第三章 表面活性剂.doc

第三章 表面活性剂第一节概述一、表面活性剂的概念 任何纯液体在一定温度下都具有一定的表面张力。20时，水的表面张力为72. 75 mNm一，苯的表面张力为28. 88mNm一。溶液的表面张力与加人溶液中溶质的浓度和种类有关。当在水中加入无机盐和糖类物质时，水的表面张力略有增加；在水中加入低级脂肪醇或脂肪酸时，水的表面张力略有下降；而有些物质如肥皂中的硬脂酸钠和洗衣粉中的烷基苯磺酸钠等物质却能使水的表面张力显著降低。这种使液体表面张力降低的性质称为表面活性；使液体表面张力下降的物质称为表面活性物质；具有很强的表面活性，能使液体表面张力显著降低的物质称为表面活性剂（surfactant）。二、表面活性剂的结构特点 表面活性剂之所以能降低液体的表面张力，是由其结构上的特点决定的。表面活性剂分子的结构特征是同时具有极性的亲水基和非极性的亲油基，且分别处于表面活性剂分子的两端，造成分子的不对称性，因此表面活性剂分子是一种既亲水又亲油的分子，具有两亲性（即亲水亲油性），也称为两亲分子。表面活性剂的亲油基通常是长度在8个碳原子以上的烃链，或者是含有杂环或芳香族基团的碳链；亲水基可以是梭酸、磺酸、氨基或胺基及其盐，也可以是经基、酞胺基、醚键等。如肥皂是脂肪酸类（R-C00-）表面活性剂，其结构中的脂肪酸碳链（R-）是亲油基，解离的脂肪酸根（C00-）是亲水基。应注意的是两亲分子并不一定都是表面活性剂，只有那些能明显降低体系的表面张力或明显改变体系界面状态的物质才是表面活性剂。三、表面活性剂的吸附 1表面活性剂分子在溶液中的正吸附表面活性剂这种亲水亲油的独特结构使其具有特殊的作用，在溶液中表现为正吸附现象。当水中表面活性剂的浓度很低时，它们在水一空气界面产生定向排列，分子中的亲水基伸向水而亲油基朝向空气，形成单分子层吸附，表面活性剂在溶液表面层的浓度大大高于溶液中的浓度。表面活性剂在溶液表面层聚集的现象称为正吸附。正吸附改变了溶液表面的性质，最外层呈现出碳氢链的性质，从而表现出较低的表面张力，随之产生较好的润湿性、乳化性、起泡性等。 2表面活性剂分子在固体表面的吸附表面活性剂溶液与固体表面接触时，表面活性剂分子即可在固体表面发生吸附，使固体性质发生改变。对于极性固体物质，在低浓度时，表面活性剂为单分子层吸附，表面活性剂分子中的亲油基伸向空气；当表面活性剂在溶液中的浓度接近临界胶束浓度时，形成双分子层吸附并达到饱和，此时表面活性剂分子的排列方向与第一层相反，亲水基朝向空气。 对于非极性固体，一般仅发生单分子层吸附，表面活性剂分子中的亲油基吸附在固体表面，亲水基指向空气，使固体表面呈现一定的亲水性。当表面活性剂浓度增加时，吸附量并不随之增加，甚至有减少的趋势。第二节表面活性剂的分类 表面活性剂的分类方法有多种，根据来源可分为天然表面活性剂和合成表面活性剂；根据溶解性可分为水溶性表面活性剂和油溶性表面活性剂；根据亲水基是否解离，可分为离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂，其中离子型表面活性剂根据解离的离子性质，又可分为阴离子型、阳离子型和两性离子型表面活性剂。一、离子型表面活性剂 （一）阴离子型表面活性剂 此类表面活性剂起表面活性作用的部分是阴离子，带有负电荷。如肥皂、长碳链的硫酸盐等，是目前广泛应用的一类表面活性剂。 1.肥皂类是高级脂肪酸的盐。通式为（RC00 -) n M0，其中脂肪酸烃链R一般在C！l一C,7之间，以硬脂酸、油酸、月桂酸等较为常见。这类表面活性剂均具有良好的乳化性能和分散油的能力。 根据阳离子M的不同，又可分为碱金属皂、碱土金属皂和有机胺皂。 （1)碱金属皂：为可溶性皂，是脂肪酸的碱金属盐类，一般为钠盐或钾盐。如常用的脂肪酸有月桂酸（c 12）、棕搁酸（CI。）、硬脂酸（C！、）和油酸（Cis不饱和酸）。如硬脂酸钾即为常用的钾肥皂。这类表面活性剂月艺召值一般在巧一18，降低水相的表面张力强于降低油相的表面张力，常用作0/W型乳化剂。使用时易被酸、碱及钙、镁盐所破坏，电解质可使之盐析，并有一定的刺激性，一般只用于外用制剂。 （2）碱土金属：为不溶性皂，是脂肪酸的二价或三价金属皂，以Ca，、MgZzI12、Al，等为主。脂肪酸为C,2一C,8的饱和或不饱和脂肪酸，该类皂的亲油基强于亲水基，常用作WO型乳化剂。一般只用于外用制剂。 (3）有机胺皂：是脂肪酸和有机胺反应形成的皂类。常用的脂肪酸是硬脂酸和油酸，有机胺主要是三乙醇胺。硬脂酸三乙醇胺常用作软膏剂的乳化剂。 2.硫酸化物是硫酸化脂肪油和高级脂肪醇硫酸醋类。通式为ROS03 M。其中高级脂肪醇烃链R在CI：一C,8范围。硫酸化油的代表是硫酸化蓖麻油（也称土耳其红油），为黄色或橘黄色钻稠液体，有微臭，可与水混合，无刺激性，可作为去污剂和润湿剂使用，代替肥皂洗涤皮肤，也可用于挥发油或水不溶性的杀菌剂的增溶。高级脂肪醇硫酸醋常见有月桂醇硫酸钠（十二烷基硫酸钠）、鲸蜡醇硫酸钠（十六醇硫酸钠）和硬脂醇硫酸钠（十八烷基硫酸钠）等。它们的乳化性很强，较肥皂类稳定，受酸和钙盐、镁盐的影响小，但能与一些高分子阳离子药物发生作用而产生沉淀，对勃膜有一定的刺激性，主要用作外用软膏的乳化剂，有时还可用作片剂等固体制剂的润湿剂和增溶剂。 3磺酸化物是脂肪酸或脂肪醇经磺酸化后，用碱中和所得的化合物，主要有脂肪族磺酸化物、烷基芳基磺酸化物和烷基蔡磺酸化物。通式为RSO至M，它们的水溶性和耐酸、耐钙、镁盐能力比硫酸化物稍差，但不易水解，即使在酸性溶液中也比较稳定。常用的品种有二辛基唬拍酸磺酸钠（阿洛索一OT）、二己基唬拍酸磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠等均为目前广泛应用的表面活性剂，有较好的保护胶体的性质，勃度低、去污力、起泡性和油脂分散能力都很强，为优良的洗涤剂。另外，甘胆酸钠、牛磺胆酸钠等胆盐也属于此类，常用作胃肠道中脂肪的乳化剂和单硬脂酸甘油醋的增溶剂。 （二）阳离子型表面活性剂 此类表面活性剂起表面活性作用的部分是阳离子，带有正电荷，又称为阳性皂。其分子结构的主要部分是一个五价的氮原子，故又称季钱化合物，通式为（R, R, NR3 R4）X一。其特点是水溶性大，在酸性与碱性溶液中较稳定，具有良好的表面活性作用和杀菌、防腐作用，但与大分子的阴离子药物合用产生结合而失去活性，甚至产生沉淀。此类表面活性剂毒性较大，只能外用，临床主要用于皮肤、勃膜和手术器材的消毒。常用的品种有苯扎氯钱、苯扎嗅按、度米芬等。 （三）两性离子型表面活性剂 此类表面活性剂分子结构中同时具有正、负电荷基团，随着溶液pH值的变化表现为不同的性质，pH值在等电点范围内表面活性剂呈中性；在等电点以上呈阴离子表面活性剂的性质，具有很好的起泡、去污作用；在等电点以下则呈阳离子表面活性剂的性质，具有很强的杀菌性。 两性离子型表面活性剂有天然的与合成的两种类型。 1.卵磷脂类是天然的两性离子型表面活性剂，由磷酸型的阴离子部分和季钱盐型的阳离子部分组成，主要来源于大豆和蛋黄，根据来源不同又分为豆磷脂和蛋磷脂。卵磷脂的组成成分复杂，包括各种甘油磷脂，如脑磷脂、磷脂酞胆碱、磷脂酞乙醇胺、丝氨酸磷脂、肌醇磷脂、磷脂酸等，还有糖脂、中性脂、胆固醇和神经鞘脂等。在不同来源和不同制备过程的卵磷脂中各组分的比例可发生很大的变化，从而影响其使用性能。如磷脂酞胆碱含量高时可作为OW型乳化剂，而在肌醇磷脂含量高时则作为W/o型乳化剂。卵磷脂为透明或半透明黄色或黄褐色油脂状物质，对热十分敏感，在酸性和碱性条件下以及醋酶作用下容易水解。由于分子中有两个疏水基团，故不溶于水，溶于氯仿、乙醚、石油醚等有机溶剂，对油脂的乳化作用很强，制得乳剂的乳滴很细且稳定，无毒，可用作注射用乳剂的乳化剂，也可作为脂质微粒制剂的主要辅料。2.氨基酸型和甜菜碱型此两类为合成的两性离子型表面活性剂，其阴离子部分主要是梭酸盐，阳离子部分为胺盐或季钱盐，由胺盐构成者为氨基酸型，由季钱盐构成者为甜菜型。氨基酸型在等电点（一般为微酸性）时亲水性减弱，并可能产生沉淀，而甜菜型则不受溶液pH的影响，在等电点时也无沉淀。二、非离子型表面活性剂 非离子型表面活性剂在水中不解离，其分子中构成亲水基团的是甘油、聚乙二醇和山梨醇等多元醇，构成亲油基团的是长链脂肪酸或长链脂肪醇以及烷基或芳基，它们以醋键或醚键与亲水基团结合。非离子型表面活性剂的两亲性常以其分子的亲水和亲油平衡值（HLB值）表示，其HLB值越低，表示亲脂性越强；反之，表示亲水性越强。这类表面活性剂毒性低，不解离，不受溶液pH的影响，能与大多数药物配伍，广泛用于外用、内服制剂及注射剂，个别品种还可用于静脉注射剂。 