chp8 ρεολογία Flashcards
define Συστήματα διασποράς
= τα συστήματα που προκύπτουν από ανάμιξη
δύο ή περισσότερων ουσιών.
—> Αποτελούνται από το μέσο διασποράς (συνεχής φάση) και την εν διασπορά ουσία (ασυνεχής φάση)
Name the 3 types of dispersions based on the μέση διάμετρο των σωματιδίων της διεσπαρμένης φάσης
1) Μοριακές Διασπορές (< 1 nm)
2) Κολλοειδείς Διασπορές (1 – 500 nm)
3) Αδρομερείς Διασπορές ( > 500 nm)
Classify the 3 dispersions as homogenous vs heterogeneous
Μοριακές διασπορές —> ομογενή συστήματα (διαλύματα)
Κολλοειδείς + αδρομερείς διασπορές —> ετερογενή συστήματα
Describe each dispersion + give examples
- Μοριακές Διασπορές (< 1 nm)
- Σωματίδια αόρατα στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο
- διαπερνούν ημιπερατές μεμβράνες
- γρήγορη διάχυση
π.χ. ιόντα, μόρια οξυγόνου, γλυκόζη - Κολλοειδείς Διασπορές (1 – 500 nm)
- Σωματίδια ορατά στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο
- αόρατα στο οπτικό
- δεν διαπερνούν ημιπερατές μεμβράνες (μόνο ηθμούς χάρτου)
- αργή διάχυση
π.χ. φυσικά και συνθετικά πολυμερή, αιωρήματα κολλοειδούς Ag - Αδρομερείς Διασπορές (> 500 nm)
- Σωματίδια ορατά στο οπτικό μικροσκόπιο
- δεν διαπερνούν ηθμούς χάρτου
- δεν διαχέονται
π.χ. φαρμακευτικά αιωρήματα και γαλακτώματα
define Ρεολογία
= είναι ο κλάδος της επιστήμης που μελετά τη ροή και την
παραμόρφωση των υλικών με την επίδραση εξωτερικής δύναμης
define Ροή
= η μετατόπιση των σημειακών στοιχείων της μάζας με τη σύγχρονη μετακίνηση του κέντρου βάρους.
define Παραμόρφωση
= η σχετική μετατόπιση των σημειακών στοιχείων της
μάζας χωρίς τη μετακίνηση του κέντρου βάρους
define Ιξώδες
= αποτελεί μέτρο της αντίστασης ενός ρευστού στη ροή
describe how different substances ως προς τη ρεολογική τους συμπεριφορά κατατάσσονται (fluids and powders)
Τα υλικά:
- Νευτώνεια = τα ρευστά που έχουν σταθερό ιξώδες
- μη νευτώνεια ρευστά = ρευστά που δεν έχουν σταθερό ιξώδες
Οι κόνεις:
- Ελεύθερα ρέουσες
- μη ελεύθερα ρέουσες
- συνεκτικές κόνεις
What do Μεταβολή της ρεολογίας των φαρμακευτικών προϊόντων (γαλακτώματα, πάστες, υπόθετα, επικαλύψεις δισκίων) affect?
- τη σταθερότητα
- τη βιοδιαθεσιμότητα
- την ταχύτητα απορρόφησης από την γαστρεντερική οδό
- την αποδοχή του φαρμάκου από τον ασθενή
what does the ρεολογική συμπεριφορά των κολλοειδών ή των αδρομερών διασπορών depend on?
1) Το ιξώδες του μέσου διασποράς
2) τη συγκέντρωση των σωματιδίων
3) το μέγεθος και το σχήμα των σωματιδίων
4) τις διαμοριακές αλληλεπιδράσεις σωματιδίου–σωματιδίου και σωματιδίου– μέσου διασποράς.
explain what διατμητική τάση, F’ is
= the force required to induce deformation or flow in a fluid
Shear stress is a measure of the intensity of the forces acting within a fluid that result in deformation. It is a key parameter in determining a fluid’s viscosity.
what is βαθμίδας ταχύτητας μετατόπισης (ή ρυθμός διάτμησης), G
= the rate at which adjacent layers of a fluid move with respect to each other
High shear rates imply rapid deformation of the fluid
low shear rates indicate slower deformation
what is newtons law of fluidity? what does its formula show?
F = F’ / A
G = dV/ dr
—> F = nG
n = ιξώδες
V = volume
r = radial distance (in tubes/pipes)
Fluids that obey this equation έχουν σταθερό ιξώδες και ονομάζονται νευτώνεια ρευστά (η αντίσταση στη ροή)
eg νερό, αλκοόλη, σιρόπι, γλυκερίνη
Classify the fluids με βάση το είδος της ροής που παρουσιάζουν τα υλικά
1) Νευτώνεια (Bingham fluid)
2) Πλαστικά (Bingham plastic)
3) Ψευδοπλαστικά
4) Διασταλτικά υλικά
On the ρεόγραμμα graph, how will Newtonian fluids be shown
straight line coming from the start of the axis ( = 0)
explain Απόλυτο ή δυναμικό ιξώδες + its formula
= fluids resistance to shear stress (F”)
= η = poise
= F” / G
—> Pa.s (SOS)
—> 1N.s/m2
—> kg /(m.s)
—> g/(cm.s)
explain Κινηματικό ιξώδες + formula
= how the absolute viscosity is affected by density of a fluid
ηk = η/ρ
—> stoke (s)
what is Σχετικό ιξώδες + formula
= the ratio του ιξώδους ενός ρευστού προς το ιξώδες ενός ρευστού αναφοράς, συνήθως του νερού.
