第二节　表面活性剂

一、表面活性剂的含义、组成与特点

在液体表面存在一种使液面收缩的力称表面张力或界面张力。凡能显著降低两相间表面张力的物质，称为表面活性剂。

表面活性剂之所以能降低表面张力，是由于其分子结构的特点。它们大都是长链的有机化合物，分子结构中同时含有极性亲水基团如—OH、—COOH、—NH2等，和非极性疏水基团，如碳氢链。疏水基团通常为8个碳原子以上的烃链，可以是脂肪烃链、芳烃链或环烷烃链等。亲水基团可以是解离的离子，如羧基、磺酸基、季铵基；也可以是不解离的亲水基团，如羟基、酰氨基、醚基、羧酸酯基等，如图6-1所示。表面活性剂能在水的表面定向吸附，亲水基团朝向水中，疏水基团朝向空气中，在液体表面上定向排列，从而改变了液体的表面性质，使表面张力显著降低。

二、表面活性剂的分类

表面活性剂按其在水中的解离情况分为离子型和非离子型两大类，离子型表面活性剂按其在水中电离后活性基团所带电荷又可分为阴离子型、阳离子型和两性离子型表面活性剂。不同类型表面活性剂的结构、特征和性质如下。

（一）离子型表面活性剂

1.阴离子型表面活性剂

分子中起表面活性作用的为阴离子部分，即带负电荷，如肥皂、长链烃基硫酸盐等。

（1）硫酸化物　包括硫酸化油和高级脂肪醇硫酸酯两类，通式为，其中高级脂肪烃链R通常在C12～C18之间。硫酸化油的代表是硫酸化蓖麻油，为黄色或橘黄色黏稠液体，有微臭，可与水混溶，为无刺激性的去污剂和润湿剂，可代替肥皂清洗皮肤，亦可用于挥发油或水不溶性杀菌剂的增溶。高级脂肪醇硫酸酯类中常用的是十二烷基硫酸钠（月桂醇硫酸钠）、十六烷基硫酸钠（鲸蜡醇硫酸钠）、十八烷基硫酸钠（硬脂醇硫酸钠）等。

（2）磺酸化物　包括脂肪族磺酸化物、烷基芳基磺酸化物和烷基萘磺酸化物等，通式为。脂肪族磺酸化物如二辛基琥珀酸磺酸钠、二己基琥珀酸磺酸钠，烷基芳基磺酸化物如十二烷基苯磺酸钠等。

（3）羧酸化物　系高级脂肪酸盐类，通式为R（COO-）nMn+。其脂肪酸烃链一般在C11～C18之间，以硬脂酸、油酸、月桂酸等较常用。根据M的不同，可分为碱金属皂、碱土金属皂和有机胺皂等。它们都具有良好的乳化能力，但易被酸所破坏。碱金属皂还可被钙盐、镁盐等破坏，电解质可使之盐析。内服有一定的刺激性，一般用于皮肤制剂。

2.阳离子型表面活性剂

分子中起表面活性作用的为阳离子部分。其分子中亲水基团含有氮原子，根据氮原子在分子中位置不同，分为铵盐、季铵盐和杂环型三类，其特点是水溶性大，在酸性与碱性溶液中均较稳定。除具有良好的表面活性作用外，还具有很强的杀菌和防腐作用。

（1）苯扎氯铵和苯扎溴铵　苯扎氯铵（洁尔灭，氯苄烷铵）和苯扎溴铵（新洁尔灭、溴苄烷铵）均为白色或淡黄色粉末，具有杀菌、渗透、清洁、乳化等作用，属消毒防腐类药。苯扎氯铵属非氧化性杀菌剂，毒性小，无积累性毒性，并易溶于水。苯扎溴铵有杀菌和去垢效力，作用强而快，对金属无腐蚀作用，不污染衣服，性质稳定，易于保存。

（2）氯化（溴化）十六烷基吡啶　商品名为西北林。本品为白色粉末，易溶于水及乙醇，pH5～10时杀菌力强。一般消毒用其0.1%的水溶液；其0.5%或0.1%的乙醇溶液用于凝胶、栓剂等的防腐剂。

其他还有氯化苯甲羟胺、杜灭芬等。

3.两性离子型表面活性剂

分子中同时带有正、负电荷基团，随介质pH值的不同而形成阳离子型或阴离子型。

（1）天然的两性离子型表面活性剂　以卵磷脂为代表，由磷酸酯盐阴离子部分和季铵盐阳离子部分构成亲水基。由于分子中有R1和R2两个长链疏水基团，故不溶于水，但对油脂的乳化作用很强，可制成油滴很小且不易破坏的乳剂。目前是制备注射用乳剂的主要乳化剂。

