BỘ Y TẾ TRƢỜNG ĐẠI HỌC DƢỢC HÀ NỘI  TRẦN THỊ HOÀI LINH KHẢO SÁT LỰA CHỌN THÔNG SỐ PHÙ HỢP CHO PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH NHIỆT VÀ ĐO LƢU BIẾN TRONG PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA HỖN HỢP BA THÀNH PHẦN ALCOL BÉO - CHẤT DIỆN HOẠT - NƢỚC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƢỢC SĨ HÀ NỘI - 2015 BỘ Y TẾ TRƢỜNG ĐẠI HỌC DƢỢC HÀ NỘI TRẦN THỊ HOÀI LINH KHẢO SÁT LỰA CHỌN THÔNG SỐ PHÙ HỢP CHO PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH NHIỆT VÀ ĐO LƢU BIẾN TRONG PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA HỖN HỢP BA THÀNH PHẦN ALCOL BÉO - CHẤT DIỆN HOẠT - NƢỚC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƢỢC SĨ Người hướng dẫn 1. Ths. Nguyễn Phương Nhung 2. Ds. Lại Văn Đông Nơi thực hiện 1. Bộ môn Hóa phân tích – Độc chất 2. Bộ môn Hóa đại cương vô cơ HÀ NỘI - 2015 1 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến Ths. Nguyễn Phương Nhung, giảng viên bộ môn Hóa Đại Cương Vô Cơ, trường đại học Dược Hà Nội. Cô đã không chỉ tạo những điều kiện thuận lợi nhất giúp tôi hoàn thành khóa luận mà đã luôn có những chỉ dẫn sát sao, kịp thời và động viên tôi những lúc khó khăn. Tôi xin gửi lời cảm ơn DS. Lại Văn Đông, anh đã đồng hành và hỗ trợ tôi trong suốt thời gian làm đề tài. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến PGS.TS. Vũ Đặng Hoàng, thầy đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi được làm thực nghiệm tại bộ môn Hóa Phân Tích – Kiểm Nghiệm, trường Đại học Dược Hà Nội. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô giáo, các anh chị kỹ thuật viên của bộ môn Hóa Phân Tích – Kiểm Nghiệm, trường đại học Dược Hà Nội trong suốt thời gian qua đã tạo điều kiện để tôi thực hiện khóa luận tại bộ môn. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, các anh chị và các bạn trong nhóm thực nghiệm tại bộ môn Hóa Phân Tích – Kiểm Nghiệm đã đồng hành cùng tôi chia sẻ vui buồn trong suốt thời gian qua. Hà Nội, ngày 14 tháng 5 năm 2014 Người viết Trần Thị Hoài Linh 2 MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ 8 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 9 1.1. CẤU TRÚC HỆ BA THÀNH PHẦN SỬ DỤNG HỖN HỢP CHẤT NHŨ HÓA 9 1.2. CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA CÁC CHẤT NHŨ HÓA 11 1.2.1. Alcol béo 11 1.2.2. Chất diện hoạt 11 1.3. CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC CỦA HỆ BA THÀNH PHẦN 13 1.3.1. Phân tích nhiệt khối lượng (Thermogravimetric Analysis - TGA) 13 1.3.2.1. Các đại lượng trong phép đo lưu biến 14 1.3.2.3. Các phương pháp đo lưu biến 15 1.3.2.3.1. Phương pháp trượt liên tục (continuous shear stress) 15 1.3.2.3.2. Phương pháp dao động (oscillatory rheology) 17 1.3.2.3.3. Phương pháp creep và hồi phục (creep and recovery) 18 1.3.3. Các mô hình đo lưu biến 19 1.3.3.1. Mô hình cối - chày 19 1.3.3.2. Mô hình