Wykład 1

Roztwór  

• Mieszanina jednorodna (dwóch lub więcej związków chemicznych) nierozdzielających się w długich okresach czasu . 

• Substancja znajdująca się w przewadze nazywana jest rozpuszczalnikiem; substancja w mniejszości- substancja rozpuszczana.

Hydratacja

• Rozpuszczalnik wodny

Rozpuszczalnik

• Polarny- ładunki są spolaryzowane np. H₂O

• Niepolarny- wiązanie kowalencyjne (mostki) np. heksan, eter

Rozpuszczanie = solwatacja

Hydrofilowe = lipofobowe

Hydrofobowe = lipofilowe

Zawartość rozpuszczalnych substancji wyrażana jest:

• Stężenie molowe

  • Liczba moli cząstek atomów/jonów/cząsteczek substancji rozpuszczonej w 1dm³ roztworu mol/dm³ lub mol/l

• Stężenie molalne (molalność)

  • Liczba moli cząstek atomów/jonów/cząsteczek substancji rozpuszczonej w 1kg rozpuszczalnika

• Stężenie procentowe (v/v)

  • Procent objętościowy, objętość składników wyrażana jako procent objętości całkowitej roztworu, wyrażana przez mieszanie tych składników

  • Kontrakcja objętości ‒ zjawisko fizyczne polegające na zmianie objętości roztworu lub mieszaniny na skutek reakcji chemicznej lub oddziaływań międzycząsteczkowych pomiędzy składnikami mieszaniny.

• Stężenie procentowe procent masowy [%(m/m)]

  • Masa składnika wyrażana jako procent masy całkowitej roztworu

• Ułamek molowy

  • Liczba moli cząsteczek składnika wyrażona jako ułamek całkowity liczby moli

  • Względna zawartość substancji A w roztworze zawierającym n_A (ilość moli A) i n_B (ilość moli B)

X_A= n_A/n_A+n_B X_B= n_B/n_A+n_B

• ppm (part per milion/część na milon

  • Objętość mikrolitra na litr (µl/l)

• ppn (m) mg/kg

Stężenia molowe wzory

• C- stężenie

• n- liczba moli

• V- objętość

• M- masa molowa

• d- gęstość

C = n/v

n = ms/M

C = ms/mr

Cp = (ms/mr) x 100%

ms = (Cp x mr)/100%

V = mr/d

C = (ms x d)/(M x mr)C = (Cp x d)/(M x 100%)

WYKŁAD 2

Liczba wodna

• Wielkość liczby wodnej świadczy o ilości H₂O którą można wprowadzić do podłoża

Wykład

O kosmetykach praktycznie, czyli o sporządzaniu kosmetyków

Skóra:

• Pokrywa całe ciało człowieka

• Pełni wiele istotnych funkcji dla życia

• Jedną z podstawowych funkcji jest ochrona organizmu przed szkodliwymi czynnikami zewnętrznymi

• Stanowi barierę, przez którą nie mogą wnikać do delikatniejszych tkanek zanieczyszczenia, mikroorganizmy i szkodliwe promieniowanie

• Stanowi selektywną barierę umożliwiającą wymianę materii z otoczeniem

• Znajdują się w niej gruczoły wydzielnicze, przez które usuwane są produkty przemian fizjologicznych

• Ma zdolność do resorpcji (wchłaniania) składników z zewnątrz

• Odrębna funkcja percepcyjna względem otoczenia (liczne zakończenia nerwowe)

• Zdolność absorbowania O₂ z otoczenia (o,6-1,5% ogólnej wymiany gazowej)

• Jest to bardzo ważny poziom dla procesów fizjologicznych zachodzących w skórze i tkance podskórnej

• Grubość skóry ludzkiej zależy od okolicy od pół do kilku mm

• Naskórek to ok 15% całej masy skóry

• Poniżej znajduje się skóra właściwa i pod nią tkanka podskórna

Naskórek

• Pełni funkcję ochronną względem całego „aparatu skórnego”

• Ulega w sposób ciągły odnowieniu

• Zewnętrzna warstwa złuszcza się i jest usuwana

• Razem z powyższą warstwą usuwane są substancje wydzielane z głębszych warstw skóry oraz brud i zalegające na powierzchni bakterie

Warstwa rogowa

• Warstwa rogowa jest zastępowana w sposób ciągły przez rozwijające się komórki warstw naskórka

• Najgłębiej położona jest warstwa podstawna w której tworzą się nowe komórki

• Komórki te intenstywnie rosną, zmieniają swój kształt i tracą jądro komórkowe- zmieniają swój skład chemiczny i obumierają (przechodzą do warstwy rogowej)

• Składa się ze zrogowaciałych błon komórkowych zawierających specyficzne białko- keratynę.

