MIKROMERITIK

Oleh :Dra. Iis Wahyuningsih, MSi, Apt

Mikromeritik : teknologi partikel kecil

Manfaat :

• Mempengaruhi sifat fisika, kimia dan farmakologi obat

• Mempengaruhi pelepasan obat dari sediaan

• Mempengaruhi kestabilan obat

Ukuran partikel & Distribusi ukuran

Kumpulan partikel yg ukurannya heterogen:

• Kisaran ukuran dan banyak/berat partikel

• Bentuk dan luas permukaan

Ukuran ?

Bulat – garis tengah

Tidak simetris ?

Garis Tengah Bulatan Ekivalen

lanjutan

• ds – garis tengah dg luas permukaan sama

• dv – garis tengah dg volume sama

• d p - garis tengah dg luas pengamatan sama

• d st – garis tengah dg kecepatan sedimentasi sama

mencerminkan metode yg dipakai

Ukuran rata-rata : ukuran

jumlah/banyak partikel

Ukuran Partikel Rata-Rata

• Persamaan Edmudson

n = banyak partikel

d = diameter ekivalen

p = indeks, p= 1 diameter panjang, p = 2 diameter permukaan, p= 3 diameter volume , p positif rata-rata aritmatik, p nol geometrik, p negatif harmonik

f = indeks frekuensi, f = 0 frekuensi jumlah, f=1 frekuensi panjang, f =2 frekuensi luas permukaan, f =3 frekuensi volume

p1

fnd

fpndrataratad

/

Diameter Statistik

p f Jenis

MeanUkuran Frekuensi diameter

Σ nd / Σn 1 0 Hitung Panjang Jumlah dln = diameter rata-rata panjang

Σ nd 2/ Σn 2 0 hitung Luas permukaan

jumlah dsn = diameter rata-rata permukaan

Σ nd 3/ Σn 3 0 hitung volume jumlah dvn = diameter rata-rata volume

Σ nd 2/ Σn 1 1 hitung panjang panjang d. panjang permukaan

Σ nd 3/ Σnd2 1 2 hitung panjang Luas permukaan

d. volume permukaan

Σ nd 4/ Σnd3 1 3 hitung panjang berat d. volume berat

p1

fnd

fpndrataratad

/

Distribusi Ukuran Partikel

Dapat menggambarkan 2 sampel dg diameter rata-rata sama tp distribusi berbeda

Menggambarkan mode (ukuran yg paling sering muncul

Distribusi normal

Distribusi tidak simetris

Distribusi Frekuensi Kumulatif

Kurva sigmoid

Mode = ukuran partikel pd kemiringan terbesar

Distribusi log -normal

Log ukuran vs frekuensi persen kumulatif pd skala probit

Titik banding = log ukuran yg ekivalen dg 50% pd skala probit diameter rata-rata geometrik (dg)

Kemiringan garis = simpangan baku geometrik (σg)

Metode Penentuan Ukuran Partikel

• Mikroskopi

hanya 2 dimensi (panjang & jumlah), distribusi jumlah

• Pengayakan

distribusi berat

• Sedimentasi

ukuran partikel relatif terhadap laju pengendapan, distribusi berat

• Penentuan volume

tidak menginformasikan bentuk partikel

Ukuran yg dihasilkan tidak selalu dapat dibandingkan

Kisaran ukuran kira –kira dari metode yg biasa digunakan

Mikroskop optik

• Obat dibuat suspensi atau emulsi• Perlu mikrometer utk memperlihatkan ukuran• Pemandangan dlm mikroskop dpt diproyeksikan

ke layar utk lebih mudah diukur• Kerugian :

☻tidak dpt memperkirakan ketebalan partikel

☻jumlah partikel yg harus dihitung ±300-500-

perlu waktu & jlimet• Kelebihan : dpt mendeteksi gumpalan/partikel lbh

dr satu komponen-pengujian ini hrs sll dilakukan

Metoda Ayakan

• Menggunakan seri ayakan standar• Mengukur partikel yg lebih kasar, tp bila hati-hati

bisa ad 40 µm• Sampel ditaruh pd seri ayakan yg cocok,

digoyangkan scr mekanik slm waktu ttt, serbuk yg tertahan di tiap ayakan ditimbang

