UNIVERZA V LJUBLJANI FAKULTETA ZA FARMACIJO · White soft paraffin (vaseline) is one of the most...
Transcript of UNIVERZA V LJUBLJANI FAKULTETA ZA FARMACIJO · White soft paraffin (vaseline) is one of the most...
UNIVERZA V LJUBLJANI
FAKULTETA ZA FARMACIJO
EVA ROŠ
RAZVOJ SKLOPA METOD ZA RAZLIKOVANJE MED
IZBRANIMI VZORCI NA OSNOVI BELEGA VAZELINA
DEVELOPMENT OF A SET OF METHODS IN ORDER TO
DISTINGUISH BETWEEN SELECTED SAPLES BASED ON
WHITE SOFT PARAFFIN
MAGISTRSKO DELO
MAGISTRSKI ŠTUDIJ INDUSTRIJSKE FARMACIJE
Ljubljana, 2015
I
Magistrsko nalogo sem opravljala na Fakulteti za farmacijo Univerze v Ljubljani, na
Katedri za farmacevtsko tehnologijo pod mentorstvom doc. dr. Alenke Zvonar
Pobirk, mag. farm.
ZAHVALA
Zahvaljujem se mentorici doc. dr. Alenki Zvonar Pobirk, mag. farm. za pomoč, strokovno
svetovanje in usmerjanje pri izdelavi magistrske naloge.
Za dostopnost, prijaznost in pomoč se zahvaljujem vsem zaposlenim na Katedri za
farmacevtsko tehnologijo.
Nenazadnje se zahvaljujem tudi svoji družini in prijateljem za spodbudo in podporo v času
študija.
IZJAVA
Izjavljam, da sem magistrsko delo izdelala samostojno pod mentorstvom doc. dr. Alenke
Zvonar Pobirk, mag. farm.
Eva Roš
II
KAZALO VSEBINE
POVZETEK…………………………………………………………………………...….IV
ABSTRACT………………………………………………………………………...……..V
1. UVOD………………………………………………………………………….....…..…1
1.1 VAZELIN……………………………………………………………………..…......1
1.1.1 Zgodovina vazelina……………..……………..………..………………….….....1
1.1.2 Lastnosti in uporaba vazelina……………………………………………….…....2
1.1.3 Pridobivanje in čiščenje vazelina………………………………………….….….3
1.1.4 Sestava in struktura vazelina………………………………………………..……3
1.2 REOLOGIJA……………………………………………………….………….….….5
1.2.1 Reološka klasifikacija snovi………………………………………...……..….….5
1.2.2 Viskoelastične lastnosti snovi……………………………………………..…..…7
1.2.3 Inštrumenti in senzorski sistemi za proučevanje reoloških lastnosti………....….8
1.2.4 Merjenje viskoelastičnih lastnosti snovi……………………………………....…9
1.3 UV-VIS SPEKTROSKOPIJA…………………………………………………....…11
1.3.1 Princip UV-VIS absorpcije…………………………………………………...…12
1.3.2 Optični sistem UV-VIS spektrofotometra…………………………………...….14
1.4 VREDNOTENJE SIJAJA in vivo: Skin-Glossymeter…………………………...….15
2. NAMEN DELA………………………………………………………………….….…17
3. MATERIALI IN METODE……………………………………………………...…...19
3.1 MATERIALI……………………………………………………………………..…19
3.2 METODE…………………………………………………………………………....20
3.2.1 Naprave in pripomočki za vrednotenje vazelinov, podlag in končnih mazil…....20
3.2.2 Reologija…………………………………………………………………….…..21
3.2.3 UV-VIS spektroskopija……………………………………………………….…23
3.2.4 Organoleptično vrednotenje vzorcev………………………………………….…25
3.2.5 Vrednotenje sijaja in vivo: Skin-Glossymeter………………………………...…25
III
4. REZULTATI IN RAZPRAVA……………………………………………………….27
4.1 REOLOGIJA……………………………………………………………………..…27
4.1.1 Ultracentrifugiranje vzorcev…………………………………………………….27
4.1.2 Rotacijska viskozimetrija……………………………………………………..…30
4.1.3 Oscilacijska viskozimetrija………………………………………………………34
4.2 UV-VIS SPREKTROSKOPIJA………………………………………………..……40
4.2.1 UV-VIS spektroskopija – raztopine………………………………………..……40
4.2.2 UV-VIS spektroskopija – primarni poltrdni vzorci………………………...……45
4.3 ORGANOLEPTIČNO VREDNOTENJE VZORCEV…………………….……..…49
4.4 VREDNOTENJE SIJAJA in vivo: Skin-Glossymeter………………………………50
5. SKLEP……………………………………………………………………………….…53
6. LITERATURA…………………………………………………………………...……55
7. PRILOGE……………………………………………………………………….……..59
7.1 PRILOGA 1: Rotacijska viskozimetrija………………………………………..……59
7.2 PRILOGA 2: Oscilacijska viskozimetrija - testi pri konstantni frekvenci oscilacije..63
7.3 PRILOGA 3: Oscilacijska viskozimetrija - testi pri različnih frekvencah oscilacije..66
IV
POVZETEK
Beli vazelin je ena izmed najpogosteje uporabljanih pomožnih snovi v poltrdnih dermalnih
farmacevtskih oblikah. Beli vazelin za farmacevtsko uporabo mora ustrezati monografiji
veljavne farmakopeje, vendar se tržno dostopni vzorci pomembno razlikujejo v lastnostih
in prisotnosti dodatkov (npr. antioksidantov), ki niso navedeni v spremni dokumentaciji.
Posledica je neponovljivo obnašanje izdelanih farmacevtskih oblik v odvisnosti od pogojev
izdelave in hranjenja. V magistrski nalogi smo poskušali razviti sklop metod, ki bi
omogočale medsebojno razlikovanje vzorcev belega vazelina ter iz njih izdelanih podlag in
mazil ter napovedovanje njihove fizikalne stabilnosti pri realnih pogojih hranjenja. V ta
namen smo vzorce izpostavili povišani temperaturi (1 mesec hranjenja pri 40 °C oz. 5
ciklov izmeničnega hranjenja 24h pri 40 °C in 24h pri -20 °C) in fizikalni obremenitvi
(ultracentrifugiranje) ter jih reološko ovrednotili. Za medsebojno razlikovanje vzorcev smo
uporabili tudi UV-VIS spektrofotometrijo ter jih organoleptično ovrednotili (ocenili smo
barvo, transparentnost in sijaj). Sijaj smo analizirali tudi kvantitativno z uporabo aparature
za vrednotenje sijaja kože po nanosu vzorcev.
S testi rotacijske in oscilacijske viskozimetrije smo v določeni meri lahko razlikovali med
vzorci. Ugotovili smo, da temperaturna in fizikalna obremenitev vzorcev vodi v porast
konsistence zaradi pojava sinereze. Na podlagi oscilacijske viskozimetrije smo vazelin,
podlage in mazila uvrstili v skupino snovi s šibko gelsko strukturo. Pri testih s konstantno
frekvenco oscilacije so vzorci v območju manjših amplitud strižne deformacije izkazovali
linearen viskoelastičen odziv, večje amplitude strižne deformacije pa so vodile v porušitev
strukture. Pogoji temperaturnega ciklanja in ultracentrifugiranja predstavljajo največjo
strukturno obremenitev vzorcev in so se v splošnem izkazali kot najbolj diskriminatoren
pristop za napovedovanje sprememb v notranji strukturi proučevanih vzorcev med
njihovim staranjem. Tudi UV-VIS spektroskopija omogoča določen obseg razločevanja
med vzorci na osnovi vazelinov. Dokazali smo linearno odvisnost absorbance od
koncentracije raztopin vzorcev v izooktanu; pri analizi neraztopljenih vzorcev so bile
razlike med le-temi manj izražene. Za vrednotenje sijaja vazelina in mazil se je kot
primerna metoda izkazalo organoleptično vrednotenje.
Sklop razvitih metod bi lahko pripomogel k boljši karakterizaciji in možnosti razlikovanja
med različnimi tržno dostopnimi tipi vazelina, posledično pa bi omogočal tudi lažji izbor
ustreznega tipa vazelina za vključevanje v formulacije v farmacevtski industriji.
V
ABSTRACT
White soft paraffin (vaseline) is one of the most commonly used excipients in semi-solid
dosage forms for dermal application. Vaseline for pharmaceutical use must meet the
applicable Pharmacopeia monograph, but the commercially available samples differ
significantly in properties and in presence of additives (eg. antioxidants) which are usually
not listed in the accompanying documentation. The result is to some extent unpredictable
behaviour of the finished dosage forms, depending on the conditions of manufacture and
storage. In the thesis, we aimed to develop a set of methods that would enable
differentiation between vaseline samples, its ointment bases and ointments and would also
help to predict their physical stability under real storage conditions. For this purpose, the
samples were exposed to elevated temperature (1 month of storage at 40°C or 5 cycles of
alternating storage for 24 hours at 40°C and 24 hours at -20°C) and physical stress
(ultracentrifugation), followed by rheologicall evaluation. In order to distinguish between
samples UV-VIS spectrophotometry and evaluation of organoleptic properties (color,
transparency and gloss) were also applied. In addition, the gloss was analyzed
quantitatively using a device for evaluating the gloss of the skin after samples application.
Destructive and non-destructive rheological measurements allow us to distinguish between
samples to a certain extent. It was confirmed that temperature and physical stress applied
leads to stiffer consistency of samples due to the occurrence of syneresis. Based on the
oscillatory viscosimetry all tested samples can be classified as a material with a weak gel
structure. When tested at constant frequency of oscillation, samples had shown a linear
viscoelastic response in the range of small amplitudes of shear strain, while larger
amplitudes led to collapse of the structure. The greatest structural stress for samples was
applied by temperature cycles and ultracentrifugation that have generally proven to be the
most discriminatory test conditions for predicting changes in the internal structure of the
studied samples during their aging. Also UV-VIS spectroscopy allows us to distinguish
between vaselin based samples to a certain extent. We have demonstrated a linear
dependence of absorbance on the concentration of the sample solution in isooctane; when
analyzing undissolved samples the differences between those were less expressed. For
gloss evaluation of vaselines and ointments sensory evaluation has proven to be
appropriate method.
VI
Set of developed methods could contribute to a better characterization of commercially
available vaseline, thereby allowing to differentiate between them. This would contribute
to more optimal selection of the appropriate type of vaseline for its integration into
formulations in pharmaceutical industry.
1
1. UVOD
1.1 VAZELIN
1.1.1 Zgodovina vazelina
Odkritje in začetki proizvodnje vazelina segajo v drugo polovico 19. stoletja. Leta 1859 so
v Pensilvaniji uspešno izvrtali prvo vrtino za črpanje surove nafte in takrat se je angleški
kemik Robert Chesebrough prvič srečal s črno voskasto snovjo. Iz te je leta 1869
ekstrahiral vazelin in tri leta kasneje tudi patentiral postopek njegove izdelave. Izdelek je
tržno poimenoval Vazelin; ime naj bi bilo sestavljeno iz nemške besede »wasser«, voda, in
grške besede »elaion«, olje. Takrat je namreč veljalo prepričanje, da so parafinska olja
posledica kemijske reakcije med ogljikom in vodikom vodnih molekul. To teorijo so v
dvajsetem stoletju ovrgli, ime pa se je ohranilo (1).
Proizvodnja vazelina se je začela leta 1870 v Brooklyn-u, štiri leta kasneje je bilo
ustanovljeno podjetje Chesebrough Manufacturing Company (New York). Vazelin (Slika
1) se je prodajal kot zdravilno in blažilno sredstvo ob poškodbah kože pa tudi kot podlaga
za mazila. Ker je bilo zanimanje sprva nizko, so prodajo pospeševali z razdeljevanjem
brezplačnih vzorcev gospodinjam in zdravnikom, Chesebrough pa je potoval in ljudem
demonstriral zdravilne učinke vazelina na svoji poškodovani koži, ki si jo je polil s kislino
ali opekel kar med predstavitvijo. Prvi večji kupec je bil farmacevt Edmond Fougera, ki je
vazelin prodajal v svoji lekarni v Brooklyn-u (1, 2).
Chesebrough si je prizadeval za večjo prepoznavnost in priznavanje blagodejnih učinkov
vazelina, zato je le tega pogosto predstavljal na različnih mednarodnih znanstvenih in
medicinskih dogodkih in prejel kar nekaj nagrad. Zanimanje je tako v Ameriki kot tudi v
Evropi skokovito naraslo leta 1876 po objavi prispevka v priznani londonski medicinski
reviji The Lancet. Splošno sprejetje s strani medicinske stroke je povzročilo širjenje
proizvodnje in distribucije vazelina (1).
Že takrat so poznali vrsto ugodnih učinkov vazelina, področja njegove aplikacije pa so se
posledično močno razširila. Najčistejši beli vazelin so uporabljali v medicinske namene in
za nego kože ter las, manj prečiščene rumene oziroma rdeče vazeline pa so uporabljali v
veterini in za nego usnjenih izdelkov, kot lubrikant so ga uporabljali tudi za strojno opremo
(1).
2
Slika 1: Ena izmed prvih oblik stekleničke za prodajo vazelina (3).
1.1.2 Lastnosti in uporaba vazelina
Vazelin (beli: white soft paraffin, Vaselinum album; rumeni: yellow soft paraffin,
Vaselinum flavum) je po Evropski farmakopeji definiran kot prečiščena in popolnoma
oziroma skoraj popolnoma razbarvana zmes poltrdnih ogljikovodikov, ki jih pridobivamo
iz nafte. Po izgledu gre za belo, skoraj belo ali rahlo rumenkasto transparentno, mehko in
mastno snov brez vonja in okusa, katere talina na svetlobi rahlo fluorescira. V vodi,
acetonu, etanolu in glicerolu je vazelin praktično netopen, raztaplja pa se v metilen kloridu,
benzenu, ogljikovem disulfidu, kloroformu, etru in heksanu (4, 5).
Vazelin je inertna snov z zelo malo nekompatibilnostmi. Uporablja se predvsem kot
pomožna snov v dermalnih farmacevtskih formulacijah (mazila, kreme, transdermalni
pripravki), kot glavni ekscipient se uporablja pri izdelavi mazil z aktivnimi učinkovinami,
ki so občutljive na hidrolizo. Deluje kot okluziv in emoliens; s preprečevanjem
izhlapevanja vode zadržuje vlago v koži, njegova absorpcija v kožo pa je minimalna.
Vazelin ima tudi terapevtsko funkcijo, in sicer se z njim prepojene sterilne gaze
uporabljajo za obvezo ran, s tem pa preprečimo lepljenje gaze na rano. Vazelin se zaradi
svoje lipofilne narave veliko uporablja tudi na področju kozmetike (5, 6).
Reološke lastnosti vazelina so določene z razmerjem med nerazvejanimi ogljikovodiki in
razvejanimi ogljikovodiki ter cikličnimi komponentami mešanice. Zaradi relativno
visokega deleža razvejanih in cikličnih ogljikovodikov je njegova konsistenca mehkejša,
zaradi česar je vazelin tudi idealna mazilna podlaga (5).
3
Vazelin je sam po sebi zaradi nereaktivne narave ogljikovodikovih komponent kemijsko
zelo stabilna snov. Težave s stabilnostjo običajno nastopijo zaradi prisotnosti manjšega
deleža nečistot (nenasičeni ogljikovodiki), katere lahko na svetlobi oksidirajo in vplivajo
na spremembo barve in vonja. Delež teh nečistot je odvisen od izhodiščne surovine in
obsega prečiščenja vazelina, zaviranje oziroma preprečitev oksidacije nečistot pa lahko
dosežemo z dodatkom ustreznih antioksidantov, kot so na primer butilhidroksianizol
(BHA), butilhidroksitoluen (BHT) ali alfa tokoferol (5).
Vazelin v splošnem velja za nedražečo in netoksično snov, vendarle pa je znanih nekaj
primerov alergijskih hipersenzitivnih reakcij ob dermalni uporabi, in sicer naj bi bili
alergeni policiklični aromatski ogljikovodiki, ki so prisotni kot nečistote (5). Ugotovljeno
je bilo, da so beli vazelini, kateri so tudi bolje prečiščeni, manj alergeni kot rumeni vazelini
in povzročajo manj hipersenzitivnih reakcij. Obstajajo razlike v alergenosti znotraj belih in
rumenih vazelinov med različnimi proizvajalci, tako da barva sama po sebi ni povsem
zanesljiv parameter za sklepanje na alergenost vazelina (7, 8).
1.1.3 Pridobivanje in čiščenje vazelina
Vazelin pridobivajo s procesom rafiniranja oziroma prečiščevanja nafte, in sicer gre za
poltrdni stranski produkt destilacije nafte. Iz tega stranskega produkta nato odstranijo
voske, dodajo pa lahko različne lažje frakcije za dosego ustrezne konsistence produkta. Z
obsežnimi procesi prečiščevanja vazelinu nato spremenijo barvo in odstranijo vonj, ta
proces pa je še podaljšan pri pridobivanju belega vazelina, saj je le temu potrebno
odstraniti praktično vso rumeno barvo. Proces prečiščevanja vazelina tako obsega
kombinacijo večih postopkov, kot so visoko tlačna hidrogenacija ali obdelava z žveplovo
kislino, sledi filtracija z uporabo adsorbentov. Naknadno je možno dodati ustrezne
antioksidante (5).
1.1.4 Sestava in struktura vazelina
Glavne komponente, ki sestavljajo vazelin, so ogljikovodiki C24 – C34 v nekristalni obliki.
Vazelin ni preprosta mešanica trdnih in tekočih ogljikovodikov, temveč gre za koloidno
strukturiran disperzni sistem, kjer trdni ogljikovodiki (10-30 %) sestavljajo trdno ogrodje
gela, na katerega se prek šibkih interakcij vežejo tekoče komponente (70-90 %) (9). Poleg
enostavnih acikličnih ogljikovodikov so v vazelinu prisotni tudi izoparafini in ciklični
ogljikovodiki, vsebuje pa lahko tudi nenasičene in aromatske ogljikovodike. Dolgoverižni
4
parafini tvorijo vlaknom podobne strukture, ki vazelinu dajo karakteristične lastnosti, kot
so plastičnost, tiksotropnost in vlečljivost (6). Za zagotavljanje optimalnih lastnosti
vazelinov za različna področja uporabe lahko proizvajalci vazelinu dodajo tudi sorodne
komponente, kot so mikrokristalinični vosek, trdni parafin, mineralna olja ipd., ki so prav
tako stranski produkt pridobivanja nafte (10).
