Sistem Dispersi

Slide 1

1SISTEM DISPERSI Penggolongan Sistem Dispersi Menurut Ukuran PartikelGolonganRentang Ukuran PartikelKarakteristik SistemContohDispersi molekular

Dispersi Koloidal

Dispersi Kasar< 1,0 nm (m)

0,5 m - 1,0 nm

> 0,5 mPartikelpartikel tidak tampak dalam mikroskop elektron; lolos melewati ultrafilter dan membran semipermeabel; difusi berlangsung cepat.

Partikel tidak teramati dalam mikroskop biasa namun teramati dalam mikroskop elektron; lolos melewati kertas saring tapi tidak lolos membran semipermiabel; berdifusi sangat lambat.

Partikel tampak dibawah mikroskop; tidak lolos melewati kertas saring normal atau terdialisis melalui membran semipermeabel; partikel tidak dapat berdifusiMolekul oksigen, ion-ion biasa, glukosa.

Sol perak koloidal, polimer alam dan sintetik

Butiran pasir, kebanyakan emulsi dan suspensi farmasetis, sel darah merah.2Contoh Sistem dispersiFase terdis-persiMedium dispersi ContohKoloidalKasarCairPadatGasCair

PadatGasCair PadatGasGasCairCair

CairPadatPadatPadatKabutAsapBusaTetes minyak warna biruWarna antimon & Arsen trisulfida merah : dlm ukuran koloid : kuning3Partikel koloid dapat dipisahkan dari partikel molekular.

Teknik pemisahan: dialisis, ultrafiltrasi, elektrodialisis

4JENIS SISTEM KOLOIDALKoloid Liofilik:Afinitas thd solven mudah, hidrokoloidKoloid Liofobik:Partikel anorganik dalam air: emas, perak, arsen sulfida, belerang, perak iodida.Cara membuat: Dispersi : alat colloid mills Kondensasi: dari subkoloidal agregat koloidal Reaksi kimia: reduksi: (lar. Garam logam mulia + formaldehid), oksidasi: (H2S), hidrolisis: (FeCl3), penguraian ganda: (H2S + Asam arsen).5Koloid Asosiasi (Amfifil): Surfaktan.

Perubahan sifat surfaktan pada cmc (critical micelle concentration)(a) Misel bola dalam air; (b) misel dalam media nonair; (c) misel laminar, terbentuk pada konsentrasi tinggi, dalam air

6

cmc campuran surfaktan:Hitunglah CMC dari campuran n-dodesil oktaoksietilenglikol monoeter (C12E8) dan n-dodesil D-maltosida (DM). CMC C12E8 adalah CMC1= 8,1 10-5M (mol/liter) dan fraksi molnya, x1 = 0,75; CMC DM=CMC2= 15 10-5M (mol/liter)

x2 = 1-0,75 = 0,25

CMC = 9,3 10-5M7Efek Faraday-Tyndall

Seberkas sinar kuat akan memperlihatkan suatu kerucut,.Alat : melihat titik-titik cahaya yang membentuk kerucut Tyndall adalah ultramikroskop.UkuranBentukBangun (Struktur)Mikroskop Elektron

Partikel koloidalPenghamburan Sinar (Light Scattering)Bobot molekul koloid; dan informasi bentuk dan ukuran partikel. Kekeruhan (turbiditas), T, yaitu penurunan fraksional intensitas yang disebabkan oleh penghamburan bila sinar melalui larutan sepanjang 1 cm.

Hc/ = 1/M + 2Bc turbiditas, c konsentrasi solut dalam g/cm3 larutan, M berat rata-rata bobot molekul, dan B suatu tetapan interaksi, H adalah tetapan sistem tertentu dan setara dengan:

SIFAT OPTIS KOLOID8SIFAT KINETIK KOLOID

Gerakan Brown

DifusiHukum pertama Fick : jumlah zat dq yang berdifusi dalam waktu dt melewati bidang seluas S adalah berbanding lurus dengan perubahan konsentrasi dc terhadap jarak yang dilalui dx.D : koefisien difusi yaitu jumlah zat yang berdifusi per satuan waktu melewati satu satuan luas jika dx/dt ( disebut konsentrasi gradien) sama dengan satu. D mempunyai dimensi luas per satuan waktu.Partikel koloidal berbentuk sferis, maka persamaan Sutherland-Einstein atau Stokes-Einstein:M bobot molekul dan v volume spesifik partial (kira-kira setara dengan volume dalam cm3 dari 1 g solut yang diperoleh dari pengukuran kerapatan).

