2.1 Крапля як розчин

Розчини - це однофазні системи змінного складу, утворені не менше ніж двома незалежними компонентами. За фізико-хімічними властивостями розчини займають проміжне положення між хімічними сполуками і механічними суспензіями. Від хімічних сполук розчини відрізняються змінністю складу, від механічних сумішей - однорідністю.

Розчинення - вельми часта операція при виготовленні ліків, вживаних зовнішньо, всередину, для ін'єкційного введення.

Щоб приготувати розчин якої-небудь речовини, досить залишити цю речовину на деякий час у зіткненні з розчинником. При цьому більшість твердих речовин, а також усі гази розчиняються лише до відомої межі. Так, якщо в 100 мл води, що має кімнатну температуру, всипати більше 36 г натрію хлориду, то скільки б часу ми не збовтували розчин, весь натрію хлорид не розчиниться. Такий розчин, в якому взята речовина більше не розчиняється навіть при тривалому збовтуванні (перемішуванні), називається насиченим розчином при даній температурі.

Таким чином, усякий розчин складається з розчиненої речовини і розчинника, тобто середовища, в якому ця речовина рівномірно розподілена у вигляді молекул або ще дрібніших частинок - іонів. Проте не завжди легко визначити, яка речовина є розчинником і яка розчиненою речовиною. Звичайно розчинником вважають той компонент, який у чистому вигляді існує в тому ж агрегатному стані, що й одержаний розчин. Так, у разі водного розчину натрію хлориду розчинником є, звичайно, вода. Якщо ж обидва компоненти до розчинення перебували в однаковому агрегатному стані (наприклад, вода і спирт), то розчинником вважається компонент, що знаходиться в більшій кількості.

Процес розчинення твердого тіла в рідині протікає таким чином. Як відомо, молекули всякої речовини перебувають в русі, причому в твердих тілах цей рух носить коливальний характер. Коли ми вносимо тверду речовину в рідину, в якій вона може розчинитися, від її поверхні в результаті взаємодії з молекулами розчинника поступово відриваються окремі молекули. Останні завдяки дифузії рівномірно розподіляються за всім обсягом розчинника. Відділення молекул від поверхні твердої речовини викликається, з одного боку, їх власним коливальним рухом, а з іншого - тяжінням з боку молекул розчинника. Цей процес повинен був би тривати до повного розчинення будь-якої кількості твердої речовини, якби одночасно не мав місця зворотний процес - кристалізація. Молекули, що перейшли в розчин, ударяючись об поверхню речовини, що ще не розчинилася, знову притягуються до неї і входять до складу її кристалів. Виділення молекул з розчину йтиме тим швидше, чим більша концентрація розчину, а оскільки остання по мірі розчинення речовини все збільшується, то наступає, нарешті, такий момент, коли швидкість розчинення стає рівною швидкості кристалізації. Встановлюється стан динамічної рівноваги, при якій в одиницю часу розчиняється стільки ж молекул, скільки і виділяється назад з розчину. За цих умов концентрація розчину перестає збільшуватися, тобто розчин стає насиченим.

Таким чином, насичений розчин - це розчин, який при даній температурі невизначено довго може залишатися в рівновазі з надміром речовини, що розчиняється [19, 144].

Абсолютно природно, що якщо кількість розчинюваної речовини менша межі її розчинності при даній температурі, вона повністю, без залишку, розчиниться з утворенням ненасиченого розчину. У такому розчині можна розчинити додаткову кількість даної речовини, причому таке розчинення буде можливе до тих пір, поки розчин не стане насиченим.

Рідини також можуть розчинятися в рідинах. Деякі з них необмежено розчинні одна в іншій, тобто змішуються одна з одною в будь-яких пропорціях, як, наприклад, спирт і вода; інші взаємно розчиняються лише до відомої межі. Так, якщо збовтати ефір з водою, то утворюється два шари: верхній є насиченим розчином води в ефірі, а нижній - насичений розчин ефіру у воді. У більшості подібних випадків з підвищенням температури взаємна розчинність рідин збільшується до тих пір, поки не буде досягнута температура, при якій обидві рідини змішуються в будь-яких пропорціях.

На відміну від твердих тіл і рідин розчинність газів з підвищенням температури зменшується. Так, кип'ятінням можна видалити з води майже все розчинене в ній повітря (у тому числі і вуглекислий газ), що використовується в технології ліків у тих випадках, коли повітря, що міститься у воді, може порушити стабільність рідких ліків.

Найчастіше в аптечній практиці доводиться мати справу з розчиненням твердих лікарських речовин. Якщо цей процес протікає мимоволі, то для більшості речовин, що розчиняються, він триває достатньо довго. Для прискорення процесу розчинення використовують в основному два прийоми:
1) нагрівання і 2) збільшення поверхні контакту речовини, що розчиняється, і розчинника (попереднє подрібнення речовини, що розчиняється, збовтування розчину).

