[POST-2]
Oke, silahkan dibaca perlahan ya. Saran saya bisa dibaca pada display laptop dengan membagi 2 jendela (di-minimize). Satu slide, satu lagi narasi. Narasinya cukup panjang, akan saya attach juga narasi pdf beserta slide pdf. Jika ada pertanyaan silahkan tinggalkan dikolom komentar ya, saya akan jawab secepat yg saya bisa,
kebetulan putri saya rayna lagi demam, mungkin jadinya agak slow response. Selamat menikmati
😄
REOLOGI
Tujuan kita belajar Materi Reologi ini ada 3 ya: paham tentang teori reologi, paham penggunaannya dalam sediaan farmasi, dan paham klasifikasi material.
PENDAHULUAN (Slide 3-6)
Istilah reologi (rheology), dari bahasa Yunani rheo (mengalir) dan logos (ilmu), dikemukakan oleh Bingham dan Crawford untuk menggambarkan aliran zat cair dan perubahan bentuk (deformasi) zat padat. Kekentalan (viskositas, viscosity) adalah suatu ungkapan dari besarnya hambatan (resistansi) zat cair untuk dapat mengalir; semakin tinggi viskositas cairan maka akan semakin besar hambatannya.
Dalam bidang farmasi, reologi sangat penting terutama pada penerapan bidang formulasi dan analisis produk farmasi seperti emulsi, pasta, supositoria, dan salut tablet. Krim, pasta, dan losio baik obat maupun kosmetik yang diproduksi oleh industri selain konsistensi atau kehalusannya harus memenuhi persyaratan yang dapat diterima, sedian tersebut harus mampu pula untuk menghasilkan kualitas yang sama setiap kali diproduksi ulang.
Reologi ada kaitannya dengan pencampuran dan aliran bahan-bahan, pengemasan bahan ke dalam wadah serta pengeluarannya saat akan dipakai, yaitu apakah akan dituangkan dari botol, dipencet dari tube, atau dikeluarkan melalui jarum suntik. Reologi dari suatu produk tertentu, yang konsistensinya dapat berkisar mulai dari cair, setengah padat sampai dengan padat, dapat memberikan pengaruh terhadap daya terima pasien (akseptabilitas, acceptablity), kestabilan fisik, dan ketersediaan hayati (biological availability). Viskosi-tas mempengaruhi laju penyerapan (absorption rate) obat dari saluran pencernaan.
Sifat reologis sistem farmasetik dapat pula berpengaruh pada pemilihan peralatan yang digunakan dalam proses produksi. Kesalahan pemilihan peralatan, akan memberikan hasil yang kurang diharapkan paling tidak ditinjau dari karakteristik alirannya.
Berdasarkan jenis aliran dan deformasinya, bahan-bahan dapat digolongkan pada salah satu dari dua kategori: Sistem Newton atau sistem non-Newton. Penggolongan terhadap jenis aliran tersebut berdasarkan pada sifat alirannya yaitu apakah memenuhi hukum aliran Newton atau tidak.
CAIRAN NEWTON (Slide 8-14)
Cairan Newton akan membentuk garis linear yg memperlihatkan hubungan antara shear stress dan shear rate dan nilai viskositas tidak bergantung pada kondisi geser yg diberikan. Jadi kalau di lab, dilakukan pengukuran viskositas pada cairan Newton, meskipun rpm-nya dirubah-rubah, nilainya akan selalu tetap (lihat gambar di slide 14 kanan). Aliran Newton adalah jenis aliran yang ideal. Seperti gas ideal yang memenuhi hubungan PV = nRT, demikian pula suatu cairan ideal memenuhi hubungan F = η dv/dr. Pada umumnya cairan yang bersifat ideal adalah pelarut, campuran pelarut, dan larutan sejati. Contohnya ada di slide 8. Cairan yang bukan larutan sejati seperti larutan koloidal, suspensi, emulsi, dan larutan yang mengandung zat berbobot molekul tinggi tidak termasuk dalam kategori ini.
Hukum Aliran Newton
Bayangkan satu "blok" cairan terdiri dari lapisan-lapisan paralel molekul, mirip dengan satu set (pak) kartu seperti pada Gambar (slide 9). Lapisan bawah diam di tempatnya tidak bergerak (stasioner). Jika bidang atas cairan dimajukan (digerakkan) dengan kecepatan tetap, tiap lapisan di bawahnya akan maju dengan kecepatan yang berbanding lurus dengan jarak terhadap lapisan bawah yang tidak bergerak (stasioner). Perbedaan kecepatan dv antara dua bidang cairan yang dipisahkan oleh jarak tak berhingga dr merupakan gradien kecepatan atau laju geser (rate of shear, shearing rate) dv/dr. Gaya per satuan luas F'/A yang diperlukan agar terjadi aliran disebut tekanan geser (shearing stress).
