1. เอกสารประกอบการสอน
เคมีฟิลิกัลป์สําหรับเภสัชศาสตร์ (702064)
เรื่อง : Interfacial phenomena อ. นิชธิมา แพ่งนคร
ผิวประจัน (Interfacial) คือ รอยต่อระหว่างพืนผิวของสสารต่างชนิด ทังในสภาวะที่มีเฟสเหมือนหรือแตกต่างกัน จะ
้ ้
เกิดแรงกระทําต่อพื้นผิวของสสารนั้น เรียกว่า แรงตึงผิว (Interfacial tension) ลักษณะของแรงตึงผิวระหว่างเฟสที่แตกต่างกัน จะทําให้
ปรากฏการณ์ทผิวประจันที่เกิดขึ้น แตกต่างกันไปตามประเภทของรอยต่อระหว่างสสารนั้นๆ หากผิวของสสารเชื่อมต่อกับอากาศ พื้นผิว
ี่
ประจันนั้นจะถูกเรียกว่า พื้นผิว (surface) ประเภทของผิวประจัน สามารถแบ่งได้ดงนี้ั
Interfacial
Phase Type of Inetrface
Tension
Gas – gas -
Gas – liquid γLV Liquid surface
Gas – liquid γSV Solid surface
Liquid - liquid γLL Liquid – liquid Interface (emulsion)
Liquid - Solid γLS Liquid – solid Interface (suspension)
Solid - Solid γSS Solid- solid Interface (powder particles)
แรงตึงผิว (Surface tension )
ในของเหลวทุกชนิดจะมีคุณสมบัติของแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุล 2 ชนิด คือ
1. แรงยึดติด (cohesion force) คือแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลของของเหลวชนิด
เดียวกันแรงนี้สามารถรับความเค้นดึง (tensile stress) ได้เล็กน้อย
2. แรงเกาะติด (adhesion force) คือแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลของของเหลวกับสาร
ชนิดอื่น เช่น น้ํากับแก้ว ปรอทกับแก้ว เป็นต้น
แรงตึงผิว คือแรงที่เกิดขึ้นบริเวณที่ผิวของของเหลวสัมผัสกับของเหลวอื่นหรือกับผิวของแข็งโดย
มีพลังงานเพียงพอต่อการยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุล ซึ่งมีขนาดสัมพัทธ์กับแรงยึดติดและแรงเกาะติดทํา
ให้เกิดเป็นลักษณะคล้ายๆ กับแผ่นบางๆ ที่สามารถต้านแรงดึงได้เล็กน้อย แรงตึงผิวเป็นสมบัติอย่างหนึ่ง
ของของเหลว ความตึงผิวทําให้ผิวหน้าของน้ําเป็นเสมือนผิวหนังบาง คลุมน้ําข้างใต้ไว้ แรงตึงผิวจะเป็น
รูปที่1. แสดงแรงดึงดูดระหวาง
แรงทีกระทําต่อโมเลกุลของของเหลวในแนวขนานไปกับพื้นผิวของของเหลว
่
โมเลกุลของน้ําทําใหเกิดแรงตึงผิว γLV = F
L
เมื่อ γLV คือหน่วยแรงตึงผิว มีหน่วยเป็นแรง/ความยาว (dyne / cm)
ทําการวัดได้โดยใช้เส้นลวดขึงเป็นรูปเฟรมสี่เหลี่ยมจัตรัสที่สามารถเลื่อนส่วนฐานได้โดยมีตุ้มน้ําหนักแขวนไว้
ุ
เมื่อจุ่มลงไปในของเหลวจะเกิดฟิล์มของของเหลวที่เกิดขึ้นระหว่างเส้นลวด ฟิล์มที่เกิดขึ้นมีผวประจัน กับอากาศทั้ง
ิ
ด้านหน้าและหลัง แรงตึงผิวจะดึงฐานของลวดเข้าหาตัวดังนันเมื่อให้แรงหรือน้ําหนักในทางตรงข้าม แรงทีทาทีทําให้
้ ่ ํ ่
ฟิล์มขาดออกจากกัน (fb) จึงนํามาคํานวนค่าแรงตึงผิวได้ ตามสมการ ดังนี้
γLV = fb รูปที่2. แสดงฟลมที่เกิดขึ้นระหวาง
2L กรอบลวด ในการวัดแรงตึงผิว
‐ 1 ‐

2. แรงตึงผิวมีค่าเฉพาะที่เปลี่ยนแปลงได้ตามชนิดของของเหลว เช่น ที่อุณหภูมิ 20 0C มีหน่วยแรงตึงผิวของของเหลวชนิด
