第3章表面活性剂

药剂学中山大学新华学院第三章液体制剂

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表面活性剂(Surfactant)“工业味精”英国著名界面化学家Ckint说：“冰淇淋是我们最爱的食物；有了洗涤剂我们的生活才如此美好。若没有表面活性剂，这两样东西都不会有。这真是太可悲了。”

表面活性剂的应用在药剂学中具有重要地位表面活性剂第一节概述第二节分类第三节基本性质和应用第四节生物学性质学习要点掌握表面活性剂的定义及结构特点掌握表面活性剂的分类：阴离子表面活性剂，阳离子表面活性剂，两性离子型表面活性剂，非离子型表面活性剂及典型代表掌握表面活性剂的性质：胶束，HLB值，起昙，配伍，应用（增溶乳化润湿杀菌去污起泡与消泡）了解表面活性剂的生物学性质一、表面活性剂（surfactant)概念指那些具有很强表面活性、使液体的表面张力显著下降的物质，二、应用乳化剂、助悬剂、增溶剂、促吸收剂、润湿剂、起泡剂与消泡剂、去污剂等，是药用乳剂、悬浊剂、脂质体等的重要辅料。第一节概述特征：选择性分布于界面；两亲性物质；结构上含两亲基团非极性亲油碳氢链hydrophobicgroup表活剂结构极性亲水基团hydrophilicgroupstructure三、结构特征非极性：8碳以上烃链两亲性结构极性：各种解离、非解离基团

极性基团：羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐，也可是羟基、酰胺基、醚键等。OOWOOWOOWOOWOOWOOWOOWOOWOOWOOWOOOWOOOWOOOWOOOW第一节概述两亲性

亲水性亲油性

并不是亲水亲油的就是表面活性剂如：丙酸、丁酸虽具有表面活性，但不是表面活性剂表面活性剂：碳链长度〉8个碳原子四、吸附性溶液----正吸附产生较好的润湿、乳化性、增溶性、起泡性固体----极性固体--单层或多层吸附非极性固体--单层吸附产生润湿第一节概述界面效应界面定向表面活性剂在界面上会定向排列成分子层界面吸附

达到平衡时，表面活性剂溶质在界面上的浓度要大于在溶液整体中的浓度生成胶束临界胶束浓度CriticalMicelleConcentration（C.M.C.）形成胶束所需的最低浓度图1：达CMC之前，绝大部分吸附于表面少数溶解图2：达CMC时，形成表面膜并开始有大型球状胶束形成图3：大于CMC时，大量大型胶束形成图1图2图3胶束形成过程胶束的结构

溶液中表活剂浓度>20%从球形到层状--碳氢链从紊乱到有序--从液态向液晶态--表现出光学各向异性生成胶束在CMC时，表面张力达最小到达CMC后，胶束数量与表剂浓度成正比相同亲水基团的同系列表剂，亲油基团越大CMC越小表面活性剂特点多功能性界面效应生成胶束两亲性characteristic表面活性剂分类方法有多种:根据来源:

天然表面活性剂与合成表面活性剂根据溶解性质:

水溶性表面活性剂与油溶性表面活性剂根据极性基团的解离性质:

离子型表面活性剂与非离子型表面活性剂两大类根据离子型表面活性剂所带电荷:

阳离子、阴离子、两性离子表面活性剂。第二节表面活性剂的分类第二节表面活性剂的分类根据极性基团的解离性质:离子型(水中解离)阴离子型阳离子型两性离子型非离子型(水中不解离)阴离子型表面活性剂结构亲油基主要为烷基、异烷基、烷基苯等，亲水基主要为水溶性盐类。1肥皂类(RCOO-M+)2硫酸化物(ROSO3-M+)3磺酸化物(RSO3-M+)肥皂类:高级脂肪酸盐（RCOO—）n

Mn+

R：C11—C17硬脂酸、油酸、月桂酸M：Na，K，三乙醇胺特点：乳化能力较好，遇酸不稳定，电解质可使之盐析，有刺激性、一般只用于外用制剂易被破坏（H+，Ca2+

