MIKROMERITIKA FARMASI FISIKA Oleh A. KARIM ZULKARNAIN

1 PERANAN PENTING FORMULASI & KLINIK PENDAHULUAN MIKROMERITIK Iptek ttg partikel kecil - Pemb. Sediaan - Efek Obat 2 MIKROMERITIKA *UKURAN & DISTRIBUSI METODE MENGUKUR *BENTUK & LUAS MUKAMETODE MENGUKUR- PENGERTIAN - RUMUS EDMUDSON - KURVA - KURVA 3 Ukuran partikel =luas permukaan spesifik terkait sifat: 1. fisika,2. kimiawi3. farmakologik suatu obat Dua sifat penting daripartikelheterogen : 1. bentuk dan luas permukaan 2. jarak ukuran dan jumlah/bobot 4 MikronMillimeter Ukuran ayakan contoh 0.5 10 10 50 50 100 150 1.000 1.000 3.3600.0005 - 0.010 0.0010 0.050 0.050 0.100 0.150 1.000 1.000 3.360 -- -- 325 140 100 18 18 6 Suspensi, emulsi halus, bacteria, butir-butir darah merah (8 ) Batas teratas dari jarak pengayakan terkecil (subsieve range), partikel emulsi kasar, butir darah putih (25 ), partikell suspensi terflokulasi. Batas terbawah dari penglihatan, batas terbawah dari jarak pengayakan, jarak serbuk halus. Jarak serbuk kasar. Ukuran granul rata-rata. Tabel 1. Dimensi Partikel dalam Sistem Dispersi Farmasi 5 Dimensi partikeldiungkap dengan : diameter bola ekivalen, misalnya:ds,dv,dp dandst Tipe diameter mencerminkan metodenya, misal : dpdiperoleh dengan metodemikroskopik dst ditentukan dengan metode sedimentasi6 PurataJumlah dari Partikel jarak dalam Ukuran setiap (d) jarak Jarak UkurandalamUkuran dalam Mikronmikron(n)(nd)(nd2)(nd3) (nd4) 0.50 1.00 0.7521.50 1.130.850.64 1.001.501.251012.5015.6319.54 24.43 1.50 2.001.75 2238.50 67.38 117.92206.36 2.00 2.50 2.2554121.50273.38615.11 1384.00 2.50 3.00 2.75 1746.75 128.56 353.54972.24 3.00 3.50 3.25 8 26.0084.50274.63892.55 3.50 4.00 3.75 5 18.7570.31 263.66988.73

n=nd= nd2=nd3= nd4=118 265.5640.89 1645.254468.95 Tabel 2. Perhitungan diameter statistik dari data yang diperolehdengan menggunakanmetoda mikroskop (Distribusi normal) 7 (1) Jarak Ukuran dalam mikron (2) Purata Jarak Ukuran (d) dalam mikron (3) Jumlah partikel dalam Setiap Jarak Ukuran (n) (4) Prosen (%) (5) Frekuensi Prosen kumulatif Bawah Ukuran (Jumlah) (6) nd (7) nd2 (8) nd3 (9) Prosen nd3 (Bobot) (10) Frekuensi Prosen Kumulatif Bawah Ukuran (Bobot) 2.0 4.0 4.0 6.0 6.0 8.0 8.0 10.0 10.0 12-0 12.0 14.0 14.0 16.0 16.0 18.0 18.0 20.0 3.0 5.0 7.0 9.0 11.0 13.0 15.0 17.0 19.0 2 32 64 48 30 14 6 3 1 1.0 16.0 32.0 24.0 15.0 7.0 3.0 1.5 0.5 1.0 17.0 49.0 73.0 88.0 95.0 98.0 99.0 100.0 6 160 448 432 330 182 90 51 19 18 800 3136 3888 3630 2366 1350 867 361 54 4000 21952 34992 39930 30758 20250 14739 6859 0.03 2.31 12.65 20.16 23.01 17.72 11.67 8.49 3.95 0.03 2.34 14.99 35.15 58.16 75.88 87.55 96.04 99.99 Tabel 4 Konversi dari Distribusi Jumlah ke Distribusi Bobot (Distribusi log normal) 8 Persamaan Edmudson untuk ukuran partikel rerata: n=jumlah partikel yang berada dalam jarak ukuran d=titik tengah/rata-ratajarak ukuran. p=indeks yang berhubungan dengan p, bila nilai:p= 1, panjang partikel,p= 2, luas partikel,ataup= 3, volume partikel. Nilaip juga menentukan: a.apakaharithmetik (p=positif),b.apakah geometrik (p= nol) atau c.apakah harmonik (p= negatif).

