RHEOLOGI DAN VISKOSITAS
A.
Pengertian Rheologi
Rheologi adalah ilmu yang mempelajari tentang aliran
cairan dan deformasi dari padatan. Rheologi mempelajari hubungan antara tekanan
gesek (shearing stress) dengan kecepatan geser (shearing rate) pada cairan,
atau hubungan antara strain dan stress pada benda padat. Rheologi erat
kaitannya dengan viskositas.
Rheologi sangat penting dalam farmasi karena
penerapannya dalam formulasi dan analisis dari produk-produk farmasi seperti:
emulsi, pasta, krim, suspensi, losion, suppositoria, dan penyalutan tablet yang
menyangkut stabilitas, keseragaman dosis, dan keajekan hasil produksi.
Misalnya, pabrik pembuat krim kosmetik, pasta, dan lotion harus mampu
menghasilkan suatu produk yang mempunyai konsistensi dan kelembutan yang dapat
diterima oleh konsumen. 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,pemasukan ke dalam wadah, pemindahan sebelum digunakan, 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.
Ada beberapa istilah dalam rheologi ini:
Ø Rate
of shear (D) dv/dr untuk menyatakan perbedaan kecepatan (dv) antara dua bidang
cairan yang dipisahkan oleh jarak yang sangat kecil (dr).
Ø Shearing
stress (τ atau F ) F’/A untuk menyatakan gaya per satuan luas yang diperlukan
untuk menyebabkan aliran
F’/A = η dv/dr
η = (F’/A) / (dv/dr)= F / G
B.
Tipe-Tipe Aliran
1.
Sistem Newton
Pada cairan Newton, hubungan antara
shearing rate dan shearing stress adalah linear, dengan suatu tetapan yang
dikenal dengan viskositas atau koefisien viskositas. Tipe alir ini umumnya
dimiliki oleh zat cair tunggal serta larutan dengan struktur molekul sederhana
dengan volume molekul kecil. Tipe aliran yang mengikuti Sistem Newton,
viskositasnya tetap pada suhu dan tekanan tertentu dan tidak tergantung pada
kecepatan geser, sehingga viskositasnya cukup ditentukan
pada satu kecepatan geser.
2.
Sistem
Non Newton
Pada cairan non-Newton, shearing rate dan shearing
stress tidak memiliki hubungan linear, viskositasnya berubah-ubah tergantung
dari besarnya tekanan yang diberikan. Tipe aliran non-Newton terjadi pada
dispersi heterogen antara cairan dengan padatan seperti pada koloid, emulsi,
dan suspense cair,salep. Ada 3 jenis tipe aliran dalam sistem Non-Newton,
yaitu:
a.
Aliran Plastis
Kurva aliran
plastis tidak melalui titik (0,0) tapi memotong sumbu shearing stress pada
suatu titik tertentu yang dikenal dengan sebagai harga yield. 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).
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
b.
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.
c.
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.
C.
Definisi Viskositas
Viskositas adalah suatu ungkapan dari resistensi zat
cair untuk mengalir. semakin tinggi viskositas aliran akan semakin besar
resistensinya. Viskositas berpengaruh terhadap laju penyerapan obat dari
saluran pencernaan dalam penelitian dan teknologi farmasetik dan sejenisnya.
Viskositas adalah sebuah ukuran penolakan sebuah fluid terhadap perubahan
bentuk dibawah tekanan shear. Viskometer merupakan ukuran resistensi zat cair
untuk mengalir. Biasanya Viscometer diterima sebagai kekentalan atau penolakan
terhadap penuangan. Viscositas menggambarkan penolakan dalam fluid kepada
aliran dan dapat dipikir sebagai sebuah cara untuk mengukur gesekan fluid. Air
memiliki viskositas rendah sedangkan minyak sayur memiliki Viskositas tinggi.
Viskositas berpengaruh terhadap laju penyerapan obat
dari saluran pencernaan serta dalam penelitian dan teknologi farmasetik dan
sejenisnya. Penggolongan sistem cair menurut tipe aliran dan deformasinya ada
dua yaitu: Sistem Newton dan Sistem non-Newton. Pada cairan Newton, hubungan
antara shearing rate dan shearing stress adalah linear dengan suatu tetapan
yang dikenal dengan viskositas atau koefisien viskositas. Sedangkan pada cairan
non-Newton, shearing rate dan shearing stress tidak memiliki hubungan linear,
viskositasnya berubah-ubah tergantung dari besarnya tekanan yang diberikan.
Tipe aliran non-Newton terjadi pada dispersi heterogen antara cairan dengan
padatan seperti pada koloid, emulsi dan suspensi.
D.
