Пневматический способ получения аэрозолей

МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ АЭРОЗОЛЕЙ

Как и другие микрогетерогенные системы, аэрозоли могут быть получены двумя разными путями: из грубодисперсных систем (диспергационные методы) и из ис­тинных растворов (конденсационные методы).

Эти методы связаны с образованием в гомогенной си­стеме новой фазы» Обязательным условием ее образова­ния является наличие пересыщенного пара, конденсация которого и приводит к образованию частиц дисперсной фазы. Объемная конденсация пересыщенного пара может происходить в трех случаях:

при адиабатическом расширении;

при смешении паров и газов, имеющих разные темпе­ратуры;

при охлаждении газовой смеси,

1. Адиабатическое расширение газа.

Таким путем образуются облака. Теплые массы влажно­го воздуха поднимаются в более высокие слои атмосферы. Поскольку там атмосферное давление ниже, происходит адиабатическое расширение, сопровождающееся охлажде­нием воздуха и конденсацией водяного пара. На относи­тельно небольшой высоте образуются кучевые облака, в которых вода находится в виде жидких капель, в верхних же слоях атмосферы, где температура более низкая, возни­кают перистые облака, содержащие кристаллики льда.

2. Смешение газов и паров, имеющих разные темпе­ратуры.

Так образуются атмосферные туманы. Чаще всего ту­ман появляется при ясной погоде ночью, когда поверхность Земли, интенсивно отдавая тепло, сильно охлаждается. Теп­лый влажный воздух соприкасается с охлаждающейся Зем­лей или с холодным воздухом вблизи ее поверхности и в нем образуются капельки жидкости. То же происходит при смешении фронтов теплого и холодного воздуха,

3. Охлаждение газовой смеси, содержащей пар. Этот случай можно проиллюстрировать на примере

чайника, в котором закипела вода. Из носика вырывает­ся водяной пар, который невидим, поскольку не рассеивает свет. Далее водяной пар быстро охлаждается, вода в нем конденсируется, и уже на небольшом расстоянии от носика чайника мы видим молочное облачко – туман, ставший видимым из-за способности рассеивать свет. Ана­логичное явление наблюдается, когда мы открываем фор­точку в морозный день. Более прочный аэрозоль образу­ется, когда закипевшее на сковородке масло создает в помещении газ (масляный аэрозоль), удалить который можно лишь хорошо проветрив помещение.

Кроме того, конденсационный аэрозоль может образо­вываться в результате газовых реакций, ведущих к обра­зованию нелетучих продуктов:

• при сгорании топлива образуются дымовые газы, кон­денсация которых

приводит к появлению топочного дыма;

• при сгорании фосфора на воздухе образуется белый дым (Р₂О₅);

• при взаимодействии газообразных NH₃ и НС1 образу­ется дым NH₄C1 (тв);

• окисление металлов на воздухе, происходящее в раз­личных метал–

лургических и химических процессах, сопровождается образованием

дымов, состоящих из частиц оксидов металлов.

Диспергационные аэрозоли образуются при измельче­нии (распылении) твердых и жидких тел в газовой среде и при переходе порошкообразных веществ во взвешен­ных состояниях при действии воздушных потоков.

Распыление твердых тел происходит в две стадии: из­мельчение, а затем распыление. Перевод вещества в со­стояние аэрозоля должен быть осуществлен в момент при­менения аэрозоля,так как в отличие от других дисперс­ных систем – эмульсий, суспензий, аэрозоли нельзя приготовить заранее. В бытовых условиях почти един­ственным средством получения жидких и порошкообраз­ных аэрозолей является устройство, называемое «аэро­зольной упаковкой» или «аэрозольным баллоном». Ве­щество в нем упаковывается под давлением и распыляется при помощи сжиженных или сжатых газов. Эти устрой­ства будут подробнее рассмотрены ниже.

Источник

Современная аэрозольная аппаратура и техника получения аэрозолей

Аэрозоли готовят непосредственно в момент применения. Механизм распыления жидкостей заключается в том, что под действием гидравлического давления, центробежной или аэродинамической силы жидкость вытягивается в узкие струйки (нити) или пленки, которые затем распадаются на мелкие капли под действием сил поверхностного натяжения.