k: tetapan Boltzmann9Tekanan Osmotik

van't Hoff: = cRT

Kurva I : idealKurva II dan III: real

10Sedimentasi

Hukum Stokes:

Dalam sentrifuge percepatan gravitrasi digantikan oleh 2x, dalam hal ini adalah kecepatan sudut, x adalah jarak partikel dari pusat pemutaran (rotasi).

Laju sentrifuge : rpm = rpm x 2Kecepatan sesaat, v = dx/dt partikel dalam satuan bidang sentrifugal disebut koefisien sedimentasi Svendberg, s.:

Bobot molekul polimer dapat ditentukan oleh persamaan:

11Viskositas

Persamaan Einstein:

(18)

persamaan Mark-Houwink:

12SIFAT LISTRIK KOLOIDLar.AgN03Lar. KI

13Elektroforesis:

: potensial zeta dalam volt; v adalah keceatan bergerak (migrasi) sol dalam cm/sek di dalam tabung elektroforesis yang panjangnya tertentu dalam cm; visakositas medium () dalam poise (dyne sek/cm2 ); tetapan dielektrik medium ; gradien potensial E dalam volt/cm. Suku v/E disebut sebagai mobilitas.

Pada 200 C :Pada 250 C, koefisien menjadi 12814

15Kesetimbangan Membran Donnanluar (o)dalam (i)R-Na+Na+Cl-Cl-Setelah kesetimbangan tercapai,:di sebelah luar membran :

dan di sebelah dalam:

16SOLUBILISASI

Kemampuan dari misel untuk meningkatkan kelarutan zat yang secara normal tidak larut, atau hanya sedikit larut, dalam medium dispersi yang digunakan. Misel bola nonionik surfaktan, polioksietilen monostearat dalam air.Benzena dan toluena, molekul nonpolar, ada di dalam misel.Asam salisilat, lebih polar.Asam p- hiroksibenzoat, molekul polar, terletak diantara rantai hidrofil surfaktan.

17Faktor Yang Mempengaruhi SolubilisasiKimiawi Surfaktan:Rantai alkil lipofilik lebih panjang akan lebih mensolubilisasi obat hidrofobik.Surfaktan ionik: peningkatan jari-jari inti hidrokarbon, meningkatkan solubilisasi.pH: Merubah kesetimbangan antara solubilisat terion dan takterion.Titik Krafft: Suhu yang menunjukkan terjadinya kelarutan surfaktan = kmk (cmc)

Titik keruh (cloud point): Suhu yang menunjukkan terjadinya kekeruhan (pengkabutan) yang tiba-tiba. Jika suhu dinaikkan terjadi surfaktan memisah sebagai presipitat atau kalau konsentrasi tinggi sebagai suatu gel.18DISPERSI KASARSUSPENSIPartikel padat tidak terlarut dalam medium cair.Diameter partikel > 0,1 mKonsentrasi 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 cepatRedispersi mudahMudah dituangMudah menyebar pada kulit19SIFAT ANTARMUKA PARTIKEL TERSUSPENSI

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:

SL adalah tegangan antarmuka. Kesetimbangan tercapai jika G = 0. A : kenaikan luas permukaan.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/cmEnergi bebas awal = G1 = 100 103 = 105 erg/cm2Saat luas permukaan meningkat : G2 = 100 107 = 109 erg/cm2Perubahan energi bebas, G21=109 105 109 erg/cm2.

20

Partikel terflokulasi:

Ikatan lemahMemisah dengan cepatTak terbentuk cakeMudah diresuspensiPartikel terdeflokulasi:

Ikatan lebih kuatMemisah perlahan-lahanTerjadi agregasi > cakeSukar diresuspensiKurva potensial energi untuk antaraksi partikel dalam suspesni21PEMISAHAN DALAM SUSPENSI

Teori SedimentasiHukum Sokes:Suspensi encer: < 2% ; (0,5%)Modifikasi Hk. Stokes:

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.22Diameter 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

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/sekUntuk 2 = 0,5, maka diperoleh v = 3,510-7 cm/sek > dengan porositas rendah (konsentrasi tinggi) maka sedimentasi dihalangi.23SEDIMENTASI PARTIKEL

Suspensi terflokulasiSuspensi terdeflokulasiPARAMETER SEDIMENTASIF = Vu / Vo Volume (Tinggi) Sedimentasi

24Derajat flokulasi, .

