بشكل عام، إحدى مراحل المستحلب هي الماء أو المحلول المائي، والتي تسمى المرحلة المائية؛ والمرحلة الأخرى هي مرحلة عضوية لا تختلط بالماء، والمعروفة باسم المرحلة الزيتية.

1. التصنيف

ثلاث طرق للتصنيف:

1. تصنيف حسب المصدر: المنتجات الطبيعية والمنتجات الاصطناعية؛

2. تصنيفها حسب الوزن الجزيئي: مستحلبات ذات وزن جزيئي منخفض (c10-c20) ومستحلبات ذات وزن جزيئي مرتفع (c آلاف)؛

3. وفقًا لما إذا كان يمكن أن يتأين في المحلول المائي، يمكن تقسيمه إلى نوع أيوني (أنيونات، كاتيونات، وأنيونات وكاتيونات) ونوع غير أيوني.

هذه هي طريقة التصنيف الأكثر استخدامًا.

 

2. وظيفة ومبدأ المستحلبات

الوظيفة الرئيسية للمستحلبات هي تقليل التوتر السطحي للسائلين المستحلبين. لذلك، عند استخدام المواد الخافضة للتوتر السطحي كمستحلبات، يمتص أحد طرفي مجموعتها الكارهة للماء على سطح جزيئات السائل غير القابلة للذوبان (مثل الزيت)، بينما تمتد المجموعة المحبة للماء نحو الماء. تُرتب المواد الخافضة للتوتر السطحي بشكل اتجاهي على سطح جزيئات السائل لتكوين طبقة امتصاص محبة للماء (طبقة بينية)، وذلك لتقليل التجاذب المتبادل بين القطرات، وتقليل التوتر السطحي بين الطورين، وتعزيز التشتت المتبادل لتكوين المستحلبات.

يؤثر تركيز المادة الخافضة للتوتر السطحي بشكل مباشر على قوة قناع الوجه. فمع التركيز العالي، تُمتص جزيئات المادة الخافضة للتوتر السطحي على السطح، مُشكلةً قناع وجه كثيفًا وقويًا.

تختلف تأثيرات المستحلبات باختلاف أنواعها، كما تختلف الكمية اللازمة لتحقيق أفضل تأثير استحلاب. بشكل عام، كلما زادت القوة الجزيئية للمستحلب الذي يُشكّل قناع الوجه الحدودي، زادت قوة الغشاء وزاد ثبات المستحضر؛ على العكس، كلما انخفضت القوة، انخفضت قوة الغشاء وزاد عدم ثبات المستحلب.

عند وجود جزيئات عضوية قطبية، مثل الكحول الدهني والأحماض الدهنية والأمينات الدهنية، في قناع الوجه، تتحسن قوة الغشاء بشكل ملحوظ. ويرجع ذلك إلى تفاعل جزيئات المستحلب مع الجزيئات القطبية، مثل الكحول والأحماض والأمينات، في طبقة الامتصاص السطحية، لتكوين مركب، مما يزيد من قوة قناع الوجه السطحي.

المستحلب المكوّن من أكثر من مادتين فعالتين بالسطح هو مستحلب مختلط. بفضل التفاعل القوي بين الجزيئات، ينخفض ​​التوتر السطحي بشكل ملحوظ، وتزداد كمية المستحلب الممتصة على السطح بشكل ملحوظ، وتزداد كثافة ومتانة قناع الوجه السطحي المُشكّل.

أثناء تكوين المستحلب، ينخفض ​​التوتر السطحي بين الزيت والماء بشكل كبير بفضل مشاركة المواد الخافضة للتوتر السطحي، فيصبح مستحلبًا مستقرًا. ومع ذلك، يبقى التوتر السطحي بين الزيت والماء في المستحلب، والذي لا يصل إلى الصفر بسبب CMC أو قيود الذوبانية. لذلك، يُعدّ المستحضر نظامًا غير مستقر حراريًا.

التوتر السطحي بين الزيت والماء في المستحلب الدقيق منخفض جدًا لدرجة أنه لا يمكن قياسه. إنه نظام مستقر ترموديناميكيًا. يتحقق ذلك بشكل رئيسي بإضافة نوع ثانٍ من المواد الخافضة للتوتر السطحي ذات خصائص مختلفة تمامًا (مثل الكحولات متوسطة الحجم مثل البنتانول والهكسانول والهبتانول، والمعروفة باسم المواد الخافضة للتوتر السطحي المشتركة)، مما يُقلل التوتر السطحي إلى مستوى ضئيل جدًا، حتى أنه يُنتج قيمًا سالبة لحظية. يمكن تفسير ذلك بمعادلة امتزاز جيبس ​​للأنظمة متعددة المكونات.

