Fyzikála - Vypracované otázky

15. Definice difuze, uplatnění ve farmacii, průnik léčivé látky přes membrány, první a druhý Fickův zákon, „sink“ podmínky, permeační koeficient

-Difúzia:-Je to pasívny transport látok kvapalinami,pevnými látkami,membránami na základe koncentračného gradientu.
-Vo farmácii:-Uvoľnovanie liečivej látky z liekových foriem (tablety,masti,čípky,...).
-Uplatňuje sa v procesoch ako je lyofilizácia,osmóza (polopriepustnou membránou prechádza len rozpúšťadlo),ultrafiltrácia (filtrácia koloidných roztokov),hemodialýza (pri nedostatočnej činnosti obličiek), reverzná osmóza (ultrafiltrácia s tlakom väčším ako je osmotický – voda prechádza opačne ako pri osmóze),mikrofiltrácia (filtrácia cez väčšie póry,100nm-niekoľko mm – na odstránenie baktérií)
-Prienik liečivých a pomocných látok cez membrány obalov,pri riadenom uvoľňovaní.
-Strata liečivých látok prienikom cez ochranné obaly prípravku.
-Prienik a distribúcia liečivých látok v živých tkanivách.

-Prienik liečivej látky cez membrány:-Môže prechádzať jednoduchou permeáciou molekúl. Liečivá látka sa v membráne rozpúšťa.
-Predhádza pórami v membráne,ktoré sú naplnené vodou. Častejší prípad,obmedzenie veľkosťou,tvarom liečivej látky a veľkosťou pórov. Napr. priestup steroidov kožou,cez folikuly vlasov,chlpov,potnými pórami a mazovými žliazkami.
-Prechádza kanálikmi. Sú vytvorené fibróznymi prepážkami v membráne. Obmedzenie veľkosťou,tvarom liečivej látky a veľkosťou kanálikov.

-Prvý Fickov zákon:

-Kde J je difúzny tok v ustálenom stave, M je množstvo látky,S je plocha a t je čas.
-D je difúzny koeficient a dC/dx je koncentračný gradient v smere znižujúcej sa koncentrácie.
-D je konštanta,ktorá závisí na tlaku,teplote a chem. vlastnostiach rozpúšťadla aj difundujúcej látky. Pri vyšších koncentráciách môže meniť svoju hodnotu.

-Druhý Fickov zákon:- σC/σt je zmena koncentrácie v objemovej jednotky za čas. A σJ/σx je zmena difúzneho toku so vzdialenosťou v smere x.
-Popisuje zmenu koncentrácie difundujúcej látky s časom a vzdialenosťou. Tzv. obecne neustálený stav.


-Zákon „sink“ podmienky:-Za vhodných podmienok bude v donorovej a receptorovej časti koncentrácia konštantná v čase:

-Pokiaľ má membrána hrúbku h,koncentráciu c1 a c2 v donorovej časti,tak v receptorovej časti:
-Za sink podmienok je Cr=0,a P je permeačný koeficient:





16. Disoluce, Noyes – Whitneyova rovnice, Hixson-Crowellova rovnice

-Disolúcia:-Je to rýchlosť uvoľňovania liečiva do roztoku. Behom skúšky disolúcie sa meria rýchlosť rozpúšťania liečivej látky z liekovej formy.

-Noyes-Whitneyova rovnica: -Je to disolúcia pevnej častice s povrchom S,cez difúznu vrstvu h. Z prvého Fickovho zákona.

-Kde Cs je koncentrácia nasýteného roztoku,c je koncentrácia v čase t,a D/h je rýchlostná konštanta.

-Hixson-Crowellova rovnica:-Disolúcia liečiva vo forme pravidelných častíc prášku.
-Zmena objemu sférickej častice behom disolúcie:
-Pre N častíc:
-Plocha N častíc:
-Pre rozpustené množstvo častíc platí:

-Hixson-Crowellova rovnica:
kde κ je rýchlostná konštanta.