，Mg2+

），外用阴离子型表面活性剂硫酸化物：分类：硫酸化油(硫酸化蓖麻油称土耳其红油)；高级脂肪醇硫酸酯(十二烷基硫酸钠)。

性质：可与水混溶，为无刺激的去污剂、润湿剂乳化能力强，较肥皂稳定，耐酸、钙可与高分子阳离子药物作用沉淀应用：对粘膜有刺激性，主要做外用软膏的乳化剂有时用于片剂润湿剂或增溶剂阴离子型表面活性剂ROSO3-M+阴离子型表面活性剂磺酸化物（R.SO3-M+）：分类：脂肪族磺酸化物，如二辛玻珀酸脂磺酸钠；烷基芳基磺酸化物，如十二烷基苯磺酸钠，常用洗涤剂；烷基苯磺酸化物；胆酸盐，如牛磺胆酸钠。性质：水溶性、耐酸、钙、镁盐性比硫酸化物差酸性水溶液中不易水解应用：用作胃肠脂肪的乳化剂和单脂肪酸甘油酸的增溶剂；较好的洗涤剂。

RSO3-M+阳离子型表面活性剂结构五价氮原子：季铵盐(RNR3’+A-)特点：水溶性大，酸、碱性溶液中均稳定杀菌作用强，主要用于防腐杀菌不能与大分子阴离子药物共用常用药物：①苯扎氯铵(洁尔灭)；②苯扎溴铵(新洁尔灭)两性表面活性剂结构卵磷脂是天然两性表活剂人工合成两性表面活性剂：氨基酸型、甜菜碱型特点：适于任何pH溶液,在等电点时也无沉淀。性质：碱性-阴离子性质，起泡性好，去污性强酸性-阳离子性质，杀菌力强，毒性小二、非离子表面活性剂在水溶液中不解离。

1.结构组成：①亲水基团

(甘油、聚乙二醇、山梨醇)；②亲油基团(长链脂肪酸、长链脂肪醇、烷基或芳基)；③酯键、醚健2.性质：

毒性，溶血作用较小，化学上不解离，不易受电解质，pH值的影响；能与大多数药物配伍，应用广泛（外用、内服、注射）。非离子型表面活性剂分类：1.脂肪酸甘油酯2.多元醇型3.聚氧乙烯型4.聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物非离子型表面活性剂1、脂肪酸甘油酯脂肪酸单甘油酯、脂肪酸二甘油酯性质：不溶于水，热、酸、碱、酶等作用下易水解表面活性弱HLB3~4应用：主要用作W/O型辅助乳化剂例：硬脂酸甘油酯非离子型表面活性剂2、多元醇型蔗糖脂肪酸酯简称蔗糖酯(sucroseesters，简称SE)是蔗糖和脂肪酸反应生成的一大类化合物。根据脂肪酸取代数不同分为：单酯、二酯、三酯及多酯。性质：溶于丙二醇、乙醇，不溶于水和油；酸、碱及酶等作用下易水解HLB5-13，表面活性弱。应用：主要用作O/W型乳化剂、分散剂。3、脱水山梨醇脂肪酸酯类，

脂肪酸山梨坦（司盘，Span），通式：

为脂肪酸与山梨醇脱水而环合。非离子型表面活性剂其系列品种：span20（脱水山梨醇单月桂酸酯）span40(脱水山梨醇单棕榈酸酯)span60（脱水山梨醇单硬脂酸酯）span65（脱水山梨醇三硬脂酸酯）span80（脱水山梨醇单油酸酯）span85（脱水山梨醇三油酸酯）