ต่างๆ (ดังแสดงในตาราง) นอกจากนี้แรงตึงผิวยังเปลี่ยนแปลงได้ตามอุณหภูมิ เมื่ออุณหภูมสูงขึ้น แรงยึดเหนี่ยวในโมเลกุลของ
ิ
ของเหลวน้อยลง ทําให้แรงตึงผิวมีคาน้อยลง
่
ตารางแสดงค่าแรงตึงผิว และ แรงระหว่างผิวประจันของของเหลวกับน้ํา ที่อุณหภูมิ 20 0C
การเกิดหยดของเหลว ( droplet ) เป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นกับของเหลวที่มีขนาดเล็กและอยู่อย่างอิสระ เช่น เม็ดของ
ของเหลวในบรรยากาศ หรือเม็ดของของเหลวที่เกิดจากหัวฉีดที่ฉีดของเหลวออกมาเป็นฝอยหรือละอองเล็กๆ หรือเม็ดของของเหลวที่
เกาะตามใบไม้ ซึ่งอิทธิพลของแรงตึงผิวจะพยายามปรับรูปร่างให้เม็ดของของเหลวมีลกษณะเป็นรูปทรงกลม ทําให้แรงดันในหยด
ั
ของเหลวมากขึน เพื่อให้เกิดแรงต้านแรงตึงผิว เป็นผลให้หยดของเหลวคงสภาพอยู่ได้อย่างสมดุลถ้าพิจารณาหยดของเหลวทรงกลมที่มี
้
รัศมี r และความดันภายในหยดของเหลว P โดย
แรงดันภายในหยดของเหลว = Pπr 2
แรงตึงผิว = 2πrγLV
จากสมดุลของแรง จะได้ แรงดันภายในหยดของเหลว เท่ากับ แรงตึงผิว
Pπr2 = 2πrγLV
ความดันภายในหยดของเหลว P = 2γLV / r
ปรากฏการณ์ของเหลวในท่อขนาดเล็ก ( capillarity ) คือปรากฏการณ์ที่ของเหลวซึ่งสัมผัสกับวัตถุแล้วมีลักษณะสูงขึ้นหรือ
ต่ําลง เนื่องมาจากอิทธิพลของแรงยึดติดและแรงเกาะติด เช่น บริเวณที่น้ําสัมผัสกับผิวแก้ว จะมีระดับน้ําสูงขึ้นเล็กน้อย เพราะแรง
เกาะติดระหว่างโมเลกุลของน้ํากับโมเลกุลของแก้วมีมากกว่าแรงยึดติดระหว่างโมเลกุลของน้ํา แต่ถ้าเป็นบริเวณที่ปรอทสัมผัสกับผิวแก้ว
ระดับปรอทจะต่ําลงเล็กน้อย เนื่องจากยึดติดระหว่างโมเลกุลของปรอทมีมากกว่าแรงเกาะติดระหว่างโมเลกุลของปรอทกับโมเลกุลของ
แก้ว
เมื่อนําหลอดแก้วขนาดเล็กที่มรศมี r จุ่มลงในของเหลวที่มีแรงเกาะติดมากกว่าแรงยึดติด จะเห็นของเหลวสูงขึ้นเป็นระยะ h
ีั
โดยของเหลวมีหน่วยแรงตึงผิว γLV ทํามุม θ กับแนวดิง ่
ของเหลวสวนมาก θ ~ 0
น้ําหนักของของเหลว W = πr2ρhg
แรงกระทําระหว่างผิว Fy = γLV 2π cos θ
สมดุลของแรง ΣFy = 0
πr2hρg = γLV 2πr cos θ
h = 2γLV cos θ
ρrg
‐ 2 ‐

3. การวัดค่าแรงตึงผิว
• DuNoüy ring
DuNoüy tensiometer มีลักษณะเป็น วงแหวนโลหะจุ่มลงในภาชนะที่มีสารตัวอย่าง แล้วให้แรงใน
การยกวงแหวนให้เกิดเป็นฟิล์มขึ้น บันทึกค่าแรงทีใช้ในการยกวงแหวนจนหลุดจากผิวน้ํา
่
Wtotal = Wring + 2 (2πr) γ wtotal = Total weight
วิธีนี้มีค่าความคลาดเคลื่อน ถึง 25% เนื่องจาก รัศมีของลวดที่ wring = Ring weight
นํามาใช้ในการทําวงแหวนหรือปริมาตรของของเหลวที่ถกดึงขึนจึงใช้
ู ้
การวัดแรงที่อ่านได้จากอุปกรณ์ คูณด้วยค่า Corection factor R = Ring radius
(คํานวณโดยวิธการของ Harkins and Jordan ) เพื่อให้ได้คํานวณได้
ี
γ = surface tension
ค่าที่ถกต้อง
ู
fr = Dial reading (dyne)
γ = fr . β
β = Corection factor รูปที่3. แสดงการวัดแรงตึงผิว
2πr
ดวย DuNoüy ring
• Wilhelmy Plate
Wilhelmy Plate ลักษณะเป็นแผ่นโลหะ platinum wtotal = Total weight
หรือ แก้วบางมีผวขรุขระ จุ่มลงในภาชนะที่มีสาร
