Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tan và tốc độ hòa tan của dược chất

Bài viết sau đây, nhà thuốc Ngọc Anh xin trình bày về Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tan và tốc độ hòa tan của dược chất

Độ tan là gì?

Độ tan của một chất trong một dung môi tại điều kiện nhiệt độ và áp suất nhất định được định nghĩa là tỉ lệ của chất đó tan trong dung môi để tạo thành dung dịch bão hòa chất tan.

Tại sao cần quan tâm đến độ tan của dược chất?

Từ một dạng thuốc ban đầu, dược chất phải được giải phóng, hòa tan rồi mới được hấp thu để gây tác dụng dược lý và hiệu quả điều trị. Dược chất muốn được hấp thu qua màng sinh học thì nó phải được hòa tan tại vị trí hấp thu. Độ tan của dược chất quyết định mức độ và tốc độ giải phóng nó ra khỏi tá dược. Do đó độ tan quyết định mức độ và tốc độ hấp thu của thuốc vào cơ thể và ảnh hưởng đến sinh khả dụng cua thuốc.

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tan

Ảnh hưởng của nhiệt độ

Với các chất khí, khi nhiệt độ tăng thì độ tan của nó trong dung môi giảm đi cho nên hoàn toàn có thể đuổi các chất khí như oxy, carbondioxid ra khỏi dung môi bằng cách đun nóng để tránh làm biến đổi, phân hủy và đảm bảo độ ổn định của dược chất. Với các chất rắn thu nhiệt khi hòa tan, khi nhiệt độ tăng thì độ tan của nó cũng tăng lên còn với chất rắn tỏa nhiệt khi hòa tan, độ tan của chất đó sẽ giảm đi khi nhiệt độ tăng lên. Do đó trong quá trình bào chế, có thể tác động nhiệt thích hợp hoặc không tác động tùy thuộc vào bản chất chất tan để tăng độ tan của chúng trong dung môi.

Ảnh hưởng của áp suất (đối với chất khí)

Theo định luật Henry: Ở nhiệt độ không đổi, lượng chất khí hoà tan trong một thể tích chất lỏng xác định tỉ lệ thuận với áp suất của nó trên bề mặt chất lỏng. Khi áp suất tăng thì độ tan của chất tan tăng lên còn khi áp suất giảm đi thì độ tan của chất khí cũng giảm. Tuy nhiên định luật Henry chỉ đúng trong trường hợp các chất khí có độ tan nhỏ trong điều kiện áp suất không quá cao.

Ảnh hưởng của độ phân cực của chất tan và dung môi

Các chất phân cực thì dễ tan trong dung môi phân cực ví dụ như nước, dung dịch muối, kiềm, acid vô cơ, … ngược lại các chất ít phân cực thì dễ tan trong dung môi dung môi hữu cơ kém phân cực như benzene, toluene, dicloromethan, chloroform, … Ứng dụng trong việc lựa chọn dung môi hoặc hỗn hợp dung môi thích hợp với chất tan.

Ảnh hưởng của dạng thù hình

Chất rắn có thể tồn tại ở dạng kết tinh hoặc vô định hình. Độ tan của dạng vô định hình lớn hơn độ tan của chất ở dạng tinh thể do dạng kết tinh có cấu trúc mạng lưới tinh thể tương đối bền vững nên cần năng lượng để phá vỡ cấu trúc vì thế mà khả năng hoà tan khó hơn so với dạng vô định hình. Tuy nhiên dạng tinh thể ổn định hơn so với dạng vô định hình và chất rắn ở dạng vô định hình có xu hướng chuyển về dạng tinh thể. Với các chất khó tan thì nên chuyển về dạng vô định hình để tăng độ tan. Dược chất không ổn định nhứng khó tan ở dạng tinh thể thì có thể thêm các chất làm tăng độ tan thích hợp.

Ảnh hưởng của hiện tượng hydrat hóa.

Chất rắn có thể tồn tại ở dạng khan hay ngâm nước trong quá trình kết tinh. Độ tan của dạng khan lớn hơn so với dạng ngậm nước

Ảnh hưởng của hiện tượng đa hình

Tùy theo điều kiện kết tinh mà một chất rắn có thể kết tinh dưới nhiều dạng tinh thể khác nhau như tinh thể hydrat hoặc đồng kết tinh, … Các dạng kết tinh khác nhau có các đặc tính vật lý khác nhau và có độ tan trong dung môi cũng khác nhau. Các tinh thể kém bền hơn cần ít năng lượng để phá vỡ cấu trúc hơn là các tinh thể ở dạng bền hơn do đó nó dễ tan hơn. Tuy nhiên các dạng kết tinh không bền có xu hướng chuyển về dạng bền để ổn định hơn, điều này sẽ làm giảm độ tan của chất rắn.

