امولسیون به مخلوطی از دو یا چند مایع گفته می‌شود که در یکدیگر حل نمی‌شوند و امتزاج‌ناپذیر هستند. این مخلوط زیر مجموعه‌ای از یک سیستم بزرگ‌تر به نام کلوئید است. بااین‌وجود که در برخی موارد از واژه‌های کلوئید و امولسیون به‌جای یکدیگر به کار می‌رود؛ ولی موقعی یک مخلوط را امولسیون می‌نامند که هر دوفاز پخش شونده و پیوسته در حالت مایع باشند. در امولسیون فاز مایع (پخش شونده) داخل دیگری (فاز پیوسته) پخش می‌شود. از نمونه‌های این مخلوط می‌توان به روغن و سرکه، شیر هموژنیزه و برخی مواد مورداستفاده در برش‌کاری اشاره کرد.
امولسیون چیست
یک امولسیون می‌تواند به‌عنوان کلوئیدی متشکل از دو یا چند نوع مایع غیرهمگن معرفی می‌شود که در آن یکی از مایع‌ها شامل اشکال پراکندگی متنوعی از مایعات است. همان‌طور که ذکر شد امولسیون مخلوطی از دو یا چند مایع غیرقابل‌امتزاج می‌باشد که یکی از آن‌ها به‌صورت قطراتی کوچک یا حتی اولترا میکروسکوپی در دیگری توزیع می‌شود. اغلب این ترکیبات از اجزای مایعات به شکل طبیعی یا بیشتر اوقات با مکانیسم‌هایی مثل هم زدن تولید می‌شوند.
این مخلوط به‌وسیله برخی از عوامل تشکیل‌دهنده فیلم در سطح قطرات یا آن‌هایی که نوعی ثبات مکانیکی به آن‌ها می‌دهند تثبیت می‌شود. در نهایت شکل ناپایدار امولسیون به دو یا چندلایه مایع مجزا می‌شود. امولسیون‌های پایدار با غیرفعال‌کردن و ازبین‌بردن عامل امولسیون از بین می‌روند به‌عنوان‌مثال با اضافه‌کردن مواد مناسب یا حتی با فرایند انجماد یا گرم‌شدن.
مواد شیمیایی و لوازم و تجهیزات آزمایشگاهی را از کجا تهیه کنیم
شما برای تهیه مواد اولیه شیمیایی و لوازم آزمایشگاهی باکیفیت نیاز به یک تأمین‌کننده معتبر دارید. مجموعه تارا طب همواره سعی نموده تا رضایت مشتریان خود را از طریق کیفیت محصولات، قیمت مناسب و ارسال سریع جلب کند. شرکت تارا مدرن طب تجهیز با بیش از ده سال سابقه فعالیت در زمینه واردات و تأمین مواد اولیه شیمیایی و لوازم و تجهیزات آزمایشگاهی و در اختیار داشتن کادری مجرب می‌تواند خدمات خود را بالاترین کیفیت به مشتریان خود ارائه دهد. شما می‌توانید از طریق راه‌های ارتباطی موجود در سایت با مشاورین فروش ما جهت استعلام موجودی و قیمت به‌صورت مستقیم در ارتباط باشید.
ترکیب امولسیون‌ها
دو مایع می‌توانند انواع مختلفی از امولسیون به وجود آورند، به‌عنوان‌مثال آب و روغن را در نظر بگیرید. مخلوط روغن در آب امولسیون می‌باشد که در روغن پخش شونده و آب فاز پیوسته خواهد بود، نمونه‌ای از این نوع مخلوط شیر است که در آن گویچه‌های چربی شیر در آب معلق هستند. در شکل دیگری، می‌تواند روغن فاز پیوسته و آب پخش شونده باشد، بهترین نمونه این مورد نیز می‌توان به مارگارین اشاره کرد که برای طعم دادن پخت و کار به کار می‌رود. لازم به ذکر است که ترکیبی از هر دو حالت نیز برای امولسیون امکان‌پذیر است.