ิ
ตัวอย่าง เลื่อนแผ่นโหะลงจนแตะผิวของเหลว แล้ว wplate = Plate weight
บันทึกค่าแรงที่เกิดขึ้นในการการจุ่มแผ่นโลหะจนถึงจุด
γ = surface tension
สมดุล
b = buoyancy force
γ= w total– (w plate – b) รูปที่4. แสดง การวัดแรงตึงผิว
l = length of plate ดวย Wilhelmy Plate
2 l cos θ
ค่าสัมประสิทธิการแผ่ขยาย (Spreading coefficient)
์
เมื่อของเหลวหยดลงบนพื้นผิวของสสารชนิดอืน จะสามารถเกิดการแผ่กระจายตัวออก เกิดเป็นฟิลมแผ่คลุมพื้นผิวนั้นเมื่อแรง
่ ์
ยึดติดของโมเลกุลของเหลวนั้นๆน้อยกว่าแรงเกาะติดของโมเลกุลของของเหลวกับพื้นผิวอื่น เช่น เมื่อน้ําหยดลงบนพื้นโต๊ะ หรือ น้ํามัน
หยดลงบนน้ํา ฟิล์มที่เกิดขึ้น เป็น ฟิล์มที่ประกอบไปด้วยโมเลกุลของของเหลวนั้นหลายชั้น (duplex film) ซึ่งจะมีความหนาตั้งแต่ 100
A0 ขึ้นไป
‐ 3 ‐

4. รูปที่ 5. แสดงงานที่เกิดขึ้นในกระบวนแยกสวนของเฟสที่ตางกันออกจากกัน รูปที่ 6. แสดงงานที่เกิดขึ้นในกระบวนแยกสวนของเฟสเดียวกันออกจากกัน
เช่น น้ํามันที่ลอยอยู่บนผิวน้ํา สมมติว่าชั้นระหว่างผิวสัมผัสของเหลวทังสองเป็นดังรูป งานทีใช้ในการแยกผิวสัมผัสทั้งสองออกจากกันเกิด
้ ่
เป็นพื้นผิวของของแข็งและของเหลว (รูป 5) จะเท่ากับ แรงตึงผิว คูณ พื้นที่ผวที่เกิดขึ้น หรือเท่ากับ แรงตึงผิวของของเหลวและแรงตึงผิว
ิ
ของของแข็งที่เกิดขึ้นมาใหม่ หักล้างกับแรงระหว่างผิวสัมผัสของแข็งและของเหลวเดิม ดังนี้
Wa = γL + γS - γLS
ในขณะที่ งานทีต้องการแยกของโมเลกุลของของเหลวชนิดหนึงๆออกจากกัน และทําให้เกิดผิวพื้นผิวของของเหลวใหม่2พื้นผิว( รูป 6)
่ ่
คือ
Wc = 2γL
จะได้ ค่าสัมประสิทธิ์การแผ่ขยาย , S คือ Wa – Wc
จะได้ S = γS - γLS - γL หรือ S = γS – ( γLS + γL ) รูปที่ 6. แสดงหยดของเหลวรูปเลนสบนผิวน้ํา
เมื่อ S มีคาเป็น บวกเมื่อแรงตึงผิวของชั้นของเหลวชั้นล่างมีค่ามากกว่า
่
ผลรวมของแรงตึงผิวของของเหลวชั้นบนกับแรงระหว่างผิวสัมผัส ในทาง
กลับกันหากแรงตึงผิวของของเหลวชั้นบนกับแรงระหว่างผิวสัมผัส มีค่า
มากกว่าแรงตึงผิวของชั้นของเหลวชั้นล่าง ของเหลวชั้นบนจะคงอยู่ในรูป
ของหยดของเหลวทรงกลมหรือหยดรูปรูปเลนส์นูนเหนือชั้นของของเหลว
ชั้นล่าง และไม่สามารถแผ่กระจายไปทั่วของเหลวชั้นล่างได้ แต่เมื่อทิงไว้เมื่อระบบเข้าสู่สมดุลของเหลวทังสองจะอิ่มตัวซึ่งกันและกันจะ
้ ้
‘ ‘
เกิดค่าแรงตึงผิวใหม่ เป็น γS และ γL ซึ่งโดยปกติมกจะลดลงจากเดิม ทําให้ค่า S ลดลงหรือกลายเป็นค่าติดลบ นั่นคือ หยดของเหลว
ั
ที่ลอยอยูด้านบนจะเกิดการรวมตัวกันเป็นหยดขนาดใหญ่ โดยเฉพาะอย่างยิงเมื่อเพิ่มปริมาณของเหลวชั้นบนให้มากขึ้น
่ ่
มุมสัมผัส (contact angle)
ค่ามุมสัมผัส คือ มุมระหว่างเส้นสัมผัสของหยดของเหลวที่ไม่เคลื่อนที่บนพื้นผิวโดยจุดเริ่มต้นอยู่ ณ ตําแหน่งทีเ่ ป็นจุดสัมผัสของ
ทั้งอากาศ ของเหลวและของแข็ง และการวัดค่ามุมสัมผัส (contact angle, θ C ) ของของเหลวบนพื้นผิวของแข็ง
‐ 4 ‐