Pomemben kriterij pri vrednotenju kakovosti vazelina je njegova strukturna stabilnost.
Vazelin je kot dvokomponentni koloidno disperzni sistem, sestavljen iz trdne in tekoče
faze, termodinamsko nestabilen in pogost neželen pojav pri vrednotenju njegove fizikalne
stabilnosti je izločitev tekoče faze, kar imenujemo sinereza (11). Med izdelavo vazelina se
med ohlajanjem taline oziroma med strjevanjem parafinov oblikuje kompaktna amorfna
tridimenzionalna notranja struktura. Do procesa izločevanja tekoče faze pride, kadar
vzorec shranjujemo daljše obdobje, ga izpostavimo temperaturnim spremembam ali
mehanskim obremenitvam. Zaradi termodinamske nestabilnosti se pri teh pogojih prične
gosto premreženo tridimenzionalno ogrodje, v katerem je imobilizirano veliko tekoče faze,
povezovati v večjo in bolj stabilno kristalinično strukturo. Pri tem nastane redkeje
premreženo ogrodje trdnih ogljikovodikov, ki ima posledično manjšo sposobnost vezave
tekoče faze. To vodi v porušenje prvotne strukture vazelina, trdno ogrodje se sesede,
tekoča faza pa se izloči (6, 11). Pri proizvodnji mazil je za homogeno porazdelitev
učinkovine potrebno veliko mešanja podlage. Pri izbiri ustreznega vazelina je v takšnih
primerih zelo pomemben dejavnik njegova občutljivost na vneseni strig, saj je le ta pogosto
vzrok za izločitev tekoče faze in nehomogeno vsebnost učinkovine v končni formulaciji (6,
12). Torej je v izogib tovrstnim težavam pri izbiri ustreznega vazelina pomembno
poznavanje razmerja njegovih glavnih komponent (n-parafini, izoparafini, ciklični
ogljikovodiki), saj bodo vazelini z večjim deležem izoparafinov tvorili bolj fino in gosto
premreženje ter lažje ohranjali strukturno stabilnost kot tisti z večjim deležem n-parafinov,
ki so zaradi redkejšega premreženja na strig bolj občutljivi in posledično bolj nagnjeni k
sinerezi (13).
Različne lastnosti vazelinov so torej posledica razlik v njihovi sestavi, le ta pa je odvisna
tudi od razlik v izhodiščni surovini (nafti), različno obsežnih postopkih prečiščevanja ter
tudi uporabe alternativnih belilnih procesov. Lastnosti različnih parafinov, pridobljenih na
primer v različnih serijah proizvodnje, se posledično lahko med seboj zelo razlikujejo. To
5
v farmacevtski industriji otežuje tako razvoj formulacij kot tudi kontrolo njihove kakovosti
in stabilnosti (10).
1.2 REOLOGIJA
Reologija je interdisciplinarna veda o tokovnem obnašanju in deformaciji materiala.
Številne realne snovi izkazujejo kompleksno obnašanje pod vplivom delovanja zunanje
sile, zato je v takih primerih potrebno upoštevati strukturo materiala pri reološki
opredelitvi preučevanega vzorca (14). Proučevanje reološkega obnašanja različnih snovi je
vedno bolj pomembno predvsem na področju optimizacije procesov proizvodnje (mešanje
komponent, polnjenje formulacij), kontrole kakovosti vstopnih surovin in končnih
farmacevtskih oblik ter pri formulaciji in razvoju novih produktov tako v farmacevtski kot
tudi v kozmetični industriji (6).
Poltrdni sistemi, kot je vazelin, povečini vsi izkazujejo viskoelastično obnašanje, zato je
njihova reološka opredelitev zelo zahtevna. Splošno znano je, da so reološke lastnosti
poltrdnih sistemov odraz njihove notranje strukture, ki odločilno vpliva na fizikalno
stabilnost, organoleptične lastnosti, mazljivost, difuzijo vgrajenih zdravilnih učinkovin ipd.
Vpogled v notranjo strukturo tovrstnih sistemov je zato bistvenega pomena tako v fazi
razvoja farmacevtskih izdelkov kot tudi kontroli njihove stabilnosti (15).
1.2.1 Reološka klasifikacija snovi
Viskoznost predstavlja notranjo upornost snovi proti toku, ki je posledica delovanja
medmolekularnih sil sosednjih plasti te snovi. Na viskoznost vplivajo parametri: strižna
hitrost, temperatura in tlak. Viskoznost (η) je premosorazmernostni faktor med strižno
napetostjo (τ) in strižno hitrostjo (�̇�), zveza pa je poznana kot Newtonov zakon:
𝜏 = 𝜂 ∙ �̇� (Enačba 1)
Reološko snovi klasificiramo na newtonske in ne-newtonske. Newtonske snovi so tiste, ki
pri danem tlaku in temperaturi ohranijo svojo viskoznost, ne-newtonskim snovem pa se
viskoznost spreminja glede na jakost in smer delovanja strižne sile, lahko je odvisna tudi
od trajanja delovanja striga. Snovi, katerih viskoznost je odvisna le od jakosti delovanja
strižne sile, imenujemo časovno neodvisne ne-newtonske snovi (psevdoplastični, plastični
in dilatantni sistemi), če pa se viskoznost pri konstantnih strižnih pogojih spreminja tudi s
6
časom in smerjo delovanja striga, takšne snovi imenujemo časovno odvisne ne-newtonske
snovi (tiksotropni in reopeksni sistemi) (14, 16).
V primeru newtonske snovi je odvisnost med strižno napetostjo in strižno hitrostjo
linearna, za snovi, ki izkazujejo strižno odvisno obnašanje, pa linearne odvisnosti ni (Slika
2). Realne časovno neodvisne ne-newtonske snovi lahko izkazujejo strižno odvisno
upadanje viskoznosti (»shear thinning«), kar lahko razlagamo z urejanjem notranje
strukture psevdoplastičnih snovi pod vplivom delovanja strižne sile oziroma v smeri
delovanja strižnega toka. Za plastične sisteme je značilna točka mejne strižne napetosti
(»yield point«), torej minimalna strižna napetost, pri kateri sistem steče. Pod mejno strižno
napetostjo se ti sistemi obnašajo kot elastični, nad njo pa kot plastični. Poznamo tudi snovi
s strižno odvisnim naraščanjem viskoznosti – dilatantni sistemi (»shear thickening«);
dilatanca pogosto nastopi pri suspenzijah z zelo visoko vsebnostjo trdnih delcev, kjer ni
dovolj tekoče faze, da bi se delci lahko orientirali v smeri toka, zato ob dovolj veliki strižni
sili nastopi neurejenost notranje strukture in viskoznost začne naraščati (14, 16).
Pri časovno odvisnih ne-newtonskih sistemih pride med obremenjevanjem vzorca do
porušitve notranje strukture, ki pa se po prenehanju delovanja striga ponovno delno
vzpostavi. Posledica tega je, da se viskoznost tiksotropnih sistemov s časom in naraščajočo
obremenitvijo znižuje (geli). Reopeksni sistemi pa ravno obratno med obremenitvijo
vzpostavijo določeno strukturo, ki poveča viskoznost, ob prenehanju obremenitve pa se
viskoznost ponovno zmanjša (15, 16).
Slika 2: a) Viskoznostne in b) tokovne krivulje newtonskih in ne-newtonskih sistemov (16).
Z reološkimi analizami so ugotovili, da tridimenzionalna mrežna struktura vazelina
prispeva k uporu (čeprav majhnemu) ob izpostavitvi le tega strižni obremenitvi. Vazelin
7
izkazuje lastnosti psevdoplastične ne-newtonske snovi s strižno odvisnim upadanjem
viskoznosti (»shear thinning«), ki je posledica spremembe v notranji strukturi. Slednja se
namreč pod vplivom mehanske strižne sile preuredi v smeri strižnega toka oziroma se
poruši (6).
1.2.2 Viskoelastične lastnosti snovi
Sisteme, ki imajo tako elastične kot viskozne lastnosti, imenujemo viskoelastične. V to
skupino sodi večina realnih snovi, tudi številne farmacevtske oblike, kot so suspenzije,
mazila, geli ipd. (17).
Notranja mikrostruktura snovi v mirujočem stanju zavzame energetsko najugodnejše
stanje. Ob deformaciji snovi termodinamske sile težijo k povrnitvi mikrostrukture v stanje,
katerega snov zavzame med mirovanjem. Proces je podoben tistemu pri raztegovanju
vzmeti, kjer elastična sila deluje v smeri povrnitve vzmeti v začetno lego. Ta oblika
energije je izvor elastičnosti v strukturiranih snoveh. Značilnost idealno elastičnega
sistema je linearen odnos med mehansko napetostjo (τ) in deformacijo (γ), seveda le do
določene meje, kar opisuje Hookov zakon (teorija o elastičnosti; proporcionalnostni faktor
je elastični strižni modul G, ki je merilo togosti snovi):
𝜏 = 𝐺 ∙ 𝛾 (Enačba 2)
Večina realnih snovi izkazuje tako viskozne kot tudi elastične lastnosti, kar pomeni, da del
energije, ki jo vnesemo v sistem, shranijo, po prenehanju delovanja striga pa to energijo
uporabijo za delno povrnitev oblike v prvotno stanje (14, 17).
Slika 3: Prikaz odvisnosti strižne napetosti od strižne deformacije snovi. Hookov zakon velja le v
začetnem delu (na sliki modri del krivulje), kjer je strižna napetost premo sorazmerna s strižno
deformacijo (18).
8
Pri deformaciji strukturirane viskoelastične snovi deformacija linearno narašča z vneseno
silo, vendar le do neke mere, pri velikih deformacijah se namreč mikrostruktura lahko
močno spremeni oziroma pride do porušenja notranje strukture snovi (Slika 3). Posledično
se pri velikih strižnih deformacijah sicer strukturirana snov pogosto obnaša tiksotropno.
Razlika med viskoelastičnim in tiksotropnim obnašanjem je, da se pri linearnem
viskoelastičnem odzivu (LVO) po prenehanju delovanja sile takoj vzpostavi prvotna
mikrostruktura sistema, pri tiksotropnem obnašanju pa pod vplivom strižne sile pride do
podiranja in ponovne delne izgradnje mikrostrukture, kar zahteva določen čas. Zaradi
navedenega viskoelastične lastnosti snovi običajno določamo v območju LVO (pogoji
majhnih deformacij), pri čemer lahko ovrednotimo viskozni in elastični doprinos k
viskoelastičnemu odzivu, reološka karakterizacija pa nam omogoča sklepati o fizikalnem
stanju mikrostrukture. Na podlagi ugotovitev o strukturi lahko nadalje opredelimo na
primer stopnjo mešljivosti, vpliv različnih dodatkov na stabilnost strukture itd. (14).
1.2.3 Inštrumenti in senzorski sistemi za proučevanje reoloških lastnosti
Reološko obnašanje preučujemo z različnimi inštrumenti, kot so viskozimetri in reometri,
izbira ustreznega inštrumenta pa je odvisna od lastnosti snovi in namena reološkega
proučevanja. V splošnem inštrumente delimo v dve skupini. Prvo predstavljajo absolutni
inštrumenti (rotacijski in kapilarni reometri ter viskozimetri), pri katerih lahko vrednosti
strižnih hitrosti oziroma strižnih napetosti izračunamo s pomočjo merljivih in nastavljivih
količin ter s pomočjo geometrijskih karakteristik izbranega senzorskega sistema. Druga
skupina so relativni instrumenti (viskozimeter s padajočo kroglico, viskozimeter s
turbinskimi mešali, penetrometer) pri katerih strižni pogoji med meritvijo niso natančno
določeni, viskoznost preučevane tekočine pa določimo primerjalno glede na tekočino
znane viskoznosti (14).
Pri izvedbi meritev z absolutnimi inštrumenti je potrebno izpolniti sledeče pogoje: meritve
je potrebno izvajati v pogojih laminarnega toka, zagotoviti moramo izotermne pogoje, saj
je viskoznost snovi močno odvisna od temperature, preprečiti moramo zdrs na meji med
preučevano snovjo in senzorskim sistemom. Nadalje moramo zagotoviti pogoje
enostavnega striga in se izogniti vplivom robnih pogojev (npr. robnih efektov senzorskih
sistemov) (14).
9
Proučevanje reoloških lastnosti snovi zahteva tudi izbiro ustreznega senzorskega sistema.
Primeren senzorski sistem izberemo glede na vrsto snovi (viskoznost, sestavo, stopnjo
strukturiranosti, prisotnost in velikost delcev, hlapnost), pogoje pri merjenju (destruktivni
ali nedestruktivni strižni pogoji), temperaturno območje in dodatne zahtevane pogoje
(inertna atmosfera, povišan tlak, ipd.) (14).
Glede na geometrijo ločimo tri različne senzorske sisteme, in sicer sistem koaksialnih
valjev, sistem plošče in stožca ter sistem dveh vzporednih plošč (Slika 4). Pri sistemu
koaksialnih valjev se proučevana tekočina nahaja v reži med valjema, sistem pa deluje
tako, da en valj rotira z določeno kotno hitrostjo, drugi pa miruje. Pri senzorskem sistemu
stožec-plošča se vzorec nahaja v reži med stožcem in ploščo; glavne prednosti takšnega
sistema so enostavnost odmerjanja vzorca in čiščenja sistema, majhne količine potrebnega
vzorca za izvedbo meritve ter enaka strižna hitrost in strižna napetost po celotnem vzorcu
(pri manjših kotih stožca). Tudi ta sistem deluje tako, da en del (stožec ali plošča) rotira z
določeno kotno hitrostjo, drugi del pa miruje. Senzorski sistem dveh vzporednih plošč
deluje podobno, vendar pa se ta sistem razlikuje od sistema stožec-plošča v tem, da se
strižna hitrost spreminja po polmeru plošče in s tem po celotnem vzorcu (14).
a) b) c)
Slika 4: Tipične geometrije senzorskih sistemov reometrov. a) sistem koaksialnih valjev, b) sistem
stožec-plošča in c) sistem vzporednih plošč (14).
V nekaterih izvedenih študijah so pri meritvah uporabili senzorske sisteme, katere so
prekrili s peskano površino, s tem so se namreč izognili zdrsu vzorcev iz reže sistema med
samo izvedbo meritev (19).
1.2.4 Merjenje viskoelastičnih lastnosti snovi
Viskoelastične lastnosti snovi merimo pri t. i. nedestruktivnih strižnih pogojih, kjer
pridobimo območje linearnega viskoelastičnega odziva. Za ta namen uporabljamo dve
10
merilni tehniki, in sicer dinamične teste (oscilatorni testi) in statične teste (testi lezenja in
obnove, »creep - recovery«). Tovrstne meritve so z modernejšimi reometri izvedljive tudi
pri destruktivnih strižnih pogojih (nelinearni viskoelastični odziv), vendar je sama izvedba
meritev in analiza eksperimentalnih podatkov zelo zahtevna (14).
Pri oscilatornih strižnih pogojih se strižna deformacija s časom spreminja sinusno z
določeno frekvenco in amplitudo. Oscilatorno testiranje z dovolj majhno amplitudo strižne
deformacije omogoča določitev viskozne in elastične komponente snovi pri
nedestruktivnih strižnih pogojih. Odziv snovi na vsiljeno sinusno spreminjanje strižne
deformacije je časovno odvisno nihanje strižne napetosti z enako frekvenco a drugačno
amplitudo, pri čemer je elastični odziv trdnega telesa v fazi z vsiljeno strižno deformacijo,
viskozni odziv tekočine pa nastopi s faznim zamikom (Slika 5). Doprinos elastične in
viskozne komponente viskoelastičnega odziva realne snovi lahko določimo le, če poznamo
fazni zamik med inducirano strižno deformacijo in nastalo strižno napetostjo (14).
Slika 5: Odziv realne viskoelastične snovi pri oscilacijskem testu. Odziv na vsiljeno sinusno
nihanje strižne deformacije je nihanje strižne napetosti z enako frekvenco in različno amplitudo,
zamaknjeno za določen fazni zamik (14).
Celoten odpor snovi na sinusno deformacijo je določen s kompleksnim modulom G*, ki
predstavlja vsoto elastične in plastične komponente sistema. Sestoji torej iz dveh
dinamičnih količin; prva je elastični (»storage«) modul G', ki je v fazi z vsiljeno strižno
deformacijo in je merilo elastičnega obnašanja sistema ter njegovega upiranja
preoblikovanju. Predstavlja količino energije, ki jo sistem shrani in uporabi za povrnitev
oblike v prvotno stanje. Druga količina je viskozni oz. plastični (»loss«) modul G'', ki je
izven faze vsiljene strižne deformacije in opisuje viskozno obnašanje sistema; predstavlja
količino njegove izgubljene energije (15).
11
Ker so viskoelastične lastnosti odvisne od časovnega poteka strižne deformacije, lahko s
spreminjanjem frekvence oscilacije spreminjamo časovni potek strižne deformacije znotraj
določenega frekvenčnega intervala. Prehod iz linearnega v nelinearen viskoelastični odziv
torej opredeljuje kritična amplituda strižne deformacije, ki je odvisna od frekvence
oscilacije. Nadaljnje teste, pri katerih spreminjamo frekvenco oscilacije, izvajamo v
območju amplitud, nižjih od zgornje meje linearnega viskoelastičnega odziva pri določeni
frekvenci oscilacije. Tako določimo frekvenčno odvisnost dinamičnih količin G' in G'' pri
pogojih, kjer se notranja struktura snovi ohranja, oziroma preučujemo vpliv frekvence
oscilacije na viskozni in elastični doprinos k viskoelastičnemu odzivu snovi (Slika 6).
Pogosto to odvisnost imenujejo tudi mehanski spekter snovi, saj omogoča sklepati o tipu
mikrostrukture snovi, jakost vezi med strukturnimi elementi ipd. (14).