Newton adalah orang yang pertama kali mengkaji sifat aliran cairan secara kuantitatif. Menurutnya, makin tinggi kekentalan (viskositas) cairan, akan semakin besar gaya per satuan luas (tekanan geser) yang diperlukan sehingga akan terjadi laju geser tertentu. Karena itu, laju geser seharusnya berbanding lurus dengan tekanan geser. η adalah koefisien viskositas atau disederhanakan menjadi viskositas. Persamaannya ditulis di slide 9 (atas).
Satuan viskositas adalah poise, didefinisikan sebagai gaya geser yang diperlukan agar menghasilkan kecepatan 1 cm/det di antara dua bidang sejajar cairan yang masing-masing luasnya 1 cm2 dan dipisahkan oleh jarak 1 cm. Satuan viskositas dalam cgs adalah dyne det cm-2 (dyne det/cm2) atau gram/cm det. Satuan-satuan di atas mudah dianalisis secara dimensi dari besaran koefisien viskositasnya.
Satuan S I (Sisteme International d'Unites) untuk viskositas adalah Pa s (Pascal detik, kg m-1s-1) . Satu poise = 0,1 Pa s. Satuan yang sering digunakan adalah sentipoise (cp), 1 cp = 0,01 poise (p)=1 mPa s.
Kurva aliran, reogram, akan diperoleh dengan membuat "plot" shear stress terhadap shear rate. Sesuai dengan persamaan kedua maka akan terjadi garis lurus memotong titik 0 , dan ini tampak dalam Gambar kiri (slide 14).
Viskositas Kinematik
Viskositas kinematik, , adalah viskositas mutlak seperti yang didefinisikan dalam persamaan slide 12, dimana
nilai viskositas η dibagi oleh kerapatan cairan. Satuan viskositas kinematik adalah stoke (s) dan sentistoke (cs). Ketergantungan Suhu
Kalau viskositas gas naik karena suhunya naik, sebaliknya dengan viskositas cairan yang akan turun bila suhu dinaikkan, dan fluiditas cairan (kebalikan viskositas) akan menjadi naik. Ketergantungan viskositas cairan pada suhu dinyatakan dengan persamaan yang analog dengan persamaan kinetika Arrhenius yang tertera pada
slide 13. A adalah tetapan yang tergantung pada bobot molekul dan volume molar cairan, dan Ev adalah
"energi aktivasi" yang diperlukan agar terjadi aliran diantara molekul. SISTEM NON-NEWTON (Slide 15-17)
Dalam bidang farmasi, bahan-bahan non-Newton lebih sering ditemui dibandingkan dengan cairan
sederhana. Material non-Newton adalah zat-zat yang tidak memenuhi hukum aliran Newton; dispersi cairan dan padatan yang heterogen seperti larutan koloidal, emulsi, suspensi cair, salep dan produk yang sejenis adalah termasuk golongan ini. Terdapat tiga jenis aliran golongan ini, yaitu: plastik, pseudoplastik, dan dilatan. Aliran Plastik (18-20)
Gambar slide 20 kiri. adalah reogram dari benda yang memperlihatkan aliran plastik; material yang demikian disebut benda Bingham (Bingham body). Kurva aliran plastik tidak melewati titik 0. Jika bagian garis lurus diekstrapolasikan maka akan memotong sumbu tekanan geser pada titik tertentu. Titik itu disebut yield value atau yield stress. Benda Bingham tersebut tidak akan mulai mengalir sebelum tekanan gesernya melewati yield value. Pada tekanan di bawah yield value, zat bertindak sebagai bahan elastik. Ahli reologi menggolongkan benda Bingham atas dua jenis, yaitu zat yang memperlihatkan yield value sebagai zat padat, sedangkan zat yang mulai mengalir pada tekanan geser yang paling kecil sebagai zat cair. "Yield value" merupakan sifat yang penting dari suatu sistem dispersi tertentu.
Kecuraman (slope) reogram Gambar slide 20 disebut mobilitas, analog dengan fluiditas pada sistem Newton, dan kebalikannya (reciproc) disebut viskositas plastik, U. Persamaan aliran plastik ada pada slie 19. f adalah
"yield value", atau intersep, pada sumbu tekanan geser dalam dyne cm-2, τ dan D masing-masing adalah
Aliran plastik dikaitkanan dengan adanya partikel terflokulasi dalam suspensi pekat. Sehingga di dalam sistem tersebut tersusun struktur yang kontinu. Adanya "yield value" disebabkan kontak antara partikel yang
berdekatan (karena gaya van der Waals) harus dipecahkan terlebih dahulu agar dapat terjadi aliran. "Yield value" itu merupakan indikasi gaya flokulasi: lebih terflokulasi suspensi itu, akan makin tinggi "yield value"-nya. Gaya gesekan yang terjadi di antara partikel yang bergerak dapat pula memberikan andil pada "yield value". Aliran Pseudoplastik (Slide 21-23)
Sebagian besar produk farmasetis, termasuk gom alam dan sintetik, misalnya dispersi cair tragakan, natrium alginat, metilselulosa (Tilosa), dan natrium karboksimetilselulosa (Na-CMC), memperlihatkan aliran
pseudoplastik. Sebagai patokan umum, aliran pseudoplastik ditunjukkan oleh polimer-polimer dalam larutan. Gambar slide 23 kiri. adalah kurva konsistensi zat pseudoplastik. Kurva berawal dari titik 0 (atau paling sedikit mendekatinya pada laju geser yang rendah). Berbeda dengan benda Bingham (aliran plastis), disini tidak terdapat "yield value". Karena tidak ada bagian kurva yang lurus (linear), maka sukar untuk menyatakan viskositas zat pseudoplastik dengan suatu nilai. Viskositas zat pseudoplastik berkurang jika laju geser naik. Viskositas nyata dapat diperoleh pada beberapa laju geser dari nilai arah, yaitu tangen slop kurva pada titik yang ditentukan.