côn-đĩa (cone-plate) 19 1.3.3.1. Mô hình hai đĩa song song ( plate-plate) 20 CHƢƠNG 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21 2.1. NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ 21 2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 21 2.2.1. Bào chế hệ ba thành phần 21 2.2.2. Tối ưu hóa phương pháp phân tích nhiệt 22 2.2.3. Tối ưu hóa phương pháp lưu biến 22 2.2.3.1. Tối ưu hóa phương pháp trượt liên tục 22 2.2.3.2 . Tối ưu hóa phương pháp dao động 22 2.3. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22 2.3.1. Quy trình bào chế hỗn hợp ba thành phần 22 3 2.3.2. Tối ưu hóa phương pháp phân tích nhiệt. 23 2.3.3. Tối ưu hóa phương pháp đo lưu biến 25 2.3.3.1. Phương pháp trượt liên tục. 25 2.3.3.2. Phương pháp dao động 26 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 27 3.1. TỐI ƢU HOA PHƢƠNG PHAP TGA TRONG NGHIEN CỨU CẤU TRUC VA DỘ ỔN DỊNH CỦA HỆ BA THANH PHẦN 27 3.1.1. Tối ưu hóa khối lượng mẫu 30 3.1.2. Tối ưu hóa tốc độ gia nhiệt 32 3.1.3. Tối ưu hóa tốc độ cấp khí 34 3.2. TỐI ƢU HÓA PHƢƠNG PHÁP LƢU BIẾN TRONG NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ ĐỘ ỔN ĐỊNH CỦA HỆ BA THÀNH PHẦN. 37 3.2.1. Tối ưu hóa phương pháp trượt liên tục 37 3.2.1.1.Tối ưu hóa lượng mẫu. 37 3.2.1.2 Tối ưu hóa thời gian một chu kì 39 3.2.2. Tối ưu hóa phương pháp đo lưu biến kiểu dao động 40 3.2.2.1. Xác định thời gian cân bằng 41 3.2.2.2. Xác định vùng đàn hồi nhớt tuyến tính 42 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 4 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT DSC: phân tích nhiệt vi sai (differential scanning calorimetry) TGA: phân tích nhiệt khối lượng (thermogravimetric analysis) DTG: đường cong đạo hàm bậc 1 của đường cong TGA (derivative thermogravimetry) LVR: vùng đàn hồi nhớt tuyến tính (linear viscoelastic region) G’: môđun đàn hồi (elastic modulus) G”: môđun nhớt (viscous modulus) AUC: diện tích dưới đường cong CP: côn – đĩa (cone – plate) RSD: độ lệch chuẩn tương đối D/N: dầu trong nước τ : ứng suất trượt γ: biến dạng trượt η: độ nhớt τ o : điểm chảy 5 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1. Cấu trúc của kem dầu trong nước sử dụng hỗn hợp chất nhũ hóa: (1) pha gel thân nước chứa lớp kép chất diện hoạt; (1.1) lớp kép; (1.2) nước liên kết; (2) pha gel thân dầu; (3) nước liên kết [17]. 10 Hình 2. Công thức cấu tạo của Tween 80. 12 Hình 3. Hình ảnh mô phỏng biến dạng của khối kem dưới tác dụng ngoại lực trượt lên bề mặt [12]. 14 Hình 4. Đường cong chảy của vật liệu Newton và không Newton [12] 16 Hình 5. Đường cong chảy của hệ ba thành phần trong hai chu kỳ: tăng tốc độ trượt và giảm tốc độ trượt. 17 Hình 6. Mô hình đo lưu biến cối-chày (a); nón-đĩa (b); đĩa-đĩa (c) [4]. 