‐ 1 ‐

เอกสารประกอบการสอน

เคมฟลกลปสาหรบเภสชศาสตร (702064)

เรอง : Interfacial phenomena อ. นชธมา แพงนคร

ผวประจน (Interfacial) คอ รอยตอระหวางพนผวของสสารตางชนด ทงในสภาวะทมเฟสเหมอนหรอแตกตางกน จะเกดแรงกระทาตอพนผวของสสารนน เรยกวา แรงตงผว (Interfacial tension) ลกษณะของแรงตงผวระหวางเฟสทแตกตางกน จะทาใหปรากฏการณทผวประจนทเกดขน แตกตางกนไปตามประเภทของรอยตอระหวางสสารนนๆ หากผวของสสารเชอมตอกบอากาศ พนผวประจนนนจะถกเรยกวา พนผว (surface) ประเภทของผวประจน สามารถแบงไดดงน

Phase Interfacial Tension

Type of Inetrface

Gas – gas - Gas – liquid γLV Liquid surface Gas – liquid γSV Solid surface

Liquid - liquid γLL Liquid – liquid Interface (emulsion) Liquid - Solid γLS Liquid – solid Interface (suspension) Solid - Solid γSS Solid- solid Interface (powder particles)

แรงตงผว (Surface tension )

ในของเหลวทกชนดจะมคณสมบตของแรงยดเหนยวระหวางโมเลกล 2 ชนด คอ 1. แรงยดตด (cohesion force) คอแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลของของเหลวชนด

เดยวกนแรงนสามารถรบความเคนดง (tensile stress) ไดเลกนอย 2. แรงเกาะตด (adhesion force) คอแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลของของเหลวกบสาร

ชนดอน เชน นากบแกว ปรอทกบแกว เปนตน แรงตงผว คอแรงทเกดขนบรเวณทผวของของเหลวสมผสกบของเหลวอนหรอกบผวของแขงโดย

มพลงงานเพยงพอตอการยดเหนยวระหวางโมเลกล ซงมขนาดสมพทธกบแรงยดตดและแรงเกาะตดทาใหเกดเปนลกษณะคลายๆ กบแผนบางๆ ทสามารถตานแรงดงไดเลกนอย แรงตงผวเปนสมบตอยางหนงของของเหลว ความตงผวทาใหผวหนาของนาเปนเสมอนผวหนงบาง คลมนาขางใตไว แรงตงผวจะเปนแรงทกระทาตอโมเลกลของของเหลวในแนวขนานไปกบพนผวของของเหลว

γLV = F L

เมอ γLV คอหนวยแรงตงผว มหนวยเปนแรง/ความยาว (dyne / cm) ทาการวดไดโดยใชเสนลวดขงเปนรปเฟรมสเหลยมจตรสทสามารถเลอนสวนฐานไดโดยมตมนาหนกแขวนไว

เมอจมลงไปในของเหลวจะเกดฟลมของของเหลวทเกดขนระหวางเสนลวด ฟลมทเกดขนมผวประจน กบอากาศทงดานหนาและหลง แรงตงผวจะดงฐานของลวดเขาหาตวดงนนเมอใหแรงหรอนาหนกในทางตรงขาม แรงททาททาใหฟลมขาดออกจากกน (fb) จงนามาคานวนคาแรงตงผวได ตามสมการ ดงน

γLV = fb 2 L

รปท1. แสดงแรงดงดดระหวาง

โมเลกลของนาทาใหเกดแรงตงผว

รปท2. แสดงฟลมทเกดขนระหวาง

กรอบลวด ในการวดแรงตงผว

  ‐ 2 ‐

แรงตงผวมคาเฉพาะทเปลยนแปลงไดตามชนดของของเหลว เชน ทอณหภม 20 0C มหนวยแรงตงผวของของเหลวชนดตางๆ (ดงแสดงในตาราง) นอกจากนแรงตงผวยงเปลยนแปลงไดตามอณหภม เมออณหภมสงขน แรงยดเหนยวในโมเลกลของของเหลวนอยลง ทาใหแรงตงผวมคานอยลง

