MAKALAH FARMASI FISIKA SIFAT ALIR CAIRAN
Disusun oleh : Alexander Budi
(118114115)
Elisabet Asri Yunita
(118114116)
Agustina Iswara
(118114117)
Monica Oktavia
(118114118)
Marshella
(118114119)
Kelompok E2
FAKULTAS FARMASI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2012
DAFTAR ISI
PENDAHULUAN Rheologi adalah ilmu yang mempelajari informasi atau perubahan bentuk zat padat. Selain itu juga mempelajari tekanan gesek (shearing stress) dan kecepatan gesek (shearing rates) (Moechtar, 1989). Rheologi meliputi pencampuran dan aliran dari bahan, pemasukan kedalam wadah, pemindahan kedalam botol, pengeluaran dari tubuh, atau pelewatan dari suatu jarum suntik. Rheologi dari suatu produk tertentu yang dapat berkisar dalam konsistensi dari bentuk cair ke semi solid sampai ke padatan, dapat mempengaruhi penerimaan bagi si pasien, stabilitas fisika, dan bahkan avaibilitas biologis. Jadi viskositas telah terbukti mempengaruhi laju absorpsi obat dari saluran cerna (Martin, 1993). Rheologi adalah pelajaran tentang sifat ahli cairan dari bahan atau sistem bahan, yang tidak hanya meliputi peraturan-peraturan aliran dari cairan, melainkan juga sistem bahan, yang tidak hanya meliputi peraturan-peraturan aliran dari cairan, melainkan juga sistem sedemikian, yang viskositasnya lebih jauh dari struktur dalamnya (Voigt, 1994). Sifat rheologi dari sistem farmasetik dapat mempengaruhi pemilihan alat yang akan digunakan untuk memproses produk tersebut dalam pabriknya. Berhasil tidaknya penentuan dan evaluasi sifat-sifat rheologis dari suatu sistem tertentu bergantung pada pemilihan metode peralatan yang tepat. Penggolongan bahan menurut tipe aliran dan deformasi adalah sebagai berikut : sistem Newton dan sistem Non-newton. Pemilihan bergantung pada sifat-sifat alirannya apakah sesuai dengan hokum aliran dari Newton atau tidak. Untuk sistem Newton adalah cairan-cairan yan gmengikuti hukum aliran dari Newton. Newton merupakan orang pertama yang mempelajari sifat-sifat aliran dari cairan secara kuantitatif. Sedangkan pada sistem Non-Newton adalah zat-zat yang tidak mengikuti persamaan Newton : dispersi heterogen cairan dan padatan seperti larutan koloid emulsi, suspensi cair, salep dan produkproduk serupa masuk dalam kelas ini. Jika bahan-bahan Non-newton dianalisis dalam suatu viskometer putar dan hasilnya di plot maka diperoleh berbagai kurva konsistensi yang menggambarkan adanya tiga kelas aliran yakni : plastis, pseudoplastis, dan dilatan ( Martin, 1993 ).
Jika zat diklasifikasikan menurut tipe alir dan deformasinya, maka pada umunya zat dibagi menjadi 2 kategori, yaitu : a.
Sistem Newton
Bahwa semakin tinggi viskositas suatu zat cair, maka besar gaya per satuan luas (tekanan geser) yang dibutuhkan untuk menghasilkan kecepatan geser tertentu. Jadi kecepatan geser berbanding lurus dengan tekanan geser. (Moechtar, 1989). b.
Sistem bukan Newton
Zat bukan Newton adalah zat yang tidak mengikuti persamaan alir newton. Termasuk di dalamnya adalah system dispers heterogen cair dan padat seperti larutan kolodial, emulsi, suspensi cair, salep dan produk serupa. Jika bahan-bahan non Newtonian dianalisis dalam suatu viskometer, kurva konsentrasi yang menggambarkan adanya tiga kelas aliran yaitu aliran plastis, aliran pseudoplastis, dan aliran dilatan. Pemilihannya tergantung dari apakah sifat alirnya sesuai dengan hukum Newton atau tidak (Moechtar, 1989). Tiksotropi adalah pemulihan keadaan isotermal suatu zat yang kehilangan konsistensinya karena geseran yang terjadi pada waktu didiamkan secara komparatif lambat. Suatu zat dengan tipe ini membentuk massa seperti gel pada saat didiamkan dan mulai mengalir menjadi sol. Peningkatan kecepatan pemadatan sol tixotropi dengan gerakan kuat dan temperature rheopeksi (pseudoplastik dan plastic). Pada dilatan disebut antereopeksi yaitu penurunan konsistensi sebagai hasil geseran terbaik dengan kecepatan sedimentasi. Tixotropi tergantung dari waktu dan juga temperature ( Cairns, 2004).
