Samenvatting Farmaceutische Fysico
Hoofdstuk 1 : Rheologie
1. Definitie en situering
● Ethymologie: Afgeleid v/h Griekse “Rheo” (vloeien) en “Logos” (de leer van).
● Definitie: Het is de studie van de deformatie (vervorming) van materialen en
vloeistoffen onder invloed van een kracht.
➔ We focussen op de vloeistoffen
Toepassing v/d rheologie
Rheologie is overal waar stoffen moeten stromen of vervormen. Belangrijke sectoren zijn:
● Voedingssector:Bijvoorbeeld de vloeibaarheid van kaas.
● Bouwkunde: Het vloeigedrag van cement.
● Fysiologie: De stroming van bloed door vaten
● Geologie: De beweging van lava.
● Farmacie(IMP vr ons):
❖ Suspensies & Emulsies: Cruciaal voor de stabiliteit (voorkomen dat deeltjes
bezinken of druppels samenvloeien).
❖ Crèmes & Pasta's: Bepaalt hoe goed een product uitsmeert op de huid.
❖ Ovulen & Zetpillen: Moeten bij lichaamstemperatuur de juiste deformatie
vertonen om hun werkzame stof af te geven.
,2. Viscositeit
Theoretisch concept
● Rheologisch blokmodel: Dit model visualiseert hoe vloeistoflagen over elkaar
schuiven wanneer er een kracht wordt uitgeoefend.
● Schuifspanning (Shear stress, F): De kracht (F’) uitgeoefend per oppervlakte (A),
oftewel F=F’/A
➔ uitgedrukt in N/m^2 of Pa (Pascal).
● Schuifsnelheid (Shear rate, G): Het verschil in snelheid tussen vloeistoflagen (dv)
over een bepaalde afstand (dr), oftewel G=dv/dr.
➔ Wordt uitgedrukt in s−1.
Dynamische viscositeit (η)
● Definitie: De verhouding tussen schuifspanning en schuifsnelheid (η=F/G).
● Eenheden:
○ Pa.s (Pascal-seconde).
○ Poise (P) en centipoise (cP).
○ Poiseuille (Pl).
○ Conversie: 1P=100cP=0.1Pl=0.1Pa.s.
● Effect van temperatuur: Beschreven door de vergelijking A⋅eEv/(R.T).
➔ Belangrijk voor examen: Als de temperatuur stijgt, dan daalt de viscositeit
(vloeistoffen worden dunner).
➔ Evis de energie nodig om vloeien te induceren.
➔ R is de gasconstante (8.314472J/K.mol).
➔ A is een cte afh van gewicht
,Kinematische viscositeit (v) en Fluïditeit (Φ)
● Kinematische viscositeit (v): De dynamische viscositeit gedeeld door de dichtheid
(η/ρ).
○ Uitgedrukt in m2/s, Stoke (s) of centistoke (cs).
● Fluïditeit (Φ): De omgekeerde waarde van viscositeit (1/η).
○ Uitgedrukt in cP−1.
Extra: Dynamische viscositeit v chloroform is laag, die van water ongeveer 1 en glas
1000000000000000
Praktische meting van viscositeit
1. Capillairviscosimeter (o.a. Ostwald viscosimeter): Werkt op basis van de vloeitijd van
een vloeistof door een capillair tussen twee markeringen.
● Relatieve viscositeit: η1/η2=(ρ1⋅t1)/(ρ2⋅t2).
● Wet van Poiseuille: Beschrijft laminaire vloeiing: η=(π⋅r4⋅t⋅P)/(8⋅l⋅V) met
η: dynamische viscositeit, r: straal v capillar, t: vloeitijd, l:lengte capillar en v:
vloeisnelheid>
● Getal van Reynolds (Re): Re=(2⋅r⋅ρ⋅v)/η. Dit getal bepaalt de overgang van
laminaire naar turbulente vloeiing.
,2. Vallende kogel viscosimeter (o.a. Hoeppler viscosimeter): Meet de tijd die een
kogel nodig heeft om door een vloeistof te vallen.
Formule: η=k⋅t⋅(ρ1−ρ2).
● k = kogelconstante, t = migratietijd, ρ1= dichtheid kogel, ρ2= dichtheid vloeistof.
Wet van Stokes: Bepaalt de valsnelheid (v): v=[2⋅r2⋅g⋅(ρ1−ρ2)]/9⋅η met v:valsnelheid,
r: straal kogel, g:valversnelling en ρ1: dichtheid kogel en ρ2: dichtheid vloeistof
Werkcondities: De migratie moet minstens 30 seconden duren en de vloeistof moet
transparant zijn.