Slide 22. Reogram dari zat pseudoplastik yang berbentuk kurva dihasilkan oleh tekanan geser molekul
material yang mempunyai rantai-panjang seperti pada polimer linear. Sewaktu tekanan geser dinaikkan, maka molekul yang secara normal tak teratur akan meluruskan sumbu panjangnya mengikuti arah aliran. Orientasi ini menurunkan resistansi internal dari zat dan akan menyebabkan laju geser lebih besar pada setiap tekanan geser yang berturut-turut. Tambahan pula beberapa solven yang bersatu dengan molekul akan dilepas, sehingga menyebabkan konsentrasi dan ukuran molekul terdispersi menjadi turun. Hal ini pun menyebabkan terjadinya penurunan viskositas nyata.
Aliran Dilatan (Slide 24-27)
Pasta dan suspensi tertentu dengan persentase zat padat yang tinggi menunjukkan kenaikan viskositas dengan naiknya kecepatan geser. Sistem tersebut volumenya bertambah jika diberi geseran, karenanya disebut dilatan; sifat alirannya terdapat dalam Gambar slide 27 kiri. Tampak jelas bahwa tipe aliran ini
berlawanan dengan jenis aliran pseudoplastik. Jika bahan pseudoplastik dikenal sebagai "sistem geser-encer" (shear-thinning system) maka bahan dilatan disebut sebagai "sistem geser-kental" (shear-thickening system). Saat tekanan dihilangkan maka sistem dilatan kembali ke fluiditas asal. Persamaan slide 24 dapat digunakan untuk menggambarkan dilatansi secara kuantitatif. N selalu lebih kecil dari 1 dan menurun bila derajat dilatansinya naik. Jika N mendekati 1 maka sistem menjadi bersifat Newton.
Slide 25. Zat-zat yang mempunyai sifat aliran dilatan adalah suspensi yang mengandung partikel halus, terdeflokulasi dengan kadar yang tinggi (kira-kira 50% atau lebih). Sistem jenis ini sebenarnya diharapkan
akan mempunyai sifat aliran plastik bukannya dilatan. Adapun sifat dilatan tersebut dapat diterangkan sebagai berikut. Pada keadaan istirahat (diam) partikel-partikel tersusun rapat dengan volume antarpartikel (ruang kosong, void) dalam keadaan minimum. Akan tetapi, jumlah zat pembawa suspensi ini cukup untuk mengisi volume antarpartikel tersebut dan memungkinkan terjadinya partikel-partikel saling bergerak relatif satu sama lain pada laju geser yang rendah. Jadi suspensi dilatan dapat dengan mudah dituangkan dari dalam botol karena pada keadaan ini berbentuk cair. Kalau tekanan geser dinaikkan ruah (curah) dari sistem akan mengembang atau berdilatasi. Partikel-partikel yang berusaha agar dapat bergerak cepat melewati yang lainnya akan mengambil bentuk tata susun terbuka (longgar); hal ini terlihat dalam Gambar slide 25. Penyusunan kembali tersebut menimbulkan terjadinya peningkatan volume kosong antarpartikel. Jumlah pembawa yang tidak berubah menjadi tidak cukup untuk menutupi rongga kosong antarpartikel yang
menjadi lebih besar. Akibatnya hambatan mengalir menjadi naik karena partikel-partikel tidak lagi terbasahkan (terlumas) sempurna oleh pembawa. Akhirnya suspensi akan menyerupai suatu pasta. Sifat dilatan yang demikian itu haruslah menjadi perhatian pada saat akan memproses produksi bahan dilatan. Untuk
memproses pembuatan suspensi biasanya dibantu dengan beberapa peralatan berkecepatan tinggi antara lain alat pengaduk (mixer), pencampur (blender), penghalus (mills). Bagi bahan yang bersifat dilatan, yang akan memadat jika diberi tekanan geser tinggi, akan dapat menimbulkan kerusakan pada peralatan yang digunakan.
TIKSOTROPI (Slide 29-31)
Sifat aliran dari berbagai tipe teramati jika dimbuat hubungan ("plot") antara laju geser yang dinaikkan secara cepat terhadap tekanan geser. Semula diduga bahwa jika laju geser diturunkan setelah laju maksimum yang dikehendaki tercapai, maka kurva turun akan sama (identik) dan saling menutupi kurva naik. Walaupun memang demikian yang terjadi pada sistem Newton, akan tetapi pada sistem lainnya terjadi perpindahan kurva. Pada sistem geser-encer (shear-thinning system), yaitu plastik dan pseudoplastik, ternyata kurva turun terletak di sebelah kiri kurva naik seperti terlihat dalam Gambar slide 29.
