如何选择适合的表面活性剂：HLB值和Krafft点

一、表面活性剂概述

表面张力是指一种使表面分子具有向内运动的趋势，并使表面自动收缩至最小面积的力。使液体表面张力降低的性质即为表面活性。表面活性剂是指那些具有很强表面活性、能使液体的表面张力显著下降的物质。此外，作为表面活性剂还应具有增溶、乳化、润湿、去污、杀菌、消泡和起泡等应用性质，这是与一般表面活性物质的重要区别。

表面活性剂之所以能降低液体表面张力，是因为其分子结构中含有两亲基团：亲水基团（极性基团）、亲油基团（非极性基团）。亲水基团是羧酸、磺酸、胺基、氨基及它们的盐，亲油基团（疏水基）一般是8个碳原子以上的烃链，如图3-4所示。

图3-4　表面活性剂结构示意图

将表面活性剂加入水中，此时浓度低，亲水基团朝向水中，亲油基团朝向空气，在表面（或界面）定向排列，从而使表面张力降低。表面活性剂在溶液表面聚集的现象称为正吸附，如图3-5所示。

图3-5　表面活性剂正吸附示意图

二、表面活性剂的分类

（一）阴离子型表面活性剂

阴离子型表面活性剂起表面活性作用的部分是阴离子部分。

1.肥皂类　高级脂肪酸盐类，通式为（RCOO-）nMn+，分为碱金属皂（一价皂）、碱土金属皂（二价皂）和有机胺皂（三乙醇胺皂）等。均具有良好的乳化能力。本品具有一定的刺激性，一般只用于外用制剂。

图3-6　肥皂的分子结构示意图

2.硫酸化物　为硫酸化油和高级脂肪醇硫酸酯类，通式为ROSO3-M+。高级脂肪醇硫酸酯类中常用的是十二烷基硫酸钠（又称月桂醇硫酸钠）、十六烷基硫酸钠（鲸蜡醇硫酸钠）、十八烷基硫酸钠（硬脂醇硫酸钠）、硫酸化蓖麻油（俗称土耳其红油）等。它们的乳化性很强，且较肥皂类稳定，主要用作外用软膏的乳化剂。

3.磺酸化物　指脂肪族磺酸化物、烷基芳基磺酸化物等，通式为RSO3-M+。常用的有二辛基琥珀酸磺酸钠（阿洛索-OT）、二己基琥珀酸磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠等，其中十二烷基苯磺酸钠是目前广泛应用的洗涤剂。

（二）阳离子型表面活性剂

这类表面活性剂起作用的是阳离子部分。常用品种有苯扎氯铵（商品名为洁尔灭）和苯扎溴铵（商品名为新洁尔灭）等，由于毒性大，现主要用于杀菌和防腐。

（三）两性离子型表面活性剂

这类表面活性剂的分子结构中同时具有正、负电荷基团，在不同pH介质中可表现出阳离子或阴离子型表面活性剂的性质。

1.天然两性离子型表面活性剂　包括卵磷脂和豆磷脂，常用的是卵磷脂，它是制备注射用乳剂及脂质微粒制剂的主要辅料。

2.合成型两性离子型表面活性剂　分为氨基酸型和甜菜碱型。两性离子型表面活性剂在碱性水溶液中呈阴离子型表面活性剂的性质，具有很好的起泡、去污作用；在酸性溶液中则呈阳离子型表面活性剂的性质，具有很强的杀菌能力。

（四）非离子型表面活性剂

这类表面活性剂在水中不解离，常用作增溶剂、分散剂、乳化剂和助悬剂等。

1.脂肪酸山梨坦类（司盘类）一般用作W/O型乳化剂或O/W型乳化剂的辅助乳化剂。

2.聚山梨酯（吐温类）广泛用作增溶剂或O/W型乳化剂。

3.聚氧乙烯脂肪酸酯（卖泽）乳化能力很强，为O/W型乳化剂。

4.聚氯乙烯脂肪醇醚（苄泽）常用作增溶剂及O/W型乳化剂，如西土马哥、平平加O等。

5.聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物　本品又称泊洛沙姆，商品名普朗尼克。本品具有乳化、润湿、分散、起泡和消泡等多种优良性能，但增溶能力较弱。泊洛沙姆188（普朗尼克F68）为O/W型乳化剂，可用作静脉注射剂的乳化剂。

三、表面活性剂的基本性质和应用

（一）形成胶束

1.临界胶束浓度　表面活性剂在水溶液中，低浓度时产生表面吸附而降低溶液的表面张力，达到一定浓度后，继续加入表面活性剂，其分子则转入溶液中，表面活性剂的亲油基团相互吸引，形成亲油基团向内、亲水基团向外的胶束。表面活性剂分子缔合形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度（CMC）。在CMC时，溶液的表面张力基本到达最低值。(www.xing528.com)

2.胶束的结构　随着表面活性剂浓度的增大，胶束结构历经从球状到棒状，再到六角束状，及至板状或层状的变化，如图3-7所示。

图3-7　胶束结构示意图

（二）亲水亲油平衡值

表面活性剂分子亲水亲油的强弱取决于其分子结构中亲水基团和亲油基团的多少。表面活性剂亲水亲油的强弱，可用亲水亲油平衡值（HLB）表示。表面活性剂的HLB值越高其亲水性愈强；HLB值越低，其亲油性愈强。将HLB值范围限定在0～40，其中非离子型表面活性剂的HLB值范围为0～20。