17. Higuchiho rovnice, Korsmeyer-Pepassova rovnice, Kopchova rovnice

-Higuchiho rovnica:-Uvoľnovanie liečiva z nerozpustnej matrice procesom difúzie.
-2 mechanizmy uvoľnovania liečivej látky. Extrakcia liečivej látky z homogénnej matrice do média. A vylúhovaním liečivej látky médiom vstupujúci do matrice cez póry.

-Kde A je koncentrácia (množstvo rozpusteného a nerozpusteného liečiva na objem matrice),dh je zmena hrúbky matrice,a dM je vyluhované množstvo liečiva.
-Higuchiho rovnica:
-Higuchiho rovnica pre okamžitú rýchlosť uvoľnovania liečiva v čase t:



-Korsmeyer-Pepassova rovnica:
-Predpokladá spracovanie dosiahnutých výsledkov len do uvoľnenia 60% celkového množstva liečivej látky.
-Mt je množstvo liečiva uvoľneného v čase t.
-M∞ je celkové množstvo liečiva v systéme.
-n je exponent,ktorý charakterizuje mechanizmus uvoľnovania liečiva.


-Kopchova rovnica:
-Mt je množstvo liečiva uvoľneného v čase t.
- M∞ je celkové množstvo liečiva v systéme.
-A/B=1 – liečivo sa uvoľňuje vyrovnane difúziou aj eróziou
-A/B>1 – prevažujúcim procesom je difúzia
-A/B<1 – prevažujúcim procesom je erózia




18. Kinetika léku, uplatnění ve farmacii, typy reakcí, reakční rychlost, molekularita a řád reakce, reakce nultého řádu

-Kinetika lieku: -Sú to zmeny(koncentrácie,...)/čas

-Vo farmácii: -Stabilita liečiv je určená nestálosťou,chem. a fyz. zmenami (rozklad LL,oddeľovanie fáz,...),aj zmena LL na toxickú látku.
-Disolúcia – rýchlosť uvoľňovania liečiva do roztoku.
-Absorpcia,distribúcia,metabolizmus a vylučovanie je farmakokinetika v ľudskom organizme.
-Účinok liečiva na molekulárnej úrovni je farmakodynamika.

-Typy reakcií:-Homogénne
-Heterogénne – na styku dvoch fáz
-Izolované – štúdium základných vzťahov
-Simultánne – vratné,bočné,následné(reťazové)

-Reakčná rýchlosť:-okamžitá


-Molekularita reakcie:-Vyjadruje počet molekúl zúčastňujúcich sa elementárnej reakcie.
-Monomolekulárna: A----->produkty (izomerácia,rozklad,...)
-Bimolekulárne:A+B----->C+D,alebo 2A----->A₂
-Viacmolekulárne: sú zriedkavé


-Řády reakcií:-obecne – aA+bB+cC+...------>produkty

-a+b+c....=reakčný řád

-Reakcie nultého řádu:-Rýchlosť reakcie nezávisí na koncentrácii východzích látok.
-A -------->B+...





19. Reakce prvního řádu, pseudo-prvního řádu, reakce druhého řádu, určování řádu reakce, vliv teploty na rychlost reakce

-Reakcie prvého řádu:-Rýchlosť reakcie je priamo úmerná prvej mocnine koncentrácii východzích látok. Napr. H₂O₂------>2H₂O+O₂


-Reakcie pseudo-prvého řádu: CH3COOH + C2H5OH = CH3COOC2H5 + H2O
-Je to reakcia druhého řádu. V prípade,že je kys. octová ako rozpúšťadlo (je v nadbytku),nastáva minimálny úbytok počas reakcie a na koncentrácii CH3COOH relatívne nezáleží = reakcia pseudo-prvého řádu.