20 Hình 7. Quy trình tối ưu hóa phép đo TGA trên hệ ba thành phần đã bào chế : M mẫu : khối lượng mẫu; V t o : tốc độ gia nhiệt ; V khí : tốc độ cấp khí Nitơ. 24 Hình 8. Lượng mẫu thiếu, dư và đủ cho vào bộ phận côn – đĩa. 25 Hình 9. Phương pháp điểm uốn (A) và phương pháp diện tích dưới đường cong (B) để tính tỷ lệ nước liên kết. 28 Hình 10. Phương pháp hiệu chỉnh với mẫu trắng để xác định tỷ lệ % nước liên kết. 29 Hình 11. Đường cong DTG của mẫu 10 mg: mẫu trắng (đường nét đứt); mẫu thử (đường nét liền). 30 Hình 12. Đường cong DTG của mẫu 6 mg: mẫu trắng (đường nét đứt); mẫu thử (đường nét liền). 30 Hình 13. Giản đồ DTG tốc độ 2 o C/phút: mẫu trắng (đường nét đứt); mẫu thử (đường nét liền). 32 Hình 14. Giản đồ DTG tốc độ 5 o C/phút: mẫu trắng (đường nét đứt); mẫu thử (đường nét liền). 32 Hình 15. Giản đồ DTG tốc độ 10 o C/phút : mẫu trắng (đường nét đứt); mẫu thử (đường nét liền). 33 6 Hình 16. Giản đồ DTG với tốc độ cấp khí 40 mL/phút: mẫu trắng (đường nét đứt); mẫu thử (đường nét liền). 34 Hình 17. Giản đồ DTG của mẫu với tốc độ cấp khí 50 mL/phút: mẫu trắng (đường nét đứt); mẫu thử (đường nét liền). 35 Hình 18. Đường cong DTG của mẫu với tốc độ cấp khí 60 mL/phút: mẫu trắng (đường nét đứt); mẫu thử (đường nét liền). 35 Hình 19. Kết quả phép đo trượt liên tục của giai đoạn tối ưu hóa khối lượng mẫu. 37 Hình 20. Kết quả phép đo trượt liên tục với các thời gian mỗi chu kỳ khác nhau. 39 Hình 21. Điểm chảy của mẫu khi tiến hành với các thời gian khác nhau. 40 Hình 22. Sự thay đổi môđun đàn hồi theo thời gian của hệ ba thành phần. 41 Hình 23. Sự thay đổi môđun đàn hồi theo ứng suất của hệ ba thành phần. 42 7 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. Khoảng nhiệt độ nóng chảy của một số alcol béo [6] 11 Bảng 2. Hóa chất sử dụng 21 Bảng 3. Dụng cụ sử dụng 21 Bảng 4. Công thức bào chế hệ ba thành phần 22 Bảng 5. Phương pháp nghiên cứu hệ ba thành phần đã được sử dung 26 Bảng 6. Kết quả giá trị điểm uốn và phần trăm nước liên kết của các mẫu 4, 6, 8 và 10 mg 31 Bảng 7. Kết quả điểm uốn và phần trăm nước liên kết khi thay đổi tốc độ gia nhiệt 34 Bảng 8. Kết quả điểm uốn và phần trăm nước liên kết của giai đoạn tối ưu hóa tốc độ cấp khí Nitơ 36 8 ĐẶT VẤN ĐỀ Kem dầu trong nước là một trong những dạng bào chế thông dụng nhất trong nhóm các chế phẩm dùng qua da do các loại kem này tạo cảm giác thoải mái, dễ sử dụng, ít nhờn và dễ thoa đều lên da. Bản chất của kem dầu trong nước là nhũ tương dầu trong nước hoặc nhũ tương nhiều pha nước/dầu/nước ở dạng bán rắn. Trong thành phần của kem, chất nhũ hóa có vai trò rất lớn đối với sự hình thành cấu trúc của hệ. Thông thường, chất nhũ hóa được sử dụng ở dạng hỗn hợp của alcol béo và các chất diện hoạt ion hóa hay không ion hóa. Hỗn hợp chất nhũ hóa này phân tán trong nước tạo thành hệ có cấu trúc nhiều pha, mỗi pha đều có vai trò nhất định đối với sự ổn định của hệ. Hơn nữa, trong quá trình bảo quản các pha này có thể tương tác với nhau làm thay đổi cấu trúc và tính chất của hệ. Hệ ba