乳析、合併與破乳機制

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建立於 2026年10月25日

學習重點 掌握Stokes 定律，依內、外相密度判斷乳析方向，並正確換算粒徑與時間單位。 利用界面自由能與界面面積、界面張力的關係，理解乳化劑的作用及面積倍數計算。 分辨凝絮、乳析、合併與破乳，以液滴是否融合、振搖能否恢復作為判斷關鍵。 熟記乳劑的流變性質、低溫安定性試驗條件，以及微生物污染的常見結果。 核心觀念 一、乳析方向與 Stokes 定律 乳析（creaming）是內相液滴因內、外相密度不同而上浮或下沉，使乳劑上部或下部形成液滴較濃的區域。液滴仍各自存在，尚未融合成一個大液滴。 以向下為正方向時，Stokes 公式可寫成：v＝d² ×（內相密度－外相密度）× g ÷（18η） d 為液滴直徑；η 為外相、亦即連續相的黏度。 使用公分、克、秒制時，密度以 g/cm³、直徑以 cm、黏度以 poise 表示，所得速率為 cm/sec。比重無單位，本單元計算可依其數值換算相應密度。 內相較輕則向上，內相較重則向下。公式正負號取決於方向約定，速率大小則使用密度差的絕對值。 一般 o/w 乳劑的油滴比外相輕，因此通常向上乳析；實際方向仍須比較內、外相密度，不能只看乳劑類型。 例如直徑 5 μm＝5×10⁻⁴ cm，內、外相密度分別為 0.9、1.20 g/cm³，外相黏度為 0.5 poise，g＝981 cm/sec²： 速率大小＝（5×10⁻⁴）² × 0.30 × 981 ÷（18×0.5）≈8.2×10⁻⁶ cm/sec。每日有 86,400 秒，換算約為0.7 cm/day，方向向上。 減少乳析的方法公式判斷 縮小內相液滴速率與直徑平方成正比；直徑減半，速率降為四分之一 減小內、外相密度差密度差越小，乳析越慢 增加外相黏度速率與外相黏度成反比 Stokes 定律是理想化估算；濃厚乳劑中的液滴交互作用會影響實際速率。乳析或凝絮伴隨液滴聚集時，有效移動單位可能變大，促進上浮或下沉，不能認為乳析後移動必然變慢。也不可把聚集直接當作液滴已經融合。 單純乳析具有可逆性，振搖後可恢復均勻分布；若使用前未充分振搖，取出製劑的內相比例可能不同，造成劑量偏差。 二、Gibbs 自由能與界面張力 在界面張力近似固定時，增加界面面積所需的界面自由能可表示為ΔG＝γΔA，其中 γ 為界面張力，ΔA 為界面面積增加量。 油分散成大量小液滴後，總界面面積增加，界面自由能也隨之增加。一般乳劑因此屬於熱力學不安定系統，有藉由液滴合併、減少界面面積而降低自由能的傾向。乳化劑可降低界面張力，並形成界面保護膜，提高乳劑的動力學安定性。 計算時先求分散後總面積＝每滴表面積×液滴數。比較乳化前後的界面能 γA，若總面積為原來的 k 倍，要使界面能不高於原值，界面張力須降至原來的 1/k 或更低。 例如原面積為 100 cm²，分散後總面積為 400 cm²，面積比為 4，界面張力須降至原來的四分之一。注意「總面積比」與「增加量占原面積的比例」不同，也不能直接把液滴數當作降低倍數。降低界面能亦不代表一般乳劑就成為熱力學安定系統。 三、凝絮、乳析、合併與破乳 現象液滴與界面膜的變化可逆性 凝絮 flocculation液滴鬆散聚集，各滴仍保有界面膜，未融合可逆，可再分散 乳析 creaming／沉降 sedimentation液滴上浮或下沉，形成內相較濃的區域可逆，振搖可恢復均勻 合併 coalescence，亦稱併合界面保護膜失效或破裂，小液滴融合成大液滴不可逆，單純振搖無法恢復原粒徑 破乳 breaking／cracking合併持續進行，最終形成明顯油、水兩層不可逆，單純振搖無法恢復 凝絮可能促進乳析，液滴集中又可能增加合併機會，但這些現象不一定依固定順序發生。本單元所稱聚集（aggregation），若指液滴未融合的鬆散聚集，應按可逆性判斷。 分層不必然等於破乳。若只是液滴濃度分布不均，振搖可恢復，屬乳析；若液滴融合後形成油、水兩相，則屬破乳。凝絮與合併的主要差別是液滴是否融合及是否可逆，不是有無沉澱或移動方向。 改善合併應著重改變乳化劑，建立適當而牢固的界面膜。重新振搖無法逆轉已融合的液滴；單純縮小粒徑也不能取代界面膜的保護，提高溫度更不是改善合併的通用方法。 四、流變性質與影響因素 一般乳劑常呈非牛頓流動。本單元比較的流動類型中，以牛頓流最不常見；稀薄乳劑仍可能接近牛頓流動，不能說乳劑絕不具有牛頓流動。 擬塑性流：剪切速率增加時，表觀黏度降低。 塑性流：須先超過降伏值才明顯流動。 脹流：剪切速率增加時，表觀黏度增加；某些高內相比例乳劑可能出現。 在其他條件相近時，本單元掌握液滴越小，乳劑黏度通常越大的趨勢。影響流變性的因素包括內外相比例、粒徑及分布、乳化劑種類與濃度、外相黏度及溫度。內相體積比例提高通常使黏度增加；容器大小較不影響乳劑本身的流變特性。 五、安定性試驗與微生物污染 本單元乳劑安定性測試常用的低溫條件為 5 ℃。可觀察乳析、液滴粒徑、合併及破乳等變化；離心或冷凍解凍則屬其他加速試驗方式，不應與一般低溫儲存條件混淆。 微生物污染可能造成酸敗、乳化劑分解及油溶性維生素遭破壞，進而損害製劑品質。轉相不是細菌污染的常見直接結果；轉相是 o/w 與 w/o 類型互換，通常與相比例、乳化劑性質或溫度等改變有關。 常考陷阱 「內相比外相重，容易向上乳析」：錯。較輕才上浮，較重則下沉。 「粒徑縮小或外相增稠會加快乳析」：錯。兩者均可減慢乳析；公式中的粒徑是直徑，且須平方。 「乳析後上升或下降一定較慢」：錯。聚集可使有效移動單位增大，不能以變慢作為乳析特徵。 「凝絮不可逆、合併可逆」：顛倒。合併已使液滴融合，振搖無法恢復。 「看見分層就是破乳」：須判斷振搖能否恢復，以及液滴是否已融合。 「合併可用搖動或加熱改善」：錯。應優先考慮乳化劑及界面膜的適當性。 「乳劑粒徑越小，黏度越小」：不符合本單元的一般趨勢；另勿把容器大小列為主要流變因素。 「細菌污染常造成轉相」：錯。應優先想到酸敗、乳化劑分解及維生素破壞。 記憶口訣 凝絮乳析搖得回，合併破乳難挽回。 內輕上、內重下；粒小、差小、外相稠，乳析慢。 面積幾倍，張力降至幾分之一；冷藏測試記五度。