• Distribusi berat-distribusi log-normal-% berat kumulatif pd skala probit vs log ukuran- dg & σg

• Kelemahan : dpt merusak granul, beban ayakan, lama & intensitas penggoyangan

gth18

d0s

0st )(

0e

vdR

Metoda Sedimentasi

• Perlu zat pendeflokulasi-menjaga partikel tetap bebas terpisah

•Aliran medium pendispersi hrs laminar/streamline

Re < 0,2

gR18

d00s

2e3

)(

• Metode : pipet, timbangan, hidrometer

Hukum stokes =

Metode Pipet

• Analisis mudah, ketelitian & ketepatan tinggi, ekonomis

• Alat : Andreasen bejana silender 550 ml berisi pipet 10 ml, ujung

bawah pipet 20 cm dibawah permukaan suspensi suspensi 1-2% partikel dlm medium yg

mengandung pendeflokulasi diisikan ad tanda 550 ml pd suhu tetap, bejana dikocok. Pada waktu ttt diambil 10 ml sampel.

sampel diuapkan & ditimbang• Diameter dihitung dg hukum stokes, dimana h =

tinggi cairan di atas ujung pipet• Ditribusi berat di bawah ukuran

Pengukuran Volume Partikel

Alat : Coulter counter

Partikel disuspensikan dlm elektrolit

Dilewatkan lubang kecil yg pd kedua sisinya ada elektroda

Tinggi pulsa tegangan sebanding dg volume partikel

Ditribusi volume-distribusi berat

Bentuk Partikel

• Mempengaruhi kecepatan alir, pengemasan & luas permukaan serbuk laju disolusi

• Bola –luas permukaan minimum-semakin asimetris-semakin besar luas permukaan

Luas permukaan bola ekivalen• Luas permukaan = • Volume =

d 2

6

3d

lanjutan

• luas permukaan =

α s = faktor luas permukaan

ds = diameter ekivalen permukaan

• Volume =

αv = faktor volume

dv = diameter ekivalen volume

• Untuk bola :

• Bulat = αs/αv = 6, makin asimetris makin jauh dr 6

d spsd22

6

33 vpv

dd

524,06

142,33

3

2

2

v

vv

p

ss d

ddan

d

d

Luas permukaan spesifik

• Luas permukaan per volume (Sv)

• Luas permukaan per berat (Sw)

ddn

dn

ikelvolumepart

laanpartikeluaspermukS

v

s

v

sv

3

2

v

w

Ss

vvs

sw d

S

vsw d

S

6

Metode Penentuan Luas Permukaan scr Langsung

1. Metode Adsorpsi

• Jumlah zat terlarut pd gas/cairan yg diadsorpsikan di atas sampel serbuk, membentuk suatu monolayer berkorelasi dg luas permukaan sampel

• luas permukaan adsorben = volume gas yg teradsorpsi (cm3/g) diplot dg tekanan gas pd suhu konstan (isoterm tipe II)

B = volume gas yg teradsorpsi pd pembentukan monolayer

lanjutan

Volume gas yg diadsorpsi pd monolayer lebih teliti jika dihitung dg pers. BET:

V = volume gas yg diadsorpsi pd tekanan p

p0 = tekanan uap jenuh dr nitrogen yg dicairkan pd suhu percobaan

b = konstanta perbedaa antara panas adsorpsi & panas pencairan dr adsorbat (nitogen)

00

)1(1

)( bpV

pb

bVppV

p

mm

Lanjutan

• Alat penentuan luas permukaan struktur pori: Quantasorb

• Slope & intersep= b & Vm

• Luas permukaan spesifik :

• M/ρ = volume molar dr gas 22,414 cm3/mol pd STP, N = bil. Avogadro, Am = luas nitrogen yg diadsorpsi scr monolayer