 

3. نوع المستحلب

يكتب

المستحلب الشائع، إحدى مراحله هي الماء أو المحلول المائي، والمرحلة الأخرى هي مادة عضوية غير قابلة للذوبان في الماء، مثل الشحوم والشمع وما إلى ذلك. يمكن تقسيم المستحلب المتكون من الماء والزيت إلى ثلاثة أنواع:

(أ) نوع الزيت في الماء (O'W)
(هـ) الحليب المركب (وزن/وزن/وزن)
(ب) نوع الزيت في الماء (W/O)

(1) مستحلب زيت/ماء (0/W)، وهو مستحلب زيت مُشتت في الماء. الزيت طور مُشتت (طور داخلي)، والماء طور مُستمر (طور خارجي)، وهو مستحلب زيت في ماء، يُمكن تخفيفه بالماء. مثل الحليب، وحليب فول الصويا، إلخ.

(٢) مستحلب ماء/زيت (W/0)، وهو ماء مُشتت في الزيت. الماء هو طور مُشتت (طور داخلي)، والزيت هو طور مُستمر (طور خارجي) للماء في مستحلب الزيت. يُمكن تخفيف هذا النوع من المستحلبات بالزيت، مثل الزبدة الصناعية والنفط الخام، إلخ.

(3) المستحلبات على شكل حلقات، والتي تتشكل عن طريق التشتت المتناوب لمراحل الماء والزيت طبقة تلو الأخرى، تأتي بشكل رئيسي في شكلين: زيت في الماء وزيت في زيت 0/W/0 (أي طور مائي مع قطرات زيت مشتتة معلقة في طور الزيت وماء في زيت وماء في ماء W/0/W (أي طور زيت مع قطرات ماء مشتتة معلقة في طور الماء). هذا النوع من المستحلبات نادر ويوجد بشكل عام في النفط الخام.

 

طريقة فحص نوع المستحلب

(1) طريقة التخفيف

خفّف المستحلب بنفس سائل الطور المستمر. المستحلب القابل للذوبان في الماء هو من نوع الزيت/الماء، والمستحلب القابل للذوبان في الزيت هو من نوع الماء/الزيت.
على سبيل المثال، يُمكن تخفيف الحليب بالماء، ولكن لا يُمكن مزجه بالزيت النباتي. يُلاحظ أن الحليب عبارة عن مستحلب زيت/ماء.

(2) الطريقة التوصيلية

تختلف موصلية الماء والزيت اختلافًا كبيرًا، وموصلية مستحلب الزيت/الماء أكبر بمئات المرات من موصلية الماء/الزيت. لذلك، يُدخل قطبان كهربائيان في المستحلب، ويُوصَل النيون على التوالي في الحلقة، ويُضاء مصباح الزيت/الماء.

(3) طريقة التلوين

أضف 2-3 قطرات من الصبغة الزيتية أو المائية إلى أنبوب الاختبار، وحكم على نوع المستحلب وفقًا لنوع الصبغة التي يمكنها جعل الطور المستمر ملونًا بالتساوي.

(4) طريقة ترطيب ورق الترشيح

ضع المستحضر على ورق الترشيح. إذا تمدد السائل بسرعة وبقيت قطرة صغيرة في المنتصف، يكون المستحضر زيتًا في ماء؛ أما إذا لم تتمدد قطرات المستحضر، فيكون من نوع الزيت في الماء.

(5) طريقة الانكسار الضوئي

يُستخدم اختلاف معامل الانكسار بين الماء والزيت للضوء لتحديد نوع المستحلب. إذا كان المستحلب زيتًا في ماء، فإن الجسيمات تلعب دورًا في تجميع الضوء، ولا يمكن رؤية سوى محيطها الأيسر بالمجهر؛ أما إذا كان المستحلب ماءً في زيت، فإن الجسيمات تلعب دورًا في الاستجماتيزم، ولا يمكن رؤية سوى محيطها الأيمن بالمجهر؛

العوامل الرئيسية المؤثرة على نوع المستحلب

(1) حجم الطور:

اقترح أوستوالد نظرية حجم الطور من منظور هندسي. وتنص هذه النظرية على أنه بافتراض أن حبيبات السائل في المستحضر متساوية الحجم وكروية، فإن نسبة حجم الطور لحبيبات السائل لا تُمثل سوى 74.02% من الحجم الكلي عندما تكون مُتراصة بكثافة عالية. إذا تجاوز العدد الصحيح لحجم الطور لحبيبات السائل 74.02%، فسوف يتشوه المستحضر أو ​​يتلف.