ตารางแสดงคาแรงตงผว และ แรงระหวางผวประจนของของเหลวกบนา ทอณหภม 20 0C

การเกดหยดของเหลว ( droplet ) เปนกระบวนการทเกดขนกบของเหลวทมขนาดเลกและอยอยางอสระ เชน เมดของ

ของเหลวในบรรยากาศ หรอเมดของของเหลวทเกดจากหวฉดทฉดของเหลวออกมาเปนฝอยหรอละอองเลกๆ หรอเมดของของเหลวทเกาะตามใบไม ซงอทธพลของแรงตงผวจะพยายามปรบรปรางใหเมดของของเหลวมลกษณะเปนรปทรงกลม ทาใหแรงดนในหยดของเหลวมากขน เพอใหเกดแรงตานแรงตงผว เปนผลใหหยดของเหลวคงสภาพอยไดอยางสมดลถาพจารณาหยดของเหลวทรงกลมทมรศม r และความดนภายในหยดของเหลว P โดย แรงดนภายในหยดของเหลว = Pπr 2 แรงตงผว = 2πrγLV จากสมดลของแรง จะได แรงดนภายในหยดของเหลว เทากบ แรงตงผว

Pπr2 = 2πrγLV ความดนภายในหยดของเหลว P = 2γLV / r

ปรากฏการณของเหลวในทอขนาดเลก ( capillarity ) คอปรากฏการณทของเหลวซงสมผสกบวตถแลวมลกษณะสงขนหรอตาลง เนองมาจากอทธพลของแรงยดตดและแรงเกาะตด เชน บรเวณทนาสมผสกบผวแกว จะมระดบนาสงขนเลกนอย เพราะแรงเกาะตดระหวางโมเลกลของนากบโมเลกลของแกวมมากกวาแรงยดตดระหวางโมเลกลของนา แตถาเปนบรเวณทปรอทสมผสกบผวแกว ระดบปรอทจะตาลงเลกนอย เนองจากยดตดระหวางโมเลกลของปรอทมมากกวาแรงเกาะตดระหวางโมเลกลของปรอทกบโมเลกลของแกว

เมอนาหลอดแกวขนาดเลกทมรศม r จมลงในของเหลวทมแรงเกาะตดมากกวาแรงยดตด จะเหนของเหลวสงขนเปนระยะ h โดยของเหลวมหนวยแรงตงผว γLV ทามม θ กบแนวดง

นาหนกของของเหลว W = πr2ρhg แรงกระทาระหวางผว Fy = γLV 2π cos θ สมดลของแรง ΣFy = 0 πr2hρg = γLV 2πr cos θ h = 2γLV cos θ ρrg

ของเหลวสวนมาก θ ~ 0 

  ‐ 3 ‐

wtotal = Total weight

wring = Ring weight

R = Ring radius

γ = surface tension

fr = Dial reading (dyne)

β = Corection factor

wtotal = Total weight

wplate = Plate weight

γ = surface tension

b = buoyancy force

l = length of plate

การวดคาแรงตงผว

• DuNoüy ring

DuNoüy tensiometer มลกษณะเปน วงแหวนโลหะจมลงในภาชนะทมสารตวอยาง แลวใหแรงในการยกวงแหวนใหเกดเปนฟลมขน บนทกคาแรงทใชในการยกวงแหวนจนหลดจากผวนา

Wtotal = Wring + 2 (2πr) γ

วธนมคาความคลาดเคลอน ถง 25% เนองจาก รศมของลวดทนามาใชในการทาวงแหวนหรอปรมาตรของของเหลวทถกดงขนจงใชการวดแรงทอานไดจากอปกรณ คณดวยคา Corection factor (คานวณโดยวธการของ Harkins and Jordan ) เพอใหไดคานวณไดคาทถกตอง