5. จากความสมดุลของ 3 interfacial force จึงทําให้ได้คามุมสัมผัส (contact angle) ซึ่งสามารถอธิบายได้จาก Young’s equation ดัง
่
สมการ
γSV = γSL + γLV cosθ
γSV คือ แรงตึงผิวของของแข็งกับไอน้ําทีจุดสมดุล
่
γLV คือ แรงตึงผิวของของเหลวกับไอน้ําที่จุดสมดุล
γSL คือ แรงตึงผิวระหว่างของแข็งและของเหลว
การเปียกผิวที่สมบูรณ์ (เช่น น้ําบนแก้วที่สะอาด) จะเกิดขึ้นก็ตอเมื่อค่ามุมสัมผัส (contact angle, θc ) เท่ากับ 0 0 หรือค่าสัมประสิทธิ์
่
การแผ่ขยาย (spreading coefficient, S ) มีค่ามากกว่า หรือเท่ากับศูนย์ ดังสมการ
S = γSV - γLS - γLV ≥0
ค่ามุมสัมผัสจะขึ้นกับพลังงานพื้นผิวและแรงตึงผิวของของเหลว ถ้าพื้นผิวมีการเปียก ที่สมบูรณ์กับของเหลว หยดของเหลวจะ
แผ่ออกไปทั่วพืนผิว ทําให้มุมสัมผัสมีค่าเข้าใกล้ศูนย์ ขณะเดียวกันถ้าพื้นผิวสามารถเปียกโดยของเหลวได้ไม่ดนัก มุมสัมผัสระหว่างหยด
้ ี
ของเหลวกับ พืนผิวก็จะมีค่าอยู่ระหว่าง 0-180 องศา โดยที่คามุมสัมผัสของน้ําสูงแสดงว่าผิวสัมผัสมีสมบัติสะท้อนน้ําที่ดี แต่ถ้ามุมสัมผัส
้ ่
ของน้ําต่ําแสดงว่าพื้นผิวถูกทําให้เปียกง่าย
รูปที่ 7 แสดงมุมสัมผัสระหวางหยดของเหลวกับพื้นผิวของแข็ง
การวัดค่ามุมสัมผัส
การทดสอบมุมสัมผัสจะใช้วิธีทเี่ รียกว่า sessile drop หยดของเหลวจะถูกหยดออกจาก หลอดฉีดยาขนาดเล็ก ลงบนพื้นผิววัสดุ
ที่ตองการทดสอบ โดยการนําเอาพื้นผิวขึ้นไปสัมผัสกับ หยดที่แขวนอยู่ที่ปลายเข็มฉีดยา เพือให้ได้ของเหลวเพียงหยดเดียวที่สัมผัสกับผิว
้ ่
วัสดุ จากนั้นแสง จะถูกส่องผ่านด้านหน้าของเหลวและภาพของหยดของเหลวจะตกลงบนฉากรับภาพซึงอยูด้านหลัง หยดของเหลว มุม
่ ่
สัมผัสจะถูกวัดโดยใช้ฉากวัดมุม (protractor) ที่ตดอยู่กับฉากรับภาพ
ิ
การดูดซับ (Adsorption)
การดูดซับ คือ ลักษณะของโมเลกุลจากสภาวะปกติไปสู่สภาวะที่ยึดติดบนพื้นผิวของสารอีกชนิดหนึ่ง การดูดซับเป็น
กระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการสะสมตัวของสาร หรือความเข้มข้นของสารทีบริเวณพื้นผิวหรือระหว่างผิวหน้า (interface) กระบวนการ
่
นี้สามารถเกิดทีบริเวณผิวสัมผัสระหว่าง 2 สภาวะใด ๆ เช่น ของเหลวกับของเหลว ก๊าซกับของเหลว ก๊าซกับของแข็ง หรือของเหลวกับ
่
ของแข็ง โดยโมเลกุลหรือคอลลอยด์ทถูกดูดจับเรียกว่า สารถูกดูดซับ(adsorbate) ส่วนสารที่ทําหน้าที่ดูดซับเรียกว่า สารดูดซับ
ี่
(adsorbent) นอกจากนี้ในระบบที่มีส่วนประกอบหลายชนิด ที่ชั้นพื้นผิวก็จะมีส่วนประกอบแตกต่างกันด้วย เนื่องจากความสามารถใน
การดูดซับแตกต่างกันขึ้นกับความเลือกสรร (selectivity) ทีผิวหน้าของวัสดุ
่
‐ 5 ‐

6. กลไกของกระบวนการดูดซับ
การดูดซับเป็นกระบวนการกักพวกสารละลายหรือสารแขวนลอยขนาดเล็กซึ่งละลายอยู่ในตัวกลาง ให้อยู่บนผิวของ
สารอีกชนิดหนึง โดยที่สารละลายหรือสารแขวนลอย ขนาดเล็กนี้เรียกว่า Adsorbate ส่วนของแข็งที่มีผิวเป็นที่เกาะจับของสารที่ถกดูด
่ ู
ติดเรียกว่า Adsorbent การดูดติดผิวนี้จะเป็นการดูดติดแบบระหว่างสถานะ (Phase) ต่างๆทั้งสามสถานะ คือ ของเหลว (Liquid) ก๊าซ