مثال امولسیون
در اصل این محلول‌ها شامل پراکندگی دو مایع هستند که با هم مخلوط نمی‌شوند. یکی از این مایعات به‌عنوان محیط پراکندگی و دیگری به‌عنوان فاز پراکنده عمل می‌کند. به‌عبارت‌دیگر امولسیون‌ها کلوئید‌هایی هستند که فاز پراکنده و محیط پراکندگی در آن‌ها مایع است. رایج‌ترین نوع آن مخلوط آب و روغن می‌باشد. همچنین اصطلاح امولسیون را به گروهی از سیستم‌های مخلوط می‌گویند که به‌عنوان ژل، محلول یا سوسپانسیون نامیده می‌شوند. مثلاً امولسیون عکاسی ترکیبی ژلاتینی است که از بلورهای ریز پخش شده در آن تشکیل شده است. این امولسیون‌های عکاسی، ذرات کلوئیدی هالیدهای نقره هستند که در یک بافت ژلاتینی پخش می‌شوند. امولسیون‌های هسته‌ای با امولسیون‌های عکاسی شبیه هستند؛ ولی با این تفاوت که آن‌ها در فیزیک ذرات به‌منظور شناسایی ذرات بنیادی باانرژی بالا به کار می‌روند. برخی نمونه‌های دیگر این مخلوط شامل کره است که امولسیون آب در چربی می‌باشد.
جداسازی امولسیون‌ها
با روش‌های مختلفی از جمله گرمایش، سانتریفیوژ، انجماد و غیره می‌توان این محلول‌ها را به مایعات تشکیل‌دهنده آن‌ها تفکیک نمود.
خواص و ویژگی‌های امولسیون
امولسیون‌ها از دوفاز پیوسته و پخش شونده تشکیل شده‌اند که مرزی بین این فاز وجود دارد که به آن مرز فاز رابط گفته می‌شود. به طور معمول امولسیون‌ها شبیه به ابر هستند؛ زیرا تعدد مرز بین دوفاز موجب پراکندگی نور عبوری از میان آن‌ها می‌شود. چنانچه کل نور عبوری یکسان پراکنده شود، رنگ امولسیون سفید خواهد بود. اگر امولسیون به‌قدر کافی رقیق باشد فرکانس‌های بالاتر نور بیشتر دچار پراکندگی می‌شوند و مخلوط به رنگ آبی دیده خواهد شد که این خاصیت پخشی را اثر تیندال می‌نامند. اگر امولسیونی غلیظ باشد رنگ آن تحت‌تأثیر طول‌موج‌های بلندتر قرار گرفته و زرد می‌شود. به‌راحتی می‌توان این پدیده را با مقایسه خامه و شیرخشک مشاهده کرد؛ زیرا درصد چربی شیر و خامه متفاوت است.
آشنایی با نانوامولسیون و میکروامولسیون
دو نوع امولسیون با نام‌های نانوامولسیون و میکروامولسیون هستند که با اندازه قطرات کمتر از 100 نانومتر نور را عبور می‌دهند. علت این خاصیت آن است که نور فقط موقعی توسط قطرات پراکنده می‌شود که اندازه آن‌ها بیش از یک‌چهارم طول‌موج نورتابشی باشد. به این دلیل که طیف نور مرئی طول‌موجی بین 390 تا 750 نانومتر دارد چنانچه اندازه ذرات کمتر از 100 نانومتر باشد نور می‌تواند بدون پراکندگی در قطرات نفوذ کند.
به طور ذاتی امولسیون‌های معمول ناپایدار هستند و به‌صورت خودبه‌خودی تشکیل نمی‌شوند. جهت تولید این مخلوط نیاز به اعمال انرژی داریم که این انرژی از طریق هم‌زدن، تکان‌دادن، هموژنیزه کردن و فراصوت به دست می‌آید. امولسیون باگذشت زمان به حالت پایدار فاز‌های تشکیل‌دهنده خود بر می‌گردد. نمونه‌ای از این حالت را در جداشدن مخلوط سرکه و روغن درون سالاد می‌توان مشاهده کرد. جهت حفظ حالت باید مدام آن را هم زد. البته نانوامولسیون‌های شفاف و میکروامولسیون‌ها از این قانون تبعیت نمی‌کنند.