1多元醇型（l）脱水山梨醇脂肪酸醋类（商品名：司盘Span)：又称脂肪酸山梨坦，是由山梨糖醇及其单醉和二配与各种不同的脂肪酸反应所形成的醋类混合物。其结构通式见图3-1通式 图3一1脱水山梨醇脂肪酸醋类结构通式因所结合的脂肪酸的种类和数量不同而有不同的品种：见表3-1。 司盘类为勃稠状、白色或黄色的油状液体或蜡状固体，不溶于水，易溶于乙醇，在酸、碱或酶的作用下易水解，由于亲油性较强，可用作W/0型乳化剂和润湿剂或0/W型乳剂的辅助乳化剂，多用于搽剂、软膏剂，还可用于注射用乳剂的辅助乳化剂。(2)聚氧乙烯脱水山梨醇脂肪酸醋类（商品名：吐温Tween )：又称聚山梨醋。是在司盘类的剩余OH一上结合聚氧乙烯基而制得的醚类化合物。其结构通式见图3-2: 图3一聚氧乙烯脱水山梨醇脂肪酸醋类结构通式吐温类的命名与司盘类相对应，因所结合的脂肪酸的种类和数量不同也有不同的品种：见表3一。 吐温类表面活性剂是勃稠的黄色液体，对热稳定，但在酸、碱或酶的作用下可水解，易溶于水、乙醇及多种有机溶剂，不溶于油。低浓度时在水中形成胶束，其增溶作用不受溶液pH值影响。吐温常用于0/W型乳剂的乳化剂，也可用作增溶剂、分散剂和润湿剂。 2.聚氧乙烯型 （l）酉旨型：聚氧乙烯脂肪酸醋（商品名：卖泽Myrj )，是由聚乙二醇与长链脂肪酸缩合而成的醋，通式为RCOOCH2（CH20CH2）n CH2 OH，其中n是聚合度。亲油基脂肪酸和亲水基聚乙二醇以不同比例结合，可合成疏水性和亲水性不同的表面活性剂。本类产品有较强水溶性，乳化能力强，为0/W型乳化剂，常用的有聚氧乙烯40硬脂酸醋（Polyoxyethylene 40，Myrj52）。 （2）醚型：聚氧乙烯脂肪醇醚（商品名：节泽Brij），是由聚乙二醇与脂肪醇缩合而成的醚，通式为RO（CH2 OCH2）A其中n是聚合度，因聚乙二醇的聚合度和脂肪醇的不同而有不同的品种。如Brij30与Brij35是由不同数目的聚乙二醇与月桂醇缩聚而成，都可作为OW型乳化剂；聚氧乙烯硬脂醇醚（Brij72）和聚氧乙烯油醇醚（Brij92）均已上市。其他如平平加O（Peregol 0 )是15个单位的氧乙烯与油醇的缩合物。西土马哥（Cetomacrogol )是聚乙二醇与十六醇的缩合物，可用作0/W型乳化剂和挥发油的增溶剂。埃莫尔弗（Emolphor )是一类聚氧乙烯蓖麻油化合物，由20个单位以上的氧乙烯与油醇缩合而成，为淡黄色油状液体或白色糊状物，易溶于水和醇及多种有机溶剂，HLB值在12一18范围内，具有较强的亲水性质，常用作增溶剂及0/W型乳化剂。聚氧乙烯蓖麻油甘油醚（Cremophor EL）的氧乙烯的单位为35一40, HLB值为12一14，对疏水性物质有很强的增溶能力和乳化能力。3.聚氧乙烯一聚氧丙烯型此类表面活性剂又称泊洛沙姆( poloxamer），商品名为普朗尼克（Pluronic），是由聚氧乙烯和聚氧丙烯聚合而成，通式为HO-( CA 0) a-（C3H60）。一（C2H40）。一H，其中b为聚氧丙烯链段的链节数，至少为15，（CZH,O）a（为聚氧乙烯链段，占化合物总量的10%一80%。此类聚合物以聚氧丙烯为亲油基，聚氧乙烯为亲水基，亲油基位于两个可变换的亲水基（a，c）之间，相对分子量从1 000到10000以上，随着相对分子量的增加，本品由液体变为固体，其水溶性可以从不溶于水到溶于水；分子中聚氧乙烯部分比例增加，水溶性增加，聚氧丙烯部分比例增加，则水溶性下降，亲油性增强。根据共聚物比例不同，本品有各种不同分子量的产品（表3-3）。具有乳化、润湿、分散、起泡和消泡等多种优良性能，但增溶能力较弱。泊洛沙姆188（即普朗尼克F-68 )作为一种OW型乳化剂，是目前用于静脉乳剂的极少数合成乳化剂之一，具有无毒、无抗原性、无致敏性、无刺激性、化学性质稳定及不引起溶血的优良性质，制备的乳剂能够耐受热压灭菌和低温冰冻而不改变其物理稳定性。表3一常用泊洛沙姆与对应的普朗尼克型号及其分子量 4蔗糖脂肪酸醋蔗糖脂肪酸醋简称蔗糖醋，是蔗糖与脂肪酸反应生成的一大类化合物，由蔗糖分子中一个或数个经基与脂肪酸如硬脂酸、软脂酸、棕搁酸等醋化而成。根据与脂肪酸反应生成醋的取代数不同，可分为单醋、双酚、三酷和多醋。单醋亲水性较强，双醋和三醋亲油性较强，改变取代脂肪酸及酚化度，可得到不同月艺召值（5一13)的产品。蔗糖醋为白色至黄色粉末，随脂肪醋含量增加，可呈蜡状、膏状或油状，在室温下稳定，高温时可分解和发生蔗糖的焦化，在酸、碱和酶的作用下可水解成游离脂肪酸和蔗糖。