Чим вища температура розчинника, тим звичайно більша розчинність твердої речовини. Є рідкісні виключення з цього правила, коли при підвищенні температури розчинника розчинність твердої речовини знижується (наприклад, кальцію гліцерофосфат і цитрат, ефіри целюлози). Ступінь нагрівання залежить від властивостей речовин, що розчиняються: одні переносять без змін нагрівання в рідині до 100 °С, інші розкладаються вже при злегка підвищеній температурі (наприклад, водні розчини деяких антибіотиків, вітамінів і т. д.).

Отже, при операції розчинення необхідно враховувати індивідуальні властивості лікарських речовин, що розчиняються.

Розчинність твердої речовини підвищується також у міру збільшення поверхні контакту між речовиною, що розчиняється, і розчинником. Збільшення поверхні контакту досягається шляхом подрібнення твердої речовини. Так, кристали виннокам'яної кислоти розчиняються важче, ніж порошок.

Для збільшення поверхні контакту твердої речовини с розчинником в аптечній практиці часто користуються прийомом збовтування. Так, натрію йодид легко розчинний і без додаткових маніпуляцій і тому розчиняється швидко; натрію бромід розчиняється важче і його заздалегідь доводиться розтирати в ступці, а після висипання у воду збовтувати розчин; нарешті, борна кислота повільно розчиняється у воді кімнатної температури, особливо якщо вона має вид крупних кристалів; її слід подрібнювати і розчиняти при нагріванні, і збовтуванні.

Концентрація розчинів. Концентрацією розчину називається кількість розчиненої речовини, що міститься в певній ваговій кількості або певному об'ємі розчину.

Розчини з великою концентрацією розчиненої речовини називаються концентрованими, з малою концентрацією - розбавленими. Не слід змішувати поняття "концентрований" і "насичений" розчин. Концентрований розчин не обов'язково повинен був насиченим. Так, розчин, що містить 50 г кальцію хлориду в 100 мл розчину, є вельми концентрованим, але якщо його температура 20 °С, то він далеко не насичений. Для отримання насиченого розчину при цій температурі потрібно було б додатково взяти близько 80 г кальцію хлориду. Цікавий розчин ацетилсаліцилової кислоти в диметилсульфоксиді (ДМСО): при 20°С в 100 г розчину може міститися до 120 г ацетилсаліцилової кислоти залежно від її поліморфної модифікації, тому 100% розчин її вважається дуже концентрованим, але також далеко не насиченим [19, 145].

В той же час насичений розчин може бути дуже розбавленим, якщо дана речовина погано розчинна. Як приклад можна привести насичений розчин кальцій сульфату (з половиною молекули води), який при 20 °С містить тільки 0,21 г кальцію сульфату в 100 мл розчину.

Кількісно концентрацію розчинів виражають різним чином.

Порядок розчинення лікарських речовин. При розчиненні спочатку відважують або відмірюють розчинник, а потім вже тверді інгредієнти, оскільки випадкове додавання зайвої кількості розчинника приведе до втрати частини медикаменту і зменшення його концентрації. При дотриманні наведеного порядку розчинення усувається також можливість прилипання медикаменту до стінок. Додавання до розчину рідин проводять у порядку зростаючої кількості, тобто менші кількості відважують або відміряють в першу чергу. Виняток становлять пахучі речовини, які зважують окремо і додають до готового розчину.

Кристалічні речовини перед розчиненням, як правило, розтирають у порошок. Якщо лікарська речовина є в аптеці у формі тонкого порошку, в розтиранні немає необхідності.

При значних концентраціях лікарських речовин розчинення прискорюють легким підігріванням, якщо стабільність розчинених речовин дозволяє це зробити. У разі потреби розчин струшують.

Леткі рідини (настойка, ефірні олії, ароматні води і т. д.) додають до розчину в останню чергу і лише після охолоджування розчину. Густі, в'язкі речовини (іхтіол, екстракти, гліцерин та ін.) розчиняють шляхом розмішування товкачем в ступці з частиною розчинника, а потім додають до решти рідини.

Великою технологічною проблемою при виготовленні складних рідких ліків є досягнення одноманітного розподілу лікарських речовин в рідкому середовищі. Необхідність вирішення цієї задачі викликається перш за все необхідністю точного дозування ліків, окремі порції яких повинні містити відповідні кількості терапевтично активних лікарських інгредієнтів. Ця обставина набуває першорядного значення саме при аптечному способі виготовлення ліків, оскільки їх дозування здійснюється вдома хворим, єдиним дозуючим інструментом якого є ложка. Найбільш досконалий (одноманітне, рівномірне) розподіл речовини в рідкому середовищі досягається при утворенні розчинів: дійсних, високомолекулярних сполук і колоїдних розчинів [19, 146].

