying agent).

Garis tengah (diameter) partikel fase terdispersi: 0,1 sampai 10 m

Jenis (tipe) Emulsi emulsi minyak dalam air (m-a). : oral, eksternal emulsi air dalam minyak (a-m) : eksternal

Beberapa metode untuk menentukan tipe suatu emulsi. :• Pewarnaan• Pengenceran dengan air• Pengukuran arus listrik

Penerapan Farmasetis fase terdispersi mempunyai rasa yang tidak enak. akan diserap lebih baik (sempurna) dalam bentuk emulsi. untuk pemakaian eksternal dalam produk farmasetis dan

kosmetika.

56

TEORI EMULSIFIKASI

Dua cairan yang tak bercampur dan dikocok : cairan yang satu terdispersi dalam cairan lainnya membentuk tetes halus dalam waktu yang cepat kedua cairan tersebut akan memisah kembali membentuk dua lapisan.

Pemisahan yang terjadi : gaya kohesif lebih besar daripada gaya adhesif. Gaya kohesif dari masing-masing fase ditunjukkan sebagai energi antarmuka atau tegangan pada batas antara cairan-cairan tersebut.Jika 1 cm3 minyak mineral didispersikan menjadi globul yang mempunyai garis tengah volume-surface dvs 0,01 m (10-6 cm) dalam 1 cm3 air sehingga membentuk emulsi yang halus, maka luas permukaan tetes minyak menjadi 600 meter persegi. Energi bebas permukaan yang berkaitan dengan luas tersebut adalah 34107 erg, atau 8 kalori. Volume total sistem tetap 2 cm3 .

joule 4,184 = kalori 1 karena 8341034)cm 106(erg/cm 57

)(erg/cm dyne/cm 57adalah air dengan mineralminyak antara antarmukategangan sedangkan

Δγ

:permukaan bebas energikenaikan atau Usaha

m 600cm 10610

6

6

7262

2

2266

kalorijouleergW

AW

Sd

S

ow

vvs

v

57

Kenaikan energi akibat luas permukaan yang membesar menjadikan sistem secara termodinamis tidak stabil, ––> kecenderungan tetes-tetes untuk bersatu kembali (koalesensi).Untuk mencegah koalesensi (memperkecil lajunya): emulgator.

Zat pengemulsi dapat dibagi atas 3 kelompok:• Zat aktif permukaan (surfaktan),• Koloid hidrofil,• Partikel padat halus,

Nama Golongan Tipe emulsi

Trietanolamin oleatN-asetil N-etil morfolinum etosulfat (Atlas G-236)Sorbitan mono-oleat (Atlas Span 80)Polioksietilen sorbitan mono-oleat (Atlas Tween 80)Akasia (garam dari asam d-glukoronat)Gelatin (polipeptida dan asam amino)Bentonit (alumunium silikat hidrat)Veegum ( magnesium alumunium silikat)Arang

Surfaktan (anionik)Surfaktan (kationik)Surfaktan (nonionikSurfaktan (nonionik)

Koloid hidrofilikKoloid hidrofilikPartikel padatPartikel padatPartikel padat

m-a (HLB=12)m-a (HLB=25)a-m (HLB=4,3)m-a (HLB=15)

m-am-am-a & a-mm-aa-m

58

Penjerapan Monomolekular

Natrium setil sulfat dan kholesterol : emulsi yang sangat baik. Natrium setil sulfat dengan oleil alkohol : emulsi yang tidak baik. kombinasi setil alkohol dan natrium oleat menghasilkan film yang rapat namun kompleksitasnya terabaikan sehingga hasilnya emulsi yang tidak baik.

59

Penjerapan Multimolekular dan Pembentukan Film

Koloid liofilik hidrat dianggap sebagai zat aktif permukaan karena terlihat

pada antarmuka minyak-air.

Dibedakan dengan surfaktan :

(1) tidak menurunkan tegangan antarmuka, dan

(2) membentuk film multimolekular pada antarmuka

Daya kerja berdasarkan efek ke (2) karena film yang terbentuk sifatnya kuat dan

menahan terjadinya koalesensi.

