第二節　表面活性劑

一、表面活性劑的含義、組成與特點

在液體表面存在一種使液面收縮的力稱表面張力或界面張力。凡能顯著降低兩相間表面張力的物質，稱為表面活性劑。

表面活性劑之所以能降低表面張力，是由于其分子結構的特點。它們大都是長鏈的有機化合物，分子結構中同時含有極性親水基團如—OH、—COOH、—NH2等，和非極性疏水基團，如碳氫鏈。疏水基團通常為8個碳原子以上的烴鏈，可以是脂肪烴鏈、芳烴鏈或環烷烴鏈等。親水基團可以是解離的離子，如羧基、磺酸基、季銨基；也可以是不解離的親水基團，如羥基、酰氨基、醚基、羧酸酯基等，如圖6-1所示。表面活性劑能在水的表面定向吸附，親水基團朝向水中，疏水基團朝向空氣中，在液體表面上定向排列，從而改變了液體的表面性質，使表面張力顯著降低。

二、表面活性劑的分類

表面活性劑按其在水中的解離情況分為離子型和非離子型兩大類，離子型表面活性劑按其在水中電離后活性基團所帶電荷又可分為陰離子型、陽離子型和兩性離子型表面活性劑。不同類型表面活性劑的結構、特征和性質如下。

（一）離子型表面活性劑

1.陰離子型表面活性劑

分子中起表面活性作用的為陰離子部分，即帶負電荷，如肥皂、長鏈烴基硫酸鹽等。

（1）硫酸化物　包括硫酸化油和高級脂肪醇硫酸酯兩類，通式為，其中高級脂肪烴鏈R通常在C12～C18之間。硫酸化油的代表是硫酸化蓖麻油，為黃色或橘黃色黏稠液體，有微臭，可與水混溶，為無刺激性的去污劑和潤濕劑，可代替肥皂清洗皮膚，亦可用于揮發油或水不溶性殺菌劑的增溶。高級脂肪醇硫酸酯類中常用的是十二烷基硫酸鈉（月桂醇硫酸鈉）、十六烷基硫酸鈉（鯨蠟醇硫酸鈉）、十八烷基硫酸鈉（硬脂醇硫酸鈉）等。

（2）磺酸化物　包括脂肪族磺酸化物、烷基芳基磺酸化物和烷基萘磺酸化物等，通式為。脂肪族磺酸化物如二辛基琥珀酸磺酸鈉、二己基琥珀酸磺酸鈉，烷基芳基磺酸化物如十二烷基苯磺酸鈉等。

（3）羧酸化物　系高級脂肪酸鹽類，通式為R（COO-）nMn+。其脂肪酸烴鏈一般在C11～C18之間，以硬脂酸、油酸、月桂酸等較常用。根據M的不同，可分為堿金屬皂、堿土金屬皂和有機胺皂等。它們都具有良好的乳化能力，但易被酸所破壞。堿金屬皂還可被鈣鹽、鎂鹽等破壞，電解質可使之鹽析。內服有一定的刺激性，一般用于皮膚制劑。

2.陽離子型表面活性劑

分子中起表面活性作用的為陽離子部分。其分子中親水基團含有氮原子，根據氮原子在分子中位置不同，分為銨鹽、季銨鹽和雜環型三類，其特點是水溶性大，在酸性與堿性溶液中均較穩定。除具有良好的表面活性作用外，還具有很強的殺菌和防腐作用。

（1）苯扎氯銨和苯扎溴銨　苯扎氯銨（潔爾滅，氯芐烷銨）和苯扎溴銨（新潔爾滅、溴芐烷銨）均為白色或淡黃色粉末，具有殺菌、滲透、清潔、乳化等作用，屬消毒防腐類藥。苯扎氯銨屬非氧化性殺菌劑，毒性小，無積累性毒性，并易溶于水。苯扎溴銨有殺菌和去垢效力，作用強而快，對金屬無腐蝕作用，不污染衣服，性質穩定，易于保存。

（2）氯化（溴化）十六烷基吡啶　商品名為西北林。本品為白色粉末，易溶于水及乙醇，pH5～10時殺菌力強。一般消毒用其0.1%的水溶液；其0.5%或0.1%的乙醇溶液用于凝膠、栓劑等的防腐劑。

其他還有氯化苯甲羥胺、杜滅芬等。

3.兩性離子型表面活性劑

分子中同時帶有正、負電荷基團，隨介質pH值的不同而形成陽離子型或陰離子型。

（1）天然的兩性離子型表面活性劑　以卵磷脂為代表，由磷酸酯鹽陰離子部分和季銨鹽陽離子部分構成親水基。由于分子中有R1和R2兩個長鏈疏水基團，故不溶于水，但對油脂的乳化作用很強，可制成油滴很小且不易破壞的乳劑。目前是制備注射用乳劑的主要乳化劑。