ISI Rheologi digunakan untuk menggambarkan aliran cairan dan deformasi dari padatan. Viskositas adalah suatu pernyataan tahanan dari suatu cairan untuk megalir. Makin tinggi viskositas maka akan makin besar tahanannya. Rheologi secara umum meliputi pencampuran dan aliran dari bahan dan pemasukan sediaan ke dalam wadah. Penggolongan bahan menurut tipe aliran dan deformasinya yaitu sistem Newton dan sistem non-Newton. Pada sistem Newton, sifat aliran yang masuk pada sistem ini sesuai dengan hukum aliran Newton. Hukum aliran Newton bisa dibayangkan dengan sebuah cairan yang terdiri dari lapisan-lapisan molekul parallel seperti tumpukan kartu. Lapisan dasar dianggap menempel pada tempatnya. Apabila bidang cairan paling atas bergerak dengan suatu kecepatan konstan, setiap lapisan dibawahnya akan bergerak dengan suatu kecepatan yang berbanding lurus dengan jarak dari lapisan dasar yang diam. Perbedaan kecepatan ( dv ) antara dua bidang cairan dipisahkan oleh suatu jarak yang kecil sekali ( dr ) yaitu sebuah perbedaan kecepatan atau rate of share. Gaya per satuan luas diperlukan untuk sistem ini dapat mengalir, gaya ini sering disebut dengan shearing stress. Menurut Newton, makin besar viskositas suatu cairan, maka gaya per satuan luas yang diperlukan untuk menghasilkan suatu rate of share tertentu akan semakin besar, rate of share harus berbanding langsung dengan shearing stress
x = tekanan geser ( shearing stress )
y
linier
y = kecepatan geser ( rate of share )
x
Pada sistem aliran non-Newton, zat-zat yang masuk dalam sistem ini tidak mengikuti persamaan aliran Newton. Zat-zat sistem aliran Newton yaitu dispersi heterogen cairan dan
padatan seperti larutan koloid, emulsi, suspensi cair, salep, dan sediaan serupa yang lain. Jika bahan non-Newton dianalisis dalam suatu viskometer putar, diperoleh berbagai kurva konsistensi yang menggambarkan adanya tiga kelompok aliran yakni plastis, pseudoplastis, dan dilatan. Pada kurva aliran plastis, memperlihatkan suatu bahan yang membentuk aliran plastis dan bahan tersebut disebut sebagai Bingham Bodies. Kurva aliran plastis tidak melewati titik ( 0,0 ) tetapi memotong sumbu shearing stress pada suatu titik tertentu yang dikenal sebagai harga yield ( yield value ). Bingham bodies tidak akan mengalir sampai shearing stress dicapai sebesar yield value tersebut. Pada harga stress dibawah harga yield value, zat akan berbentuk elastis. Bingham bodies merupakan bahan yang mempunyai yield value, seperti halnya zat padat. Sedangkan zat yang mulai mengalir pada shearing stress terkecil didefinisikan sebagai cairan. Yield value merupakan suatu sifat penting dari dispersi-dispersi tertentu. y
x = shearing stress y = rate of share
Aliran plastis berhubungan dengan adanya partikel-partikel yang terflokulasi dalam suspense pekat dan akan terbetnuk struktur kontinyu dalam sistem. Adanya yield value disebabkan adanya kontak antara partikel-partikel yang berdekatan dan harus dipecah sebelum aliran dapat terjadi. Makin banyak suspense terflokulasi, makin banyak yield valuenya. Kekuatan friksi antara partikel-partikel yang bergerak dapat juga member andil pada yield value tersebut. Pada hakikatnya, sistem plastis menyerupai sistem Newton pada shearing stress di atas yield value. Aliran
pseudoplatis
diperlihatkan
oleh
polimer-polimer
dalam
larutan,
yang
merupakan kebalikan dari sistem plastis yang tersusun dari partikel-partikel terflokulasi dalam suspensi. Kurva yang dihasilkan zat pseudoplastis mulai dari titik ( 0,0 ) dan mendekati pada rate of share rendah. Akibatnya, berlawanan dengan Bingham Bodies dan tidak mempunyai yield value. Adanya bagian kurva yang linier, sehingga viskositas bahan dapat ditentukan.