非离子型表面活性剂非离子型表面活性剂非离子型表面活性剂3、脱水山梨醇脂肪酸酯类性质：不溶于水，易溶于乙醇，酸、碱、酶作用下易水解应用：HLB1.8-3.8，是常用的W/O型乳化剂，常与吐温配合使用，用于搽剂，软膏。乳剂的辅助乳化剂4、聚氧乙烯脱水山梨醇脂肪酸酯类，聚山梨酯（吐温型：Tween），通式：非离子型表面活性剂其系列品种：Tween20（聚氧乙烯脱水山梨醇单月桂酸酯），Tween40（聚氧乙烯脱水山梨醇单棕榈酸酯），Tween60（聚氧乙烯脱水山梨醇单硬脂酸酯），Tween80（聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯），Tween85（聚氧乙烯脱水山梨醇三油酸酯）。非离子型表面活性剂非离子型表面活性剂聚山梨酯商品名吐温（Tweens）粘稠的黄色液体对热稳定，但酸、碱、酶作用下水解与脂肪酸山梨坦比，增加了聚氧乙烯基团，亲水性大大提高，可作增溶剂、分散剂、润湿剂及O/W型乳化剂5聚氧乙烯型（1）酯型通式：RCOOCH2(CH2OCH2)nCH2OH卖泽(Myrij)类表面活性剂，如聚氧乙烯40硬脂酸酯(polyoxyl40stearate)。（2）醚型通式：RO(CH2OCH2)nH，

苄泽(Brij)类表面活性剂。如Brij30与Brij35是不同分子量的聚合物等。具有较高的HLB值，亲水性较强可作增溶剂及O/W型乳化剂

非离子型表面活性剂6、聚氧乙烯－聚氧丙烯型其化学结构式为:HO-(C2H4O)a-(CHCH2(CH3)O)b-(C2H4O)C-H其中b至少为15，a为化合物总量的10~80％泊洛沙姆，国外商品名（普朗尼克pluronic），美国NF名Poloxamer。聚氧乙烯基团比例增加，亲水性增加Poloxamer188(F68)是一种O/W型乳化剂，用于静脉乳化非离子型表面活性剂本品有很多种，从分子量1000到7000以上。其中以F68（Poloxamer188）最为常用；泊洛沙姆是新型的优良乳化剂、食品添加剂、增溶剂、分散剂、高级化妆品辅助剂；由于其无毒、无抗原性、无致敏性、无刺激性、化学性质稳定、不溶血，是目前能应用于静脉注射乳剂的一种合成的乳化剂，在药物制剂中得到普遍的重视和广泛的应用。非离子型表面活性剂这类表面活性剂的相对分子质量往往在数千以上，有时达数十万常用的水溶性高分子化合物，如蛋白质、树脂、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺、聚乙二醇等，都是高分子表面活性剂。四、高分子表面活性剂表面活性剂的分类根据极性基团的解离性质:离子型(水中解离)阴离子型阳离子型两性离子型非离子型(水中不解离)起表面活性作用的是阴离子肥皂类(RCOO-)nMn+,分碱金属皂、碱土金属皂和有机铵皂，易被酸破坏，碱金属皂可被钙、镁盐等破坏，一般外用硫酸化物ROSO3-M+,例SLS,对粘膜有刺激，外用或固体制剂润湿剂磺酸化物RSO3-M+,例阿洛索-OT,洗涤剂起表面活性作用的是阳离子主要结构是一个五价的氮原子，也称季铵化物，苯扎氯铵（洁尔灭）和苯扎溴铵（新洁尔灭）同时具有正、负电荷基团，Ph不同，表现出阳、阴离子表面活性剂的性质。1.卵磷脂天然，大豆（豆磷脂）、卵黄（蛋磷脂）。对热敏感，O/W或W/O，注射剂、脂质体。2.氨基酸型和甜菜碱型合成，“Tego”杀菌力强，毒性小脂肪酸甘油酯蔗糖脂肪酸酯脂肪酸山梨坦（spans）聚山梨酯(tweens)聚氧乙烯脂肪酸酯聚氧乙烯脂肪醇醚聚氧乙烯—聚氧丙烯共聚物（泊洛沙姆、普流罗尼克），poloxamer188,pluromicF68静脉乳剂一、表面活性剂胶束