(Gas) และ ของแข็ง (Solid) ซึ่งมีได้ทั้งแบบ ของเหลว- ของเหลว ก๊าซ-ของเหลว ก๊าซ-ของแข็ง และ ของเหลว-ของแข็ง
ประเภทของการดูดซับ
ปัจจัยสําคัญในการบอกชนิดของกระบวนการดูดซับจะพิจารณาจากแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลที่ถกดูดซับกับผิวของสารดูด
ู
ซับ ถ้าแรงยึดเหนี่ยวเป็นแรงแวนเดอร์วาลส์ (Van der Waals Forces) จะเป็นการดูดซับทางกายภาพ (physical adsorption) แต่ถ้า
แรงยึดเหนี่ยวทําให้เกิดพันธะเคมีระหว่างโมเลกุลที่ถกดูดซับกับผิวของสารดูดซับ จะเรียกว่า การดูดซับทางเคมี (chemical
ู
adsorption)
1. การดูดซับทางกายภาพ (Physical adsorption)
เป็นการดูดซับที่เกิดจากแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลอย่างอ่อน คือ แรงแวนเดอร์วาลส์ (Vander Waals Forces) ซึ่งเกิดจากการ
รวมแรง 2 ชนิด คือ แรงกระจาย (London dispersion force) และแรงไฟฟ้าสถิตย์(electrostatic force) การดึงดูดด้วยแรงที่
อ่อนทําให้การดูดซับประเภทนีมีพลังงานการคายความร้อนค่อนข้างน้อย คือ ต่ํากว่า 20 กิโลจูลต่อโมลและสามารถเกิดการผันกลับ
้
ของกระบวนการได้ง่าย ซึ่งเป็นข้อดี เพราะสามารถฟื้นฟูสภาพของตัวดูดซับได้ง่ายด้วย สารที่ถกดูดซับสามารถเกาะอยูรอบ ๆ ผิว
ู ่
ของสารดูดซับได้หลายชั้น(multilayer) หรือในแต่ละชั้นของโมเลกุลสารถูกดูดซับจะติดอยูกับชั้นของโมเลกุลของสารถูกดูดซับในชั้น
่
ก่อนหน้านี้ โดยจํานวนชั้นจะเป็นสัดส่วนกับความเข้มข้นของสารถูกดูดซับ และจะเพิ่มมากขึ้นตามความเข้มข้นที่สูงขึ้นของตัวถูก
ละลายในสารละลาย
2. การดูดซับทางเคมี (Chemical adsorption)
การดูดซับประเภทนี้เกิดขึ้นเมื่อตัวถูกดูดซับกับตัวดูดซับทําปฏิกิริยาเคมีกัน ซึงส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมีของตัวถูก
่
ดูดซับเดิม เกี่ยวข้องกับการถ่ายทอดอิเล็กตรอน ซึ่งเท่ากับการสร้างพันธะเคมีระหว่างสารทีไปดูดซับกับสารพื้นผิวของของแข็ง คือมี
่
การทําลายแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอมหรือกลุ่มอะตอมเดิมแล้วมีการจัดเรียงอะตอมไปเป็นสารประกอบใหม่ข้น โดยมีพันธะเคมี
ึ
ซึ่งเป็นพันธะทีแข็งแรง มีพลังงานกระตุ้นเข้ามาเกี่ยวข้องทําให้ความร้อนของการดูดซับมีค่าสูงประมาณ 50-400 กิโลจูลต่อโมล
่
หมายความว่าการกําจัดตัวถูกดูดซับออกจากผิวตัวดูดซับจะทําได้ยาก คือไม่สามารถเกิดปฏิกริยาผันกลับได้ (irreversible) และการ
ิ
ดูดซับประเภทนี้จะเป็นการดูดซับแบบชั้นเดียว(monolayer) เท่านั้น ซึ่งการดูดซับทางกายภาพและทางเคมีมีข้อแตกต่างกันหลาย
อย่าง นั่นคือ chemisorption จะแข็งแรงกว่า physical adsorption แต่ก็จะถูกจํากัด เฉพาะสารที่ไปดูดซับที่ monolayer
ของพื้นผิวของของแข็งเท่านั้น
การเปรียบเทียบลักษณะจําเพาะของการดูดซับทางกายภาพและการดูดซับทางเคมี
ลักษณะจําเพาะ การดูดซับทางกายภาพ การดูดซับทางเคมี
พันธะระหว่าง absorbent -adsorbate Vander Waals Forces Covalent หรือ ionic bond
Energy of adsorption 20-40 KJ / mole 40-400 KJ / mole