• Warstwa przesycona łojem, półprzepuszczalna dla H₂O, posiada właściwości ochronne, przez którą nie mogą wnikać drobnoustoje

• Zewnętrzna jej warstwa jest mniej zwarta i oddziela się

• Głębsze warstwy zawierają melanine

Skóra właściwa

• Do naskórka przylega bezpośrednio silnie pofałdowana warstwa brodawkowata

  • Warstwa ta odpowiada za elastyczność i wytrzymałość skóry

• Znajdujące się w skórze włókna, przeplatają się wzajemnie

• Składają się głównie z grubych włókien kolagenowych rozciągliwych i jednocześnie bardzo wytrzymałych mechanicznie

• Są one plecione przez znacznie cieńsze włóknienka sprężyste nadające skórze elastyczność

• Włókna warstwy brodawkowatej stanowią ok 70% suchej masy skóry

• Przestrzeń między włóknami jest wypełniona mieszaniną substancji białkowych

• Warstwa ta zawiera znaczną ilość wody, która odgrywa istotną rolę dla działania układu włókien

• W skórze właściwej znajduje się rozbudowana sieć naczyń krwionośnych, zaopatrujących torebki włosowe, gruczoły skórne i inne organy w subst. Odżywcze

• Poziom naczyń skóry właściwej łączy się z grubszymi pniami

• W skórze właściwej i tkance podskórnej znajdują się liczne zakończenia nerwowe typu receptorów oraz zakończenia „„sterujące” ruchami skóry i działaniem gruczołów łojowych i potowych

Gruczoły łojowe

• Wytwarzają substancję tłuszczo podobną zawierające znaczne ilości cholesterolu

• Łój skórny jest wydzielany do naskórka

• Uchodzą do mieszka włosowego (naskórek)

• Osiada w warstwie rogowej

• W wyniku naturalnego procesy złuszczania jest usuwany

• Cała komórka gruczołu ulega zniszczeniu

• Łój jest odpowiedzialny za odpowiednie natłuszczenie skóry i włosów, wraz z wodą tworzy na powierzchni skóry barierę wodno- lipidową, pełni funkcję ochronną,

• Wydzielina składa się z tłuszczu (łój, kwasy tłuszczowe, estry)

• Skład:

  • Woski

  • Sterole

  • Glicerydy

  • Kwasy tłuszczowe

  • Cholesterol

  • Niewielka część wody

Gruczoły potowe

• Wydzielają pobrane z krwi produkty rozpadu w postaci potu

• Pot zawiera oprócz wody sole mineralne i związki organiczne

• Wydzielaniem potu steruje autonomiczny układ nerwowy

• Wydzielanie potu odgrywa rolę w regulacji termicznej i gospodarce solami mineralnymi organizmu

• Rozróżniamy gruczoły ekrynowe i apokrynowe

Tkanka podskórna

• Pełni funkcję izolującą, ochronną i termoregulację

• Zbudowana głównie z tkanki tłuszczowej (komórki→ adepocyty) ułożonej w płaciki, między nimi występuje tkanka łączna luźna; włókien kolagenowych i elastynowych, nerwy, naczynia krwionośne i limfatycznej

• Ilość komórek tłuszczowych jest niezmienna, gromadzą one substancję zwaną triglicerydami, ich wielkość jest uzależniona od procesów lipogenezy (tworzenie tłuszczów), lipolizy (rozkład)

• Komórki tłuszczowe tworzą zraziki tłuszczowe, ich wielkość i rozmieszczenie zależy od wieku, płci, sposobu odżywiania

• Zawiera ciała dotykowe, które są zakończeniami nerwowymi, elementy gruczołów, końcowe elementy włosów

H₂O w skórze

• Skóra zawiera znaczną ilość H₂O, głównie związanej z włóknami kolagenowymi i sprężystymi oraz białkami przestrzeni międzywłóknowej

• Woda w sposób ciągły przenika przez naskórek i odparowuje

• Proces ten jest możliwy dzięki zemulgowaniu 10% wody w łoju warstwy rogowej

• Umożliwia to powolne przenikanie wody z głębszych warstw na zewnątrz

• Obecność wody w warstwie rogowej warunkuje elastyczność i gładkość skóry

Nawilżenie skóry

• Utrzymanie odpowiedniej wilgotności warstwy rogowej ułatwia obecność związków „przyciągających” utrzymujących H₂O