（一）临界胶束浓度：（二）胶束的结构

（三）影响临界胶束浓度二、亲水亲油平衡值（HLB）

(一)概念第三节表面活性剂基本性质

(二)HLB值计算三、Krafft点与昙点

四、表面活性剂的生物学性质（一）临界胶束浓度：criticalmicellconcentration，CMC表面活性剂分子缔合形成胶束的最低浓度。第三节表面活性剂基本性质一、表面活性剂胶束表面活性剂水溶液的浓度达到CMC值时，形成胶束。那么胶束是怎样形成的呢？在临界胶束浓度时水分子的强大凝聚力把表面活性剂分子从其周围挤开，迫使表面活性剂分子的亲油基和亲水基各自互相接近，排列成亲油基在内、亲水基在外的球形缔合体，即胶束。

一、表面活性剂胶束

通常，几十到几百个（50~200）表面活性剂分子形成一个胶束，胶束中表面活性剂分子的数目称为聚集数（n）。不利于胶束的形成:

表面活性剂分子热运动胶束外亲水基之间静电排斥有利于胶束的形成:

增加亲油基降低温度加入无机盐都能使n增大，CMC值减小当溶液中形成胶束后溶液的性质如渗透压、浓度、界面张力、摩尔电导存在突变现象。一、表面活性剂胶束（二）胶束的结构

1.离子型表面活性剂胶束

浓度比临界胶束浓度稍大，并且无其它添加剂存在时，胶束为球状，见图3-1a。在浓溶液中，胶束呈棒状，见图3-1b。浓度更大时，棒状胶团聚集成束，周围是溶剂，见图3-1c。浓度再大时，胶束合并为层状胶束，见图3-1d。水溶液中若存在无机盐，即使表面活性剂的浓度不大，胶束也总是棒状。（二）胶束的结构

图3-1离子型表面活性剂胶束第三节表面活性剂基本性质abcd随着浓度↑，由球形→棒状→六角束状→板（层）状，由液态→液晶态2.非离子型表面活性剂胶束亲水基多为聚氧乙烯基(CH2CH2O)n。常温下的胶束呈网状升温时，聚氧乙烯基与水分子之间的氢键被破坏，发生失水，则胶束变为球状浓度大的非离子型表面活性剂水溶液极粘稠（二）胶束的结构

（三）影响临界胶束浓度1.内因：化学结构2.外界因素.（1）温度对CMC值的影响（2）外加电解质对CMC值的影响（3）外加有机物对CMC值的影响

第三节表面活性剂基本性质与应用

影响CMC的因素:亲油因素使CMC下降；亲水因素使CMC增加化学结构的影响(1)疏水基的影响在C8~C16范围,表面活性剂疏水基烃链长度增加会导致CMC下降。表面活性剂的烃链上如果有支链，则有分支的表面活性剂的CMC值比同碳原子数的直链化合物高得多。烃链中有C=C键时,比同条件下的C-C的CMC大3~4倍;烃链中引入极性基，CMC增大.图5-7烃链中碳原子数m与CMC的关系

logCMC=A-Bm（2）亲水基的影响水溶液中，离子表面活性剂比同烃链的非离子表面活性剂的CMC值高得多。极性基位置从末端移到中间,CMC增大;亲水键增多,CMC增大;聚氧乙烯基数增多,CMC增大:

2：外界条件对临界胶束浓度值的影响

（1）.温度对CMC值的影响离子型表面活性剂:在水中的溶解度有限，随温度升高而缓慢增大，一般CMC值随升温略增大，这是因为升温使分子热运动加剧，不利于形成胶束。非离子型表面活性剂:澄清溶液加热至某一温度时溶液突然浑浊，表明温度升高使溶解度降低，CMC值降低。