Главной составной частью любого устройства для получения диспергационных аэрозолей является форсунка, содержащая распыляющий угольник Бергсона. Конец одной трубки погружают в жидкость, а по второй трубке подают воздух под давлением. Струя газа, выходящая из сопла, создает разряжение в первой трубке, увлекает за собой жидкость и разбивает ее на мелкие частицы в виде аэрозоля.

В механических распылителях струя жидкости дробится под действием центробежных сил, возникающих при вращении струи или самого распылителя. В гидравлических форсунках распыление достигается за счет сил трения, возникающих на поверхности раздела жидкость — газ в результате большой скорости движения (выхождения) газа.

Существует два способа распыления:

• 1) жидкость вытекает с большой скоростью в неподвижную газовую среду и, ударяясь о сепаратор, дробится на мелкие частицы;
• 2) жидкость вытекает с малой скоростью в движущийся поток газа и тоже распадается на мелкие капельки.

Аэрозольные генераторы делятся на два вида: диспергирующие (измельчающие, распыляющие) жидкие или твердые тела на частицы малых размеров и конденсирующие, или коагулирующие, частицы из молекулярнодисперсной (газообразной) среды.

Классификация аэрозольных генераторов:

I. По способу генерирования аэрозолей:

• 1) механические (центрифужные);
• 2) пневматические (сопловые) — источником распыления являются сжатый газ от компрессора, баллона, или груши, давление пара;
• 3) ультразвуковые.

II. По мобильности:

• 1) стационарные;
• 2) переносные (портативные).

III. По числу обслуживаемых больных:

• 1) камерные (групповые);
• 2) индивидуальные (на 1 или на 2—3 больных).

IV. По назначению:

• 1) ингаляции водных растворов лекарственных средств;
• 2) ингаляции порошков;
• 3) ингаляции масел;
• 4) ингаляции летучих фракций;
• 5) паровые ингаляции.

К механическим аэрозольным аппаратам относят распылители центробежного и прямого действия. Принцип работы центробежного генератора заключается в следующем. Распыляемая жидкость с большой скоростью вращается в канале и поднимается по стенкам всасывающего конуса, приводимого во вращение электродвигателем, и направляется по дискам. При попадании частиц и капель, двигающихся по инерции, на пластины дезинтегратора происходит дальнейшее измельчение капель, а наиболее крупные стекают обратно в бак с распыляемой жидкостью. С увеличением частоты вращения дисков возрастает скорость движения жидкости на выходе из сопла, увеличивается производительность распылителя и уменьшаются размеры генерируемых частиц. В течение 1 ч аппарат распыляет до 150 мл жидкости. Недостатком генератора является широкий спектр частиц аэрозоля.

Распылители прямого действия основаны на выбросе из сопла незакрученной струи жидкости с большой линейной скоростью. Давление при этом может достигать 1000 кг/см 2 . Механические распылители требуют высокого давления на распыляемую жидкость и поэтому не пригодны для лечебных целей, чаще их употребляют для увлажнил воздуха и в дезинфекционной практике.

Большое распространение получили пневматические (сопловые) генераторы, в которых распыление жидкости осуществляется струей воздуха, образуемой мембранными или поршневыми компрессорами, или же сжатым кислородом из баллона. Давление газа перед соплом от 0,5 до 2 кг/см 2 .

Принцип работы пневматического генератора (рис. 2) заключается в следующем. Сжатый воздух или кислород поступает в воздушное сопло и выходит оттуда с большой скоростью. Под действием возникшего разрежения распыляемая жидкость поднимается по трубке и смешивается с воздушным потоком. Струя жидкости, вытекающая в газовую среду, распадается на мелкие капли, которые по инерции уносятся током воздуха и попадают на сепаратор, где еще мельче дробятся, в результате чего образуется аэрозоль, более крупные частицы осаждаются и стекают обратно, смешиваясь с распыляемой жидкостью. При использовании пневматического генератора дозировка менее точная, размеры частиц зависят от диаметра форсунки и скорости потока воздуха.