f = indeks frekuensi.frekuensi partikeldinyatakan dengan ndf. bila : f=0, jumlah total; f=1, panjang; f=2, luas f=3, volume dari partikel. pndndpurataff pd1||.|

\|=+cc9 P f Para meter Ukuran Frek Diameter Purata (u) K O M E N T A R 1 2 3 1 1 1 0 0 0 1 2 3 Panjang Luas Volume Panjang Panjang Panjang Jumlah Jumlah Jumlah Panjang Luas Bobot Panjang-Jumlah Purata d1n Luas-Jumlah PuratadSn Volume-Jumlah PuratadVn Luas-Panjang atauPanjang-Bobot PurataDsl Volume-Luas atau Luas-Bobot PurataDvs Bobot-Momen atau Volume-Bobot Purata dwm 2.25 2.33 2.41 2.41 2.57 2.72 Memuaskan jika jaraknya sempit dan distribusinya normal.Partikel-partikel yang punya luas permukaan rata-rata. Partikel yang mempunyai bobot rata-rata dihubungkan kebalikan N, jumlah partikel Tidak ada kepentingan praktis. Penting dalam faramsi sebab berhubungan dengan kebalikan Sw, luaspermukaan spesifik. Kepentingan dalam farmasi terbatas. pff pndnd1|.|

\|+ccnndccnnd33nndcc2ndndcc234ndndcc23ndndcc10 BEBERAPA MACAM KURVA: 1. UKURAN PARTIKEL VsFREKUENSI 2. UKURAN PARTIKEL Vs% FREK (JM & BOBOT) 3. UKURAN PARTIKEL Vs% FREK KUM(JML & BOBOT) 4. UKURAN PARTIKEL Vs % FREK KUM SKALA PROBAB 11 Distribusi Ukuran Partikel jumlah atau bobot partikel yang dinyatakan dalam bentuk kurva terhadap jarak ukuran partikel purata = kurva distribusi frekuensi. Contoh kurva dalam Gambar 1. (dari tabel 2) dan Gambar 2(dari tabel 4). Ukuran partikel (um) F R E K U E N S I 12 GAMBAR DISTRIBUSI FREKUENSI : Kurva Hub ukuran partikel dengan frekuensi Kurva distribusi frekuensi01020304050600.75 1.25 1.75 2.25 2.75 3.25 3.75Ukuran (mm)Frekuensi13 GAMBAR DISTRIBUSI% FREKUENSI DAN nd3 051015202530354045503 5 7 9 11 13 15 17 19 um% nd3% Frek.Ukuran partikel %frekuensi14 GAMBAR FREKUENSI KUMULAT (TABEL 4) Distribusi Frekuensi Kum0501001502002503 5 7 9 11 13 15 17 19Ukuran Partikel (um)Frek % Kum%rek kum nd3% Frek kum15 % F R E K U E N S I Ukuran Partikel (um) Distribusi jumlah Distribusi berat Gambar 2. Kurvadistribusi frekuensi dari data dalam tabel 2 16 Kurva di atas itu sangat penting karena: Dapat memberikan gambaranmengenai distribusi diameter rerata. Mungkin dari dua sampel terdapat diameter rata-ratasama, tapi distribusinya berbeda. Terlihat dari kurva : modenya. Metode membuat kurva lain adalah: Hubungan prosen kumulatif dgan ukuran partikel. (gambar 3 adalah prosentasi kumulatif di bawah ukuran (kolom 5 Tabel 4).Hasilnya adalahkurva sigmoidal dengan mode di angka arah yang terbesar. 17 % frekKum t e r k e c i l Ukuran partikel (um) Distribusi jumlah Distribusi berat Gambar 3.kurva frekuensi kumulatif daridata dalam tabel 4 18 Distribusi jumlah

geo = 50% ukuran distribusi jumlah16 % dibawah ukuran geo=7,1/4,95= 1,43 distribusi berat dg = 7, 1 udan geo = 1,43 16 % dibawah ukuran 4,95 um 50 % - - - - - - - - - - - - - - ------