γ = fr . β

2πr

• Wilhelmy Plate

Wilhelmy Plate ลกษณะเปนแผนโลหะ platinum หรอ แกวบางมผวขรขระ จมลงในภาชนะทมสารตวอยาง เลอนแผนโหะลงจนแตะผวของเหลว แลวบนทกคาแรงทเกดขนในการการจมแผนโลหะจนถงจดสมดล

γ = w total– (w plate – b)

2 l cos θ

คาสมประสทธการแผขยาย (Spreading coefficient)

เมอของเหลวหยดลงบนพนผวของสสารชนดอน จะสามารถเกดการแผกระจายตวออก เกดเปนฟลมแผคลมพนผวนนเมอแรงยดตดของโมเลกลของเหลวนนๆนอยกวาแรงเกาะตดของโมเลกลของของเหลวกบพนผวอน เชน เมอนาหยดลงบนพนโตะ หรอ นามนหยดลงบนนา ฟลมทเกดขน เปน ฟลมทประกอบไปดวยโมเลกลของของเหลวนนหลายชน (duplex film) ซงจะมความหนาตงแต 100 A0 ขนไป

รปท3. แสดงการวดแรงตงผว

ดวย DuNoüy ring

รปท4. แสดง การวดแรงตงผว

ดวย Wilhelmy Plate

  ‐ 4 ‐

เชน นามนทลอยอยบนผวนา สมมตวาชนระหวางผวสมผสของเหลวทงสองเปนดงรป งานทใชในการแยกผวสมผสทงสองออกจากกนเกดเปนพนผวของของแขงและของเหลว (รป 5) จะเทากบ แรงตงผว คณ พนทผวทเกดขน หรอเทากบ แรงตงผวของของเหลวและแรงตงผวของของแขงทเกดขนมาใหม หกลางกบแรงระหวางผวสมผสของแขงและของเหลวเดม ดงน

Wa = γL + γS - γLS

ในขณะท งานทตองการแยกของโมเลกลของของเหลวชนดหนงๆออกจากกน และทาใหเกดผวพนผวของของเหลวใหม2พนผว( รป 6) คอ

Wc = 2γL

จะได คาสมประสทธการแผขยาย , S คอ Wa – Wc

จะได S = γS - γLS - γL หรอ S = γS – ( γLS + γL )

เมอ S มคาเปน บวกเมอแรงตงผวของชนของเหลวชนลางมคามากกวาผลรวมของแรงตงผวของของเหลวชนบนกบแรงระหวางผวสมผส ในทางกลบกนหากแรงตงผวของของเหลวชนบนกบแรงระหวางผวสมผส มคามากกวาแรงตงผวของชนของเหลวชนลาง ของเหลวชนบนจะคงอยในรปของหยดของเหลวทรงกลมหรอหยดรปรปเลนสนนเหนอชนของของเหลวชนลาง และไมสามารถแผกระจายไปทวของเหลวชนลางได แตเมอทงไวเมอระบบเขาสสมดลของเหลวทงสองจะอมตวซงกนและกนจะเกดคาแรงตงผวใหม เปน γS

‘และ γL ‘ ซงโดยปกตมกจะลดลงจากเดม ทาใหคา S ลดลงหรอกลายเปนคาตดลบ นนคอ หยดของเหลว

ทลอยอยดานบนจะเกดการรวมตวกนเปนหยดขนาดใหญ โดยเฉพาะอยางยงเมอเพมปรมาณของเหลวชนบนใหมากขน

มมสมผส (contact angle) คามมสมผส คอ มมระหวางเสนสมผสของหยดของเหลวทไมเคลอนทบนพนผวโดยจดเรมตนอย ณ ตาแหนงทเปนจดสมผสของทงอากาศ ของเหลวและของแขง และการวดคามมสมผส (contact angle, θ C ) ของของเหลวบนพนผวของแขง