Cara Menentukan Viskositas
Cara menentukan viskositas suatu zat menggunakan
alat yang dinamakan viskometer. 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
Berdasrkan 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 sample digeser
dalam ruangan antara dinding luar dari bob dan dinding dalam dari cup dimana
bob masuk persis ditengah-tengah. Kelemahan viscometer ini adalah terjadinya
aliran sumbat yang disebabkan geseran yang tinggi disepanjang keliling bagian
tube sehingga menyebabkan penueunan konsentrasi. Penurunan konsentrasi ini
menyebabkan bagian tengah zat yang ditekan keluar memadat. Hal ini disebt
aliran sumbat.
d. Viskometer Cone dan Plate
Cara pemakaiannya adalah sampel
ditempatkan ditengah-tengah papan, kemudian dinaikkan hingga posisi dibawah
kerucut. Kerucut digerakkan oleh motor dengan bermacam kecapatan dan sampelnya
digeser didalam ruang semit antara papan yang diam dan kemudian kerucut yang
berputar.
E. Penerapan Rheologi Dalam Farmasi
1. Cairan
dapat diterapkan pada:
a. Pencampuran
b. Pengurangan
ukuran partikel dari sistem sistem dispersi dengan shear
c. Pelewatan
melalui mulut, penuangan, pengemasan dalam botol, pelewatan melalui jarum suntik
d. Perpindahan
cairan
e. Stabilitas
fisik sistem dispersi
2. Semi
solid diterapkan pada:
a. Penyebaran
dan pelekatan pada kulit
b. Pemindahan
dari wadah/tube
c. Kemampuan
zat padat untuk bercampur dengan cairan-cairan
d. Pelepasan
obat dari basisnya
3. Padatan
diterapkan pada:
a. Aliran
serbuk dari corong ke lubang cetakan tablet/kapsul
b. Pengemasan
serbuk/granul
4. Pemprosesan
diterapkan pada:
a. Kapasitas
produksi alat
b. Efisiensi
pemrosesan
v Sifat
Rheologi Dalam Suspensi
Viskositas dari suatu suspensi apabila mempengaruhi
pengendapan dari partikelpartikel zat terdispersi perubahan dalam sifat-sifat
aliran dari suspensi bila wadahnya dikocok dan bila produk tersebut dituang
dari botol dan kualitas penyebaran dari cairan (lotio) bila digunakan untuk
suatu bagian permukaan yang akan diobati. Pertimbangan rheologi juga penting
dalam pembuatan suspensi.
Satu-satunya shear yang terjadi dalam suatu suspensi
pada penyimpanan adalah lantaran pengendapan dari partikel-partikel yang
tersuspensi. Gaya ini diabaikan dan bisa dibuang. Tetapi jika wadah dikocok dan
produk dituang dari botol terdapat laju shearing yang tinggi. Zat pensuspensi
yang ideal harus mempunyai viskositas yang tinggi pada shear yang dapat diabaikan yakni selama
penyimpanan dan zat pensuspensi itu harus mempunyai viskositas yang rendah pada
laju shearing yang tinggi yakni ia harus bebas mengalir selama pengocokan,
penuangan, dan penyebarannya ini.
v Sifat
Rheologi Dalam Emulsi
Produk yang diemulsikan mungkin mengalami berbagai
shear-stress selama pembuatan atau penggunaanya. Pada kebanyakan proses ini
sifat aliran produk akan menjadi sangat penting untuk penampilan emulsi yang
tepat pada kondisi penggunana dan pembuatannya. Jadi penyebaran produk
dermatologik dan produk kosmetik harus dikontrol agar didapat suatu preparat yang
memuaskan. Aliran emulsi parenteral melalu jarum hipodermik, pemindahan suatu
emulsi dari botol atau tube dan sifat dari satu emulsi dalam berbagai proses
penggilingan yang digunakan dalam pembuatan produk ini secara besar-besaran,
menunjukkan perlunya karakteristik aliran yang tepat.
Kebanyakan emulsi, kecuali emulsi encer menunjukkan
aliran non Newton yang mempersulit interpretasi data dan perbandingan
kuantitatif antara sistem-sistem dan formulasi-formulasi yang berbeda.
