Эмульсии, стабилизированные смесью наночастиц диоксида кремния и Span 20 Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 544.773.3

К. В. Паламарчук, Д. А. Быданов, М. Ю. Королёва, Е. В. Юртов

ЭМУЛЬСИИ, СТАБИЛИЗИРОВАННЫЕ СМЕСЬЮ НАНОЧАСТИЦ ДИОКСИДА КРЕМНИЯ И SPAN 20

Аннотация

В работе исследованы стабилизированные эмульсии типа «масло-в-воде» и «вода-в-масле». Изучено влияние величины pH дисперсионной среды на диапазоны формирования эмульсий, выявлена область инверсии фаз, оценена устойчивость данных эмульсий к седиментации.

Ключевые слова:

стабилизация эмульсий, диоксид кремния, поверхностно активные вещества.

K. V. Palamarchook, D. A. Bydanov, M. Yu. Korolyova, E. V. Yurtov

EMULSIONS STABILIZED BY MIXTURE OF NANOPARTICLES OF SILICON DIOXIDE AND SPAN 20

Abstract

Stabilized emulsions of the oil-in-water and water-in-oil type have been studied. The effect of the dispersion medium pH on the formation ranges of emulsions was studied, the region of phase inversion was identified, the stability of these emulsions for sedimentation was estimated.

Keywords:

stabilization of emulsions, silicon dioxide, surfactants.

Получение стабильных эмульсий важно для современной медицины [1], так как эмульсии являются одной из наиболее перспективных лекарственных форм, особенно для детской фармацевтики. Они корректируют вкус и запах лекарственного препарата, более удобны в применении, поскольку лекарственное вещество уже растворено в дисперсной фазе, поэтому биодоступность препарата повышается. Главным недостатком данной лекарственной формы является присутствие в её составе ПАВ. Использование в качестве стабилизатора эмульсий наночастиц диоксида кремния позволит снизить количество вводимых добавок ПАВ или вовсе отказаться от них [2, 3]. Однако при стабилизации эмульсий гидрофильными наночастицами присутствие липофильных ПАВ в незначительных количествах может приводить к протеканию в системе инверсии фаз и предпочтительному образованию обратных эмульсий [4]. Такое влияние объясняется изменением смачиваемости наночастиц водной и масляной фазами в результате адсорбции молекул ПАВ на их поверхности. Преимуществом таких систем является возможность инкапсулирования в них как гидрофильных, так и гидрофобных лекарственных веществ.

В данной работе были исследованы эмульсии типа «масло-в-воде» (М/В) и «вода-в-масле» (В/М), стабилизированные наночастицами диоксида кремния Ludox CL и поверхностно-активным веществом (ПАВ) Span 20. Изучено влияние величины pH дисперсионной среды на диапазоны формирования прямых и обратных эмульсий, выявлена область инверсии фаз, оценена устойчивость данных эмульсий к седиментации.

В ходе работы были использованы следующие реактивы: углеводородное масло (Britol 20, USP), Ludox CL (30 мас.% суспензия положительно заряженных наночастиц SiO2 в воде, Aldrich), Span 20 (Sigma), бидистиллированная вода.

Эмульсии получали, смешивая водную и масляную фазы диспергатором в течение 2 мин. Скорость перемешивания составляла 12 000 об/мин. В качестве водной фазы были использованы 3 мас.% дисперсии наночастиц SiO2 в воде. pH водной фазы регулировали введением 0,5 М растворов HCl или NaOH. Масляная фаза состояла из углеводородного масла и неионогенного ПАВ Span 20, концентрация которого была равна 0,15 моль/л. Начальная объемная доля масляной фазы во всех эмульсиях была равна 0,5.

Использование в качестве стабилизатора эмульсий липофильного ПАВ Span 20 приводило к образованию обратных эмульсий во всем исследованном диапазоне pH (Таблица 1). В процессе хранения эмульсий происходило отслаивание части дисперсионной среды, прекращавшееся через 4 суток после их получения. Изменение pH водной фазы также не оказывало существенного влияния на устойчивость эмульсий к седиментации, доля дисперсной фазы во всех образцах увеличивалась до 0,77 в результате протекания седиментации капель дисперсной фазы.

Таблица 1. Типы эмульсий, стабилизируемых Span 20 и смесью Span 20 / Ludox CL, в зависимости от pH дисперсионной среды

Span 20 Span 20 и Ludox CL

pH дисперсионной среды Тип эмульсии pH дисперсионной среды Тип эмульсии

pH 2 В/М pH 2 В/М

pH 4 В/М pH 4 В/М

pH 5 В/М pH 5 М/В

pH 6 В/М pH 6 М/В

pH 8 В/М pH 8 М/В

Рис. 1 Зависимости изменения доли дисперсной фазы в эмульсиях, стабилизированных смесью Span 20 / Ludox Cl со временем

Применение в качестве стабилизатора эмульсий смеси Span 20 / Ludox CL приводило к образованию как прямых, так и обратных эмульсий, в зависимости

от pH водной фазы (Таблица 1). Согласно рис. 1, наиболее устойчивыми к седиментации являлись обратные эмульсии с pH водной фазы, равными 2 и 4. Дисперсионная среда в таких эмульсиях прекращала отслаиваться через 2-3 сут после получения, а доля дисперсной фазы увеличивалась до 0,64 и 0,70, соответственно. Увеличение pH водной фазы выше 4 приводило к инверсии фаз, предпочтительным становилось образование прямых эмульсий. Эмульсии с pH, равным 5, были неустойчивы к коалесценции и расслаивались на составляющие фазы в течение суток. Дальнейшее увеличение pH водной фазы сопровождалось ростом седиментационной устойчивости эмульсий. Отделение водной фазы в эмульсиях с pH 6 и 8 прекращалось через 3-4 дня после получения, а объемная доля дисперсной фазы увеличивалась до 0,80 и 0,74.

