FisiKA fARmaSi

Oleh :

Alin Diliyanti

Giesca Henny F

Heni Indah

AKADEMI FARMASI

YAYASAN PUTRA INDONESIA MALANG

TUJUAN :

1. Untuk memahami sifat alir dari suatu zat
2. Untuk memahami peranan viskositas dalam pembuatan sediaan farmasi

DASAR TEORI :

Pengertian viskositas

Rheologi, istilah ini berasal dari bahasa Yunani rheo (mengalir) dan logos (ilmu pengetahuan), digunakan oleh Bingham dan Crawford untuk memberikan aliran zat cair dan deformasi zat padat. Rheologi erat kaitannya dengan viskositas. Viskositas adalah suatu ungkapan untuk menyatakan tahanan yang mencegah zat cair untuk mengalir; semakin tinggi viskositas, semakin besar tahanannya untuk mengalir. Zat cair sederhana dapat diberikan dengan viskositas absolute, sedangkan untuk zat yang terdispersi heterogen tidak dapat langsung dinyatakan dengan satuan tunggal. Rheologi penting untuk digunakan dalam farmasi terutama dalam hal formulasi dan analisa bentuk sediaan farmasi tersebut, seperti emulsi, pasta, suppositoria, dan dragee/tablet bersalut. Hal ini penting dalam hal mampu menghasilkan produk dengan konsistensi yang baik dan mampu membuat produk ulang tersebut dengan kualitas yang sama.

Alat untuk mengukur viskositas adalah viskometer. Berikut adalah macam-macam viskometer :

1. Viskometer kapiler

2. Viskometer bola jatuh

3. Viskometer cup dan bup

4. viskometer cone dan plate

Apabila pemilihan alat tidak tepat, maka produk farmasi yang dihasilkan pun tidak sesuai dengan yang dikehendaki. Selain itu, prinsip rheologi digunakan juga untuk karakterisasi produk sediaan farmasi (dosage form) sebagai penjaminan kualitas yang sama untuk setiap batch. Rheologi juga meliputi pencampuran aliran dari bahan, penuangan, pengeluaran dari tube, atau pelewatan dari jarum suntik. Rheologi dari suatu zat tertentu dapat mempengaruhi penerimaan obat bagi pasien, stabilitas fisika obat, bahkan ketersediaan hayati dalam tubuh (bioavailability). Sehingga viskositas telah terbukti dapat mempengaruhi laju absorbsi obat dalam tubuh.

Penggolongan zat/bahan menurut tipe alir

SISTEM NEWTONIAN

• Hukum alir dari Newton diilustrasikan oleh gambar berikut :

· Diasumsikan gambar tersebut adalah sebuah balok cairan yang terdiri dari lapisan-lapisan molekul paralel, bagaikan setumpuk kartu. Jika bidang cairan paling atas bergerak dengan suatu kecepatan konstan, setiap lapisan di bawahnya akan bergerak dengan suatu kecepatan yang berbanding lurus dengan jarak dari lapisan dasar yang tetap diam.

· Pada kartu tersebut, perbandingan kecepatan, dv, dengan jarak, dr, disebut dengan kecepatan gradien/kecepatan geser, dv/dr.

Digunakan istilah :

• Rate of shear (D) dv/dr untuk menyatakan perbedaan kecepatan (dv) antara dua bidang cairan yang dipisahkan oleh jarak yang sangat kecil (dr).
• Shearing stress (τ atau F ) F’/A untuk menyatakan gaya per satuan luas yang diperlukan untuk menyebabkan aliran.

F’/A = η dv/dr

• Viskositas η merupakan perbandingan antara Shearing stress F’/A dan Rate of shear dv/dr. Satuan viskositas adalah poise atau dyne detik cm ^-2
• Fluiditas merupakan kebalikan dari viskositas. Satuan fluiditas adalah centipoise (cps). 1cps= 0,01poise

SISTEM NON-NEWTONIAN

Ada 3 jenis tipe aliran dalam sistem Non-Newtonian, yaitu : PLASTIS, PSEUDOPLASTIS, dan DILATAN.