รปท 6. แสดงหยดของเหลวรปเลนสบนผวนา

รปท 5. แสดงงานทเกดขนในกระบวนแยกสวนของเฟสทตางกนออกจากกน รปท 6. แสดงงานทเกดขนในกระบวนแยกสวนของเฟสเดยวกนออกจากกน

  ‐ 5 ‐

จากความสมดลของ 3 interfacial force จงทาใหไดคามมสมผส (contact angle) ซงสามารถอธบายไดจาก Young’s equation ดงสมการ γSV = γSL + γLV cosθ γSV คอ แรงตงผวของของแขงกบไอนาทจดสมดล γLV คอ แรงตงผวของของเหลวกบไอนาทจดสมดล γSL คอ แรงตงผวระหวางของแขงและของเหลว การเปยกผวทสมบรณ (เชน นาบนแกวทสะอาด) จะเกดขนกตอเมอคามมสมผส (contact angle, θc ) เทากบ 0 0 หรอคาสมประสทธการแผขยาย (spreading coefficient, S ) มคามากกวา หรอเทากบศนย ดงสมการ S = γSV - γLS - γLV ≥ 0 คามมสมผสจะขนกบพลงงานพนผวและแรงตงผวของของเหลว ถาพนผวมการเปยก ทสมบรณกบของเหลว หยดของเหลวจะแผออกไปทวพนผว ทาใหมมสมผสมคาเขาใกลศนย ขณะเดยวกนถาพนผวสามารถเปยกโดยของเหลวไดไมดนก มมสมผสระหวางหยดของเหลวกบ พนผวกจะมคาอยระหวาง 0-180 องศา โดยทคามมสมผสของนาสงแสดงวาผวสมผสมสมบตสะทอนนาทด แตถามมสมผสของนาตาแสดงวาพนผวถกทาใหเปยกงาย

การวดคามมสมผส การทดสอบมมสมผสจะใชวธทเรยกวา sessile drop หยดของเหลวจะถกหยดออกจาก หลอดฉดยาขนาดเลก ลงบนพนผววสดทตองการทดสอบ โดยการนาเอาพนผวขนไปสมผสกบ หยดทแขวนอยทปลายเขมฉดยา เพอใหไดของเหลวเพยงหยดเดยวทสมผสกบผววสด จากนนแสง จะถกสองผานดานหนาของเหลวและภาพของหยดของเหลวจะตกลงบนฉากรบภาพซงอยดานหลง หยดของเหลว มมสมผสจะถกวดโดยใชฉากวดมม (protractor) ทตดอยกบฉากรบภาพ

การดดซบ (Adsorption)

การดดซบ คอ ลกษณะของโมเลกลจากสภาวะปกตไปสสภาวะทยดตดบนพนผวของสารอกชนดหนง การดดซบเปนกระบวนการทเกยวของกบการสะสมตวของสาร หรอความเขมขนของสารทบรเวณพนผวหรอระหวางผวหนา (interface) กระบวนการนสามารถเกดทบรเวณผวสมผสระหวาง 2 สภาวะใด ๆ เชน ของเหลวกบของเหลว กาซกบของเหลว กาซกบของแขง หรอของเหลวกบของแขง โดยโมเลกลหรอคอลลอยดทถกดดจบเรยกวา สารถกดดซบ(adsorbate) สวนสารททาหนาทดดซบเรยกวา สารดดซบ(adsorbent) นอกจากนในระบบทมสวนประกอบหลายชนด ทชนพนผวกจะมสวนประกอบแตกตางกนดวย เนองจากความสามารถในการดดซบแตกตางกนขนกบความเลอกสรร (selectivity) ทผวหนาของวสด

