Emulsionstypen und ihre Bestimmung
Wie sich O/W- und W/O-Emulsionen im Aufbau und Verhalten unterscheiden und mit welchen einfachen Tests man den Typ bestimmt.
Das Wichtigste in Kürze
- Eine Emulsion ist ein disperses System aus zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten; das Kürzel nennt zuerst die innere, dann die äußere Phase.
- Eine O/W-Emulsion lässt sich mit Wasser verdünnen ohne Brechen oder Phasenumkehr und ist abwaschbar; Emulsionen sind thermodynamisch instabil.
- Emulsionen bleiben beim Verdünnen trüb; transparent sind sie nur bei gleicher Brechzahl beider Phasen.
- Erdnussöl, Konserviertes Wasser, Arabisches Gummi und Traganth ergeben eine O/W-Emulsion.
- Methylenblau färbt die wässrige, Sudanrot die ölige Phase; homogene Rotfärbung mit Sudanrot zeigt W/O an.
- O/W-Emulsionen leiten den Strom deutlich besser als W/O-Emulsionen; Grindometer und Methode nach Münzel bestimmen den Typ nicht.
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Worum es geht
Emulsionen verteilen eine Flüssigkeit in feinen Tröpfchen in einer zweiten, mit der sie sich nicht mischt. Ob Öl oder Wasser außen liegt, entscheidet über Verdünnbarkeit, Abwaschbarkeit und Hautgefühl. Darum muss man den Emulsionstyp in der Rezeptur erkennen und prüfen können.
O/W- und W/O-Emulsionen
Öl und Wasser mischen sich nicht. Mit einem Emulgator lässt sich eine der beiden Flüssigkeiten aber dauerhaft in feinen Tröpfchen in der anderen verteilen.
Eine Emulsion ist ein disperses System aus zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten. Die innere Phase bildet Tröpfchen, die äußere Phase umgibt sie zusammenhängend.
Das Kürzel nennt zuerst die innere Phase. In einer O/W-Emulsion (Öl in Wasser) schwimmen Öltröpfchen in Wasser. In einer W/O-Emulsion (Wasser in Öl) ist Wasser die dispergierte Phase und Öl die äußere.
Die äußere Phase prägt das Verhalten
Eine Emulsion verhält sich nach außen wie ihre äußere Phase. Eine O/W-Emulsion lässt sich daher mit Wasser verdünnen, ohne zu brechen und ohne Phasenumkehr. Auf der Haut lässt sie sich mit Wasser abwaschen und hinterlässt keinen Fettfilm. Mit steigendem Anteil der äußeren Phase rücken die Tröpfchen auseinander, die Viskosität sinkt.
Auch stark verdünnt bleibt eine Emulsion trüb. Die Tröpfchen streuen Licht, weil Öl und Wasser verschiedene Brechzahlen haben. Gleiche Teile Olivenöl und Wasser mit 5 % Polysorbat 80 ergeben deshalb eine milchige Emulsion und keine klare Lösung. Transparent wird eine Emulsion nur bei gleicher Brechzahl beider Phasen.
Emulsionen sind thermodynamisch instabil. Die große Grenzfläche kostet Energie, das System strebt zur Trennung (Instabilitäten von Emulsionen). Man wendet sie innerlich wie äußerlich an, etwa als orale Emulsion oder als Lotion.
Typ aus der Zusammensetzung ableiten
Den Typ bestimmen vor allem Emulgator und Mengenverhältnis (Bancroft’sche Regel). Ein Beispiel ist eine orale Emulsion aus Erdnussöl und Konserviertem Wasser mit Arabischem Gummi und Traganth. Die Gummen sind hydrophile Quellstoffe und lösen sich im Wasser. Wasser wird so zur äußeren Phase, es entsteht eine O/W-Emulsion, die sich mit Wasser verdünnen lässt. Diese Ableitung wird im Examen gerne gefragt: Hydrophile Gummen plus viel Wasser bedeuten O/W.
Bestimmung des Emulsionstyps
Weil die äußere Phase das Verhalten bestimmt, prüft man direkt, welche Phase außen liegt. Dafür eignen sich Anfärben, Verdünnen, Abwaschen und die Leitfähigkeit.
Anfärbemethode
Man gibt einen Farbstoff zu und betrachtet die Probe unter dem Mikroskop. Methylenblau ist wasserlöslich und färbt die wässrige Phase blau. Sudanrot (Sudan III) ist lipophil und färbt die Ölphase rot.
| Farbstoff | O/W-Emulsion | W/O-Emulsion |
|---|---|---|
| Methylenblau (hydrophil) | durchgehend blau, Öltröpfchen farblos | blaue Tröpfchen, Umgebung farblos |
| Sudanrot (lipophil) | rote Tröpfchen, keine einheitliche Färbung | homogen rot |
| beide (Doppelfärbung) | rote Tröpfchen auf blauem Grund | blaue Tröpfchen auf rotem Grund |
Das Färbebild vorherzusagen wird im Examen gerne gefragt. Durchgehend färbt sich nur die Phase, in der sich der Farbstoff löst, also die äußere: homogen rot mit Sudanrot heißt W/O, durchgehend blau mit Methylenblau heißt O/W.
Verdünnen, Abwaschen, Leitfähigkeit
Beim Verdünnungstest gibt man Wasser oder Öl zu. Eine Emulsion nimmt nur ihre äußere Phase gleichmäßig auf: O/W mischt sich mit Wasser, W/O mit Öl. Der Abwaschtest beruht auf demselben Prinzip. Eine O/W-Emulsion lässt sich mit Wasser von der Haut spülen, eine W/O-Emulsion haftet als Fettfilm.
Die elektrische Leitfähigkeit zeigt, ob Wasser durchgehend vorliegt. In einer O/W-Emulsion bildet Wasser einen geschlossenen Leitungsweg, besonders nach Zusatz eines Elektrolyten. Sie leitet daher deutlich besser als eine W/O-Emulsion. Dort umhüllt das Öl die Wassertröpfchen wie eine Isolierung, sodass praktisch kein Strom fließt.
Andere Prüfungen eignen sich für die Typbestimmung nicht. Das Grindometer misst die Teilchengröße einer Dispersion, sagt aber nichts über die Phasenlage. Auch der Schaukeltest gibt darüber keine Auskunft. Die Methode nach Münzel gehört als Dosierverfahren zu den Suppositorien.
Womit sich eine Emulsion verdünnen, abwaschen und durchgehend anfärben lässt, das ist ihre äußere Phase.
Quiz
Aussage 1
Eine orale Emulsion aus Erdnussöl, Konserviertem Wasser, Arabischem Gummi und Traganth ist vom Typ O/W.
Die hydrophilen Gummen lösen sich im Wasser und machen es zur äußeren Phase.
Aussage 2
Eine W/O-Emulsion leitet den elektrischen Strom besser als eine O/W-Emulsion.
Umgekehrt: In O/W bildet Wasser einen durchgehenden Leitungsweg, in W/O isoliert das äußere Öl die Wassertröpfchen.
Aussage 3
In einer W/O-Emulsion bilden Öltröpfchen die innere Phase.
Das Kürzel nennt zuerst die innere Phase: In W/O ist Wasser dispergiert, Öl ist die äußere Phase.
Aussage 4
Färbt sich eine Emulsion mit Sudanrot homogen rot an, handelt es sich um eine W/O-Emulsion.
Sudanrot ist lipophil; eine durchgehende Färbung zeigt, dass Öl die äußere Phase ist.
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