Keadaan tersebut memperlihatkan bahwa zat mempunyai konsistensi yang lebih rendah pada setiap laju geser pada kurva turun dari pada kurva naiknya. Kejadian itu menunjukkan adanya suatu pemecahan struktur dan struktur tersebut tidak segera kembali utuh saat tekanan dihilangkan atau dikurangi. Fenomena ini disebut tiksotropi, yang dapat didefinisikan sebagai pemulihan keadaan secara isotermal dan komparatif lambat dari zat yang konsistensinya hilang akibat geseran, yang terjadi pada saat didiamkan atau dapat dikatakan sebagai "pembentukan sol-gel isoterm yang reversibel". Tiksotropi hanya terjadi pada sistem geser-cair.
Sistem tiksotropi biasanya mengandung partikel asimetrik yang melalui beberapa titik kontak, membentuk suatu jaringan tiga dimensi yang longgar di dalam sampel. Struktur ini pada keadaan istirahat (diam)
memberikan derajat kekakuan (rigiditas, rigidity) pada sistem, dan keadaannya menyerupai gel. Saat diberikan geseran dan mulai mengalir, struktur tersebut mulai rusak karena titik-titik kontaknya terputus dan partikel-partikel menjadi lurus. Zat tersebut akan mengalami perubahan dari gel ke sol dan memperlihatkan bentuk
encer karena geseran (geser-encer). Pada saat tekanan dihilangkan, strukturnya mulai menyusun kembali. Proses ini tidak terjadi seketika. Proses ini merupakan penyusunan kembali konsistensi ketika partikel-partikel asimetrik berkontak dengan yang lainnya melalui gerakan Brown secara acak. Reogram yang diperoleh dari zat tiksotropik sangat tergantung pada laju geser yang dinaikan atau diturunkan dan lama perlakuan sampel pada salah satu laju gesernya.
Sebagai contoh (lihat gambar slide 32), seandainya laju geser zat tiksotropik dinaikkan secara tetap dari a ke titik b dan kemudian diturunkan kembali dengan laju yang sama ke e. Akan tampak satu daerah yang disebut simpul histeresis (hysteresis loop) abe. Akan tetapi seandainya sampel setelah sampai di titik b dan kecepatan
gesernya dibiarkan tetap selama waktu tertentu (misalnya, t1 detik) maka tekanan geser, berarti juga
konsistensinya, akan turun yang besarnya tergantung pada lama geser, laju geser, dan derajat struktur di dalam sampel. Penurunan laju geser akan menghasilkan simpul histeresis abce. Bilamana sampel tersebut
diperlakukan sama pada laju geser selama t2 detik, maka simpul histeresis yang tampak adalah abcde.
Tampak nyata bahwa reogram zat tiksotropik tidak unik tetapi akan bergantung pada asal-usul reologik sampel dan pendekatan yang dilakukan untuk memperoleh reogram itu.
Pengukuran Tiksotropi (Slide 32-33)
Pengukuran tiksotropi secara kuantitatif dapat ditempuh dengan beberapa cara. Karakteristik yang nyata dari sistem tiksotropik adalah simpul histeresis, yang terbentuk oleh kurva naik dan kurva turun. Luas histeresis ini digunakan untuk mengukur pecahnya tiksotropik.
Pada benda plastik (benda Bingham) terdapat dua pendekatan yang sering digunakan untuk memperkirakan derajat tiksotropi. Yang pertama adalah menentukan pecahnya struktur terhadap waktu pada laju geser yang tetap (konstan). Tipe reogram yang diperlukan untuk itu adalah seperti pada Gambar slide 32. Berdasarkan reogram di atas tersebut, koefisien tiksotropik B, yaitu laju pemecahan dengan waktu pada laju geser tetap,
dihitung dengan rumus slide 32. U1 dan U2 masing-masing adalah viskositas plastik dari dua kurva turun,
setelah digeser pada laju tetap selama t1 dan t2 detik. Pemilihan laju geser tersebut adalah bebas. Cara yang
lebih bermakna untuk mengkarakterisasikan perilaku tiksotropik adalah dengan mengukur tekanan yang turun seiring waktu pada beberapa laju geser; meski cara ini banyak membuang waktu.
Pendekatan yang kedua adalah menentukan pemecahan struktur yang disebabkan oleh kenaikan laju geser. Prinsip pendekatan ini terlihat dalam Gambar slide 33. Terdapat dua simpul histeresis (hysteresis loop) yang
mempunyai perbedaan laju geser maksimum, masing-masing v1 dan v2. Dalam peristiwa ini, koefisien
tiksotropik M, yaitu kehilangan tekanan geser per satuan kenaikan laju geser, diperoleh dari rumus yg tertera
pada slide 33. M adalah koefisien tiksotropik dyne det/cm2 dan U1 serta U2 masing-masing adalah viskositas
plastik bagi dua kurva turun terpisah yang mempunyai tekanan geser maksimum v1 dan v2. Kelemahan teknik
yang dipilih karena laju geser-laju geser tersebut akan mempengaruhi kurva-kurva turun, demikian pula dengan U yang dihitung.