Slika 6: Shematski prikaz frekvenčne odvisnosti dinamičnih modulov G' in G'' viskoelastične snovi
v širokem frekvenčnem območju. 1 - viskozno področje, 2 - prehodno območje, značilno za
strukturirane viskoelastične tekočine, 3 - elastično področje, značilno za viskoelastične poltrdne
snovi, 4 - prehodno žilavo področje, značilno za viskoelastične trdne snovi, 5 - steklasto področje
(14).
1.3 UV-VIS SPREKTROSKOPIJA
UV-VIS spektroskopija je ena najpogosteje uporabljanih tehnik na področju farmacevtske
analize. Rutinsko se uporablja za kvantitativno določevanje vsebnosti topljenca v raztopini,
uporablja pa se tudi za kvalitativno analizo oz. identifikacijo snovi (predvsem potrjevanje
njihove istovetnosti), zasledovanje kemičnih reakcij (encimske reakcije), raziskavah
strukture DNA, študijah strukturnih lastnosti, medmolekulskih interakcij ipd. (20).
12
1.3.1 Princip UV-VIS absorpcije
Molekule lahko ob izpostavitvi določenim vrstam svetlobe z le to reagirajo (absorbirajo
energijo), intenziteta svetlobe pri prehodu skozi vzorec pa se ob tem zmanjša. Absorpcija
UV (190 – 400 nm) in vidne (400 – 800 nm) svetlobe je povezana z vzbujanjem elektronov
v atomih in molekulah v višja energijska stanja. Ker so velikosti energijskih stanj
določene, lahko prehod elektronov v višja stanja sproži le svetloba s točno določeno
količino energije, ta pa je določena z valovno dolžino svetlobe. Najnižje energetsko stanje
molekul oz. atomov je t. i. osnovni oz. nevzbujeni nivo. Kadar molekula absorbira
določeno energijo (svetlobo), se elektroni vzburijo in preskočijo na višji energetski nivo,
kar imenujemo ekscitacija. Takšno molekulo oz. del molekule, ki absorbira svetlobo
določenih valovnih dolžin, imenujemo kromofor. Fazi ekscitacije sledi relaksacija, ko se
elektroni vračajo v svoja osnovna stanja. Ta prehod se izraža tudi kot izguba energije
zaradi vibracij in rotacij same molekule, oddane toplote ter izgube energije na račun trkov
med molekulami. Kadar absorpciji sledi emisija svetlobe druge valovne dolžine, govorimo
o fluorescenci (20).
Razmerje med intenzitetama prepuščene (I) in vpadne (I0) svetlobe imenujemo prepustnost
oz. transmitanca (T), ki nam pove odstotek prepuščene svetlobe,
𝑇 = 𝐼𝐼0
(Enačba 3)
pri čemer I0 predstavlja intenziteto svetlobe, s katero osvetljujemo vzorec, I pa intenziteto
izhodne svetlobe (21).
Prepustnosti oz. transmitanci komplementarna je absorpcija oz. absorbanca (A). Absorpcija
predstavlja proces, zaradi katerega se pri prehodu svetlobe skozi snov, ki valovanje
absorbira, intenziteta svetlobe zmanjša (21).
Zvezo med absorbanco in koncentracijo snovi v merilni kiveti opisuje Beer-Lambertov
zakon, ki pravi, da je absorbanca vzorca sorazmerna koncentraciji določevanega analita,
dolžini optične poti svetlobnega žarka in absorptivnosti oz. ekstinkcijskemu koeficientu, ki
je značilen za določeno snov:
𝐴 = log �𝐼0𝐼� = 𝜀 ∙ 𝑐 ∙ 𝐿 (Enačba 4)
13
kjer je I0 intenziteta vpadne svetlobe določene valovne dolžine, I intenziteta izhodne
svetlobe, ε ekstinkcijski koeficient, c koncentracija topljenca in L dolžina optične poti (20).
Pri spektralni analizi z merjenjem in prikazom odvisnosti absorbance od valovne dolžine
svetlobe dobimo absorpcijske spektre, ki so značilni za določene snovi. Valovna dolžina
absorbirane svetlobe je namreč odvisna od funkcionalnih skupin ali razporeditve atomov v
vzorcu (kemijska struktura). Kromofori so pogosto molekule s konjugiranimi dvojnimi
vezmi, ki so prisotne tudi v aromatskih spojinah. Absorpcijski spekter je tako lahko
uporaben tudi za identifikacijo oziroma potrjevanje identifikacije posameznih snovi (20).
Glede na barvo snovi lahko tudi predvidimo, katere valovne dolžine bo vzorec absorbiral.
Ob presvetlitvi vzorca z belo svetlobo se absorbirajo določene valovne dolžine, izhodna
svetloba pa bo tako prevzela komplementarno barvo absorbiranim valovnim dolžinam
(Slika 7). Tudi brezbarvne snovi imajo svoj spekter, vendar slednje absorbirajo v IR ali UV
območju in ne v vidnem spektru elektromagnetnega valovanja (20).
Slika 7: Barvno kolo; nasproti ležeče barve so komplementarne barve (20).
Glede na kemijsko sestavo vazelina (enostavni aciklični ogljikovodiki, izoparafini, ciklični
ogljikovodiki in tudi nenasičeni in aromatski ogljikovodiki) lahko sklepamo, da bodo
komponente, ki bodo absorbirale znotraj UV oz. vidnega območja, predvsem nenasičene
oziroma konjugirane vezi v aromatih in konjugiranih olefinih. Upoštevajoč tudi
razbarvanost vzorcev kot posledica procesov čiščenja vazelina pa sklepamo na absorpcijo
v UV območju. Kot je znano, nasičeni ogljikovodiki ne absorbirajo svetlobe med 200 nm
14
in 1000 nm valovne dolžine, saj za vzbuditev elektronov rabijo več energije, zato ne
pričakujemo njihovih prispevkov k absorbanci znotraj tega območja (22, 23).
1.3.2 Optični sistem UV-VIS spektrofotometra
V optičnem sistemu UV-VIS spektrofotometra HP 8453 (Slika 8) vir svetlobe predstavljata
dve žarnici, in sicer volframova žarnica za vidno in devterijeva žarnica za UV območje.
Sledi leča, ki ustvari enoten vzporedni žarek svetlobe. Slednji potuje skozi zaslonko
oziroma optični filter, ki uravnava intenziteto žarka in iz polikromatske svetlobe izolira
želen pas valovnih dolžin (monokromatska svetloba). Žarek nadaljuje pot skozi vzorec do
spektrografske leče in reže. S pomočjo konkavne halografične rešetke se svetloba nato
razprši na niz fotodiod, ki optični signal prevedejo v ustrezno električno napetost. Slednjo
lahko pretvorimo v numerično vrednost (24).
Slika 8: Optični sistem UV-VIS spektrofotometra (25).
Predstavljeni optični sistem je značilen za novejše generacije sprektrofotometrov. Pri
konvencionalih pa je običajno vrstni red optičnih komponent drugačen (Slika 9), in sicer
viru polikromatske svetlobe sledi monokromator, sestavljen iz disperznega sistema (prizma
ali uklonska mrežica, ki vpadno svetlobo razprši na posamezne valovne dolžine) ter
dodatnih leč (zbiralna in žariščna) in rež (vhodna in izhodna). Šele po tem izbrana valovna
dolžina presvetli vzorec ter doseže fotoelektrični detektor, ki je najpogosteje
fotopomnoževalka ali fotodioda (21). Tovrstni optični sistem s konkavno halografično
rešetko kot disperznim sistemom vsebuje tudi naprava TecanSafire2, ki ga bomo uporabili
za analizo vzorcev na mikroploščah (26).
15
Slika 9: Optični sistem na osnovi monokromatorja (21).
1.4 VREDNOTENJE SIJAJA in vivo: Skin-Glossymeter
Sijaj vzorcev določamo na podlagi meritev direktnega odboja svetlobe od preiskovane
površine. Na ta način deluje tudi Skin-Glossymeter GL 200, sonda, ki jo uporabljamo za
merjenje sijaja na koži, ustnicah in laseh (27).
S sondo preiskovano površino osvetlimo s snopom bele svetlobe pod kotom 60° (zelena
puščica na Sliki 10). Del svetlobe se zrcalno odbije pod enakim kotom (modra puščica na
Sliki 10), del svetlobe pa se absorbira v površino kože oz. difuzno odbije od le te (rdeče
puščice na Sliki 10). Sonda meri tako delež zrcalno odbite svetlobe, ki je merilo za sijaj
kože, kot tudi difuzno odbito svetlobo. Slednjo meri pod kotom 0°, pri čemer upoštevamo
predpostavko, da se difuzna svetloba sipa v vse smeri enakomerno. Zaradi majhne glave
sonde, ki je zato bolj praktična za rokovanje, se vpadni koti svetlobe nadzorujejo s
pomočjo sistema zrcal znotraj ohišja sonde (28).
Industrijske naprave za merjenje sijaja običajno primerjajo površine s podobno strukturo,
barvo in sijajem, zato v takšnih primerih delež difuzno odbite svetlobe lahko zanemarimo.
Nasprotno pa se koža razlikuje (tako na različnih predelih telesa kot med posamezniki)
tako v strukturi in sijaju kot tudi v barvi. Skin-Glossymeter sonda ima zato možnost
upoštevanja tovrstnih različnih lastnosti kože in izničiti njihov vpliv na rezultate meritev,
in sicer z metodo korekcije sipane svetlobe DSC (»Diffuse scattering correction«). Z
upoštevanjem korekcije sipane svetlobe torej eliminiramo prispevek difuzno odbite
svetlobe k meritvi sijaja, kar nam omogoča uspešno primerjanje sijaja kože ne glede na tip
in barvo le te (29).
16
Slika 10: Način delovanja sonde Skin-Glossymeter GL 200 (29).
Merjenje sijaja kože ima pomembno vlogo v kozmetični industriji, kjer se uporablja za
vrednotenje učinkovitosti izdelkov za nego kože obraza in telesa, izdelkov za nego las in
dekorativnih kozmetičnih izdelkov, kot so šminke, pudri, ipd. Zaželeno je namreč, da so
tako koža kot lasje naravnega in sijočega izgleda, vendar brez vtisa mastnega videza (29).
17
2. NAMEN DELA
Vrednotenje kvalitete belega vazelina je glede na farmakopejo in primerljive literaturne
vire omejeno predvsem na analizo čistosti snovi ter določitev določenih fizikalnih
konstant, ki posredno opisujejo reološke lastnosti materiala. Posledično lahko istemu
predpisu ustreza več različnih vazelinov, ki pa se razlikujejo že po izgledu in se lahko tudi
v praksi bistveno različno obnašajo. Zato bomo v nalogi skušali razviti sklop metod, ki bi
omogočale podrobnejše razlikovanje med vzorci na osnovi vazelina in posledično lažjo
odločitev pri izbiri ustreznega vazelina za vključitev v formulacijo v farmacevtski
industriji.
Izbrane vzorce (štiri vazeline, dve podlagi in štiri mazila) bomo vrednotili z namenom
ugotavljanja vpliva izpostavitve vzorcev različnim stresnim pogojem (temperaturna in
fizikalna obremenitev) na njihovo fizikalno stabilnost. Vzpostaviti želimo tudi povezavo
med pridobljenimi rezultati in sestavo vzorcev, ki bi omogočala napovedovanje obnašanja
slednjih v realnih pogojih hranjenja in uporabe. S tem razlogom se pri vrednotenju
reoloških parametrov ne bomo osredotočali na absolutne vrednosti le teh, temveč na
relativne vrednosti, ki ponazarjajo spremembe v strukturi vzorcev s časom.
Pri fizikalni obremenitvi vzorcev z ultracentrifugiranjem bomo gravimetrično vrednotili
tekočo fazo vzorcev. Rezultate bomo v nadaljevanju primerjali z rezultati reoloških
meritev; predvidevamo, da so reološke lastnosti vzorcev pogojene tudi z deležem tekoče
faze v le teh.
Pri reološkem vrednotenju temperaturno in fizikalno obremenjenih vzorcev bomo
primerjali viskoznostne krivulje vzorcev, ki prikazujejo odvisnost viskoznosti od strižne
hitrosti (destruktivna metoda). Pod oscilacijskimi tokovnimi pogoji bomo pri konstantni
frekvenci oscilacije vzorce obremenili tudi z zvezno naraščajočo amplitudo strižne
deformacije in določili delež viskoznega in elastičnega doprinosa k viskoelastičnemu
odzivu vzorcev. Določili bomo tudi območje linearnega viskoelastičnega odziva, znotraj
katerega bomo nato na podlagi oscilatorne reometrije določili frekvenčno odvisnost
dinamičnih količin pri pogojih, ko se notranja struktura vzorcev ohranja (nedestruktivni
strižni pogoji).
18
Z metodo UV-VIS spektrofotometrije bomo vzorcem vazelinov, podlag in mazil
raztopljenih v ustreznem topilu določili absorpcijske spektre. V ta namen bomo najprej
testirali topnost vzorcev v različnih topilih (etanol, dimetilsulfoksid, oktanol in izooktan).
Kot topilo za UV-VIS spektrofotometrično analizo bomo izbrali tisto topilo, v katerem
bodo vzorci najbolje topni. Pri valovni dolžini maksimalnih vrednosti absorbanc bomo
testirali, ali obstaja linearna odvisnost absorbance od koncentracije raztopin vzorcev. UV-
VIS spektroskopijo bomo izvedli tudi na primarnih (neraztopljenih) poltrdnih vzorcih,
katerih taline bomo predhodno prenesli v mikrotitrske plošče.
V sklopu organoleptičnega vrednotenja bomo vzorcem na podlagi vizualne ocene določili
barvo, transparentnost in sijaj. Sijaj vzorcev bomo poleg kvalitativne ocene določili tudi
kvantitativno z napravo Skin – Glossymeter ter nato primerjali skladnost rezultatov
pridobljenih z različnima metodama.
19
3. MATERIALI IN METODE
3.1 MATERIALI
Vrednotili smo 10 vzorcev, in sicer 4 različne vazeline, 2 mazilni podlagi in 4 mazila.
• Vazelin 1
• Vazelin 2
• Vazelin 3 (predčasno 24 h segrevan na 70 °C)
• Vazelin 4
• Podlaga 1
• Podlaga 2
• Mazilo 1
• Mazilo 2
• Mazilo 3
• Mazilo 4
Oktanol
Oktanol (Merck KGaA, Nemčija) – brezbarvno organsko topilo značilnega vonja, ki se ne
meša z vodo. V njem je topnih mnogo organskih spojin, prednost njegove uporabe pa je
možnost spektroskopskega določanja vsebnosti raztopljenih komponent (30).
DMSO
Dimetil sulfoksid (DMSO) (Merck KGaA, Nemčija) je polarna brezbarvna viskozna
tekočina, ki se meša z vodo, alkoholom in etrom. Je rahlo grenkega okusa s sladkim
priokusom, brez vonja in je izredno higroskopen (5).
Etanol
Etanol (Sušnik, Slovenija) je bistra, brezbarvna, hlapljiva tekočina z značilnim vonjem in
ostrim okusom. 96 % etanol uporabljamo kot topilo (5).
Izooktan
Izooktan (2,2,4-trimetilpentan) (Merck KGaA, Nemčija) je organsko topilo, in sicer gre za
brezbarvno tekočino z vonjem po bencinu. Je lahko vnetljiv in draži kožo, ob inhalaciji
20
povzroča omotičnost. Izooktan razreda EMSURE® je primeren za uporabo v različnih
analiznih postopkih (31, 32).
3.2 METODE
3.2.1 Naprave in pripomočki za vrednotenje vazelinov, podlag in končnih mazil
Naprave in pripomočki, ki smo jih uporabljali za vrednotenje vzorcev, so zbrani in kratko
predstavljeni v Preglednici I.
Preglednica I: Podatki o uporabljenih napravah in pripomočkih.
Oprema Model in proizvajalec
Analitska tehtnica AG245, Mettler Toledo, Švica
Centrifugirke Thermo Fisher Scientific Inc., ZDA
Centrifuga Thermo Scientific Sorvall WX Ultra Series Centrifuge, Thermo Fisher Scientific Inc., ZDA
Reometer Physica 301 MCR, Anton Paar, Avstrija
Erlenmajerice 50 ml NS 9/32, DURAN, Lenz, Nemčija
Magnetno mešalo RO15, IKA®-WERKE, Nemčija
UV-VIS spektrofotometer Agilent 8453, Agilent technologies (Hewlett-Packard), ZDA
Kiveta 100-QS, pot svetlobe 10 mm, Hellma, Nemčija
Volumetrične bučke (5 ml in 10 ml) Duran Group, Nemčija
Filter (RC 0,45 μm) Lab Logistics Group, Nemčija
Grelnik Rotamix 550 MMH, Tehtnica Železniki, Slovenija
Testne plošče (24 in 96 vdolbin) 92024, TPP, Švica E-plate 96, ACEA Biosciences, ZDA
Avtomatske pipete (100 µl in 1000 µl) Biohit, Sartorius AG, Nemčija
Sistem za detekcijo mikroplošč na osnovi monokromatorja Tecan Safire2, Tecan Trading AG, Švica
Naprava za merjenje biomehanskih parametrov kože
Cutometer MPA 580, Courage+Khazaka electronic GmbH, Nemčija
Glossymeter Skin-Glossymeter GL 200, Courage+Khazaka electronic GmbH, Nemčija
21
3.2.2 Reologija
Priprava vzorcev za študije stabilnosti – obremenitveni testi
Vzorce smo izpostavili temperaturni in fizikalni obremenitvi, nato pa smo v nadaljevanju
določali reološke parametre in jih primerjali s parametri neobremenjenih vzorcev (meritev
izvedena ob času t = 0).