Ảnh hưởng của pH dung dịch

Việc kiềm hóa dung môi sẽ làm tăng độ tan của các acid yếu (ví dụ phenobarbital, phenylbutazon, …), ngược lại acid hóa dung môi sẽ làm tăng độ tan của các chất kiềm yếu ( ví dụ các alkaloid như strychnine, scopolamine, …). Với các chất lưỡng tính (ví dụ như các acid amin, các sulfamid, …) thì càng gần pH đẳng điện độ tan của nó sẽ càng giảm, do đó cần tăng hoặc giảm pH cách xa điểm đẳng điện để tăng độ tan của chất đó. Ứng dụng điều chỉnh pH đến giá trị thích hợp để dễ dàng hòa tan chất rắn trong dung môi. Ngoài ra việc điều chỉnh pH còn góp phần làm ổn định dược chất và giảm nguy cơ gây kích ứng của thuốc với niêm mạc.

Ảnh hưởng của chất điện ly

Các chất điện ly trong dung dịch có thể làm giảm độ tan của chất tan do giảm độ phân ly của nó trong dung môi. Do đó cần pha loãng chất điện ly trước khi phối hợp vào dung dịch.

Ảnh hưởng của các ion cùng tên

Tăng nồng độ các ion cùng tên sẽ làm chuyển dịch cân bằng điện ly của chất tan về phía dạng phân tử ít tan cho nên làm giảm độ tan của chất. Vì vậy cần chọn thứ tự hòa tan thích hợp, hòa tan chất ít tan trước rồi mới hòa tan chất dễ tan.

Ảnh hưởng của chất diện hoạt

Các chất diện hoạt có cấu trúc lưỡng thân gồm một đầu thân dầu và một đầu thân nước. Khi nồng độ trong dung dịch tăng lên đến mức bão hòa thì chất diện hoạt có xu hướng quay đầu thân dầu vào nhau tạo thành các micell cầu, goi là nồng độ micell tới hạn. Nếu tiếp tục tăng nồng độ thì sẽ có xu hướng tạo thành các micell hình trụ. Trong quá trình tạo micell, các tiểu phân và phân tử chất tan sẽ được phân tán vào trong cấu trúc micell và nồng độ của chất đó trong micell lớn hơn nhiều so với bên ngoài dung dịch. Khi đó độ tan của chất tan, đặc biệt là các chất khó tan, tăng lên nhiều lần. Các chất diện hoạt hay dùng là tween (hay còn gọi là polysorbate) do khả năng làm tăng độ tan tốt và ít độc với người sử dụng.

Tham khảo thêm: Chất nhũ hóa là gì? Các loại chất nhũ hóa được ứng dụng trong dược phẩm

Ảnh hưởng của hỗn hợp dung môi

Việc sử dụng các các hỗn hợp dung môi đồng tan với nước như glycerin-ethanol-nước giúp làm tăng độ tan của các chất khó tan trong nước.

Tốc độ hòa tan là gì?

Tốc độ hòa tan là lượng chất hòa tan trong dung môi trong một đơn vị thời gian.

Tại sao lại cần quan tâm đến tốc độ hòa tan trong bào chế thuốc ?

Tốc độ hòa tan tăng lên giúp quá trình pha chế nhanh hơn do đó giúp tiết kiệm thời gian, tăng năng suất, giảm bớt thời gian dược chất tiếp xúc môi trường nên hạn chế được các tác

động bất lợi đến độ ổn định dược chất như ánh sáng, không khí. Do đó giảm nhiễm tạp, nhiễm khuẩn và đảm bảo chất lượng của thuốc.

Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ hòa tan của chất tan.

Tốc độ hòa tan được xác đinh theo công thức sau: dC/dt= D.A.(C_s-C_t)/h

Trong đó:

• dC/dt là tốc độ hòa tan chất tan
• A là diện tích bề mặt hòa tan
• C_s, C_t lần lượt là nồng độ bão hòa chất tan và nồng độ chất tan tại thời điểm t xác định.
• D là hệ số khuếch tán.
• h là chiều dày lớp khuếch tán.

Các yếu tố ảnh hưởng :

Diện tích bề mặt hòa tan (A) tăng thì tốc độ hòa tan của chất cũng tăng lên. Do đo có thể làm mịn chất tan bằng các thiết bj thích hợp để tăng diện tích tiếp xúc của các tiểu phân với dung môi.

Chiều dày lớp khuếch tán (h) tăng thì quãng đường khuếch tán của chất dài hơn nên tốc độ hòa tan giảm đi.

Chênh lệch nồng độ C_s-C_t tăng lên thì tốc độ hòa tan chất tan cũng tăng lên

Kích thước tiểu phân : làm nhỏ kích thước tiểu phân sẽ làm tăng diện tích tiếp xúc với dung môi do đó làm tăng tốc độ hòa tan của chất rắn.

Nhiệt độ : khi tăng nhiệt độ thì tốc độ hòa tan tăng do độ nhớt của dung môi giảm đi đồng thời hệ số khuếch tán D cũng tăng lên. Ứng dụng với các dung môi có độ nhớt cao như propylen glycol, glycerol, … cần đung nóng trước khi hòa tan dược chất.

Tài liệu tham khảo:

Sổ tay tá dược: “handbook of pharmaceutical excipient”

Xem thêm:  Kỹ thuật bao đường là gì? Quy trình bào chế viên nén bao đường