Для получения порошкообразных аэрозолей применяют пневматические центробежные (вихревые) распылители. Сжатый воздух или кислород из баллона поступает в распылительную камеру через канал, в корпусе которого находится порошок, предварительно измельченный. При выходе газового потока из канала, направленного по касательной к цилиндрической камере, образуется вихрь, который срывает частицы с поверхности порошка и выносит их через выходное отверстие. Таким образом, происходит «поверхностное» распыление порошка, уровень которого находится ниже входа газа в камеру. По мере выноса частиц турбулентным потоком газа происходит уплотнение слоя порошка, в связи с чем образование аэрозоля уменьшается, а затем прекращается. При увеличении скорости воздушного потока распыливание возобновляется.

Порошкообразные лекарственные аэрозоли не нашли широкого применения с лебечной целью. Иногда их применяют для бронхографии, используя металлическую пыль (танталовую).

При диспергировании жидкости на частицах аэрозоля возникает электрический заряд порядка от 1 до 30 единиц (1 единица заряда равна 1,6 : 10-8 Кулона). Такое явление электризации аэрозоля называется эффектом Ленардо. Эти «случайные» заряды слишком малы, электроны на поверхности частиц аэрозоля распределяются так, что не создается ни излишка, ни недостатка их и поэтому такой аэрозоль называется нейтральным, или простым.

Частицам обычного аэрозоля можно заведомо сообщить отрицательный или положительный электрический заряд. Если все агрегатные частицы такого аэрозоля имеют на своей поверхности излишек электронов, его называют униполярным отрицательным. При недостатке электронов на поверхности всех частиц аэрозоль называют униполярным положительным. Величину заряда лекарственных электроаэрозолей измеряют специальным счетчиком гидро-и аэроинов.

Разновидностью пневматического распылителя является электроаэрозольный генератор. Сжатый газ поступает в воздушное сопло, а распыливаемая жидкость подсасывается через жидкостное сопло. Сепаратором служит шарик. На воздушное сопло подают положительный потенциал, а на жидкостное сопло и сепаратор — отрицательный потенциал. Вытекающая из сопла струя жидкости распадается на частицы, которые в силу электростатической индукции приобретают отрицательный заряд (если поменять полюса электродов, то частицам сообщают положительный заряд). Описанный метод электризации частиц лежит в основе работы медицинской аэрозольной аппаратуры.

Электрически заряженные частицы, вводимые в дыхательные пути, более полно оседают в них за счет электростатического рассеивания. Отрицательный заряд аэрозольных частиц оказывает благоприятное влияние на функции мерцательного эпителия и внешнего дыхания.

Ультразвуковой ингалятор состоит из электрической части и распылительного блока. Принцип его работы состоит в том, что напряжение от генератора электрических колебаний ультразвуковой частоты (от 0,8 до 2,5 мГц) поступает на пьезоэлектрический преобразователь. Ультразвуковой пучок проходит через контактную воду и звукопроницаемую мембрану, разделяющую лекарственное вещество и контактную воду, и фокусируется на поверхности распыливаемого раствора, отрывая постоянно капельки, которые и образуют аэрозоль.

Преимуществом ультразвукового метода генерирования аэрозоля является сравнительно узкий спектр размеров частиц (0,5—5 мкм), что определяет высокую устойчивость и плотность аэрозоля, так как нет разбавления его воздухом.

Ультразвуковые генераторы (рис. 4) обладают более высокой (в 10 раз), по сравнению с пневматическими, производительностью, а получаемый с их помощью аэрозоль имеет узкий спектр частиц. При этом с увеличением частоты колебаний уменьшается средний радиус частиц. Производительность генератора регулируется интенсивностью (амплитудой) ультразвуковых колебаний. Частицы аэрозоля по размеру однородны и способны проникать до альвеол. Ультразвуковой аэрозоль имеет большую плотность частиц в определенном объеме. Чем длиннее путь от источника распылителя, тем меньше плотность аэрозоля, так как частицы конденсируются. Поэтому дыхательные шланги должны быть короткими. Недостатком ультразвукового ингалятора является затрудненность распыления вязких веществ (масел). Это сужает сферу применения таких аппаратов для аэрозольтерапии. Из-за высокой плотности аэрозоля во время ингаляции у больного могут возникать неприятные ощущения. Во вдыхаемом аэрозоле создается малая концентрация кислорода, что оказывает отрицательное воздействие на функцию мерцательного эпителия, и, кроме того, в бронхах повышается сопротивление движению воздуха за счет увеличения плотности и вязкости вдыхаемого газа. Эти факторы необходимо учитывать при использовании ультразвуковых ингаляторов.