y
x = shearing stress y = rate of share x
Kurva yang dihasilkan zat pseudoplastis melengkung dikarenakan kerja shearing terhadap molekul-molekul bahan yang berantai panjang seperti polimer-polimer linier. Dengan meningkatnya shearing stress, molekul-molekul yang secara normal tidak beraturan mulai menyusun sumbu yang panjang dalam arah aliran. Pengarahan ini mengurangi tahanan dalam dari bahan dan mengakibatkan rate of share yang lebih besar pada tiap shearing stress berikutnya. Pada aliran dilatan, zat yang termasuk dalam tipe aliran ini memiliki presentase zat padat terdispers yang tinggi dan menunjukan adanya peningkatan dalam data hambat untuk mengalir dengan meningkatnya rate of shear dan volume meningkat jika terjadi shear. Jika stress dihilangkan, maka suatu sistem dilatan akan kembali pada keadaan fluiditas aslinya, sering disebut dengan shear-thickening system. Sifat pada sistem aliran dilatan, pada istirahat ( tidak ada stress ) partikel-partikel tersebut tersusun rapat dengan volume antar partikel pada keadaan minimum. Tetapi jumlah pembawa dalam suspensi tersebut cukup untuk mengisi volume ini dan menyebabkan partikelpartikel yang bergerak dari satu tempat ke tempat lain pada rate of shear rendah. Pada saat shear stress meningkat, bulk dari sistem tersebut mengembang. Partikel-partikel tersebut dalam usahanya unutk bergerak lebih cepat satu melampaui lainnya, mengambil suatu bentuk kemasan terbuka. Susunan tersebut mengakibatkan meningkatnya volume void ( kosong ) di antara partikel. Jumlah pembawa yang tinggal adalah konstan dan pada beberapa titik menjadi tidak cukup untuk mengisi ruang- ruang kosong antar partikel yang menjadi lebih besar. Oleh karena itu hambatan aliran meningkat karena partikel-partikel tersebut tidak dibasahi dengan sempurna oleh pembawa, akhirnya suspensi menjadi kaku.
y
x = shearing stress y = rate of share x
Thiksotropi merupakan suatu pemulihan yang isotherm dan lambat pada pemdiaman suatu bahan yang kehilangan konsistensinya karena shearing. Thiksotropi hanya bisa diterapkan untuk shear-thinning system. Sistem thiksotrpi biasanya mengandung partikelpartikel asimetris yang melalui berbagai titik hubungan menyusun kerangka tiga dimensi di seluruh sampel tersebut. Pada keadaan diam struktur ini mengakibatkan derajat kekakuan pada sistem tersebut. Ketika ada shear dan aliran dimulai, struktur ini memecah apabila titik-titik hubungan tersebut memisah dan partikel-partikel menjadi lurus. Bahan tersbebut engalami perubahan dari gel ke sol dan menunjukan shear-thinning. Pada saat tidak ada stress, struktur tersebut terbentuk kembali. Tiksotropi adalah suatu sifat yang diinginkan dalam suatu farmasetis cair yang idealnya harus mempunyai konsistensi tinggi dalam wadah, namun dapat dituang dan tersebar mudah. Sebagai contoh, suspensi tiksotropi yang diformulasi dengan baik tidak akan mengendap dengan segera dalam wadahnya, akan menjadi cair bila dikocok, dan akan tinggal cukup lama selama ia digunakan. Akhirnya, suspensi tersebut akan memeperoleh kembali konsistensinya dengan cepat sehingga partikel-partikel tetap berda dalam keadaan tersuspensi. Dilihat dari kestabilan suspensi ada hubungan antara derajat tiksotropi dengan laju sedimentasi. Makin tinggi tiksotropi akan makin rendah laju pengendapannya. Anti-tiksotropi yang menyatakan kenaikan bukan pengurangan konsistensi.pada kurva menurun. Kenaikan dalam hal kekentalan atau hambatan mengalir dengan bertambahnya waktu share. Anti-tiksotropi disebabkan oleh meningkatnya frekwensi tumbukan dari partikelpartikel terdispersi, atau molekul-molekul polimer dalam suspensi. Hal ini akan meningkatkan ikatan antar partikel dengan bertambahnya waktu. Ini mengubah keadaan asli yang terdiri dari sejumlah besar partikel sendiri-sendiri dan gumpalan-gumpalan kecil menjadi suatu keadaan keseimbangan yang terdiri dari sejumlah kecil gumpalan-gumpalan yang relatif besar. Dalam keadaan diam, gumpalan-gumpalan kecil dan partikel-partikel tersendiri.