ηr = η1 /η2
what is Ρευστότητα + formula
= το αντίστροφο του ιξώδους
φ = 1/η
Name one method for Μέτρηση ιξώδους + describe it
ιξωδόμετρο Ostawald:
- Αναρροφάται το υγρό πάνω από την άνω χαραγή (Α) του ιξωδομέτρο
- αφήνεται σε ελεύθερη ροή υπό την επίδραση της βαρύτητας να περάσει μέσα από τριχοειδή σωλήνα
- Ενεργοποιείται το χρονόμετρο και αρχίζει να μετρά μόλις ο μηνίσκος του υγρού περάσει την άνω χαραγή
- Το χρονόμετρο σταματά να μετρά μόλις ο μηνίσκος του υγρού περάσει την κάτω χαραγή (Β)
Using the ιξωδόμετρο Ostawald method, how do we calculate the relative viscosity (nr)
Με μέτρηση του χρόνου εκροής του διαλύτη (συνήθως του νερού) με βάση τη σχέση:
ηr =η1/ η2
= t1ρ1/ t2ρ2
t = χρόνος εκροής
ρ = η πυκνότητα του υπό μελέτη υγρού
1 = ιξώδες
2 = διαλύτη
Name and give examples of types of ιξωδόμετρα + when is each one used
- Ιξωδόμετρα ενός σημείου
- τύπου Ostwald
- τύπου Cannon-Fenske
- πίπτουσας σφαίρας
—> χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση του ιξώδους
των νευτωνείων ρευστών
- Ιξωδόμετρα πολλαπλών σημείων
- δίσκου–κώνου των Ferrant–Shirley
- ομόκεντρων κυλίνδρων
- περιστρεφόμενου βαριδίου
—> για τον προσδιορισμό των ρεολογικών ιδιοτήτων όλων των υλικών – νευτωνείων και μη νευτωνείων
Describe Τριχοειδές ιξωδόμετρο (Ostwald, Cannon-Fenske)
- Σταθερά ιξωδομέτρου εξαρτάται από:
1) γεωμετρικά χαρακτηριστικά
2) επιτάχυνση βαρύτητας - Βαθμονόμηση με υγρό γνωστού ιξώδους σε ορισμένη θερμοκρασία
- Ελάχιστος χρόνος μέτρησης: 100 s
what formula is used for Τριχοειδές ιξωδόμετρο
Εξίσωση Poiseuille:
n = πr^4 x tΔP / 8lV
n = 𝐾tΔP
nr = n1/n2
describe the Ιξωδόμετρο σφαίρας
- Κίνηση σφαίρας με οριακή ταχύτητα
- Ελάχιστος χρόνος μέτρησης = 30 s
- Περιοχή τιμών ιξώδους = 0.5–200.000 poise (διαφορετικές σφαίρες)
give the formula for Ιξωδόμετρο σφαίρας
n = t. (Sb- Sf). B
Sb, Sf —> το ειδικό βάρος σφαίρας & υγρού
Β —> σταθερά σφαίρας
describe Ιξωδόμετρο περιστρεφόμενου βαριδίου
- Πλαστικά ρευστά.
- Ιξωδόμετρο Couette —> περιστροφή περιέκτη
give the formula for Ιξωδόμετρο περιστρεφόμενου βαριδίου
slide 13
Describe the pros of Ιξωδόμετρο κώνου-πλάκας
- Μικρός όγκος δείγματος : 0.1 - 0.2 ml
- Εύκολη και ταχεία θερμοστάτιση δείγματος
- Εύκολος καθαρισμός υποδοχέα
- Δεν εμφανίζεται βαθμίδα μετατόπισης
give the formula of Ιξωδόμετρο κώνου-πλάκας shear rate
slide 13
Describe in different liquids how the viscosity is affected with an increase in temp
Στα υγρά:
- το ιξώδες μειώνεται
- αυξάνονται οι αποστάσεις μεταξύ των μορίων του υγρού με αποτέλεσμα να ελαττώνεται η ισχύς των διαμοριακών δυνάμεων και γι’ αυτό μειώνεται και το ιξώδες.
Στα αέρια:
- το ιξώδες αυξάνεται
- αυξάνεται η κινητική ενέργεια των μορίων ο αριθμός των συγκρούσεων μεταξύ τους
- με αποτέλεσμα να αυξάνεται το ιξώδες (Οι διαμοριακές δυνάμεις που ασκούνται μεταξύ αερίων μορίων είναι πολύ ασθενείς)
give the formula for the Μεταβολή ιξώδους με την θερμοκρασία
Arrhenius-Guzmann:
Εu —> η ενέργεια ενεργοποίησης για την έναρξη ροής ανάμεσα στα μόρια
A —> σταθερά που εξαρτάται από το μοριακό βάρος και τον μοριακό όγκο του υγρού
n = Ae^ (Eu/ RT)
describe other ways using the Arrhenius- Guzmann formula to get Eu
Eu (παρουσία του κενού) = 1/3 x ενέργεια εξάτμισης
—> Στην εξαέρωση απαιτείται μια ελάχιστη ενέργεια για να απομακρυνθεί ένα μόριο από το υγρό και να αφήσει πίσω του ένα κενό ίσο σε μέγεθος με τον όγκο του
Eu = gradient in a ln (n) and 1/T graph
How is the Eu affected by temperature
Χαλάρωση και διάσπαση διαμοριακών δεσμών σε υψηλότερες Τ και σημαντική μείωση της Eu
what kind of substance are most φαρμακευτικά σκευάσματα
Αποτελούν μη-νευτώνεια συστήματα
—> Κολλοειδή, γαλακτώματα, υγρά αιωρήματα, αλοιφές
what are the subtypes of flow the non-Newtonian substances follow
1) πλαστική
2) ψευδοπλαστική
3) διασταλτική
Describe the different ways πλαστικά υλικά (ή υλικά Bingham) can react (ideal and non ideal)
Τα ιδανικά πλαστικά υλικά:
- πάνω από μια τιμή διατμητικής τάσης παρουσιάζουν (όπως και τα Νευτώνεια υλικά) ταχύτητα διάτμησης ανάλογη με τη διατμητική τάση
Κάτω όμως από αυτή την τιμή (τιμή υποχώρησης):
- τα πλαστικά υλικά συμπεριφέρονται σαν ελαστικά σώματα
- παρουσιάζουν μια ελαστική παραμόρφωση χωρίς να ρέουν
—> Αυτό οφείλεται στην ύπαρξη δυνάμεων συνοχής μεταξύ των μορίων του υλικού, οι οποίες πρέπει να υπερνικηθούν με μια τάση f, για να αρχίσει το υλικό να ρέει
What is the formula for the ροή των ιδανικών πλαστικών υλικών
F – f = U.G
U —> το πλαστικό ιξώδες (plastic viscosity)
G —> ο ρυθμός διάτμησης
f —> το όριο ροής (yield value/stress, Pa).