• Związki higroskopijne

• Naturalny czynnik nawilżający

Formy fizyczne kosmetyków

• Roztwory

• Emulsje

• Zawiesiny

Olej w wodzie - O/W

W emulsji typu olej w wodzie jedna cząsteczka oleju jest otoczona cząsteczkami wody. Emulsje O/W moga zawierać bardzo dużo, bo nawet ponad 80% wody. Są raczej lekkie i łatwo wchłaniane przez skórę. Są polecane dla cery tłustej, mieszanej i z łojotokiem. Nie szkodzą rownież innym typom cery, są najczęściej występującą formą emulsji w kremach do pielęgnacji twarzy i ciała.

Woda w oleju - W/O

W emulsji typu woda w oleju każda cząsteczka wody otoczona jest cząsteczkami oleju. Substancje tego typu są dosyć ciężkie i treściwe. Stosuje się je głównie w kremach preciwsłonecznych i ochronnych.

Forma mieszana O/W i W/O

Można również uzyskać typ mieszany. Może wystepować wtedy, gdy emulsja z emulgatorem typu O/W zawiera więcej niż 50% tłuszczu.

Typ kremu można łatwo przetestować biorąc trochę kremu na palec i polewajżc go wodą. Jeśli łatwo się zmywa, jest to emulsja "olej w wodzie", jeśli prawie cały krem zostanie na palcu, jest to emulsja "woda w oleju".

Kosmetyk

• Kosmetyki stosuje się nanosząc je bezpośrednio na powierzchnie skóry

• Warunkiem uzyskania dobrego efektu jest jednorodność kosmetyku

• W przypadku dobrej rozpuszczalności składników sporządza się roztwór

• W skład wielu kosmetyków wchodzą jednak substancje trudnorozpuszczalne

• Krem składa się z

  • H₂O

  • Ciał tłuszczowych

• Preparaty upiększające zawierają dodatkowo: nierozpuszczalne w H₂O i tłuszczach pigmenty

• W takich preparatach dążymy do otrzymania mieszaniny w której składniki jednego typu będą występowały w postaci bardzo drobnych cząsteczek rozprowadzonych równomiernie w jednorodnym roztworze składników typu:

  • Faza rozproszona

  • Faza rozpraszająca

• Najczęściej fazą rozpraszającą jest ciecz- jeżeli fazą rozproszoną jest również ciecz to układ nazywamy EMULSJĄ

• Zależnie od charakteru faz emulsje dzielimy na

  • O/W

  • W/O

Oba rodzaje emulsji mogą mieć konsystencje od ciekłej (mleczka) do prawie stałej (krem)

• Układ których fazą rozproszoną jest drobno sproszkowane ciało stałe nazywamy ZAWIESINAMI

• Konsystencja zawiesin

  • Ciekła

  • Półciekła (pastowa)

• Zależy od ilości fazy rozproszonej i gęstości (lepkości) fazy rozpraszającej

• Zawiesiny stałe otrzymywane przez rozpuszczenie proszku w stopionej substancjistałej np. parafinie, następnie pozostawione do zakrzepnięcia

Polarność związków organicznych

• Reguły wzajemnej rozpuszczalności związków organicznych

• 2 substancje po zmieszaniu mogą tworzyć roztwór (układ jednorodny) gdy w ich budowie występują podobieństwa

• Decydująca jest polarność cząsteczek, uwarunkowana występowaniem polarnych elementów budowy

  • Atomów tlenu, azotu innych pierwiastków

  • Ładunek elektryczny (jony)

• Najmniej polarne substancje organiczne to węglowodory (olej parafinowy zbudowany wyłącznie z węglowodorów, tłuszczy, wosków (zawierają atomy tlenu, ale zdominowane są łańcuchami długimi węglowodorów) trójsrearynian gliceryny, palmitynian cetylu

• W polarnych związkach organicznych wpływ łańcuchów węglowodorowych jest zdominowany przez grupy:

  • Hydroksylowe

  • Eterowe

  • Karboksylowe

• Obecność ładunków elektrycznych- sole kwasów organicznych

• Najbardziej polarnym surowcem kosmetycznym jest H₂O

Napięcie międzyfazowe, środki powierzchniowo czynne

• W przypadku 2 substancji o różnej polarności, ni rozpuszczalnych się wzajemnie, następuje zjawisko związane z wystąpieniem granicy faz

• Na granicy faz występują siły zwane napięciem międzyfazowym

• Siły te skierowane stycznie do powierzchni zetknięcia faz, dążą do zmniejszenia powierzchni międzyfazowej

• Jeżeli napięcie powierzchni jest duże to ciecz dążąca do zmniejszenia swojej powierzchni nie tworzy piany, pozostaje w postaci nierozlewającej się kropli (nie zwilża go)

  • 2 ciecze tworzą 2 odrębne warstwy

• Zmniejszenie napięcia powierzchniowego przeciwnie, powoduje powstanie piany, rozlewanie się kropli po stałej powierzchni a ciecz rozproszona w drugiej pozostaje w postaci kropelek niezlewających się ze sobą.