ความจําเพาะเจาะจงระหว่าง absorbent - ไม่จําเพาะ มีความจําเพาะ
adsorbate
ผลของอุณหภูมิ เมื่ออุณหภูมิเพิมการดูดซับน้อยลง
่ เมื่ออุณหภูมิเพิมอัตราเร็วการดูดซับเพิ่มขึ้น
่
การผันกลับของกระบวนการดูดซับ ผันกลับได้ ไม่ผันกลับ
อัตราเร็วของการดูดซับ คงที่ เพิ่มตามอุณหภูมิ
จํานวนชั้นของการดูดซับ เกิด monolayer ที่ความดันต่า ํ เกิด monolayer เท่านั้น
เมื่อความดันเพิมเกิด multilayerได้
่
‐ 6 ‐

7. การดูดซับบนผิวของแข็ง และก๊าซ
การดูดซับบนผิวของแข็ง และก๊าซ เกิดขึ้นเนืองจากการไม่สมดุลของพันธะยึดเหนี่ยว ระหว่างอะตอมหรือโมเลกุลที่เป็น
่
องค์ประกอบของสาร ที่บริเวณพื้นผิวอนุภาคของของแข็งจะยึดกับโมเลกุลทีอยู่ในเนือสารเท่านั้นแต่ผิวหน้าที่สัมผัสกับอากาศไม่มพันธะ
่ ้ ี
จึงทําให้เกิดแรงดึงดูดเข้ามาภายในเนื้อของสาร ในทิศทางที่ตงฉากกับพื้นผิว ดึงเอาโมเลกุลของสารอื่นๆที่อยู่ใกล้เข้ามายึดติดกับพื้นผิว
ั้
ของอนุภาคของแข็งได้ การดูดซับก๊าซบนผิวของของแข็งถือเป็นต้นแบบของการดูดซับทางกายภาพ
สมมติฐานของการดูดซับ
ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณก๊าซที่ดดซับไว้บนพื้นผิวของแข็งที่กับความดันสมดุลที่อุณหภูมิคงที่ เรียกว่า Adsoption Isotherm ซึ่งมีผู้
ู
อธิบายชนิดของ isotherm ต่างๆไว้ดังนี้
• Freundlich Isotherm
Freundlich ได้เขียนสมการอธิบายการดูดซับได้ดังนี้ Y = x = Kp1/n
M
หรือ log Y = log K + 1/n log p
Y = ปริมาณก๊าซที่ถกดูดซับไว้บนพื้นที่ผิวของแข็งหนึงต่อหน่วยน้ําหนักของ adsorbent
ู ่
x = ปริมาณก๊าซที่ถกดูดซับไว้ (mg , mole )
ู
M = น้ําหนักของของแข็ง หรือ adsorbent
p = ความดันสมดุลของก๊าซ
K, n = ค่าคงทีข้นกับอุณหภูมิ ชนิดของก๊าซและ adsorbent
่ึ
เมื่อนํามา plot กราฟจะได้ดงรูปที่ 8
ั
รูปที่ 8 กราฟแสดง Freundlich และ Langmuir Isotherm
• Langmuir Isotherm
Langmiur ได้อธิบายการดูดซับจากพื้นฐานทฤษฎีทว่าการอะตอมหรือโมเลกุลของก๊าซจะถูกดูดซับไว้ที่ผิวของแข็งเพียงชั้น
ี่
เดียวและมีความสม่ําเสมอของการดูดซับ และอัตราเร็วในการดูดซับ (r1) จะแปรผันตรงกับพื้นที่ผิวทียังไม่มีการดูดซับก๊าซ และความดัน
่
ของก๊าซขณะนั้น (p) ในขณะทีอัตราเร็วการระเหยของก๊าซออกจากพื้นผิวของของแข็ง (r2) จะแปรผันตรงกับ พื้นที่ผิวทีดูดซับก๊าซเอาไว้
่ ่
เมื่อพื้นที่ผวทั้งหมดเท่ากับ 1 พื้นที่ผิวดูดซับก๊าซไว้แล้ว เป็น θ ดังนั้นพื้นผิวที่ไม่มีการดูดซับก๊าซ คือ 1- θ
ิ
จึงได้สมการ r1 = k1 (1 - θ )p
และ r2 = k2 θ
ที่จุดสมดุล r1 = r2
จะได้
θ = k1 p = ( k1/ k2 ) p
k2 + k1 p 1 + ( k1/ k2 ) p
แทนค่า k1/ k2 ด้วย b และ θ ด้วย Y / Ym
เมื่อ Ymคือ ปริมาณก๊าซทีถูกดูดซับไว้บนพื้นทีผิวแบบชั้นเดียวจนเต็มพื้นที่ผิวของของแข็งต่อหนึ่งหน่วยน้ําหนักของ adsorbent
่ ่
ได้ Y / Ym = bp
1+ bp
หรือ
Y = Ym b p เรียกว่า Langmuir Isoterm
1 + bp
เมื่อเปลี่ยนสมการให้อยู่ในรูป p = 1 + p
Y b Ym Ym
จะเขียนกราฟความสัมพันธ์ระหว่าง Y และ p จะได้ p/y และ p จะได้กราฟตามรูป A และ ตามลําดับ