describe the graph and effect αν στο πλαστικό υλικό προστεθεί μια τασιενεργή ουσία
Αν στο πλαστικό υλικό προστεθεί μια τασιενεργή ουσία:
- τα σωματίδια καλύπτονται με αυτήν
- οι δυνάμεις συνοχής ελαττώνονται σημαντικά
- με αποτέλεσμα το υλικό να ρέει σε μικρότερο όριο ροής
Graph on slide 18 SOS
describe Ψευδοπλαστικά + info from its graph
= τα υλικά στα οποία όταν αυξάνεται η διατμητική τάση, αυξάνεται η ταχύτητα διάτμησής τους όλο και πιο πολύ (not exactly proportional)
—> παρατηρείται συνεχής μείωση του ιξώδους με την αύξηση της διατμητικής τάσης
—> υπολογισμός του φαινόμενου ιξώδους, η’, από την κλίση
formula for the apparent viscosity in pseudoplastics
η’ = F^N/ G
N —> high N shows the απομάκρυνση από την νευτώνεια
συμπεριφορά (Ν=1: νευτώνεια συμπεριφορά)
explain how the shear stress (F) affects the viscosity in pseudoplastics
Όταν το προσανατολισμό των αλυσίδων του πολυμερούς (ευθυγράμμιση μακρομορίων) είναι στην διεύθυνση ροής
—> τα μακρομόρια ευθυγραμμίζονται
—> απόσπαση μορίων από τις αλυσίδες
—> απελευθερώνουν τα μόρια του μέσου διασποράς
—> κινούνται πιο εύκολα
—> παρουσιάζοντας μικρότερο ιξώδες
What graph do most pseudoplastics follow? what about the ones used in pharm substances?
log(η’) = N.logF – logG
—> Δεν παρουσιάζουν τιμή υποχώρησης, ούτε εμφανίζεται γραμμικό τμήμα στο ρεόγραμμα
—> Τα σημαντικότερα ψευδοπλαστικά αιωρούμενα που χρησιμοποιούνται στην φαρμακευτική δεν ακολουθούν την logG έναντι logF σχέση
describe the effects of shear stress on διασταλτικά υλικά + formula
- αύξηση της διατμητικής (F) τάσης και αύξηση του όγκου —> αύξηση του ιξώδους
- Αντίστροφη της ψευδοπλαστικής ροής
- Τα διασταλτικά υλικά, όταν η επίδραση της διατμητικής τάσης είναι μεγάλη, συμπεριφέρονται σαν πάστες (paste)
η’ = F^N/G
why do the properties of διασταλτικά υλικά need to be taken in consideration when doing the production of such substances
Το φαινόμενο αυτό χρειάζεται ιδιαίτερη προσοχή, γιατί παρουσιάζεται στην ανάμιξη των διασταλτικών υλικών και μπορεί να προκαλέσει σοβαρές βλάβες στα μηχανήματα (περιστροφικοί μύλοι, κολλοειδείς μύλοι).
—> πρέπει να χρησιμοποιούνται μηχανήματα με χαμηλό αριθμό στροφών
—> αντίθετα με την ανάμιξη άλλων διασπορών, όπου χρησιμοποιούνται πολύστροφες μηχανές
where is the phenomenon of διασταλτικών υλικών mainly occurring (which type of substance)
Εμφανίζεται κυρίως σε εναιωρήματα με μεγάλη περιεκτικότητα στερεών (>50%) (μικρά και αποκροκιδωμένα σωματίδια)
Describe in details the structure changes that occur in Διασταλτικά υλικά when at rest vs when speed/shear stress is applied
Σε ηρεμία:
- τα διεσπαρμένα σωματίδια είναι διαταγμένα το ένα κοντά στο άλλο σε κανονική σχετικά διάταξη
- Τα κενά που υπάρχουν μεταξύ τους γεμίζουν με τον υγρό φορέα που περιβάλλει σαν μεμβράνη τα σωματίδια
- το σύστημα δεν έχει μεγάλη εσωτερική αντίσταση = δεν έχει μεγάλη ιξώδες
- Ακόμη και όταν εφαρμοσθεί μια μικρή τάση διάτμησης το ιξώδες παραμένει μικρό
Σε γρηγορότερη μετατόπιση:
- τα σωματίδια κινούνται γρήγορα με άτακτο τρόπο
- οι μεμβράνες που σχηματίζει ο υγρός φορέας γύρω από τα σωματίδια καταστρέφονται
- δημιουργούνται συσσωματώματα ( = πάστες)
- Ο όγκος αυξάνεται —> προβάλλοντας όλο και μεγαλύτερη αντίσταση στη μετατόπιση γιατί πολλά από τα σωματίδια δεν διαβρέχονται πλέον από τον υγρό φορέα με αποτέλεσμα να αυξάνει η εσωτερική αντίσταση και το ιξώδες του συστήματος να αυξάνετα
—> Επανέρχονται αργά στην αρχική τους λεπτόρρευστη κατάσταση, όταν σταματήσει να ασκείται διατμητική τάση.