99,9 % dg dg0,1 Ukuran partikel (um) % Frek. Kum. di ba wah Uk. (ska la pro ba bil.) Sifat menarik disitribusi log-normal: Kurva logukuran partikel Vs frekuensi prosentasi kumulatif pada kertas skala probalitas,diperoleh suatu hubungan linier (Gambar 5). Gambar 5.Kurva log probabilitas daritabel 4 (kolom 5 dan 10) Keuntungan Kurva linier :dapat mengkarakterisir kurva distribusi log normal dengan dua parameter:angka arah dari garis dan titik banding (reference point) 19 Adanyadua parameter tersebut: Diperoleh gambaran yang lebih baikdaripada gambar 2, 3, atau 4.Titik bandingnya=log ukuran partikel yangsetara dengan 50% pada skala probabilitas, yaitu 50% ukuran. disebutdiameter purata geometrik,(dg).Angka arah ini=deviasi standar geometrik, g, adl hasil pembagian dari (84% dibawah ukuran atau 16% diatas ukuran) : (50% dibawah ukuran atau 84% diatas ukuran).gambar 5 tersebut menurut data distribusijumlah dalam tabel 4 didapat:dg = 7,1 udan g = 1,43 20 Distribusi Jumlah dan Bobot Data dalam tabel 4 adalah distribusi jumlah, mereka dikumpulkan dengancara mikroskop. data distribusi bobot disenangi daripada jumlah.Meskipun ini dapat diperoleh dengan: teknik seperti pengenapan atau pengayakan, *lebihenakjikadatajumlahduludistribusi jumlah distribusi bobot dan sebaliknya. Ada dua pendekatan: -distribusi bobot dari data tabel 4 dapat diperoleh denganmenghitungdalam kolom 9 dan 10. Data tersebut didasarkan atas nd3 (kolom 8). - Distribusi bobot dapatdibuat kurva seperti data distribusi jumlah dalam gambar 4 dan 5.21 GARIS TENGAHDISTRIBUSI JUMLAHDISTRIBUSI BERAT Panjang-jumlah purata Luas-jumlah purata Volume-jumlah purata Volume-luas purata Bobot-momen purata

dlog d1n = log dg + 1.151 log2 g

log dsn= log dg + 2.303 log2 g

log dvn = log dg + 3.454 log2g

log dvs = log dg + 5.757 log2g

log dwn = log dg +8.059 log2g log dlog d1n = log dg + 1.151 log2 g

log dsn= log dg + 2.303 log2 g

log dvn = log dg + 3.454 log2g

log dvs = log dg + 5.757 log2g

log dwn = log dg +8.059 log2g TABEL: Persamaan Hatch Choate untuk Menghitung Garis Tengah Statistik dari distribusi Jumlah dan Distribusi Berat 22 Contoh 1.Data distribusi jumlah dalam tabel 4 dan gambar 5, didapatkandg = 7,1 mikron dan g = 1,43.Hitunglah d1n dan dgdengan persamaan Hatch dan Choateyang relevan. Persamaan untuk diameter panjang jumlah purata, d1n, adalah : Log d1n = log dg+ 1.151 log2g = 0.8513+1.151 (0.1553)2 = 0.8513 + 0.0278 = 0.8781d1n= 7.55 mikron Untuk menghitung dg, kita harus mensubstitusikan dalam persamaan Hatch-Choate berikut ini:Log d1n = log dg 5.75 log2 g = log dg 5.75 (0.1553)2