Temperaturna obremenitev:
• Vsi vzorci, merjeni po enem mesecu staranja na sobni temperaturi (23 °C)
• Vsi vzorci, merjeni po enem staranja mesecu na 40 °C
• Vsi vzorci, izmenjujoče v pogojih: zamrzovalnik 24h pri -20 °C in 24h pri 40 °C; 5
ciklov
Fizikalna obremenitev:
• Ultracentrifugiranje vzorcev
o 45 000 obratov/min, 45 min, 23 °C
o 30 000 obratov/min, 45 min, 23 °C
Centrifugiranje vzorcev
Centrifugirke smo s pomočjo spatule napolnili s posameznimi vzorci vazelinov, podlag in
mazil. Pred tem smo pomerili mase praznih centrifugirk in mase centrifugirk s
pokrovčkom, ter jih napolnili do 46,9 g skupne mase (torej približno 16 g posameznega
vzorca). Centrifugirke smo dobro zaprli in jih centrifugirali s centrifugo Sorvall WX Ultra
Series Thermo Scientific pri sledečih pogojih:
• dve ponovitvi pri pogojih: 45 000 obratov/min, 45 min, 23 °C
• ena ponovitev pri pogojih: 30 000 obratov/min, 45 min, 23 °C
Gravimetrično ovrednotenje tekoče faze po ultracentrifugiranju
Po centrifugiranju smo iz centrifugirk v manjšo čašo odlili supernatant oziroma tekočo
fazo ogljikovodikov (zgornja faza po razplastitvi vzorca) ter izmerili njeno maso. Maso
preostale poltrdne faze smo izračunali iz razlike mas poltrdne faze v centrifugirki ter
22
praznih centrifugirk. Delež izločenih tekočih ogljikovodikov smo izrazili v m/m % glede
na izhodiščno maso poltrdnih vzorcev.
Določanje reoloških lastnosti (viskoznost, viskoelastičnost)
Reološke lastnosti vazelinov, podlag in mazil, tako temperaturno kot tudi fizikalno
obremenjenih vzorcev (samo poltrdna faza), smo vrednotili na reometru Anton Paar,
model Physica 301 MCR. Pred vsako meritvijo smo aparaturo termostatirali na 23 °C, prav
tako smo zaradi boljše ponovljivosti rezultatov takšno temperaturo vzpostavili tudi v
delovnem prostoru. Vse temperaturno obremenjene vzorce smo pred meritvami temperirali
na sobni temperaturi (23 °C) vsaj 48 ur. Pri meritvah smo uporabili merilni sistem stožec-
plošča, in sicer smo uporabli nastavek Anton Paar CP50-2 (stožec s premerom 49,961 mm
in kotom 2,001°). Med izvedbo meritev je bila lega merilnega sistema, torej oddaljenost
stožca od plošče, 0,209 mm. Za vsak vzorec smo izvedli rotacijski, amplitudni in
oscilacijski test, in sicer v vsaj dveh ponovitvah.
• Rotacijska viskoznost
Meritve rotacijske viskoznosti smo izvedli z metodo konstantnega striga pri nadzorovanem
povečevanju strižne hitrosti. Rezultate smo grafično prikazali kot odvisnost viskoznosti η
od strižne hitrosti �̇�. Strižna hitrost: 1-100-1 s-1; t = 400 s (200 s povečevanja in 200 s
zmanjševanja)
• Oscilatorni testi
Amplitudni test – rezultate smo grafično prikazali kot odvisnost elastičnega G' in
viskoznega G'' modula od strižne deformacije γ in določili območje linearnega
viskoelastičnega odziva (LVO), znotraj katerega so reološke lastnosti snovi neodvisne od
amplitude strižne deformacije. Frekvenca oscilacije je bila konstantna, in sicer 1 Hz,
strižno deformacijo pa smo zvezno povečevali v območju med 0,001 % in 0,1 %.
Frekvenčni test (znotraj LVO) – za vse vzorce smo izbrali maksimalno amplitudo strižne
deformacije, znotraj katere vsi izkazujejo linearni viskoelastični odziv in rezultate grafično
prikazali kot odvisnost elastičnega G' in viskoznega G'' modula od frekvence ν [Hz].
Območje frekvence je bilo med 0,1 Hz in 100 Hz, izbrane strižne deformacije pa sledeče:
23
za vzorce vazelina γ = 0,01 %, za vzorce podlag: γ = 0,002 % in za vzorce mazil γ = 0,06
% za Mazilo 1 in 2 ter γ = 0,002 % za Mazilo 3 in 4.
3.2.3 UV-VIS spektroskopija
Preizkušanje topnosti vzorcev v različnih topilih
Topnost vazelinov in podlag smo preverili v štirih različnih topilih: etanolu, dimetil
sulfoksidu (DMSO), oktanolu in izooktanu.
Topnost v etanolu smo preverili tako, da smo pripravili 1 % koncentracijo vzorca, in sicer
smo v erlenmajerico zatehtali 0,2 g Vazelina 1 in dodali etanol do 20 g skupne mase
vsebine. V erlenmajerico smo dodali magnet, jo zaprli in vsebino 5 dni mešali na
magnetnem mešalu pri sobni temperaturi.
Topnost v dimetil sulfoksidu (DMSO) smo preverili tako, da smo pripravili 0,5 %
koncentracije vzorcev, in sicer smo v štiri erlenmajerice zatehtali po 0,1 g posameznega
vzorca (Vazelin 1, Vazelin 2, Vazelin 3 in Vazelin 4) in v vsako erlenmajerico dodali
DMSO do 20 g skupne mase vsebine posamezne erlenmajerice. Po dodatku magneta smo
erlenmajerice zaprli in vsebino 5 dni mešali na magnetnem mešalu pri sobni temperaturi.
Topnost v oktanolu smo preverili tako, da smo pripravili 5 % in 20 % koncentracijo
vzorca, in sicer smo v prvo erlenmajerico zatehtali 1 g Vazelina 1, v drugo 4 g Vazelina 1
in v vsako dodali oktanol do 20 g skupne mase vsebine posamezne erlenmajerice. Po
dodatku magneta smo erlenmajerice zaprli in vsebino 5 dni mešali na magnetnem mešalu
pri sobni temperaturi.
Topnost v izooktanu smo preverili tako, da smo pripravili 1 %, 5 % in 20 % koncentracije
vzorcev Vazelina 1 in Vazelina 2, ter 1 % in 5 % koncentracije vzorcev Vazelina 3 in
Vazelina 4. Za pripravo 1 % koncentracije smo v posamezno erlenmajerico zatehtali 0,2 g
vzorca, za 5 % koncentracijo 1 g vzorca ter za 20 % koncentracijo 4 g vzorca. V vsako
erlenmajerico smo nato dodali izooktan do 20 g skupne mase vsebine posamezne
erlenmajerice. Po dodatku magneta smo erlenmajerice zaprli in vsebino 5 dni mešali na
magnetnem mešalu pri sobni temperaturi.
Vse vzorce smo po petih dneh prefiltrirali skozi filter z velikostjo por 0,45 µm ter
raztopinam na UV-VIS spektrofotometru izmerili absorpcijske spektre. V nadaljevanju
24
smo pri pripravi raztopin za topilo izbrali izooktan, saj je bila topnost vzorcev v tem
najboljša; pri ostalih topilih je bila količina neraztopljenega vzorca večja, ostanke
neraztopljenih vzorcev je bilo moč videti s prostim očesom.
Priprava vzorcev v izooktanu za UV-VIS spektrofotometrijo (raztopine)
Za izvedbo spektrofotometričnih analiz smo pripravili 0,5 % (m/m) koncentracije raztopin
vseh vzorcev v izooktanu (Vazelin 1, Vazelin 2, Vazelin 3, Vazelin 4, Podlaga 1, Podlaga
2, Mazilo 1, Mazilo 2, Mazilo 3 in Mazilo 4). V ta namen smo v posamezno erlenmajerico
zatehtali 0,1 g vsakega vzorca in dodali izooktan do 20 g skupne mase vsebine posamezne
erlenmajerice. Po dodatku magneta smo erlenmajerice zaprli in vsebino 4 dni mešali na
magnetnem mešalu. Po štirih dneh smo raztopine redčili z izooktanom v razmerju 1:9, 3:2
in 4:1, in sicer tako, da smo z merilno pipeto v 10 ml merilne bučke odpipetirali po 1 ml
posameznih raztopin in jih redčili z izooktanom do oznake, ter v 5 ml merilne bučke
odpipetirali po 3 ml in 4 ml posameznih raztopin in jih redčili z izooktanom do oznake.
Vse bučke smo zaprli ter jih rahlo pretresli, da se je vsebina homogeno pomešala.
UV-VIS spektrofotometrija - raztopine
Z UV-VIS spektrofotometrom (8453, Hewlett-Packard) smo za 0,5 % (m/m) koncentracije
raztopin posneli absorpcijske spektre vseh desetih vzorcev. Po določitvi absorpcijskega
maksimuma pri valovni dolžini 272 nm smo pri tej vrednosti določali absorbance vseh
štirih različnih koncentracij (0,5 % (m/m) osnovna raztopina in razredčene raztopine (m/m)
koncentracij 0,05 %, 0,3 % in 0,4 %) posameznih vzorcev.
Za vse vzorce vazelinov (Vazelin 1, Vazelin 2, Vazelin 3, Vazelin 4), in mazil (Mazilo 1,
Mazilo 2, Mazilo 3 in Mazilo 4) smo izvedli tri ponovitve merjenja absorbanc, za vzorce
podlag (Podlaga 1 in Podlaga 2) pa dve ponovitvi.
Rezultate smo grafično prikazali kot odvisnost povprečne vrednosti absorbance (pri
valovni dolžini 272 nm) od koncentracije (m/m). Preverili smo, ali med absorbanco in
koncentracijo raztopin vzorcev velja linearna odvisnost. Za vse koncentracije vzorcev smo
izračunali tudi povprečno absorbanco (pri 272 nm) ter pripadajočo standardno deviacijo.
25
UV-VIS spektrofotometrija - primarni poltrdni vzorci
50 ml čaše smo do polovice napolnili s posameznim vzorcem in jih postavili na vroč
kuhalnik, da so se vzorci stalili. V srednje veliko posodo smo postavili testno ploščo, ter v
posodo nalili vrelo vodo do višine, da so spodnji deli vdolbin testne plošče bili potopljeni.
Na ta način smo ohranjali visoko temperaturo plošče med polnjenjem vdolbin z vzorci in s
tem preprečili prehitro strjevanje vzorcev. Napolnili smo dve vrsti testnih plošč, in sicer
92024 (TPP) polistirensko ploščo s 24 vdolbinami in E-plate 96 (ACEA) ploščo s 96
vdolbinami. Z avtomatsko pipeto, katere nastavke smo prav tako segreli, smo na ploščo s
96 vdolbinami nanesli po 83 µl, na ploščo s 24 vdolbinami pa po 500 µl posameznega
vzorca, in sicer vsak vzorec v 6 vdolbin (6 ponovitev). Plošče smo nato na sobni
temperaturi za 30 minut položili na papirnate servete na ravni podlagi, da so se spodnji deli
plošč osušili ter vzorci ohladili in strdili. Vzorcem na testnih ploščah smo nato s pomočjo
naprave Tecan Safire2 izmerili absorpcijski spekter. Za vsak vzorec smo izračunali
povprečne vrednosti absorbanc in od teh odšteli povprečne vrednosti absorbanc same
polistirenske plošče, tako da smo izničili njen vpliv. Natančneje smo analizirali rezultate
pri določenih valovnih dolžinah (230 nm, 250 nm, 270 nm, 310 nm, 330 nm, 350 nm,
800 nm) ter jih grafično prikazali, skupaj z vrednostmi standardnih deviacij za posamezne
vzorce.
3.2.4 Organoleptično vrednotenje vzorcev
Organoleptične lastnosti vzorcev smo določili na podlagi vizualne ocene naslednjih
parametrov: barve, transparentnosti in sijaja.
3.2.5 Vrednotenje sijaja in vivo: Skin-Glossymeter
Sijaj vzorcev smo vrednotili z napravo Skin-Glossymeter GL 200 (Slika 11). Na
neporaščeno notranjo stran podlakti obeh rok smo zarisali ogljišča kvadratov velikosti
2,5 cm x 2,5 cm z medsebojnim razmikom 2 cm. Z glossymetrom smo znotraj zarisanih
kvadratkov izmerili bazalne vrednosti sijaja kože. Na gladko stekleno podlago smo
zatehtali okoli 10 mg posameznega vzorca. Na zarisana področja smo nanesli zatehtane
vzorce ter jih nežno vmasirali. Z glossymetrom smo nato po 30 minutah izmerili sijaj kože
po nanosu posameznih vzorcev. Meritve smo ponovili trikrat, in sicer v treh različnih
dnevih (zmanjšanje vpliva okoljskih dejavnikov), znotraj posameznih ponovitev smo
izvedli štiri meritve posameznega vzorca. Vzorce smo analizirali s pomočjo dveh metod, in
26
sicer GLOSS in GLOSS-DSC metodo. Za vsako metodo smo grafično prikazali povprečne
vrednosti sijaja posameznih vzorcev ter izračunali standardno deviacijo.
Slika 11: Sonda Skin-Glossymeter GL 200 in prikaz izvedbe meritve (27).
27
4. REZULTATI IN RAZPRAVA
4.1 REOLOGIJA
4.1.1 Ultracentrifugiranje vzorcev
Vazeline, podlagi in mazila smo fizikalno obremenili z ultracentrifugiranjem. Pod vplivom
delovanja centrifugalne sile so se vzorci razplastili na poltrdno (spodaj) in tekočo fazo
(zgoraj) (Slika 12). Obe fazi smo gravimetrično ovrednotili.
Med ultracentrifugiranjem se je poleg osnovne ločitve faz oblikoval tudi gradient
ogljikovodikov z različno dolžino verig znotraj poltrdne faze vzorcev. Ultracentrifugirani
vzorci so pri reoloških meritvah izkazovali največje standardne deviacije, torej najslabšo
ponovljivost. Slednje je povezano z mestom zajema oziroma vzorčenja vzorca iz
centrifugirke; iz zgornjega dela poltrdne faze smo tako pridobili krajše verige
ogljikovodikov kot iz spodnjih delov centrifugirk.
28
Slika 12: Ultracentrifugirani vzorci pri pogojih 45 000 obratov/min, 45 min. Spodnja poltrdna faza
je bele barve, zgornja tekoča faza pa je prozorna; vzorci so bili med ultracentrifugiranjem nagnjeni
pod določenim kotom, kar je razvidno tudi iz slik.
Količino tekoče faze vzorcev smo gravimetrično ovrednotili in ugotovili, da je delež le te v
preiskovanih vzorcih precej različen (Preglednica II). Največji delež tekoče faze so
vsebovali vzorci Vazelin 1, Vazelin 2, Podlaga 1, Podlaga 2, Mazilo 1, Mazilo 3 in Mazilo
4, kjer so se vrednosti gibale okoli 20 % glede na celotno maso vzorca. Izmed teh je bil
največji delež opažen pri Mazilu 4, kjer je vrednost tekoče faze dosegla 24 %. Pri vzorcu
Mazilo 2 smo določili okoli 15 % vsebnost tekočih ogljikovodikov, medtem ko je bil delež
tekočih ogljikovodikov v ostalih vzorcih (Vazelin 3 in Vazelin 4) nižji, okoli 10 % celotne
mase vzorca. Iz Preglednice II je tudi razvidno, da je za razlikovanje med vzorci potrebna
velika fizikalna obremenitev le teh (45 000 obratov/min); v kolikor je obremenitev
prenizka (30 000 obratov/min), so razlike med vzorci manj izrazite.
29
Pridobljeni rezultati nakazujejo, da je s fizikalno obremenitvijo vzorcev mogoče v določeni
meri razlikovati med različnimi tipi vazelinov, saj Vazelin 1 in 2 vsebujeta občutno več
tekoče faze kot Vazelin 3 in 4. Vazelin, ki je tudi osnovna sestavina podlag in mazil, lahko
zelo variira glede razmerja med tekočimi in trdnimi ogljikovodiki (odvisno od priprave in
prečiščevanja). V fazi izdelave mazilnih podlag in mazil lahko vazelinu dodajo še del
tekoče faze, ki ima funkcijo topila za učinkovino ali deluje kot emulgator. Iz tega razloga
tudi ne moremo zagotovo trditi, da vzorca Vazelin 3 in Vazelin 4 zaradi majhne vsebnosti
tekoče faze nista osnova vzorcev podlag in mazil (katerim smo v splošnem določili večjo
vsebnost tekoče faze), saj bi večji delež tekoče faze v le teh lahko predstavljale naknadno
dodane komponente.
Predvidevamo, da lahko na osnovi rezultatov gravimetričnega vrednotenja v določeni meri
sklepamo tudi na konsistenco in tališče vzorcev, in sicer pričakujemo, da bodo vzorci z
večjim deležem tekoče faze izkazovali nižjo konsistenco in nižjo temperaturo tališča kot
tisti z manjšim deležem tekoče faze.
Preglednica II: Gravimetrično vrednotenje ultracentrifugiranih vzorcev (pri pogojih
45 000 obratov/min in 30 000 obratov/min).
Vzorec Skupna masa [g]
Masa poltrdne faze [g]
Masa tekoče faze [g]
Tekoča faza [%]
45 0
00 o
brat
ov/m
in
Vazelin 1 16,240 ± 0,005 13,493 ± 0,523 3,030 ± 0,189 18,66 ± 1,17 Vazelin 2 16,563 ± 0,005 12,997 ± 0,108 3,563 ± 0,115 21,51 ± 0,69 Vazelin 3 16,174 ± 0,001 14,629 ± 0,358 1,546 ± 0,359 9,56 ± 2,22 Vazelin 4 16,707 ± 0,010 14,915 ± 0,445 1,792 ± 0,436 10,72 ± 2,61 Podlaga 1 16,730 ± 0,360 13,380 ± 0,598 3,230 ± 0,067 19,31 ± 0,82 Podlaga 2 16,463 ± 0,066 13,656 ± 0,138 2,810 ± 0,211 17,07 ± 1,21 Mazilo 1 16,659 ± 0,019 12,902 ± 0,281 3,740 ± 0,242 22,45 ± 1,48 Mazilo 2 16,229 ± 0,025 13,859 ± 0,239 2,369 ± 0,215 14,60 ± 1,35 Mazilo 3 16,461 ± 0,025 12,901 ± 0,222 3,559 ± 0,198 21,62 ± 1,23 Mazilo 4 16,475 ± 0,014 12,568 ± 0,109 3,901 ± 0,121 23,68 ± 0,71
30 0
00 o
brat
ov/m
in
Vazelin 1 16,202 16,081 0,044 0,27 Vazelin 2 16,411 15,046 1,259 7,67 Vazelin 3 16,164 16,150 0,012 0,07 Vazelin 4 16,626 16,552 0,071 0,43 Podlaga 1 16,976 14,450 2,527 14,89 Podlaga 2 16,423 14,946 1,478 9,00 Mazilo 1 16,687 ± 0,021 12,676 ± 0,094 4,005 ± 0,115 24,00 ± 0,66 Mazilo 2 16,183 ± 0,041 14,786 ± 0,607 1,391 ± 0,571 8,60 ± 3,55 Mazilo 3 16,426 ± 0,063 13,101 ± 0,191 3,314 ± 0,264 20,17 ± 1,53 Mazilo 4 16,519 ± 0,048 16,465 ± 0,010 0,048 ± 0,038 0,29 ± 0,23
30
4.1.2 Rotacijska viskozimetrija
Z metodo konstantnega striga pri nadzorovanem povečevanju strižne hitrosti smo
proučevali obnašanje vazelina z vidika odvisnosti njegove viskoznost od strižne hitrosti.