Tonjolan dan Taji (Slide 34)
Dispersi yang terdapat dalam farmasi dapat menghasilkan simpul histeresis yang kompleks bila digeser dalam viskometer dengan perlakuan menaikkan laju geser (bukan tekanan geser), kemudian diturunkan, dan
tekanan geser dibaca pada tiap harga laju geser untuk mendapatkan reogram yang tepat. Dua struktur kompleks tersebut terlihat dalam Gambar slide 34.
(Gambar atas) Suatu gel bentonit pekat yang konsentrasinya 10 sampai 15 % bobot, akan menghasilkan simpul histeresis dengan suatu karakteristik tonjolan (bulge) pada kurva naik. Hal ini diduga sebagai perubahan struktur kristal lempeng bentonit yang menyebabkan magma bentonit mengembang. Masih dalam sistem berstruktur lebih tinggi, gel prokain penisilin yang diformulasikan oleh Ober et al untuk injeksi intramuskular, kurva tonjolannya berbentuk taji (spur) seperti pada Gambar slide 34 (bawah). Struktur itu menunjukan harga "yield atau taji value", Y yang tinggi. Harga taji (spur value) menunjukkan titik yang tajam dari pemecahan struktur pada laju geser rendah. Adalah sukar untuk menghasilkan bentuk taji,
kemungkinannya tak akan teramati kecuali jika sampel gel dibiarkan lama dalam wadah viskometernya sebelum percobaan reologiknya dijalankan.
Tiksotropi Negatif (Slide 35-37)
Tiksotropi negatif atau antitiksotropi memperlihatkan bahwa pada kurva turun terjadi kenaikan konsistensi, bukannya konsistensi menurun. Peningkatan kekentalan bersama naiknya waktu geser diamati dalam analisis reologik magnesia magma. Keadaan tersebut terdeteksi pada laju geser lebih besar dari 30 det-1 ; sedangkan di bawah 30 det-1 , magma tersebut memperlihatkan tiksotropi normal, kurva turun tampak di sebelah kiri kurva atas.
Hasil pengamatan menunjukkan bahwa jika magnesia magma digeser bolak-balik pada laju geser menaik dan kemudian laju gesernya diturunkan lagi magma tersebut secara kontinu menjadi kental (kenaikan tekanan geser per satuam laju geser) tetapi pada laju yang berkurang, dan akhirnya tercapai keadaan kesetimbangan yaitu siklus penaikan dan penurunan laju geser lebih lanjut tidak lagi menambah kekentalan zat. Karakter antitiksotropik magnesia magma diperlihatkan dalam Gambar slide 36. Sistem kesetimbangan berupa keadaan yang mirip gel dan memberikan daya suspensi yang tinggi namun mudah dituangkan. Akan tetapi jika sediaan tersebut didiamkan maka sifatnya akan kembali lagi menjadi mirip sol.
Antitiksotropi atau negatif tiksotropi jangan terbalik dengan dilatansi atau reopeksi. Sistem dilatan adalah terdeflokulasi dan biasanya mengandung fase padat terdispersi yang lebih besar dari 50% volume.,
sedangkan sistem anti-tiksotropi kandungan zat padatnya rendah (1 sampai 10%) dan terflokulasi. Reopeksi adalah fenomena terbentuknya perubahan suatu padatan menjadi gel yang lebih cepat jika dikocok dengan
lembut. Dalam sistem reopektik, gel merupakan bentuk kesetimbangan sedangkan pada antitiksotropi bentuk kesetimbangannya adalah sol.
Tiksotropi dalam Formulasi (Slide 38)
Tiksotropi merupakan sifat yang diharapkan dalam sistem farmasetis cair, yaitu idealnya adalah di dalam wadahnya sistem mempunyai konsistensi yang tinggi namun mudah dituangkan. Misalnya, suspensi
tiksotropik yang diformulasikan dengan baik tidak akan mudah memisah di dalam wadahnya, akan menjadi encer bila dikocok, dan akan tetap demikian dalam tempo yang cukup lama sehingga dosis yang akan diberikan tercapai. Selanjutnya di dalam wadah konsistensinya akan cepat kembali lagi menjadi tinggi
sehingga partikel tetap dalam keadaan tersuspensi. Pola sifat yang demikianlah yang diharapkan untuk setiap sediaan emulsi, losio, krim, salep, dan suspensi parenteral yang digunakan untuk terapi depot intramuskular. Berkaitan dengan kestabilan suspensi, ada hubungan yang erat antara derajat tiksotropi dengan laju
sedimentasi; lebih besar tiksotropi maka laju pemisahan akan menjadi lebih lambat. Suspensi parenteral pekat yang mengandung 40 sampai 70% b/v prokain penisilin G dalam air mempunyai tiksotropi yang tinggi dan bersifat geser-encer. Akibatnya adalah pemecahan struktur yang terjadi dari sediaan tersebut menyebabkan suspensi dapat melewati jarum suntik. Konsistensi akan kembali ke keadaan semula saat struktur reologik terbentuk lagi. Kejadian ini akan membentuk depot obat pada tempat injeksi di dalam otot, dari tempat tersebut obat dilepaskan secara perlahan-lahan dan menjadi tersedia di dalam tubuh. Sistem tiksotropik adalah sesuatu yang kompleks, tidaklah realistik untuk mengharapkan terjadinya perubahan reologik yang berarti dengan hanya menggunakan salah satu parameter. Menurut Levy dalam mengkaji efek penyimpanan (aging) lempung (clay) yang bersifat tiksotropik, dipandang perlu untuk mengikuti perubahan yang terjadi dalam viskositas plastik, daerah histeresis, "yield value", dan harga taji (spur value).