define Θιξοτροπία
= η ισόθερμη και αργή ανάκτηση της δομής ενός υλικού που χάνει τη συνοχή του λόγω της επίδρασης διατμητικής τάσης.
which substances παρουσιάζουν το φαινόμενο της
θιξοτροπίας
Mη νευτωνικά συστήματα
—> Θιξοτροπικά συστήματα (πλαστικά και ψευδοπλαστικά):
περιέχουν ασύμμετρα σωματίδια με πολλά σημεία επαφής, τα
οποία χάνονται όταν αυξάνει η δύναμη μετατόπισης.
what happens to the system θιξοτροπίας με τη διακοπή της τάσης διάτμησης
Τείνει να αποκτήσει την αρχική του δομή με τη διαφορά ότι η πορεία της επιστροφής του συστήματος στην αρχική κατάσταση δεν είναι πάντα ίδια με την πορεία καταστροφής της δομής του
—> αργή αποκατάσταση της προηγούμενης δομής
why do θιξοτροπίκα συστηματα take time to return to its original shape?
There’s κάποια χρονική καθυστέρηση διότι τα σωματίδια έρχονται σε επαφή μέσω της κίνησης Brown (τυχαία
κίνηση στερεών μέσα σε ένα ρευστό).
Describe the process of the ισόθερμη μεταβολή πήκτωμα – υδρόλυμα – πήκτωμα (Θιξοτροπία)
Τα ασύμμετρα σωματίδια της εσωτερικής φάσης ενός θιξοτροπικού υλικού σχηματίζουν τρισδιάστατα πλέγματα, εξαιτίας των οποίων δυσκολεύεται η ροή του υλικού (πήκτωμα, αύξηση του ιξώδους).
- Με την επίδραση κάποιας διατμητικής τάσης:
- καταστρέφεται αυτή η τρισδιάστατη δομή
- ελαττώνεται το ιξώδες του υλικού (υδρόλυμα) - Μετά τη διακοπή της επίδρασης της διατμητικής τάσης:
- το σύστημα ξαναδομεί τα σωματίδιά του καιτα σημεία επαφής τους
- ξαναποκτά το αρχικό του ιξώδες (πήκτωμα)
- γίνεται με κάποια χρονική καθυστέρηση διότι τα σωματίδια έρχονται σε επαφή μέσω της κίνησης Brown
—> το θιξοτροπικό υλικό για την ίδια διατμητική τάση παρουσιάζει μικρότερη ροή (μεγαλύτερο ιξώδες)
—> όταν αυτή αυξάνεται παρά από ότι όταν αυτή ελαττώνεται
Describe on a graph the βρόγχος θιξοτροπικής υστέρησης for Newtonian vs non- Newtonian substances
- Στα μη νευτώνεια υλικά:
- το ανερχόμενο τμήμα της καμπύλης δεν ταυτίζεται με το κατερχόμενο τμήμα
- μεταξύ αυτών σχηματίζεται ο βρόγχος θιξοτροπικής υστέρησης
—> Αν παραταθεί η επίδραση της διατμητικής τάσης, έτσι ώστε να κρατηθεί σταθερή η ταχύτητα μετατόπισης για χρονικό διάστημα t1 ή t2, ο θιξοτροπικός βρόγχος υστέρησης αυτού του υλικού αλλάζει
- Στα νευτώνεια υλικά:
- το ανερχόμενο και το κατερχόμενο τμήμα της καμπύλης ταυτίζονται.
- δεν παρουσιάζουν βρόγχο θιξοτροπικής υστέρησης και δεν έχουν θιξοτροπία
using the thixotropy graphs, how do we get the ποσοτική εκτίμηση της θιξοτροπίας ενός υλικού
Using the area of the loop formed
how do we get the θιξοτροπικός συντελεστής Β + what is it
- shows the effect of time of collapse of the material
- with a constant shear rate (G)
- U1/U2 are plastic viscosity
—> how much the material changes with the same shear rate (slide 16 SOS)
B = U1 - U2 / ln (t2/t1)
how do we get the θιξοτροπικός συντελεστής Μ + what is it
- the time is the same because we have an instant drop ins shear rate
- different shear rates (v1/v2)
- M shows how responsive the material is to shear rate and gives info on its recovery (slide 17)
- v1 < v2 → U1 > U2
M = U1 - U2 / ln( v2/v1)
describe the βρόγχους υστέρησης of pharmaceutical substances
Οι φαρμακευτικές διασπορές παρουσιάζουν πολύπλοκους βρόγχους υστέρησης
Give examples of Αρνητική θιξοτροπία
Eg διασταλτικά υλικά
—> αύξηση της συνεκτικότητας του υλικού κατά την άρση της δύναμης μετατόπισης
Eg 2 Η μαγνησία
- είναι θιξότροπο υλικό για μικρή δύναμη μετατόπισης
- σε μεγαλύτερες τιμές εμφανίζει αρνητική θιξοτροπία, η οποία φθάνει σε οριακό σημείο μετά από ορισμένους κύκλους
what causes/is negative thixotropy
Οφείλεται στην αύξηση της ενδομοριακής σύζευξης λόγω των συγκρούσεων
—> Αρχικά υπάρχει μεγάλος αριθμός μικρών συσσωματωμάτων και στην οριακή κατάσταση μικρός αριθμός μεγάλων συσσωματωμάτων
—> Στην ηρεμία τα μεγάλα σωματίδια διασπώνται και επιστρέφει το σύστημα στην αρχική κατάσταση
Compare αρνητικής θιξοτροπίας vs ρεοπηξία (διασταλτικότητα)
- Αρνητική θιξοτροπία:
- εμφανίζουν υλικά με 1-10% στερεά
- κατάσταση ισορροπίας → κολλοειδής κατάσταση - Η ρεοπηξία:
- εμφανίζεται σε υλικά με μεγάλη συγκέντρωση αποκροκιδωμένων σωματιδίων (> 50%)
- σχηματισμό γέλης με απότομη ανακίνηση
what is the desired action of the liquids’ Θιξοτροπία στη μορφοποίηση
Μεγάλη συνεκτικότητα στη συσκευασία και λέπτυνση όταν λαμβάνεται η κατάλληλη ποσότητα από τον περιέκτη
—> αύξηση της θιξοτροπίας μειώνει την ταχύτητα καταβύθισης.