Efek tambahan adalah kenaikan viskositas medium dispersi.

Penjerapan Partikel Padat

Partikel padat halus yang dibasahkan oleh minyak dan air dapat bekerja

sebagai emulgator.

Partikel tersebut terkonsentrasi pada antarmuka dan membentuk film

partikulat yang mengeliling tetesan sehingga mencegah koalesensi.

Serbuk yang mudah dibasahkan air akan membentuk emulsi m-a, sedangkan

yang mudah dibasahkan oleh minyak membentuk emulsi a-m.

60

STABILITAS FISIK EMULSI

Stabilitas emulsi : • bebas koalesensi fase dalam, • bebas kriming, • tetap baik dari segi penampilan, bau, warna, dan sifat fisis lain-nya.

Ketidakstabilan emulsi dapat digolongkan atas:• flokulasi dan kriming• koalesensi dan pecah• perubahan fisis dan kimia• inversi fase

Kriming dan Hukum Stokes vr g

2

9

20

0

( )

• Jika fase terdispersi kurang berat dari fase kontinu, umumnya pada kasus emulsi m-a, maka laju sedimentasi menjadi negatif, yaitu terjadi kriming naik.

• Lebih besar perbedaan berat dari kedua fase, lebih besar tetes minyak dan fase luar kurang kental maka laju kriming bertambah.

• Viskositas fase luar dapat dinaikkan: + zat pengental (thickening agent) seperti metilselulose, tragakan, atau natrium alginat.

61

Koalesensi dan Pecah

Pecah (breaking) : bersifat irreversibel Kriming: bolak-balik (reversibel).King : dispersi partikel berukuran seragam yang sedikit kasar akan

mempunyai kestabilan yang paling baik.

Pengaruh lain rasio volume-fase: Ostwald : jika lebih dari 74% minyak ditambahkan dalam emulsi m-

a, maka globul minyak sering berkoalesensi dan emulsi menjadi pecah. Nilai tersebut: titik kritis.Secara umum rasio volume-fase 50:50 : emulsi yang paling stabil.Emulsi dapat distabilkan oleh gaya tolak elektrostatik antara tetesan, yaitu dengan menaikan potensial zeta. Penambahan zat (spesies) bermuatan positif seperti ion natrium dan kalsium atau asam amino kationik mengurangi potensial zeta dan dapat menyebabkan flokulasi.

Faktor yang paling penting dalam stabilitas emulsi : sifat fisik film emulgator pada antarmuka.

62

Evaluasi Stabilitas

• Analisis frekuensi-ukuran emulsi dari waktu kewaktu sesuai umur produk. • Untuk emulsi yang pecah dengan cepat: pengamatan makroskopik

Metode Garti-Magdasi: perubahan konduktivitas listrik selama siklus pemanasan–pendinginan–pemanasan.

Kurva konduktivitas diplotkan selama siklus suhu. Indeks stabilitas didefinisikan sebagai /h, : h perubahan yang terjadi

dalam konduktivitas antara suhu 350 dan 450 C, sedangkan adalah interval konduktivitas di dalam dua kurva pemanasan pada 350 C. Lebih kecil konduktivitas maka lebih besar kestabilan emulsi.

63

• Emulsi m-a dengan natrium stearat menjadi tipe a-m : + kalsium

klorida.

• Mengubah perbandingan volume-fase –––––> emulgator m-a

dicampur minyak lalu ditambah air sedikit sampai korpus emulsi.

Ketika ditambahkan air sedikit demi sedikit maka berangsur tercapai

titik inversi; selanjutnya air dan emulgator akan membungkus

minyak sebagai globul halus sehingga akhirnya terbentuk emulsi m-

a.

Pemisahan fase, perubahan warna, pembentukan gas dan bau, serta

perubahan sifat reologik suatu emulsi dapat terjadi karena

pertumbuhan mikroba.

Bakteria mendegradasikan emulgator nonionik dan anionik, gliserin,

dan gom alam sehingga emulsi dapat menjadi rusak.

Pembalikan (Inversi) Fase

Pengawetan Emulsi

64

Kebanyakan emulsi : aliran non-Newton. Konsentrasi volume fase terdispersinya rendah (kurang dari 0,05): Newton.

