KELARUTAN TEGANGAN PERMUKAAN RHEOLOGI DAN VISKOSITAS

KELARUTAN TEGANGAN PERMUKAAN RHEOLOGI DAN VISKOSITAS

FISIKA FARMASI RPL 2023/2024

KELARUTAN

Dalam bidang farmasi, untuk memilih medium pelarut yang baik untuk obat atau kombinasi obat akan membantu mengatasi kesulitan-kesulitan tertentu yang timbul pada waktu pembuatan larutan farmasetik, dan lebih jauh lagi dapat bertindak sebagai standar atau uji kemurnian.

Pengetahuan yang lebih mendetail mengenai

kelarutan dan sifat-sifat yang berhubungan itu juga memberikan informasi mengenai struktur obat dan gaya antar molekul obat. Selain itu , pelepasan zat dari bentuk sediaannya dapat dipengaruhi oleh sifat kimia dan fisika zat tersebut serta formulasinya. Pada prinsipnya obat baru

dapat diabsorbsi setelah zat aktifnya terlarut dalam cairan tubuh tertentu sehingga salah satu usaha untuk

mempertinggi efek farmakologi dari sediaan adalah dengan

meningkatkan kelarutan zat aktifnya.

Kelarutan adalah interaksi spontan atau lebih dari dua atau lebih zat membentuk dispersi

molekuler yang homogen. Secara kuantitatif ^,

kelarutan suatu zat adalah konsentrasi zat terlarut di dalam larutan jenuhnya pada suhu atau tekanan tertentu. Kelarutan dinyatakan dalam satuan mL

pelarut yang dapat melarutkan 1 gram zat, misal 1 gram teofilin larut dalam 80 mL air, atau

dinyatakan dalam molaritas, molalitas, normalitas, dan persen. Banyak faktor yang dapat

mempengaruhi kelarutan suatu zat antara lain pH, suhu, bentuk dan ukuran partikel, konstanta

dielektrik pelarut, adanya zat-zat lain seperti

surfaktan, pembentuk kompleks, ion sejenis dan

lain-lain.

Menentukan kelarutan suatu zat secara kuantitatif

1. Masukkan 100 mg sampel dalam 50 ml air dan kocok selama 30 menit dengan stirer, jika ada endapan yang larut selama pengocokan tambahkan lagi sejumlah tertentu sampel sampai diperoleh larutan yang jenuh.

2. Saring dan tentukan kadar sampel yang terlarut dalam larutan  

Pengaruh pelarut terdahap kelarutan zat

3. Lakukan kelarutan sampel dengan beberapa pelarut sesuai dengan yang tertera pada monografi. (lakukan penimbangan sampel masing-masing sejumlah 1

gram dan larutkan pada masing-masing pelarut)

4. Buatlah kesimpulan terhadap kelarutan sampel pada setiap pelarut

FISIKA FARMASI FENOMENA ANTARMUKA FISIKA FARMASI FENOMENA ANTARMUKA

This Photo by Unknown Author is licensed under CC BY-SA This Photo by Unknown Author is licensed under CC BY-SA

Perhatikan

gambar berikut!

8

• Fenomena apa yang terjadi?

• Ketika objek dengan ρ objek < ρ air, seperti bola/balok maka akan terapung dalam air, dengan sebagian volume tercelup. Sebaliknya ketika razor blade ⁽¹⁾ dengan ρ objek (7,77)> ρ air (1) bisa

terapung/mengambang ini merupakan contoh dari tegangan permukaan.

Surface of Liquids / Permukaan Cairan

11/14/23AKFAR 2017

9

Perbedaan besar gaya kohesi dan adhesi zat cair akan mempengaruhi kelengkungan permukaan zat cair yang dinamakan meniskus. Ada dua jenis meniskus yaitu meniskus cembung dan meniskus cekung. Contoh meniskus cembung adalah raksa dan meniskus cekung adalah air.

Adhesi adalah gaya tarik-menarik antara partikel-partikel yang tidak sejenis. Sementara kohesi adalah gaya

tarik-menarik antar partikel yang sejenis. Raksa Air

Tegangan Permukaan

11/14/23AKFAR 2017

10

• Permukaan cairan berperilaku seperti membran di bawah tegangan (Gbr.1). Tegangan

permukaan muncul karena molekul cairan mengerahkan gaya tarik satu sama lain. Ada resultan gaya total nol pada molekul di dalam volume cairan, tetapi permukaan molekul ditarik ke dalam (Gbr. 2). Jadi cairan cenderung

meminimalkan luas permukaannya, seperti halnya membran yang diregangkan.

