Войти
эмульсия представляет собой смесь двух или более жидкостей, которые обычно несмешиваемы (несмешиваемые или несмешиваемые) из-за жидкость-жидкость разделение фаз. Эмульсии являются частью более общего класса двухфазных систем вещества, называемых коллоидами. Хотя термины коллоид и эмульсия иногда используются как синонимы, эмульсия следует использовать, когда обе фазы, диспергированная и непрерывная, являются жидкостями. В эмульсии одна жидкость (диспергированная фаза ) диспергирована в другой (непрерывная фаза). Примеры эмульсий включают винегреты, гомогенизированное молоко, жидкие биомолекулярные конденсаты и некоторые смазочно-охлаждающие жидкости для обработки металлов.
Две жидкости могут образовывать разные типы эмульсий. Например, масло и вода могут образовывать, во-первых, эмульсию масло-в-воде, в которой масло является дисперсной фазой, а вода - непрерывной фазой. Во-вторых, они могут образовывать эмульсию вода-в-масле, в которой вода является дисперсной фазой, а масло - непрерывной фазой. Также возможны множественные эмульсии, включая эмульсию «вода-в-масле-в-воде» и эмульсию «масло-в-воде-в-масле».
Эмульсии, будучи жидкими, не проявляют статическая внутренняя структура. Капельки, диспергированные в непрерывной фазе (иногда называемые «дисперсионная среда»), обычно считаются статистически распределенными для получения примерно сферических капель. Когда молекулы упорядочиваются во время разделения фаз жидкость-жидкость, они образуют жидкие кристаллы, а не эмульсии. Липиды, используемые всеми живыми организмами, являются одним из примеров молекул, способных образовывать либо эмульсии (например: сферические мицеллы ; липопротеины ) или жидкие кристаллы (двухслойные липидные мембраны ).
Термин «эмульсия» также используется для обозначения светочувствительной стороны фотопленки. Такая фотографическая эмульсия состоит из галогенида серебра коллоидных частиц, диспергированных в желатиновой матрице. Ядерные эмульсии похожи на фотографические эмульсии, за исключением того, что они используются в физике частиц для обнаружения высокоэнергетических элементарных частиц.
Слово «эмульсия» происходит от латинского emulgere « молоко вне, "от бывшего" до "+ mulgere" в молоко ", поскольку молоко представляет собой эмульсию жира и воды, а также других компонентов, включая коллоидный казеин мицеллы (тип секретируемого биомолекулярного конденсата ).
Примечание 1: Определение основано наопределение в ссылке
Примечание 2: Капли могут быть аморфными, жидкокристаллическими или любой их смесью..
Примечание 3: диаметры капель, составляющих дисперсную фазу., обычно находятся в диапазоне приблизительно от 10 нм до 100 мкм; то есть капли. могут превышать обычные пределы размера для коллоидных частиц.
Примечание 4: Эмульсия называется эмульсией масло / вода (м / в), если. дисперсная фаза представляет собой органический материал, а непрерывная фаза представляет собой. воду или водный раствор и называется вода / масло (в / м), если диспергированная фаза. представляет собой воду или водный раствор, а непрерывная фаза представляет собой. органическую жидкость («масло»).
Примечание 5: эмульсия типа «вода в масле» иногда называется обратной эмульсией.. Термин «обратная эмульсия» вводит в заблуждение, неверно предполагая, что. эмульсия имеет свойства, противоположные свойствам эмульсии.. Поэтому его использование не рекомендуется.Эмульсии содержат как дисперсную, так и непрерывную фазу, причем граница между фазами называется «границей раздела». Эмульсии имеют тенденцию иметь мутный вид, поскольку многие поверхности раздела фаз рассеивают свет, когда он проходит через эмульсию. Эмульсии кажутся белыми, когда весь свет рассеивается одинаково. Если эмульсия достаточно разбавлена, высокочастотный (низковолновый) свет будет рассеиваться сильнее, и эмульсия будет выглядеть более синей - это называется «эффектом Тиндаля ». Если эмульсия будет достаточно концентрированной, цвет будет искажен в сторону сравнительно более длинных волн и станет более желтым. Это явление легко наблюдать при сравнении обезжиренного молока, которое содержит мало жира, с сливками, которые содержат гораздо более высокую концентрацию молочного жира. Одним из примеров может быть смесь воды и масла.
Два специальных класса эмульсий - микроэмульсии и наноэмульсии с размерами капель менее 100 нм - кажутся полупрозрачными. Это свойство связано с тем, что световые волны рассеиваются каплями, только если их размеры превышают примерно одну четверть длины волны падающего света. Поскольку видимый спектр света состоит из длин волн от 390 до 750 нанометров (нм), если размеры капель в эмульсии меньше примерно 100 нм, свет может проникать через эмульсия без рассыпания. Из-за сходства внешнего вида полупрозрачные наноэмульсии и микроэмульсии часто путают. В отличие от полупрозрачных наноэмульсий, для производства которых требуется специальное оборудование, микроэмульсии спонтанно образуются путем «солюбилизации» молекул масла смесью поверхностно-активных веществ, дополнительных поверхностно-активных веществ и со- растворителей. Однако требуемая концентрация поверхностно-активного вещества в микроэмульсии в несколько раз выше, чем в полупрозрачной наноэмульсии, и значительно превышает концентрацию дисперсной фазы. Из-за множества нежелательных побочных эффектов, вызываемых поверхностно-активными веществами, их присутствие является невыгодным или недопустимым для многих приложений. Кроме того, стабильность микроэмульсии часто легко снижается из-за разбавления, нагревания или изменения уровней pH.