PENENTUAN SIFAT REOLOGIK Pemilihan viskometer (Slide 39)
Keberhasilan penentuan dan evaluasi sifat reologik suatu sistem tertentu tergantung pada pemilihan metode instrumental yang tepat. Dalam sistem Newton karena laju geser berbanding lurus dengan tekanan geser, maka dapat digunakan instrumen yang beroperasi pada laju geser tunggal. Instrumen ini menghasilkan satu titik pada reogram, dengan menarik garis melewati titik ini ke titik nol akan menghasilkan reogram yang lengkap. Akan tetapi untuk menentukan karakteristik aliran yang bersifat non-Newton, penentuan dengan instrumen "titik tunggal" ini menjadi tidak berguna. Karena itu sangatlah mendasar bahwa untuk menentukan sistem non-Newton adalah dengan menggunakan instrumen yang dapat beroperasi pada bermacam-macam laju geser. Penggunaan instrumen "titik tunggal", walaupun hanya sebagai pengawasan mutu di industri, adalah tindakan yang salah bila sistem yang diuji bersifat non-Newton.
Kesimpulannya adalah bahwa semua viskometer dapat digunakan untuk menentukan viskositas sistem Newton, sedangkan untuk bahan non-Newton hanya dapat dilakukan dengan instrumen yang mempunyai
pengontrolan terhadap variabel tekanan geser. Beberapa jenis viskometer yang sering digunakan adalah viskometer kapiler; viskometer bola jatuh; dan viskometer putar.
Viskometer Kapiler (Slide 40-41)
Viskositas zat cair Newton dapat ditentukan dengan mengukur waktu yang diperlukan bagi cairan untuk mengalir karena gravitasi melewati dua tanda batas dalam tabung (pipa) kapiler yang berdiri vertikal. Tabung tersebut dikenal sebagai viskometer Ostwald (gambar slide 40).
Waktu yang diperlukan zat cair uji untuk mengalir melewati tanda batas dibandingkan dengan waktu yang
diperlukan oleh zat cair yang telah diketahui viskositasnya (biasanya air). Jika 1 adalah viskositas zat cair yang
tidak diketahui dan 2 viskositas zat cair baku, t1 dan t2 waktu mengalir (detik), 1 dan 2 masing-masing
kerapatannya, maka viskositas mutlak (absolut), 1 dapat ditentukan dari persamaan pada slide 41.
Nilai η1/η2 = ηrel disebut viskositas relatif cairan yang diuji. Viskometer Bola Jatuh (Slide 42)
Di dalam viskometer tipe ini, sebuah bola gelas atau bola baja meluncur ke bawah dalam tabung gelas yang berisi cairan uji. Laju bola jatuh merupakan fungsi kebalikan dari viskositas sampel. Instrumen tersebut adalah viskometer Hoeppler (Gambar slide 42) .
Sampel bersama bola ditaruh di dalam tabung gelas bagian dalam dan dibiarkan mencapai suhu
kesetimbangan dengan suhu air di dalam mantel (jacket) yang mengelilinginya yang bersuhu tetap. Tabung dan mantelnya dibalikkan sehingga bola berada di bagian atas tabung gelas bagian dalam. Ukur waktu yang diperlukan oleh bola sewaktu jatuh di antara dua tanda, dan diulangi beberapa kali.
Viskometer Putar (Slide 43-44)
Viskometer tipe ini terdiri dari dua bagian, bagian yang satu stasioner sedangkan bagian lainnya dapat bergerak. Kedua bagian tersebut dapat berupa pasangan cawan (cup) dengan bob, atau pasangan kerucut (cone) dengan lempeng (plate).
Pada viskometer cup-bob (Gambar slide 43), cawan silindris adalah tempat cairan uji sedangkan bagian bob yang dipusatkan pada poros yang sama dengan cawannya dimasukkan sedemikian rupa sehingga bagian bawah bob tersebut terendam dalam zat cair uji. Bagian yang berputar pada viskometer ini adalah salah satu dari kedua bagian tersebut. Pada viskometer Mac Michael yang berputar adalah cup, sedangkan pada viskometer Stormer yang berputar bagian bob.
