Eine Emulsion ist eine Mischung von zwei oder mehr Flüssigkeiten, die normalerweise (un-blendable) unvermischbar sind. Emulsionen sind ein Teil einer allgemeineren Klasse von zweiphasigen Systemen der Sache genannt Kolloide. Obwohl die Begriffe Kolloid und Emulsion manchmal austauschbar gebraucht werden, wird Emulsion verwendet, wenn sowohl das verstreute als auch die dauernde Phase Flüssigkeit sind. In einer Emulsion wird eine Flüssigkeit (die verstreute Phase) im anderen (die dauernde Phase) verstreut. Beispiele von Emulsionen schließen Essigsoßen, Milch und einige Schneidflüssigkeiten für das Metallarbeiten ein. Die lichtempfindliche Seite des fotografischen Films ist ein Beispiel eines Kolloids.

Das Wort "Emulsion" kommt aus dem lateinischen Wort für, "um", Milch Milch zu geben, die (unter anderem) eine Emulsion von Milchfett und Wasser ist.

Struktur und Eigenschaften von Emulsionen

Emulsionen, Flüssigkeit seiend, stellen keine statische innere Struktur aus; wie man annimmt, werden die Tröpfchen, die in der flüssigen Matrix (das "Streuungsmedium") verstreut sind, statistisch verteilt.

Äußeres und Eigenschaften

Emulsionen enthalten sowohl einen verstreuten als auch eine dauernde Phase; die Grenze zwischen diesen Phasen wird die Schnittstelle genannt. Emulsionen neigen dazu, ein bewölktes Äußeres zu haben, weil das viele Phase-Schnittstelle-Streuungslicht, weil es die Emulsion durchführt. Emulsionen scheinen weiß, wenn das ganze Licht ebenso gestreut wird. Wenn die Emulsion verdünnt ist, werden höhere Frequenz und Licht der niedrigen Wellenlänge mehr gestreut, und Emulsion wird blauer scheinen; das ist die Wirkung von Tyndall. Wenn es konzentriert wird, wird die Farbe zum Gelb verdreht. Dieses Phänomen ist beim Vergleichen von entrahmter Milch (ohne oder wenig Fett) zu Sahne (hohe Konzentration von Milchfett) leicht erkennbar.

Zwei spezielle Klassen von Emulsionen - Mikroemulsionen und nanoemulsions mit Tröpfchen-Größen unter 100 nm - scheinen lichtdurchlässig. Dieses Eigentum besteht darin auf Grund dessen, dass leichte Wellen durch die Tröpfchen nur gestreut werden, wenn ihre Größen ein Viertel der Wellenlänge des Lichtes überschreiten. Da das sichtbare Spektrum ungefähr 390 - 750 nm ist, wenn die Tröpfchen-Größen unter ungefähr 100 nm sind, kann das Licht durch die Emulsion eindringen ohne, gestreut zu werden. Wegen der Ähnlichkeit anscheinend sind lichtdurchlässiger nanoemulsions und Mikroemulsionen oft verwirrt. Verschieden von lichtdurchlässigen nanoemulsions, die verlangen, dass Spezialausrüstung erzeugt wird, werden Mikroemulsionen durch "solubilizing" Ölmoleküle mit einer Mischung von surfactants, co-surfactants und Co-Lösungsmitteln spontan gebildet. Die erforderliche surfactant Konzentration in einer Mikroemulsion ist jedoch mehrere Male höher als das in einem lichtdurchlässigen nanoemulsion und überschreitet bedeutsam die Konzentration der verstreuten Phase. Wegen vieler unerwünschter durch surfactants verursachter Nebenwirkungen ist das nachteilig oder für viele Anwendungen untersagend. Außerdem wird die Stabilität von Mikroemulsionen durch die Verdünnung leicht in Verlegenheit gebracht, heizend oder PH-Niveaus ändernd.

