
分散系とは、微細な粒子が気体・液体・固体中に浮遊または懸濁している物質の総称です。 分散系の分類において最も重要なのが、分散している粒子の大きさ(粒子径)による3つの区分です。
分散系の3分類(粒子径による)
参考)代表的な分散系
この3つの分類を覚える語呂合わせとして、以下のゴロが薬剤師国家試験対策でよく使われています。
「分子は1未満、コロイドは1〜1000、粗大は1000超」
より語呂らしく覚えるなら、
「いちみまん(1nm未満)の分子、いちせん(1〜1000nm)のコロイド、せんちょう(1000nm超)の粗大」
この語呂で、粒子径の境界値を確実に押さえましょう。 国試では「コロイド分散系の粒子径は何か」という直接的な出題が頻出です。
また、分散系には「分散質(分散している粒子)」と「分散媒(粒子が分散している媒質)」という2つの構成要素があります。 分散媒が水の場合、分散系は「水溶液」「コロイド溶液」「懸濁液」などと呼ばれます。
コロイド分散系は、分散質と分散媒(特に水)との親和性によって「親水コロイド」と「疎水コロイド」に大別されます。 この区別は、薬剤師国家試験で非常に重要なトピックです。
親水コロイドと疎水コロイドの違い
| 特徴 | 親水コロイド | 疎水コロイド |
|---|---|---|
| 水との親和性 | 大きい(水和しやすい) | 小さい(水和しにくい) |
| 代表例 | タンパク質、デンプン、インスリン、ミセル | 硫黄、水酸化鉄、金、銀 |
| 物質の種類 | 有機物が多い | 無機物が多い |
| 電解質添加 | 多量で沈殿(塩析) | 少量で沈殿(凝析) |
| 安定性 | 電解質に強く、安定 | 電解質に弱く、不安定 |
親水コロイドは、コロイド粒子の表面に水分子が強く結合しており、水和層を形成しています。 このため、少量の電解質を加えても沈殿せず、安定に分散し続けます。
参考)コロイドと界面現象 – 水浄化フォーラム −科学…
一方、疎水コロイドは、粒子表面の電荷によって分散が保たれています。 少量の電解質を加えると、表面電荷が中和され、粒子同士が凝集して沈殿します。
塩析と凝析の語呂合わせ
この2つの現象を混同しないよう、以下の語呂が有効です。
「親水は多量で塩析、疎水は少量で凝析」
さらに語呂らしくすると、
「しんすいたくろう(親水・多量)でえんせき、そすいしょうりょう(疎水・少量)でぎょうせき」
参考)【高校化学】親水コロイドと疎水コロイドとは。なぜ塩析と凝析が…
「塩析」の「塩」は、親水コロイドに「多量の塩(電解質)」を加えるイメージで覚えましょう。 一方、「凝析」は、疎水コロイドが「凝集」して「析出」する現象と理解できます。
意外な事実として、親水コロイドを疎水コロイドの溶液に加えると、疎水コロイドの表面が親水コロイドで覆われ、凝析しにくくなる「保護コロイド」としての作用を示します。 この現象は、製剤の安定化に応用されています。
参考)http://www.asahi-net.or.jp/~ye3t-hrby/kagakusiryo/kagakusiryo19.html
界面活性剤の親水性と親油性のバランスを表す指標が「HLB値(Hydrophile-Lipophile Balance value)」です。 HLB値は0から20までの値をとり、この数値によって界面活性剤の性質と用途が決まります。
HLB値の基準
この「7」という境界値が、製剤設計において極めて重要です。
参考)https://yakugakugakusyuu.com/91-170c_kaimenkasseizai.html
HLB値とエマルション型の関係
| HLB値 | 界面活性剤の性質 | 形成されるエマルション型 |
|---|---|---|
| 7未満 | 親油性 | W/O型(油中水滴型) |
| 7以上 | 親水性 | O/W型(水中油滴型) |
O/W型エマルションは、親水基が外側、親油基が内側に向いた構造です。 逆に、W/O型エマルションは、親油基が外側、親水基が内側に向いた構造になります。
参考)HLBとは?(Hydrophile-Lipophile Ba…
HLB値の語呂合わせ
HLB値の基準を覚える語呂として、以下が有効です。
「HLBは7で分水嶺、7以上は親水でO/W、7未満は親油でW/O」
より語呂らしくすると、
「ななみぎ(7以上)しんすいオーダブリュー(親水・O/W)、ななひだり(7未満)しんゆダブリューオー(親油・W/O)」
「HLB値が7より小さい界面活性剤を用いると、安定なO/W型エマルションは生成しない」という知識は、国試で頻出です。 製剤設計において、目的のエマルション型を得るためには、適切なHLB値の界面活性剤を選択する必要があります。