-Reakcie druhého řádu:-Rýchlosť reakcie závisí na koncentrácii 2 reaktantov prvého řádu,alebo na 1 reaktante druhého řádu.
-A+B----->produkty






-Určovanie řádu reakcie: -1.) z obecnej rovnice reakčnej rýchlosti:
-2.) z polčasu reakcie:
-3.) graficky:



-Vplyv teploty na rýchlosť reakcie: -Teplota ovplyvňuje rýchlosť reakcie tzv. Arrheniovým vzťahom:
-Kde A je frekvenčný faktor, Ea je aktivačná energia (zreagovať môžu len molekuly majúce dostatočnú kinetickú energiu na prekonanie energetickej bariéry).
-Kinetická teória plynov pre molekuly s väčšou energiou ako aktivačná energia:
-Kde f je Boltzmanov faktor,z je zrážkový faktor a k2 je rýchlostná konštanta bimolekulárnej reakcie.
-Pri zložitejších látkach má veľký vplyv aj priestorová orientácia:
-Kde P je stérický faktor a A frekvenčný faktor.




20. Vliv rozpouštědla, iontové síly a dielektrické konstanty na rychlost reakce

-Vplyv rozpúšťadla na rýchlosť reakcie:-Pri neelektrolytoch závisí na parametroch rozpustnosti.
-Pri iónových reakciách závisí tiež na dielektrickej konštante rozpúšťadla a na iónovej sile.




-Vplyv iónovej sily: - Keď bude jedna molekula neutrálna,tak rýchlosť reakcie bude nezávislá na iónovej sile.
-Ak budú reagujúce ióny rovnakého znamienka,tak rýchlosť reakcie s iónovou silou rastie.
-Ak bude reagujúce ióny opačného znamienka,tak rýchlosť reakcie s iónovou silou klesá.
-Aktívny koeficient iónu v zriedenom vodnom roztoku je daný Debye-Hückelovou rovnicou:
-Kde μ je iónová sila.

-Vplyv dielektrickej konštanty:- Je to látková konštanta,ktorá vyjadruje koľkokrát sa elektrická sila zmenší v prípade,že telesá s elektrickým nábojom sú namiesto vo vákuu,umiestnené v látkovom prostredí.
-V nekonečne zriedenom roztoku je iónová sila μ=0

-Kde k je rýchlostná konštanta v prostredí s nekonečnou dielektrickou konštantou, ε je dielektrická konštanta roztoku,N je Avogadrove číslo,z sú náboje iónov,e je jednotka elektrického náboja a r je vzdialenosť medzi iónmi v aktivovanom komplexe.
-reagujúce ióny rovnakého znamienka: rýchlosť reakcie s dielektrickou konštantou rastie.
-reagujúce ióny su opačného znamienka: rýchlosť reakcie s dielektrickou konštantou klesá.




21. Reologie: čím se zabývá, co studuje a sleduje, kde se uplatňuje, typy deformací, normálové a tečné napětí

-Reológia: -Zaoberá sa deformáciami materiálu a tokom. (rheo – prúdenie, logos – veda). Študuje chovanie pevných a kvapalných látok pri mechanickom namáhaní počas rôznych podmienok. Uplatňuje sa v oboroch zaoberajúcimi sa: plastickými hmotami,makromolekulárnymi látkami, mazadlami,farbami,lakmi, v potravinárstve, v kozmetike,keramike a staviteľstve.

-Vo farmácii: -Sa zaoberá deformačnými a tokovými javmi,ktoré vznikajú pri látkach a disperzných sústavách(liečivé prípravky) dôsledkom vonkajších a vnútorných silových alebo energetických vplyvov. Zisťuje sa štruktúra,fyzikálne vlastnosti a mechanicko-technologické chovanie.
-Sleduje tok kvapalín,viskozitu topických polopevných prípravkov,deje pri stlačovaní tabletoviny,...
-Uplatňuje sa pri sledovaní výrobných postupov, stability,aplikovateľnosti a biologickej dostupnosti prípravkov.

-Typy deformácií: -Pri použití sily sa v telese hromadí napätie,ktoré nakoniec vyústi do deformácie.
-Viskózna deformácia – tok. Pôsobením sily sa deformácia zväčšuje rýchlosťou úmernou pôsobiacej sile. Je to tzv. trvalá deformácia (beztvará).
-Plastická (tvárna) deformácia – Pôsobením sily sa deformácia zväčšuje,ak prestaneme pôsobiť deformácia prestane,ale teleso si zachová zdeformovaný tvar. Je to tzv. trvalá nevratná deformácia.
-Elastická (pružná) deformácia – Trvá dokým pôsobí sila,ak prestane pôsobiť teleso získa pôvodný tvar. Je to tzv. dočasná vratná deformácia.
-Na určitú plochu,pôsobí určitá sila -----> vznik napätia (Pa = N.m-2)

-Normálové napätie:-Namáha teleso ťahom,alebo tlakom. Kolmo pôsobí normálová sila dFn.