Allgemeine Emulsionen sind nicht stabil und formen sich so spontan nicht. Der Energieeingang durch das Schütteln, das Rühren, das Homogenisieren oder die Aussetzung vom Macht-Ultraschall ist erforderlich, um eine Emulsion zu bilden. Mit der Zeit neigen Emulsionen dazu, zum stabilen Zustand der Phasen zurückzukehren, die die Emulsion umfassen; ein Beispiel davon wird in der Trennung der Öl- und Essig-Bestandteile der Essigsoße, eine nicht stabile Emulsion gesehen, die, sich wenn nicht geschüttelt, unaufhörlich schnell trennen wird. Es gibt wichtige Ausnahmen zu dieser Regel: Mikroemulsionen sind thermodynamisch stabiler und lichtdurchlässiger nanoemulsions sind kinetisch stabil.

Ob sich eine Emulsion in eine Emulsion des Wassers im Öl verwandelt oder eine Emulsion des Öls im Wasser vom Volumen-Bruchteil von beiden Phasen und auf dem Typ des Emulgators (surfactant) abhängt (sieh Emulgator, unten). Im Allgemeinen gilt die Regierung von Bancroft: Emulgatoren und emulgierende Partikeln neigen dazu, Streuung der Phase zu fördern, in der sie sich sehr gut nicht auflösen; zum Beispiel lösen sich Proteine besser in Wasser auf als in Öl und so neigen Sie dazu, Emulsionen des Öls im Wasser zu bilden (d. h. sie fördern die Streuung von Öltröpfchen überall in einer dauernden Phase von Wasser).

Instabilität

Es gibt drei Typen der Instabilität in Emulsionen: Flockung, das Absahnen und die Fusion. Flockung beschreibt den Prozess, durch den die verstreute Phase aus der Suspendierung in Flocken kommt. Fusion ist eine andere Form der Instabilität, wenn kleine Tröpfchen auf einander und Vereinigung stoßen, um progressiv größere Tröpfchen zu bilden. Emulsionen können auch das Absahnen, die Wanderung von einer der Substanzen zur Spitze (oder der Boden, abhängig von den Verhältnisdichten der zwei Phasen) der Emulsion unter dem Einfluss der Ausgelassenheit, oder unter der Zentripetalkraft erleben, wenn eine Zentrifuge verwendet wird.

Aktive Oberflächensubstanzen (surfactants) können die kinetische Stabilität von Emulsionen vergrößern, so dass sich die Emulsion bedeutsam mit der Zeit nicht ändert. Eine nichtionische surfactant Lösung kann geschlossen unter der Kraft seiner eigenen Oberflächenspannung werden, in Form seines vorherigen Behälters für einige Zeit bleibend, nachdem der Behälter entfernt wird.

"Emulsionsstabilität bezieht sich auf die Fähigkeit einer Emulsion, Änderung in seinen Eigenschaften mit der Zeit zu widerstehen." D.J. McClements.

Technik, die physische Stabilität kontrolliert

Das vielfache leichte mit der vertikalen Abtastung verbundene Zerstreuen ist die am weitesten verwendete Technik, um den Streuungsstaat eines Produktes zu kontrollieren, folglich sich identifizierend und destabilisation Phänomene messend. Es arbeitet an konzentrierten Emulsionen ohne Verdünnung. Wenn Licht durch die Probe gesandt wird, ist es backscattered durch die Tröpfchen. Die backscattering Intensität ist zur Größe und dem Volumen-Bruchteil der verstreuten Phase direkt proportional. Deshalb werden lokale Änderungen in der Konzentration (das Absahnen) und die globalen Änderungen in der Größe (Flockung, Fusion) entdeckt und kontrolliert.

Die Beschleunigung von Methoden für die Bord-Lebensvorhersage

Der kinetische Prozess von destabilisation kann (bis zu mehreren Monaten oder sogar Jahren für einige Produkte) ziemlich lang sein, und es ist häufig für den formulator erforderlich, weiter beschleunigende Methoden zu verwenden, um angemessene Entwicklungsdauer für das neue Produktdesign zu erreichen. Thermalmethoden sind meistens verwendet; das besteht daraus, die Emulsionstemperatur zu vergrößern, um destabilisation (unter kritischen Temperaturen der Phase-Inversion oder chemischen Degradierung) zu beschleunigen. Temperatur betrifft nicht nur die Viskosität sondern auch Grenzflächenspannung im Fall von nichtionischem surfactants oder, auf einem breiteren Spielraum, Wechselwirkungen von Kräften innerhalb des Systems. Die Speicherung einer Emulsion bei hohen Temperaturen ermöglicht Simulation von wahren Bedingungen für ein Produkt (z.B, Tube von sunscreen Sahne in einem Auto im Sommer), sondern auch destabilisation zu beschleunigen, geht bis zu 200mal in einer Prozession.

