近紅外分散穩(wěn)定性分析儀的應(yīng)用概況*

近紅外分散穩(wěn)定性分析儀的應(yīng)用概況*

摘要：本文闡明了Turbiscan的基本原理和分析方法，綜述了其在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、食品、石油等方面的應(yīng)用，以期為其在中藥領(lǐng)域穩(wěn)定性的應(yīng)用研究提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：分散穩(wěn)定分析儀；穩(wěn)定性；應(yīng)用

近年來，國內(nèi)外對Turbiscan lab近紅外穩(wěn)定分析儀的文獻報道越來越多，人們對近紅外穩(wěn)定分析儀的研究也越來越重視。在實際生產(chǎn)生活中，由于一些食品、化妝品體系的復(fù)雜性，容易產(chǎn)生絮凝、沉淀、分相等現(xiàn)象，對產(chǎn)品的生產(chǎn)和消費存在一定影響。故在研發(fā)及生產(chǎn)過程中，研究他們體系的穩(wěn)定性至關(guān)重要。然而采用傳統(tǒng)方法觀察產(chǎn)品穩(wěn)定性和產(chǎn)品的研發(fā)所耗時間周期較長，提高了企業(yè)的時間成本。采用TLAB型分散穩(wěn)定性分析儀分析，能高效分析軟物質(zhì)分散體系的沉淀、凝結(jié)、分層等現(xiàn)象。能在樣品不稀釋的條件下，對懸浮液、乳化液和泡沫等濃縮分散體系的失穩(wěn)現(xiàn)象進行分析研究。目前，雖然國內(nèi)外對近紅外穩(wěn)定分析儀的研究越來越多，但在其應(yīng)用方面未見詳細(xì)綜合報道，故本文綜述其在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、食品、石油等方面的應(yīng)用，具有重要的理論和實踐意義。

1儀器使用原理

Turbiscan lab是采用光散射和光透射原理，可以分析軟物質(zhì)的物理特征，如顆粒粒徑大小變化，體積分?jǐn)?shù)變化和物理穩(wěn)定性的專用儀器；能在樣品初期分析出不穩(wěn)定現(xiàn)象發(fā)生的機理和速度，給出相厚度(沉淀層、浮油層或澄清層)隨時間的變化曲線，顆粒的遷移速度(沉淀或絮凝)及顆粒平均粒徑隨時間的變化曲線；儀器采用脈沖近紅外光源(λ=880 nm)、兩個同步光學(xué)探測器分別探測透過樣品的透射光和被樣品反射的反射光，探測器從樣品底部沿樣品向上掃描，每40μm高度采集一次透射光和背散射光數(shù)據(jù)，從掃描曲線得出透射光和背散射光強隨樣品高度的變化關(guān)系，反映了乳狀液內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)變化[1]。樣品的物理穩(wěn)定性用穩(wěn)定性動力學(xué)指數(shù)(stability index，SI)表征，SI與體系穩(wěn)定性呈負(fù)相關(guān)，即SI值越小，體系越穩(wěn)定[2]。

2應(yīng)用概況

2.1在乳狀液(乳化劑、破乳劑、表面活性劑)中的應(yīng)用概況在農(nóng)業(yè)、食品、石油方面，利用近紅外穩(wěn)定儀研究乳化液的穩(wěn)定性較多，重點在于乳化劑的選擇與劑型的穩(wěn)定性評價，可明顯縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期及成本，從而提高研究效率。

2.1.130%毒死蜱水乳劑水乳劑是通過輸入能量和適當(dāng)表面活性劑形成的一種O/W乳狀液，是一種熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，液滴有自動聚結(jié)的趨勢，即使使用最適宜的乳化劑所得到的乳狀液也只有相對較好的穩(wěn)定性，為保證水乳劑在貨架期內(nèi)的外觀和質(zhì)量，關(guān)鍵是研究清楚水乳劑常溫貯存穩(wěn)定性機制[3]，利用TURBISCAN LAb穩(wěn)定分析儀，結(jié)合油、水相密度差和粒徑變化優(yōu)選出使體系較為穩(wěn)定的水乳劑；并為水乳劑的穩(wěn)定性的快速判斷和配方開發(fā)提供了一個有效的手段。

2.1.2植物蛋白飲料由于植物蛋白飲料體系的復(fù)雜性，容易產(chǎn)生絮凝、團聚、浮油等現(xiàn)象，故尋找快速、準(zhǔn)確的穩(wěn)定性判定方法對于縮短乳濁體系新產(chǎn)品開發(fā)及生產(chǎn)周期、降低研發(fā)成本具有重要的意義，利用TLAB型分散穩(wěn)定性分析儀分析不同乳化穩(wěn)定劑在紅棗豆奶中的穩(wěn)定效果，可準(zhǔn)確快速地判斷乳濁體系的穩(wěn)定性，明顯地縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期及研發(fā)成本，為植物蛋白飲料的研發(fā)檢測提供參考[4]。