‐ 7 ‐

8. รูปที่ 9 กราฟแสดง Langmuir Isoterm
• BET isotherm
มาจาก Brunauer, Emmett และ Teller ซึ่งใช้ในการอธิบายการดูดซับแบบ multilayer โดย การดูดซับด้วยพันธะระหว่าง
พื้นผิวของแข็งกับก๊าซเกิดกับชันแรกของการดูดซับเท่านั้น ในชั้นถัดไปจะเกิดพันธะระหว่างโมเลกุลก๊าซด้วยกันเอง
้
เมื่อเปลี่ยนสมการให้อยู่ในรูป p = 1 + h -1 . p
Y (p0-p ) Ym h Ym h p0
P0 = ความดันไออิ่มตัวของก๊าซที่ถกดูดซับไว้
ู
h = ค่าคงที่ ซึ่งเป็นสัดส่วนกับความแตกต่างระหว่าง ความร้อนในการดูดซับของ ก๊าซทีถูกดูดซับในชั้นแรก กับ พลังงานแฝงของการ
่
ควบแน่นของก๊าซที่ถกดูดซับในชั้นถัดๆไป
ู
รูปที่ 10 แสดง BET Isotherm ของการดูดซับ แบบต่างๆ
การดูดซับในระบบของแข็ง ของเหลว
ในระบบ ของเหลว-ของแข็ง (Liqid –Solid Interface) ในสภาวะของเหลวการดูดซับโมเลกุลของสารละลายหรือสารแขวนลอย
ก็จะถูกกําจัดออกจากน้ําและไปเกาะติดอยู่บนตัวดูดซับ โมเลกุลของสารส่วนใหญ่จะเกาะจับอยู่กับผิวภายในโพรงของตัวดูดซับและมี
เพียงส่วนน้อยเท่านั้นที่เกาะอยูท่ผิวภายนอก การถ่ายเทโมเลกุลจากน้ําไปหาตัวดูดซับเกิดขึ้นได้จนถึงสมดุลจึงหยุด ณ จุดสมดุล ความ
่ ี
เข้มข้นของโมเลกุลในน้ําจะเหลือน้อยเพราะโมเลกุลส่วนใหญ่เคลื่อนที่ไปเกาะจับอยู่กับตัวดูดซับ กระบวนการที่เกิดขึ้นจะซับซ้อนกว่าการ
ดูดซับที่พื้นผิวของแข็ง เนื่องจากทังโมเลกุลของตัวทําละลายและตัวถูกละลาย สามารถถูกดูดซับได้ทั้งคู่ จึงเกิดการแย่งทีของการดูดซับ
้ ่
กัน
‐ 8 ‐

9. การใช้ประโยชน์ทางเภสัชกรรม
สารออกฤทธิ์ต่อพื้นผิว
สารออกฤทธิ์ตอพื้นผิว หรือ สารลดแรงตึงผิว (surfactant, surface active agent) อาจเป็นโมเลกุลหรืออิออนที่มการดูดซับ
่ ี
อยู่บริเวณผิวประจันส่งผล ต่อลักษณะพื้นผิว ทําให้เกิดความต่อเนื่องของพื้นผิวของสารทังสองสถานะ โดย ตัวอย่างเช่น สบู่และสารซัก
้
ล้าง ซึ่งโมกุลสารนี้จะมีลักษณะ Amphiphile คือ โมเลกุลหรือไอออนซึ่งประกอบด้วย 2 ส่วน คือ ส่วนที่มีขั้วหรือส่วนที่ชอบน้ํา
(hydrophilic) และส่วนที่ไม่มขั้วหรือส่วนที่ไม่ชอบน้ํา (hydrophobic) ซึ่งทัง 2 ส่วนนี้ต้องสมดุลกันทําให้ถูกดูดซับที่พื้นผิวหรือระหว่าง
ี ้
พื้นผิวของของเหลว ทําให้ความเข้มข้นที่พื้นผิวสูงกว่าความเข้มข้นภายในเนือของของเหลว
้ รูป11. แสดงการจัดเรียงตัว
ของสารลดแรงตึงผิวที่ผิวน้ํา -
การเรียงตัวของสารลดแรงตึงผิว หากความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิวต่ํา โมเลกุลของสารลด
อากาศและผิวน้ํา-น้ํามัน
แรงตึงผิวจะเรียงตัวบนพื้นผิวน้าโดยหันส่วนทีมข้วเข้าหาน้ําและส่วนที่ไม่มีขั้วทอดขนานกับผิวน้ํา เมื่อเพิ่ม
ํ ่ีั
จํานวนของสารลดแรงตึงผิวได้ความเข้มข้นสูงขึ้น โมเลกุลจะเรียงตั้งตรงโดยหันส่วนที่มขั้วเข้าหาน้ํา และ
ี
ส่วนที่ไม่มีขั้วเข้าหาอากาศ (รูป a) ทําให้เปลี่ยนจากระหว่างพื้นผิวน้ํา-อากาศ เป็นระหว่างพื้นผิว
ไฮโดรคาร์บอน-อากาศ ทําให้แรงตึงผิวของน้าลดลงเนื่องจากแรงตึงผิวของไฮโดรคาร์บอนจะต่ํากว่าแรงตึง
ํ