نظریه‌های امولسیون‌سازی
ازآنجایی‌که مکانیسم‌ها و فرایندهای مختلفی اعم از شیمیایی و فیزیکی در روند امولسیون دخیل هستند تئوری‌های مختلفی دررابطه‌با آن وجود دارد که به توضیح آن‌ها می‌پردازیم:
تئوری دافعه: طبق این تئوری متوجه می‌شویم که عامل امولسیفایر یک فیلم را در یک‌فاز تولید می‌کند که باعث تشکیل گویچه می‌شود. این ترکیبات تمایل به دفع یکدیگر دارند و نیروی دافعه‌ای که مابین آن‌ها وجود دارد به آن‌ها در معلق ماندن درون محیط پراکندگی کمک می‌کند.
تئوری کشش سطحی: این تئوری امولسیون را به‌عنوان فرایندی بیان می‌کند که با کاهش کشش سطحی بین دوفاز رخ می‌دهد.
بهبود ویسکوزیته: بعضی عوامل امولسیون‌کننده موجب افزایش ویسکوزیته مخلوط شده که این امر باعث ایجاد فاز پخش شونده در محیط مخلوط می‌شود.
عوامل ناپایداری امولسیون
پایداری امولسیون به مقاومت آن در برابر تغییرات خواص در طول زمان اشاره می‌کند. چهار نوع ناپایداری در امولسیون‌ها وجود دارد که عبارت‌اند از:
- لختگی
- ته‌نشینی یا خامه‌ای شدن
- انعقاد
- تکامل استوالد
مواد فعال در سطح پایداری سینتیکی یک امولسیون را می‌توانند افزایش داده که در نتیجه آن اندازه قطرات در طول زمان تغییر نمی‌کند. پایداری امولسیون را می‌توان همانند سوسپانسیون‌ها از طریق پتانسیل زتا مورد بررسی قرار داد که دافعه بین ذرات سوسپانسیون یا قطرات امولسیون را نشان می‌دهد. درصورتی‌که پخش‌شوندگی و اندازه قطرات در طول زمان تغییر نکند امولسیون پایدار است. به‌عنوان‌مثال در برخی امولسیون‌های روغن و آب که شامل سورفکتانت بودند اندازه ذرات به مدت 28 روز در دمای 25 درجه سانتی‌گراد ثابت ماند.
روش‌های شناسایی نوع امولسیون
تست رقت
با اضافه‌کردن آب به امولسیون O/W همچنان که آب ماده پراکندگی می‌باشد پایدار می‌ماند؛ اما با افزودن روغن، به دلیل غیر قابل مخلوط بودن آب و روغن بی‌ثبات می‌شود. به همین ترتیب امولسیون W/O می‌تواند با روغن رقیق شده و همچنان پایدار باشد؛ ولی با اضافه‌کردن آب بی‌ثبات می‌شود.
آزمون رسانایی
طی این آزمایش امولسیون بین دو الکترود حفظ و یک لامپ به مدار وصل می‌شود. همان‌طور که آب برق را هدایت می‌کند، امولسیون O/W موجب انتقال الکتریسیته می‌شود ولی W/O برق را انتقال نمی‌دهد.
تست رنگ
در این روش یک‌رنگ محلول در آب به محلول افزوده می‌شود. اگر یک امولسیون O/W باشد محیط پراکندگی قرمز و فاز پراکنده بی‌رنگ و بالعکس می‌شود.
کاربردهای امولسیون
از این فرایند در صنعت داروسازی، غذاها، آتش‌نشانی و سنتز مواد شیمیایی استفاده فراوانی می‌شود.
داروسازی
از امولسیون‌ها در لوازم آرایشی و بهداشتی، حالت‌دهنده‌های مو و داروسازی می‌توان استفاده کرد. این دسته از امولسیون‌ها بر اساس نسبت روغن به آب طبقه‌بندی می‌شوند. همچنین از میکروامولسیون‌ها در کشتن میکروب‌ها و واکسن نیز استفاده می‌شود.
غذایی
امولسیون‌های روغن در آب محصولات غذایی متنوعی را شامل می‌شوند:
- مایونز: امولسیون روغن در آب پایدار که در آن از لسیتین تخم‌مرغ استفاده می‌شود.
- کف اسپرسو: مخلوط چربی قهوه در آب که یک امولسیون ناپایدار به‌حساب می‌آید.