2.1.3花生牛乳花生牛乳體系具有懸浮液和乳狀液的雙重特性，對于長貨架期的谷物牛乳，穩(wěn)定性是其貨架期的最主要限制因素[5]?；ㄉw粒的粒徑和其粉碎的粒度均會影響花生牛乳體系的穩(wěn)定性，利用基于Turbiscan穩(wěn)定分析儀得到的動力學(xué)參數(shù)(Stability Index，SI)來比較結(jié)冷膠對花生牛乳穩(wěn)定效果，以期為花生牛乳的研究提供一定的理論依據(jù)，結(jié)果表明，結(jié)冷膠以及粒度較粗的花生漿更適合于花生牛乳的生產(chǎn)[6]。

2.1.4β-胡蘿卜素乳狀液β-胡蘿卜素作為維護人體健康必不可少的營養(yǎng)素之一，能夠預(yù)防和治療某些疾病并能增強機體免疫力。將其制成乳狀液能提高其在食品工業(yè)中的應(yīng)用。然而，乳狀液的粒徑達到納米級，使用激光粒度分析法、顯微鏡觀察法、分光光度法都需對乳狀液進行稀釋，為了提高評價的準(zhǔn)確性，使用Turbiscan分析儀能快速、準(zhǔn)確評價β-胡蘿卜素乳狀液的穩(wěn)定性，從而為乳狀液的制備工藝優(yōu)化節(jié)省時間[7]。

2.1.5納米乳液油包水型β-胡蘿卜素納米乳劑是由高壓均質(zhì)制備的，使用Zetasizer和Turbiscan Lab分別分析乳化劑的影響因素(包括乳化劑的種類和濃度，均質(zhì)壓力，溫度和周期上的屬性)和納米乳劑的穩(wěn)定性。納米乳劑粒徑的大小隨著均質(zhì)壓力和循環(huán)的升高而降低，并且還隨著溫度升高而降低，納米乳劑的物理穩(wěn)定性隨著溫度的升高而下降，但隨著壓力和均化周期的增加而增加；通過Turbiscan Lab穩(wěn)定分析儀能夠優(yōu)選出乳化劑最佳的穩(wěn)定條件[8]。

2.1.6重油乳化液通過使用Turbiscan Lab穩(wěn)定性分析儀分析重油乳化液中油水分離和分散相液滴的絮凝或絮凝大小變化，能夠很好的描述重油乳化液的破乳過程，比較前后加入破乳劑重油乳液的破乳過程的特性，表明，分散相的液滴的聚結(jié)是破乳的控制因素和關(guān)鍵步驟[9]。

2.1.7油田乳狀液原油開采過程中形成的原油乳狀液多為W/O型，采油廢水中的乳狀液多為O/W型[10]。為避免乳狀液含水量過高引起運輸管道和后續(xù)處理裝置生銹、腐蝕，排放水中含油造成的環(huán)境污染和油的浪費，均需進行破乳，利用Turbiscan Lab?Expert穩(wěn)定性分析儀研究化學(xué)破乳過程，揭示破乳過程中模型乳狀液體系的絮集、聚并、沉淀、上浮、分相等現(xiàn)象，并定量分析上述現(xiàn)象發(fā)生的速率以及分散相液滴的粒徑變化等；不僅有利于準(zhǔn)確地進行破乳劑的篩選，也有助于對其破乳機理進行深入研究[11]。

2.2在懸浮液(分散劑、沉淀劑)中的應(yīng)用概況懸浮液的穩(wěn)定性在農(nóng)業(yè)，工業(yè)，石油方面研究較多，重點在于分散劑性能的選擇，從而優(yōu)化產(chǎn)品的配方。

2.2.1農(nóng)藥WDGWDG是一種農(nóng)藥環(huán)保新劑型，它在水中易崩解，形成懸浮體系，便于農(nóng)藥的應(yīng)用；評價WDG質(zhì)量的重要指標(biāo)是其在水相中的懸浮穩(wěn)定性，其中分散劑對懸浮體系的穩(wěn)定性起著非常重要的作用；利用穩(wěn)定性分析儀，通過測量WDG懸浮液的透射光和反射光強度隨時間的變化，其沉淀層厚度、顆粒沉降速率、懸浮體系顆粒粒徑大小和粒徑速率，研究農(nóng)藥WDG(水分散粒劑)懸浮液體系的穩(wěn)定性，有利于分析體系的不穩(wěn)定性產(chǎn)生的機理，可方便有效地篩選劑型配方中的助劑及優(yōu)化農(nóng)藥WDG的配方[12]。