Pada saat menjalankan percobaan dengan viskometer Stormer (Gambar slide 43 bawah), cairan uji ditaruh dirongga antara cup dan bob dan dibiarkan sampai tercapai suhu kesetimbangan. Suatu beban ditaruh di
atas gantungan, waktu yang diperlukan bob untuk berputar 100 kali dicatat. Data tersebut dirubah ke rpm. Beban bobotnya dinaikkan, lalu seluruh prosedur seperti di atas diulangi lagi. Dengan cara ini, suatu reogram dapat dibuat dengan membuat "plot" antara rpm dengan bobot yang ditambahkan. Dengan menggunakan tetapan tertentu, harga rpm dapat diubah menjadi laju geser dalam detik. Demikian pula bobot yang ditambahkan dapat diubah menjadi satuan tekanan geser, yakni dyne cm-2. Instrumen Stormer ini jangan digunakan untuk sistem yang viskositasnya di bawah 20 cp. Di samping viskometer Stormer, viskometer yang sering digunakan adalah viskometer Brookfield synchroelectric. Bob pada viskometer ini disebut spindel (spindle) yang menurut ukuran besarnya diberi nomor.
Sekilas tentang viskometer Brookfield (tidak ada di slide)
Viskometer ini adalah viscometer yang kita miliki di laboratorium. Viskometer Brookfield adalah jenis
viskometer putar (rotasi) terdapat dalam berbagai model berdasarkan rentang viskositasnya yaitu model: LV (viskositas rendah), RV (viskositas sedang), HA dan HB (viskositas tinggi).
Viskometer ini mengukur tenaga putaran (torque, momen putar) yang diperlukan untuk memutarkan elemen (spindel) yang dicelupkan dalam cairan. Spindel digerakkan oleh motor sinkron melalui pegas yag terkalibrasi; defleksi pegas ditunjukkan oleh jarum penunjuk atau angka (peragaan digital). Viskositas berbanding lurus dengan kecepatan spindel berotasi dan berkaitan dengan ukuran dan bentuk (geometri) dari spindel. Pemilihan kecepatan spindel : Ditentukan sedemikian rupa sehinggga pembacaan jarum penunjuk antara skala 10 – 100, pembacaan mendekati 100 adalah lebih baik. Jika pembacaan ternyata melebihi skala 100 maka kecepatan harus dipilih yang lebih rendah dan/atau spindel yang lebih kecil. Sebaliknya jika pembacaan di bawah 10 maka kecepatan harus dipilih yang lebih besar dan/atau spindel yang lebih besar. Untuk mencari harga viskositas zat uji maka perlu mengetahui faktor pencarinya.
Ukuran wadah sampel: Wadah yang dianjurkan adalah berdiameter dalam 3 ¼ inchi (83 mm) atau lebih besar. Biasanya digunakan gelas beker 600 ml. Pembacaan skala: Dilakukan setelah konstan, biasanya dibiarkan setelah 5 menit agar tercapai kesetimbangan.
Pegas tenaga putaran: Telah dikalibrasi yang pada skala penuh (100) = 673,7 dyne-cm. Aliran Sumbat
Satu kelemahan potensial dari viskometer cup dan bob adalah adanya variasi tekanan geser terhadap sampel di antara bob dan cup. Berbeda dengan sistem Newton, viskositas sistem non-Newton berbeda-beda sesuai dengan tekanan gesernya. Dengan bahan bersifat plastik, viskositasnya di bawah "yield value" dapat dianggap sebagai tak tentu. Di atas "yield value" sistem tersebut mempunyai viskositas tertentu U, yaitu viskositas plastik. Di dalam viskometer tipe Searle (seperti Stormer) tekanan geser di tempat dekat bob yang berputar walaupun relatif rendah namun sudah cukup tinggi sehingga melampaui "yield value". Akan tetapi tekanan geser pada
ini tetap sebagai sumbat padat. Faktor utama yang menentukan apakah terjadi atau tidak aliran sumbat adalah ruang pisah (gap) antara bob dengan cup. Untuk menghindari terjadinya aliran sumbat, maka harus diusahakan menggunakan bob yang besar sehingga ruang pisah menjadi seminimal mungkin. Dalam suatu sistem yang memperlihatkan adanya aliran sumbat dalam viskometer, lebih banyak sampel yang digeser pada tekanan geser di atas "yield value" bila kecepatan rotasi bob dinaikkan. Akan tetapi jika tekanan geser pada dinding cup melewati "yield value", maka sistem itu secara keseluruhan mengalami aliran laminer, bukan aliran sumbat.
Fenomena aliran sumbat tersebut penting diperhatikan pada peristiwa mengalirnya pasta atau suspensi pekat melalui suatu lubang, seperti saat mengeluarkan pasta gigi dari tubenya. Geseran yang tinggi disekeliling bagian dalam tube menyebabkan konsistensi menjadi turun. Hal ini menyebabkan pengeluaran bahan di bagian tengah sebagai suatu sumbat. Fenomena ini tidak dikehendaki jika diinginkan reogram dari sistem plastik menggunakan viskometer cup dan bob.
