Sifat Rheologi dan Viskositas Farmasetik

Rheologi, berasal dari bahasa Yunani, Rheo berarti mengalir dan logos (ilmu), yang diguna kan pertamakali oleh Bingham dan Crawford untuk menggambarkan aliran cairan dan deformasi dari padatan.

Viskositas adalah suatu sifat yang menyatakan  tahanan dari suatu cairan untuk mengalir; jadi makin tinggi viskositas makin besar tahanannya untuk mengalir.  

Pentingnya rheologi dalam bidang farmasi (menurut Scott-Blair) yaitu penerapannya dalam formulasi dan analisis produk farmasi tersebut, seperti emulsi, pasta, suppositoria dan penyalutan tablet. Rheologi meliputi pencampuran dan aliran dari bahan, pengisian ke dalam wadah, pemindahan sebelum digunakan, apakah bisa  dituang dari botol, pengeluaran dari tube, atau melewati jarum suntik.

            Sifat-sifat rheologi dari sistem farmasetik dapat mempengaruhi pemilihan alat yang akan digunakan untuk memproses produk tersebut dalam pabriknya.

Sistem Aliran/ Rheologi

Hukum aliran dari Newton

  Perhatikan sebuah balok cairan  yang terdiri dari lapisan-lapisan molekul parallel, bagaikan setumpuk kartu, lihat gambar 4-1. Lapisan dasar dianggap menempel pada tempatnya. Jika bidang cairan paling atas bergerak dengan suatu kecepatan konstan, setiap lapisan dibawahnya akan bergerak dengan suatu kecepatan yang berbanding lurus dengan jarak dengan lapisan dasar yang diam. Perbedaan kecepatan (dv) antara dua bidang cairan dipisahkan oleh suatu jarak yang kecil sekali (dr) adalah “perbedaan kecepatan” atau rate of shear, dv/dr.  Gaya per satuan luas F’/A diperlukan untuk menyebabkan aliran, ini disebut shearing stress (tekanan geser)   Newton adalah orang pertama yang mempelajari sifat-sifat aliran dari cairan secara kuantitativ. Dia menemukan bahwa makin besar viskositas suatu cairan, akan makin besar pula gaya per satuan luas (shearing stress) yang diperlukan untuk menghasilkan suatu rate of shear tertentu.  Oleh karena itu, rate of shear harus berbanding langsung dengan shearing stress atau dimana h adalah koefisien viskositas, biasanya disebut sebagai viskositas saja. Seringkali ditulis sebagai                  

dimana  F = F’/A  dan G = dv/dr

Satuan viskositas adalah poise, (dinyatakan pada gbr 4-1) sebagai shearing forse (tekanan geser) yang dibutuhkan untuk menghasilkan kecepatan 1 cm/detik antara dua bidang cairan yang parallel dimana luas masing-masing adalah 1 cm² dan dipisahkan oleh jarak 1 cm.     

Satuan cgs untuk poise adalah  dyne detik cm^-2 (g/cm.detik). Satuan-satuan ini dengan mudah diperoleh dari analisis dimensi dari koefisien viskositas.

Satuan yang lebih enak digunakan adalah sentipoise, cp (jamak, cps) dimana 1 cp sama dengan 0,01 poise. Istilah fluiditas ,q, didefinisikan sebagai kebalikan dari viskositas :

 

Viskositas Kinematis

Dalam Farmakope Amerika Serikat (USP), FI ed IV diterangkan mengenai viskositas kinematis yang merupakan viskositas absolut.

Satuan dari viskositas kinematis adalah stoke(s) dan senti stokes

Contoh 1. (a) Dengan menggunakan viskometer Ostwald, viskositas aseton diukur dan didapat bahwa aseton mempunyai viskositas 0,313 cp pada 25 ^oC. r = 0,788 g/cm³. Berapakah viskositas kinematis aseton pada 25^oC  ?

(b) Air (sebagai standar) viskositasnya  pada 25^oC  (h = 0,8904). Berapakah viskositas aseton relative terhadap air ?

Jawab :    (a)   viskositas kinematis = 0,313 cp ¸ 0,788 g/cm³   = 0,397 poise/(g/cm³)  

                        atau  0,397 senti stoke

    (b)   h_rel(aseton) = 0,313 cp/0,8904 cp = 0,352 (tanpa satuan)

Ketergantungan Temperatur dan Teori Viskositas.

Bila viskositas gas meningkat dengan_: naiknya temperatur, maka viskositas cairan justru menurun, jika temperatur dinaikkan. Fluiditas dari suatu cairan yang merupakan kebalikan dari viskositas akan meningkat dengan makin tingginya temperatur. Ketergantungan viskositas cairan terhadap temperatur untuk sebagian besar zat di nyatakan oleh persamaan yang analog dengan persamaan kinetik; kimia Arrhenius (hlm. 766).

h = Ae^EvlRT

di mana A adalah suatu konstanta yang bergantung pada bobot molekul dan volume molar dari cairan tersebut, dan E_V adalah suatu "energi pengaktifan"' yang dibutuhkan untuk memulai aliran antara molekul-molekul tersebut.

Energi penguapan dari suatu cairan adalah energi yang diperlukan untuk memindahkan suatu molekul dari cairan tersebut, meninggalkan suatu "lubang" di belakang yang ukurannya sama dengan ukuran molekul yang pindah tersebut. Lubang ini juga harus tersedia dalam suatu cairan jika satu molekul mengalir melewati molekul lainnya. Energi pengaktivasi untuk aliran ditemukan kira-kira sepertiga dari energi penguapan, dan dapat disimpulkan bahwa tempat kosong yang diperlukan untuk mengalir kira-kira sepertiga volume dari suatu molekul. Ini disebabkan kenyataan bahwa suatu molekul dalam mengalir dapat kembali dan berpindah dalam suatu ruang yang lebih kecil dari ukuran sebenarnya, seperti sebuah mobil dalam tempat parkit yang penuh sesak Dibutuhkan, lebih banyak energi untuk memecah ikatan dan membuat cairan tersebut mengalir, di mana cairan tersebut tersusun dari molekul-molekul yang dihubungkan dengan ikatan hydrogen.