—> Μεταβολή του βαθμού θιξοτροπίας με τον χρόνο στην περίπτωση μη καλής μορφοποίησης
List the ιδιότητες καλά μορφοποιημένου θιξότροπου αιωρήματος
- να μην καθιζάνει στην συσκευασία
- να γίνεται υγρό στην ανακίνηση
- να αποκτά γρήγορα την συνεκτικότητα του για να παραμένουν τα σωματίδια σε αιώρηση
- να λαμβάνεται η επιθυμητή δόση εύκολα
- να παραμένει επί μακρόν στην δόση που χοργείται
describe the flow type obsereved due to high διατμητική τάση
Αν η διατμητική τάση είναι μεγάλη παρατηρείται τυρβώδης ροή, η εικόνα της οποίας είναι πολύ διαφορετική από αυτή της στρωτής ροής.
Στην τυρβώδη ροή:
- τα αποτελέσματα της εσωτερικής τριβής είναι ακόμη πιο έντονα
- εξαιτίας του σχηματισμού στρoβίλων
- ο ρυθμός παραμόρφωσης dv/dr κοντά στα τοιχώματα είναι πολύ μεγαλύτερος
what does the είδος της ροής (μόνιμη ή τυρβώδης) depend on
- την ταχύτητα του ρευστού, υ
- το είδος του πεδίου ροής
- την πυκνότητα, ρ
- το ιξώδες, η, του ρευστού.
—> Οι παράγοντες αυτοί υπεισέρχονται σε ένα αδιάστατο μέγεθος το οποίο χαρακτηρίζει τη ροή και ονομάζεται αριθμός Reynolds
what is the formula for αριθμός Reynolds
Re = Lρυ/ η
L = μία γραμμική γεωμετρική διάσταση που καθορίζεται από το είδος της ροής
υ = η ταχύτητα
ρ = η πυκνότητα
η = το ιξώδες του ρευστού.
—-> αν το ρευστό κινείται μέσα σε κυλινδρικό σωλήνα, L είναι η διάμετρος του σωλήνα
—> Αν σωματίδιο κινείται μέσα σε ρευστό, L είναι το χαρακτηριστικό μέγεθος του σωματιδίου
what is the κρίσιμος αριθμός του Reynolds, Reκρ
Μία τιμή του αριθμού του Reynolds, που χαρακτηρίζει τη ροή
—> Κατά τη ροή ρευστού σε κυλινδρικό σωλήνα η κρίσιμη τιμή Reκρ είναι 2000, ενώ κατά την κίνηση σφαίρας σε ρευστό μόλις 10
Describe how the Reynolds value explains the flow type + what else can be deduced
- Re > Reκρ
—> η ροή είναι τυρβώδη - Re < Reκρ
—> η ροή είναι στρωτή (laminar)
Μπορεί να καθοριστεί για δεδομένο υγρό και δεδομένο είδος ροής ποια είναι η κρίσιμη ταχύτητα πάνω από την οποία η ροή γίνεται τυρβώδης.
When is εξίσωση Bernoulli used? what assumptions are made?
Η εξίσωση Bernoulli δίνει την σχέση ανάμεσα στην ταχύτητα, την πίεση και την ανύψωση ενός ρευστού στη διαδρομή της κίνησής/ροής του.
—> The Bernoulli equation follows from the principle of conservation of energy and if there is no friction, the total energy of the fluid must remain constant regardless of changes in flow.
—> Υπόθεση: αγνοούνται οι απώλειες λόγω φαινομένων τριβή
Give Bernoulli’s formula
𝐏𝟏 + 𝛒𝐠𝐡𝟏 +𝟏/𝟐𝛒𝛖𝟏𝟐 = 𝐏𝟐 + 𝛒𝐠𝐡𝟐 + 1/𝟐 𝛒𝛖𝟐𝟐
what is the νόμο του Poiseuille
Η ροή ενός ρευστού που έχει εσωτερική τριβή, R (μη-μηδενικό ιξώδες) συνοδεύεται από πτώση της πίεσης κατά μήκος του σωλήνα μέσα στον οποίο ρέει
—> ροή Q ρευστού που έχει ιξώδες η
—> ρέει κατά μήκος σωλήνα ακτίνας r και μήκους L
Give Poiseuille’s formula
Q = πr^4 . (P1 − P2) / 8ηL
—> cm3/s
—> (P1- P2) είναι η διαφορά της πίεσης ανάμεσα στα δύο άκρα του σωλήνα = cm/(g.s)
define σωματίδιο vs Κόνη
Σωματίδιο = η μικρότερη μονάδα της ύλης, που δρα ως ενιαίο σύνολο
Κόνη = το στερεό υλικό που αποτελείται από διακριτά μικρομερή σωματίδια με μέγεθος < 1000 μm (1 mm).
what is the most important παράγοντας που καθορίζει τις φυσικές ιδιότητες των κόνεων
το μέγεθος των σωματιδίων
—> eg κατάλληλου μεγέθους σωματίδια ρέουν, όπως τα υγρά
Define Ολικός όγκος (Vολ)
= όγκος που καταλαμβάνει μέσα σε ογκομετρικό κύλινδρο, δείγμα κόνεως ορισμένης μάζας (σωματίδια + κενά μεταξύ τους + πορώδες)
define Όγκος σωματιδίων (Vσωμ)
= όγκος σωματιδίων μαζί με τα μικροσκοπικά κενά της μάζας τους χωρίς τον όγκο των κενών διαστημάτων μεταξύ των σωματιδίων (σωματίδια + πορώδες).