รปท 7 แสดงมมสมผสระหวางหยดของเหลวกบพนผวของแขง

  ‐ 6 ‐

กลไกของกระบวนการดดซบ

การดดซบเปนกระบวนการกกพวกสารละลายหรอสารแขวนลอยขนาดเลกซงละลายอยในตวกลาง ใหอยบนผวของสารอกชนดหนง โดยทสารละลายหรอสารแขวนลอย ขนาดเลกนเรยกวา Adsorbate สวนของแขงทมผวเปนทเกาะจบของสารทถกดดตดเรยกวา Adsorbent การดดตดผวนจะเปนการดดตดแบบระหวางสถานะ (Phase) ตางๆทงสามสถานะ คอ ของเหลว (Liquid) กาซ (Gas) และ ของแขง (Solid) ซงมไดทงแบบ ของเหลว- ของเหลว กาซ-ของเหลว กาซ-ของแขง และ ของเหลว-ของแขง

ประเภทของการดดซบ

ปจจยสาคญในการบอกชนดของกระบวนการดดซบจะพจารณาจากแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลทถกดดซบกบผวของสารดดซบ ถาแรงยดเหนยวเปนแรงแวนเดอรวาลส (Van der Waals Forces) จะเปนการดดซบทางกายภาพ (physical adsorption) แตถาแรงยดเหนยวทาใหเกดพนธะเคมระหวางโมเลกลทถกดดซบกบผวของสารดดซบ จะเรยกวา การดดซบทางเคม (chemical adsorption)

1. การดดซบทางกายภาพ (Physical adsorption)

เปนการดดซบทเกดจากแรงดงดดระหวางโมเลกลอยางออน คอ แรงแวนเดอรวาลส (Vander Waals Forces) ซงเกดจากการรวมแรง 2 ชนด คอ แรงกระจาย (London dispersion force) และแรงไฟฟาสถตย(electrostatic force) การดงดดดวยแรงทออนทาใหการดดซบประเภทนมพลงงานการคายความรอนคอนขางนอย คอ ตากวา 20 กโลจลตอโมลและสามารถเกดการผนกลบของกระบวนการไดงาย ซงเปนขอด เพราะสามารถฟนฟสภาพของตวดดซบไดงายดวย สารทถกดดซบสามารถเกาะอยรอบ ๆ ผวของสารดดซบไดหลายชน(multilayer) หรอในแตละชนของโมเลกลสารถกดดซบจะตดอยกบชนของโมเลกลของสารถกดดซบในชนกอนหนาน โดยจานวนชนจะเปนสดสวนกบความเขมขนของสารถกดดซบ และจะเพมมากขนตามความเขมขนทสงขนของตวถกละลายในสารละลาย

2. การดดซบทางเคม (Chemical adsorption)

การดดซบประเภทนเกดขนเมอตวถกดดซบกบตวดดซบทาปฏกรยาเคมกน ซงสงผลใหเกดการเปลยนแปลงทางเคมของตวถกดดซบเดม เกยวของกบการถายทอดอเลกตรอน ซงเทากบการสรางพนธะเคมระหวางสารทไปดดซบกบสารพนผวของของแขง คอมการทาลายแรงยดเหนยวระหวางอะตอมหรอกลมอะตอมเดมแลวมการจดเรยงอะตอมไปเปนสารประกอบใหมขน โดยมพนธะเคมซงเปนพนธะทแขงแรง มพลงงานกระตนเขามาเกยวของทาใหความรอนของการดดซบมคาสงประมาณ 50-400 กโลจลตอโมล หมายความวาการกาจดตวถกดดซบออกจากผวตวดดซบจะทาไดยาก คอไมสามารถเกดปฏกรยาผนกลบได (irreversible) และการดดซบประเภทนจะเปนการดดซบแบบชนเดยว(monolayer) เทานน ซงการดดซบทางกายภาพและทางเคมมขอแตกตางกนหลายอยาง นนคอ chemisorption จะแขงแรงกวา physical adsorption แตกจะถกจากด เฉพาะสารทไปดดซบท monolayer ของพนผวของของแขงเทานน

การเปรยบเทยบลกษณะจาเพาะของการดดซบทางกายภาพและการดดซบทางเคม ลกษณะจาเพาะ การดดซบทางกายภาพ การดดซบทางเคม

