RHeologi Oleh Dr. Mimiek Murrukmihadi, SU., Apt

Dasar-Dasar RheologiTipe Aliran (Sifat Alir) Zat CairHubungan Sifat Alir Dengan KefarmasianDasar-dasar :

Usul Bingham & Crawford memberi gambaran aliran cairan dan deformasi padatanViskositas Ungkapan yang menyatakan tahanan yang mencegah zat cair untuk mengalirScott-Blair mengusulkan penggunaannya dalam formulasi dan analisa produk farmasi : Emulsi, Pasta, Suppo, Dragee, Cream, Lotion, dll.Rheologi terlibat dalam pembuatan, pengemasan, pemakaian, konstitensi, stabilitas, ketersediaan hayati, dan pemilihan alat, selain itu juga cat, tinta, kosmetik, produk sehari-hari.

Tipe aliran Zat dengan sistem Newton Zat dengan sistem Non NewtonSISTEM NEWTONTunduk pada hukum Newton IKenaikan gaya gesek menyebabkan kenaikan kecepatan geser yang proporsional

Bidang dasar tetap bidang dasar atas bergerak Dengan kecepatan tetap Bidang dibawahnya mengikuti Bergerak dengan kecepatan yang berbanding lurus dengan jaraknya dari lapisan dasar yang diam

F1/A = Gaya persatuan luas tekanan geser / shering stress dv/dr = Perbedaan kecepatan antara 2 bidang dengan jarak gradien kecepatan/kecepatan geser/rate of shear = Tetapan proporsionalitas= Koefisien viskositas= Viskositas

= F/G Rheogram = Kurva yang menggambarkan sifat alir

= Viskositas dinamis (poise)= Viskositas kinematis (Stoke/centi stoke)

Viskositas Absolut : Zat Cair Sederhana : Zat Cair Murni Viskositas Relatif : Sistem dispersi Heterogen : Viskositas Dinamis : Satuan Poise

Viskositas Kinematis : Satuan : Stoke /CenmKerapatan

SISTEM NON NEWTONZat yang tidak mengikuti persamaan alir NewtonSistem dispersi heterogen cair dan padat (larutan koloidal, emulsi, suspensi, salep, dll)Fluiditas = Harga resiprok viskositas

NON NEWTONZat yang tidak mengikuti persamaan alir NewtonTime Independent Time Dependent Plastik - Tiksotropi Pseudoplastik - Anti Tiksotropi/ Dilatan Tiksotropi Negatif - Reopeksi - Anti Reopeksi/ Reopeksi Negatif

Tipe Aliran Pseudoplastik Hampir semua produk farmasi termasuk sistem ini Sukar menentukan viskositasnya, tunggal, karena kurvanya tidak linier Makin besar G mengurangi resistensi internal G bertambah cepat Viskositas pseudoplastik berkurang Assosiasi solvent dan molekul terlepas kadar berkurang, ukuran partikel fase dispers diperkecil viskositas turun. Sulit menentukan harga (grafik tidak lurus)

Maka : F n = .Gn = Derajat tipe alir non NewtonLog G = a Log F Log Persamaan garis lurus, pseudoplastik disebut SHEAR THINNING SYSTEMN = 1 Larutan NEWTON

TIPE ALIRAN PLASTIK F < Yield Value Zat cair tidak mengalir Zat elastik (zat padat) F = Yield ValueZat mulai mengalir F > Field Value Pemberian F berikutnya akan menghasilkan G yang proporsional seperti Newton garis lurus Yield Value terjadi karena terjadi bergabungnya partikel dengan gaya van der waals

Badan BINGHAMAngka arah disebut mobilitas (= fluiditas ) pada NewtonHarga resiproknya adalah viskositas plastikViskositas plastikf = Yield valueF = Tek. GeserG = Kecepatan geser

Yield ValueYield Value Merupakan indikasi FlokulasiYield Value terlampaui setiap kenaikan shearing stress (F-f) kenaikan G berbanding lurus grafiknya lurus seperti pada Newton

TIPE ALIRAN DILATAN

- Penambahan F memperbesar void G bertambah cepat hingga suatu titik tertentu kemampuan mengisi void maksimum tahanan untuk mengalir besar jika F diperbesar lagi G tidak bertambah memadat (seperti pasta, kaku) Nama lain : Shear Thicking System Pers = Pers pseudoplastik ( N < 1). (N = 1) NEWTONKonsist.tinggi

NON NEWTON TIME DEPENDENTTIKSOTROPI = Zat padat ( 1-10 %) Zat dengan tipe ini membentuk gel pada saat didiamkan Pada pemberian F zat mulai mengalir menjadi sol Tiksotropi untuk tipe alir yang menipiskan geseran (pseudoplastik dan plastik)

Ada hubungan antara derajat tiksotropi dan kecepatan sedimentasi berbanding terbalik penting untuk pembuatan sediaan

ANTI TIKSOTROPI Kurva turun lewat kanan kurva naik Magma magnesia

MENGUKUR TIKSOTROPIDengan luas daerah histeresis1. Menentukan struktural breakdown terhadap waktu pada kecepatan geser tetapKoefisien tiksotropi