F = V / Vo F adalah volume sedimentasi suspensi terdeflokulasi (terpeptisasi). Derajat flokulasi adalah rasio F terhadap F .

= F /F 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.

25FORMULASI 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.26Flokulasi Terkontrol

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.Diagram caking, memperlihatkan flokulasi suspensi bismut subnitrat oleh KH2PO4

27Flokulasi 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

28Reogram berbagai zat pensuspensiReogram yang menunjukkan tiksotropi.Pertimbangan ReologikViskositas; Perubahan sifat aliran; kualitas penyebaran.

29Pembuatan SuspensiSkala kecilSkala besarStabilitas 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. 30EMULSI

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) Emulsiemulsi minyak dalam air (m-a). : oral, eksternalemulsi air dalam minyak (a-m) : eksternal

Beberapa metode untuk menentukan tipe suatu emulsi. :PewarnaanPengenceran dengan airPengukuran arus listrik

Penerapan Farmasetisfase terdispersi mempunyai rasa yang tidak enak. akan diserap lebih baik (sempurna) dalam bentuk emulsi.untuk pemakaian eksternal dalam produk farmasetis dan kosmetika. 31TEORI EMULSIFIKASIDua 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 .

32Kenaikan 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,NamaGolonganTipe emulsiTrietanolamin 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)ArangSurfaktan (anionik)Surfaktan (kationik)Surfaktan (nonionikSurfaktan (nonionik)

Koloid hidrofilikKoloid hidrofilikPartikel padatPartikel padatPartikel padatm-a (HLB=12)m-a (HLB=25)a-m (HLB=4,3)m-a (HLB=15)

m-am-am-a & a-mm-aa-m33Penjerapan MonomolekularNatrium 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.

34Penjerapan 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 PadatPartikel 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.35STABILITAS 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 krimingkoalesensi dan pecahperubahan fisis dan kimiainversi faseKriming dan Hukum Stokes

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. 36Koalesensi dan Pecah

Pecah (breaking) : bersifat irreversibelKriming: 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. 37Evaluasi StabilitasAnalisis 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 pemanasanpendinginanpemanasan. 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.

38Pembalikan (Inversi) FaseEmulsi m-a dengan natrium stearat menjadi tipe a-m : + kalsium klorida. Mengubah perbandingan volume-fase > emulgator m-a dicampurkan dengan 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.

PENGAWETAN EMULSIPemisahan 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. SIFAT REOLOGIK EMULSIKebanyakan 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.39MIKROEMULSI

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)40GELSuatu gel adalah sistem padat atau semisolida mengandung paling sedikit dua konstituen, terdiri dari massa pekat yang dirembesi cairan. SEMISOLIDAJelly : Jika matriks yang saling berlengketan tersebut banyak mengandung cairan.xerogel Bila cairannya dihilangkan sehingga tinggal kerangka. Contohnya antara lain lembaran gelatin, butiran akasia.41Gel 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 42

43sinerisis : 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.44pengembangan (swelling). Berlawanan dengan sinerisis adalah pengambilan cairan oleh gel dengan bertambahnya volume.

imbibisi menarik sejumlah tertentu cairan tanpa menambah volume. 45

Gambar Isoterm pengembangan dari gelatin pada dua suhu: () pada 250 C; () pada 200 C. Pengembangan diukur berdasarkan bertambahnya berat gelatin dalam larutan dapar pada variasi waktu. 46PR FARMASI FISIKA :

SOAL DARI : PHYSICAL PHARMACY, ED IV, MARTINDIFUSI/DISOLUSI: 13-1; 13-4;ANTARMUKA::14-8; 14-13REOLOGI:17-4; 17-13DISPERSI:18-3; 18-10KINETIKA:12-3a); 12-9