พนธะระหวาง absorbent -adsorbate Vander Waals Forces Covalent หรอ ionic bond Energy of adsorption 20-40 KJ / mole 40-400 KJ / mole ความจาเพาะเจาะจงระหวาง absorbent -adsorbate

ไมจาเพาะ มความจาเพาะ

ผลของอณหภม เมออณหภมเพมการดดซบนอยลง เมออณหภมเพมอตราเรวการดดซบเพมขน การผนกลบของกระบวนการดดซบ ผนกลบได ไมผนกลบ อตราเรวของการดดซบ คงท เพมตามอณหภม จานวนชนของการดดซบ เกด monolayer ทความดนตา

เมอความดนเพมเกด multilayerได เกด monolayer เทานน

  ‐ 7 ‐

การดดซบบนผวของแขง และกาซ การดดซบบนผวของแขง และกาซ เกดขนเนองจากการไมสมดลของพนธะยดเหนยว ระหวางอะตอมหรอโมเลกลทเปนองคประกอบของสาร ทบรเวณพนผวอนภาคของของแขงจะยดกบโมเลกลทอยในเนอสารเทานนแตผวหนาทสมผสกบอากาศไมมพนธะ จงทาใหเกดแรงดงดดเขามาภายในเนอของสาร ในทศทางทตงฉากกบพนผว ดงเอาโมเลกลของสารอนๆทอยใกลเขามายดตดกบพนผวของอนภาคของแขงได การดดซบกาซบนผวของของแขงถอเปนตนแบบของการดดซบทางกายภาพ สมมตฐานของการดดซบ ความสมพนธระหวางปรมาณกาซทดดซบไวบนพนผวของแขงทกบความดนสมดลทอณหภมคงท เรยกวา Adsoption Isotherm ซงมผอธบายชนดของ isotherm ตางๆไวดงน

• Freundlich Isotherm Freundlich ไดเขยนสมการอธบายการดดซบไดดงน Y = x = Kp1/n

M หรอ log Y = log K + 1/n log p Y = ปรมาณกาซทถกดดซบไวบนพนทผวของแขงหนงตอหนวยนาหนกของ adsorbent x = ปรมาณกาซทถกดดซบไว (mg , mole ) M = นาหนกของของแขง หรอ adsorbent p = ความดนสมดลของกาซ K, n = คาคงทขนกบอณหภม ชนดของกาซและ adsorbent เมอนามา plot กราฟจะไดดงรปท 8

• Langmuir Isotherm Langmiur ไดอธบายการดดซบจากพนฐานทฤษฎทวาการอะตอมหรอโมเลกลของกาซจะถกดดซบไวทผวของแขงเพยงชน

เดยวและมความสมาเสมอของการดดซบ และอตราเรวในการดดซบ (r1) จะแปรผนตรงกบพนทผวทยงไมมการดดซบกาซ และความดนของกาซขณะนน (p) ในขณะทอตราเรวการระเหยของกาซออกจากพนผวของของแขง (r2) จะแปรผนตรงกบ พนทผวทดดซบกาซเอาไว เมอพนทผวทงหมดเทากบ 1 พนทผวดดซบกาซไวแลว เปน θ ดงนนพนผวทไมมการดดซบกาซ คอ 1- θ จงไดสมการ r1 = k1 (1 - θ )p และ r2 = k2 θ ทจดสมดล r1 = r2 จะได

θ = k1 p = ( k1/ k2 ) p k2 + k1 p 1 + ( k1/ k2 ) p

แทนคา k1/ k2 ดวย b และ θ ดวย Y / Ym เมอ Ymคอ ปรมาณกาซทถกดดซบไวบนพนทผวแบบชนเดยวจนเตมพนทผวของของแขงตอหนงหนวยนาหนกของ adsorbent ได Y / Ym = bp 1+ bp หรอ Y = Ym b p เรยกวา Langmuir Isoterm 1 + b p เมอเปลยนสมการใหอยในรป p = 1 + p Y b Ym Ym จะเขยนกราฟความสมพนธระหวาง Y และ p จะได p/y และ p จะไดกราฟตามรป A และ ตามลาดบ

