FARMASI FISIK I Dr. Tedjo Yuwono, Apt NopoDocument

MATERI KULIAH RHEOLOGY (Ilmu tentang Sifat Alir Zat/Larutan) Antara lain mempelajari viscosity (kekentalan), pembuatan formulasi sediaan suspensi dan emulsi HYGROSCOPISITY (Penarikan Lembab) Antara lain mempelajari kelembaban RH ruang, RH0 bahan obat, sifat higroskopisitas bahan obat, kaitannya dengan stabilitasnya.

RHEOLOGY Pertama kali yang menggunakan istilah Rheology menurut Fisher, adalah: Bingham dan Crawford 2. Istilah tersebut digunakan untuk menggambarkan: a. Aliran dan sifat alir pada zat cair b. Deformasi pada zat padat

FANFAAT RHEOLOGY Rheology banyak digunakan di: Industri cat, tinta, material/bahan untuk membuat jalan, produk hasil peternakan dan pertanian, selanjutnya banyak dimanfaatkan dalam Bidang Farmasi Di industri farmasi: a. pengisian sediaan cair dalam wadah (botol, ampul, tube dsb), b. Saran dari Scott-Blair: diaplikasikan pada for- mulasi sediaan sirup, injeksi suspensi, emulsi, cream, tablet salut dan supositoria c. Untuk formulasi cream, pasta atau lotion dengan konsistensi dan kelembutan yang dapat diterima pasien, dengan hasil produk reprodusible.

APLIKASI RHEOLOGY Pada pencampuran (mixing) dan pentabletan Aliran bahan 3. Pemasukan obat dalam wadah (dalam tube atau botol) 4. Aliran lewatnya obat melalui jarum injeksi Pengeluaran dari tube saat digunakan Aliran granul pada waktu produksi tablet/kapsul Analisis pembungkus, etiket untuk menghinadi pemalsuan

PRINSIP DASAR RHEOLOGY Pada dasarnya Rheologi adalah ilmu yang mengkaitkan hubungan antara tekanan gesek (Shearing Stress) dengan kecepatan gesek (Shearing Rate) yang terjadi untuk suatu cairan Kurva yang dihasilkan dari hubungan tersebutdisebut Rheogram Catatan: Satuan koordinat kurva tsb: Shearing stress dlm F = F’/A (dyne cm-2) Shearingrate dlm G = dv/dr (det-1)

BERBAGAI MACAM TIPE ALIR Dikenal ada 2 golongan tipe alir: 1. Tipe Alir Newton 2. Tipe Alir Non-Newton: a. Tipe Alir Plastik b. Tipe Alir Pseudoplastik c. Tipe Alir Dilatan

dv/dt Aliran Dilatan (4) (det -1) Aliran Plastik (2) Aliran Pseudoplastik (3) Aliran Newton (1) f F = F’/A (dyne/cm-2) Gambar: Berbagai macam tipe Rheogram : ( 1 ). Rheogram tipe alir Newton ( 2 ) tipe alir Plastik ( 3 ). tipe alir Pseudoplastik, ( 4 ). Tipe alir dilatan

PENGGOLONGAN ALAT ADA ALAT KHUSUS UNTUK PENENTUAN VISKOSITAS ZAT : 1. TIPE ALIR NEWTON ( Dapat digunakan sembarang viskosimeter ) 2. TIPE ALIR NON-NEWTON ( Hanya dapat ditentukan dengan memakai alat-alat khusus )

SISTEM NEWTON Cairan ini mengikuti Hk. Newton mengenai aliran zat cair. Hk. Newton mengenai aliran zat cair: a. Antara kecepatan alir/kecepatan geser atau Shearing rate (dv/dr) sebanding dengan kece- patan alir/tekanan geser atau shearing stress (F = F’/A) yang diberikan. b. Hubungan tersebut bila digambarkan dalam kurva Rheogram, menghasilkan kurva linear me- lalui titik 0,0 dengan slope disebut fluidity : Ǿ = 1/η F’/A dv/dr = 1/η F’/A atau η = dv/dr

GAMBARAN SATUAN UNTUK G = dv/dr Jika air dialirkan melalui suatu pipa: F dr 1. Air tsb mengalir karena ada tekanan, misal F dyne/cm2 2. Molekul-molekul air yang berada di ba- gian tengah paling cepat mengalir 3. Makin ketepi secara gradual kecepatan menurun secara linear, dan yang me- nempel dinding pipa tidak mengalir Catatan: panjang anak panah menggambarkan kecepatan alir; G = dv/dr = cm det-1/cm = det-1

( 1 ) dv/dr (det-1) fluidity ( 1 ) Shearing rate ( 2 ) fluidity ( 2 ) Shearing stress, F = FA (dyne/cm2) Gambar: Dua rheogram cairan tipe alir Newton dng viskositas berbeda

SATUAN VISKOSITAS Ada dua cara dalam menyatakan viskositas zat cair: Koefisien viskositas atau disebut viskositas saja dengan satuan: Poise (Ps) atau centipoise (cps): dalam satuan cgs: Poise = dyne det cm-2 = g cm-1 det-1 Centi-poise: 1 cps = 0,01 Poise (Ps) Kinematic viscosity dapat dinyatakan dengan satuan Stokes (S) atau centistoke (cS): Centi-stokes: 1 cS = 0,01 S