• Tegangan permukaan menjelaskan mengapa tetesan hujan yang jatuh bebas berbentuk

bola.Sebuah bola memiliki luas permukaan yang lebih kecil untuk volumenya daripada bentuk lainnya.

• Untuk mencuci pakaian secara menyeluruh, air harus dipaksa melalui ruang kecil di antara serat (Gbr. 3). Untuk melakukannya diperlukan

penambahan luas permukaan air, yang sulit

dicapai karena tegangan permukaan. Pekerjaan menjadi lebih mudah dengan menaikkan suhu air dan menambahkan sabun, yang keduanya menurunkan tegangan permukaan

Gambar 1

Gambar 2

Gambar 3

• Seperti diketahui bersama bahwa tiap-tiap zat memiliki permukaan.

Contohnya yaitu permukaan meja, permukaan air, permukaan pintu, dan lain-lain. Bila fase-fase berada bersama-sama, batas antara

keduanya disebut suatu ANTARMUKA. Diantara permukaan kedua fase terdapat sebuah gaya. Gaya ini lah yang disebut sebagai

Tegangan Antarmuka.

• Tegangan antarmuka adalah gaya per satuan panjang yang terdapat pada antarmuka dua fase cairan yang tidak dapat tercampur.

• Selain istilah tegangan antarmuka dikenal pula istilah Tegangan Permukaan. Tegangan permukaan terjadi karena adanya gaya kohesi yaitu gaya tarik-menarik antar partikel sejenis. Tegangan permukaan adalah gaya per satuan panjang yang diberikan sejajar dengan permukaan untuk mengimbangi tarikan ke dalam. Tegangan permukaaan mempunyai satuan dyne/cm dalam cgs.

11

Definisi Tegangan Antarmuka dan Tegangan Permukaan

This Photo by Unknown Author is licensed under CC BY-SA

Penggolongan antar muka

Rumus Umum Tegangan Permukaan

• Secara matematis, besar tegangan permukaan untuk benda yang memiliki satu permukaan dapat ditulis dalam persamaan berikut.

• Jika lapisan yang terbentuk memiliki dua lapisan, maka persamaannya:

METODE PENGUKURAN TEGANGAN ANTARMUKA

1. Metode Kenaikan Kapiler

2. Metode Du Nouy

pemilihan suatu metode tertentu bergantung pada apakah tegangan permukaan atau tegangan antarmuka yang akan ditentukan, ketepatan dan kemudahan yang akan diinginkan, ukuran sampel yang tersedia, dan apakah efek waktu pada tegangan permukaan akan diteliti atau tidak.

Materi : Kapilaritas

11/14/23

15

Metode kenaikan kapiler

Digunakan untuk mengukur tegangan permukaan.

Prinsip: Bila suatu kapiler dimasukkan dalam labu berisi zat cair maka pada umumnya zat cair akan naik di dalam pipa sampai jarak tertentu. Dengan mengukur kenaikan ini, tegangan muka dapat ditentukan karena diimbangi oleh gaya gravitasi ke

bawah dan bobot dari cairan tersebut.

CONTOH SOAL

• Suatu sampel kloroform naik sampai ketinggian 3,67 cm pada 20°C dalam suatu tabung

kapiler yang mempunyai jari-jari dalam 0,01 cm. Berapakah tegangan permukaan kloroform pada temperatur ini? Kerapatan kloroform adalah 1,476/cm³.

Metode du nouy

Tensiometer DuNouy, dipakai untuk mengukur tegangan permukaan dan tegangan antarmuka.

Prinsip kerjanya adalah gaya yang diperlukan untuk

melepaskan suatu cincin platina-iridium yang dicelupkan pada permukaan atau antarmuka adalah sebanding dengan

tegangan permukaan atau tegangan antarmuka. Gaya yang diperlukan tersebut dalam satuan dyne.

This Photo by Unknown Author is licensed under CC BY-SA

Adsorbsi pada antarmuka cairan

• Molekul-molekul dan ion-ion tertentu apabila terdispersi dalam cairan akan bergerak dengan sendirinya ke arah antarmuka masing-masing fase. Hal ini disebut sebagai adsorpsi.

• Selain kata adsorbsi, dikenal juga istikan absorpsi.

• Adsorpsi adalah hanya terdispersi di permukaan fase saja, contohnya cat yang ada di permukaan tembok, sedangkan absorpsi

adalah zat menembus ke dalam ruang-ruang kapiler dari zat pengabsorpsi, misalnya peresapan air oleh busa (sponge).