- شیر هموژنیزه: امولسیونی از چربی شیر در آب که پروتئین شیر عامل امولسیون‌کننده آن است.
- کره: امولسیونی از آب در چربی حیوانی است.
- مارگارین: به‌عنوان امولسیونی از آب در روغن‌های گیاهی به کار می‌رود.
آتش‌نشانی
عوامل امولسیون‌کننده در خاموش نمودن شعله‌های کوچک حاصل از مایعات قابل‌اشتعال تأثیر می‌گذارند. این مواد از طریق حبس‌کردن بخارهای قابل‌اشتعال و ایجاد یک امولسیون سبب خاموشی آتش می‌شوند. این مواد برای خاموشی حجم زیاد آتش مناسب نیستند؛ زیرا مقدار امولسیون‌کننده موردنیاز این کار تابعی از حجم ماده قابل‌اشتعال است.
سنتز مواد شیمیایی
در ساخت پلیمر از امولسیون‌ها استفاده می‌شود که مزیت‌های فراوانی دارد. از جمله این مزایا می‌توان به مانع از دلمه شدن محصول اشاره کرد. محصولاتی که از این روش به دست می‌آیند را در تولید رنگ‌ها و چسب‌ها به کار می‌برند. لاتکس‌های مصنوعی نیز طبق این روش به دست می‌آیند.
عوامل امولسیفایر
این ترکیبات موادی هستند که برای تثبیت به امولسیون‌ها افزوده می‌شوند. امولسیفایرها موادی دارای انتهای آب‌دوست (قطبی) و انتهای آب‌گریز (غیرقطبی) هستند و در آب و روغن محلول هستند. این مواد یک لایه بین فاز پراکنده و محیط پراکندگی تشکیل می‌دهند در نتیجه از انعقاد ذرات بزرگ‌تر و جداشدن آن‌ها جلوگیری می‌شود. امولسیفایرها می‌توانند آنیونی، کاتیونی و یا حتی غیرقطبی باشند.
فقط درصد آب و روغن نشان‌دهنده اینکه امولسیون روغن در آب است یا آب در روغن نیست. از طرف دیگر نوع این محلول‌ها به این بستگی دارد که کدام یک از آب و روغن بتوانند امولسیون‌کننده را به میزان بیشتری حل کنند. چنانچه امولسیفایر در آب محلول‌تر باشد، روغن به محیط پراکندگی تبدیل و آب نیز به مرحله پراکنده تبدیل می‌شود. امولسیفایرهای رایج برای امولسیون‌های O/W پروتئین‌ها، صابون‌ها، صمغ‌ها و… می‌باشند. امولسیفایرهای متداول برای امولسیون W/O نمک‌های فلزات سنگین اسیدهای چرب، الکل‌های با زنجیره طولانی و غیره هستند.
بعضی نمونه‌های رایج امولسیفایرها عبارت‌اند از خردل، زرده تخم‌مرغ، سدیم فسفات، سلولز، لسیتین، مونو و دی گلیسیرید، DATEM و… هستند. زرده تخم‌مرغ حاوی لیستین است و به دلیل خاصیت دوگانه دوست خود، به‌عنوان امولسیون‌کننده در غذاها استفاده می‌شوند. خردل مواد شیمیایی مختلفی اطراف دانه‌های خود دارد که نقش امولسیون‌کننده دارند.
چگونگی کارکرد امولسیفایرها
جهت درک این موضوع و ساخت امولسیون، در ابتدا لازم است روند انعقاد را بدانیم. انعقاد فرایندی است که طی آن ذرات مشابه در امولسیون‌ها با هم جمع شده و ذرات حجیم‌تر و بزرگ‌تری ایجاد می‌کنند که منجر به جداشدن محیط پراکندگی و فاز پراکنده می‌شود. امولسیفایرها با ایجاد یک مانع فیزیکی بین محیط پراکندگی و فاز پراکنده در جلوگیری از انعقاد کمک می‌کنند. همان گونه که قبلاً دیده‌ایم امولسیفایرهایی مثل صابون انتهای آب‌دوست و آب‌گریز دارند، بر همین اساس می‌توانند به هر دو ماده قطبی و غیرقطبی متصل شوند.