表3-2　常用表面活性剂的HLB值

（续表）

表3-3　表面活性剂的HLB值与应用的关系

非离子型表面活性剂的HLB值具有加合性，混合后的表面活性剂的HLB值可按式3-1进行计算：

式中，W为表面活性剂的重量，HLBa和HLBb为两种表面活性剂的HLB值。

试计算　用司盘80（HLB值4.3）和聚山梨酯20（HLB值16.7）制备HLB值为9.5的混合乳化剂100 g，问两者应各用多少克？该混合物可起什么作用？设司盘80的用量为WAg，聚山梨酯20为100-WA g：

该混合乳化剂需58 g司盘80和42 g聚山梨酯20，可用作水包油型乳化剂和润湿剂。

（三）Krafft点（克氏点）

离子型表面活性剂，一般随温度升高，溶解度增大。当上升至某一温度，其溶解度急剧升高，此温度称为Krafft点，相对应的溶解度即为该离子型表面活性剂的临界胶束浓度。Krafft点是离子型表面活性剂的特征值，通常也是表面活性剂应用温度的下限；只有在温度高于Krafft点时表面活性剂才能更大程度地发挥作用。如十二烷基硫酸钠和十二烷基磺酸钠的Krafft点分别约为8℃、70℃，所以后者在室温时不能充分发挥其作用。

（四）昙点

某些含聚氧乙烯基非离子型表面活性剂，温度升高可导致溶解度下降，表面活性剂析出，溶液出现混浊，此现象称为起昙，此时的温度称为浊点或昙点。当温度降到昙点以下时，溶液恢复澄明。

其原因是加热使聚氧乙烯链与水之间的氢键断裂，当温度上升到一定程度时，聚氧乙烯链可发生强烈脱水和收缩，使增溶空间减小，增溶能力下降，表面活性剂溶解度急剧下降。当温度降低到昙点以下时，氢键重新形成，溶液恢复澄明。在聚氧乙烯链相同时，碳氢链越长，昙点越低；在碳氢链长相同时，聚氧乙烯链越长则昙点越高。昙点是非离子型表面活性剂的特征值，起昙现象可能影响表面活性剂在制剂中的作用，进而影响制剂的物理稳定性。（五）表面活性剂的毒性

一般而言，表面活性剂的毒性大小：阳离子型＞阴离子型＞非离子型。两性离子型表面活性剂的毒性小于阳离子型表面活性剂。非离子型表面活性剂口服一般认为无毒性。表面活性剂用于静脉给药的毒性大于口服。

四、表面活性剂的其他应用

表面活性剂除用于增溶外，还常用作乳化剂、润湿剂和助悬剂、起泡剂和消泡剂、去污剂、消毒剂或杀菌剂等。

1.增溶剂　表面活性剂形成胶束后增大难溶性药物在溶液中的溶解度并形成澄明液体的过程称为增溶。起增溶作用的表面活性剂在达到CMC时形成球形胶束，亲水基团向外，亲油基团向内，如图3-8所示为表面活性剂对三种不同极性药物的增溶作用。

2.乳化剂　乳化剂是指具有乳化作用的物质，有些表面活性剂具有乳化作用，如阿拉伯胶、软肥皂、西黄蓍胶等。通常选用HLB值3～8的表面活性剂作为W/O型乳化剂；选用HLB值8～16的表面活性剂作为O/W型乳化剂。

图3-8　胶束增溶作用示意图

3.润湿剂　润湿是指液体在固体表面的黏附现象。促进液体在固体表面铺展或渗透的作用称为润湿作用，具有润湿作用的表面活性剂称为润湿剂。润湿剂最适合的HLB值一般在7～9，并应有适宜的溶解度。

在制备疏水性药物的混悬液时，常遇到固体微粒不易被润湿，漂浮于液面或下沉现象，此时添加润湿剂可改善固体微粒的润湿性，使其易于均匀分散。

4.起泡剂和消泡剂　一些含有表面活性剂或具有表面活性物质的溶液，如中草药的乙醇或水浸出液，含有皂苷、蛋白质、树胶等，当剧烈搅拌或蒸发浓缩时，可产生稳定的泡沫。这些表面活性剂通常有较强的亲水性和较高的HLB值，在溶液中可降低液体的界面张力而使泡沫稳定，这些物质称为起泡剂。

在产生稳定泡沫的情况下，加入一些HLB值为1～3的亲油性较强的表面活性剂，则可与泡沫液层争夺液膜表面而吸附在泡沫表面上，代替原来的起泡剂，而其本身并不能形成稳定的液膜，故使泡沫破坏，这种用来消除泡沫的表面活性剂称为消泡剂。

5.去污剂　去污剂或称洗涤剂，是用于除去污垢的表面活性剂，HLB值一般为13～16。常用的去污剂有油酸钠和其他脂肪酸的钠皂、钾皂、十二烷基硫酸钠或烷基磺酸钠等阴离子型表面活性剂。去污的机理较为复杂，包括对污物表面的润湿、分散、乳化、增溶、起泡等多种过程。

6.消毒剂和杀菌剂　大多数阳离子型表面活性剂和两性离子型表面活性剂都可用作消毒剂，少数阴离子型表面活性剂也有类似作用，如甲酚皂、甲酚磺酸钠等。根据使用浓度，可分别用于手术前皮肤消毒、伤口或黏膜消毒、器械消毒和环境消毒等，如苯扎溴铵为一种常用广谱杀菌剂，皮肤消毒、局部湿敷和器械消毒分别用其0.5%醇溶液、0.02%水溶液和0.05%水溶液（含0.5%亚硝酸钠）。