（2）合成的兩性離子型表面活性劑　陽離子部分為銨鹽或季銨鹽，陰離子部分主為羧酸鹽、硫酸酯、磷酸酯、磺酸鹽等。羧酸鹽型又分為氨基酸型和甜菜堿型兩類。

兩性離子型表面活性劑在堿性水溶液中呈陰離子型表面活性劑性質，起泡性良好，去污力亦強；在酸性水溶液中則呈陽離子型表面活性劑特性，具有較強殺菌作用。

二、非離子型表面活性劑

非離子型表面活性劑系指在水溶液中不解離的一類表面活性劑，由甘油、聚乙二醇、山梨醇等多元醇構成分子中的親水基團，長鏈脂肪酸、烷基或芳基等構成親油基團，兩者以酯鍵或醚鍵相連接。因其不具有解離性，故不受電解質和溶液pH值的影響，能與大多數藥物配伍，且毒性和溶血性小。在制劑生產中應用較廣，常用作增溶劑、潤濕劑或乳化劑等。可供內服或外用，個別品種還可用于注射劑。

（1）脂肪酸山梨坦類　商品名為司盤（Span），系脫水山梨醇脂肪酸酯類，為山梨醇與各種不同的脂肪酸所組成的酯類化合物?？捎靡韵峦ㄊ奖硎荆?/p>

司盤類因脂肪酸種類和數量的不同而有不同產品，常用的有司盤-20、司盤-40、司盤-60、司盤-80等。親油性較強，一般用作W/O型乳劑的乳化劑，或O/W型乳劑的輔助乳化劑。

（2）聚山梨酯類　商品名為吐溫（Tween），系聚氧乙烯脫水山梨醇脂肪酸酯類，在司盤類的剩余—OH上，再結合3個聚氧乙烯基而制得的醚類化合物?？捎靡韵峦ㄊ奖硎荆?/p>

吐溫類根據脂肪酸種類和數量的不同而有不同產品，常用的有吐溫-20、吐溫-40、吐溫-60、吐溫-80等。因其分子中增加了極性的聚氧乙烯基，大大增加了親水性，故廣泛用作增溶劑或O/W型乳化劑。

（3）聚氧乙烯脂肪酸酯類　商品名為賣澤（Myrij），系由聚乙二醇與長鏈脂肪酸縮合而成?？捎猛ㄊ剑篟COOCH2（CH2OCH2）nCH2OH表示，其中，—（CH2OCH2）n—為聚乙二醇形成的聚氧乙烯基，n是聚合度，根據聚乙二醇的平均分子量而定。該類表面活性劑乳化能力很強，常用作O/W型乳化劑。

（4）聚氧乙烯脂肪醇醚類　商品名為芐澤（Brij），系由聚乙二醇與脂肪醇縮合而成的醚類，通式為RO（CH2OCH2）nH。亦因聚氧乙烯基聚合度和脂肪醇的不同而有不同的品種。如西土馬哥（Cetomacrogol）、平平加O（Peregol O）等。常用作增溶劑和O/W型乳化劑。

（5）聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物　系由聚氧乙烯和聚氧丙烯聚合而成。由于聚氧乙烯基是親水性的，聚氧丙烯則隨分子量的增大而逐漸變得親油，從而構成這類表面活性劑的親油基團。常用的有普流羅尼克（Pluronic），又稱為泊洛沙姆（Poloxamer）。Pluronic F-68是其中分子量較大者（約7500），呈片狀固體，熔點約為52℃。該類表面活性劑對皮膚無刺激性和過敏性，對黏膜刺激性極小，毒性也比其他非離子型表面活性劑小，故可用作靜脈注射用的乳化劑。

三、表面活性劑的基本性質

（一）膠束與臨界膠束濃度

表面活性劑水溶液達到一定濃度后，再增大濃度，對表面張力的降低作用不明顯。這時表層的表面活性劑已基本飽和，更多的表面活性劑分子進入溶液內部。當濃度增加到一定程度時，疏水基團相互吸引、締合在一起形成締合體，這種締合體稱為膠團或膠束。表面活性劑開始形成膠束時的濃度稱為臨界膠束濃度（critical micelle concentration，CMC）。它與表面活性劑的結構及組成有關，若疏水基的碳鏈長而直，則CMC較低；碳鏈短而支鏈多，則CMC較高。還與外界條件有關，如溫度、附加劑等。

（二）親水親油平衡值

表面活性劑分子中親水和親油基團對油或水的親和力強弱稱為親水親油平衡值（hydrophile-lipophile balance value，HLB值）。將表面活性劑的HLB值范圍限定在0～40，其中非離子型表面活性劑的HLB值范圍為0～20，表面活性劑的HLB值越高，其親水性越強；HLB值越低，其親油性越強。不同HLB值的表面活性劑適合于不同的用途，如增溶劑HLB值的為15～18；去污劑HLB為13～16；O/W乳化劑HLB為8～16；潤濕劑與鋪展劑HLB為7～9；W/O乳化劑HLB為3～8；大部分消泡劑HLB為0.8～3等，如圖6-2所示。