thành phần gồm alcol béo, chất nhũ hóa và nước được sử dụng trong các pha đầu của quá trình nghiên cứu phát triển công thức của kem dầu trong nước, cấu trúc và độ ổn định cứu kem dầu trong nước do cấu trúc của hệ ba thành phần tương tự như cấu trúc của kem [19]. Nhiều phương pháp hóa lý khác nhau đã được ứng dụng để nghiên cứu cấu trúc và độ ổn định của hệ ba thành phần cũng như kem dầu trong nước đặc biệt là phương pháp phân tích nhiệt và đo lưu biến. Xuất phát từ yêu cầu trên, tôi tiến hành nghiên cứu “Tối ưu hóa phương pháp nghiên cứu cấu trúc và độ ổn định của hệ ba thành phần” với hai mục tiêu: 1. Khảo sát lựa chọn thông số phù hợp cho phương pháp phân tích nhiệt trong nghiên cứu cấu trúc và độ ổn định của hệ ba thành phần, 2. Khảo sát lựa chon thông số phù hợp cho phương pháp đo lưu biến trong nghiên cứu cấu trúc và độ ổn định của hệ ba thành phần. [...]... béo chứa chủ yếu cetyl và stearyl alcohol 1.2.2 Chất diện hoạt Bên cạnh alcol béo, cấu trúc và đặc tính lý hóa của chất diện hoạt có thể có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất của hệ ba thành phần Có hai nhóm chất diện hoạt là chất diện hoạt ion hóa và chất diện hoạt không ion hóa 12 Trong cấu trúc hệ ba thành phần sử dụng chất diện hoạt ion hóa, điện tích của chúng tạo ra lực đẩy tĩnh điện giữa các lớp... hóa lần lượt ba thông số khối lượng mẫu, tốc độ gia nhiệt và tốc độ cấp khí Ảnh hưởng của ba thông số này lần lượt được khảo sát bằng cách cố định hai trong ba thông số này, thay đổi thông số còn lại để tìm giá trị tối ưu cho thông số đó Sau khi tìm được giá trị tối ưu cho một thông số thì sử dụng giá trị đó cho phép đo tìm giá trị tối ưu cho thông số tiếp theo Với mỗi điều kiện của phép đo tiến hành... CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Cấu trúc hệ ba thành phần sử dụng hỗn hợp chất nhũ hóa Cấu trúc của hệ ba thành phần phụ thuộc vào nồng độ chất nhũ hóa Ở tỉ lệ thấp, chất nhũ hóa chỉ tạo ra một màng đơn lớp tại bề mặt phân cách giữa hai pha dầu và nước để ngăn cản sự tiến lại gần nhau của các giọt dầu, cấu trúc của kem dầu trong nước lúc này chỉ chứa các giọt dầu phân tán trong môi trường nước Ở tỉ lệ cao hơn... (3) pha nước tự do bao gồm các phân tử nước tự do để cân bằng với nước trong gel tạo thành pha liên tục cho hệ Kem dầu trong nước cũng có cấu trúc tương tự với ba pha ở trên và (4) pha dầu do sự có mặt của dầu béo, chủ yếu được cố định cơ học từ pha gel thân dầu (Hình 1) [9] 10 Hình 1 Cấu trúc của kem dầu trong nước sử dụng hỗn hợp chất nhũ hóa: (1) pha gel thân nước chứa lớp kép chất diện hoạt; (1.1)... lượng mẫu ban đầu trừ đi khối lượng mẫu không đổi còn lại sau khi bay hơi hoàn toàn Thêm nữa, vì TGA cho phép quan sát sự thay đổi khối lượng do bay hơi ở từng nhiệt độ trong quá trình tăng nhiệt nên phương pháp này còn được ứng dụng để nghiên cứu cấu trúc của hệ ba thành phần mà cụ thể là sự phân bố nước trong hệ Sự bay hơi của nước trong hệ ba thành phần gắn liền với sự thay đổi trạng thái và dạng... lượng dư chất nhũ hóa) sự tương tác của lượng dư chất nhũ hóa với nước làm hệ có cấu trúc phức tạp hơn gồm ít nhất ba pha: (1) pha gel thân nước là các lớp kép được tạo thành từ chất diện hoạt và alcol béo Ở giữa các lớp nước này là các phân tử nước tương tác với các thành phần của lớp kép gọi là nước liên kết; (2) pha gel thân dầu được tạo thành bởi phần alcol béo dư không thuộc pha gel thân nước; (3)... thể coi như phần khung của cả hai pha gel thân nước và thân dầu hình thành nên cấu trúc hệ ba thành phần cũng như kem dầu trong nước Cetyl alcohol (CH3(CH2)15OH) và stearyl alcohol (CH3(CH2)17OH) là hai alcol béo no, mạch thẳng thường được sử dụng trong hỗn hợp chất nhũ hóa cùng với chất diện hoạt Cũng giống như các alcol béo mạch thẳng khác, hai alcol này có hiện tượng đa hình với ít nhất ba dạng thù... kiện tối ưu cho các thông số ảnh hưởng đến kết quả đo: khối lượng mẫu và thời gian một chu kì đo 2.2.3.2 Tối ưu hóa phương pháp dao động Xác định thời gian cân bằng và vùng đàn hồi nhớt tuyến tính của mẫu 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 2.3.1 Quy trình bào chế hỗn hợp ba thành phần Hệ ba thành phần được điều chế bằng cách nung chảy hỗn hợp alcol béo và Tween 80 ở nhiệt độ 70oC Alcol béo được khuấy bằng... Tween 80 là chất diện hoạt không ion hóa có chứa chỗi polyoxyethylen (Hình 2) và có tính thân nước (HLB = 15,0) thường được sử dụng để bào chế nhũ tương dầu trong nước Cùng với alcol béo, Tween 80 tạo nên các lớp kép chất nhũ hóa, hình thành và ổn định cấu trúc nhũ tương [14] Hình 2 Công thức cấu tạo của Tween 80 13 1.3 Các phƣơng pháp nghiên cứu cấu trúc của hệ ba thành phần 1.3.1 Phân tích nhiệt khối... hơi nước trên đường cong DTG Nhiệt độ điểm uốn hay nhiệt độ pic và hình dạng pic qua các lần đo lặp lại phải ổn định để làm cơ sở cho phép đánh giá định lượng tỷ lệ nước liên kết và nước tự do trong hệ Cho đến nay, có ba phương pháp được sử dụng để đánh giá tỷ lệ % nước liên kết trong hệ: phương pháp điểm uốn, phương pháp diện tích dưới đường cong và phương pháp hiệu chỉnh với mẫu trắng [8] Theo phương . HOÀI LINH KHẢO SÁT LỰA CHỌN THÔNG SỐ PHÙ HỢP CHO PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH NHIỆT VÀ ĐO LƢU BIẾN TRONG PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA HỖN HỢP BA THÀNH PHẦN ALCOL BÉO - CHẤT DIỆN HOẠT - NƢỚC KHÓA. phần với hai mục tiêu: 1. Khảo sát lựa chọn thông số phù hợp cho phương pháp phân tích nhiệt trong nghiên cứu cấu trúc và độ ổn định của hệ ba thành phần, 2. Khảo sát lựa chon thông số phù. phù hợp cho phương pháp đo lưu biến trong nghiên cứu cấu trúc và độ ổn định của hệ ba thành phần. 9 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Cấu trúc hệ ba thành phần sử dụng hỗn hợp chất nhũ hóa Cấu