• Asumsi bentuk bulat, penentuan ukuran dg persamaan :

vvsw d

S

6

wvs S

d

6atau

mm

w xVM

NAS

/

2. Metode Permeabilitas Udara

•Kecepatan gas/cairan menembus suatu serbuk kompak berkorelasi dg luas permukaan

•Sumbat serbuk dianggap seri kapiler yg diameternya berhub. dg ukuran rata-rata, permukaan kapiler sebelah dalam berhub. dg luas permukaan partikel

l

PtdV

128

4

V = volume udara yg mengalir, d = diameter kapiler, l = panjang kapiler,t= waktu, ∆P = perbedaan tekanan, η=viskositas gas/cairan

lanjutan

•Koreksi : 2

3

2 )1(

xKl

Ptx

S

AV

w

A= luas penampang melintang dari sumbat, K = konstanta yg memperhitungkan ketidakteraturan kapiler, ε = porositas

Alat :

Fisher subsieve sizer

SIFAT TURUNAN SERBUK

1. Porositas/Rongga (ε)

Perbandingan volume rongga dg volume bulk

b

p

b

pb

V

V

V

VV

1

Vb= volume bulk= volume serbuk ditempatkan di gelas ukur, Vp = volume sebenarnya

Untuk serbuk tidak berpori, volume bulk = volume partikel padat sebenarnya + volume ruang antara partikel

2. Susunan Pengepakan

a) Paling dekat/ rhombohedral(porisitas teoritis 26%)

b) Paling longgar/most open/pengepakan kubus (48%)

Serbuk nyata tidak bulat & tidak sama ukurannya, porositas 30-50%

Partikel ukuran sangat berbeda, porositas teoritis < 26%

Partikel mgd flokulat/agregat, porositas teoritis > 48%

3. Kerapatan Partikel

•Berat per satuan volume

•Partikel dg pori-pori dalam, ruang-ruang kapiler, retakan mikroskopis

Tipe kerapatan :

1. Kerapatan sebenarnya

2. Kerapatan granul

3. Kerapatan bulk

1. Kerapatan Sebenarnya(ρ)

Kerapatan dari bahan itu sendiri tidak termasuk rongga-rongga dan pori-pori didalam partikel yg lebih besar dari dimensi molekuler.

Cara penentuan:

• Serbuk tidak berpori : pemindahan cairan

• Serbuk berpori : densitometer helium

Ditentukan volume alat kosong dengan memasukkan helium yang diketahui jenisnya,sejumlah serbuk dimasukkan ke dalam tabung.Gas yang teradsorbsi dihilangkan dan helium yang tidak diadsorbsi dimasukkan lagi.tekanan dibaca pada manometer air raksa.

2.Kerapatan Granul(ρg)

Ditentukan dengan metode pemindahan cairan air raksa dengan piknometer

Porositas dalam partikel:

ε dalam partikel= g1

3.Kerapatan bulk(ρb)

Masa dari serbuk dibagi volume bulk.

volume bulk=Ditentukan dengan sejumlah serbuk yang telah diayak dan ditimbang dimasukkan ke dalam gelas ukur 100 ml.

Gelas ukur dihentakkan 3 kali setinggi 1 inc.Dengan selang waktu 2 dtk.

Ruang antara/porisitas celah= volume relatif celah ruang antara dibandingkan dgn volume bulk

Porositas total =

g

b

1

b1

SOAL FARFIS II klas IIB

No Range ukuran(mikron) Jumlah Partikel

1.