（2）合成的两性离子型表面活性剂　阳离子部分为铵盐或季铵盐，阴离子部分主为羧酸盐、硫酸酯、磷酸酯、磺酸盐等。羧酸盐型又分为氨基酸型和甜菜碱型两类。

两性离子型表面活性剂在碱性水溶液中呈阴离子型表面活性剂性质，起泡性良好，去污力亦强；在酸性水溶液中则呈阳离子型表面活性剂特性，具有较强杀菌作用。

二、非离子型表面活性剂

非离子型表面活性剂系指在水溶液中不解离的一类表面活性剂，由甘油、聚乙二醇、山梨醇等多元醇构成分子中的亲水基团，长链脂肪酸、烷基或芳基等构成亲油基团，两者以酯键或醚键相连接。因其不具有解离性，故不受电解质和溶液pH值的影响，能与大多数药物配伍，且毒性和溶血性小。在制剂生产中应用较广，常用作增溶剂、润湿剂或乳化剂等。可供内服或外用，个别品种还可用于注射剂。

（1）脂肪酸山梨坦类　商品名为司盘（Span），系脱水山梨醇脂肪酸酯类，为山梨醇与各种不同的脂肪酸所组成的酯类化合物。可用以下通式表示：

司盘类因脂肪酸种类和数量的不同而有不同产品，常用的有司盘-20、司盘-40、司盘-60、司盘-80等。亲油性较强，一般用作W/O型乳剂的乳化剂，或O/W型乳剂的辅助乳化剂。

（2）聚山梨酯类　商品名为吐温（Tween），系聚氧乙烯脱水山梨醇脂肪酸酯类，在司盘类的剩余—OH上，再结合3个聚氧乙烯基而制得的醚类化合物。可用以下通式表示：

吐温类根据脂肪酸种类和数量的不同而有不同产品，常用的有吐温-20、吐温-40、吐温-60、吐温-80等。因其分子中增加了极性的聚氧乙烯基，大大增加了亲水性，故广泛用作增溶剂或O/W型乳化剂。

（3）聚氧乙烯脂肪酸酯类　商品名为卖泽（Myrij），系由聚乙二醇与长链脂肪酸缩合而成。可用通式：RCOOCH2（CH2OCH2）nCH2OH表示，其中，—（CH2OCH2）n—为聚乙二醇形成的聚氧乙烯基，n是聚合度，根据聚乙二醇的平均分子量而定。该类表面活性剂乳化能力很强，常用作O/W型乳化剂。

（4）聚氧乙烯脂肪醇醚类　商品名为苄泽（Brij），系由聚乙二醇与脂肪醇缩合而成的醚类，通式为RO（CH2OCH2）nH。亦因聚氧乙烯基聚合度和脂肪醇的不同而有不同的品种。如西土马哥（Cetomacrogol）、平平加O（Peregol O）等。常用作增溶剂和O/W型乳化剂。

（5）聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物　系由聚氧乙烯和聚氧丙烯聚合而成。由于聚氧乙烯基是亲水性的，聚氧丙烯则随分子量的增大而逐渐变得亲油，从而构成这类表面活性剂的亲油基团。常用的有普流罗尼克（Pluronic），又称为泊洛沙姆（Poloxamer）。Pluronic F-68是其中分子量较大者（约7500），呈片状固体，熔点约为52℃。该类表面活性剂对皮肤无刺激性和过敏性，对黏膜刺激性极小，毒性也比其他非离子型表面活性剂小，故可用作静脉注射用的乳化剂。

三、表面活性剂的基本性质

（一）胶束与临界胶束浓度

表面活性剂水溶液达到一定浓度后，再增大浓度，对表面张力的降低作用不明显。这时表层的表面活性剂已基本饱和，更多的表面活性剂分子进入溶液内部。当浓度增加到一定程度时，疏水基团相互吸引、缔合在一起形成缔合体，这种缔合体称为胶团或胶束。表面活性剂开始形成胶束时的浓度称为临界胶束浓度（critical micelle concentration，CMC）。它与表面活性剂的结构及组成有关，若疏水基的碳链长而直，则CMC较低；碳链短而支链多，则CMC较高。还与外界条件有关，如温度、附加剂等。

（二）亲水亲油平衡值

表面活性剂分子中亲水和亲油基团对油或水的亲和力强弱称为亲水亲油平衡值（hydrophile-lipophile balance value，HLB值）。将表面活性剂的HLB值范围限定在0～40，其中非离子型表面活性剂的HLB值范围为0～20，表面活性剂的HLB值越高，其亲水性越强；HLB值越低，其亲油性越强。不同HLB值的表面活性剂适合于不同的用途，如增溶剂HLB值的为15～18；去污剂HLB为13～16；O/W乳化剂HLB为8～16；润湿剂与铺展剂HLB为7～9；W/O乳化剂HLB为3～8；大部分消泡剂HLB为0.8～3等，如图6-2所示。