1.温度①离子型表面活性剂Krafft点只有在温度高于Krafft点时，表面活性剂才能更好的发挥作用。因此，当温度高于Kraff点时，温度↑，有利于增溶。对以离子型表面活性剂，其溶解度开始时随温度变化影响不大，但当温度上升到某一值时，溶解度突然随温度的升高而急剧上升。（三）外界条件对临界胶束浓度值的影响

（1）.温度②非离子型表面活性剂昙点Cloudpoint非离子型表面活性剂在水溶液中的溶解度开始时随温度的升高而升高，但当升高到某一温度时，溶解度突然降低，使得被增溶的溶质析出致使溶液变浊，此时的温度为昙点，或浊点。原因：温度升高时，由于分子运动加剧，表面活性剂与水之间形成的氢键断裂，致水合能力↓，溶解度↓，溶液变浊；当冷却时，又能形成氢键，溶液恢复澄明。2、外界条件对临界胶束浓度值的影响

（2）.外加电解质对CMC值的影响

①非离子型表面活性剂影响较小；②离子型表面活性剂强电解质离子与带相反电荷的表面活性剂存在静电作用，CMC↓，使胶束↑，有利于增溶。2、外界条件对临界胶束浓度值的影响

（3）.

外加有机物对CMC值的影响

影响较为复杂！一般长链的极性有机物对表面活性剂的CMC影响显著。烃链↑，离子型表面活性剂CMC↓，有利于增溶；非离子型则相反。2、外界条件对临界胶束浓度值的影响

（四）临界胶束浓度的测定

由于表面活性剂的物理性质在临界胶束浓度附近的较小范围内会发生突变，所以利用此特性，可测定CMC值。

第三节表面活性剂基本性质

庚基乙二醇十二烷基醚的表面张力与浓度的关系表面张力法（四）临界胶束浓度的测定还有电导法、增溶法、颜料法、光散射法等

二、亲水亲油平衡值（HLB）

(一)概念表面活性剂中亲水基团和亲油基团的对油或水的综合亲和力称亲水亲油平衡值(Hydrophile-lipophilebalance)即HLB值。表面活性剂的HLB值小则亲油性强，

HLB值大则亲水性强。第三节表面活性剂基本性质表面活性剂按HLB值的划分规定：不含疏水基团的聚乙二醇的HLB值为20；无亲水基团的石蜡的HLB值为0.表面活性剂的HLB值(1)对非离子型表面活性，可能过经验式求得:非离子表面活性剂的HLB具有加和性。

HLBab=(HLBa×Wa+HLBb×Wb)/(Wa+Wb)(2)理论计算法：如果HLB值是由表面活性剂分子中各种结构基团贡献的总和，则每个基团对HLB值的贡献可用数值表示，此数值称为HLB基团数(groupnumber)。

HLB=∑(亲水基团HLB)+∑(亲油基团HLB)+7(二)HLB值计算表面活性剂的HLB值HLB值的计算例：用45％某新型表面活性剂和55％吐温-60（HLB14.9）组成混合乳化剂，对硅油可获得最佳乳化效果。已知硅油乳化所需HLB值为10.5，求新型表面活性剂的HLB值。解：根据则：得：HLB新＝5.12计算：失水山梨醇单月桂酯（月桂酸为12C酸）的HLB值。解：亲水基=3*0.5+1.3+6.8=9.6

憎水基=12-1+6=1717*0.475=8.075HLB=7+9.6-8.075=8.53

三、Krafft点与昙点

（一）Krafft点对于离子型表面活性剂，例如十二烷基硫酸钠在水中的溶解度随温度变化曲线AKB第三节表面活性剂基本性质十二烷基硫酸钠在水中的溶解度与温度关系第三节表面活性剂基本性质与应用

溶解度在某一温度K点急剧升高，转折点K对应的温度称克拉费特点(Krafftpoint)。而此点对应的溶解度即为该离子型表面活性剂的临界胶团浓度（图中虚线对应浓度）。