Ugotovili smo, da tako vazelini kot tudi iz njih izdelane podlage in mazila vsi izkazujejo
ne-newtonsko strižno odvisno zmanjševanje viskoznosti, ki je značilno za psevdoplastične
sisteme. To lahko razložimo s preureditvijo notranje mrežne strukture in orientacijo
ogljikovodikovih verig v smeri striga ob povečevanju strižne hitrosti, kar vodi v
zmanjšanje lokalnega upora vzorca.
Začetne vrednosti viskoznosti vzorcev pri vseh obremenitvah (temperaturne in fizikalna
obremenitev) smo zbrali v Preglednici III. Opazimo lahko, da so vse vrednosti viskoznosti
istega velikostnega razreda, vendar pa se med seboj nekoliko razlikujejo.
Preglednica III: Začetne viskoznosti (v Pas) vzorcev staranih 1 mesec na 23 °C in 40 °C,
vzorcev izpostavljenih temperaturnim ciklom in centrifugiranih vzorcev pri 45 000
obratih/min (poltrdna faza) glede na začetne viskoznosti neobremenjenih vzorcev (t = 0).
Vzorec t = 0 (= 1 mesec na 23 °C)
1 mesec na 40 °C
Temperaturni cikli
Centrifugirani vzorci
Vazelin 1 110,5 ± 0,7 primerljivo ↑ 20 primerljivo Vazelin 2 80,8 ± 2,5 ↑ 30 ↑ 20 ↑ 60 Vazelin 3 123,0 ± 1,4 primerljivo ↓ 10 primerljivo Vazelin 4 121,5 ± 6,4 ↑ 30 ↑ 20 primerljivo Podlaga 1 78,6 ± 4,9 ↑ 40 ↑ 60 primerljivo Podlaga 2 82,1 ± 0,9 ↑ 40 ↑ 60 ↑ 40 Mazilo 1 74,0 ± 7,1 ↑ 20 ↑ 50 ↑ 90 Mazilo 2 109,0 ± 2,8 primerljivo ↑ 20 ↑ 50 Mazilo 3 84,6 ± 2,9 ↑ 20 ↑ 30 ↑ 50 Mazilo 4 130,5 ± 4,9 ↑ 10 primerljivo ↑ 90
Razlike med vrednostmi začetnih viskoznosti neobremenjenih (merjenih ob času t=0)
vzorcev nakazujejo, da se tako vazelini različnih proizvajalcev kot tudi različnih serij lahko
razlikujejo med seboj. Opazimo, da imajo najvišjo vrednost začetne viskoznosti vzorci
Vazelin 3, Vazelin 4 in Mazilo 4. Za oba vazelina vrednosti sovpadajo z rezultati
gravimetričnega vrednotenja fizikalno obremenjenih vzorcev, kjer smo prav za ta vzorca
določili najmanjši delež tekoče faze. Ravno obratno je visoka začetna viskoznost Mazila 4
nepričakovana, saj smo vzorcu določili največji delež tekoče faze. Možna razlaga bi bila,
31
da to mazilo vsebuje velik delež suspendirane učinkovine, saj mazilo po izgledu ni bilo
povsem gladko temveč rahlo zrnato. Obe proučevani podlagi imata primerljivo vrednost
začetne viskoznosti, ki je med nižjimi. Tudi ti rezultati sovpadajo z gravimetričnim
vrednotenjem, saj sta podlagi vsebovali razmeroma velik delež tekoče faze. Prav tako pri
vzorcu Mazilo 1, ki ima najnižjo vrednost začetne viskoznosti, rezultati sovpadajo z
določenim visokim deležem tekoče faze. Po primerjavi vzorcev, ki smo jih 1 mesec starali
na 23 °C, z neobremenjenimi vzorci, smo ugotovili, da so tako po vrednosti začetne
viskoznosti kot tudi po obliki viskoznostnih krivulj rezultati primerljivi.
Pri primerjavi vzorcev, staranih 1 mesec na 40 °C, z neobremenjenimi vzorci smo pri
nekaterih vzorcih vazelina (Vazelin 2 in Vazelin 4), obeh podlagah ter večini mazil (z
izjemo Mazila 2, ki vsebuje tudi najmanj tekoče faze) opazili povečano začetno viskoznost,
in sicer za okoli 30 Pas pri vazelinih, 40 Pas pri podlagah in okoli 20 Pas pri mazilih. Pri
ostalih vzorcih so bili rezultati primerljivi.
Prav tako je pri vzorcih, ki so bili izpostavljeni temperaturnim ciklom, opaziti povečanje
začetne viskoznosti za okoli 20 Pas pri vseh vazelinih ter za 60 Pas pri obeh podlagah.
Izjema je Vazelin 3, ki je manj občutljiv na temperaturne obremenitve, saj je bil ta vzorec v
industriji pred začetkom analiz že segret na 70 °C (za 24 h) in nato ohlajen (posledično tudi
prestrukturiran). Pri mazilih izpostavljenih temperaturnim ciklom smo zasledili največje
razlike, in sicer je v primeru Mazila 4 viskoznost bila primerljiva z neobremenjenimi
vzorci, veliko povečanje viskoznosti (za 50 Pas) pa smo določili Mazilu 1.
Vzrok za povečano začetno viskoznost nekaterih vzorcev bi lahko bila preureditev njihove
strukture pod vplivom povišane temperature oziroma hitrih in velikih temperaturnih
sprememb (temperaturni cikli), ob katerih se začno izločati tekoči ogljikovodiki. Ker smo
praviloma vzorčili »kompaktenjši« del vazelina, je le ta posledično izkazoval večjo
konsistenco oziroma višjo viskoznost. Dejstvo, da je razlika med začetnimi viskoznostmi
izrazitejša pri podlagah in mazilih, lahko pojasnimo z višjo začetno vsebnostjo tekoče faze
in posledično tudi večjo izgubo le te med temperaturno obremenitvijo vzorcev.
Po izpostavitvi fizikalni obremenitvi (ultracentrifugiranje) smo pri večini vzorcev
vazelinov in podlag opazili primerljive vrednosti začetne viskoznosti glede na čas 0, le pri
vzorcih Vazelin 2 in Podlaga 2 je možno opaziti povečanje viskoznosti (Preglednica III).
Dobljeni rezultati so v nasprotju z našimi pričakovanji, saj smo z ultracentrifugiranjem
32
odstranili precejšen del tekoče faze in smo posledično pričakovali višje vrednosti
viskoznosti poltrdne faze vzorcev. V skladu s to predpostavko pa smo pri mazilih opazili
veliko povečanje začetnih viskoznosti, in sicer za 50 Pas pri vzorcih Mazilo 2 in Mazilo 3
ter kar za 90 Pas pri vzorcih Mazilo 1 in Mazilo 4. Iz viskoznostnih krivulj (Slike 13-15) je
razvidno, da so bile standardne deviacije meritev viskoznosti centrifugiranih vzorcev
velike. To lahko pojasnimo s pojavom gradienta različno dolgih ogljikovodikovih verig
znotraj poltrdne faze, ki se oblikuje med centrifugiranjem; mesto vzorčenja znotraj
centrifugirke zato močno vpliva na končno meritev in prispeva k slabši ponovljivosti teh.
Spodaj so predstavljene viskoznostne krivulje za enega predstavnika iz vseh treh skupin
vzorcev (vazelini, podlage in mazila), in sicer kot povprečne vrednosti vsaj dveh ponovitev
izvedenih meritev s pripadajočimi standardnimi deviacijami (Slike 13-15). Viskoznostne
krivulje vzorcev so sestavljene iz dveh delov; zgornjega, ki prikazuje viskoznost ob
povečevanju strižne hitrosti in spodnjega, ki prikazuje viskoznost ob zmanjševanju le te.
Iz slik vidimo, da se ob zmanjševanju strižne hitrosti viskoznost ponovno nekoliko poveča.
Sklepamo lahko, da gre za delno obnovo strukture ob zmanjševanju obremenitve, torej
tiksotropno obnašanje, ali pa gre za artefakt zaradi izpodrivanja vzorca iz senzorskega
sistema. Stopnja tiksotropije je odvisna od termične in mehanske zgodovine vzorca.
Viskoznostne krivulje vseh vzorcev se nahajajo v Prilogi 1.
Slika 13: Viskoznostne krivulje Vazelina 1 po različnih temperaturnih (staranje 1 mesec pri 23 °C
in 40 °C ter temperaturno ciklanje (40 °C, -20 °C)) in fizikalnih obremenitvah (centrifugiranje pri
45 000 obratov/min in 30 000 obratov/min) glede na neobremenjene vzorce (t=0).
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Visk
ozno
st [P
as]
Strižna hitrost [1/s]
Vazelin 1 t = 0
23 °C 1 mesec
40 °C 1 mesec
temp. cikli (40°C, -20°C)
centrifug. 45 000 obratov/min
centrifug. 30 000 obratov/min
33
Slika 14: Viskoznostne krivulje Podlage 1 po različnih temperaturnih (staranje 1 mesec pri 23 °C
in 40 °C ter temperaturno ciklanje (40 °C, -20 °C)) in fizikalnih obremenitvah (centrifugiranje pri
45 000 obratov/min in 30 000 obratov/min) glede na neobremenjene vzorce (t=0).
Slika 15: Viskoznostne krivulje vzorca Mazilo 1 po različnih temperaturnih (staranje 1 mesec pri
40 °C ter temperaturno ciklanje (40 °C, -20 °C)) in fizikalnih obremenitvah (centrifugiranje pri
45 000 obratov/min in 30 000 obratov/min) glede na neobremenjene vzorce (t=0).
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Visk
ozno
st [P
as]
Strižna hitrost [1/s]
Podlaga 1 t = 0
23 °C 1 mesec
40 °C 1 mesec
temp. cikli (40°C, -20°C)
centrifug. 45 000 obratov/min
centrifug. 30 000 obratov/min
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Visk
ozno
st [P
as]
Strižna hitrost [1/s]
Mazilo 1
t = 0
40 °C 1 mesec
temp. cikli (40°C, -20°C)
centrifug. 45 000 obratov/min
centrifug. 30 000 obratov/min
34
4.1.3 Oscilacijska viskozimetrija
Testi pri konstantni frekvenci oscilacije
Pri testih konstantne frekvence oscilacije smo z naraščanjem amplitude strižne deformacije
proučevali elastične in viskozne lastnosti vzorcev in določili območje linearnega
viskoelastičnega odziva (LVO), znotraj katerega so reološke lastnosti vzorcev neodvisne
od amplitude strižne deformacije. Ugotovili smo, da tako elastični (G') kot viskozni (G'')
modul izkazujeta linearen odziv pri zelo majhnih strižnih deformacijah. Po navedbah
avtorjev, ki so preučevali vazelin z enako metodo, le ta izkazuje linearen viskoelastičen
odziv pri strižnih deformacijah manjših od 0,2 % (33). Odvisnost obeh modulov (elastični
in viskozni) od strižne deformacije je primerljiva. Pri manjših strižnih deformacijah (v
področju LVO) povsod zavzema višje vrednosti elastični modul, torej so v tem območju
izrazitejše elastične lastnosti vzorcev. Pri večjih amplitudah strižne deformacije vidimo
nelinearen odziv vzorcev, ki nakazuje strižno odvisno zmanjševanje viskoelastičnosti
zaradi preurejanja oziroma rušenja notranje strukture vzorcev. Pri tem opazimo, da je
elastični modul pri teh pogojih bolj odvisen od strižne deformacije kot viskozni, saj je
njegov padec intenzivnejši. Ob povečevanju amplitude strižne deformacije vidimo, da se
razlika med obema moduloma zmanjšuje, nakar po križanju modulov prevladajo viskozne
lastnosti vzorcev.
V območju večjih amplitud strižne deformacije je odziv vzorcev torej nelinearen, kar
pomeni veliko občutljivost vzorcev na strižno deformacijo. Strižno odvisno zmanjševanje
viskoelastičnosti v nelinearnem območju lahko pojasnimo z rušenjem in izgradnjo notranje
mrežne strukture; medtem ko sta v območju linearnega odziva ta dva procesa v ravnotežju,
se pri večjih amplitudah strižne deformacije to ravnotežje poruši in prevlada rušenje
strukture (33). Posledično lahko iz grafov razberemo izrazito zmanjšanje (tudi križanje
krivulj) obeh modulov v območju nelinearnega odziva. Na podlagi tega lahko vazelin
uvrstimo v skupino snovi s šibko gelsko strukturo.
Pri vseh vzorcih vazelina smo opazili, da so vzorci, ki smo jih obremenili s temperaturnimi
cikli in ultracentrifugiranjem, bistveno bolj občutljivi na strižno deformacijo, saj imajo
izrazito ožje območje linearnega viskoelastičnega odziva, zato porušitev njihove strukture
nastopi veliko prej kot pri neobremenjenh vzorcih. Sklepamo lahko, da se v času delovanja
35
teh obremenitev struktura vazelina deloma že spreminja, zato je le ta posledično bolj
občutljiv na strig.
Pri obeh podlagah so rezultati ultracentrifugiranih vzorcev primerljivi z rezultati
neobremenjenih vzorcev. Pri vseh temperaturno obremenjenih vzorcih pa lahko opazimo
zanimiv pojav povečanja območja linearnega viskoelastičnega odziva, kar je zlasti očitno
po enomesečnem staranju vzorcev podlag na 23 °C in 40 °C. Sklepamo, da je podobno kot
v primeru povečanja viskoznosti slednje posledica izločanja tekočih ogljikovodikov pod
vplivom višje temperature. Ker smo vzorec za analizo odvzeli na področju z višjo
konsistenco, ki vsebuje več ogljikovodikov z daljšo verigo, je vzorec manj občutljiv na
strig.
Med vzorci mazil je opaziti večje razlike v velikosti območja linearnega viskoelastičnega
odziva. Vzorca Mazilo 1 in Mazilo 2 izkazujeta LVO skozi celotno merjeno območje
povečevanja amplitude strižne deformacije (do 0,1 %), pri Mazilu 3 je to območje očitno
manjše, najmanjše pa je v primeru Mazila 4. Pri vseh vzorcih mazil sicer opazimo podoben
trend kot pri podlagah (enaka sestava z dodatno prisotno učinkovino); rezultati
ultracentrifugiranih vzorcev so torej primerljivi z rezultati neobremenjenih vzorcev,
povečanje območja linearnega viskoelastičnega odziva pa je tudi v primeru mazil prisotno
pri vseh temperaturno obremenjenih vzorcih, predvsem pri temperaturno ciklanih mazilih.
Spodaj so predstavljeni rezultati testov pri konstantni frekvenci oscilacije za enega
predstavnika iz vseh treh skupin vzorcev (vazelini, podlage in mazila), in sicer kot
povprečne vrednosti vsaj dveh ponovitev izvedenih meritev s pripadajočimi standardnimi
deviacijami (Slike 16-18). Rezultati testov pri konstantni frekvenci oscilacije vseh vzorcev
se nahajajo v Prilogi 2.
36
Slika 16: Vrednosti elastičnega (G', -■-) in viskoznega (G'', -▲-) modula v odvisnosti od
amplitude strižne deformacije pri konstantni frekvenci 1 Hz za vzorec Vazelin 1 ob času 0 (temno
rdeča), po staranju 1 mesec na 23 °C (zelena) in 40 °C (vijolična), po temperaturnih ciklih (modra)
ter po fizikalni obremenitvi z ultracentrifugiranjem pri 45 000 obratih/min (oranžna) in 30 000
obratih/min (svetlo modra).
Slika 17: Vrednosti elastičnega (G', -■-) in viskoznega (G'', -▲-) modula v odvisnosti od
amplitude strižne deformacije pri konstantni frekvenci 1 Hz za vzorec Podlaga 1 ob času 0 (temno
rdeča), po staranju 1 mesec na 23 °C (zelena) in 40 °C (vijolična), po temperaturnih ciklih (modra)
ter po fizikalni obremenitvi z ultracentrifugiranjem pri 45 000 obratih/min (oranžna) in 30 000
obratih/min (svetlo modra).
10000
100000
1000000
0,001 0,01 0,1
G', G
''
Strižna deformacija [%]
Vazelin 1
10000
100000
1000000
0,001 0,01 0,1
G', G
''
Strižna deformacija [%]
Podlaga 1
37
Slika 18: Vrednosti elastičnega (G', -■-) in viskoznega (G'', -▲-) modula v odvisnosti od
amplitude strižne deformacije pri konstantni frekvenci 1 Hz za vzorec Mazilo 1 ob času 0 (temno
rdeča), po staranju 1 mesec na 40 °C (vijolična), po temperaturnih ciklih (modra) ter po fizikalni
obremenitvi z ultracentrifugiranjem pri 45 000 obratih/min (oranžna) in 30 000 obratih/min (svetlo
modra).