ผิวของน้ํา ส่วนพื้นผิวของน้ําและน้ํามันโมเลกุลของสารลดแรงตึงผิวจะเรียงตัวโดยหันส่วนที่มีขั้วเข้าหาน้ํา
และส่วนที่ไม่มีขั้วเข้าหาน้ํามัน เมื่อความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิวสูงถึงความเข้มข้นหนึ่ง โมเลกุลภายใน
เนื้อของของเหลวจะรวมกันเป็นกลุ่ม เรียกว่า ไมเซลล์ (micelle) (รูป b) ความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิว
ที่ต่ําสุดทีเ่ ริ่มเกิดไมเซลล์ เรียกว่า ความเข้มข้นไมเซลล์วิกฤต (critical micelle concentration, CMC)
HLB System (Hydrophile-Lipophile Balance)
Griffin ได้ศึกษา ระดับของความชอบและไม่
ชอบน้ําของสารลดแรงตึงผิวต่างๆไว้โดยแสดงระดับไว้ดังรูป12 สารมีส่วนที่ไม่ชอบน้ํา
มากหรือชอบไขมันจะมีค่า HLB ต่ํา (1.8-8.6) ในขณะที่สารทีมีส่วนชอบน้ํามากจะมี
่
ค่า HLB สูง(9.6-16.7) ในการผลิตยาอิมัลชัน ส่วนผสมของ oil phase ในตํารับ จะ
มีคา ค่า HLB ที่ตองการ ( required HLB ; RHLB) การคํานวณหาค่า RHLB ของ
่ ้
ทั้งตํารับทําได้โดยการ นําค่า RHLB ของ oil phase แต่ละตัวในตํารับคูณด้วย
สัดส่วนน้ําหนักในตํารับของ oil นั้นๆ ดังนันสารก่ออิมัลชันในตํารับอิมัลชัน o/w
้
หรือ w/o จะแตกต่างกัน ดังต่อไปนี้
O/W emulsion ต้องใช้ emulsifier ซึ่งมีค่า HLB = 8-18
รูป12. ระดับของ คา HLB และการใชประโยชน W/O emulsion ต้องใช้ emulsifier ซึ่งมีค่า HLB = 3-6
ของสารลดแรงตึงผิว
‐ 9 ‐

10. Hydrophilic-lipophilic balance (HLB) value of Required Hydrophilic-lipophilic balance (RHLB)
Amphiphilic agent value of some Oil for (o/w) and (w/o)emulsion
ตัวอย่างการนําสารลดแรงตึงผิวมาในทางเภสัชกรรม ได้แก่ เพื่อให้น้ําและน้ํามันเข้ากันได้ในการผลิตยาอิมลชัน ทําให้ผงยาที่
ั
เปียกน้ําได้ยากเข้ากับน้ําได้มากขึ้น เพิ่มอัตราเร็วการละลายของยาที่ละลายน้ําได้ยาก ทําให้ยาสามารถซึมผ่านชั้นเยื่อบุต่างๆของร่างกาย
ได้ดียิ่งขึ้นและสารลดแรงตึงผิวเช่น Cationic surfactant ยังใช้เป็นสารต้านจุลนทรียในตํารับยาน้ําสําหรับใช้ภายนอกอีกด้วย
ิ ์
Activeted charcoal
ผงถ่านกัมมันต์ ใช้ประโยชน์จากลักษณะที่เป็นผงๆ มีพื้นที่ผิวมากเนื่องจากมีรูเล็กๆ(cavernous pores)จํานวนมาก ทําให้มี
พื้นที่ผิวมากกว่าสารชนิดอื่นทีมีน้ําหนักเท่ากัน โดยมีพื้นที่ผวจําเพาะถึง 600-1,000 m2/g ในทางเภสัชกรรมใช้ในการดูดซับ
่ ิ
สารพิษหรือยา หากแต่ยาที่แตกตัวเป็นประจุ หรือสารโมเลกุลเล็กเช่น alcohol จะถูกดูดซับได้ไม่ดี ไม่ควรให้พร้อม antidote อื่นๆ
เนื่องจากขัดขวางการดูดซึมยาต้านพิษชนิดอื่น เช่น N-acetylcysteine และ ฤทธิในการดูดซึมของผงถ่านจะลดลง เมื่อให้รวมกับ
์ ่
อาหารประเภทนม หรือไอศกรีม
เอกสารอ้างอิง
• Martin, A., Bustamante, P and Chun, A.H.C., Physical pharmacy, 4th Ed., Lea & Febiger, Philadelphia USA
(1993) pp.363-388.
• Amili, M.M. and Sandmann,J.B., Applied Physical Pharmacy.,The McGraw-Hill Companies,Inc. USA (2003)
pp.327-363.
‐ 10 ‐