2.Menentukan struktural breakdown pada kecepatan geser yang bertambah (pemecahan struktur karena G)Koefisien tiksotropi U1 dan U2 = Viskositas plastik dua kurva yang menurun

Tiksotropi Dalam FormulasiKonsistensi tinggiDigojog dituang encer/cairMudah mengalir Kembali semula Sifat yang diinginkan Homogen, partikel tetap tersuspensi Tidak segera mengendap Homogen

Dibutuhkan dalam : Emulsi Lotion Cream Salep Suspensi parenteral (sebagai depot) Injeksi procain penisilin G dalam air

Derajat tiksotropiKecepatan pengendapanStabilitas suspensiMakin besar derajat tiksotropi makin kecil kecepatan pengendapan Salep/cream : Salep bacitracin usp dalam wadah tiksotropiDigunakan pada kulit tiksotropi hilang(karena tikso, konsistensi, yield value berkurang jika T dinaikkan : 20-35C)

Tiksotropi kembung Mis : Bentonit dalam air 10-15 % Kristal bentotit membentuk struktur Rumah kartu strukturTiga dimensi putaranHisteresis yang menggelembung

Tiksotropi taji Benzil penisilin, procain penisilin Y = Spur value = titik tajam dari pemecahan struktur pada suatu shear rate yang rendah Untuk sediaan depot intramuskuler yang tahan lama Biasanya sangat tiksotropi

Reopeksi zat padat ( 50 %) Peningkatan kecepatan pemadatan sol (dilatan) Sol menjadi gel lebih cepat diaduk perlahan-lahan

Viskositas dipengaruhi T : Persamaan ARRHENIUS = = A. e A = Tetapan tergantung BM dan volume Molar zat CairEv = Energi aktivasi yang dibuat untuk permulaan mengalir molekul-molekulT naik zat turun naik

Anti reopeksi = negatif reopeksiPENENTUAN VISKOSITAS LARUTAN/ZAT CAIRViskosimeter : alat untuk menentukan viskositasPenentu viskositas : Tergantung tipe alir Untuk Newton one point instrument Untuk non Newton multi point instrument

Berdasarkan prinsipnya : Viskosimeter kapiler Viskosimeter bola jatuh Viskosimeter cup and bob Viskosimeter cone and plate

Viskosimeter Ostwald

Besarnya hukum poiseuille = VISKOMETER KAPILER DAN BOLA JATUH TIDAK BISA DIGUNAKAN UNTUK MENGUKUR VISKOSITAS LARUTAN NON NEWTON1. Viskosimeter kapiler = viskosimeter ostwald

Alat dan perlakuan sama : t = waktu alir = kerapatan2. Viskometer bola jatuh : viskometer HoepplerDasarnya : Gerakan bola jatuh ditentukan oleh viskositas zat temperatur konstantHasil dihitung dengan rumus :t = waktu internal (detik)

Untuk bola macam-macam B = 0,5 200.000 poiseB = Tetapan Bolad = Bobot jenis pada suhut t > 30 detik3. Viskometer Cup dan Bob : viskometer standar

Q = Kecepatan sudut (radient det-1)T = Putaran (dyne.com)H = Tinggi bob tercelup dalam zat cairRb = Jari-jari bobRc = Jari-jari cupDengan memasukkan faktor-faktor yang berpengaruh stormermenent Kv = tetap alatW = beban (g)V = kecepatanputar (rpm)

Untuk tipe plastik Penggunaan viskositas ini terganggu karena timbulnya aliran sumbat karena adanya perbedaan shear stress4. Viskometer Cone and Plate : viskometer Ferranti - ShirleyViskometer BrookfieldZat Newton dihitung dengan : c : tetapan alatT : putaranV : kecepatan putar/menit

Zat tipe plastik dihitung dengan :Dengan ambang : f = Cf x TfTf = Putaran pada sumbu tekanan geser (ekstrapolasi bagian linier kurva)Cf = Tetapan alatLebih menguntungkan daripada viskometer cup and bob karena aliran sumbat dapat dihindarkan (rate of shear konstant pada seluruh sampel yang di shear) Hemat waktu, sampel (0,1 0,2 ml) Temperatur stabil (pengukuran)

Dalam viskometer Cup and Bob : sampel di shear diantara Cup dan Bob :

Bob (rotor)Cup (mangkuk) didalam diluar Gejala aliran sumbat penting pada : Pasta Suspensi pekatKeluar dari tube

Jika tube (lubang) tersumbat karena kering kita pencet (shear disekitar tube) konsisten turun pasta keluarStormer tidak baik untuk sistem plastik karena adanya aliran sumbat diatasi dengan viskometer cone and plateViskometer Cone and Plate :Sampel diletakkan pada plate di shear cone dikemudikan oleh motor dengan kecepatan yang dapat berubah

Shering stress yang dihasilkan oleh puntiran karena perubahan rate of shear dicatat / dibaca pada petunjuk Reogram : plot rpm (rate of shear) vs skala yang dibaca (shearing stress)Viskometer Cup and Bob : Tergantung Cup/Bob yang berputar Viskometer Copuette= cup berputar Viskometer mac Michael= cup berputar (mis) Viskometer Searley= bob berputar Viskometer Rotovisco= bob berputar (mis)