3. Rotatieviscosimeters
● Coaxiale viscosimeter: Bestaat uit twee cilinders.
● Searle type: De binnencilinder draait (dynamisch).
● Couette type: De buitencilinder draait (dynamisch).
● Geschikt voor homogene stalen en laminaire vloeiing.
,Kegel-plaat viscosimeter (o.a. Ferranti-Shirley type):
● De vloeistof bevindt zich tussen een vlakke plaat en een kegel.
● Ideaal voor zeer visceuze stalen en kleine volumes (microliters).
3. Soorten rheogrammen
Een rheogram is een grafiek waarin de schuifsnelheid (G) wordt uitgezet tegen de
schuifspanning (F).
Newtoniaanse systemen
● Rheogram: Een rechte lijn die door de oorsprong gaat (Newtoniaanse zever enige
dat een rechte is)
● Kenmerk: De viscositeit blijft constant, ongeacht hoe hard je schudt of roert.
● Formule: F=η⋅G.
● Farmaceutische voorbeelden: Waterige oplossingen, heldere siropen, oliën en
colloïdale oplossingen.
, Niet-Newtoniaanse systemen
1. Pseudoplastische systemen (Shear-thinning)
● Rheogram: Een curve die door de oorsprong gaat; de helling neemt toe bij hogere
spanning.
● Gedrag: Wordt minder visceus (dunner) bij schudden. Dit komt doordat
ongeordende moleculen zich gaan ordenen in de stroomrichting.
● Formule: F=η⋅G^N of log F = log η + N.log G (waarbij N<1) waarbij N de
consistentie index is.
● Farmaceutische voorbeelden: Tragacant, Natriumalginaat, Methylcellulose.
● Andere voorbeelden: Nagellak, gecondenseerde melk.
2. Dilatante systemen (Shear-thickening)
● Rheogram: Curve door de oorsprong; de helling neemt af bij hogere spanning.
● Gedrag: Wordt visceuzer (dikker) bij toenemende kracht. Deeltjes botsen tegen
elkaar aan bij hoge snelheid.
● Formule: F=η⋅G^N of of log F = log η + N.log G (waarbij N>1).
● Farmaceutische voorbeelden: Suspensies (met hoog gehalte aan vaste stof),
Silica.
● Andere voorbeelden: Nat zand, zetmeeloplossing.
Hoofdstuk 1 : Rheologie
1. Definitie en situering
● Ethymologie: Afgeleid v/h Griekse “Rheo” (vloeien) en “Logos” (de leer van).
● Definitie: Het is de studie van de deformatie (vervorming) van materialen en
vloeistoffen onder invloed van een kracht.
➔ We focussen op de vloeistoffen
Toepassing v/d rheologie
Rheologie is overal waar stoffen moeten stromen of vervormen. Belangrijke sectoren zijn:
● Voedingssector:Bijvoorbeeld de vloeibaarheid van kaas.
● Bouwkunde: Het vloeigedrag van cement.
● Fysiologie: De stroming van bloed door vaten
● Geologie: De beweging van lava.
● Farmacie(IMP vr ons):
❖ Suspensies & Emulsies: Cruciaal voor de stabiliteit (voorkomen dat deeltjes
bezinken of druppels samenvloeien).
❖ Crèmes & Pasta's: Bepaalt hoe goed een product uitsmeert op de huid.
❖ Ovulen & Zetpillen: Moeten bij lichaamstemperatuur de juiste deformatie
vertonen om hun werkzame stof af te geven.
,2. Viscositeit
Theoretisch concept
● Rheologisch blokmodel: Dit model visualiseert hoe vloeistoflagen over elkaar
schuiven wanneer er een kracht wordt uitgeoefend.
● Schuifspanning (Shear stress, F): De kracht (F’) uitgeoefend per oppervlakte (A),
oftewel F=F’/A
➔ uitgedrukt in N/m^2 of Pa (Pascal).
● Schuifsnelheid (Shear rate, G): Het verschil in snelheid tussen vloeistoflagen (dv)
over een bepaalde afstand (dr), oftewel G=dv/dr.
➔ Wordt uitgedrukt in s−1.
Dynamische viscositeit (η)
● Definitie: De verhouding tussen schuifspanning en schuifsnelheid (η=F/G).
● Eenheden:
○ Pa.s (Pascal-seconde).
○ Poise (P) en centipoise (cP).
○ Poiseuille (Pl).
○ Conversie: 1P=100cP=0.1Pl=0.1Pa.s.
● Effect van temperatuur: Beschreven door de vergelijking A⋅eEv/(R.T).