—> Μετριέται ο όγκος του υγρού που εκτοπίζεται από την κόνη
define Πραγματικός όγκος σωματιδίων (Vπρ)
= όγκος των σωματιδίων, χωρίς τον όγκο των διαστημάτων μεταξύ τους και τον όγκο των μικροσκοπικών κενών της μάζας τους (σωματίδια).
—> Μετριέται ο όγκος του αερίου (π.χ., He) που εισχωρεί και στο εσωτερικό της κόνεως
what are Πορώδες? types? + their formulas
= είναι το μέτρο των διαστημάτων μεταξύ των σωματιδίων και
των μικροσκοπικών κενών και ρωγμών στη μάζα τους
- Απλώς πορώδες (ε):
𝜀 = V𝜊𝜆−V𝜎𝜔𝜇 / V𝜊𝜆 - Εσωτερικό πορώδες (εεσ):
𝜀 = V𝜎𝜔𝜇−V𝜋𝜌/ V𝜎𝜔𝜇 - Ολικό πορώδες (εολ):
𝜀 = V𝜊𝜆−V𝜋𝜌/ V𝜊𝜆
what are the different types of Διάταξη σφαιρικών σωματιδίων σε ένα στρώμα κόνεως
- Ανοικτή ή κυβική διάταξη —> Πορώδες ~ 48%
- Κλειστή ή ρομβοεδρική διάταξη —> Πορώδες ~ 26%
Name Ιδιότητες των σωματιδίων που επηρεάζουν τη ροή
- Οι φυσικοχημικές ιδιότητες των σωματιδίων —> οι δυνάμεις που αναπτύσσονται στην επιφάνεια των σωματιδίων.
- Το μέγεθος των σωματιδίων —> Μικρά σωματίδια ( = 10 μm) παρεμποδίζουν τη ροή.
- Η κατανομή των σωματιδίων —> Σωματίδια διαφόρων μεγεθών λόγω συσσωμάτωσης παρεμποδίζουν τη ροή.
- Το σχήμα των σωματιδίων.
- Το πορώδες και η πυκνότητα των σωματιδίων.
- Η κατασκευή της επιφάνειας των σωματιδίων
Name Ιδιότητες των κόνεων που επηρεάζουν τη ροή
- Γωνία εναπόθεσης
- Ρευστότητα
- Συνεκτικότητα
List the Παράγοντες που επηρεάζουν την ταχύτητα ροής της κόνεως
- Η διάμετρος της οπής του σωλήνα
- Η πυκνότητα των σωματιδίων
- Το μέγεθος των σωματιδίων
- Το σχήμα των σωματιδίων
- Η ύπαρξη υγρασίας
define Γωνία εναπόθεσης
= η μεγαλύτερη δυνατή γωνία της βάσης ενός κωνικού σωρού κόνεως, δηλαδή η γωνία πέρα από την οποία η κόνη ρέει από μόνη της
Give the formula and conclusions of the angle of deposition
tan (θ) = 𝒉/𝒓 = n
Όπου, θ: γωνία εναπόθεσης, h: ύψος κώνου, r: ακτίνα κώνου
Γωνία εναποθέσεως < 30° → Ελεύθερη ροή
Γωνία εναποθέσεως > 40° → Παρεμπόδιση ελεύθερης ροής
Γωνία εναποθέσεως > 60° → Δεν υπάρχει ροή
define Ρευστότητα κόνεων
= η ικανότητα των μη συνεκτικών κόνεων να ρέουν μέσα από σωλήνες ή να διέρχονται μέσα από ανοίγματα κατάλληλων διαστάσεων
Formula of Ρευστότητα κόνεων
Η ρευστότητα εκφράζεται ποσοτικά με την ταχύτητα ροής της μάζας της κόνης Q και ορίζεται ως ο λόγος της μάζας m που εκρέει από μια οπή σε χρόνο t δια του χρόνου αυτού:
Q = m/t
Give a formula relating the ταχύτητα ροής Q με τη διάμετρο
οπής και άλλους παράγονες
𝐃𝐨 = 𝐀 ( Q/ 𝟏𝟓𝛑𝛒√ g) ^ 1/n
Do: η διάμετρος της οπής
A, n: σταθερές που σχετίζονται με το μέγεθος των σωματιδίων
define συνεκτικότητα της κόνεως
= η τάση που έχουν τα σωματίδια της να συγκολλούνται μεταξύ ή να κολλούν πάνω σε διάφορες επιφάνειες με συνέπεια να παρεμποδίζεται η ροή της
what usually causes the συνεκτικότητα της κόνεως
Δυνάμεις που ευθύνονται είναι συνήθως:
- ιοντικές
- ηλεκτροστατικές
- van der Waals
- δυνάμεις τριβής
Name the 2 ways in which the συνεκτικότητα εκφράζεται
- Από τα γωνιακά χαρακτηριστικά της κόνεως με τα οποία περιγράφεται η συμπεριφορά της κόνεως με την επίδραση δυνάμεων μετατόπισης
—> how the particles respond to shearing or shifting forces - Από τα χαρακτηριστικά τάσεως της κόνεως με τα οποία μετράται η δύναμη που απαιτείται για να προκαλέσει θραύση του δείγματος λόγω τάσης
—> how much force is needed to break the coherence or structural integrity of the powder when subjected to tension.