Rheopeksi adalah suatu gejala dimana suatu sol membentuk suatu gel lebih cepat jika diaduk perlahan-lahan atau kalau di share daripada jika dibiarkan membentuk gel tersebut tanpa pengadukan. Dalam suatu titik reopektis, gel tersebut merupakan bentuk keseimbangan sedangkan dalam anti-tiksotropi keadaan keseimbangan adalah sol. Berhasil tidaknya penentuan dan evaluasi sifat-sifat rheologis dari suatu sistem tertentu bergantung pada pemilihan alat ukur viskositas (viskosimeter).Semua viskosimeter dapat digunakan untuk menentukan viskositas cairan Newton dan hanya viskosimeter yang bekerja pada berbagai rate of shear yang dapatdigunakan untuk cairan non-Newton. Cara menentukan viskositas suatu zat menggunakan alat yang dinamakan viskometer. Viskometer dibagi menjadi dua, yaitu viskometer satu titik, yaitu bekerja pada rate of shear tunggal (misalnya,viskometer kapiler, bola jatuh atau hoeppler, penetrometer, plate-plastometer, dll). Sedangkan viskometer titik ganda, yaitu dapat bekerja pada berbagai rate of shear (misalnya viskometer rotasi tipe stromer,Brookfield, rotovisco, dll). Ada beberapa tipe viskometer yang biasa digunakan antara lain : a. Viskometer kapiler / Ostwald Viskositas dari cairan Newton bisa ditentukan dengan mengukur waktu yang dibutuhkan bagi cairan tersebut untuk lewat antara 2 tanda ketika ia mengalir karena gravitasi melalui viskometer Ostwald. Waktu alir dari cairan yang diuji dibandingkan dengan waktu yang dibutuhkan bagi suatu zat yang viskositasnya sudah diketahui ( biasanya air ) untuk lewat 2 tanda tersebut. b. Viskometer Hoppler Berdasarkan hukum Stokes pada kecepatan bola maksimum, terjadi keseimbangan sehingga gaya gesek = gaya berat – gaya archimides. Prinsip kerjanya adalah menggelindingkan bola ( yang terbuat dari kaca ) melalui tabung gelas yang hampir tikal berisi zat cair yang diselidiki. Kecepatan jatuhnya bola merupakan fungsi dari harga resiprok sampel c. Viskometer Cup dan Bob Prinsip kerjanya sampel digeser dalam ruangan antara dinding luar dari bob dan dinding dalam dari cup di mana bob masuk persis di tengah-tengah. Kelemahan viskometer ini adalah terjadinya aliran sumbat yang disebabkan geseran yang tinggi di sepanjang keliling bagian tube sehingga menyebabkan penurunan konsentrasi.
Penurunan konsentrasi ini menyebabkan bagian tengah zat yang ditekan keluar memadat. Hal ini disebut aliran sumbat. d. Viskometer Cone dan Plate Cara pemakaiannya adalah sampel ditempatkan di tengahtengah papan, kemudian dinaikkan hingga posisi di bawah kerucut. Kerucut digerakkan oleh motor dengan bermacam kecepatan dan sampelnya digeser di dalam ruang sempit antara papan yang diam dan kemudian kerucut yang berputar. Faktor-faktor yang mempengaruhi sifat aliran cairan :
Suhu Semakin tinggi suhu zat cair, jarak molekul semakin renggang dan viskositasnya semakin kecil sehingga zat cair itu maki mudah mengalir. Sebaiknya semakin rendah suhu zat cair, jarak antar molekul maki rapat dan viskositasnya makin besar sehingga zat cair itu sukar mengalir.