Mechanische Beschleunigung einschließlich des Vibrierens, centrifugation, und Aufregung werden manchmal verwendet. Sie unterwerfen das Produkt verschiedenen Kräften, die die Tröpfchen gegen einander stoßen. Jedoch würden einige Emulsionen im normalen Ernst nie verschmelzen, während sie unter höheren Kräften tun. Außerdem ist die Abtrennung von verschiedenen Bevölkerungen von Partikeln hervorgehoben worden, wenn man centrifugation und Vibrieren verwendet.

Emulgator

Ein Emulgator (auch bekannt als ein emulgent) ist eine Substanz, die eine Emulsion durch die Erhöhung seiner kinetischen Stabilität stabilisiert. Eine Klasse von Emulgatoren ist als aktive Oberflächensubstanzen oder surfactants bekannt.

Beispiele von Nahrungsmittelemulgatoren sind:

• Ei-Eidotter (in dem der emulgierende Hauptagent lecithin ist)
• Honig
• Senf (wo eine Vielfalt von Chemikalien im mucilage Umgebung des Samen-Rumpfs als Emulgatoren handeln)
• Proteine und Emulgatoren des niedrigen Molekulargewichtes sind ebenso üblich
• Sojabohne lecithin ist ein anderer Emulgator und Bindemittel
• In einigen Fällen können Partikeln Emulsionen durch einen Mechanismus genannt die Stabilisierung von Pickering stabilisieren
• Natrium stearoyl lactylate
• DATEM (Diacetyl (saures) Weinostern von Monoglyceride) ist ein Emulgator, der in erster Linie im Backen verwendet ist

Reinigungsmittel sind eine andere Klasse von surfactant, und werden sowohl mit Öl als auch mit Wasser physisch aufeinander wirken, so die Schnittstelle zwischen Öl- und Wassertröpfchen in der Suspendierung stabilisierend. Dieser Grundsatz wird in Seife ausgenutzt, um Fett zum Zweck zu entfernen, zu reinigen. Viele verschiedene Emulgatoren werden in der Apotheke verwendet, um Emulsionen wie Sahnen und Lotionen vorzubereiten. Allgemeine Beispiele schließen emulgierendes Wachs, cetearyl Alkohol, polysorbate 20, und ceteareth 20 ein. Manchmal kann die innere Phase selbst als ein Emulgator handeln, und das Ergebnis ist nanoemulsion — der innere Staat zerstreut sich in Nano-Größe-Tröpfchen innerhalb der Außenphase. Ein wohl bekanntes Beispiel dieses Phänomenes, der ouzo Wirkung, geschieht, wenn Wasser in ein starkes alkoholisches Anis-basiertes Getränk, wie ouzo, pastis, arak oder raki gegossen wird. Die Anisolic-Zusammensetzungen, die in Vinylalkohol auflösbar sind, bilden jetzt Nano-Größe-Tröpfchen und emulgieren innerhalb des Wassers. Die Farbe solchen verdünnten Getränks ist undurchsichtiges und milchiges Weiß.

Gebrauch

Im Essen

Emulsionen des Öls im Wasser sind im Essen üblich:

• Crema im Espresso - Kaffee-Öl in Wasser (hat Kaffee gebraut), nicht stabiler
• Mayonnaise und Soße von Hollandaise sind Emulsionen des Öls im Wasser, die mit dem Ei-Eidotter lecithin oder den anderen Typen von Nahrungsmittelzusätzen wie Natrium stearoyl lactylate stabilisiert werden
• Essigsoße - Pflanzenöl in Essig; wenn bereit, mit nur Öl und Essig (ohne einen Emulgator), gibt eine nicht stabile Emulsion nach
• Homogenisierte Milch - Milchfett in Wasser- und Milchproteinen