รปท 8 กราฟแสดง Freundlich และ Langmuir Isotherm

  ‐ 8 ‐

• BET isotherm มาจาก Brunauer, Emmett และ Teller ซงใชในการอธบายการดดซบแบบ multilayer โดย การดดซบดวยพนธะระหวาง

พนผวของแขงกบกาซเกดกบชนแรกของการดดซบเทานน ในชนถดไปจะเกดพนธะระหวางโมเลกลกาซดวยกนเอง เมอเปลยนสมการใหอยในรป p = 1 + h -1 . p Y (p0-p ) Ym h Ym h p0 P0 = ความดนไออมตวของกาซทถกดดซบไว h = คาคงท ซงเปนสดสวนกบความแตกตางระหวาง ความรอนในการดดซบของ กาซทถกดดซบในชนแรก กบ พลงงานแฝงของการควบแนนของกาซทถกดดซบในชนถดๆไป

รปท 10 แสดง BET Isotherm ของการดดซบ แบบตางๆ

การดดซบในระบบของแขง ของเหลว

ในระบบ ของเหลว-ของแขง (Liqid –Solid Interface) ในสภาวะของเหลวการดดซบโมเลกลของสารละลายหรอสารแขวนลอยกจะถกกาจดออกจากนาและไปเกาะตดอยบนตวดดซบ โมเลกลของสารสวนใหญจะเกาะจบอยกบผวภายในโพรงของตวดดซบและมเพยงสวนนอยเทานนทเกาะอยทผวภายนอก การถายเทโมเลกลจากนาไปหาตวดดซบเกดขนไดจนถงสมดลจงหยด ณ จดสมดล ความเขมขนของโมเลกลในนาจะเหลอนอยเพราะโมเลกลสวนใหญเคลอนทไปเกาะจบอยกบตวดดซบ กระบวนการทเกดขนจะซบซอนกวาการดดซบทพนผวของแขง เนองจากทงโมเลกลของตวทาละลายและตวถกละลาย สามารถถกดดซบไดทงค จงเกดการแยงทของการดดซบกน

รปท 9 กราฟแสดง Langmuir Isoterm

  ‐ 9 ‐

การใชประโยชนทางเภสชกรรม

สารออกฤทธตอพนผว

สารออกฤทธตอพนผว หรอ สารลดแรงตงผว (surfactant, surface active agent) อาจเปนโมเลกลหรออออนทมการดดซบอยบรเวณผวประจนสงผล ตอลกษณะพนผว ทาใหเกดความตอเนองของพนผวของสารทงสองสถานะ โดย ตวอยางเชน สบและสารซกลาง ซงโมกลสารนจะมลกษณะ Amphiphile คอ โมเลกลหรอไอออนซงประกอบดวย 2 สวน คอ สวนทมขวหรอสวนทชอบนา (hydrophilic) และสวนทไมมขวหรอสวนทไมชอบนา (hydrophobic) ซงทง 2 สวนนตองสมดลกนทาใหถกดดซบทพนผวหรอระหวางพนผวของของเหลว ทาใหความเขมขนทพนผวสงกวาความเขมขนภายในเนอของของเหลว

การเรยงตวของสารลดแรงตงผว หากความเขมขนของสารลดแรงตงผวตา โมเลกลของสารลดแรงตงผวจะเรยงตวบนพนผวนาโดยหนสวนทมขวเขาหานาและสวนทไมมขวทอดขนานกบผวนา เมอเพมจานวนของสารลดแรงตงผวไดความเขมขนสงขน โมเลกลจะเรยงตงตรงโดยหนสวนทมขวเขาหานา และสวนทไมมขวเขาหาอากาศ (รป a) ทาใหเปลยนจากระหวางพนผวนา-อากาศ เปนระหวางพนผวไฮโดรคารบอน-อากาศ ทาใหแรงตงผวของนาลดลงเนองจากแรงตงผวของไฮโดรคารบอนจะตากวาแรงตงผวของนา สวนพนผวของนาและนามนโมเลกลของสารลดแรงตงผวจะเรยงตวโดยหนสวนทมขวเขาหานาและสวนทไมมขวเขาหานามน เมอความเขมขนของสารลดแรงตงผวสงถงความเขมขนหนง โมเลกลภายในเนอของของเหลวจะรวมกนเปนกลม เรยกวา ไมเซลล (micelle) (รป b) ความเขมขนของสารลดแรงตงผวทตาสดทเรมเกดไมเซลล เรยกวา ความเขมขนไมเซลลวกฤต (critical micelle concentration, CMC)