Testi pri različnih frekvencah oscilacije
Pri vseh vzorcih smo po izboru maksimalne amplitude strižne deformacije, znotraj katere
vsi izkazujejo linearni viskoelastični odziv, proučili tudi odvisnost elastičnega in
viskoznega modula od frekvence strižne deformacije. Ugotovili smo, da pri vseh vzorcih
prevladujejo elastične lastnosti, saj elastični modul zavzema višje vrednosti skozi široko
frekvenčno območje. Tovrsten odziv je značilen za viskoelastične poltrdne snovi in zatorej
tudi pričakovan. Oba modula enakomerno naraščata s povečevanjem frekvence strižne
deformacije, med njima pa se ves čas ohranja približno enaka absolutna razlika, kot je
značilno za šibke gele. Na podlagi rezultatov mehanskih spektrov za vzorce vazelina,
podlag in mazil lahko sklepamo na obstoj strukturiranega sistema z določeno stopnjo
izgrajene strukture. Opazimo lahko, da pri obeh modulih prihaja do odklonov v zgolj eni
točki, in sicer okoli vrednosti frekvence 11 Hz, kar je posledica napake merilne naprave
(Physica 301 MCR, Anton Paar) in ni odraz strukture vzorca, zato meritve v tej točki tudi
ne upoštevamo.
10000
100000
1000000
0,001 0,01 0,1
G', G
''
Strižna deformacija [%]
Mazilo 1
38
Pri vseh vzorcih je opaziti trend naraščanja vrednosti modulov pod vplivom povečevanja
frekvence oscilacije, in sicer sta oba modula pri neobremenjenih vzorcih in pri vzorcih, ki
smo jih en mesec starali na 23 °C, povsod primerljivih vrednosti. Povišane vrednosti obeh
modulov smo zasledili pri enomesečnem staranju vzorcev na 40 °C in pri
ultracentrifugiranih vzorcih, predvsem pa pri vzorcih, ki so bili izpostavljeni
temperaturnim ciklom. Tovrsten trend je bil najbolj izrazit pri vzorcu Vazelin 2. Pri
vzorcih Vazelin 1, Vazelin 4, Mazilo 1 in Mazilo 3 je bil trend podoben, vendar z manj
izrazitim dvigom vrednosti modulov po temperaturni in fizikalni obremenitvi vzorcev. Pri
vzorcih Vazelin 3, Podlaga 1, Podlaga 2, Mazilo 2 in Mazilo 4 je bil omenjeni trend sicer
prisoten vendar najmanj izrazit.
Pri skoraj vseh vzorcih opazimo križanje modulov oziroma prevladujoč plastični modul pri
zelo nizkih frekvencah strižne deformacije. Manjša celokupna obremenitev, kateri so
izpostavljeni vzorci pri nizkih frekvencah oscilacije, lahko v določeni meri ponazarja
pogoje shranjevanja vzorcev in tako omogoča vpogled v stabilnost vzorcev na nivoju
notranje strukture med shranjevanjem. Ob daljšem shranjevanju teh vzorcev tako
pričakujemo vsaj delno izločitev tekočih ogljikovodikov in posedanje ogrodja, ki ga
predstavljajo trdni ogljikovodiki. Zato je vizualno spremljanje pojava sinereze pomemben
faktor, ki nakazuje spremembe v strukturi vazelina (11).
Spodaj so predstavljeni rezultati testov pri različnih frekvencah oscilacije za enega
predstavnika iz vseh treh skupin vzorcev (vazelini, podlage in mazila), in sicer kot
povprečne vrednosti vsaj dveh ponovitev izvedenih meritev s pripadajočimi standardnimi
deviacijami (Slike 19-21). Rezultati testov pri različnih frekvencah oscilacije vseh vzorcev
se nahajajo v Prilogi 3.
39
Slika 19: Vrednosti elastičnega G' (-■-) in viskoznega G'' (-▲-) modula v odvisnosti od kotne
frekvence strižne deformacije za vzorec Vazelin 1 ob času 0 (temno rdeča), po staranju 1 mesec na
23 °C (zelena) in 40 °C (vijolična), po temperaturnih ciklih (modra) ter po fizikalni obremenitvi z
ultracentrifugiranjem pri 45 000 obratih/min (oranžna) in 30 000 obratih/min (svetlo modra).
Slika 20: Vrednosti elastičnega G' (-■-) in viskoznega G'' (-▲-) modula v odvisnosti od kotne
frekvence strižne deformacije za vzorec Podlaga 1 ob času 0 (temno rdeča), po staranju 1 mesec na
23 °C (zelena) in 40 °C (vijolična), po temperaturnih ciklih (modra) ter po fizikalni obremenitvi z
ultracentrifugiranjem pri 45 000 obratih/min (oranžna) in 30 000 obratih/min (svetlo modra).
1000
10000
100000
1000000
0,1 1 10 100
G', G
''
Frekvenca [Hz]
Vazelin 1
1000
10000
100000
1000000
0,1 1 10 100
G', G
''
Frekvenca [Hz]
Podlaga 1
40
Slika 21: Vrednosti elastičnega G' (-■-) in viskoznega G'' (-▲-) modula v odvisnosti od kotne
frekvence strižne deformacije za vzorec Mazilo 1 ob času 0 (temno rdeča), po staranju 1 mesec na
40 °C (vijolična), po temperaturnih ciklih (modra) ter po fizikalni obremenitvi z
ultracentrifugiranjem pri 45 000 obratih/min (oranžna) in 30 000 obratih/min (svetlo modra).
4.2 UV-VIS SPEKTROSKOPIJA
4.2.1 UV-VIS spektroskopija - raztopine
Z metodo UV-VIS spektroskopije smo preučevali raztopine vzorcev, zato smo najprej
izbrali najprimernejše topilo za vzorce. Pri preizkušanju topnosti vazelinov, podlag in
mazil v različnih topilih (etanol, DMSO, oktanol in izooktan), smo ugotovili, da je topnost
le teh najboljša v izooktanu. Pri enaki zatehti vzorcev na izbran volumen topila je bila pri
ostalih topilih namreč količina neraztopljenega vzorca večja, ostanke neraztopljenih
vzorcev smo lahko opazili s prostim očesom. Tudi po filtraciji vzorcev in izvedenih
meritvah na UV-VIS spektrofotometru, na absorpcijskih spektrih vzorcev raztopljenih v
etanolu, DMSO-ju in oktanolu ni bilo videti prisotnega absorpcijskega maksimuma, kar
nakazuje, da so vzorci v teh topilih slabše topni oziroma praktično netopni. Pri vzorcih
raztopljenih v izooktanu smo glede na literaturne vire pričakovali absorpcijski maksimum
okoli valovne dolžine 270 nm (34).
1000
10000
100000
1000000
0,1 1 10 100
G', G
''
Frekvenca [Hz]
Mazilo 1
41
Raztopinam vzorcev v izooktanu smo uspešno izmerili absorpcijske spektre (Sliki 22 in
23) ter na njih določili absorpcijski maksimum vzorcev pri valovni dolžini 272 nm, torej v
UV območju. To smo glede na razbarvanost oziroma transparentnost vazelinov, podlag in
mazil tudi pričakovali.
Slika 22: Absorpcijski spektri 0,5 % (m/m) raztopin vzorcev v izooktanu (vazelini in podlage).
Slika 23: Absorpcijski spektri 0,5 % (m/m) raztopin vzorcev v izooktanu (mazila).
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
190 220 250 280 310 340 370 400 430 460 490 520 550 580 610 640 670 700
Abso
rban
ca
Valovna dolžina [nm]
Vazelin 1Vazelin 2Vazelin 3Vazelin 4Podlaga 1Podlaga 2
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
190 220 250 280 310 340 370 400 430 460 490 520 550 580 610 640 670 700
Abso
rban
ca
Valovna dolžina [nm]
Mazilo 1Mazilo 2Mazilo 3Mazilo 4
42
Iz grafov posameznih vzorcev (Slike 24-26), ki prikazujejo absorbanco (pri valovni dolžini
272 nm) v odvisnosti od koncentracije (m/m) vzorcev vidimo, da obstaja trend linearne
odvisnosti absorbance od koncentracije vzorca raztopljenega v izooktanu. S tem smo
potrdili tudi ustreznost metode UV-VIS spektroskopije za analizo vzorcev.
Sklepamo, da lahko določene informacije o identiteti vzorcev pridobimo tudi na osnovi
naklona linearne premice. Na osnovi le-tega predvidevamo, da Mazilo 4 kot pomožno snov
vsebuje Vazelin 1, medtem ko je razlika v naklonih premic za ostale vazeline premalo
izrazita, da bi omogočila sklepanje o identiteti vazelina v preostalih mazilih.
Slika 24: Umeritvene krivulje, s katerimi smo potrdili linearno odvisnost absorbance od
koncentracije raztopin vzorcev vazelina v izooktanu pri valovni dolžini 272 nm.
y = 23,088x - 0,0025 R² = 0,9007
00,10,20,30,40,50,60,70,80,9
0 0,002 0,004 0,006
A
C [g/g]
Vazelin 1
y = 162,15x - 0,0094 R² = 0,9776
00,10,20,30,40,50,60,70,80,9
0 0,002 0,004 0,006
A
C [g/g]
Vazelin 2
y = 121,72x - 0,0122 R² = 0,9822
00,10,20,30,40,50,60,70,80,9
0 0,002 0,004 0,006
A
C [g/g]
Vazelin 3
y = 141,41x - 0,0154 R² = 0,9914
00,10,20,30,40,50,60,70,80,9
0 0,002 0,004 0,006
A
C [g/g]
Vazelin 4
43
Slika 25: Umeritvene krivulje, s katerimi smo potrdili linearno odvisnost absorbance od
koncentracije raztopin vzorcev podlag v izooktanu pri valovni dolžini 272 nm.
Slika 26: Umeritvene krivulje, s katerimi smo potrdili linearno odvisnost absorbance od
koncentracije raztopin vzorcev mazil v izooktanu pri valovni dolžini 272 nm.
y = 132,86x - 0,0138 R² = 0,9621
00,10,20,30,40,50,60,70,80,9
0 0,002 0,004 0,006
A
C [g/g]
Podlaga 1
y = 140,28x - 0,0134 R² = 0,9844
00,10,20,30,40,50,60,70,80,9
0 0,002 0,004 0,006
A
C [g/g]
Podlaga 2
y = 121,45x - 0,0319 R² = 0,965
00,10,20,30,40,50,60,70,80,9
0 0,002 0,004 0,006
A
C [g/g]
Mazilo 1
y = 119,79x - 0,0135 R² = 0,9858
00,10,20,30,40,50,60,70,80,9
0 0,002 0,004 0,006
A
C [g/g]
Mazilo 2
y = 132,06x - 0,0069 R² = 0,9252
00,10,20,30,40,50,60,70,80,9
0 0,002 0,004 0,006
A
C [g/g]
Mazilo 3
y = 65,06x - 0,0089 R² = 0,9875
0,00,10,20,30,40,50,60,70,80,9
0 0,002 0,004 0,006
A
C [g/g]
Mazilo 4
44
Na podlagi absorpcijskih spektrov 0,5 % (m/m) raztopin testiranih vzorcev v izooktanu
smo podrobneje proučili vrednosti absorbanc pri valovni dolžini 272 nm, kjer so raztopine
vzorcev izkazovale absorpcijski maksimum. Iz zbranih rezultatov (Slika 27) vidimo, da
lahko z merjenjem absorbanc različnih vzorcev raztopljenih v izooktanu v določeni meri
razlikujemo med različnimi vazelini, podlagami in mazili. Poleg tega smo s tovrstno
primerjavo rezultatov potrdili koncentracijsko odvisnost absorbance.
Slika 27: Vrednosti absorbanc vzorcev raztopljenih v izooktanu pri valovni dolžini 272 nm v
zaporedju naraščajočih koncentracij (V – vazelin, P – podlaga, M – mazilo).
Pri primerjavi vrednosti absorbanc 0,5 % (m/m) raztopin vzorcev v izooktanu (pri valovni
dolžini 272 nm) vidimo, da med testiranimi vzorci največje število kromofornih skupin
vsebuje vzorec Vazelin 2. Vrednosti absorbanc Vazelina 3 in Vazelina 4 so le nekoliko
nižje. Absorbanci Podlage 1 in Podlage 2 sta medsebojno primerljivi, na podlagi česar bi
lahko sklepali, da vsebujeta isti vazelin. Glede na to, da sta slednji absorbanci tudi zelo
podobni Vazelinu 4, lahko predvidevamo, da obe podlagi vsebujeta ravno ta vazelin.
Vrednosti absorbanc vzorcev Mazilo 1 in Mazilo 2 sta zelo podobni, zato bi lahko sklepali,
da gre v tem primeru zgolj za različni seriji. Njima primerljiv je tudi vzorec Mazilo 3 z
rahlo višjo vrednostjo absorbance. Izrazito nižjo vrednost absorbance je izkazoval vzorec
Mazilo 4, najnižjo absorbanco pa vzorec Vazelin 1.
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
V1 0
,05%
V1
0,3
%V1
0
,4%
V1
0,5
%V2
0,0
5%V2
0
,3%
V2
0,4
%V2
0
,5%
V3 0
,05%
V3
0,3
%V3
0
,4%
V3
0,5
%V4
0,0
5%V4
0
,3%
V4
0,4
%V4
0
,5%
P1 0
,05%
P1
0,3
%P1
0
,4%
P1
0,5
%P2
0,0
5%P2
0
,3%
P2
0,4
%P2
0
,5%
M1
0,0
5%M
1
0,3%
M1
0,
4%M
1
0,5%
M2
0,0
5%M
2
0,3%
M2
0,
4%M
2
0,5%
M3
0,0
5%M
3
0,3%
M3
0,
4%M
3
0,5%
M4
0,0
5%M
4
0,3%
M4
0,
4%M
4
0,5%
Abso
rban
ca
Absorbanca pri 272 nm
45
4.2.2 UV-VIS spektroskopija - primarni poltrdni vzorci
Absorpcijske spektre smo izmerili tudi primarnim neraztopljenim vzorcem na testnih
ploščah z različnim številom vdolbin (24 in 96 vdolbin). Ugotovili smo, da tudi na podlagi
teh spektrov lahko v določeni meri razlikujemo med posameznimi vzorci vazelinov, podlag
in mazil, vendar pa je ta način analize manj občutljiv v primerjavi z metodo merjenja
absorbanc raztopinam vzorcev v izooktanu. Zmanjšano občutljivost te metode lahko
pripišemo večjemu refrakcijskemu indeksu vzorcev poltrdne konsistence (večja optična
gostota), kjer se velik del svetlobe izgubi kot posledica odboja s površine vzorca ali znotraj
le tega.
Na Slikah 28 in 29 so predstavljeni absorpcijski spektri neraztopljenih vazelinov, podlag in
mazil na TPP ploščah (24 vdolbin), izmerjeni z napravo Tecan Safire2.
Slika 28: Absorpcijski spektri neraztopljenih vzorcev, izmerjeni na TPP plošči (vazelini in
podlage).
-1,5
-1,0
-0,5
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
230 270 310 350 390 430 470 510 550 590 630 670 710 750 790 830 870 910 950 990
Abso
rban
ca
Valovna dolžina [nm]
Vazelin 1Vazelin 2Vazelin 3Vazelin 4Podlaga 1Podlaga 2
46
Slika 29: Absorpcijski spektri neraztopljenih vzorcev, izmerjeni na TPP plošči (mazila).
Iz absorpcijskih spektrov vidimo, da maksimalna absorbanca vzorcev nastopi okrog
vrednosti 300 nm. V tej točki absorbance vseh vzorcev presegajo vrednost 2. Izjema sta
vzorca Vazelin 1 in Mazilo 4 (vrednosti absorbance pod 2), na podlagi česar lahko
ponovno predpostavimo, da Mazilo 4 kot pomožno snov vsebuje Vazelin 1.
Na podlagi absorpcijskih spektrov neraztopljenih vzorcev smo podrobneje proučili
vrednosti absorbanc pri izbranih valovnih dolžinah (310 nm, 330 nm, 350 nm in 800 nm),
pri katerih bi bilo možno razlikovati med vzorci vazelinov, podlag in mazil (Slika 30). Pri
primerjavi vrednosti absorbanc vseh vzorcev pri določenih valovnih dolžinah smo
ugotovili, da razlike med vzorci niso najbolj izrazite pri maksimalni vrednosti absorbance,
tako kot v primeru raztopljenih vzorcev, ampak so razlike bolj izrazite pri nekoliko večjih
valovnih dolžinah, predvsem pri 330 nm. Vrstni red vzorcev glede na vrednosti absorbance
v tej točki je enak kot pri vzorcih raztopljenih v izooktanu, odstopata le vzorca Vazelin 3 in
Mazilo 3, ki zavzemata nekoliko nižje vrednosti absorbance od pričakovane.
Kot vidimo iz slik, so vrednosti absorpcijskih spektrov do valovne dolžine 280 nm
negativne, kar pomeni, da je v tem območju material mikrotitrske plošče (polistiren) kot
slepi vzorec močno absorbiral (več kot naši vzorci). Zato smo meritve primerjali z
rezultati, ki smo jih v nadaljevanju pridobili na Acea ploščah, katerih dno zaradi posebne
obdelave ne moti absorpcijskih spektrov.
-1,5
-1,0
-0,5
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
230 270 310 350 390 430 470 510 550 590 630 670 710 750 790 830 870 910 950 990
Abso
rban
ca
Valovna dolžina [nm]
Mazilo 1Mazilo 2Mazilo 3Mazilo 4
47
Slika 30: Vrednosti absorbanc vzorcev pri izbranih valovnih dolžinah (310 nm, 330 nm, 350 nm in
800 nm); meritve izvedene na TPP plošči.
Absorpcijske spektre smo nato pomerili še na ACEA plošči s 96 vdolbinami in po enakem
postopku ovrednotili možnost razlikovanja med vzorci (Sliki 31 in 32).
Slika 31: Absorpcijski spektri neraztopljenih vzorcev (vazelini in podlage), izmerjeni na ACEA
ploščah.
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
310 nm 330 nm 350 nm 800 nm
Abso
rban
ca
Valovna dolžina [nm]
Vazelin 1
Vazelin 2
Vazelin 3
Vazelin 4
Podlaga 1
Podlaga 2
Mazilo 1
Mazilo 2
Mazilo 3
Mazilo 4
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
230 270 310 350 390 430 470 510 550 590 630 670 710 750 790 830 870 910 950 990
Abso
rban
ca
Valovna dolžina [nm]
Vazelin 1Vazelin 2Vazelin 3Vazelin 4Podlaga 1Podlaga 2
48
Slika 32: Absorpcijski spektri neraztopljenih vzorcev (mazila), izmerjeni na ACEA ploščah.