• Molekul dan ion yang diadsorpsi pada antarmuka dinamakan zat aktif permukaan (surfaktan) atau amfifil. Sebagai contoh alkohol-alkohol rantai lurus, amina-amina dan asam-asam.

• Surfaktan adalah salah satu bahan penolong untuk membuat emulsi, berfungsi untuk menstabilkan zat atau bahan aktif terlarut dalam air atau minyak yang diemulsikan.Bahan aktif permukaan terdiri dari bagian lifofilik (rantai alkil) dan bagian hidrofilik (grup karboksil dan karboksilat).

Penggolongan sistem hidrofilik-lipofilik balance (HLB)

Nilai HLB suatu emulsifier : angka yang menunjukkan ukuran keseimbangan dan regangan gugus hidrofilik (menyukai air atau polar) dan gugus lipofilik (menyukai minyak atau non- polar), yang merupakan sistem dua fase yang diemulsikan.

Sistem HLB : metode untuk menentukan HLB-butuh suatu bahan dengan menggunakan berbagai bahan pengemulsi standar dengan nilai HLB tertentu sebagai alat bantu.

Penggolongan sistem hidrofilik-lipofilik balance (HLB)

Nilai-nilai HLB dari sejumlah zat amfifilik yang biasa dipakai dapat dilihat pada tabel di bawah ini.

Perhitungan HLB campuran

Perhitungan HLB campuran digunakan dalam menghitung berapa bagian hidrofilik dan lipofilik yang tertimbang dalam suatu formula.

Aplikasi tegangan antarmuka

1. Aplikasi dari adsorpsi pada antarmuka cairan adalah aktivitas antibakteri dari zat aktif permukaan tertentu. Surfaktan tersebut

mungkin memengaruhi aktivitas senyawa antibakteri atau bisa jadi zat itu sendiri memberikan suatu kerja antibakteri. Contoh :

a) Dengan konsentrasi rendah surfaktan pada heksilresoksinol akan

membantu penetrasi zat tersebut ke dalam cacing kremi Ascaris. Hal ini disebabkan karena terjadinya penurunan tegangan antarmuka

antara fase cair dan dinding sel organisme, sehingga mempermudah adsorpsi dan penyebaran heksiresorsinol di atas permukaan cacing.

b) Senyawa amonium kuarterner yang merupakan salah satu surfaktan justru mempunyai aktivitas antibakteri dengan mekanisme menaikkan permeabilitas (kebocoran) membran sel lipid yang menyebabkan

kematian organisme tersebut dikarenakan hilangnya bahan-bahan esensial dari sel.

Aplikasi tegangan antarmuka

2. Aplikasi adsorpsi antarmuka padat/cair berupa fenomena pembasahan dan proses deterjen. Zat pembasah yang

merupakan suatu surfaktan dapat menurunkan sudut kontak dengan membantu memindahkan fase udara pada

permukaan dan menggantikannya dengan suatu fase cair.

Contoh:

• pendispersian obat-obat seperti sulfur, arang dan serbuk- serbuk lain dengan air,

• pemindahan udara dari matriks kapas dan perban

penyerap sehingga larutan obat bisa diadsorbsi untuk pemakaian pada berbagai daerah tubuh;

• pemindahan kotoran dan sisa- sisa dengan menggunakan deterjen dalam pencucian luka;

• pemakaian losio dan spray obat pada permukaan kulit dan selaput lendir.

Aplikasi tegangan antarmuka

3. Deterjen adalah surfaktan yang digunakan untuk

menghilangkan kotoran. Proses deterjensi adalah suatu proses kompleks penghilangan benda – benda asing dari permukaan. Proses itu meliputi pembasahan awal dari

kotoran dan permukaan yang akan dibersihkan, deflokulasi dan suspensi, pengemulsian atau pelarutan dari partikel – partikel kotoran; dan kadang – kadang pembusaan dari zat untuk mengambil dan menghilangkan partikel – partikel dengan pencucian.

4. adsorpsi obat dalam bentuk sediaan padat

5. penetrasi molekul melalui membran biologis

6. pembentukan dan kestabilan emulsi

7. dispersi partikel tidak larut dalam media cair untuk membentuk suspensi

Contoh Aplikasi : Wetting Agent, Detergent, Surfactant

11/14/23AKFAR 2017

29

Contoh Aplikasi : Wetting Agent, Detergent, Surfactant

11/14/23AKFAR 2017

30

31

Dibuat emulsi tipe M/A sebanyak 100 gram dengan menggunakan emulgator campuran Span 20 (HLB 8,6) dan tween 20 (HLB 16,7) sebanyak 5% dari formula. HLB campuran adalah 12, maka emulgator yang akan ditimbang adalah sebanyak ....

32

Sebuah pipa kapiler dengan diameter 0,04 cm (dimana jari-jari (r) = ½ d) dimasukkan ke dalam zat cair yang mempunyai kerapatan 1,92 g/cm³. Bila kenaikan cairan dalam kapiler 1,5 cm dan gravitasi (g) 981 cm/det². maka tegangan permukaan zat cair tersebut adalah ...

• Viskositas (kekentalan): Ukuran resistensi suatu zat cair untuk dapat mengalir.

• Rheologi: Ilmu yang mempelajari sifat aliran zat cair atau deformasi (bentuk) zat padat.

• Jika Resistensi > maka Kekentalan meningkat.

DEFINISI VISKOSITAS DAN RHEOLOGI

Rheologi berasal dari kata rheo yang artinya mengalir dan logos yang artinya ilmu. Rheologi juga dapat didefinisikan sebagai

menggambarkan aliran zat cair dan perubahan bentuk (deformasi) zat padat.

Prinsip dasar rheologi ini dapat diterapkan dalam banyak hal, seperti pada pembuatan cat, tinta, berbagai adonan, produk hasil peternakan, bahan pangan, kosmetik dan bagi bidang farmasi sendiri, dalam membuat sediaan obat Aplikasi rheologi pada fluida salah

satunya terdapat pada proses

pencampuran atau mixing

 Kekentalan adalah suatu sifat cairan yang berhubungan erat dengan hambatan untuk mengalir, dimana makin tinggi kekentalan maka makin besar hambatannya.

 Kekentalan didefinisikan sebagai gaya yang diperlukan untuk menggerakkan secara berkesinambungan suatu permukaan datar melewati permukaan datar lain dalam kondisi mapan tertentu bila ruang diantara permukaan tersebut diisi dengan cairan yang akan ditentukan kekentalannya.

 Satuan dasar yang digunakan adalah poise (1 poise = 100

centipoice)

 Pada penetapan viskositas, penentuan suhu adalah penting karena viskositas dapat berubah sesuai suhu.

 Secara umum viskositas akan menurun dengan naiknya suhu.

Viskositas dapat diukur secara langsung jika dimensi alat pengukur diketahui dengan tepat.

 Tetapi umumnya pengukuran lebih praktis dilakukan dengan

mengkalibrasi alat menggunakan cairan yang sudah diketahui

viskositasnya kemudian kekentalan cairan uji ditetapkan dengan

membandingkan terhadap viskositas cairan yang telah diketahui.

PENETAPAN VISKOSITAS

 Viskometer kapiler

 Viscometer Bola Jatuh (Hoeppler viscometer)

 Viskometer Cup & Bop (Brookfield viscometer)

 Pada metode ini viskositas ditentukan dengan mengukur waktu yang dibutuhkan bagi cairan uji untuk lewat antara dua tanda ketika ia mengalir karena gravitasi, melalui suatu tabung kapiler vertical.

 Waktu alir dari cairan yang diuji dibandingkan dengan waktu yang dibutuhkan bagi suatu cairan yang viskositasnya sudah diketahui (biasanya air) untuk lewat antara dua tanda tersebut.

 Jika  1 dan  2 masing-masing adalah viskositas dari cairan yang tidak diketahui dan cairan standart,  1 dan  2 adalah kerapatan dari masing- masing cairan, t1 dan t2 adalah waktu alir dalam detik. Maka viskositas cairan yang tidak diketahui adalah :

 Viskometer kapiler

 Masukkan cairan ke dalam viscometer milliliter pipa yang berdiameter besar.

 Pemasukkan cairan dihentikan bila telah pada setengah bagian yang bulat, lalu pasang pada statif.

 Tutup tabung yang berdiamter kecil dengan bola hisap.

 Cairan dihisap hingga diatas garis yang atas.

 Disiapkan stop watch, kemudian bola hisap dilepas.