2

3

4

2-4

4-6

6-8

8-10

125

150

75

150

1. Sejumlah serbuk paracetamol ditentukan ukurannya dengan metode mikroskopi diperoleh data sebagai berikut :

Tentukan harga dsn (p=2, f=0), dvs (p=1, f=2)

2. Tentukan porositas dari :

a. Sampel MgO 324 g mempunyai volume bulk 200 ml, MgO mempunyai kerapatan sebenarnya 2,7 g/cm3

b. Granul tablet prednison mempunyai kerapatan sebenarnya 3,203 g/cm3.Setelah dikompresi kerapatan granul dari tablet prednison 3,138 g/cm3

c. Berat dari tablet furosemid 0,2626 dan volume bulknya 0,0836 ml, kerapatan sebenarnya dari granul 3,202 g/cm3

3. Suatu sampel serbuk ZnO ditentukan luas permukaannya dengan menggunakan Quantasorb dan diperoleh data sbb:

No p/po p/V(po-p)

1

2

3

4

0,10

0,20

0,30

0,40

0,038

0,064

0,090

0,116

Diasumsikan serbuk bulat dan nonporus, kerapatan sebenarnya dari serbuk 5,64 g/cm3.

Tentukan Sw dan dvsnya

2. Satu gram sampel serbuk mempunyai volume zat padat itu sendiri 0,3 cm3/g; volume pori dalam partikel 0,1 cm3/g; volume ruang antar partikel 1,6 cm3/g

Tentukan:

a. Porositas totalnya

b. Porisitas antar ruang

c. Porositas dalam partikel

No Range ukuran (µ)

Rata-rata(d)

Jumlah partikel

nd nd3 nd4

1

2

3

4

2-4

4-6

6-8

8-10

3

5

7

9

125

150

75

150

Σ 500

375

750

525

1350

Σ3000

3375

18750

25725

109350

Σ157200

10125

93750

180075

984150

Σ

1268100

Dln = Σnd/Σn = 3000/500 = 6µ

D wm = Σnd4/Σnd3 = 1268100/157200 = 8,07 µ

No Range ukuran

(µ)

Rata-rata(d)

Jumlah partikel

nd2 nd3

1

2

3

4

2-4

4-6

6-8

8-10

3

5

7

9

125

150

75

150

Σ 500

1125

3750

3675

12150

Σ20700

3375

18750

25725

109350

Σ157200

D sn = [Σnd2/Σn]0,5 = 20700/500 = 6,43 µ

D vs = Σnd3/Σnd2 = 157200/20700 = 7,59 µ

a. Sampel MgO 324 g mempunyai volume bulk 200 ml, MgO mempunyai kerapatan sebenarnya 2,7 g/cm3. Kerapatan bulk = 324/200 = 1,62 g/cm3

Porositasnya : 2,7-1,62/2,7 = 0,4

b. Granul tablet prednison mempunyai kerapatan sebenarnya 3,203 g/cm3.Setelah dikompresi kerapatan granul dari tablet prednison 3,138 g/cm3

Porositasnya 3,203-3,138/3,203 = 0,02

c. Berat dari tablet furosemid 0,2626 dan volume bulknya 0,0836 ml, kerapatan sebenarnya dari granul 3,202 g/cm3. Kerapatan bulk = 0,2626/0,0836 = 3,14 g/ml. Porositas = 3,202-3,14/3,202 = 0,19

3. Buat hubungan regresi linier antara p/po (sumbu x) dg p/V(po-p) (sumbu y)

00

)1(1

)( bpV

pb

bVppV

p

mm

Dengan cara subtitusi diperoleh : Vm = 1/S + I

mm

w xVM

NAS

/

Sw = 4,35 x Vm

wvs S

d

6

Am = 16,2 x 10-16

N = 6,02 x 1023

M/ρ = 22,414 x 104

• Satu gram sampel serbuk mempunyai volume zat padat itu sendiri 0,3 cm3/g(V); volume pori dalam partikel 0,1 cm3/g; volume ruang antar partikel 1,6 cm3/g. Vg = 0,3+0,1=0,4 ; Vb=0,3+0,1+1,6=2,0

a. porositas total =Vb-V/Vb=2-0,3/2=0,85

b.porositas antar ruang =Vb-Vg/Vb=2-0,4/2=0,8

c. porositas dalam partikel = Vg-Vp/Vg=

0,4-0,3/0,4 = 0,25