= log dg 0.1388log dg

= 0.8781 + 0.1388= 1.0169dg= 10.4 mikron

23 63vnd t63tvnd( )Ngrampartikelgramdvn1163= tJumlah Partikel jumlah partikel per satuan bobot N yang dinyatakan dalam istilah Cara Memperoleh Jumlah partikel per satuan bobot: Misal partikel berbentuk bola, makavolumesebuah partikel tunggal= volumesebuah partikel tunggal= dan masanya (volume x kerapatan)= gram per partikel. N = 6/ dvn3 (3) 63tvnd63tvnd Jumlah partikel per gram= 24 ( )10410 55 . 40 . 3310 41 . 2 14 . 36 = =N Contoh 2 Diametervolume-jumlahpuratadariserbukmenurutdata dalamTabel2adalah2,41atau2,41x10-4cm.Jika kerapatanserbuk3,0gram/cm3,berapajumlahpartikel per gramnya ? 25 B. METODE PENENTUAN UKURAN PARTIKEL Metode untuk menentukan ukuran partikel.a.metode mikroskopi b.metode pengayakan (sieving) c.metode pengenapan dan d.metode penentuan volume partikel. Tidak ada metode langsung yang sesungguhnya: 1. Mikroskopikhanya dua atau tiga dimensi partikel2. Pengenapan menghasilkanukuran partikel relatif terhadap kecepatan pengenapannya, 3. Volume partikel dengan alat : Coulter counter, dapat menghitungdiameter volume ekivalen.Namun tidak tahu bentukpartikel.Jadi ukuran tidak dapat dibandingkan antarametodemikroskop dengan metode lainnya.