Обычные эмульсии по своей природе нестабильны и, таким образом, не имеют тенденции к самопроизвольному образованию. Для образования эмульсии требуется подвод энергии - путем встряхивания, перемешивания, гомогенизации или воздействия мощного ультразвука. Со временем эмульсии стремятся вернуться к стабильному состоянию фаз, составляющих эмульсию. Примером этого является разделение компонентов масла и уксуса в винегрете, нестабильной эмульсии, которая быстро отделяется, если ее почти непрерывно не встряхивать. Из этого правила есть важные исключения: микроэмульсии термодинамически стабильны, в то время как полупрозрачные наноэмульсии кинетически стабильны.
Является ли эмульсия масла и вода превращается в эмульсию «вода в масле» или эмульсию «масло в воде» в зависимости от объемной доли обеих фаз и типа присутствующего эмульгатора (поверхностно-активного вещества) (см. эмульгатор ниже).
Стабильность эмульсии означает способность эмульсии противостоять изменению своих свойств с течением времени. Существует четыре типа нестабильности эмульсий: флокуляция, вспенивание / седиментация, коалесценция и созревание Оствальда. Флокуляция происходит, когда между каплями действует сила притяжения, поэтому они образуют хлопья, похожие на грозди винограда. Этот процесс может быть желательным, если его контролировать по степени, для настройки физических свойств эмульсий, таких как их текучесть. Коалесценция происходит, когда капли сталкиваются друг с другом и объединяются, образуя более крупную каплю, поэтому средний размер капли со временем увеличивается. Эмульсии также могут подвергаться вспениванию, когда капли поднимаются к верхнему краю эмульсии под действием плавучести или под влиянием центростремительной силы, возникающей при Используется центрифуга. Сливки - обычное явление для молочных и немолочных напитков (например, молока, кофейного молока, миндального молока, соевого молока) и обычно не меняют размер капель. Седиментация - это явление, противоположное образованию сливок, которое обычно наблюдается в эмульсиях типа вода в масле. Осаждение происходит, когда дисперсная фаза более плотная, чем непрерывная фаза, а гравитационные силы притягивают более плотные глобулы к основанию эмульсии. Подобно кремованию, седиментация подчиняется закону Стокса.
Подходящий «поверхностно-активный агент» (или «поверхностно-активное вещество ») может повышать кинетическую стабильность эмульсии, так что размер капель существенно не изменяется со временем. Стабильность эмульсии, такой как суспензия, может быть изучена с точки зрения дзета-потенциала, который указывает отталкивание между каплями или частицами. Если размер и дисперсия капель не меняется со временем, говорят, что они стабильны. Например, эмульсии типа «масло в воде», содержащие моно- и диглицериды и молочный белок в качестве поверхностно-активного вещества, показали, что стабильный размер масляных капель в течение 28 дней хранения при 25 ° C.
Стабильность эмульсий может быть охарактеризована с использованием таких методов, как рассеяние света, измерение коэффициента отражения сфокусированного луча, центрифугирование и реология. У каждого метода есть свои преимущества и недостатки.
Кинетический процесс дестабилизации может быть довольно длительным - до нескольких месяцев или даже лет для некоторых продуктов. Часто разработчик рецептур должен ускорить этот процесс, чтобы протестировать продукты в разумные сроки во время разработки продукта. Чаще всего используются термические методы - они заключаются в повышении температуры эмульсии для ускорения дестабилизации (если температура ниже критической для инверсии фаз или химического разложения). Температура влияет не только на вязкость, но и на межфазное натяжение в случае неионных поверхностно-активных веществ или, в более широком смысле, на взаимодействие между каплями внутри системы. Хранение эмульсии при высоких температурах позволяет имитировать реальные условия для продукта (например, тюбик солнцезащитной эмульсии в автомобиле в летнюю жару), но также ускоряет процессы дестабилизации до 200 раз.
Механические методы ускорения, включая вибрацию, центрифугирование и перемешивание.
Эти методы почти всегда являются эмпирическими и не имеют научной основы.
.