(أ) مستحلب منسوج موحد غني بالقطرات
(ب) مستحلب التكديس الكثيف ذو القطرات غير المتساوية
(ج) تتطلب القطرات السائلة غير الكروية التكديس والمستحلب (غير مستقرة)

خذ مستحلب نوع O/W كمثال، إذا كان العدد المتكامل للطور للزيت أكبر من 74.02%، يمكن للمستحلب أن يشكل فقط نوع W/0، عندما يكون نوع O/i أقل من 25.98%، وعندما يكون الكسر 25.98% -74.02%، فإنه يمكن أن يشكل إما نوع 0/W أو نوع W0.

 

البنية الجزيئية وخصائص المستحلبات - نظرية الإسفين

تعتمد نظرية الإسفين على البنية المكانية للمستحلبات لتحديد نوع المستحلب. تشير هذه النظرية إلى أن مساحات المقطع العرضي للمجموعات المحبة للماء والكارهة للماء في المستحلبات غير متساوية. تُعتبر جزيئات المستحلبات أسافين، أحد طرفيها أكبر والآخر أصغر. يمكن إدخال الطرف الأصغر للمستحلب في سطح القطرة كالإسفين، وترتيبه بشكل اتجاهي عند السطح البيني بين الزيت والماء. يمتد الطرف القطبي المحب للماء إلى الطور المائي، بينما تمتد سلسلة الهيدروكربونات المحبة للدهون إلى الطور الزيتي، مما يؤدي إلى زيادة متانة السطح البيني.

 

تأثير مادة المستحلب على نوع المستحلب

بالإضافة إلى تأثير عوامل مثل مواد تركيب المستحلب وظروف تكوينه، تؤثر الظروف الخارجية أيضًا على نوع المستحلب. على سبيل المثال، يتميز جدار المستحلب بخصائص محبة للماء ومحبة للدهون، مما يسهل تكوين مستحلب الزيت/الماء عندما يكون جدار المستحلب محبًا للماء، بينما يسهل تكوين مستحلب الماء/الصفر عندما يكون جدار المستحلب محبًا للدهون. والسبب هو أن السائل يحتاج إلى الحفاظ على طبقة من الطور المستمر على الجدار، بحيث لا يسهل تشتته في حبيبات السائل عند التقليب. الزجاج محب للماء بينما البلاستيك كاره للماء، لذا فإن الزجاج عرضة لتكوين مستحلبات الزيت/الماء، بينما البلاستيك عرضة لتكوين مستحلبات الماء/الصفر.

 

نظرية سرعة تجميع المرحلتين

تنطلق نظرية سرعة الاندماج من تأثير سرعة اندماج النوعين من القطرات التي تشكل المستحلب على المستحلب، وتحكم بأن سرعة اندماج النوعين من القطرات تعتمد على سرعة اندماج النوعين من القطرات عندما يغطي المستحلب، وسمك القرش، والقتل معًا الطلب.

 

درجة حرارة

يؤدي ارتفاع درجة الحرارة إلى خفض درجة ترطيب المجموعات المحبة للماء، مما يقلل من محبة الجزيئات للماء. لذلك، قد يتحول مستحلب 0/w المتكون عند درجات حرارة منخفضة إلى مستحلب W/0 عند التسخين. درجة حرارة الانتقال هذه هي درجة الحرارة التي تصل عندها الخواص المحبة للماء والمحبة للدهون للمادة الفعالة بالسطح إلى حالة توازن مناسبة، تُعرف بدرجة حرارة انتقال الطور PIT.

ومع ذلك، عندما يكون تركيز المستحلب كبيرًا بما يكفي للتغلب على تأثير خاصية ترطيب مادة المستحلب، فإن نوع المستحلب المتكون يعتمد فقط على طبيعة المستحلب نفسه وليس له علاقة بمحبة الماء ومحبة الدهون لجدار الوعاء.