1. Aliran Plastis

• Kurva aliran plastis tidak melalui titik (0,0) tapi memotong sumbu shearing stress (atau akan memotong jika bagian lurus dari kurva tersebut diekstrapolasikan ke sumbu) pada suatu titik tertentu yang dikenal dengan sebagai harga yield (yield value). Cairan plastis tidak akan mengalir sampai shearing stress dicapai sebesar yield value tersebut. Pada harga stress di bawah harga yield value, zat bertindak sebagi bahan elastis (meregang lalu kembali ke keadaan semula, tidak mengalir).

· Para ahli reologi mengklasifikasikan zat-zat bingham tersebut, yaitu zat yang memiliki yield value sebagai zat padat, sedangkan untuk zat yang mulai mengalir pada tekanan geser yang paling minimum disebut sebagai zat cair. Yield value merupakan suatu sifat yang sangat penting dari system disperse tertentu.

· Angka arah dari reogram pada aliran plastik, dinamakan mobilitas, yang analog dengan fluiditas dalam system newton dan harga resiproknya dinamakan viskositas plastik, U. Persamaan yang memerikan aliran plastic adalah :

U = ( F – f ) G

• U adalah viskositas plastis, dan f adalah yield value.

• Aliran plastis berhubungan dengan adanya partikel-partikel yang tersuspensi dalam suspensi pekat. Adanya yield value disebabkan oleh adanya kontak antara partikel-partikel yang berdekatan (disebabkan oleh adanya gaya van der Waals), yang harus dipecah sebelum aliran dapat terjadi. Akibatnya, yield value merupakan indikasi dari kekuatan flokulasi. Makin banyak suspensi yang terflokulasi, makin tinggi yield value-nya. Kekuatan friksi antar partikel juga berkontribusi dalam yield value. Ketika yield value terlampaui (shear stress di atas yield value), sistem plastis akan menyerupai sistem newton.

· Aliran plastic diasosiasikan dengan adanya partikel-partikel terflokulasi dalam suspense yang pekat. Akibatnya suatu struktur yang kontinu terjadi di seluruh system. Adanya yield value dikarenakan bergabungnya partikel-partikel (yang disebabkan gaya Van Der Waals), yang harus dipecahkan sebelum aliran terjadi. Jadi yield value merupakan suatu indikasi dari gaya flokulasi. Makin banyak suspense yang terflokulasi, makin tinggi yield valuenya. Gaya-gaya friksional (geser) antara partikel-partikel yang bergerak dapat juga mempunyai andil akan adanya yield value. Sesuai dengan bentuk kurva, maka sekali yield value dilampaui, pemberian tekanan geser selanjutnya (F-f) akan berbanding lurus dengan kecepatan gesernya, G. Efeknya, system aliran plastic tersebut akan menyerupai sistem newton.

2. Aliran Pseudoplastis

Aliran pseudoplastis ditunjukkan oleh beberapa bahan farmasi yaitu gom alam dan sisntesis seperti dispersi cair dari tragacanth, natrium alginat, metil selulosa, dan natrium karboksimetil selulosa. Aliran pseudoplastis diperlihatkan oleh polimer-polimer dalam larutan, hal ini berkebalikan dengan sistem plastis, yang tersusun dari partikel-partikel tersuspensi dalam emulsi. Kurva untuk aliran pseudoplastis dimulai dari (0,0) , tidak ada yield value, dan bukan suatu harga tunggal.

• Viskositas aliran pseudoplastis berkurang dengan meningkatnya rate of shear. Rheogram lengkung untuk bahan-bahan pseudoplastis ini disebabkan adanya aksi shearing terhadap molekul-molekul polimer (atau suatu bahan berantai panjang). Dengan meningkatnya shearing stress, molekul-molekul yang secara normal tidak beraturan, mulai menyusun sumbu yang panjang dalam arah aliran. Pengarahan ini mengurangi tahanan dari dalam bahan tersebut dan mengakibatkan rate of shear yang lebih besar pada tiap shearing stress berikutnya.