Эмульгаторы (также известное как «эмульгатор») представляет собой вещество, которое стабилизирует эмульсию за счет увеличения ее кинетической стабильности. Один класс эмульгаторов известен как «поверхностно-активные вещества» или поверхностно-активные вещества. Эмульгаторы - это соединения, которые обычно имеют полярную или гидрофильную (т.е. водорастворимую) часть и неполярную (т.е. гидрофобную или липофильную) часть. Из-за этого эмульгаторы имеют тенденцию к большей или меньшей растворимости в воде или масле. Эмульгаторы, которые более растворимы в воде (и, наоборот, менее растворимы в масле), обычно образуют эмульсии типа масло в воде, тогда как эмульгаторы, которые более растворимы в масле, образуют эмульсии вода в масле.
Примеры пищевых эмульгаторов:
Детергенты представляют собой другой класс поверхностно-активных веществ и будут физически взаимодействовать как с маслом, так и с водой, таким образом стабилизируя граница раздела между каплями масла и воды во взвешенном состоянии. Этот принцип используется в мыле для удаления жира с целью очистки. В аптеке используется множество различных эмульгаторов для приготовления эмульсий, таких как кремы и лосьоны. Общие примеры включают эмульгирующий воск, полисорбат 20 и цетеарет 20.
. Иногда внутренняя фаза сама может действовать как эмульгатор, и в результате получается наноэмульсия, в которой внутреннее состояние диспергируется на капли «наноразмеров » во внешней фазе. Хорошо известный пример этого явления, «эффект узо », возникает, когда вода наливается в крепкий алкогольный напиток на основе аниса, например узо, пастис, абсент, арак или раки. Анизольные соединения, которые растворимы в этаноле, затем образуют наноразмерные капли и эмульгируют в воде. В результате напиток приобретает непрозрачный молочно-белый цвет.
В процессе эмульгирования может быть задействован ряд различных химических и физических процессов и механизмов:
Эмульсии типа «масло в воде» широко распространены в пищевых продуктах:
Эмульсии вода-в-масле менее распространены в пищевых продуктах, но все еще существуют:
Другие пищевые продукты могут быть превращены в продукты, похожие на эмульсии, например мясная эмульсия - это суспензия мяса в жидкости, аналогичная истинным эмульсиям.
В фармацевтике, парикмахерской, личной гигиене и косметике, эмульсии часто используются. Обычно это масляные и водные эмульсии, но диспергированные, и которые являются непрерывными, во многих случаях зависят от фармацевтического состава. Эти эмульсии могут называться кремы, мази, мази (бальзамы), пасты, пленки или жидкости, в основном в зависимости от их отношения масла к воде, других добавок и предполагаемого способа введения. Первые 5 представляют собой топические лекарственные формы, и их можно использовать на поверхности кожи, трансдермально, офтальмологически, ректально или вагинально. Высокожидкая эмульсия также может быть использована перорально или в некоторых случаях может быть введена инъекцией.
Микроэмульсии используются для доставки вакцин и уничтожения микробы. Типичные эмульсии, используемые в этих технологиях, представляют собой наноэмульсии соевого масла с частицами диаметром 400-600 нм. Это не химический процесс, как в случае других типов противомикробных обработок, а механический. Чем меньше капля, тем больше поверхностное натяжение и, следовательно, больше сила, необходимая для слияния с другими липидами. Масло эмульгируют с детергентами с использованием смесителя с большим усилием сдвига для стабилизации эмульсии таким образом, чтобы при попадании липидов в клеточную мембрану или оболочку бактерий или вирусы, они заставляют липиды сливаться сами с собой. В массовом масштабе это фактически разрушает мембрану и убивает патоген. Эмульсия соевого масла не повреждает нормальные клетки человека или клетки большинства других высших организмов, за исключением сперматозоидов и клеток крови, которые являются уязвимы для наноэмульсий из-за особенностей их мембранной структуры. По этой причине эти наноэмульсии в настоящее время не используются внутривенно (IV). Наиболее эффективное применение этого типа наноэмульсии - для дезинфекции поверхностей. Было показано, что некоторые типы наноэмульсий эффективно уничтожают возбудителей ВИЧ-1 и туберкулеза на не пористых поверхностях.
Эмульгаторы эффективны при тушении пожаров при небольших разливах тонкослойных легковоспламеняющихся жидкостей (пожары класса B ). Такие агенты инкапсулируют топливо в эмульсию топливо-вода, тем самым улавливая горючие пары в водной фазе. Эта эмульсия достигается путем нанесения водного раствора поверхностно-активного вещества на топливо через сопло высокого давления. Эмульгаторы неэффективны при тушении крупных пожаров, связанных с объемным / глубоким жидким топливом, поскольку количество эмульгатора, необходимое для тушения, зависит от объема топлива, тогда как другие агенты, такие как водная пленкообразующая пена необходимо покрывать только поверхность топлива для уменьшения образования паров.
Эмульсии используются для производства полимерных дисперсий - производство полимеров в эмульсионной «фазе» имеет ряд технологических преимуществ, в том числе предотвращение коагуляции продукта. Продукты, полученные в результате такой полимеризации, могут использоваться как эмульсии - продукты, в том числе первичные компоненты для клеев и красок. Синтетические латексы (каучуки) также производятся этим способом.
 | Найдите эмульсию в Викисловаре, бесплатном словаре. |