2.2.2殺蟲劑25%吡蚜酮懸浮劑吡蚜酮是一種全新結(jié)構(gòu)的吡啶雜環(huán)類殺蟲劑，用于各類作物上的蚜蟲、粉虱、葉蟬及各種其他飛虱的防治[13]。具有適用范圍廣、藥效高、毒性低、選擇性強，對天敵具有保護作用，對作物、環(huán)境及生態(tài)安全等特點，采用TURBISCAN LAB分析儀對吡蚜酮懸浮劑的分散穩(wěn)定性進行分析，篩選復(fù)配潤濕分散劑，解決吡蚜酮懸浮劑體系粘度問題，從而研制出合格的吡蚜酮懸浮劑[14]。

2.2.3水煤漿水煤漿是一種采用物理方法將煤液態(tài)化的新型燃料，是由一定粒度組成的煤、水(約7∶3)和少量分散劑制備而成的一種煤水懸浮液；其屬于熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，易產(chǎn)生固液分離，穩(wěn)定性能差的水煤漿不能滿足生產(chǎn)中對泵送和霧化性能的要求；采用Turbiscan lab濃縮體系分散穩(wěn)定性分析儀研究水煤漿穩(wěn)定性及漿體中煤顆粒沉降行為的影響，有助于揭示分散劑對水煤漿的穩(wěn)定作用機理[15]。

2.2.4金納米粒子通過導(dǎo)線電爆炸方法合成金納米粒子，使用Turbiscan lab分析儀評價金納米粒子懸浮液的穩(wěn)定性。納米粒子周圍的液體介質(zhì)會影響納米粒子的特性，故通過改變液體介質(zhì)的性質(zhì)、選擇合適的表面活性劑改變金納米粒子的特性，以期達到理想的效果。此外，金納米粒子在生物傳感器、光化學(xué)與電化學(xué)催化、光電子器件等領(lǐng)域有著極其廣闊的應(yīng)用前景[16]。

2.2.5原油中瀝青原油中瀝青質(zhì)的聚沉?xí)?dǎo)致石油生產(chǎn)、運輸和加工過程中出現(xiàn)管線堵塞、儲層損害等許多嚴(yán)重問題；為避免瀝青沉積帶來的嚴(yán)重問題，利用分散穩(wěn)定性分析儀研究瀝青質(zhì)的聚集和沉降速度以及粒徑變化規(guī)律，有助于分析原油不穩(wěn)定性發(fā)生的機理，對認(rèn)識瀝青質(zhì)在聚沉過程中的相互作用細(xì)節(jié)，揭示瀝青質(zhì)聚沉的微觀機理，具有重要的理論和實踐意義[17]。

2.3在泡沫液(發(fā)泡劑)中的應(yīng)用概況研究泡沫液的穩(wěn)定性主要在石油工業(yè)方面，重點在于發(fā)泡劑的選擇，廣泛用于低壓、漏失及水敏性地層的鉆井、完井、修井和油氣井增產(chǎn)措施(如泡沫排水、負(fù)壓沖砂等)[18]。

2.3.1泡沫水泥泡沫水泥是一種液-氣-固三相流體，是一種超低密度水泥漿，具有密度低，頂替鉆井液效率高，延展性好，對水敏地層的傷害小、減小環(huán)空氣竄、防止固井漏失等優(yōu)點，傳統(tǒng)的評價方法不能準(zhǔn)確評價泡沫的穩(wěn)定性以及所混配的泡沫水泥漿的穩(wěn)定性；而采用背散射光技術(shù)對泡沫水泥發(fā)泡劑的穩(wěn)定性進行評價，針對不同流體對光線的透射率和背散射率隨時間而變化，考察不同泡沫及泡沫粒徑隨時間的析水變化情況，對不同發(fā)泡劑進行穩(wěn)定性評價，從而優(yōu)選性能穩(wěn)定的發(fā)泡劑[19]。

2.4在膠體溶液(膠溶劑)中的應(yīng)用概況在工業(yè)、化妝品方面，TURBISCAN LAB穩(wěn)定儀還可用于研究膠體溶液的穩(wěn)定性，重點在于膠溶劑的選擇，有利于劑型的穩(wěn)定。

