核磁共振作为分析工具的使用在分散行为的描述gydF4y2Ba

大卫FairhurstgydF4y2Ba^{一个gydF4y2Ba}佩顿和斯图亚特·普雷斯科特gydF4y2Ba^bgydF4y2Ba

^{一个gydF4y2Ba}Xigo Nanotools Inc .,伯利恒,PA 18015,美国gydF4y2Ba
^bgydF4y2Ba英国布里斯托尔大学、布里斯托尔BS8 1 tsgydF4y2Ba

介绍gydF4y2Ba

核磁共振(NMR)谱是其中一个最强大的分析工具用于探针分子结构和动半岛综合体育官方APP下载德甲力学的细节。它需要非常高的磁场,因此,一般使用特别大,强大的磁铁。小的出现,强大的磁铁使更少的昂贵的低分辨率核磁共振仪器设计,使其可行的衡量商业分散行为的重要特征和性能,包括颗粒悬浮液的湿表面积和乳液滴的大小。一个重要的额外的实际应用是确定竞争吸附和/或位移聚合物和表面活性剂的界面。本文简要概述的这些新方法在每个测量的一个例子。gydF4y2Ba

方法gydF4y2Ba

有两种基本测量积累的动态核磁共振,viz.放松和扩散。gydF4y2Ba

放松gydF4y2Ba

在松弛实验中,液体分子之间的色散进行快速交换束缚态和高机动性的自由州。自旋弛豫速率常数,RgydF4y2Ba_ngydF4y2Ba,决定从自旋弛豫时间的倒数,TgydF4y2Ba_ngydF4y2Ba。平均速度,RgydF4y2Ba_{ngydF4y2Ba(av)gydF4y2Ba}是由:gydF4y2Ba

RgydF4y2Ba_{ngydF4y2Ba(av)gydF4y2Ba}= pgydF4y2Ba_{年代gydF4y2Ba}RgydF4y2Ba_bgydF4y2Ba+ pgydF4y2Ba_bgydF4y2BaRgydF4y2Ba_fgydF4y2Ba

在那里,RgydF4y2Ba_bgydF4y2Ba是绑定的弛豫速率常数液体和RgydF4y2Ba_fgydF4y2Ba自由或散装液体(gydF4y2BangydF4y2Baspin-lattice放松(T = 1gydF4y2Ba_1gydF4y2Ba方法);gydF4y2BangydF4y2Ba= 2为自旋自旋(或旋转回声)放松(TgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba方法)],pgydF4y2Ba_bgydF4y2Ba在体相液体的分数和pgydF4y2Ba_{年代gydF4y2Ba}是液体表面的一部分。gydF4y2Ba

最简单的方法来测量TgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba反转恢复法;gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba然而,测量相对比较长而TgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba方法。在这个后测量,Carr-Purcell-Meiboom-Gill (CPMG)方法gydF4y2Ba^{2、3gydF4y2Ba}通常是使用。T的选择gydF4y2Ba_1gydF4y2Ba或TgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba是基于样本特征如悬浮固体浓度。gydF4y2Ba

表面积(SA)测量的核磁共振弛豫是基于观察到绑定液体接触粒子表面有一个松弛率明显不同(通常是短的数量级)的免费的液体。gydF4y2Ba

SA的计算从放松测量数据非常简单明了:gydF4y2Ba

RgydF4y2Ba_avgydF4y2Ba=ψgydF4y2Ba_pgydF4y2Ba年代gydF4y2BaLρgydF4y2Ba_pgydF4y2Ba(右gydF4y2Ba_bgydF4y2Ba- RgydF4y2Ba_fgydF4y2Ba)+ RgydF4y2Ba_fgydF4y2Ba

在那里,ψgydF4y2Ba_pgydF4y2Ba是粒子体积液体体积比,gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba是单位面积重量,L是流体和ρ的表层厚度吗gydF4y2Ba_pgydF4y2Ba是大部分粒子密度。gydF4y2Ba

层厚度,L,假定不变的粒子大小。为一个未知的材料,有必要获得独立自主的R估计gydF4y2Ba_bgydF4y2Ba。其他参数通常是已知的,可以测量或计算。没有复杂的反褶积的自相关函数在粒度分析,例如,动态光散射。gydF4y2Ba

扩散gydF4y2Ba

扩散系数的测量是基于使用pulsed-field梯度法。gydF4y2Ba^4gydF4y2Ba一个射频领域gydF4y2Ba梯度gydF4y2Ba,gydF4y2BaGgydF4y2Ba穿过样品,应用导致质子转移。监控位置随着时间的推移使扩散待定;这是磁共振成像(MRI)的基础。gydF4y2Ba