Konsentrasi volumenya dinaikkan: aliran pseudoplastik.

Pada konsentrasi yang tinggi : aliran plastik. Bila konsentrasi volume mencapai 0,74 akan terjadi inversi dengan tanda adanya perubahan viskositas.

Pengecilan ukuran partikel rata-rata meningkatkan viskositas.

Makin besar konsentrasi emulgator maka viskositas produk akan semakin tinggi.

SIFAT REOLOGIK EMULSI

65

MIKROEMULSI

• Mikroemulsi: larutan jernih transparan, tetapi berbeda dengan sistem solubilisasi yang secara termodinamis stabil maka mikroemulsi tidak stabil.

• Mikroemulsi terdiri dari tetes minyak dalam fase air (m-a) atau tetes air dalam fase minyak (a-m) dengan garis tengah kurang lebih 10 sampai 200 nm, dan fraksi volume fase terdispersi antara 0,2 - 0,8.

• Dalam mikroemulsi: ditambahkan pembantu emulsi atau kosurfaktan.

• Surfaktan anionik seperti natrium lauril sulfat atau kalium oleat didispersikan dalam cairan organik misalnya benzena, lalu sejumlah kecil air ditambahkan, maka mikroemulsi akan terbentuk dengan penambahan sedikit demi sedikit pentanol (kosurfaktan lipofilik) membentuk larutan jernih pada 300 C.

Mikroemulsi:

Zona F (fluid) dan G (gel)

66

GEL

Suatu gel adalah sistem padat atau semisolida mengandung

paling sedikit dua konstituen, terdiri dari massa pekat yang

dirembesi cairan.

SEMISOLIDA

Jelly : Jika matriks yang saling berlengketan tersebut

banyak mengandung cairan.

xerogel Bila cairannya dihilangkan sehingga tinggal

kerangka. Contohnya antara lain lembaran gelatin, butiran

akasia.

67

Gel sistem dua fase : Massa gel dapat terdiri dari flokul

partikel halus bukan molekul besar, seperti pada gel

alumunium hidroksida, magma bentonit, dan magma

magnesia. Struktur gel pada sistem dua fase tersebut

(Gambar 22a,b) tidak selalu stabil, dan gel tersebut dapat

bersifat tiksotropik.

Gel sistem fasa tunggal : terdiri dari makromolekul

yang berada dalam bentuk seperti helaian serat (Gambar

22c). Unit-unit saling terikat oleh gaya kuat jenis van der

Waals sehingga membentuk daerah kristal dan amorf di dalam

keseluruhan sistem (Gambar 22d). Contoh tragakan dan

karboksimetilselulose

69

sinerisis : Bila gel didiamkan untuk beberapa lama, secara

alami gel tersebut mengkerut dan kandungan cairannya

tertekan keluar. Hal ini terjadi sebagai akibat pengisatan

berlanjut dari matriks atau struktur serat gel tersebut. Sinerisis

teramati pada jeli atau penganan gelatin.

“bleeding” : terjadinya pembebasan minyak atau air dari

dasar salep yang biasanya timbul dari suatu kekurangan

struktur gel bukan terjadi karena penciutan (kontraksi) seperti

pada sinerisis.

70

pengembangan (swelling). Berlawanan dengan

sinerisis adalah pengambilan cairan oleh gel dengan

bertambahnya volume.

imbibisi menarik sejumlah tertentu cairan tanpa

menambah volume.

71

Gambar Isoterm pengembangan dari gelatin pada dua suhu: (●)

pada 250 C; (๐) pada 200 C. Pengembangan diukur berdasarkan

bertambahnya berat gelatin dalam larutan dapar pada variasi

waktu.

72

PR FARMASI FISIKA :

SOAL DARI : PHYSICAL PHARMACY, ED IV, MARTIN

ANTARMUKA::

14-8; 14-13

REOLOGI:

17-4; 17-13

DISPERSI:

18-3; 18-10MIKROMERITIKA: 16-1; 16-5; 16-6; WUJUD ZAT::2-21; 2-22; 2-23;