Аппараты, применяемые для получения аэрозолей биологически активных веществ, называются аэрозольными ингаляторами. Их разделяют на камерные (открытого типа) и индивидуальные (закрытого типа). Камерные ингаляторы создают аэрозольное облако и пациенты, находящиеся в процедурном помещении, вдыхают аэрозоль лекарственных веществ. Камерные ингаляторы применяют для распыления медикаментов, а также солевых или щелочных растворов, минеральных вод. Помещение после каждого распыления должно быть хорошо провентилировано.

При использовании индивидуальных ингаляторов аэрозоль попадает в дыхательные пути непосредственно из аппарата. При этом сколько распыляется жидкости, столько и вдыхается. Плотность тумана особенно велика.

Для подогрева аэрозоля используют электронагреватели, вмонтированные в аппарат, но возможны и другие источники тепла, в частности водяной пар, который может являться одновременно и распыляющим агентом.

К группе ингаляционных аппаратов относятся карманные ингаляторы, работающие от руки человека. Ингалятор имеет эластичный резиновый баллон, снабженный клапаном для нагнетания воздуха. В распылитель наливают ингалируемый раствор (1—2 мл), выходное отверстие распылителя закрывают пробкой, а сам ингалятор помещают в карман или сумочку (откуда и произошло название ингалятора). Производительность карманного ингалятора малая. Чтобы превратить в аэрозоль 1 мл раствора, необходимо сделать до 700 нажатий на баллон. Необходимость в карманных ингаляторах возникла в основном в связи с купированием приступа бронхиальной астмы.

Карманные ингаляторы имеют то преимущество, что ими могут пользоваться сами больные. Спектр частиц шире, чем в пневматических и ультразвуковых ингаляторах. Диаметр капель колеблется от 2 до 15 мкм и больше, что зависит от регулировки сопла (форсунки). Распыляет любые жидкости, даже масла.

Разновидностью карманных ингаляторов являются распылители «Ингакамф» и «Ингафен», которые работают без принудительной подачи воздуха. При пользовании ими отвинчивают верхний герметизирующий колпачок и сопло внутреннего колпачка прижимают к одной ноздре. Вторую ноздрю закрывают пальцем и втягивают в себя воздух, который, пройдя через слой войлока, пропитанного лекарственным веществом, превращается в аэрозоль. По такому же принципу работает карманный ингалятор Махольда, выпускаемый в ГДР, его изготавливают целиком из стекла, по форме он напоминает тюрингейскую курительную трубку.

К камерным (групповым) ингаляторам относятся: ГЭК-1 — генератор электроаэрозолей камерный, ГЭК-2 — генератор электроаэрозолей групповой (оба импортного производства), TUR USI — ультразвуковой комнатный аэрозольный аппарат.

К индивидуальным ингаляторам относятся: АИ-1 — аэрозольный ингалятор, ПАИ-1 и ПАИ-2 — ингалятор портативный, УП-2 — ингалятор универсальный, ИП-2 — ингалятор паровой с электрическим подогревом, «Аэрозоль У-1» — ингалятор аэрозолей универсальный, «Электрозоль-1» — генератор аэрозольный ручной, «Электро-золь-2» — ингалятор электроаэрозолей индивидуальный..

ГЭИ-1 — генератор электроаэрозолей индивидуальный,. «Аэрозоль П-1» — ингалятор аэрозолей переносной, «Аэрозоль П-2» — ингалятор аэрозолей переносной, АИИП-1 — ингалятор аэрозолей индивидуального пользования.

Ингаляторы карманные: ИКП-М, ИКП-М-2, ИКП-М-3,. «Ингакамф», «Ингафен», Махольда.

Ультразвуковые ингаляторы: TUR USI-50, TUR USI-60,. TUR USI-70.

Источник