• Napięcie międzyfazowe zależy od polarności stykających się substancji

• Im większa jest różnica polarności faz, tym większe jest napięcie międzyfazowe i odwrotnie:\

  • Woda i olej parafinowy

  • Woda i olej roślinny (zawierają ugrupowanie polarne)

• Napięcie międzyfazowe na dowolnej granicy faz można zmniejszyć wprowadzając do układu substancje zwane środkami powierzchniowo czynnymi (stearynian sodu, oksyetylowany alkohol cetylowy cholesterol)

  • Cząsteczka środka powierzchniowo czynnego jest wydłużona i jeden koniec ma właściwości zdecydowanie polarne (hydrofil) a drugi niepolarne (lipofil)

  • Rzeczywista rozpuszczalność środka powierzchniowo czynnego zależy od przewagi jednego z tym elementów: 1) stearynian sodu

• Jeżeli wprowadzimy środki powierzchniowo czynne do mieszaniny to zacznie się on gromadzić na granicy faz (mieszanina H₂O z olejem)

• Wynika to z tendencji obydwu fragmentów cząstek do znalezienia środowiska o odpowiadającej im polarności

• Jeśli układ dynamicznie zmieszamy powstanie dyspersja- emulsja- która już nie ma tendencji do zlewania się poszczególnych faz

• Typ środków powierzchniowo czynnych determinuje rodzaj powstającej emulsji

  • Środki hydrofilowe ułatwiają tworzenie emulsji O/W

  • Środki lipofilowe dają emulsję W/O

SOLUBILIZATORY OPISAĆ Z NETA

Specyficzna grupa środków powierzchniowo czynnych

Silnie hydrofilowe substancje tzw. Pośredniki rozpuszczania

Solubilizacja jest to proces zwiększania rozpuszczalności substancji za pomocą tzw. pośredników rozpuszczania czyli solubilizatorów. Ze względu na rodzaj solubilizatorów i mechanizm ich działania można wyróżnić dwa typy solubilizacji: hydrotropową i micelarną.

Solubilizacja hydrotropowa

Polega na łączeniu się solublizatorów z cząsteczkami substancji rozpuszczanej i tworzeniu z nimi lepiej rozpuszczalnych asocjatów (nietrwałych połączeń). Solubilizatory hydrotropowe zawierają w swojej budowie ugrupowania atomów takie jak: -OH, -COOH, -NH2, czyli grupy nadające im charakter hydrofilowy. Powstające połączenia stają się bardziej rozpuszczalne w wodzie właśnie dzięki obecności grup hydrofilowych, wnoszonych przez solubilizatory.

W celu otrzymania roztworu substancji trudno rozpuszczalnej metodą solubilizacji hydrotropowej, substancję rozpuszcza się w stężonym roztworze solubilizatora, a następnie rozcieńcza wodą do żądanej objętości.

Solubilizacja micelarn

Polega na tworzeniu układów micelarnych (koloidów), złożonych z substancji rozpuszczanej i solubilizatorów, które są w tym przypadku cząsteczkami amfifilowymi, powierzchniowo czynnymi. Cząsteczki solibilizatora układają się w malutkie pęcherzyki (micele), orientując się częścią hydrofobową do środka a hydrofilową na zewnątrz i tworząc w ten sposób środowisko hydrofobowe wewnątrz miceli. Do wnętrza miceli mogą dostawać się substancje lipofilne, które dzięki obecności otoczki stają się rozpuszczalne w wodzie.

• Reguła Bancrofta 

  • Zasada dotycząca właściwości emulsji.

  • Mówi, że fazę zewnętrzną stanowi ta faza, w której emulgator rozpuszcza się lepiej.

  • Emulgator tworzy na granicy faz swoistą warstewkę, błonę o różnych wartościach napięcia międzyfazowego względem fazy wodnej i olejowej.