FN = η’ G

• Eksponen N meningkat pada saat aliran meningkat hingga seperti aliran newton. Jika N=1 aliran tersebut sama dengan aliran newton.

3. Aliran Dilatan

Aliran dilatan terjadi pada suspensi yang memiliki presentase zat padat terdispersi dengan konsentrasi tinggi. Terjadi peningkatan daya hambat untuk mengalir (viskositas) dengan meningkatnya rate of shear. Jika stress dihilangkan, suatu sistem dilatan akan kembali ke keadaan fluiditas aslinya.

• Pada keadaaan istirahat, partikel-partikel tersebuat tersususn rapat dengan volume antar partikel pada keadaan minimum. Tetapi jumlah pembawa dalam suspensi ini cukup untuk mengisi volume ini dan membentuk ikatan lalu memudahkan partikel-partikel bergerak dari suatu tempat ke tempat lainnya pada rate of shear yang rendah. Pada saat shear stress meningkat, bulk dari system itu mengembang atau memuai (dilate). Hal itu menyebabkan volume antar partikel menjadi meningkat dan jumlah pembawa yang ada tidak cukup memenuhi ruang kosong tersebut. Oleh karena itu hambatan aliran meningkat karena partikel-partikel tersebut tidak dibasahi atau dilumasi dengan sempurna lagi oleh pembawa. Akhirnya suspensi menjadi pasta yang kaku.

FENOMENA TIKSOTROPI, ANTI-TIKSOTROPI, dan RHEOPEKSI

• Tiksotropi

Tiksotropik bisa didefinisikan sebagai suatu pemulihan yang isoterm dan lambat pada pendiaman suatu bahan yang kehilangan konsistensinya karena sharing. Ini menunjukkan struktur yang tidak berbentuk kembali dengan segera jika strees tersebut dihilangkan atau dikurangi.

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

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 partikel-partikel 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

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.

Para ahli farmasi lebih sering berhubungan dengan zat-zat yang tidak menganut hukum newton. Zat bukan newton adalah zat yang tidak mengikuti persamaan alir newton, seperti system dispersi heterogen cair dan padat contohnya larutan koloidal, emulsi, suspensi, emulsi, salep dan produk yang serupa. Bila bahan non newton ini dianalisa di viskometer berputar dan dibuat grafiknya, maka akan terlihat tiga kelas aliran yang telah dikenal, yaitu : plastis, pseudoplastis, dan dilatan.

ALAT DAN BAHAN :

• Viskometer Ostwald
• Visometer Brookfield
• Beker glass
• Termometer
• Stopwatch
• Piknometer
• Statif
• Botol Aquades
• Tisu
• Bola hisap
• Larutan gula 20 %
• Larutan gula 50%
• Gliserin

PROSEDUR KERJA :

1. untuk viskometer Oswald
1. Menentukan bobot jenis :

1. ukur suhu air menggunakan termometer (t^OC)

2. timbang piknometer kosong (a)

3. isi piknometer kosong dengan air, lalu ditimbang (b)

4. hitung bobot air (b-a)

5. lakukan hal yang sama dari no. 2 sampai 4 untuk piknometer dengan cairan sampel (lar. Gula 20 % dan lar. Gula 50%)

6. catat hasilnya

2. Menentukan viskositas :

1. masukkan cairan dalam viskometer melalui lubang berdiameter lebih besar

2. hentikan cairan bila ½ ruang yang berbentuk labu terisi

3. tutup tabung yang berdiameter lebih kecil dengan bola hisap

4. hisap cairan dengan bola hisap hingga naik paling atas

5. lepaskan bola hisap, saat cairan tepat pada garis yang pertama lalu hidupkan stopwatch, hitung waktu ketika caiarn tepat pada garis kedua, catat waktu alirnya.