• Stop watch dinyalakan jika cairan telah berada tepat digaris atas

• Stop watch dimatikan jika cairan telah berada tepat digaris yang bawah

 Dicatat waktu hasil pegamatan

 Dihitung viscositasnya dengan rumus :

PROSEDUR

KERJA

CONTOH PERHITUNGAN

 Data Pengamatan : suhu percobaan 25

^o

C t zat = 2,5 s

t air = 1 s

ρ zat = 0,8865 g/ml ρ air = 0,9971 g/ml Ƞ air = 0,8937 cp

Suhu (

^o

C) ρ (g/ml)

20 0,9982

25 0,9971

30 0,9957

Suhu (

^o

C) Ƞ (cp)

20 1,0050

25 0,8937

30 0,8007

(30-26)/(30-25)=(0,8007-X)/(0,8007-0,8937) 4/5=(0,8007-X)/-0.093

4x-0,093=5(0,8007-X) -0,372=4,0035-5X

5X=4,0035+0,372 5x=4,3755

X= 4,3755/5 X=0,8751

X 26  0,8751

 Viscometer Bola Jatuh (Hoeppler viscometer)

Pada viscometer tipe ini, suatu bola gelas atau bola besi jatuh kebawah dalam suatu tabung gelas yang hampir vertical, mengandung cairan yang diuji pada temperature konstan. Laju jatuhnya bola yang mempunyai kerapatan dan diameter tertentu adalah kebalikan fungsi viskositas sample tersebut. Waktu bagi bola tersebut untuk jatuh antara dua tanda diukur dengan teliti dan diulangi beberapa kali. Viskoksitas cairan dihitung dengan rumus :  = t. (Sb – Sf).B

dimana t adalah waktu lamanya bola jatuh anatar kedua titik dalam detik, Sb adalah

gravitasi jenis dari bola dan Sf adalah gravitasi dari cairan, keduanya pada temeperatur

dimana percobaan dilakukan. B adalah konstanta untuk bola tertentu yang besarnya

sudah ada pada pedoman penggunaan alat tersebut.

 Viskometer Cup & Bop (Brookfield viscometer)

Digital

Ada tipe Lv dan Rv

Manual

Ada tipe Lv dan Rv

MACAM-MACAM SPINDEL VISKOMETER

BROOKFIELD

Cara Pakai Viskometer Brookfield

1. Sambungkan alat ke aliran listrik

3. Tekan tombol on/off yang ada di belakang alat

4. Tentukan spindle dan rpm yang digunakan dari yang terkecil

5. Catat data yang tertera pada layar monitor broekfield 2. Kalibrasi alat terlebih

dahulu

Note: Syarat kesesuai spindle untuk rpm terkecil %torque 10- 30% dan untuk rpm terbesar %torque tidak lebih dari 100

PROSEDUR KERJA

Bahan:

Cairan non newton yang akan ditentukan viskositasnya

Sampel: Scott Emulsion Orange Flavour Alat

1. Broekfield Digital 2. Broekfield Manual 3. Spindle

4. Beaker Glass 500 ml

Prosedur Brookefield RV Manual

1. Masukan cairan yang akan ditentukan viskositasnya ke dalam beaker glass 500 ml

2. Masukan spindle dalam sediaan hingga batas spindle

3. Lakukan pengamatan pada beberapa kecepatan putaran 2,4,10,20, 50 rpm

4. Catat % torque pada putaran ke-5, 6, 7 yang tertera pada layar broekfield

Nb: Pengamatan dilakukan dari rpm terendah hingga tertinggi

kemudian turunkan kembali

PROSEDUR KERJA

Bahan:

Cairan non newton yang akan ditentukan viskositasnya

Sampel: Scott Emulsion Original Alat

1. Broekfield Digital 2. Broekfield Manual 3. Spindle

4. Beaker Glass 500 ml

Prosedur Brookefield LV Digital 1. Masukan cairan yang akan ditentukan

viskositasnya ke dalam beaker glass 500 ml 2. Masukan spindle dalam sediaan hingga batas

spindle

3. Lakukan pengamatan pada beberapa kecepatan putaran 2,4,10,20, 50 rpm

4. Catat % torque & viskositas pada menit ke-2, 4, 6 yang tertera pada layar broekfield

Nb: Pengamatan dilakukan dari rpm terendah

hingga tertinggi kemudian turunkan kembali

Rumus Broekfield Manual

Viskositas Dial Reading x Fk

Shear Stress Kαt x α1

Shear Rate Kny x Ni

Dial Reading = α1 = %Torque Ni = Rpm

Fk = Faktor Koreksi (Tertera dalam table) Kαt & Kny = Konstanta (Tertera dalam tabel)

Rumus Broekfield Digital

Shear Stress K αt x α1 Shear Rate Kny x Ni α1 = %Torque

Ni = Kecepatan (rpm)

Kαt & Kny = Konstanta (Tertera

dalam tabel)

TERIMA

KASIH