非离子表面活性剂的HLB值具有加和性，如简单的二组分非离子表面活性剂混合体系的HLB值可用式（6-1）计算：

　　（6-1）

式中，HLB混合为混合表面活性剂的HLB值；HLBA、HLBB为表面活性剂A、B的HLB值；WA、WB为表面活性剂A、B的质量，g。

（三）起昙与昙点

表面活性剂通常随温度升高而溶解度增大，但某些含聚氧乙烯基的非离子型表面活性剂的溶解度开始随温度升高而增大，当达到某一温度后，其溶解度急剧下降，使溶液变混浊，甚至产生沉淀。这种由澄明变混浊的现象称为起昙，转变点的温度称为昙点。产生这一现象的原因，主要是由于含聚氧乙烯基的表面活性剂其亲水基可与水形成氢键，开始时随温度升高溶解度增大，当温度达到昙点后，氢键被破坏，分子水化力降低，故而溶解度急剧下降。含有此类表面活性剂的液体制剂，由于在达到昙点时析出表面活性剂，其增溶或乳化性能亦下降，被增溶的物质可能析出，或乳剂可能遭到破坏。有的在温度下降后恢复原状，有的则难以恢复。因此需加热灭菌的这类制剂应格外注意。

（四）表面活性剂的毒性

一般阳离子型表面活性剂的毒性大于阴离子型，非离子型表面活性剂的毒性相对最小。阳离子型和阴离子型表面活性剂还有较强的溶血作用，非离子型表面活性剂的溶血作用一般比较轻微。吐温类的溶血作用通常较其他含聚氧乙烯基的非离子型表面活性剂小，非离子型表面活性剂溶血作用的强弱顺序为：聚氧乙烯烷基醚>聚氧乙烯烷芳基醚>聚氧乙烯脂肪酸酯>吐温类。吐温类溶血作用的强弱顺序为：吐温-20>吐温-60>吐温-40>吐温-80。

非离子型表面活性剂的刺激性与其浓度和聚氧乙烯的聚合度有关，一般浓度越大刺激性越大。聚氧乙烯聚合度增大，则刺激性降低。

四、表面活性剂在中药药剂中的应用

（一）增溶剂

药物在水中因加入表面活性剂而溶解量增加的现象称为增溶，具有增溶作用的表面活性剂称为增溶剂，被增溶的物质称为增溶质。每1g增溶剂能增加增溶质溶解的克数称为增溶量。用于口服制剂和注射剂所用的增溶剂大多属于非离子型表面活性剂，常用的有吐温类、聚氧乙烯蓖麻油等。

（二）乳化剂

在两种不相混溶的液体体系中，由于第三种物质的加入，使其中一种液体以小液滴的形式均匀分散在另一种液体中的过程称为乳化，具有乳化作用的物质称为乳化剂。表面活性剂可以用作乳化剂，其乳化作用机制主要是形成界面膜、降低界面张力或形成扩散双电层等。

（三）润湿剂

促进液体在固体表面铺展或渗透的作用称为润湿，能起润湿作用的表面活性剂称为润湿剂。疏水性药物配制水性混悬剂时，需加入润湿剂，使药物更容易被水分散。润湿剂的作用原理是表面活性剂分子定向吸附于固液界面，改变了固体表面性质，降低固液两相表面张力，减小接触角。

（四）起泡剂与消泡剂

中药提取或浓缩时常因含有皂苷、蛋白质、树胶或其他高分子化合物，在提取罐或浓缩罐中产生大量而稳定的泡沫。这些具有表面活性的高分子物质通常有较强的亲水性和较大的HLB值，在溶液中可降低液体的界面张力而使泡沫稳定，这些物质即称为起泡剂。起泡剂可用于腔道用药，如在阴道用片中加入起泡剂，可促使药物进入阴道皱褶而发挥作用。

消泡剂是一些表面张力小且水溶性也小的表面活性剂，与泡沫液层的起泡剂争夺液膜面，并可吸附于泡沫表面上，降低表面黏度，促使液膜液体流失而消泡，这些表面活性剂即称为消泡剂。消泡剂通常用于中药提取、浓缩等过程中，以消除中药在提取或浓缩过程中产生的泡沫。

（五）杀菌剂

大多数阳离子型表面活性剂和两性离子型表面活性剂可用作杀菌剂。其杀菌机制是由于表面活性剂与细菌生物膜中的蛋白质发生相互作用，使蛋白质变性或破坏。可用于手术前的皮肤消毒、伤口或黏膜消毒和环境消毒等。

（六）去污剂

用于去除污垢的表面活性剂称为去污剂或洗涤剂。去污剂多为阴离子型表面活性剂。