在乳剂,映射这些旋转轨迹定义了液滴的形状,因为液-液界面约束的最大随机游走,液滴内部的质子可以移动的距离。gydF4y2Ba

扩散系数,gydF4y2BaDgydF4y2Ba,可以通过测量(T的变化gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba)旋转回声衰减gydF4y2BaGgydF4y2Ba变化,给出的:gydF4y2Ba

我(gydF4y2BaGgydF4y2Ba)/ (0)= exp(-γgydF4y2Ba^2gydF4y2BaGgydF4y2Ba^2gydF4y2BaδgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba(Δ-δ/ 3)gydF4y2BaDgydF4y2Ba]gydF4y2Ba

d是场梯度的持续时间和Δ连续梯度脉冲之间的间隔。gydF4y2Ba

小水滴(< < 1µm),扩散系数的大小可以直接计算,gydF4y2BaDgydF4y2Ba使用Stokes-Einstein关系:gydF4y2Ba

DgydF4y2Ba= kgydF4y2Ba_bgydF4y2BaTgydF4y2Ba/ 6πηgydF4y2Ba一个gydF4y2Ba

在那里,gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba是滴直径,η是连续相的粘度,gydF4y2BaTgydF4y2Ba温度和kgydF4y2Ba_bgydF4y2Ba波尔兹曼常数。gydF4y2Ba

尽管衰减函数更复杂的大液滴(> 1µm)分散相不能扩散距离大于液滴的大小,导致限制扩散。这产生一个干涉图(类似于散射实验)的液滴半径可以计算。gydF4y2Ba

结果gydF4y2Ba

下面是三个例子说明使用核磁共振弛豫和扩散的描述作为一种分析工具分散行为。gydF4y2Ba

示例1:测定湿表面积的颗粒悬浮液gydF4y2Ba

粒子的表面积影响产品性能的许多方面,如颜料的遮盖力,催化剂的活性,食物口感和味道,效力、生物利用度和毒性的药物。传统的表面面积测量,利用气体吸附等方法,仅限于分析干燥粉末。然而,绝大多数的工业产品涉及粒子分散在液体中。gydF4y2Ba

为了说明gydF4y2Ba核磁共振表面积测量悬浮液,两个不同的活性药物成分(api),使用大约相同的分子量,结果显示在图1。gydF4y2Ba

粒径减少配方之前任何API将大大增加比表面积,随后,药物的溶解率(例如,口服后在肠道环境),并可能导致显著改善药物吸收的速度和程度,药物的生物利用度的需求得到满足。gydF4y2Ba^5gydF4y2Ba增加功效可以减少潜在的毒性(因为需要更少的药物物质)。也有越来越多的证据表明,特别是nanoparticulate材料,而不是粒子表面积大小定义度量,控制毒性相互作用。gydF4y2Ba^6gydF4y2Ba

第一个API,天然甾类激素孕酮的合成衍生物,作为艾滋病患者的食欲增强器使用规定,并作为“nanosuspension”提供水为12.5 wt %。intensity-weighted平均粒径,由动态光散射(DLS), 240海里,一个相当对称的大小分布。表面积,估计这意味着大小,是18米gydF4y2Ba^2gydF4y2BaggydF4y2Ba^1gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

平均面积,计算出R的情节的斜率gydF4y2Ba_spgydF4y2Ba与体积比,ψgydF4y2Ba_pgydF4y2Ba是38米gydF4y2Ba^2gydF4y2BaggydF4y2Ba^1gydF4y2Ba。RgydF4y2Ba_spgydF4y2Ba被定义为:gydF4y2Ba

RgydF4y2Ba_spgydF4y2Ba= [RgydF4y2Ba_avgydF4y2Ba/ RgydF4y2Ba_bgydF4y2Ba)- 1gydF4y2Ba

响应的线性稀释的函数(即gydF4y2Ba。gydF4y2Ba最初在12.5 wt %浓度,然后连续稀释使用蒸馏/ deionised HgydF4y2Ba_2gydF4y2BaO降至3.1%),连同这一事实拦截值(RgydF4y2Ba_spgydF4y2Ba在ψgydF4y2Ba_pgydF4y2Ba= 0)同意为散装弛豫率一个独立的价值,展示了快速交易限制的有效性。gydF4y2Ba