非離子表面活性劑的HLB值具有加和性，如簡單的二組分非離子表面活性劑混合體系的HLB值可用式（6-1）計算：

　?。?-1）

式中，HLB混合為混合表面活性劑的HLB值；HLBA、HLBB為表面活性劑A、B的HLB值；WA、WB為表面活性劑A、B的質量，g。

（三）起曇與曇點

表面活性劑通常隨溫度升高而溶解度增大，但某些含聚氧乙烯基的非離子型表面活性劑的溶解度開始隨溫度升高而增大，當達到某一溫度后，其溶解度急劇下降，使溶液變混濁，甚至產生沉淀。這種由澄明變混濁的現象稱為起曇，轉變點的溫度稱為曇點。產生這一現象的原因，主要是由于含聚氧乙烯基的表面活性劑其親水基可與水形成氫鍵，開始時隨溫度升高溶解度增大，當溫度達到曇點后，氫鍵被破壞，分子水化力降低，故而溶解度急劇下降。含有此類表面活性劑的液體制劑，由于在達到曇點時析出表面活性劑，其增溶或乳化性能亦下降，被增溶的物質可能析出，或乳劑可能遭到破壞。有的在溫度下降后恢復原狀，有的則難以恢復。因此需加熱滅菌的這類制劑應格外注意。

（四）表面活性劑的毒性

一般陽離子型表面活性劑的毒性大于陰離子型，非離子型表面活性劑的毒性相對最小。陽離子型和陰離子型表面活性劑還有較強的溶血作用，非離子型表面活性劑的溶血作用一般比較輕微。吐溫類的溶血作用通常較其他含聚氧乙烯基的非離子型表面活性劑小，非離子型表面活性劑溶血作用的強弱順序為：聚氧乙烯烷基醚>聚氧乙烯烷芳基醚>聚氧乙烯脂肪酸酯>吐溫類。吐溫類溶血作用的強弱順序為：吐溫-20>吐溫-60>吐溫-40>吐溫-80。

非離子型表面活性劑的刺激性與其濃度和聚氧乙烯的聚合度有關，一般濃度越大刺激性越大。聚氧乙烯聚合度增大，則刺激性降低。

四、表面活性劑在中藥藥劑中的應用

（一）增溶劑

藥物在水中因加入表面活性劑而溶解量增加的現象稱為增溶，具有增溶作用的表面活性劑稱為增溶劑，被增溶的物質稱為增溶質。每1g增溶劑能增加增溶質溶解的克數稱為增溶量。用于口服制劑和注射劑所用的增溶劑大多屬于非離子型表面活性劑，常用的有吐溫類、聚氧乙烯蓖麻油等。

（二）乳化劑

在兩種不相混溶的液體體系中，由于第三種物質的加入，使其中一種液體以小液滴的形式均勻分散在另一種液體中的過程稱為乳化，具有乳化作用的物質稱為乳化劑。表面活性劑可以用作乳化劑，其乳化作用機制主要是形成界面膜、降低界面張力或形成擴散雙電層等。

（三）潤濕劑

促進液體在固體表面鋪展或滲透的作用稱為潤濕，能起潤濕作用的表面活性劑稱為潤濕劑。疏水性藥物配制水性混懸劑時，需加入潤濕劑，使藥物更容易被水分散。潤濕劑的作用原理是表面活性劑分子定向吸附于固液界面，改變了固體表面性質，降低固液兩相表面張力，減小接觸角。

（四）起泡劑與消泡劑

中藥提取或濃縮時常因含有皂苷、蛋白質、樹膠或其他高分子化合物，在提取罐或濃縮罐中產生大量而穩定的泡沫。這些具有表面活性的高分子物質通常有較強的親水性和較大的HLB值，在溶液中可降低液體的界面張力而使泡沫穩定，這些物質即稱為起泡劑。起泡劑可用于腔道用藥，如在陰道用片中加入起泡劑，可促使藥物進入陰道皺褶而發揮作用。

消泡劑是一些表面張力小且水溶性也小的表面活性劑，與泡沫液層的起泡劑爭奪液膜面，并可吸附于泡沫表面上，降低表面黏度，促使液膜液體流失而消泡，這些表面活性劑即稱為消泡劑。消泡劑通常用于中藥提取、濃縮等過程中，以消除中藥在提取或濃縮過程中產生的泡沫。

（五）殺菌劑

大多數陽離子型表面活性劑和兩性離子型表面活性劑可用作殺菌劑。其殺菌機制是由于表面活性劑與細菌生物膜中的蛋白質發生相互作用，使蛋白質變性或破壞?？捎糜谑中g前的皮膚消毒、傷口或黏膜消毒和環境消毒等。

（六）去污劑

用于去除污垢的表面活性劑稱為去污劑或洗滌劑。去污劑多為陰離子型表面活性劑。