2. untuk viskometer Brookfield
1. siapkan statif lalu pasang viskometer, setarakan viskometer sedemikian rupa hingga gelembung di ujung kiri atas viskometer tepat berada di tengah bulatan
2. pasang spindel pada gantungan spindel (terletak di bawah viskometer)
3. masukkan sampel pada wadah, lalu turunkan spindel hingga batas tercelup ke dalam cairan sampel yang akan diukur viskositasnya
4. pasang stop kontak dan selanjutnya jalankan rotor dengan cara menekan tombol yang ada di viskometer
5. biarkan spindel berputar dan lihatlah jarum pada skala sesuai rotor yang kita gunakan
6. bacalah angka yang ditujukan oleh jarum tersebut (jika terbaca) untuk menghitung viskositasnya

HASIL :

a. Viskometer Ostwald :

Zat	t (s)				Bobot (g)			η (p)	log η
	I	II	III		pikno + zat	pikno kosong	bobot zat
Air	0,8	0,8	0,8	0,8	40,5297	15,2791	25,2506	0,9233	-0,0346
Lar.gula 20 %	1	1	1	1	42,3136	15,2791	27,0345	1,2357	0,0919
Lar.gula 50%	2,6	2,4	2,4	2,46	45,0130	15,2791	29,7339	3,3432	0,5241

Catatan : perhitungan terlampir

b. Viskometer Brookfield

Viskometer Brookfield	Gliserin	Keterangan
Rotor I	3	Terbaca
Rotor II	-	Tidak terbaca
Rotor III	2,2	Terbaca

PEMBAHASAN :

Berdasarkan hasil pengamatan dengan viskometer Ostwald, diperoleh hasil bahwa pada pengukuran suhu air percobaan setelah diukur dengan termometer adalah 24^OC, memiliki _air= 1,6604 g/ml dengan viskositas sebesar 0,9233 cp. Sedangkan untuk larutan gula 20 % memiliki _{lar.gula 20%} = 1,7777 g/ml dengan viskositas sebesar 1,2357 cp. Larutan gula 50 % sendiri memiliki _{lar.gula 50%} = 1,9552 g/ml dengan viskositas sebesar 3,3432 cp.

Hal ini menunjukkan bahwa makin kental suatu zat, maka makin tinggi harga massa jenisnya, begitu pula dengan harga viskositasnya.

Sedangkan berdasarkan hasil pengamatan dengan viskometer Brookfield, diperoleh bahwa viskositas pada gliserin dapat terbaca pada skala rotor I (3 d’pass) dan rotor III (2,2 d’pass), sedangkan skala pada rotor II tidak terbaca.

KESIMPULAN :

Viskometer Ostwald digunakan untuk zat yang tidak terlalu kental, sedangkan viskometer Brookfield untuk zat yang sangat kental. Misalnya, gliserin diukur viskositasnya menggunakan viskometer Ostwald, maka gliserin akan sangat sulit untuk turun kembali, dan akibatnya untuk menghitung selang waktu antara garis teratas dan garis terbawah sangat lama. Selain itu akan mempersulit pencucian/pembersihan viskometer Ostwald.

Bentuk rotor penggerak pada viskometer Brookfield beragam, rotor I < rotor II < rotor III. Makin besar bentuk rotor penggerak adalah untuk mengukur viskositas zat yang makin kental.

Sifat viskositas ini sangat penting diketahui dalam farmasi, formulasi maupun industri. Hal ini dapat ditunjukkan dalam pencampuran dan aliran bahan obat, pengemasan dalam wadah serta dalam pengambilannya.

Viskositas pun penting dalam analisa produk seperti emulsi, pasta, suppositoria, serta pemilihan peralatan untuk processing yang digunakan dalam pembuatannya.

PUSTAKA :

FI IV

Farmasi Fisik oleh Alfred Martin

Fisika Farmasi oleh Moechtar