HLB System (Hydrophile-Lipophile Balance)

Griffin ไดศกษา ระดบของความชอบและไมชอบนาของสารลดแรงตงผวตางๆไวโดยแสดงระดบไวดงรป12 สารมสวนทไมชอบนามากหรอชอบไขมนจะมคา HLB ตา (1.8-8.6) ในขณะทสารทมสวนชอบนามากจะม คา HLB สง(9.6-16.7) ในการผลตยาอมลชน สวนผสมของ oil phase ในตารบ จะมคา คา HLB ทตองการ ( required HLB ; RHLB) การคานวณหาคา RHLB ของทงตารบทาไดโดยการ นาคา RHLB ของ oil phase แตละตวในตารบคณดวยสดสวนนาหนกในตารบของ oil นนๆ ดงนนสารกออมลชนในตารบอมลชน o/w หรอ w/o จะแตกตางกน ดงตอไปน

O/W emulsion ตองใช emulsifier ซงมคา HLB = 8-18

W/O emulsion ตองใช emulsifier ซงมคา HLB = 3-6

รป11. แสดงการจดเรยงตว

ของสารลดแรงตงผวทผวนา -

อากาศและผวนา-นามน

รป12. ระดบของ คา HLB และการใชประโยชน

ของสารลดแรงตงผว

  ‐ 10 ‐

Hydrophilic-lipophilic balance (HLB) value of Amphiphilic agent

Required Hydrophilic-lipophilic balance (RHLB) value of some Oil for (o/w) and (w/o)emulsion

ตวอยางการนาสารลดแรงตงผวมาในทางเภสชกรรม ไดแก เพอใหนาและนามนเขากนไดในการผลตยาอมลชน ทาใหผงยาทเปยกนาไดยากเขากบนาไดมากขน เพมอตราเรวการละลายของยาทละลายนาไดยาก ทาใหยาสามารถซมผานชนเยอบตางๆของรางกายไดดยงขนและสารลดแรงตงผวเชน Cationic surfactant ยงใชเปนสารตานจลนทรยในตารบยานาสาหรบใชภายนอกอกดวย Activeted charcoal

ผงถานกมมนต ใชประโยชนจากลกษณะทเปนผงๆ มพนทผวมากเนองจากมรเลกๆ(cavernous pores)จานวนมาก ทาใหมพนทผวมากกวาสารชนดอนทมนาหนกเทากน โดยมพนทผวจาเพาะถง 600-1,000 m2/g ในทางเภสชกรรมใชในการดดซบสารพษหรอยา หากแตยาทแตกตวเปนประจ หรอสารโมเลกลเลกเชน alcohol จะถกดดซบไดไมด ไมควรใหพรอม antidote อนๆเนองจากขดขวางการดดซมยาตานพษชนดอน เชน N-acetylcysteine และ ฤทธในการดดซมของผงถานจะลดลง เมอใหรวมกบอาหารประเภทนม หรอไอศกรม

เอกสารอางอง

• Martin, A., Bustamante, P and Chun, A.H.C., Physical pharmacy, 4th Ed., Lea & Febiger, Philadelphia USA (1993) pp.363-388.

• Amili, M.M. and Sandmann,J.B., Applied Physical Pharmacy.,The McGraw-Hill Companies,Inc. USA (2003) pp.327-363.