PENGARUH SUHU TREHADAP VISKOSITAS Suatu zat dapat berubah fase: padat, cair atau gas oleh pengaruh suhu. Perbedaan viskositas masing-masing sangat jauh; fase padat tak terhingga, fase gas sangat kecil, dan fase cair berada di antaranya. Dalam fase cair hubungan viskositas dan suhu, dapat dinyatakan dengan persamaan Arrhenius: η = A e Ea/RT atau ln η = ln A + Ea/RT

PENGARUH KONSENTRASI TERHADAP VISKOSITAS CAIRAN Untuk sistem dispersi kasar, misalnya emulsi: a. Dispersi sangat encer: η = ηo (1 + 2,5 Cv) b. Dispersi dengan kadar lebih tinggi: η = ηo (1 + 2,5 Cv + 14,1 Cv2) Untuk larutan koloid berlaku persamaan: η = ηo e kC atau ln η = ln ηo + k C atau log η = log ηo + k/2,303 C

SISTEM NON-NEWTON 1. Sistem ini tidak mengikuti Hk Newton mengenai aliran zat cair 2. Ada 3 tipe sifat alir Non-Newton: a. Aliran plastik b. Aliran pseudoplastik c. Aliran dilatan 3. Sebagian besar sediaan obat bentuk cair dan semipadat termasuk golongan ini, misalnya: larutan koloidal, suspensi cair, emulsi, cream dan salep.

ALIRAN PLASTIK Sering disebut Bingham bodies Rheogramnya hubungan dv/dr vs F’/A atau F, linear dan tidak melalui titik 0,0 tetapi memotong sumbu F di f, perpotongan ini disebut yielt value Harga f ini diasumsikan sebagai titik perubahan fase padat ke fase cair dengan naiknya tekanan, dan merupakan indikasi kekuatan flokulasi partikel-partikelnya Rheogramnya mengikuti persamaan: F - f G = 1/U (F – f) atau U = G Sistem ini termasuk golongan shear thinning system Contoh: F = 8000 dyne/cm2, f = 5.200 dyne/cm2 dan U = 150/det. Berapa poise plastic viscosity-nya

ALIRAN PSEUDOPLASTIK Yang termasuk kelompok tipe alir ini a.l. sistem koloid: larutan gom, tragacantha, natr. alginat, CMC dan metil-selulose, juga beberapa sediaan suspensi dan emulsi Oleh shearing stress ada perubahan ikatan antar partikel dari sistem flukulasi deflokulasi, sehingga adanya stress vikositasnya turun disebut shear thinning system Menurut Martin dkk, rheogramnya merupakan persamaan eksponensial dan melalui titik 0,0 : G = 1/η’ F N atau Log G = N log F - log η’ Catatan: Harga N > 1 dan dengan tanda positif

ALIRAN DILATAN Biasanya terjadi pada sediaan suspensi dengan fase dispers > 50 % yang daya hambatnya meningkat dengan meningkatnya Shearing rate (G) Padea sistem ini terjadi dilatasi susunan partikelnya. Oleh adanya shear suspensi yang tadinga memiliki sisten deflokulasi flokulasi dengan adanya shear Rheogramnya analog dengan rheogram Sistem Pseudoplastik, tetapi N memiliki harga positif lebih kecil dari satu, dengan rumus: G = 1/ η’ F N atau Log G = N log F - log 4. Sistem ini sering juga disebut Shear Thickening System, kerena η’ maningkat dengan naiknya shearing stress.

THIXOTROPY Thixotropy adalah suatu pemulihan isotermik yang lambat pada pendiaman suatu bahan yang kehilangan konsistensinya karana shearing Terbentuk karena ada pemecahan struktur olehadanya shear, tetapi tidak segera terbentuk kembali setelah shear dihentikan Pada rheogramnya, antara kurva naik tidak berimpit dengan kurva turun. Kurva turun berada di sebelah kiri kurva naik, dan celah yang terbentuk disebut ” hysterisis loop” Ketika ada shear terjadi aliran, struktur pecah menga-lami transformasi dari gel sol, terjadi shear thinning, setelah shear dihilangkan struktur semula tidak segera terbentuk. Rheogram yang terbentuk sangat tergantung pada: laju peningkatan shear, laju pengurangan shear, lama perlakuan

dv/dt ( 2 ) ( 1 ) (det -1) histerisis loop f F/A (dyne/cm-2) Gambar: Rheogram yang menunjukkan adanya thiksotropi: ( 1 ) tipe alir plastik thiksotropi ( 2 ). tipe alir pseudoplastik thiksotropi

DERAJAT THIXOTROPY Pada dasarnya besarnya derajat thixotropy dapat dilihat dari luas hysterisis loop. Secara kuantitatif dapat diukur melalui 2 cara, dengan persamaan sbb.: U1 - U2 2 (U1 - U2) a. B = b. M = ln t2/t1 ln (v2/v1)2 Rheogram thixotropy, sering tidak normal seperti yang digambarkan: bentuk yang lain sering disebut bentuk kembung (Bugle) dan bentuk Taji (Spur) Dapat pula dijumpai sistem Thixotropy negatif atau Antithixotropy.

t2 t1 1/U1 dv/dt 1/U2 f F/A (dyne/cm-2) Gambar: Rheogram untuk menentukan besarnya derajat thixotropi