Протекание инверсии фаз в эмульсиях можно объяснить адсорбцией Span 20 на поверхности наночастиц или их агрегатов. Дисперсии Ludox CL при значениях pH водной фазы от 2 до 4 были устойчивыми к агрегации. Поэтому в эмульсиях с такими значениями рН дисперсионной среды стабилизация осуществлялась молекулами Span 20. При более высоких значениях рН наночастицы Ludox CL были нестабильны к агрегации и образовавшиеся агрегаты адсорбировались на межфазной поверхности, приводя к образованию прямых эмульсий.

Литература

1. Королева М.Ю., Наговицына Т.Ю., Быданов Д.А., Юртов Е.В. Прямые наноэмульсии, стабилизированные смесями неионогенных ПАВ // Бутлеровские сообщения. 2014. Т. 38. №4. C. 119-125.

2. Быданов Д.А., Королева М.Ю., Юртов Е.В. Стабилизация эмульсий «масло-в-воде» гетероагрегатами наночатиц SiO2 // Сб. научных трудов научно-практической конференции "Современные проблемы химической технологии биологически активных веществ", Москва. 2016. Вып. 188. C. 154-155.

3. Быданов Д.А., Паламарчук К. В., Королева М. Ю., Юртов Е. В. Получение прямых эмульсий, стабилизированных смесью положительно и отрицательно заряженных наночастиц SiO2 в кислой среде // Успехи в химии и технологии. 2016. Т. 30. № 12. C. 9-11.

4. Hu B., Zhao C., Jin X., Wang H., Xiong J., Tan J. Antagonistic Effect in Pickering Emulsion Stabilized by Mixtures of Hydroxyapatite Nanoparticles and Sodium Oleate // Colloids Surf., A. 2015. Vol. 484. P. 278-287.

Сведения об авторах Паламарчук Константин Витальевич,

магистрант 2 курса кафедры наноматериалов и нанотехнологии Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева. Россия, 125047 г. Москва, Миусская пл., д.9. Эл. почта: [email protected]

Быданов Дмитрий Александрович

аспирант кафедры наноматериалов и нанотехнологии Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева. Россия, 125047 г. Москва, Миусская пл., д.9. Эл. почта:

Королёва Марина Юрьевна,

д.х.н., профессор кафедры наноматериалов и нанотехнологии Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева. Россия, 125047 г. Москва, Миусская пл., д.9. [email protected]

Юртов Евгений Васильевич,

член-корр. РАН, д.х.н., профессор заведующий кафедрой наноматериалов и нанотехнологии Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева Россия, 125047 г. Москва, Миусская пл., д.9. Эл. почта: [email protected]

УДК 546.65:622.364.1:543:51 И. В. Петров, И. Р. Елизарова

ИССЛЕДОВАНИЕ РЗЭ-СОСТАВА ОБРАЗЦОВ АПАТИТОВОГО КОНЦЕНТРАТА

И ПРОДУКТОВ ЕГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ

МЕТОДОМ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИИ С ИНДУКТИВНО СВЯЗАННО ПЛАЗМОЙ

Аннотация

Рассчитаны пределы обнаружения РЗЭ и метрологические параметры масс-спектрометрического анализа с индуктивно связанной плазмой (МС-ИСП) апатитового концентрата (АК) и продуктов его переработки. Показана хорошая прецизионность результатов анализа МС-ИСП, АЭС-ИСП и рентгенофлуоресцентного метода апатитового концентрата и мономинеральной фракции апатита. Получены данные для подготовки к аттестации стандартного образца предприятия апатитового концентрата АК 3217.

Ключевые слова:

масс-спектрометрический метод анализа, апатитовый концентрат, государственный стандартный образец, фосфогипс, экстракционная фосфорная кислота, стандартный образец предприятия.

I. P. Petrov, E. I. Elizarova

RESEARCH OF REE COMPOSITION OF SAMPLES OF APATITE CONCENTRATE AND PRODUCTS OF ITS TECHNOLOGICAL PROCESSING BY MASS-SPECTROMETRY METHOD WITH INDUCTIVE RELATED PLASMA

Abstract

Limits of detection of RZE and metrological parameters of the mass and spectrometer analysis with inductively connected plasma (MS-ISP) of the apatite concentrate (AC) and products of his processing are calculated. The good pretsizionnost of results of the analysis of MS-ISP, AES-ISP and a X-ray fluorescent method of an apatite concentrate and monomineral fraction of apatite is shown. Data for preparation for certification of a standard sample of the enterprise of an apatite concentrate of joint stock company 3217 are obtained.

Keywords:

mass spectrometric method of analysis, apatite concentrate, state standard sample, phosphogypsum, extraction phosphoric acid, standard sample of the enterprise