Viskometer yang tidak terpengaruh oleh aliran sumbat adalah viskometer putar kerucut (cone) dan lempeng (plate). Contohnya adalah viskometer Ferranti-Shirley. Sampel diletakkan pada pusat lempeng, yang kemudian dinaikkan hingga pada posisi di bawah kerucut. Kerucut dikendalikan oleh motor yang berkecepatan variabel. Sampel digeser dalam ruang sempit antara kerucut yang berputar dengan lempeng yang diam. Laju geser dalam rpm (revolutions per minute) dinaik turunkan dengan selektor dan tekanan geser yang dihasilkan terbaca dalam indikator.
Viskositas cairan Newton (poise) dalam viskometer cone-plate ini dihitung dengan rumus ada pada slide 44. Dimana C adalah tetapan instrumen, T adalah pembacaan momen putar (torque), dan v adalah kecepatan
kerucut dalam rpm. Rumus penentuan viskositas plastis dan yield value ada di slide 44. Tf adalah putaran
pada sumbu tekanan geser (ekstrapolasi dari bagian linear kurva), dan Cf tetapan instrumen.
Viskometer cone-plate mempunyai beberapa keuntungan dibandingkan dengan viskometer cup-bob. Yang paling penting adalah laju geser pada seluruh cairan yang digeser berlangsung tetap, sehingga kemungkinan terjadinya aliran sumbat dapat dihindarkan.
VISKOELASTISITAS (Slide 45)
Pengukuran viskoelastik berdasarkan atas sifat mekanis zat (bahan) yang menunjukkan sifat kental (viscous) cairan dan sifat kenyal (elastik, elastic) padatan. Banyak sistem dalam farmasi yang termasuk golongan ini, misalnya krim, losio, salep, supositoria, suspensi, dan zat-zat pendispersi koloidal, pengemulsi serta pensuspensi. Demikian pula zat-zat biologik seperti darah, ludah dan cairan tengkuk memperlihatkan sifat viskoelastik. Sifat kekenyalan zat padat dapat diukur berdasarkan modulus kekakuan (rigiditas), modulus ruah (bulk modulus) dan modulus Young.
Evaluasi reologis dari semisolid viskoelastik dapat dilakukan dengan pengujian creep test, yaitu suatu tekanan tiba-tiba diberikan dan dipertahankan pada periode waktu tertentu. Resultante deformasi (strain) dari bahan dengan waktu akan menghasilkan kurva creep.
Metode reologik lainnya adalah pengujian osilasi (oscillatory testing), melalui pengujian ini tidak terjadi gang-guan struktur dari bahan uji. Satu lapis tipis material diberikan pada pengendali gaya osilasi dalam alat. Tekanan geser yang dihasilkan oleh gaya osilasi dalam alat membran memberikan laju geser yang berbanding lurus dengan kecepatan permukaan bahan uji.
Penerapan Reologi
1. Stabilitas. Stabilitas suspensi dan emulsi dapat diperbaiki dengan menaikkan viskositas. Suatu gel
tiksotropik dari alumunium hidroksida dapat dibentuk dengan mengatur konsentrasi dan elektrolit yang ada. Gel mencegah terjadinya pemisahan, namun pada pengocokan akan terbentuk sol. Hal ini memudahkan penuangan sediaan dari wadahnya. Demikian pula emulsi yang bersifat geser-encer akan mudah dituangkan.
2. Konsistensi. Konsistensi sediaan yang digunakan pada kulit atau tenggorokan haruslah sedemikian
rupa sehingga sediaan dapat tertahan dalam periode waktu yang tepat. Suspensi untuk injeksi tidak boleh dilatan, karena akan sukar mengalir keluar melewati jarum suntik.
3. Aliran melalui pipa. Untuk mentranspor cairan melewati pipa diperlukan tenaga (daya). Jika viskositas
tinggi diperlukan tenaga yang lebih besar. Bahan-bahan dilatan sukar ditransportasikan, hal ini disebabkan tenaga yang diperlukan akan naik secara cepat bersamaan dengan kenaikan laju geser. Pada laju geser yang tinggi aliran akan terhenti. Bahan tiksotropik lebih mudah ditranspor bila "yield stress" dilampaui dan juga dalam keadaan berbentuk sol.
4. Pengemasan. Sedian topikal seperti krim, salep dan pasta dapat dikemas dalam tube. Kemudahan
pemakaian bila menggunakan tube ini tergantung pada "yield stress" atau sifat aliran sediaan. Terkadang, bila "yield stress" terlam-paui, terjadi aliran pada daerah sekitar dinding tube namun tidak terjadi pada daerah pusat. Bahan pada daerah pusat (tengah) ini keluar seperti sumbat, tidak
menggeser, dan ini adalah aliran sumbat.
5. Sebagai pembakuan bagi bahan (zat). Bahan mentah ataupun produk akhir harus dibakukan. Hal ini