また、複数の界面活性剤を混合する場合、HLB値には加成性が成り立ちます。 混合界面活性剤のHLB値は、各界面活性剤の重量分率とHLB値の積の和として計算できます。 この性質を利用し、目的のHLB値を達成するために界面活性剤をブレンドすることが実務で行われます。
参考)https://www.sidaiigakubu.com/examination-measure/chemistry/49/
分散系医薬品と製剤の種類の組み合わせは、薬剤師国家試験で頻出のトピックです。 分散相(分散している物質)と分散媒(分散している媒質)の組み合わせを正確に覚える必要があります。
参考)https://yakugakugakusyuu.com/107-49_bunnsannkei.html
代表的な分散系の分類
| 製剤名 | 分散相 | 分散媒 | 別名・説明 |
|---|---|---|---|
| サスペンション | 固体 | 液体 | 懸濁液 |
| エマルション | 液体 | 液体 | 乳濁液(O/W型またはW/O型) |
| エアゾール | 固体または液体 | 気体 | 噴霧剤 |
| フォーム | 気体 | 液体 | 泡沫 |
| キセロゲル | 固体 | 気体 | 乾燥ゲル |
サスペンションは、固体粒子が液体中に分散した懸濁液です。 例として、抗生物質の経口懸濁液などが挙げられます。
エマルションは、液体が別の液体中に分散した乳濁液です。 O/W型(水中油滴型)とW/O型(油中水滴型)があり、HLB値によって形成される型が決まります。
エアゾールは、固体または液体が気体中に分散した製剤です。 吸入薬やスプレー剤が代表例です。
フォームは、気体が液体中に分散した泡沫です。 剃毛用フォームや洗浄用フォームなどが該当します。
キセロゲルは、固体が気体中に分散した乾燥ゲルです。 ゲルから分散媒(液体)を除去した状態で、多孔質構造を持ちます。
分散相と分散媒の組み合わせを覚える語呂
「サスペンションは固液、エマルションは液液、エアゾールは固or液気、フォームは気液、キセロゲルは固気」
より語呂らしくすると、
「サス(サスペンション)はこり(固液)こり、エマ(エマルション)はえきえき(液液)、エア(エアゾール)はこえき(固or液気)、フォ(フォーム)はきえき(気液)、キセ(キセロゲル)はこき(固気)」
国試では、「分散相と分散媒の組み合わせのうち正しいのはどれか」という形式で出題されます。 特に、キセロゲルの「分散相は固体、分散媒は気体」という組み合わせは、他の製剤と混同しやすいため注意が必要です。
ここまでは、薬剤師国家試験で頻出の基本的な語呂合わせを紹介してきました。しかし、医療現場や製剤開発において、分散系の知識は単なる暗記科目ではありません。 実際にどのように応用されているか、独自視点から解説します。
保護コロイドの臨床的意義
前述した「保護コロイド」の現象は、単なる化学的な面白さを超えて、実用的な価値を持ちます。 親水コロイド(例:ゼラチン、アラビアゴム)を疎水コロイドの製剤に添加すると、疎水コロイド粒子の表面が親水コロイドで覆われ、凝析しにくくなります。
この原理は、以下の製剤の安定化に応用されています。
界面電荷と製剤の安定性
疎水コロイドが分散を保つメカニズムは、粒子表面の電荷です。 同種の電荷を持つ粒子同士は反発し合い、凝集を防ぎます。 この電荷を「ゼータ電位」と呼び、製剤の安定性評価に用いられます。
参考)ℹ️疎水コロイド
医療現場では、以下の点に注意が必要です。
HLB値の実際の製剤設計
HLB値の知識は、国試の正解を選ぶだけでなく、実際の製剤設計に直結します。 目的のO/W型またはW/O型エマルションを安定に製造するためには、適切なHLB値の界面活性剤を選択・ブレンドします。
参考)https://www.sccj-ifscc.com/library/glossary_detail/193
例えば、O/W型エマルションを安定化させるには、HLB値8〜18の範囲の界面活性剤が適しています。 一方、W/O型エマルションには、HLB値3〜6の界面活性剤が適しています。
製剤開発では、複数の界面活性剤を混合し、目的のHLB値を達成する「HLBブレンド法」が用いられます。 この際、HLB値の加成性を利用して、必要な比率を計算します。
意外な事実:コロイド分散系の粒子径は製剤の吸収に影響
コロイド分散系の粒子径(1nm〜1000nm)は、単なる分類の基準ではありません。 このサイズ範囲は、生体膜を通過しやすいサイズであり、製剤の吸収速度や生物学的利用能に直接影響します。
分散系 - Wikipedia:分散系の基本定義と分類について詳しく解説
代表的な分散系:薬剤師国家試験対策としての分散系の分類と製剤の組み合わせ
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