2.4.1擬薄水鋁石溶膠擬薄水鋁石是一類顆粒細(xì)小、結(jié)晶不完整、具有薄的褶皺片層的一種氫氧化鋁，其含水態(tài)為觸變性凝膠，具有比表面高、孔容大等特點，可用作生產(chǎn)催化劑載體、活性氧化鋁的原料；廣泛用作涂料添加劑、高檔陶瓷、石油化工的高效催化劑、亞微米/納米級研磨材料和拋光材料、化妝品填料和無機膜材料等，是一類具有廣闊發(fā)展前途的新型材料[20]。利用TURBISCAN LAB穩(wěn)定性分析儀研究擬薄水鋁石溶膠的穩(wěn)定性，考察酸膠溶劑類型、膠溶溫度、固含量及膠溶時間對擬薄水鋁石溶膠穩(wěn)定性的影響，結(jié)果在一定程度上說明納米級的擬薄水鋁石溶膠分散體系在熱力學(xué)上是不穩(wěn)定體系[21]。

2.4.2脂質(zhì)體醇質(zhì)體是一種新型經(jīng)皮給藥載體，也是一種特殊的脂質(zhì)體[22]。醇質(zhì)體中添加了較高濃度的醇，形成滲透性和包封率更好的脂質(zhì)囊泡，具有優(yōu)良的穩(wěn)定性和皮膚耐受性；使用Turbiscan光學(xué)分析儀評價含有亞油酸囊泡的藥物載體(如雙層膜流化劑的模型)的穩(wěn)定性，結(jié)果表明Turbiscan光學(xué)分析儀可用于研究膠體制劑的穩(wěn)定性，即使在變形試劑的存在下進行[23]。

3應(yīng)用展望

液體的不穩(wěn)定現(xiàn)象如沉淀、乳化、凝結(jié)、分層會隨著顆粒粒徑大小和濃度變化。而近紅外穩(wěn)定分析儀因其簡潔、準(zhǔn)確、高效的優(yōu)點，能通過測量樣品反射光和透射光隨時間的變化表征不透明、濃縮體系如乳化液、懸浮液、泡沫液的穩(wěn)定性。Turbiscan lab成為了目前評價液體穩(wěn)定性最好的儀器之一，且應(yīng)用廣泛，所需樣品量少、無需預(yù)處理，對樣品的破壞少，不需稀釋即可測量，從而為新產(chǎn)品的開發(fā)研究節(jié)省時間，為企業(yè)提高研究效率。根據(jù)其在原油瀝青中的應(yīng)用，在瀝青質(zhì)的基礎(chǔ)上，研究包衣液的粒子沉降聚集速度以及粒徑變化規(guī)律，認(rèn)識在聚沉過程中包衣液的相互作用細(xì)節(jié)，揭示粒子聚沉的微觀機理，以期解決包衣液沉積導(dǎo)致包衣過程中噴槍噴嘴堵塞的問題。此外，由于中藥成分的復(fù)雜，不利于了解中藥失穩(wěn)的原因，故可用于評價中藥浸膏及其提取液的穩(wěn)定性，特別是含揮發(fā)油的中藥口服液與中藥微乳的穩(wěn)定性，有助于為劑型開發(fā)提供理論依據(jù)。隨著近紅外穩(wěn)定分析儀使用的增加，相信Turbiscan lab穩(wěn)定分析儀的研究及應(yīng)用必將得到更大的發(fā)展。

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Application Status of Turbiscan Lab

HU Li-xia，ZHU Wei-feng，LI Rong-miao，ZHANG Wen-xiu

KeyLabofModernPreparationofTraditionalChineseMedicine，MinistryofEducation，JiangxiUniversityofTCM，Nanchang330004，China.

Abstract:In order to offer some basis in application of Turbiscan to stability study in Chinese medicine， the principle of Turbiscan is expounded，moreover， its application advances in agriculture， industry， food， and oil are summarized.

Key words:Dispersion-stability Analyser; Stability;Application

收稿日期：(2014-09-25)編輯：王河寶

中圖分類號：R944.9

文獻標(biāo)識碼：B

基金項目：*江西省學(xué)科學(xué)術(shù)和技術(shù)帶頭人培養(yǎng)技術(shù)專項(20123BCB22007)。

通信作者：★胡麗霞朱衛(wèi)豐*朱衛(wèi)豐(1969—)，女，博士，教授。研究方向：中藥外用制劑。Tel：0791-87118614，E-mail：zwf0322@126.com。李榮苗張文秀(江西中醫(yī)藥大學(xué)現(xiàn)代中藥制劑教育部重點實驗室南昌 330004)