➔ Belangrijk voor examen: Als de temperatuur stijgt, dan daalt de viscositeit
(vloeistoffen worden dunner).
➔ Evis de energie nodig om vloeien te induceren.
➔ R is de gasconstante (8.314472J/K.mol).
➔ A is een cte afh van gewicht
,Kinematische viscositeit (v) en Fluïditeit (Φ)
● Kinematische viscositeit (v): De dynamische viscositeit gedeeld door de dichtheid
(η/ρ).
○ Uitgedrukt in m2/s, Stoke (s) of centistoke (cs).
● Fluïditeit (Φ): De omgekeerde waarde van viscositeit (1/η).
○ Uitgedrukt in cP−1.
Extra: Dynamische viscositeit v chloroform is laag, die van water ongeveer 1 en glas
1000000000000000
Praktische meting van viscositeit
1. Capillairviscosimeter (o.a. Ostwald viscosimeter): Werkt op basis van de vloeitijd van
een vloeistof door een capillair tussen twee markeringen.
● Relatieve viscositeit: η1/η2=(ρ1⋅t1)/(ρ2⋅t2).
● Wet van Poiseuille: Beschrijft laminaire vloeiing: η=(π⋅r4⋅t⋅P)/(8⋅l⋅V) met
η: dynamische viscositeit, r: straal v capillar, t: vloeitijd, l:lengte capillar en v:
vloeisnelheid>
● Getal van Reynolds (Re): Re=(2⋅r⋅ρ⋅v)/η. Dit getal bepaalt de overgang van
laminaire naar turbulente vloeiing.
,2. Vallende kogel viscosimeter (o.a. Hoeppler viscosimeter): Meet de tijd die een
kogel nodig heeft om door een vloeistof te vallen.
Formule: η=k⋅t⋅(ρ1−ρ2).
● k = kogelconstante, t = migratietijd, ρ1= dichtheid kogel, ρ2= dichtheid vloeistof.
Wet van Stokes: Bepaalt de valsnelheid (v): v=[2⋅r2⋅g⋅(ρ1−ρ2)]/9⋅η met v:valsnelheid,
r: straal kogel, g:valversnelling en ρ1: dichtheid kogel en ρ2: dichtheid vloeistof
Werkcondities: De migratie moet minstens 30 seconden duren en de vloeistof moet
transparant zijn.
3. Rotatieviscosimeters
● Coaxiale viscosimeter: Bestaat uit twee cilinders.
● Searle type: De binnencilinder draait (dynamisch).
● Couette type: De buitencilinder draait (dynamisch).
● Geschikt voor homogene stalen en laminaire vloeiing.
,Kegel-plaat viscosimeter (o.a. Ferranti-Shirley type):
● De vloeistof bevindt zich tussen een vlakke plaat en een kegel.
● Ideaal voor zeer visceuze stalen en kleine volumes (microliters).
3. Soorten rheogrammen
Een rheogram is een grafiek waarin de schuifsnelheid (G) wordt uitgezet tegen de
schuifspanning (F).
Newtoniaanse systemen
● Rheogram: Een rechte lijn die door de oorsprong gaat (Newtoniaanse zever enige
dat een rechte is)
● Kenmerk: De viscositeit blijft constant, ongeacht hoe hard je schudt of roert.
● Formule: F=η⋅G.
● Farmaceutische voorbeelden: Waterige oplossingen, heldere siropen, oliën en
colloïdale oplossingen.
, Niet-Newtoniaanse systemen
1. Pseudoplastische systemen (Shear-thinning)
● Rheogram: Een curve die door de oorsprong gaat; de helling neemt toe bij hogere
spanning.
● Gedrag: Wordt minder visceus (dunner) bij schudden. Dit komt doordat
ongeordende moleculen zich gaan ordenen in de stroomrichting.
● Formule: F=η⋅G^N of log F = log η + N.log G (waarbij N<1) waarbij N de
consistentie index is.
● Farmaceutische voorbeelden: Tragacant, Natriumalginaat, Methylcellulose.
● Andere voorbeelden: Nagellak, gecondenseerde melk.
2. Dilatante systemen (Shear-thickening)
● Rheogram: Curve door de oorsprong; de helling neemt af bij hogere spanning.
● Gedrag: Wordt visceuzer (dikker) bij toenemende kracht. Deeltjes botsen tegen
elkaar aan bij hoge snelheid.
● Formule: F=η⋅G^N of of log F = log η + N.log G (waarbij N>1).
● Farmaceutische voorbeelden: Suspensies (met hoog gehalte aan vaste stof),
Silica.
● Andere voorbeelden: Nat zand, zetmeeloplossing.