Розчини - найбільша група рідких лікарських форм. Як лікарська форма розчини мають ряд переваг: а) лікарські речовини в стані розчину в порівнянні з багатьма інших лікарських форм, особливо твердих (порошки, пігулки, пілюлі), швидше всмоктуються і швидше надають терапевтичну дію:

б) застосування розчину виключає дратівну дію на слизисті оболонки гіпертонічних концентрацій, які утворюються при контакті слизистої оболонки з порошками або пігулками (калію або амонію броміди, йодиди та ін.);

в) розчини зручні для прийому. Їх технологія достатньо проста [19, 147].

Проте розчини не позбавлені і деяких недоліків. Вони не відрізняються портативністю, при зберіганні часто виявляються нестійкими. Гіркий смак багатьох ліків посилюється при їх розчиненні.

Дійсні розчини характеризуються повною гомогенністю і завдяки невеликій різниці між розмірами молекул розчиненої речовини і розчинника, а також відсутності прикордонних поверхонь розділу між ними є однофазними дисперсними системами.

Для дійсних розчинів характерна велика міцність зв'язку між розчиненою речовиною і розчинником. Розчинена речовина надалі не відділяється від розчину і, перебуваючи під безперервною дією теплового руху, залишається рівномірно розподіленою в рідині. Розчин зберігає гомогенність невизначено довгий час, якщо тільки в ньому не відбувається ніяких мимовільних вторинних процесів, що змінюють хімічну природу (склад) розчиненої речовини (гідроліз, окислення, дія світла і т. п.). Стійкість розчинів дуже важлива в практичному відношенні. З нею пов'язана широко використовувана можливість заготовки різних розчинів про запас, а також можливість приготування розчинів, вживаних як рідкі ліки, шляхом розведення відповідних "концентратів", як це має місце, наприклад, при використанні бюреточної системи.

У технологічному відношенні найбільш важливими питаннями, пов'язаними з розчинами, є концентрація розчинів і їх приготування, тобто процес розчинення, що важливо, оскільки крапля - це концентрований розчин.

Необхідна концентрація розчинів визначається відповідними вказівками в рецепті або, якщо розчин стандартизований, у відповідному прописі. У фармацевтичній практиці концентрація розчинів виражається: 1) відношенням розчиненої речовини до розчинника; 2) відношенням розчиненої речовини до розчину; 3) у вигляді відсоткового змісту розчиненої речовини (найчастіше).

При першому способі позначення концентрація розчину (наприклад, 1 + 2; 1 + 9) 1 вагову частину речовини, що розчиняється, розчиняється в 2 частинах за масою або відповідно в 9 частинах за масою розчинника, тобто в першому випадку виходить 33,3%, в другому - 10% розчин [19, 148].

При другому способі використовуються знаки ділення (:). Наприклад, 1:10. В цьому випадку 1 вагову частину початкової речовини розчиняють до отримання 10 мл розчину, тобто готують 10% розчин.

При вираженні концентрації розчину у відсотках важливо розрізняти відсоток за масою, відсоток за об'ємом, відсоток по масо-об'ємом. Вони не рівноцінні один одному. Відсоток за масою означає 1 частину (за масою) розчиненої речовини в 100 частинах (по масі) розчину, відсоток за об'ємом - 1 частину за об'ємом (наприклад, 1 мл) речовини в 100 частинах за об'ємом (мілілітрами) розчину. Відсоток за масо-об'ємом відповідає 1 частині за масою (грамои) розчиненої речовини в 100 частинах за об'ємом (мілілітрами) розчину. Відсотки за масою і за об'ємом пов'язані один з одним наступним співвідношенням [19, 148]:

а = b с₁ / с₂,

де а - концентрація у відсотках за масою; b - концентрація у відсотках за об'ємом; с₁ - щільність початкової рідини; с₂ - щільність одержуваного розчину.

Відсотки за масою і відсотки за масо-об'ємом зв'язані відношенням:

а = с / с₃,

де а - концентрація розчину у відсотках за масою; с - концентрація розчину у відсотках за масо-об'ємом; с₃ - щільність розчину.

Перехід від відсотків за об'ємом до відсотків за масо-об'ємом можна здійснити за допомогою наступного відношення:

b = с / с₁,

де b - концентрація розчину у відсотках за об'ємом; з - концентрація розчину у відсотках за масо-об'ємом; с₁ - щільність початкової рідини.

Якщо концентрація виписаного в рецепті розчину вказана у відсотках, то слід мати на увазі відсотки за масо-об'ємом. При визначенні спирту під його відсотковим змістом слід мати на увазі відсоток за об'ємом.