Definition
B Emulsion
C instabile Emulsion
D Durch einen Emulgator stabilisierte Emulsion
Eine Emulsion ist eine disperses System aus mindestens zwei nicht miteinander mischbaren Flüssigkeiten. Eine der Flüssigkeiten ist in Tröpfchenform in der anderen Flüssigkeit dispergiert [1].
Beschreibung
Emulsionen können durch verschiedene Emulgierapparate hergestellt werden. Je nach Verfahren können unterschiedliche Tröpfchengrößen erzeugt werde. Diese sind entscheidend für die Eigenschaften wie Lagerstabilität aber auch die Bioverfügbarkeit der in der Emulsion enthaltenen Wirkstoffe. Durch Einbringen von Zusatzstoffen können Emulsionen bezüglich der Tröpchengröße und Phasentrennung stabilisiert werden. Emulgatoren spielen hier eine entscheidende Rolle. Diese Reduzieren die Grenzflächenspannung und verhindern das Zusammenfließen der Tröpfchen. [2]
Emulsionsarten
Emulsionen bestehen meist aus zwei Phasen. Der äußeren, kontinuierlichen Phase, sowie der inneren, dispersen Phase.
Ausnahmen bilden Emulsionen bei welchen in der dispergierten Phase selbst noch einmal Tröpfchen dispergiert sind. Diese Emulsionen werden dann als W/O/W und O/W/O bezeichnet Je nach Tröpfchengröße werden Emulsionen wie folgt unterteilt:
- Nano-/Mini-Emulsionen: 50-200nm
- Mikro-Emulsion: 0,05-100µm
- Makro-Emulsionen: feindispers <1µm
grobdispers >1µm
Mini-Emulsion
Je nach Literaturquelle werden Emulsionen mit einer Tröpfchengröße von 50-200nm als Miniemulsionen bezeichnet [4]. Miniemulsionen sind thermodynamisch instabil. Das bedeutet dass die Disperse Phase (Tröpfchen) dazu neigen ineinander zu fließen.
Mikro-Emulsion
Mikroemulsionen haben eine Tröpfchengröße zwischen 0,05-100µm. Entgegen den Mini-Emulsionen sind Mikro-Emulsionen thermodynamisch stabil. Zwischen den Phasen liegt eine geringe Grenzflächenenergie vor.
Emulgatoren
(siehe Hauptartikel: „Emulgator“)
Emulgatoren werden zur Stabilisierung von Emulsionen eingesetzt. Die Stabilisierung erfolgt im Wesentlichen über drei Stabilisierungsmechanismen:
- Elektrostatische Stabilisierung
- Sterische Stabilisierung
- Verarmungsstabilisierung
Elektrostatische Stabilisierung
Bei der Elektrostatischen Stabilisierung stoßen sich die Tröpfchen der Dispersen Phase aufgrund gleicher elektrischen Ladung ab. Die Ladung kann durch unter Anderem durch Absorption geladener Emulgatoren oder Ionen entstehen. Die Ladung an der Grenzfläche der Phasen wird durch ein gegenteilig geladenes Ion kompensiert. Es entsteht eine sogenannte elektrische Doppelschicht. Die folgenden drei Modelle beschreiben den Aufbau der Doppelschicht. Helmholtz-Modell, Gouy-Chapman-Modell, Stern-Modell.
Sterische Stabilisierung
Emulgatoren mit großer Molekülstruktur adsorbieren in die Disperse Phase, wobei ein großer Teil in die Äußere (kontinuierlichen) Phase hinausragt. Es entsteht eine Art Hülle um das Tröfchen, welche ein Zusammenfließen (Kovaleszenz) verhindert.
Charakterisierung
Eine Emulsion kann über die folgenden Merkmale charakterisiert werden [4]:
- Art und die Konzentration des Emulgators
- Volumenspezifischen Grenzfläche Av
- Grenzflächen-Belegungsdichte Γ
- Zusammensetzung der Grenzphase
- Grenzflächenspannung
Herstellung
Grundsätzlich unterschieden werden mechanische und nicht-mechanische Verfahren zu Herstellung von Emulsionen
Mechanische Verfahren [5]
(siehe Hauptartikel: „Mechanisches Emulgieren“)
- Rotor-Stator-Systeme
- Hochdrucksysteme
- Ultraschallemulgieren (Video siehe unten)
- Membranemulgieren
Soll durch ein mechanisches Verfahren eine Emulsion hergestellt oder die Tröpfchengröße verringert werden, muss Energie in das System eingebracht werden. Dies ergibt sich aus der Tatsache, dass die Grenzflächenernergie einer Emulsion zunimmt, je kleiner die Tröpfchengröße ist.
Nicht-mechanische Verfahren
- Keimbildung aus übersättigten Lösungen
- Phaseninversion durch Rühren bei langsamer Temperaturveringerung
Begriffe zum Thema Emulsion
- Isotrope Emulsion
Isotrop beschreibt eine im Raum absolut gleichmäßige Verteilung. - HLB-Wert
Der HLB-Wert (HLB steht für engl. hydrophilic-lipophilic balance) beschreibt das Verhältnis zwischen dem hydrophilen und lipophilem Molukülanteil von hauptsächlich nichtionischen Tensiden und wurde 1954 von W. C. Griffin vorgeschlagen.
Videos zum Thema
Grundlagen
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Herstellung mittels Ultraschall
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Herstellung von Hand
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Quellen
- Hans-Dieter Dörfler, Grenzflächen- und Kolloidchemie, VCH, Weinheim, 1994, S. 198.
- „Bestimmung der Emulgiereffektivität von Emulgatoren
am Beispiel der Scheibenemulgierung und
Hochdruckhomogenisierung“, Petersen, S. (2012) Dissertation - Europäisches Arzneibuch Ph. Eur. 8
- Gramdorf, S. (2011) „Schmelzeemulgieren im Hochdruckhomogenisator zur Herstellung von koloidalen festen Triglyceridpartikeln“ Von der Fakultät III – Prozesswissenschaften der Technischen Universität Berlin zur Erlangung des akademischen Grades Doktor der Ingenieurwissenschaften LINK
- Schubert, H.: Emulgiertechnik: Grundlagen, Verfahren und Anwendung. Behr’s Verlag Hamburg, 2005