Faktor-faktor yang berhubungan dengan fase
terdispersi meliputi perbandingan dengan fase terdispers meliputi perbandingan
volume fase, distribusi ukuran partikel dan viskositas dari fase dalam itu
sendiri. Jadi, jika konsentrasi volume dari fase terdispers rendah (kurang dari
0,05), sistem tersebut adalah Newton. Dengan naiknya konsentrasi volume, sistem
tersebut menjadi lebih tahan terhadap aliran dan menujukkan karekteristik
aliran pseudoplastis. Pada konsentrasi yang cukup tinggi, terjadi aliran
plastis. Jika konsentrasi volume mendekati 0,74 mungkin terjadi inversi dengna
berubahnya viskositas secara nyata. Pengurangan ukuran partikel rata-rata akan
menaikkan viskositas. Makin luas
distribusi ukuran partikel, makin rendah viskositasnya jika dibandingkan dengan
sistem yang memiliki ukuran partikel rata-rata serupa tetapi dengan distribusi
ukuran partikel yang lebih sempit.
v Sifat
Rheologi Dalam Semisolid
Pembuat salep farmasetik dan krim kosmetik menyadari
adanya keinginan untuk mengontrol konsistensi bahan non-Newton. Instrumen yang
paling baik untuk menentukan sifat-sifat rheologi dari semisolid di bidang
Farmasi adalah viskometer putar (rotational viscometer). Untuk analisis semisolid yang berbentuk emusi dan
suspensi digunakan cone-plate
viscometer. Viscometer Stormer terdiri dari cup yang stationer dan bob yang
berputar, dan alat ini juga baik untuk semisolid.
v Sifat
Aliran Pada Serbuk
Serbuk bulk agak analog dengan cairan non Newton
menunjukkan aliran plastik dan kadang-kadang dilatansi partikel-partikel
dipengaruhi oleh gaya tarik menarik sampai derajat yang bervariasi. Oleh karena itu, serbuk bisa
jadi mengalir bebas (free-flowing) atau melekat. Dalam pengertian khusus yaitu
ukuran partikel porositas dan kerapatan, dan kehalusan permukaan. Sifat-sifat
dari zat padat yang menentukan besarnya interaksi partikel-partikel.
Akan halnya partikel-partikel yang relati kecil
(kurang dari 10µm), aliran partikel melalui lubang dibatasi karena gaya lekat
antara partikel besarnya sama dengan gaya gravitasi. Karena gaya yang terakhir
ini merupakan fungsi dari garis tengah yang di naikkan pangkat tiga, gaya-gaya
tersebut menjadi lebih bermakna apabila ukuran partikel meningkan dan aliran
dipermudah. Laju aliran maksimum dicapai setelah aliran berkurang apabila
ukuran partikel mendekati besarnya lubang tersebut. Jika suatu serbuk
mengandung sejumlah partikel-partikel kecil, sifat-sifat aliran serbuk bisa
diperbaiki dengan menghilangkan “fines” atau mengadsorbsinya pada
partikel-partikel yang lebih besar. Kadang kadang, aliran yang jelek bisa diakibatkan
karena adanya kelembapan dalam hal mana pengeringan partikel-partikel akan
mengurangi lekatnya partikel-partikel tersebut.
Partikel-partikel panjang atau plat cenderung untuk
mengepak walaupun dengan sangat longgar sehingga memberikan serbuk yang mempunyai
porositas tinggi. Partikel-partikel dengan kerapatan tinggi dan porositas dalam
rendah cenderung untuk mempunyai sifat-sifat bebas mengalir. Ini dapat
dikurangi dengan kasarnya permukaan,
yang cenderung mengakibatkan karakteristik aliran yang jelek disebabkan oleh
gesekan dan kelekatannya.
Serbuk yang mengalir tidak baik atau granulat
memberikan banyak kesulitan pada industri farmasi. Produksi unit sediaan tablet
yang seragam terbukti bergantung pada beberapa sifat granulat. Jika ukuran
granular berkurang, variasi berat tablet
pun berkurang. Variasi berat minimum dicapai pada granul yang mempunyai
garis tengah 400 sampai 800 µm. Jika ukuran granul dikurangi lagi, granul
mengalir kurang bebas dan variasi berat granul meningkat. Distribusi ukuran
partikel mempengaruhi aliran dalam dan pemisahan dari suatu granulat.
DAFTAR PUSTAKA
Andhayani, D. (2012, Oktober). Rheologi. Retrieved
Januari 2016, from http://defiandhayani.blogspot.co.id: http://defiandhayani.blogspot.co.id/2012/10/rheologi_6.html
Ertia, T. (2013, Desember). Makalah Rheologi.
Retrieved Januari 2016, from http://blogthykaertia.blogspot.co.id:
http://blogthykaertia.blogspot.co.id/2013/12/makalah-rheologi-hiruma-bauer.html
Hairul, N. (2013, Desember). Makalah Rheologi dan
Viskositas. Retrieved Januari 2016, from http://yrhul.blogspot.co.id:
http://yrhul.blogspot.co.id/2013/12/makalah-rheologi-dan-viskositas.html
0 komentar:
Posting Komentar