-Prejav súdržnosti častíc telesa,prejav odporu proti pretrhnutiu.

-Dotyčnicové napätie: -Namáha teleso podľa okolností šmykom (vzájomný posuv vrstiev),torzné (krútením),alebo strihom.
-V smere dotyčnice uvažovanej plochy.
....tau!
-Kde dFt je dotyčnicová (tangenciálna) sila



22. Reometrie, Newtonův model laminárního proudění, Newtonova rovnice, viskozita, Newtonské kapaliny, fluidita


-Reometria: - Je to základná metóda reológie. Je to prieskum mechanických vlastností na idealizovaných modeloch – zisťovanie parametrov. (tangenciálne napätie – tau, rýchlostný spád – D, a viskozita – η,eta)
-Reogramy sú tzv. tokové krivky. Záťažové charakteristiky.

-Newtonov model laminárneho prúdenia: - Je to chovanie skutočných kvapalín z hľadiska odporu proti toku.

-Z doska sa pohybuje konštantnou rýchlosťou.
-Y doska je stacionárna.
-Vrstva kvapaliny pri Z má rýchlosť v a vrstva kvapaliny pri Y má nulovú rýchlosť v0.
-Medzi doskami nastáva rovnovážny pohyb kvapaliny – tzv. laminárne prúdenie.
-rýchlosť jednotlivých vrstiev sa postupne úmerne zvyšuje s rastúcou vzdialenosťou h.
-Rýchlostný gradient medzi dvoma nekonečne blízkymi doskami:


-Rýchlostný spád určuje rýchlosť celého toku:

-V dôsledku rôznych rýchlostí tokov medzi vrstvami kvapaliny dochádza k dotyčnicovému napätiu:
-Kde η je viskozita,ktorá charakterizuje vnútorné trenie. Okrem dotyčnicového napätia závisí predovšetkým na príťažlivých silách medzi časticami. Meranie viskozity sa vykonáva pri konštantnej teplote.

-Newtonova rovnica:
-Pascal sekunda je dynamická viskozita laminárne prúdiacej kvapaliny,kedy pri rýchlostnom spáde 1 za 1sekundu vzniká dotyčnicové napätie 1Pa.
-Kinetická viskozita je η/ρ kvapaliny.

-Newtonovské kvapaliny: - tzv. kvapaliny ideálne viskózne.
-Dynamická viskozita je materiálovou konštantou závislou na teplote,ale nezávislou na napätí a dobe trvania deformácie.
-Patria sem napr. voda,etanol,glycerol,tekutý parafín,...





23. Pseudoplastické soustavy, Ostwaldův mocninový vztah, dilatantní soustavy

-Nenewtonovské kvapaliny: - tzv. kvapaliny viskózne anomálne.
-Viskozita nie je materiálovou konštantou. Závisí aj na veľkosti,alebo aj na dobe pôsobenia dotyčnicového napätia. Štruktúrna viskozita.
-Reogram D -tau nie je priamka.

-Pseudoplastické sústavy: - Patria medzi nenewtonovské kvapaliny s časovo nezávislým tokom. Nemajú mez toku.
-Štruktúrna viskozita sa zmenšuje s rastúcim napätím. V kľude sú častice usporiadané náhodne a viskozita je najväčšia. S rastúcim napätím sa častice usporiadajú v smere toku.

-Patria sem suspenzie s nízkou koncentráciou pevnej fázy,roztoky polymérov, mydiel,emulzie,krémy.

-Ostwaldov mocninový vzťah:

-Kde K jekoeficient konzistencie súvisejúci s viskozitou a n je exponent vyjadrujúci mieru pseudoplastických vlastností.
-Pokiaľ je n>1,sústava sa líši od ideálne viskóznej kvapaliny.