蔗糖醋不溶于水，但在水和甘油中加热可形成凝胶，溶于丙二醇、乙醇及一些有机溶剂，但不溶于油。主要用作OW型乳化剂、分散剂。一些高脂肪酸含量的蔗糖酉旨也可用作阻滞剂。 5.脂肪酸甘油醋主要有脂肪酸单甘油醋和脂肪酸二甘油醋，如单硬脂酸甘油醋等。脂肪酸甘油醋外观根据其纯度可以是褐色、黄色或白色的油状、脂状或蜡状物质，熔点在30一60，不溶于水，在水、热、酸、碱及酶等作用下易水解成甘油和脂肪酸，其表面活性较弱刀叽召值为3一4，是弱的W/0型乳化剂，常用作0/W型辅助乳化剂。第三节表面活性剂的基本性质一、物理化学性质 （一）表面活性 液体表面上的分子并不像其内部分子一样完全被其他同样的分子包围着，因此溶液内部的分子对表面的分子施加一个向液体内部的净作用力，这种力使表面有收缩的趋势，即表面张力。表面活性剂在较低浓度时，几乎完全吸附在溶液表面形成单分子层，可降低溶液的表面张力。表面活性剂的表面活性除与浓度有关外，其分子结构、碳链的长短、不饱和程度及解离程度等均可影响其表面活性的大小。 （二）形成表面活性剂胶束 1.临界胶束浓度表面活性剂在水溶液中的浓度达到一定程度后，在表面的正吸附达到饱和，此时溶液的表面张力达到最低值，表面活性剂分子开始转人溶液中，因其亲油基团的存在，水分子与表面活性剂分子相互间的排斥力远大于吸引力，导致表面活性剂分子自身依靠范德华力相互聚集，形成亲油基向内，亲水基向外，在水中稳定分散，大小在胶体粒子范围的缔合体，称为胶团或胶束（micelles）。在一定温度和一定浓度范围内，表面活性剂胶束有一定的分子缔合数，但不同表面活性剂胶束的分子缔合数各不相同，离子型表面活性剂的缔合数约在10一100，少数大于1 000；非离子型表面活性剂的缔合数一般较大，例如月桂醇聚氧乙烯醚在25的缔合数为5 000。表面活性剂分子缔合形成胶束的最低浓度即为临界胶束浓度（critical micell concentration，CMC）。相同亲水基的同系列表面活性剂，若亲油基越大，则C对C越小。在CMC时，溶液的表面张力基本上达到最低值。在C材C达到一定范围内，单位体积内胶束数量和表面活性剂的总浓度几乎成正比。不同表面活性剂有其自己的临界胶团浓度，除与结构和组成有关外，还可随外部条件变化而不同，如温度、溶液的pH及电解质等均影响CMC的大小。一些常见表面活性剂的临界胶团浓度见表3-40表3一4常用表面活性剂的临界胶团浓度 2.胶束的结构（1）离子型表面活性剂的胶束结构在溶液中当离子型表面活性剂浓度比临界胶束浓度稍大，且无其他添加剂存在时，胶束呈球状结构，（图3-3-a），亲油基呈混乱状态指向球心，亲水基排列在球的表面，并吸引一些溶液中带有相反电荷的离子在其周围。随着溶液中表面活性剂浓度增加（20%以上），胶束不再保持球状结构，则转变成具有更高分子缔合数的棒状胶束结构，（图3一b），表面活性剂的亲油基构成棒状胶束的内部，亲水基构成胶束的表面。这种胶束结构使表面活性剂分子的大量烃链与水接触面积减小，使其具有更高的热力学稳定性。当表面活性剂的浓度更大时，棒状胶束聚集成六角束状结构，周围是溶剂，（图3-3-c）。表面活性剂的浓度继续增大，胶束合并为板状或层状结构（图3-3-d、e），表面活性剂的碳氢链从紊乱分布转变成规整排列，完成了从液态向液晶态的转变，表现出明显的光学各向异性的性质，在层状结构中，表面活性剂分子的排列已经接近双分子层结构。在高浓度的表面活性剂水溶液中，如有少量非极性溶剂存在，则可能形成反向胶束，即亲水基指向胶束内，亲油基指向非极性液体的胶束，称为反胶束。 (2）非离子型表面活性剂胶束的结构与离子型表面活性剂不同的是非离子型表面活性剂不解离成离子，因此形成的胶束也与离子型表面活性剂胶束的形状不同。非离子型表面活性剂的亲水基多为聚氧乙烯基，在常温下胶束呈网状；升温时聚氧乙烯基与水分子之间的氢键被破坏，发生失水，胶束则变为球状。 3临界胶束浓度的测定在CMC时，溶液的表面张力以及摩尔电导、勃度、渗透压、密度、光散射等多种物理性质发生急剧变化。或者说，溶液物理性质发生急剧变化时的浓度即为该表面活性剂的C对C值。但测定的性质不同以及采用的方法不同，得到的结果可能会有差异。另外，温度、浓度、电解质、pH值等因素对测定结果也会产生影响。 （三）克氏点和昙点 1克氏点离子型表面活性剂在水中的溶解度随温度升高而增大，在某一特定温度时其溶解度急剧增大，这个特定温度称为克拉费特点（Krafft point），简称克氏点。克氏点是离子型表面活性剂的特征值，克氏点越高的表面活性剂，临界胶束浓度越小。克氏点也是表面活性剂应用温度的下限，即只有在温度高于克氏点时，表面活性剂才能更好地发挥作用。如十二烷基硫酸钠的克氏点为8 CC，而十二烷基磺酸钠的克氏点为70，在室温条件下使用时，前者作增溶剂较好，而后者作为增溶剂就不够理想。 2.昙点非离子型表面活性剂在水溶液中的溶解度随温度升高而下降，当升高到某一温度时，溶液变混浊，此时的温度点称为浊点或昙点( cloud point)。昙点是非离子型表面活性剂的特征值。聚氧乙烯型非离子表面活性剂在聚氧乙烯链相同时，碳氢链越长，昙点越低；在碳氢链长度相同时，聚氧乙烯链越长则昙点越高。例如吐温60为76，吐温80为93，大多数此类表面活性剂的昙点范围在70一100 0C。吐温类产生昙点的原因是温度升高，聚氧乙烯链与水之间的氢键断裂，水合能力下降，溶解度因而减小，溶液变浊，冷却时氢键重新形成，溶液又变澄明。但也有些聚氧乙烯类非离子型表面活性剂，如泊洛沙姆108和泊洛沙姆188等，在常压下观察不到昙点。 （四）亲水亲油平衡值 表面活性剂是由亲水基和亲油基所组成，其亲水性和亲油性的强弱是影响表面活性剂性能的主要因素。如果过分亲水或过分亲油，表面活性剂就会完全存在于水相或油相，而较少排列在油一水界面上，起不到降低界面张力的作用，因此表面活性剂的亲水基和亲油基的适当平衡十分重要。表面活性剂分子中亲水基和亲油基对油或水的综合亲和力称为亲水亲油平衡值（hydrophile-lipophile balance，HLB），简称月艺召值。 根据经验，将表面活性剂的刀乙召值范围限定在0-40，其中非离子型表面活性剂的刀乙召值范围为0-20，即完全由疏水碳氢基团组成的石蜡分子的刀去召值为0，完全由亲水性的氧乙烯基组成的聚氧乙烯的月艺召值为20，既具有碳氢链又具有氧乙烯链的表面活性剂的HLB值则介于两者之间，因此，HLB值越高，表示表面活性剂的亲水性越强，反之，则表示其亲油性越强。 根据HLB值就可以大致估计该表面活性剂的用途，例如可根据月艺刀值确定乳剂的类型刀艺召值在3一6的表面活性剂亲油性较强，可形成W/0型乳剂；HLB值在8一18的表面活性剂亲水性较强，可形成0/W型乳剂，但HLB值不能说明乳化能力的大小。月艺召值在13一18的表面活性剂可作为增溶剂刀艺召值在7一9的表面活性剂适合用作润湿剂。非离子型表面活性剂的HLB值具有加和性，即混合表面活性剂的万乙召值可按各组分的质量分数加以计算。 式中HLB,为混合后的HLB值HLBa和HLBE,分别表示alb两种非离子型表面活性剂的HLB值，巩和毯，分别为两者的用量，a%和b分别表示两种表面活性剂的比例。但上式不能用于混合离子型表面活性剂月艺刀值的计算。 例如，用45%司盘60 (HLB4.7）和55%吐温60 (HLB二14.9)组成的混合表面活性剂的月艺召值为10.31。司盘和吐温类表面活性剂的HLB值见表3一1和3一2，其余常用表面活性剂的HLB值见表3-5。 （五）表面活性剂的配伍 表面i占性齐U相互间或与其他化合物的配合使用称为配伍。在表面活性剂的增溶应用中，如果能够选择适宜的配伍，可以大大增加增溶能力，减少表面活性剂用量。 1.与中性无机盐的配伍无机盐对离子型表面活性剂的作用主要是离子之间的电性作用，电解质压缩表面活性剂离子扩散双电层的厚度，减少它们之间的排斥作用，从而易吸附于表面，并形成胶束。在离子型表面活性剂溶液中加入与其有相同离子的无机盐时（如在十二烷基硫酸钠溶液中加人NaCl），表面活性提高，CMC降低。当表面活性剂浓度相同时，NaCI浓度越高，溶液的表面张力降得越低。在离子型表面活性剂溶液中加人与其不同离子的无机盐时，电解质离子价的高低有显著影响，如相同浓度的钾、镁、铝盐，降低十二烷基硫酸钠的CM(.;的能力有所不同，价数越高的离子，降低溶液cMC的作用越显著，高价离子比一价离子有更大降低表面张力的能力。一些不溶性无机盐如硫酸钡能化学吸附阴离子表面活性剂，使溶液中表面活性剂浓度下降；而皂土、白陶土、滑石粉等具有负电荷的固体也可与阳离子表面活性剂生成不溶性复合物。无机盐对非离一子表面活性剂的影响较小，当无机盐浓度较低时，非离子型表面活性1的表面活性几一乎没有显著变化，只有当浓度较高时，其表面活性才显示变化。