In der Medizin

In pharmaceutics, hairstyling, persönlicher Hygiene und Kosmetik, werden Emulsionen oft verwendet. Das sind gewöhnlich Öl- und Wasseremulsionen, aber der verstreut wird, und der dauernd ist, hängt von der pharmazeutischen Formulierung ab. Diese Emulsionen können Sahnen, Salben, Einreibemittel (Balsame), Teige, Filme oder Flüssigkeiten genannt werden, größtenteils von ihren Öl- und Wasserverhältnissen und ihrem Weg der Regierung abhängend. Die ersten 5 sind aktuelle Dosierungsformen, und können auf der Oberfläche der Haut, transdermally augenkrank rektal oder vaginal verwendet werden. Sehr liquidy Emulsion kann auch mündlich verwendet werden, oder sie kann eingespritzt werden. Populäre heilkräftige Emulsionen schließen Galmei-Lotion, Kabeljau-Leber-Öl, Polysporin, cortisol Sahne, Canesten und Flotte ein.

Mikroemulsionen werden verwendet, um Impfstoffe zu liefern und Mikroben zu töten. Typische in diesen Techniken verwendete Emulsionen sind nanoemulsions von Sojabohne-Öl mit Partikeln, die 400-600 nm im Durchmesser sind. Der Prozess, ist als mit anderen Typen von antimikrobischen Behandlungen, aber mechanisch nicht chemisch. Je kleiner das Tröpfchen, desto größer die Oberflächenspannung und so das größere die Kraft, um sich mit anderem lipids zu verschmelzen. Das Öl wird mit einem hohen emulgiert scheren Mixer mit Reinigungsmitteln, um die Emulsion zu stabilisieren, so, wenn sie auf den lipids in der Membran oder dem Umschlag von Bakterien oder Viren stoßen, zwingen sie den lipids, sich mit sich zu verschmelzen. Auf einer Massenskala löst das effektiv die Membran auf und tötet den pathogen. Diese Sojabohne-Ölemulsion schadet normalen menschlichen Zellen oder den Zellen von den meisten anderen höheren Organismen nicht. Die Ausnahmen sind Samenzellen und Blutzellen, die für den nanoemulsions wegen ihrer Membranenstrukturen verwundbar sind. Deshalb werden diese nanoemulsions intravenös nicht zurzeit verwendet. Die wirksamste Anwendung dieses Typs von nanoemulsion ist für die Desinfektion von Oberflächen. Wie man gezeigt hat, haben einige Typen von nanoemulsions HIV 1 und verschiedene Tuberkulose pathogens zum Beispiel auf nichtporösen Oberflächen effektiv zerstört.

In der Brandbekämpfung

Emulgierende Agenten sind beim Auslöschen von Feuern auf kleinen dünnen Schicht-Stürzen von feuergefährlichen Flüssigkeiten (Feuer der Klasse B) wirksam. Solche Agenten fassen den Brennstoff in einer Kraftstoffwasseremulsion kurz zusammen, dadurch die feuergefährlichen Dämpfe in der Wasserphase fangend. Diese Emulsion wird durch die Verwendung einer wässrigen surfactant Lösung des Brennstoffs durch eine Hochdruckschnauze erreicht. Emulgatoren sind beim Auslöschen groß (d. h., tief) Feuer nicht wirksam, die flüssige Brennstoffe einschließen, weil der Betrag von für die Auslöschung erforderlichem Reagenz eine Funktion des Volumens des Brennstoffs ist, wohingegen Reagenzien wie wässriger filmbildender Schaum (AFFF) nur die Oberfläche des Brennstoffs bedecken müssen, um Dampf-Milderung zu erreichen.

Siehe auch

• Emulsionsstreuung
• Mikroemulsion
• Miniemulsion
• Emulsion von Pickering
• Wasser-in-Wasser-Emulsion

Links

• Öl in Wasserrückemulsionen und Effekten auf SAGD
• Drei Teil-Videoreihen, die die Wissenschaft hinter Kochemulsionen erklären
• Handbuch von Nanostructured Materialien und Nanotechnologie; Nalwa, H.S. Ed; akademische Presse: New York, New York, die USA, 2000; Band 5, Seiten 501-575