-Dilatantné sústavy: ­- Patria medzi nenewtonovské kvapaliny s časovo nezávislým tokom. Štruktúrna viskozita pri zvýšenom napätí vzrastá. Platí Ostwaldova rovnica – exponent n<1.
-Patria sem koncentrované suspenzie,suspenzne emulzné systémy.

-Dilatantné sústavy sú málo obvyklé,pretože dochádza k zhoršeniu toku pri vysokorýchlostných miešacích zariadení. Pri rastúcom šmykovom napätí dochádza k dilatácii systému a odporu suspenzie proti prúdeniu.


24. Plastické soustavy, ideálně plastické látky, kvazi plastické látky, meze toku, thixotropní látky, rheopexní látky


-Plastické sústavy: - Patria medzi nenewtonovské kvapaliny s časovo nezávislým tokom,ale majú mez toku. Toková krivka nevychádza zo súradnicového počiatku,ale začína až po určitej hodnote tangenciálneho napätia. Tzv. hraničné napätie,alebo mez toku. (Je to charakteristická veličina pre plastické látky)

-Ideálne plastické látky: - Binghamské plastické látky. Je to závislosť D=f(tau) a je to lineárna priamka(1).


-Kvázi plastické látky: - Toková krivka neprechádza počiatkom (2) a v prvej časti nie je jej priebeh závislosťou D od tau lineárny.
-Podľa charakteru tokových kriviek poznáme 3 meze toku – hraničného napätia.
-τh je napätie pri ktorom látka skutočne tečie. Tangenciálne napätie,pri ktorom sa toková krivka odkláňa od osi x
-τB je Binghamove teoretické napätie. Priesečník extrapolovanej lienárnej vetvy reogramu s osou x.
-τm je maximálne hraničné napätie. Tangenciálne napätie pri ktorom nelineárna vetva krivky prechádza do lineárnej.
-Výpočet viskozity látky s plastickým tokom (tzv. plastickej viskozity):

-Kde τ je ľubovoľná hodnota z lineárnej časti krivky, D je odpovedajúci gradient rýchlosti a τB je Binghamove hraničné napätie.
-Patria sem hydrofilné gély,hydrofóbne masti,hydrofilné masti,krémy a čípky

-Thixotropné látky: - Patria medzi nenewtonovské kvapaliny s časovo závislým tokom. T.j. látky u ktorých dochádza k zmene viskozity s dĺžkou pôsobenia deformácie. Pomalá regenerácia zdeformovanej štruktúry.
-Pri mechanickom namáhaní dochádza k izotermnému reverzibilnému zníženiu viskozity. Gél-sol-gél.
-Deformované sústavy nadobúdajú po tzv. čase regenerácie,bez zmeny teploty,svoje pôvodné vlastnosti,ktoré mali pred deformáciou.

-Pôsobenie vonkajšej sily spôsobí deformáciu a klesanie viskozity. V kľudovom stave sa deformácia regeneruje a viskozita sa zvyšuje.
-Čím je plocha väčšia,tým je sklon k thixotropii výraznejší.
-Thixotropné látky majú vlastnosti pseudoplastických,alebo plastických látok a súčasne sú citlivé na dobu deformácie.
-Patria sem masti,masťové základy,koncentrované emulzie a gély.

-Rheopexné látky: - Patria medzi nenewtonovské kvapaliny s časovo závislým tokom.
-Pri mechanickom namáhaní dochádza k izotermnému reverzibilnému zvýšeniu viskozity pri dilatantných systémoch. Sol-gél-sol.





25. Koloidy: disperzní soustavy a jejich rozdělení, lyofilní koloidy, vlastnosti lyofilních koloidů

-Koloidy: - Označenie pre dispérzne sústavy obsahujúce častice,ktoré veľkosťou spadajú do intervalu 10⁻⁷ až 10⁻⁹.

-Dispérzne sústavy: -2 a viacfázová sústava.
A.) dispergovaná fáza – rozptýlená, vnútorná
B.) disperzná fáza – objemová,vonkajšia