Kerapatan Semakin besar kerapatan zat cair, jarak antar partikel makin dekat dan viskositas makin besar, sehingga zat cair makin sulit mengalir. Sebaiknya jika kerapatan zat cair kecil, jarak antar partikel makin jauh, viskositas semakin kecil sehingga zat cair makin mudah mengalir.
Viskositas Semakin tinggi viskositas, maka jarak antar partikel makin rapat, sehingga zat cair makin sulit mengalir. Sebaliknya makin rendah viskositas, jarak antar partikel renggang zat cair makin mudah mengalir
Beban Beban bertambah, menyebabkan sifat alir meningkat karena kecepatan juga meningkat
Kegunaan penentuan sifat alir dalam kefarmasian : 1.
Untuk analisa dan formulasi sediaan farmasi seperti emulsi, pasta, suppositoria, suspensi, dan tablet salut.
2.
Berperan dalam pencampuran dan aliran dari bahan, pemasukkan kedalam wadah, pemindahan sebelum digunakan, penuangan dari botol, pengeluaran dari tube, atau pelewatan dari suatu jarum suntik yang berpengaruh terhadap penerimaan pasien, stabilitas fisika, dan avaibilitas biologi.
3.
Mempengaruhi pemilihan alat yang akan digunakan dalam proses produksi.
Kesalahan dalam pengukuran sifat alir dapat disebabkan antara lain : 1.
Kurang akurat atau cermat dalam perhitungan waktu
2.
Kesalahan dalam perputaran rotor
3.
Keadaan temperature yang berbeda dengan temperature awal
4.
Terjadinya turbulensi
5.
Tiksotrophy yang kurang sempurna, sehingga kurva yang dihasilkan tidak sesuai dengan sifat alir.
KESIMPULAN
Rheologi merupakan penggambaran aliran cairan dan deformasi dari padatan. Viskositas adalah suatu tahanan dari suatu cairan untuk mengalir, makin tinggi viskositas maka makin tinggi tahanannya. Penggolongan bahan menurut tipe alirannya yaitu system Newton dan sistem nonNewton, berdasarkan sifat alirannya apakah sesuai dengan hukum aliran Newton atau tidak. Dalam sistem Newton, apabila viskositas cairan makin besar, akan makin besar pula gaya per satuan luas ( shearing stress ) yang diperlukan untuk menghasilkan suatu rate of shear tertentu. Rate of shear pada sistem Newton berbanding lurus dengan shearing stress. Dalam sistem aliran non-Newton terdiri dari tiga kelas aliran yaitu plastis, pseuodplastis, dan dilatan. Thiksotropi merupakan suatu pemulihan yang isotherm dan lambat pada pemdiaman suatu bahan yang kehilangan konsistensinya karena shearing. Anti-tiksotropi disebabkan oleh meningkatnya frekwensi tumbukan dari partikel-partikel terdispersi, atau molekul-molekul polimer dalam suspensi. Rheopeksi adalah suatu gejala dimana suatu sol membentuk suatu gel lebih cepat jika diaduk perlahan-lahan atau kalau di share daripada jika dibiarkan membentuk gel tersebut tanpa pengadukan. Alat yang digunakan dalam menentukan sifat alir cairan terdiri dari alat yang bekerja pada rate of shear tunggal dan alat yang dapat bekerja pada berbagai rate of shear. Sifat alir cairan dapat dipengaruhi oleh berbagai faktor yaitu suhu, kerapatan, viskositas, dan beban.
DAFTAR PUSTAKA
Cairns, D., 2004, Intisari Kimia Farmasi, edisi 2, EGC, Jakarta, pp.78-78. Martin,A., 1993, Farmasi Fisik , edisi 3, Jilid 2, UI Press, Jakarta, pp.1077-1086. Moechtar, 1989, Farmasi Fisik Bagian Larutan dan Sistem Dispersi, UGM Press, Yogyakarta, pp.428-431. Voigt,R., 1994, Buku Pelajaran Teknologi Farmasi, Edisi V, UGM Press, Yogyakarta, pp.81-88.