26 1. Mikroskopi optik untuk pengukuran partikel 0,2 - 10 Suspensi,ditaruh padaslide atau ruled cell dan diletakkan dibawah mikroskop.Green menyarankan pengukuran secara horisontal melalui tengah partikel agar diperoleh diameter horisontal.Hasil: berupajumlah partikel dalam tiap kelas, yang disebutfrekuensi. Kelemahan dari metode mikroskopi: hanya dua dimensi partikel: panjang dan lebar.Harus dihitung (300 - 500) agardistribusibaikAgak lamban dan melelahkan. 27 METODE PENGUKURAN PARTIKEL ADA 2 METODE POKOK MIKROSKOPdVs,dVn,dln,dSn PENGAYAKANdav METODE MIKROSKOPIK: 1. Kalibrasi Alat Suspensi Poli/Mono Grouping 5 Polidispers (1000 partikel) 2. Hitung= n, d, nd2, nd3, % n, Frek.% kum. % nd3, Frek % kum nd3 28 METODE PENGAYAKAN: Susun yakan:10,20,30,40,50 Tuang & putar 10 menit Timbang Partikel yang tertahan HITUNG UKURANNYA Sampel Granul 100 gram 29 No AyakanUkuran lubang Lubang rerata(mm) (A) Berat granul (gram) % berat (B) % berat x lubang rerata atau (AxB) 10 (2,0 mm)10/202+0,84/2=1,420,850,894 20(0,84 mm)20/300,84+0,59/2=0,71523,6524,895 30(0,59 mm)30/400,59+0,42/2=0,50552,3055,053 40(0,42 mm) 40/500,42+0,297/2=0,35913,7014,421 50(0,297mm)50/1000,297+0,149/2 =0,223 4,504,737 100(0,149mm)95,00100 (A . B) METODE PENGAYAKAN: 30 HASIL METODE PENGAYAKAN Lub. AyakanLub rata (A) mm Berat%Berat (B) A . B 10/20 1,420,850,8941,269 20/30 0,71523,6524,89517,799 30/40 0,50552,3055,05327,802 40/50 0,35913,7014,4215,177 50/100 0,2234,504,7371,056 95,00100 %53,103 dav =A.B/100 = 53,103/100 = 0,5310 mm 31 ( )ooq 182 g dthvs st= =( )gthdsstoo q=18 3. Pengenapan - Ukuran partikeldapatdengan cara pengenapan gravitasi seperti dinyatakan dalam hk. Stokes: 32 V=kecepatan pengenapan,H=jarak jatuh dalam waktu t,dst=diameter rata-rata dari partikel = kerapatanpartikel =kerapatan dari medium dispersi, g=percepatan sesuai dengan gravitasi dan o=viskositas dari medium. Sarat: partikel berbentuk boladapat jatuh bebas tanpa hambatan dankecepatan yang konstan.Hukum tersebut dapat untuk partikeltak teraturyang ukuran partikel relatif ekivalen dari diameter dari bola yang jatuh pada kecepatan yang sama.Partikel tidakagregasi atau menggumpalAliranmediumnyalaminair atau streamline.Tidak turbulence,Apakah alirannya turbulent atau laminair, ia ditandai dengan bilangan Reynolds so33 qovd= Re( )q qoo182g ddRvs e= =( ) gRdseo o q=2318Re, yang tak punya dimensi, yang didefinisikan sebagai: 34 ( )( ) 981 0 . 1 0 . 1 7 . 201 . 0 6 . 323 = dmikron cm d 60 10 63= =Contoh 3 Serbuk kerapatannya 2.7 disuspensikan dalam airpada200.Berapaukuranpartikelyang terbesaryangakanmengenaptanpa menyebabkan turbulensi ?Viskositas air pada 200 adalah 0.01 poise dan kerapatannya adalah 1.0 Dari persamaan (8) : 35 Contoh 4 Jikabahansamadalamcontoh3disus-pensikan dalamsirupyangmengandung60%bobot sukrosa,berapadiameterkritisnya?Viskositassirup adalah 56,7 cp dan kerapatannya 1.3. JAWAB: mikron cm d 865 10 65 . 82= =36 BENTUK DANLUAS PERMUKAAN PARTIKEL BENTUK PARTIKEL = SIMETRIS(BOLA) DANASIMETRIS LUAS PERMUKAAN = - PARTIKEL BENTUK BOLA - SPESIFIK(Sv DAN Sw) PARTIKEL BOLA :LUAS PERMUKAAN = dVOLUME PARTIKEL = d /6 37 Bentuk dan luas permukaan partikel: Bentuk partikel menyangkut sifat alir (flow)Luas permukaan menyangkut packing serbuk Luas permukaan per satuan bobot atau volume adalah penting untuk :1. mempelajari adsorpsi permukaan dan2. kecepatan pelarutan. 38 2d t =63d t= 1. Bentuk partikel Bentuk bola = luas permukaannya minimum per satuan volume.Makin asimetris partikel, makin besar luas permukaannya per satuan volume.Luas permukaan atau volume partikel didapat dengandiameter bola ekivalen: VolumeLuas permukaan39 d=diameter partikel.Luas permukaan dan volume partikelberbentuk bola,berbanding lurus dengan d2 dan d3. Kwadrat dan kubik dari dp adalah berbandinglurusdenganluas permukaan dan volume.40 142 . 322= =pssdd to524 . 0633= =pvvddo Jadi untuk sebuah bola: Bila partikel berbentuk bola,maka s/v = 6.0. Makin asimetris partikel, ratio makin melampaui 6. 41 LUAS PERMUKAAN SPESIFIK PER SATUAN VOLUME = Sv PER SATUAN BOBOT = Sw UNTUK PARTIKEL ASIMETRIS : Sv = Luas Permukaan Partikel/Volume Partikel=> s / vd = 6/dvs Sw= Sv / Sw= s / dvs v Sw = 6/ dvs 42 METODE PENENTUAN LUAS PERMUKAAN PARTIKEL : 1. ADSORPSI= GAS YANG DIADSORPSI PADA SAMPEL SERBUK MEMBENTUK MONOLAYER YANG MRPK FUNGSI LANGSUNG PERMUKAAN SERBUK 2. PERMEABILITAS UDARA=KEC GAS YANG MEREMBES PADA SERBUK ADA HUBUNGANNYA DENGAN LUAS PERMUKAAN SERBUK TAK DIBAHAS PADA KULIAH INI 43 =vSpartikel volumepartikel permukaan luasd d nd nvsvsoooo= =32vwSS =2. Luas permukaan spesifik Adalah luas permukaan per satuan volume (Sv)luas permukaan per satuan bobot (Sw) Jika asimetrik dandimensi belum ditentukan, maka : =kerapatan sesungguhnya dari partikel.44 didapatkan persamaan umum : v vsswdSo o=(15) vswdS6=6 =vsooBila partikelnya berbentuk bola : (16) karena (17) 45 gcmSw23410 78 . 710 57 . 2 0 . 36 = =cccmSv24410 33 . 210 57 . 26 ==Contoh 5 Berapa luas permukaan spesifik, Sw dan Sv,dari serbuk seperti contoh 4, dimana = 3.0 g/cm3

dan dvs dari tabel 3 adalah 2,57 mikron. JAWAB= 46 SERBUK 47 SIFAT TURUNAN SERBUK POROSITAS, SUSUNAN PAKING, KERAPATAN, BULKINES DAN SIFAT ALIR-SUDUT DIAM SIFAT SERBUK SIFAT DASAR DISTRIBUSI LUAS MUKA 48 49 50