How can we calculate συνεκτικότητας (Σ)? formula?
Με πλάκα διαχωρισμού:
Σ =( m.g.)ημθ / Α = F/A
—> m.g = weight (mass x gravity) του κινητού συστήματος
—-> θ: the angle of inclination at the moment of detachment
—> A: the vertical surface of powder mass along the parting line, i.e. cell width by depth
Προσδιορίζεται η δύναμη που απαιτείται για να προκληθεί θραύση του δείγματος μέσω τάσεω
what is the goal of mixing κόνεων και κοκκίων
Με την ανάμιξη φαρμακευτικών κόνεων επιδιώκεται ο τελειότερος δυνατός καταμερισμός των κοκκίων ή των σωματιδίων των κόνεων μέσα στο παρασκευαζόμενο μίγμα.
—> Με την επίδραση της βαρύτητας τα σωματίδια συμπιέζονται και καταλαμβάνουν πλησιέστερες θέσεις (μικρότερο δυνατό πορώδες)
why are ομοιογενούς ανάμιξης important
Η σημασία της ομοιογενούς ανάμιξης των στερεών ουσιών φαίνεται από τη σπουδαιότητα επίτευξης ακρίβειας στη δόση
what is the ανάμιξη affected by
- Δυνάμεις που δρουν επιφανειακά:
- example —> επιφανειακή τάση, ηλεκτροστατικά φορτία, δυνάμεις van der Waals
- Προκαλούν μείωση του μεγέθους των σωματιδίων που οδηγεί στην εντονότερη επιφανειακή τους δράση
- κατ’ επέκταση οδηγεί στη συνένωση και στη δημιουργία συσσωματωμάτων που αντιτίθεται στην ομοιόμορφη ανάμιξη
- Διαφορές στο μέγεθος, στην πυκνότητα και στο σχήμα των σωματιδίων:
- παρεμποδίζουν την ικανοποιητική ανάμιξη
what state of substances are mainly used in the making of pharm drugs + what are the final states a drug can be found in
Στα περισσότερα φαρμακευτικά σκευάσματα, τα υλικά που
χρησιμοποιούνται (δραστικά συστατικά και έκδοχα) είναι στερεά
—> ανεξάρτητα από το αν η τελική φαρμακοτεχνική μορφή είναι στερεά (π.χ. δισκία), ημιστερεά (π.χ. κρέμες) ή υγρή (π.χ. εναιωρήματα)
what does the μέγεθος των σωματιδίων affect
- Τη μορφοποίηση και την παραγωγή στερεών φαρμακοτεχνικών μορφών
- Τη βιοδιαθεσιμότητα των φαρμάκων
Explain in details how the μεγέθους του σωματιδίου στη μορφοποίηση και βιοδιαθεσιμότητα του φαρμάκου
- Ρυθμός διάλυσης —> η μείωση του μεγέθους των σωματιδίων, αυξάνει την επιφάνεια έκθεσης στο διαλύτη με αποτέλεσμα την αύξηση του ρυθμού διάλυσης.
- Επαναληψιμότητα της δόσης.
- Πνευμονική χορήγηση —> μόνο μικρά σωματίδια μπορούν να εισχωρήσουν στις κυψελίδες.
- Διαλυτότητα —> εάν η διαλυτότητα είναι μικρότερη από 0.3% τότε ο ρυθμός διάλυσης αποτελεί το περιοριστικό βήμα της απορρόφησης (we want high solubility, chp5 has ways to make it more soluble)
- Ανεπιθύμητες ενέργειες —> αύξηση του μεγέθους των σωματιδίων της νιτροφουραντοΐνης μειώνει τη συχνότητα ναυτίας.
- Ομαλή ροή της κόνης —> ανομοιόμορφη ροή μπορεί να προκαλέσει αποστοιβάδωση κορυφής του δισκίου (capping).
- Σωματίδια μεγαλύτερα από 250 μm ρέουν ελεύθερα, ενώ κάτω από 10 μm εμφανίζουν προβλήματα ροής
Name and describe the 3 Μέθοδοι μέτρησης μεγέθους σωματιδίων
- Με μικροσκόπιο:
- Με οπτικό μικροσκόπιο
- για μέγεθος 50 – 1000 μm - Με αναλυτικά κόσκινα:
- Για σωματίδια μεγέθους 50 – 1000 μm.
- Οι διαστάσεις μπορούν να εκφραστούν είτε σε μm είτε σε Mesh. Τα Mesh εκφράζουν τον αριθμό βροχίδων σε 1 cm2 της επιφάνειας του κόσκινου. - Μέθοδος καθίζησης:
- Βασίζεται στην ελεύθερη πτώση των σωματιδίων σε υγρό που βρίσκεται σε ακινησία
what law/formula can be used for Μέθοδος καθίζησης
Εφαρμόζεται ο νόμος του Stokes:
υ = h/ t = 2gr^2 (ρσ − ρυ) / 9η
u: η ταχύτητα καθίζησης
h: η απόσταση (ύψος) που διανύουν τα σωματίδια σε χρόνο t
r: η μέση ακτίνα των σωματιδίων
ρσ: η πυκνότητα των σωματιδίων
ρυ: η πυκνότητα του υγρού στο οποίο γίνεται η καθίζηση
η: το ιξώδες του ρευστού
for what exactly is Stroke’s law applied?