第二个API是10%的水中悬浮体的非核苷逆转录酶抑制剂,最初开发用于治疗艾滋病。成交量加权平均粒径分散的材料,使用激光衍射(LD)决定的,是2.4µm;双模大小分布。表面积,估计离均值大小,是2米gydF4y2Ba^2gydF4y2BaggydF4y2Ba^1gydF4y2Ba相比,24米gydF4y2Ba^2gydF4y2BaggydF4y2Ba^1gydF4y2Ba从弛豫数据计算。gydF4y2Ba

颗粒形状、表面不规则和孔隙度将不可避免地导致从粒子表面积大小测量值估计的真正价值方面有显著的差异gydF4y2Ba^7gydF4y2Ba和目前的结果证实了这一点。无论粒度分布,总表面积将由更小的尺寸,是体现在第二个例子中,分数越小(约0.2µm)包括只有总数的10%左右(按体积)。因此,间接估算出来的表面积粒度测量会导致误导,如果不是错误的,假设生物利用度等。显然,直接测量湿表面积将更相关的值。gydF4y2Ba

示例2:竞争吸附gydF4y2Ba

在家庭和个人护理配方,环境压力驱动需要产生更加复杂的混合洗涤剂;新方法nanoparticulate API配方和药物输送平台需要精心设计的稳定,因为他们从制造到病人;化妆品和油漆越来越包含混合悬浮液和获得最佳稳定这些多组分的系统带来了重大的问题。gydF4y2Ba

水溶性的中性聚合物常用的结合表面活性剂;他们的吸附到颗粒制备的关键homo和hetero-dispersions稳定。接下来,我们说明了利用核磁共振弛豫测量研究这种材料上表面的竞争吸附。gydF4y2Ba

聚乙烯吡咯烷酮(PVP)是一种水溶性聚合物广泛应用于化妆品和制药配方。图2 (a)是一种核磁共振弛豫测量显示初始的强烈吸附PVP (gydF4y2Ba米gydF4y2Ba_wgydF4y2Ba~ 55 kD)到15纳米二氧化硅纳米颗粒。gydF4y2Ba^8gydF4y2Ba十二烷基硫酸钠(SDS)是一种阴离子型表面活性剂不绑定到二氧化硅与PVP但众所周知,形成一个复杂。图2 (b)说明,随着SDS浓度的增加,裸露的硅的弛豫速率的方法在水里,清楚地展示了顺向解吸PVP的二氧化硅表面经SDS之外。gydF4y2Ba

因此,核磁共振弛豫测量不仅可以用于研究吸附在界面,但可能优化工业相关的配方。gydF4y2Ba

示例3:测定乳剂的液滴大小gydF4y2Ba

乳剂用于各种工业应用,从前体制备的聚合物微粒的清理浮油。他们是在化妆品和个人护理产品核心技术;药品使用在眼部,局部粘膜、肌肉和口服应用程序。乳剂配方设计师提供一个优雅的运载工具,可以用来提供多个活动材料,让他们彼此独立的如果他们反应或者每个人都有不同的溶解度,或呈现格式,提高了分布的活性物质和/或渗透在应用程序。gydF4y2Ba

使用技术,如激光光散射测量乳状液液滴大小但他们要求系统被稀释和过程可能引起的不稳定。因此,存在一个需要测量乳状液液滴大小变化。gydF4y2Ba

微流控技术可以用来准备乳剂具有均匀的液滴大小从100年20µmµm。图3 (a)的显微照片gydF4y2Ba奶油gydF4y2Ba样本(制备繁琐和耗时的)10%的石油(聚二甲硅氧烷)在水中PDMS O / W乳状液液滴平均gydF4y2Ba直径gydF4y2Ba40µm。gydF4y2Ba^9gydF4y2Ba图3 (b)显示了一个核磁共振干涉图的PDMS O / W乳状液,测量直接稀释或任何其他准备,从滴gydF4y2Ba半径gydF4y2Ba计算为:gydF4y2Ba

液滴半径= 0.715 /问第一个最低的位置,在那里,问类似于波矢量散射理论和当前例子Q是36000米gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

因此,PDMS液滴半径= 0.715/36000 =gydF4y2Ba19.8µmgydF4y2Ba

两个测量之间的协议是优秀的。核磁共振扩散测量液滴大小的主要优势是,它是一种简单、快速、非破坏性技术。乳液体系可以没有任何研究扰动影响测量的结果。进一步,系统可以识别运行之间的多次没有耗时的样品制备。gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

低分辨率的NMR弛豫和扩散系数的测量可以提供独特的洞察分子过程和结构。有高灵敏度的变化分子组成和构象接口。该技术提供了独特的基本见解,从而进一步探索在学术和工业环境中看起来奖励。gydF4y2Ba

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