  • Powierzchnie błony są w różnym stopniu zwilżane przez wodę i olej.

  • Na skutek różnicy napięć błona ulega wygięciu, stając się wklęsła od strony cieczy gorzej zwilżającej jej powierzchnię.

  • Ciecz ta stanowić będzie zatem fazę rozproszoną.

• Solubilizatory

  • Środki powierzchniowo czynne silnie hydrofilne substancje tzw pośredniki rozpuszczania

    • Solubilizacja hydrotropowa ( -OH, -COOH, -NH₂)

    • Solubilizacja mineralna (amfifile)

  • Pozwalają otrzymać klarowne roztwory substancji nierozpuszczalnych w H₂O (stosowane do wprowadzania kompozycji zapachowych)

WYKŁAD 3

Metody sporządzania wyrobów kosmetycznych

• Proste wytwarzanie kosmetyków

• Podstawowe wyposażenie pracowni kosmetycznych

  • Waga laboratoryjna (200g, d=0,1g)

  • Mieszadło

    • Łopatkowe

    • U- kształtne

  • Łaźnie wodne

  • Moździerze porcelanowe

  • Parowniczki

  • Cylindry miarowe (szkło laboratoryjne)

Higiena pracy

• Większość kosmetyków stanowi doskonałe podłoże dla rozwoju mikroorganizmów (szczególnie układy emulsyjne)

• Sporządzanie kosmetyków powinno odbywać się z zachowaniem szczególnej czystości

• Pomieszczenie powinno być zabezpieczone przed kurzem i innymi zanieczyszczeniami

• Wszystkie naczynia i urządzenia stykająco się bezpośrednio

• Powinny być sterylnie umyte

• Zdezynfekowane 70% roztworem etanolu, wyparzone

• Powierzchnie robocze blatów powinny być zdezynfekowane

• Należy starannie umyć ręce

• Surowce i produkty przechowywać zawsze w zamkniętych opakowaniach

• Do pobierania naważek zawsze stosuje się czyste łopatki, pipety

• Rozsypane/rozlane surowce do wyrzucenia

Roztwory:

• Najprostsza forma kosmetyku

• Otrzymywanie

  • Rozpuszczanie surowców w H₂O, alkoholu, ciekłym tłuszczu

  • Rozpuszczanie składników powinno odbywać się zawsze we właściwej kolejności

  • Kolejny składniki dodajemy po rozpuszczeniu wcześniejszego

  • Proces przyspieszania- mieszanie

  • Proces przyspieszania- czasami ogrzewania

• Roztwory są stabilne jeśli:

  • Nie zachodzą dodatkowe reakcje chemiczne

  • Nie przekroczono iloczynu rozpuszczalności poszczególnych składników

• Wraz z zmniejszeniem temperatury rozpuszczalności większości związków maleje- należy zawsze określi dolną granice temperatury przechowywania

• Kondycjonowanie roztworów

  • Przechowywanie przez kilka dni w ciągu których następuje wytrącanie substancji stanowiących zanieczyszczenie surowców

  • Następnie roztwór kondycjonowany odsączmy

  • Roztwór po kondycjonowaniu jest stabilny (głównie roztwory perfumowane, ekstakty ziołowe)

Roztwory stałe

• Otrzymywane z zastosowaniem rozpuszczalnika o konsystencji stałej w temperaturze pokojowej

• Sporządzenie polega na : Rozpuszczenie surowca na łaźni wodnej, rozpuszczenie składnika i pozostawienie mieszaniny do zakrzepnięcia (najczęściej szminki)

Zawiesiny

• Większość układów niejednorodnych

• Szczególnie w kosmetykach z pigmentami

  • Zmikronizowane

  • Nierozpuszczalne

Zawiesiny ciekłe, półciekłe, stałe

• Konsystencja wynika z

  • Zawartości fazy rozproszonej

  • Gęstości ośrodka rozpraszającego

• Każdą zawiesinę można zagęścić

  • Zwiększając ilość rozproszonego proszku

  • Wprowadzając do formy rozpraszającej substancje zagęszczające (np. woski)

• Sporządzanie zawiesin jest trudniejsze niż roztwory

  • Składniki zbijają się w grudki

• Rozwiązaniem jest długotrwałe rozcieranie składników w moździerzu

  • Przy niewielkich ilościach- niewielka ilość cieczy w początkowej fazie, reszta w miarę postępu procesu

• Im drobniej jest zmielony proszek tym trudniejsze/łatwiejsze jest jego rozproszenie, a związek jest bardzo trwały

16