Iz absorpcijskih spektrov vzorcev merjenih na ACEA ploščah vidimo, da ni prisotnega
posebnega maksimuma absorbance, vendar vrednosti le te čez celotno merjeno območje
padajo. Sicer so prisotni minimalni dvigi in spusti vrednosti absorbanc, ki pa nimajo
večjega pomena oziroma ne doprinesejo k boljši možnosti razlikovanja med vzorci.
Podrobneje smo proučili vrednosti absorbanc pri izbranih valovnih dolžinah (230 nm,
250 nm, 270 nm, 310 nm, 330 nm, 350 nm in 800 nm), pri katerih bi vseeno bilo možno
razlikovati med vzorci vazelinov, podlag in mazil (Slika 33). Ugotovili smo, da so tudi pri
teh meritvah razlike med vzorci manjše, a vseeno najbolj izrazite pri valovni dolžini
330 nm. Vrstni red vzorcev glede na vrednosti absorbance v tej točki je tudi v tem primeru
enak kot pri vzorcih raztopljenih v izooktanu.
Glede na to, da je območje linearnosti absorbance s koncentracijo običajno do 1
absorbančne enote, mi pa smo pridobili absorbance višjih vrednosti (tudi do 2,5), lahko
sklepamo, da v tem primeru omenjena linearna odvisnost ne velja. Da bi dokazali linearno
odvisnost absorbance od koncentracije vzorcev, bi torej morali plošče napolniti z manjšim
volumnom vzorca. Ker je v našem primeru šlo predvsem za proučevanje prisotnih razlik
med vzorci, linearno odvisnost absorbance od koncentracije pa smo dokazali z raztopinami
vzorcev, v primeru poltrdnih vzorcev poskusov v ta namen nismo ponavljali.
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
230 270 310 350 390 430 470 510 550 590 630 670 710 750 790 830 870 910 950 990
Abso
rban
ca
Valovna dolžina [nm]
Mazilo 1Mazilo 2Mazilo 3Mazilo 4
49
Slika 33: Povzetek absorpcijskih spektrov čistih vzorcev, izmerjenih na ACEA ploščah, in sicer
pri valovnih dolžinah 230 nm, 250 nm, 270 nm, 310 nm, 330 nm, 350 nm in 800 nm.
4.3 ORGANOLEPTIČNO VREDNOTENJE VZORCEV
Organoleptične lastnosti izdelkov so zelo pomembne tako pri oceni kakovosti oziroma
sprejemljivosti izdelka za proizvajalca, kot tudi za končnega uporabnika. Gre za parametre,
ki jih pridobimo na podlagi vizualne ocene izdelkov, torej barva, vonj, okus (v primeru
izdelkov za nego ustne votline), v primeru poltrdnih izdelkov za dermalno aplikcijo pa so v
ospredju poleg barve tudi konsistenca, mazljivost, sijaj in film, ki ga ustvarijo na koži, ipd.
Ti parametri so pomembni in se spremljajo tudi v študijah stabilnosti, saj morajo lastnosti
izdelka skozi celotno obdobje roka uporabe le tega ostati nespremenjene oziroma v vnaprej
določenih mejah sprejemljivosti. Poleg učinkovitosti in enostavne uporabe je kriterij
sprejemljivosti organoleptičnih lastnosti izdelka namreč eden najpomembnejših faktorjev,
ki vplivajo na zadovoljstvo in sodelovanje uporabnika pri dermalni terapiji (35).
Vzorcem vazelina, podlag in mazil smo določili organoleptične lastnosti, in sicer smo
vizualno ocenili njihovo barvo, transparentnost in sijaj. Rezultati vizualnega vrednotenja so
predstavljeni v Preglednici IV.
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
230 nm 250 nm 270 nm 310 nm 330 nm 350 nm 800 nm
Abso
rban
ca
Valovna dolžina [nm]
Vazelin 1
Vazelin 2
Vazelin 3
Vazelin 4
Podlaga 1
Podlaga 2
Mazilo 1
Mazilo 2
Mazilo 3
Mazilo 4
50
Preglednica IV: Vizualna ocena vzorcev: barva, transparentnost in sijaj.
Vzorec Barva Transparentnost Sijaj Vazelin 1 snežno bela transparenten visok sijaj Vazelin 2 rahlo rumena transparenten visok sijaj Vazelin 3 bela transparenten šibek sijaj / mat Vazelin 4 bela transparenten zmeren sijaj Podlaga 1 bela transparenten visok sijaj Podlaga 2 snežno bela transparenten zmeren sijaj Mazilo 1 snežno bela transparenten visok sijaj Mazilo 2 snežno bela transparenten šibek sijaj / mat Mazilo 3 bela transparenten šibek sijaj / mat Mazilo 4 zelo rahlo rumena transparenten šibek sijaj / mat
Vzorce smo glede barve opredelili kot snežno bele, bele in rahlo rumene. Njihova barva je
odvisna od obsega prečiščevalnih postopkov in dodatnih belilnih procesov, zato lahko
slepamo, da vzorci bele barve vsebujejo zelo dobro prečiščen vazelin, tisti rahlo
rumenkasti pa vsebujejo vazelin, ki je bil podvržen manj obsežnim procesom
prečiščevanja. Kot pričakovano, smo za vse vzorce potrdili njihovo transparentnost.
Vzorcem smo vizualno določili tudi sijaj, in sicer smo za več kot polovico vzorcev ocenili,
da imajo visok oziroma zmeren sijaj, ostali vzorci pa so izkazovali šibek sijaj oziroma mat
izgled.
4.4 VREDNOTENJE SIJAJA in vivo: Skin-Glossymeter
Sijaj vzorcev smo sprva nameravali meriti neposredno na razmazih vzorcev, vendar so
nam tehnične omejitve aparature onemogočile direktno merjenje. Ob stiku sonde z
vzorcem le ta namreč zaradi svoje poltrdne konsistence prehaja v notranjost odprtine na
glavi sonde ter zamasti zrcala, to pa onemogoča meritve. Zato smo se odločili sijaj vzorcev
meriti posredno, in sicer z nanosom vzorcev na kožo ter nato vrednotenjem sijaja kože.
Sijaj kože se po nanosu različnih izdelkov namreč spremeni, in z merjenjem sijaja pred
(bazalna vrednost) in po aplikaciji izdelka lahko posredno vrednotimo sijaj samega izdelka.
Na Slikah 34 in 35 so predstavljeni rezultati meritev sijaja kože po nanosu vzorcev glede
na bazalno vrednost sijaja kože. Na Sliki 34 so rezultati, pridobljeni z GLOSS metodo, ki
ne upošteva korekcije sipane svetlobe, na Sliki 35 pa so rezultati, pridobljeni z GLOSS-
51
DSC metodo, kjer je z upoštevanjem korekcije sipane svetlobe izničen vpliv barve kože.
Opazimo, da so rezultati obeh metod primerljivi, saj smo vse meritve izvajali na isti osebi,
in sicer na notranji strani podlakti.
Slika 34: Primerjava sijaja kože pred (bazalna vrednost) in po nanosu vzorcev; vrednosti so podane
v arbitrarnih enotah (a.e.). Korekcija sipane svetlobe (»Diffuse scattering correction«) v tem
primeru ni upoštevana.
Slika 35: Primerjava sijaja kože pred (bazalna vrednost) in po nanosu vzorcev; vrednosti so podane
v arbitrarnih enotah (a.e.). Upoštevana je korekcija sipane svetlobe (»Diffuse scattering
correction«), s katero izničimo vpliv barve kože.
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0
10,0
Vazelin 1 Vazelin 2 Vazelin 3 Vazelin 4 Podlaga 1 Podlaga 2 Mazilo 1 Mazilo 2 Mazilo 3 Mazilo 4
Sija
j (a.
e.)
GLOSS
PRED
PO
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0
10,0
Vazelin 1 Vazelin 2 Vazelin 3 Vazelin 4 Podlaga 1 Podlaga 2 Mazilo 1 Mazilo 2 Mazilo 3 Mazilo 4
Sija
j (a.
e.)
GLOSS - DSC
PRED
PO
52
Kot enoto za sijaj smo na grafu uporabili arbitrarne enote (a.e.). Proizvajalec Skin-
Glossymetra kot enote za merjenje sijaja podaja »Glossymeter units«, kar pa ne gre enačiti
z industrijskimi standardiziranimi enotami GU (»Gloss units«), ki temeljijo na DIN in ISO
standardih, čeprav proizvajalec navaja, da med enotama velja odlična korelacija (27).
Sijaj kože se glede na bazalno vrednost najbolj poveča v primeru Mazila 1, in sicer za
4,2 a.e., ter v primeru Mazila 3 za 4,0 a.e., kar pa se ne sklada z vizualno oceno vzorcev,
saj smo tako Mazilu 1 kot Mazilu 3 določili šibak sijaj oziroma mat videz. Zmerno
povečanje sijaja se pri meritvah z glossymetrom kaže pri vzorcih Vazelin 2 (za 3,3 a.e.),
pri obeh podlagah (Podlaga 1 za 2,9 a.e. in Podlaga 2 za 3,0 a.e.) ter pri Mazilu 4 (za
3,3 a.e.). Rezultati se za navedene vzorce ujemajo z organoleptičnim vrednotenjem, saj
smo le tem na podlagi vizualne ocene določili visok (Vazelin 2, Podlaga 1) oziroma
zmeren (Podlaga 2) sijaj. Izjema je Mazilo 4, kjer smo temu kljub nezanemarljivemu
povečanju sijaja pri meritvah z glossymetrom vizualno določili le šibek sijaj oziroma mat
videz. Pri preostalih vzorcih smo izmerili manj izrazito povečanje sijaja kože po nanosu le
teh, in sicer v primeru Vazelina 1 za 2,1 a.e., Vazelina 3 za 2,4 a.e., in v primeru Mazila 2
za 1,9 a.e. Pri Vazelinu 1 bi glede na organoleptično vrednotenje pričakovali izrazitejše
povečanje leska, saj smo ga vizualno ocenili kot vzorec visokega sijaja, medtem ko se pri
vzorcih Vazelin 3 in Mazilo 2 rezultati skladajo z vizualno oceno (šibek sijaj oziroma mat
videz). V primeru Vazelina 4 smo izmerili minimalno povečanje sijaja, in sicer le za
1,2 a.e. glede na bazalno vrednost, vizualno pa smo njegov sijaj ocenili kot zmeren.
Pri primerjavi kvalitativnih (organoleptično vrednotenje) in kvantitativnih (meritve s
Skinglossymetrom) rezultatov sijaja kože vidimo, da se le ti v skoraj polovici primerov ne
skladajo. Kljub temu, da je vizualna ocena sijaja subjektivna, bi se bilo v tem primeru
vseeno bolje zanesti prav na oceno organoleptičnega vrednotenja, saj je le ta boljši
približek dejanskega izgleda vzorca po aplikaciji na kožo.
53
5. SKLEP
Z gravimetričnim vrednotenjem deleža tekoče faze vzorcev smo ugotovili, da je s fizikalno
obremenitvijo vzorcev (ultracentrifugiranje) mogoče v določeni meri razlikovati med
različnimi tipi vazelinov, podlag in mazil. Ob tem smo ugotovili, da je za razlikovanje med
vzorci potrebna dovolj velika fizikalna obremenitev le teh, saj s tem dosežemo večjo
izrazitost prisotnih razlik med vzorci.
V sklopu reološkega vrednotenja vzorcev smo s testi rotacijske viskozimetrije ugotovili, da
tako vazelini kot iz njih izdelane podlage in mazila vsi izkazujejo ne-newtonsko strižno
odvisno zmanjševanje viskoznosti, ki je značilno za psevdoplastične sisteme. Ta pojav
razložimo s preureditvijo notranje strukture, kjer se ogljikovodikove verige orientirajo v
smeri delovanja striga, kar vodi v zmanjšanje lokalnega upora vzorca.
Z reološkim vrednotenjem smo v določeni meri lahko razlikovali med vzorci, čeprav so se
ti obnašali podobno. S temperaturno (1 mesec na 40 °C in 5 ciklov 40 °C/24 h, -20 °C/
24 h) in fizikalno (ultracentrifugiranje) obremenitvijo vzorcev smo s testi rotacijske in
oscilacijske viskozimetrije ugotovili, da le ti po tovrstnih obremenitvah izkazujejo tršo
konsistenco, saj so se tako vrednosti viskoznosti kot tudi elastičnega G' in plastičnega G''
modula vzorcev po izpostavitvi vzorcev omenjenim pogojem nekoliko povečale. Razlog za
to je preureditev strukture in izločitev dela tekoče faze vzorcev med obremenitvijo, pojav
pa imenujemo sinereza. Pojav povišanja elastičnega in plastičnega modula je bil predvsem
izrazit pri vzorcih, ki so bili izpostavljeni temperaturnim ciklom in pri ultracentrifugiranih
vzorcih, iz česar lahko sklepamo, da so ti pogoji za analizirane vzorce predstavljali
največjo strukturno obremenitev.
Z oscilacijsko viskozimetrijo smo ugotovili, da vazelin, podlage in mazila lahko uvrstimo v
skupino snovi s šibko gelsko strukturo. Pri vseh vzorcih je prevladoval elastični modul,
vendar sta bila elastični in plastični modul enakega velikostnega razreda. Pri testih s
konstantno frekvenco oscilacije so vzorci v območju manjših amplitud strižne deformacije
izkazovali linearen viskoelastičen odziv, pri večjih amplitudah strižne deformacije pa so
izkazovali nelinearen odziv in veliko občutljivost na strig. Posledica tega je bila porušitev
strukture; prisotno je izrazito zmanjšanje in križanje krivulj obeh modulov (sistem steče).
Pri frekvenčnih testih pa smo ob povečevanju frekvence strižne deformacije ugotovili
54
enakomerno naraščanje elastičnega in plastičnega modula, kar je tudi značilnost šibkih
gelov.
Pri testih oscilacije pri skoraj vseh vzorcih opazimo prevladujoč plastični modul pri zelo
nizkih frekvencah strižne deformacije, kar lahko v določeni meri ponazarja pogoje
shranjevanja vzorcev. Na podlagi tega lahko ob daljšem shranjevanju vzorcev pričakujemo
vsaj delno izločitev tekočih ogljikovodikov in posedanje ogrodja, ki ga predstavljajo trdni
ogljikovodiki. Zato je vizualno spremljanje pojava sinereze pomemben faktor, ki nakazuje
spremembe v strukturi vazelina.
Temperaturni cikli so se v splošnem izkazali kot najbolj diskriminatoren pristop za
napovedovanje sprememb v notranji strukturi proučevanih vzorcev med njihovim
staranjem. Poleg tega je temperaturno ciklanje vzorcev tudi razmeroma hiter test (za
izvedbo petih ciklov potrebujemo 10 dni), ki nam tako na enostaven in hiter način
omogoča napovedovanje dolgotrajne stabilnosti analiziranih vzorcev.
UV-VIS spektroskopija se je izkazala kot delno ustrezna metoda za ločevanje med
različnimi vazelini, podlagami in mazili. Uspešno smo dokazali linearno odvisnost
absorbance od koncentracije raztopin vzorcev. Metoda določevanja absorbance
neraztopljenim vzorcem se je izkazala za manj občutljivo, saj so bile v tem primeru razlike
med vzorci bistveno manjše, vendar pa rezultati sovpadajo s tistimi, ki smo jih pridobili z
metodo merjenja absorbanc vzorcem raztopljenim v izooktanu.
Pri merjenju sijaja s Skin-Glossymetrom se je le ta najbolj povečal v primeru vzorcev
Mazilo 1 in Mazila 3 (za približno 4 a.e.), najmanjšo spremembo v povečanju sijaja glede
na bazalno vrednost pa smo ugotovili v primeru vzorca Vazelin 4 (za približno 1 a.e.).
Zanimivo je, da se rezultati pridobljeni kvantitativno v skoraj polovici primerov razlikujejo
od naše vizualne ocene vzorcev, torej kvalitativnega vrednotenja. Na podlagi tega lahko
zaključimo, da je za vrednotenje sijaja vazelina in mazil ustreznejša metoda
organoleptičnega vrednotenja in da instrumentalna metoda merjenja sijaja kože s
Skinglossymetrom ni povsem zanesljiva.
Menimo, da bi sklop razvitih metod lahko pripomogel k boljši karakterizaciji in možnosti
razlikovanja med različnimi tržno dostopnimi tipi vazelina, posledično pa bi omogočal tudi
lažji izbor ustreznega tipa vazelina za vključevanje v formulacije v farmacevtski industriji.
55
6. LITERATURA
1. Cosmetics and Skin: Chesebrough Manufacturing Company.
http://www.cosmeticsandskin.com/companies/chesebrough.php (Datum dostopa:
12.1.2015)
2. The Vaseline Story. http://www.vaseline.us/article/vaselinestory.html (Datum dostopa:
25.2.2015)
3. Cosmetics and Skin: Petrolatum/petroleum Jelly.
http://www.cosmeticsandskin.com/bcb/petrolatum.php (Datum dostopa: 12.1.2015)
4. European Pharmacopeia, Council of Europe, Strasbourg, 8. izdaja, 2014; 2966-67.
5. Rowe R C, Sheskey P J, Quinn M E. Handbook of Pharmaceutical Excipients, Sixth
Edition, London: Pharmaceutical Press, 2009; 17-19, 238-240, 481-484.
6. Park E K, Song K W. Rheological Evaluation of Petroleum Jelly as a Base Material in
Ointment and Cream Formulations: Steady Shear Flow Behavior, Archives of Pharmacal
Reasearch, 2010; 33: 141-150.
7. Dooms-Goossens A, Degreef H. Contact allergy to petrolatums (I). Sensitizing capacity
of different brands of yellow and white petrolatums. Contact Dermatitis, 1983; 9: 175-185.
8. Dooms-Goossens A, Degreef H. Contact allergy to petrolatums (II). Attempts to identify
the nature of the allergens. Contact Dermatitis, 1983; 9: 247-256.
9. Mitsui T. New cosmetic science, First Edition, Elsevier Science B.V., Amsterdam, 1997;
124-125.
10. Barry B W. Dermatological formulations: percutaneous absorption. Marcel Dekker,
New York, 1983; 304-309.