无机盐加到溶液中后，由于盐析作用，可降低非离子型表面活性剂的昙点，它与降低cMC，增加胶束聚集数相应，使表面活性剂生成更大的胶束，直到成为新相，溶液出现混浊（起昙现象）。较高的盐浓度，可使非离子型表面活性剂的昙点有较大的变化。在降低cm c和降低昙点上，阴离子（酸根离子）的价数比阳离子（金属离子）的价数影响更大。：2.与有机物的配伍脂肪醇与表面活性剂分子形成混合胶束，对表面活性剂的表面张力和cmc有显著影响，其作用的大小一般随脂肪醇链的加长而增加。一些短链醇如C！一C。的醇，当醇的浓度较低时，加到表面活性剂中使胶束易生成，cmc降低；当醇的浓度较高时，水中的醇易通过氢键与水分子结合，使表面活性剂吸附于表面，形成胶束的趋势减小，显示出cmc随醇浓度增高而增加的现象。烃链更长的醇对表面活性剂溶液表面张力的影响较大，例如在一定浓度的十二烷基硫酸钠溶液中加入十二醇，溶液表面张力随一l一二醇浓度的增加而降低。 极性有机物如尿素、N一甲基乙酞胺、乙二醇等均升高表面活性剂的cmc，因为这些极性分子与水分子发生强烈竞争性结合，此外，这些物质也是表面活性剂的助溶剂，增加了表面活性剂的溶解度，这些均影响胶束形成。 3一与高分子物质的配伍明胶、聚乙烯醇、聚乙二醇及聚维酮等水溶性高分子对表面活性剂分子有吸附作用，减少溶液中游离表面活性剂分子数量，cmc因此升高。阳一离子表面活性剂能与带负电荷的水溶性聚合物形成复凝聚物，例如可与含梭基的梭甲基纤维素钠、阿拉伯胶、果胶酸、海藻酸以及含磷酸根的核糖核酸、去氧核糖核酸等生成不溶性复凝聚物。但在含有高分子的溶液中，一旦有胶束形成，其增溶效果却显著增强，这可能是两者疏水链的相互结合使胶束烃核增大，但也可能是电性效应，像聚乙二醇因其结构中醚氧原子的存在，有未成键电子对与水中的H结合而带有正电荷，易与阴离子表面活性剂结合。 4与药物的配伍阴离子型表面活性剂能与许多带电荷的药物如生物碱、局部麻醉剂、拟交感神经药、拟胆碱药、安定剂及抗抑郁药等发生反应，会影响药物的效价或生物利用度。 5与表面活性剂的配伍 （1)同系物表面活性剂的混合体系：两个同系物等量混合体系的表面活性介于各自表面活性之间，而且更趋于活性较高的组分（即碳氢链更长的同系物），即cmc较小的组分有更大的影响。混合体系的CMG与各组分摩尔分数不呈直线关系，也不等于简单的加和平均值。 （2）非离子型表面活性剂与离子型表面活性剂的混合体系：这两类表面活性剂更容易形成混合胶束，CM亡介于两种表面活性剂的cmc之间，或低于其中任一表面活性利的cmc，这是因为在混合胶束中，非离子型表面活性剂分子“插人”胶束，使原来的离子型表面活性剂离子头之间的斥力减弱，再加仁两种表面活性剂疏水链之间的相互作少月，容易形成胶束，使混合溶液的CMC下降，表面活性增加。在非离子型表面活性剂中加入离子ffli表面活性剂后，会使昙点界线不够分明，昙点升高，形成一个较宽的范围打可在离子型表面活性剂中加人非离一子型表面活性剂，随着加人量的增多，混合溶液的电导转折点趋于消失，cmc下降，表面张力降低，表面活性提高。二、表面活性剂的生物学性质1表一面活性剂对药物吸收的影响表面活性剂的存在可促进或延缓药物的吸收，它对药物吸收的影响与多种因素有关，如药物在胶束中的扩散、改变生物膜的通透性、影响胃排空速率、制剂中使用表面活性剂的浓度及与其他附加物质的相互作用等。表面活性剂若将药物增溶在胶束内，则药物向胶束外的扩散速度及胶束与胃肠道生物膜融合的难易程度均会影响药物吸收，如果药物可以顺利地从胶束内扩散或胶束本身迅速与胃肠勃膜融合，则增加药物吸收。例如应用吐温80可明显促进螺内醋的口服吸收，去氧胆酸钠的浓度在CMC以上时可使水杨酸的胃肠转运率增加100：一125。） 表面i舌性剂的浓度也是影响吸收的重要因素。如吐温80的浓度为0.01时，可明显增加司可巴比妥的吸收，但当浓度增加到1时，吸收反而下降；又如使用1.25%n吐温80时，水杨酞胺的吸收速度为1. 3mlmin一，当浓度增加到10%0时，吸收速度仅为0. 5 mlmin一。 表面活性剂能溶解生物膜脂质而增加-I-皮细胞的通透性，从而改善药物的吸收。如十一二烷基硫酸钠可促进头抱菌素钠、四环素、磺胺眯、氨基苯磺酸等药物的吸收。但长期使用可能造成肠钻膜的损害。 