Εφαρμόζεται μόνο σε ιδανικά συστήματα, όπου τα σωματίδια είναι σφαιρικά, ισομεγέθη, πέφτουν χωρίς παρεμποδίσεις
define λειοτρίβηση
= grinding
= η εργασία με την οποία επιτυγχάνεται η μείωση του μεγέθους των σωματιδίων διαφόρων στερεών φαρμακευτικών ουσιών και η λήψη κόνεως με επιθυμητό μέγεθος σωματιδίων
What are the 3 categories of λειοτριβήσεως και 3 κατηγορίες φαρμακευτικών κόνεων based on the size of the particles?
- Αδρομερής λειοτρίβηση:
- αδρομερείς κόνεις
- 841 μm, 20 mesh - Ενδιάμεση λειοτρίβηση:
- ενδιάμεσες κόνεις
- 841-74 μm, 20-200 mesh - Λεπτή λειοτρίβηση:
- λεπτές κόνεις
- < 74 μm, 200 mesh
how is the μείωση του μεγέθους των σωματιδίων achieved?
- εφαρμογή πάνω σε αυτά καταλλήλων δυνάμεων τριβής και κυρίως κρούσεως
- για ορισμένο χρονικό διάστημα
- με αποτέλεσμα τα σωματίδια να θραύονται σε άλλα, με μικρότερο μέγεθος
—> Η θραύση ξεκινάει στα αδύναμα σημεία ή γραμμές αδυναμίας, όπου οι δυνάμεις συνοχής είναι ασθενέστερες.
what forces go against the methods used to reduce the size of the particles
- Κρούσης → μεταξύ τεμαχιδίων/τοιχωμάτων
- Διατμηματικές → κοπή
- Τριβής → κοπή ακμών και προεξοχών
- Συμπίεσης → σύνθλιψη
- Εφελκυσμού → επιμήκυνση
Η ενέργεια E που δαπανάται κατά την λειοτρίβηση για τη μείωση μεγέθους σωματιδίου από διάμετρο d1 σε d2, έχει περιγραφεί από 2 κυρίως θεωρίες. Name the theories + formula
- Θεωρία Kick:
E = Kk .F. ln d1/d2
F: η δύναμη θραύσης
Kk: σταθερά Kick
- Θεωρία Rittinger:
E = KR .F. ( 1/ d1−1/d2)
F: η δύναμη θραύσης
KR: σταθερά Rittinger
what is Ξήρανση στερεών? what is needed to do it?
= είναι η απομάκρυνση ενός υγρού από τη μάζα τους.
—> απαιτείται θερμότητα η οποία παρέχεται με ακτινοβολία, με
μεταφορά ή ανταλλαγή ενέργειας
Describe the steps of Ξήρανση στερεών in the graph
1) Παρέχεται θερμότητα, αλλά δεν απομακρύνεται η υγρασία.
2) Μεταφέρεται υγρό από το εσωτερικό των σωματιδίων προς την επιφάνειά τους και εξατμίζεται.
3) (Οριακό σημείο, κρίσιμη υγρασία): Το υγρό που εξατμίζεται δεν αντικαθίσταται τόσο γρήγορα και εμφανίζονται ξηρές περιοχές.
4) Η εξωτερική στοιβάδα του υγρού έχει εξατμιστεί και η ταχύτητα ξήρανσης ελαττώνεται μέχρι να μηδενιστεί.
Name different machines/mechanisms used for drying pharm substances
- Ξηραντήρια συμβατικού τύπου ή ξηραντήρια με δίσκους (Τray Dryers)
- Ξηραντήρια του τύπου ρευστοποιηθέντος στρώματος της κόνεως (Fluidized Bed Dryers) ή ξηραντήρια ανοδικού ρεύματος
- Ξηραντήρια δια αερολύματος (Spray dryers)
- Ξηραντήρια (Freeze Dryers) ή συσκευές λυοφιλοποίησης
What’s Εξάχνωση
= η μετάβαση από την στερεή κατάσταση στην αέρια
what is used for Εξάχνωση
Η λυοφιλίωση ή λυοφιλοποίηση βασίζεται στην εξάχνωση
= είναι η μέθοδος ξήρανσης μιας ουσίας κατά την οποία η ουσία ψύχεται ώστε η υγρασία να μετατραπεί σε πάγο, ο οποίος στη συνέχεια εξαχνώνεται
—> χρησιμοποιείται για την ξήρανση θερμοευαίσθητων υλικών
—> Άριστη τεχνική για ευαίσθητα φάρμακα στην θερμοκρασία και στην υγρασία (αντιβιοτικά, βιταμίνες, ορμόνες κ.τ.λ.)
During the production of drugs, is υγρασίας ever wanted?
Επιθυμείτε να παραμένει ένα ποσοστό υγρασίας στην προς ξήρανση ουσία.
—> συμβαίνει κατά την παρασκευή των δισκίων, όπου η ελάχιστη υγρασία που παραμένει, συντελεί στην ελάττωση των στατικών ηλεκτρικών φορτίων των σωματιδίων της κόνεως και στο να λαμβάνονται δισκία μετά τη συμπίεση με κατάλληλη σκληρότητα, ευθρυπτότητα.
How can we do the προσδιορισμός υγρασίας
Σε ειδική συσκευή που φέρει ζυγό και πηγή θερμότητας
—> το δείγμα φέρεται στο ζυγό έως ότου η μάζα της ουσίας παραμείνει σταθερή
When determining the amount of υγρασιας, how can we calculate/show the mass
- Με την εκατοστιαία απώλεια βάρους (ΑΒ) του δείγματος:
% ΑΒ =m𝛿 − m𝜉 / mδ x100 - Με την % περιεχόμενη υγρασία (ΠΥ):
% ΠΥ =m𝜐/ m𝜉 x100
mδ —> η μάζα του δείγματος πριν ξήρανση
mξ —> μαζα μετά την ξήρανση
mυ —> η μάζα του περιεχόμενου νερού στο δείγμα πριν την ξήρανση