Krafft点是离子型表面活性剂的特征值，Krafft点也是表面活性剂应用温度的下限，或者说，只有在温度高于Krafft点表面活性剂才能更好的发挥作用。如十二烷基硫酸钠的Krafft点为8℃，而十二烷基磺酸钠的Krafft点为70℃，在室温条件下使用，前者作增溶剂为好，后者的Krafft点高就不够理想.第三节表面活性剂基本性质（二）昙点（CloudPoint）

聚氧乙烯基表面活性剂在水溶液中的溶解度随温度升高而下降，使溶液变浊，称此变浊温度为昙点（Cloudpoint），亦称浊点。

昙点在70~100℃，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，溶解度反而减小。在聚氧乙烯链相同时，碳氢链越长，则昙点越低；在碳氢链长相同时，聚氧乙烯链越长则昙点越高。第三节表面活性剂基本性质（一）对药物吸收的影响---

1、药物从胶束中的扩散药物被增溶在胶束内，并顺利从胶束内扩散或胶束本身迅速与胃肠粘膜融合，则增加吸收

2、生物膜通透性的改变

3、改变粘性（二）表面活性剂与蛋白质的相互作用—变性pH不同，发生不同的电性结合，破坏蛋白质二维结构中的盐键、氢键和疏水键四、表面活性剂的生物学性质（三）表面活性剂的毒性---LD50、溶血、刺激性

阳离子>阴离子>非离子表面活性剂两性离子<阳离子表面活性剂。静脉给药>肌肉注射>口服>外用。各类表面活性剂以外用制剂的形式长期应用或高浓度使用时可能出现皮肤或粘膜损害。但仍以非离子型的对皮肤，粘膜的刺激性为最小。（四）表面活性剂的刺激性一、增溶剂二、乳化剂三、润湿剂四、起泡剂和消泡剂五、去污剂六、消毒剂、杀菌剂第四节表面活性剂的应用

（一）增溶机制难溶性药物进入胶束溶液中溶解，形成透明胶体溶液，称为增溶（solubilization）。助溶：降低溶解分子间作用力，增加溶质分子进入溶剂中的几率。达到CMC浓度是增溶的前提；当表面活性剂用量固定后，增溶质有最大增溶量MAC.一、增溶剂增溶的方式：

a

内部溶解型

b

交错插入型

c

表面吸附型

d

外壳溶解型苯、甲苯水杨酸

对羟基苯甲酸

苯、甲苯水杨酸

对羟基苯甲酸

增溶相图P44增溶体系：溶剂、增溶剂与增溶质组成“三元”体系三元体系的最佳比例常通过实验制作三元相图来确定。混浊澄明操作：按一组比例取增溶剂与增溶质混匀，分别滴加蒸馏水至出现浑浊并维持一定时间，记录此时的消耗水量，观察在继续加水时溶液中有无由浊变清、再由清变浊的现象，记录该过程中加入的水量。一、增溶剂影响增溶作用的因素1.增溶剂的性质适当增加C链长度，有利于增溶。具有相同亲油的增溶次序：非离子型>阳离子型>阴离子型2.增溶质的性质溶质C链增长，不利于增溶。极性\结构\解离度\多组分等3.温度离子型表面活性剂的“Kraff点”；非离子型表面活性剂的“昙点”。一、增溶剂表面活性剂增溶作用的应用1.解离药物的增溶解离药物的溶解因其解离才溶解；非离子表面活性剂能进一步增溶可能性较小；离子型表面活性剂：阴+阳－增溶；阳+阳，或阴+阴－沉淀表面活性剂增溶作用的应用2.水不溶性药物的增溶药物被增溶后（即被包裹）：药物能释放，增效；药物不能释放，反而减效。表面活性剂增溶作用的应用3.多组分增溶质的增溶取决于各组分与表面活性剂的相互作用：①竞争同一位点，效果↓；②吸附表面活性剂，影响增溶；③扩大胶束体积，增溶量提高。表面活性剂增溶作用的应用4.