11. Mezger T G. The Rheology Handbook – For users of rotational and oscillatory
rheometers, 2. izdaja. Vincentz Network, Nemčija, 2006.
12. Fu R C, Lidgate D M. Characterisation of the Shear Sensitivity Property of Petrolatum,
Journal of Pharmaceutical Sciences, 1985; 74: 290-294.
56
13. Boylan J C. Rheological Estimation of the Spreading Characteristics of Pharmaceutical
Semisolids, Journal of Pharmaceutical Sciences, 1967; 56: 1164-1169.
14. Zupančič Valant A. Uvod v reologijo, 1.izdaja. Ljubljana: Fakulteta za kemijo in
kemijsko tehnologijo, 2007.
15. Gašperlin M. Določitev strukture in stabilnosti poltrdnih lipofilnih emulzijskih
sistemov z oscilacijsko reometrijo. Doktorsko delo, Ljubljana, 1997; 12-17.
16. Kočevar-Nared J, Gašperlin M. Teoretične osnove reologije pri oblikovanju in
vrednotenju tekočih in poltrdnih farmacevtskih oblik. Farmacevtski vestnik, 1997; 48: 493-
500.
17. Gašperlin M, Kočevar-Nared J, Kristl J, Šmid-Korbar J. Pomen vrednotenja
viskoelastičnosti pri načrtovanju farmacevtskih oblik na osnovi disperzij. Farmacevtski
vestnik, 1998; 49: 25-33.
18. Cuntell J D, Johnson K W. Physics, 8. izdaja. John Wiley & Sons, Inc., ZDA, 2009;
307-308.
19. Chang G S, Koo J S, Song K W. Wall slip of vaseline in steady shear rheometry,
Korea-Australia Rheology Journal, 2003; 15: 55-61.
20. Ultraviolet – Visible Spectroscopy (UV) – Background Theory, RSC – Royal Society
of Chemistry, London, 2009.
21. Owen T. Fundamentals of modern UV-visible Spectroscopy. Agilent technologies,
2000.
22. Robinson J W, Frame E M S, Frame G M. Undergraduate Instrumental Analysis, Sixth
Edition, Marcel Dekker, New York, 2005; 366-370.
23. Dooms-Goossens A, Degreef H. Contact allergy to petrolatums (III). Allergenicity
prediction and pharmacopeial requirements. Contact Dermatitis, 1983; 9: 352-359.
24. Agilent 8453 UV-visible Spectroscopy System – Service Manual. Agilent
technologies, Germany, 2000.
57
25. Agilent Cary 8454 Spectrophotometer – Ultimate in Performance, Reliability and
Compliance. Agilent Technologies, USA, 2014.
26. Tecan's monochromator innovations for microplate reading.
http://www.tecan.com/platform/apps/virtualdirectories/quad4m/pdf/monochromator_broch
ure.pdf (Datum dostopa: 25.1.2015)
27. Skin-Glossymeter GL 200 – Measuring Gloss on Skin, Lips and Hair.
http://www.courage-khazaka.de/index.php/en/all-downloads/downloads-en/file/23-
brochgl200rv600e (Datum dostopa: 12.1.2015)
28. The Best in Skin Analysis.
http://www.enviroderm.co.uk/WebRoot/BT3/Shops/BT2699/51AC/91E0/E82B/30BE/E94
6/0A0C/05E8/A8FC/Skin_Analysis_Brochure_2013_Web.pdf (Datum dostopa: 12.1.2015)
29. GL 1 – The Skin-Glossymeter GL 200 – Manual GL probe English. Courage +
Khazaka electronic GmbH, 2012.
30. 1-octanol, Pub Chem – Open chemistry database, National Center for Biotechnology
Information, U.S. National Library of Medicine, ZDA.
http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/957#section=Top (Datum dostopa: 24.3.2015)
31. Isooctane – proizvajalčeva specifikacija. Merck KGaA, Nemčija.
http://www.merckmillipore.com/AT/en/product/Isooctane,MDA_CHEM-104727 (Datum
dostopa: 24.3.2015)
32. 2,2,4-trimethylpentane, Pub Chem – Open chemistry database, National Center for
Biotechnology Information, U.S. National Library of Medicine, ZDA.
http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/10907?from=summary#section=Top (Datum
dostopa: 24.3.2015)
33. Park E K, Song K W. Rheological evaluation of petroleum jelly as a base material in
ointment and cream formulations with respect to rubbing onto the human body, Korea-
Australia Rheology Journal, 2010; 22: 279-289.
34. Korbar-Šmid J, Kozjek F, Božič M. Vrednotenje kvalitete vazelinov za farmacevtsko
uporabo (Prüfung der Qualität von pharmazeutischem Vaselin). Acta Pharm. Jugoslav.
1974; 24: 231-235.
58
35. Puig L in sod. Adherence and Patient Satisfaction With Topical Treatment in Psoriasis.
Actas Dermosifiliograficas, 2013; 104: 488-496.
59
7. PRILOGE
7.1. PRILOGA 1: Rotacijska viskozimetrija
Slika 36: Viskoznostne krivulje Vazelina 2 po različnih temperaturnih (staranje 1 mesec pri 23 °C
in 40 °C ter temperaturno ciklanje (40 °C, -20 °C)) in fizikalnih obremenitvah (centrifugiranje pri
45 000 obratov/min in 30 000 obratov/min) glede na neobremenjene vzorce (t=0).
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Visk
ozno
st [P
as]
Strižna hitrost [1/s]
Vazelin 2 t = 0
23 °C 1 mesec
40 °C 1 mesec
temp. cikli (40°C, -20°C)
centrifug. 45 000 obratov/min
centrifug. 30 000 obratov/min
60
Slika 37: Viskoznostne krivulje Vazelina 3 po različnih temperaturnih (staranje 1 mesec pri 23 °C
in 40 °C ter temperaturno ciklanje (40 °C, -20 °C)) in fizikalnih obremenitvah (centrifugiranje pri
45 000 obratov/min in 30 000 obratov/min) glede na neobremenjene vzorce (t=0).
Slika 38: Viskoznostne krivulje Vazelina 4 po različnih temperaturnih (staranje 1 mesec pri 23 °C
in 40 °C ter temperaturno ciklanje (40 °C, -20 °C)) in fizikalnih obremenitvah (centrifugiranje pri
45 000 obratov/min in 30 000 obratov/min) glede na neobremenjene vzorce (t=0).
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Visk
ozno
st [P
as]
Strižna hitrost [1/s]
Vazelin 3 t = 0
23 °C 1 mesec
40 °C 1 mesec
temp. cikli (40°C, -20°C)
centrifug. 45 000 obratov/min
centrifug. 30 000 obratov/min
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Visk
ozno
st [P
as]
Strižna hitrost [1/s]
Vazelin 4 t = 0
23 °C 1 mesec
40 °C 1 mesec
temp. cikli (40°C, -20°C)
centrifug. 45 000 obratov/min
centrifug. 30 000 obratov/min
61
Slika 39: Viskoznostne krivulje Podlage 2 po različnih temperaturnih (staranje 1 mesec pri 23 °C
in 40 °C ter temperaturno ciklanje (40 °C, -20 °C)) in fizikalnih obremenitvah (centrifugiranje pri
45 000 obratov/min in 30 000 obratov/min) glede na neobremenjene vzorce (t=0).
Slika 40: Viskoznostne krivulje vzorca Mazilo 2 po različnih temperaturnih (staranje 1 mesec pri
40 °C ter temperaturno ciklanje (40 °C, -20 °C)) in fizikalnih obremenitvah (centrifugiranje pri
45 000 obratov/min in 30 000 obratov/min) glede na neobremenjene vzorce (t=0).
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Visk
ozno
st [P
as]
Strižna hitrost [1/s]
Podlaga 2
t = 0
23 °C 1 mesec
40 °C 1 mesec
temp. cikli (40°C, -20°C)
centrifug. 45 000 obratov/min
centrifug. 30 000 obratov/min
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Visk
ozno
st [P
as]
Strižna hitrost [1/s]
Mazilo 2
t = 0
40 °C 1 mesec
temp. cikli (40°C, -20°C)
centrifug. 45 000 obratov/min
centrifug. 30 000 obratov/min
62
Slika 41: Viskoznostne krivulje vzorca Mazilo 3 po različnih temperaturnih (staranje 1 mesec pri
40 °C ter temperaturno ciklanje (40 °C, -20 °C)) in fizikalnih obremenitvah (centrifugiranje pri
45 000 obratov/min in 30 000 obratov/min) glede na neobremenjene vzorce (t=0).
Slika 42: Viskoznostne krivulje vzorca Mazilo 4 po različnih temperaturnih (staranje 1 mesec pri
40 °C ter temperaturno ciklanje (40 °C, -20 °C)) in fizikalnih obremenitvah (centrifugiranje pri
45 000 obratov/min in 30 000 obratov/min) glede na neobremenjene vzorce (t=0).
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Visk
ozno
st [P
as]
Strižna hitrost [1/s]
Mazilo 3
t = 0
40 °C 1 mesec
temp. cikli (40°C, -20°C)
centrifug. 45 000 obratov/min
centrifug. 30 000 obratov/min
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Visk
ozno
st [P
as]
Strižna hitrost [1/s]
Mazilo 4
t = 0
40 °C 1 mesec
temp. cikli (40°C, -20°C)
centrifug. 45 000 obratov/min
centrifug. 30 000 obratov/min
63
7.2 PRILOGA 2: Oscilacijska viskozimetrija – testi pri konstantni frekvenci oscilacije
Slika 43: Vrednosti elastičnega (G', -■-) in viskoznega (G'', -▲-) modula v odvisnosti od
amplitude strižne deformacije pri konstantni frekvenci 1 Hz za vzorec Vazelin 2 ob času 0 (temno
rdeča), po staranju 1 mesec na 23 °C (zelena) in 40 °C (vijolična), po temperaturnih ciklih (modra)
ter po fizikalni obremenitvi z ultracentrifugiranjem pri 45 000 obratih/min (oranžna) in 30 000
obratih/min (svetlo modra).
Slika 44: Vrednosti elastičnega (G', -■-) in viskoznega (G'', -▲-) modula v odvisnosti od
amplitude strižne deformacije pri konstantni frekvenci 1 Hz za vzorec Vazelin 3 ob času 0 (temno
rdeča), po staranju 1 mesec na 23 °C (zelena) in 40 °C (vijolična), po temperaturnih ciklih (modra)
ter po fizikalni obremenitvi z ultracentrifugiranjem pri 45 000 obratih/min (oranžna) in 30 000
obratih/min (svetlo modra).
10000
100000
1000000
0,001 0,01 0,1
G', G
''
Strižna deformacija [%]
Vazelin 2
10000
100000
1000000
0,001 0,01 0,1
G', G
''
Strižna deformacija [%]
Vazelin 3
64
Slika 45: Vrednosti elastičnega (G', -■-) in viskoznega (G'', -▲-) modula v odvisnosti od
amplitude strižne deformacije pri konstantni frekvenci 1 Hz za vzorec Vazelin 4 ob času 0 (temno
rdeča), po staranju 1 mesec na 23 °C (zelena) in 40 °C (vijolična), po temperaturnih ciklih (modra)
ter po fizikalni obremenitvi z ultracentrifugiranjem pri 45 000 obratih/min (oranžna) in 30 000
obratih/min (svetlo modra).
Slika 46: Vrednosti elastičnega (G', -■-) in viskoznega (G'', -▲-) modula v odvisnosti od
amplitude strižne deformacije pri konstantni frekvenci 1 Hz za vzorec Podlaga 2 ob času 0 (temno
rdeča), po staranju 1 mesec na 23 °C (zelena) in 40 °C (vijolična), po temperaturnih ciklih (modra)
ter po fizikalni obremenitvi z ultracentrifugiranjem pri 45 000 obratih/min (oranžna) in 30 000
obratih/min (svetlo modra).
10000
100000
1000000
0,001 0,01 0,1
G', G
''
Strižna deformacija [%]
Vazelin 4
10000
100000
1000000
0,001 0,01 0,1
G', G
''
Strižna deformacija [%]
Podlaga 2
65
Slika 47: Vrednosti elastičnega (G', -■-) in viskoznega (G'', -▲-) modula v odvisnosti od
amplitude strižne deformacije pri konstantni frekvenci 1 Hz za Mazilo 2 ob času 0 (temno rdeča),
po staranju 1 mesec na 40 °C (vijolična), po temperaturnih ciklih (modra) ter po fizikalni
obremenitvi z ultracentrifugiranjem pri 45 000 obratih/min (oranžna) in 30 000 obratih/min (svetlo
modra).
Slika 48: Vrednosti elastičnega (G', -■-) in viskoznega (G'', -▲-) modula v odvisnosti od
amplitude strižne deformacije pri konstantni frekvenci 1 Hz za Mazilo 3 ob času 0 (temno rdeča),
po staranju 1 mesec na 40 °C (vijolična), po temperaturnih ciklih (modra) ter po fizikalni
obremenitvi z ultracentrifugiranjem pri 45 000 obratih/min (oranžna) in 30 000 obratih/min (svetlo
modra).
10000
100000
1000000
0,001 0,01 0,1
G', G
''
Strižna deformacija [%]
Mazilo 2
10000
100000
1000000
0,001 0,01 0,1
G', G
''
Strižna deformacija [%]
Mazilo 3
66
Slika 49: Vrednosti elastičnega (G', -■-) in viskoznega (G'', -▲-) modula v odvisnosti od
amplitude strižne deformacije pri konstantni frekvenci 1 Hz za vzorec Mazilo 4 ob času 0 (temno
rdeča), po staranju 1 mesec na 40 °C (vijolična), po temperaturnih ciklih (modra) ter po fizikalni
obremenitvi z ultracentrifugiranjem pri 45 000 obratih/min (oranžna) in 30 000 obratih/min (svetlo
modra).
7.3 PRILOGA 3: Oscilacijska viskozimetrija – testi pri različnih frekvencah oscilacije
Slika 50: Vrednosti elastičnega G' (-■-) in viskoznega G'' (-▲-) modula v odvisnosti od kotne
frekvence strižne deformacije za vzorec Vazelin 2 ob času 0 (temno rdeča), po staranju 1 mesec na
23 °C (zelena) in 40 °C (vijolična), po temperaturnih ciklih (modra) ter po fizikalni obremenitvi z
ultracentrifugiranjem pri 45 000 obratih/min (oranžna) in 30 000 obratih/min (svetlo modra).
10000
100000
1000000
0,001 0,01 0,1
G', G
''
Strižna deformacija [%]
Mazilo 4
1000
10000
100000
1000000
0,1 1 10 100
G', G
''
Frekvenca [Hz]
Vazelin 2
67
Slika 51: Vrednosti elastičnega G' (-■-) in viskoznega G'' (-▲-) modula v odvisnosti od kotne
frekvence strižne deformacije za vzorec Vazelin 3 ob času 0 (temno rdeča), po staranju 1 mesec na
23 °C (zelena) in 40 °C (vijolična), po temperaturnih ciklih (modra) ter po fizikalni obremenitvi z
ultracentrifugiranjem pri 45 000 obratih/min (oranžna) in 30 000 obratih/min (svetlo modra).
Slika 52: Vrednosti elastičnega G' (-■-) in viskoznega G'' (-▲-) modula v odvisnosti od kotne
frekvence strižne deformacije za vzorec Vazelin 4 ob času 0 (temno rdeča), po staranju 1 mesec na
23 °C (zelena) in 40 °C (vijolična), po temperaturnih ciklih (modra) ter po fizikalni obremenitvi z
ultracentrifugiranjem pri 45 000 obratih/min (oranžna) in 30 000 obratih/min (svetlo modra).
1000
10000
100000
1000000
0,1 1 10 100
G', G
''
Frekvenca [Hz]
Vazelin 3
1000
10000
100000
1000000
0,1 1 10 100
G', G
''
Frekvenca [Hz]
Vazelin 4
68
Slika 53: Vrednosti elastičnega G' (-■-) in viskoznega G'' (-▲-) modula v odvisnosti od kotne
frekvence strižne deformacije za vzorec Podlaga 2 ob času 0 (temno rdeča), po staranju 1 mesec na
23 °C (zelena) in 40 °C (vijolična), po temperaturnih ciklih (modra) ter po fizikalni obremenitvi z
ultracentrifugiranjem pri 45 000 obratih/min (oranžna) in 30 000 obratih/min (svetlo modra).
Slika 54: Vrednosti elastičnega G' (-■-) in viskoznega G'' (-▲-) modula v odvisnosti od kotne
frekvence strižne deformacije za vzorec Mazilo 2 ob času 0 (temno rdeča), po staranju 1 mesec na
40 °C (vijolična), po temperaturnih ciklih (modra) ter po fizikalni obremenitvi z
ultracentrifugiranjem pri 45 000 obratih/min (oranžna) in 30 000 obratih/min (svetlo modra).
1000
10000
100000
1000000
0,1 1 10 100
G', G
''
Frekvenca [Hz]
Podlaga 2
1000
10000
100000
1000000
0,1 1 10 100
G', G
''
Frekvenca [Hz]
Mazilo 2
69
Slika 55: Vrednosti elastičnega G' (-■-) in viskoznega G'' (-▲-) modula v odvisnosti od kotne
frekvence strižne deformacije za vzorec Mazilo 3 ob času 0 (temno rdeča), po staranju 1 mesec na
40 °C (vijolična), po temperaturnih ciklih (modra) ter po fizikalni obremenitvi z
ultracentrifugiranjem pri 45 000 obratih/min (oranžna) in 30 000 obratih/min (svetlo modra).
Slika 56: Vrednosti elastičnega G' (-■-) in viskoznega G'' (-▲-) modula v odvisnosti od kotne
frekvence strižne deformacije za vzorec Mazilo 4 ob času 0 (temno rdeča), po staranju 1 mesec na
40 °C (vijolična), po temperaturnih ciklih (modra) ter po fizikalni obremenitvi z
ultracentrifugiranjem pri 45 000 obratih/min (oranžna) in 30 000 obratih/min (svetlo modra).
1000
10000
100000
1000000
0,1 1 10 100
G', G
''
Frekvenca [Hz]
Mazilo 3
1000
10000
100000
1000000
0,1 1 10 100
G', G
''
Frekvenca [Hz]
Mazilo 4