表面活性剂如吐温80和吐温85在胃肠中形成高勃度的团块，可降低胃排空速率，因而增加一些难溶性药物的吸收。但当聚氧乙烯类或纤维素类表面活性剂增加胃液私度而阻止药物向私膜面的扩一散日寸，则药物吸收速度随勃度上升而降低。 2表面活性剂与蛋白质的相互作用离子型表面活性剂与蛋白质之间可发生反应。在碱性条件下蛋白质的竣基解离而带负电荷，能与阳离子型表面活性剂起反应；在酸性条件下蛋自质的氨基或肌基等碱性基团解离而带正电荷，能与阴离子表面活性剂反应。表面活性剂能破坏蛋自质分子中的盐键、氢键及疏水键，从而使蛋白质各残基间的交联作用减弱，螺旋结构受到破坏，使蛋自质内部呈无序的疏松状态，最终使蛋自质发生变性。 3.表面活性剂的毒性一般而言，阳离子型表面活性剂的毒性最大，其次是阴离子型表面活性剂，常用于外用制剂、一）非离子型表面活性剂毒性最小，用于口服制剂一般认为是无毒的，例如成人每天口服4.5 -6g吐温80，连服28天，有的人服用达4年之久，都末见明显的毒性反应。两性离一子IQ表面活性jIJ的毒性小于阳离子型表面活性剂。小鼠口服0.063氯化烷基二甲基按后显示慢性毒性作用，口服1二辛基唬拍酸磺酸钠仅有轻微毒性，而相同浓度的一十二烷基硫酸钠则没有毒性反应。 表面活性剂用于静脉给药的毒性大于口服给药。一些表面活性剂的口服和静脉注射的半数致死量见表3-6。其中仍以非离子型表面活性剂毒性较低，如供静脉注射的泊洛沙姆188毒性很低，麻醉小鼠可耐受静脉注射10%该溶液10 nil,表3-6一些表面活性剂的半数致死量（mgkg小鼠）阴离子及阳一离子型表面活性剂不仅毒性较大，而且还有较强的溶血作用、。例如0.001十二烷基硫酸钠溶液就有强烈的溶血作用。非离子型表面活性剂的溶血作用较轻微，在亲水基为聚氧乙烯基非离子表面活性剂中，以吐温类的溶血作用最小，其顺序为：聚氧乙烯烷基醚聚氧乙烯芳基醚聚氧乙烯脂肪酸醋吐温类；在吐温类中其顺序为：吐温20吐温60吐温40吐温80。目前吐温类表面活性剂仍只用于某些肌内注射液中。由于表面活性剂在结构上的极小差异也可使其作用产生很大不同，因此即使对于同系列表面活性剂的毒性也不能完全类推，应通过动物试验来验证。 4表面活性剂的刺激性虽然各类表面活性剂都可以用于外用制剂，但长期应用或高浓度使用可能出现皮肤或私膜损害。例如季钱盐类化合物浓度高于1即可对皮肤产生损害，十二烷基硫酸钠产生损害的浓度为20%以上。非离子型表面活性剂对皮肤和勃膜的刺激性最小，其刺激性因品种不同而异，还与浓度大小和聚氧乙烯的聚合度有关，一般浓度越大，刺激性越大，聚氧乙烯的聚合度越高，亲水性越强，刺激性越低。第四节表面活性剂的应用 表面活性剂在药剂中有着广泛的应用，常用于难溶性药物的增溶，油的乳化，混悬液的润湿和助悬，可以增加药物的稳定性，促进药物的吸收，增强药物的作用，是制剂中常用的附加剂。阳离子型表面活性剂还可用于消毒、防腐及杀菌等。一种表面活性剂通常都在一定程度上具有上述多种作用，但每一种表面活性剂可能在某一作用上更为突出或特另11适用于某一方面。一、增溶剂 表面活性剂在水溶液中达到CMC后，一些水不溶性或微溶性物质在胶束溶液中的溶解度可显著增加，形成透明胶体溶液，这种作用称为增溶，起增溶作用的表面活性剂称为增溶剂，被增溶的物质称为增溶质。例如甲酚在水中的溶解度仅为2%左右，达不到消毒杀菌所需的浓度，但在肥皂溶液中浓度可达50。在药剂中，一些挥发油、脂溶性维生素、激素、抗生素等许多难溶性药物常可用表面活性剂增溶，形成澄明溶液或提高浓度。 1.增溶的机理表面活性剂之所以能增大难溶性药物的溶解度，认为是由于胶束的形成。胶束内部是由亲油基形成的一个极小的油滴，是非极性的，而外部是由亲水基团形成的极性区。由于胶束的大小属于胶体溶液范围，因此药物被胶束增溶后仍呈现为澄明溶液，溶解度增大。 非极性物质如苯、甲苯等可完全进人胶束内烃核的非极性中心区而被增溶。带极性基团的物质如水杨酸、甲酚、脂肪酸等，则以其非极性基团（如苯环、烃链）插入胶束的内部，极性基团（如酚经基、竣基等）则伸人胶束外层的极性区如聚氧乙烯链中。极性物质如对经基苯甲酸由于分子两端均含有极性基团，可完全被胶束外层的聚氧乙烯链所吸附而被增溶。 2.影响增溶作用的因素在一定条件下药物的增溶量是有一定限度的。最大增溶量（MAC）是指在一定温度下，药物溶解在一定浓度的增溶剂溶液中的最大量。 （1)增溶剂的性质：在同系物增溶剂中形成胶束的大小随碳原子数的增加而增大不MC减小，胶束聚集数增加，增溶量随之增加；有分支结构的增溶剂其增溶作用小于相同碳原子数的直链结构的增溶剂；当增溶剂的碳链中含有不饱和键或极性基团时，增溶性减弱。 具有相同亲油基的各类表面活性剂对烃类及极性有机物的增溶次序为：非离子型表面活性剂阳离子型表面活性剂阴离子型表面活性剂。因为非离子型表面活性剂具有更低的C对C和更多的胶束聚集数，而阳离子表面活性剂又有更疏松的胶束。总之不MC越小，胶束聚集数越多，增溶剂的增溶作用就越强。 在增溶定义及增溶机理中，均强调了由于胶束的作用使难溶性药物的溶解度增加。显然增溶剂的用量至少要在CMC以上才能发挥增溶作用。随着增溶剂用量增大，增溶质的溶解度也增大。 （2）增溶质的性质 1)极性的影响：对强极性和非极性药物而言，非离子型表面活性剂月艺召值越大，增溶效果越好；对极性低的药物则正好相反。例如聚山梨醋类对非极性的维生素A的增溶作用随HLB值的增大而增强，但对弱极性的维生素A棕搁酸酚却相反。 2)结构的影响：增溶质同系物随着烃链的增加，其增溶能力降低；不饱和化合物比它们对应的饱和物更易溶解；增溶质的碳氢链支链对溶解度影响较小，但环状化合物的支链增加，使增溶量增加。 3）解离度的影响：不解离的极性药物和非极性药物易为表面活性剂增溶，有较明显的增溶效果；而解离药物往往因其水溶性，进一步增溶的可能性较小，甚至溶解度降低。当解离药物与带有相反电荷的表面活性剂混合时，在不同配比下可能出现增溶、形成可溶性复合物和不溶性复合物等复杂情况。解离药物与非离子型表面活性剂的配伍很少形成不溶性复合物，但pH值可明显影响药物的增溶量。对于弱酸性药物，在偏酸性环境中有较大程度的增溶；对于弱碱性药物，在偏碱性条件下有较大程度的增溶；对于两性药物，则在等电点有最大程度的增溶。 4）其他成分的影响：抑菌剂或抗一菌药物在表面活性剂溶液中往往被增溶而降低其活性，在这种情况下必须增加用量。如果在表面活性剂溶液中的溶解度越高，要求的抑菌浓度就越大。例如轻苯丙酚和丁酚的抑菌浓度比甲醋或乙醋低得多，但在表面活性剂溶液中却需要更高的浓度才能达到相同的抑菌效果，因为丙醋和丁醋更容易在胶束中增溶。当制剂中存在多种组分时，对主药的增溶效果取决于各组分与表面活性剂的相互作用。例如多种组分与主药竞争同一增溶位置而使增溶量减小；或着某一组分吸附或结合表面活性剂分子造成对主药的增溶量减小；但某些组分也可扩大胶束体积而增加对主药的增溶。 （3)温度的影响：离子型表面活性剂温度升高，分子热运动增加，使胶束产生增溶的空间加大，因而增溶量增大。对聚氧乙烯醚型非离子表面活性剂，温度升高，聚氧乙烯基水化作用减弱，CMC减小，胶束聚集数增加，使非极性有机化合物增溶量增加，而极性有机物在昙点以前增溶量增大，若继续升一高温度，造成聚氧乙烯基脱水而卷缩，减少了极性有机物增溶空间，致使增溶量减少。） 3表面活性剂溶液的化学稳定性药物增溶后的稳定性一可能与胶束表面的性质、结构和胶束缔合体的反应性、药物本身的降解途径、环境的pH值、一离子强度等多种因素有关。例如在醋类药物的碱性水解反应中，水解中间产物为带负电荷的阴离子，阳离子表面活性剂的正电荷加速反应进行，阴离子表面活性剂则产生抑制作用。又如，青霉素等p一内酞胺类药物的酸水解被阳离子及非离子表面活性剂抑制，却被阴离子表面活性剂催化。而对于青霉素V在中性溶液中的降解，离子型和非离子型表面活性剂均既无抑制作用也无催化作用。聚氧乙烯类非离子型表面活性剂如果在聚氧乙烯基发生部分水解和自氧化，生成的过氧化物将促进药物氧化降解，例如聚氧乙烯脂肪醇醚溶液中的苯佐卡因极容易氧化变黄。二、乳化剂 一种优良的乳化剂应具有以下全部或大部分性质：具有表面活性；能迅速吸附在分散相液滴周围，形成能阻止液滴合并的界面膜；能在液滴表面形成电屏障，以保证液滴之间具有足够的静电斥力；能增加乳剂的私度，以增加其稳定性；较低的浓度即能发挥乳化作用。 许多表面活性剂基本具备上述的性质，是优良的乳化剂。一般说来，HLB值在816的表面活性剂可用作0/W型的乳化剂；HLB值在3一8的表面活性剂适用于W/0型乳化剂。阳离子型表面活性剂的毒性及刺激性较大，故不作内服乳剂的乳化剂用；阴离子型表面活性剂一般作为外用制剂的乳化剂；两性离子ti表面活性剂如阿拉伯胶、西黄茂胶、琼脂等可用作内服制剂的乳化剂；非离子型表面活性hlj不仅毒性低，而且相容性好，不易发生配伍变