复旦大学《药剂学Ⅱ》课件8粉体学

1、粉体学基础（Base of Micromeritics）PM2.5PM2.5PM2.5主要内容概述粉体粒子的基本性质粉体的物理性质粉体学在药剂学中的应用概述历史1948，美国人J. M. Dallavalle 尘粒学1950年初，美籍日本人higuchi 片剂形成理论1956年，日本成立粉体工学会，64年创办杂志1983，日本制剂与粒子设计部会1988，中国颗粒协会2000，曼谷“第一届亚洲粉体会议”2003，马拉西亚“第二届亚洲粉体会议”2010，上海“生物颗粒和粉体制备应用技术研 讨会”概述粉体（Powder）无数个固体粒子的集合体粉体学（Micromeritics）研究粉体的基本性质极其

2、应用的科学概述气体液体固体压缩性流动性抗变形能力粉体充填性成形性概述一级粒子二级粒子粉100um块状颗粒：3mm粒状颗粒: 3mm-100um粉体粒子的基本性质粒径和粒度分布粒子的形状粒子的比表面积粒径和粒度分布粒子径（Particle size）粒子的大小几何学粒子径三周径圆相当径定方向径 球相当径圆相当径面积相当径（Heywood径） 周长相当径球相当径体积相当径 表面积相当径比表面积相当径粒径和粒度分布粒子径物理学粒子径沉降速度相当径 =18 ( ) 筛分径筛下直径筛上直径粒径和粒度分布粒度分布（Particle distribution）频率分布各个粒径的粒子群在总粒子群中所占的百分数

3、累积分布小于或大于某粒径的粒子群在总粒子群中所占的百分数粒径和粒度分布粒度分布筛上分布筛下分布粒径和粒度分布平均粒径名称公式算术平均径几何平均径调和平均径众数径中位径长度平均径面积平均径重量平均径平均面积径平均体积径比表面积径 nd / n)nnn12n1/ n12n(d dd n / (n / d )频数最多的粒子直径累积中间值（D50） nd 2 / nd nd 3 / nd 2 nd 4 / nd 3 nd 2 / n1/ 2 nd 3 / n1/3 / Sw粒子径的测定方法几何学测定法光学显微镜电子显微镜筛分法有效粒子径测定法沉降法库尔特计数法气体透过法氮气吸附法光散射法湿法干法粒子的

4、形状粒子的形状形状指数球形度圆形度形状系数体积形状系数表面积形状系数比表面积形状系数粒子的比表面积表征粉体中粒子粗细的一种量度表示固体吸附能力的重要参数可计算无孔粒子和高度分散粉末的平均粒 径定义单位重量中微粉的表面积粒子越小，比表面积越大粒子的比表面积表示方法 体积比表面积 重量比表面积测定方法气体吸附法气体透过法nd6s vd2n63dSv 3sd2n6 wdnd6Sw 粉体的物理性质密度与空隙率流动性与充填性吸湿性与润湿性黏附性与黏着性压缩性密度与空隙率粉体的密度真密度（True Density）粉体质量与真体积之比真体积是指不包括颗粒内外空隙的纯固体物料体积颗粒密度（Granule D

5、ensity）指粉体质量与颗粒体积之比颗粒体积包括开口细孔与封闭细孔在内的颗粒体积堆密度（Bulk Density）粉体质量与该粉体的堆体积之比松密度紧密度振实密度密度与空隙率粉体密度的测定沉浸法压力比较法量筒法密度与空隙率空隙率（Porosity）空隙体积在粉体中所占的比率颗粒内空隙率颗粒间空隙率总空隙率颗粒的充填体积（V）是粉体的真体积（Vt）、颗粒 内空隙体积（V内）、颗粒间空隙体积（V间）之和， 即V=Vt+V内+V间。因此有：颗粒内空隙率内=V内/（Vt+V内） 颗粒间空隙率间=V间/V总空隙率总=（V内+V间）/V流动性与充填性流动性（Flowability）重力流动振动流动压缩流

6、动液态化流动流动性与充填性流动性的评价与测定 休止角（angle of repose）=arctg(h/r) 40o，流动性差h流动性的评价与测定 流出速度 压缩度Cf20%100(%)f 0粉体流动性的影响因素和改善方法粒子大小制粒增大粒径粒子形态及表面粗糙度球形粒子密度加入一些密度大的辅料制粒含湿量干燥助流剂的影响适量粉体的充填性（Packability）表示方法比容堆密度空隙率空隙比充填率配位数粉体的充填性颗粒的排列模型Graton-Fraser模型接触点数充填状态的变化与速度方程久野方程:n/C=1/ab+n/a川北方程: ln(f- n)=-kn+ln(f-0)助流剂对充填性的影响增

7、加流动性，增大充填密度粉体的吸湿性和润湿性吸湿性（Moisture absorption）固体表面吸附水分的现象可用吸湿平衡曲线（吸湿等温线）表示水溶性药物吸湿性临界相对湿度（Critical relative humidity，CRH）水溶性药物在相对湿度较低的环境下，几乎不吸湿， 而当相对湿度增大到一定值时，吸湿性急剧增加， 一般把这个吸湿量开始急剧增加的相对湿度称为临 界相对湿度CRHAB=CRHA*CRHB水分含量%相对湿度%CRH测定CRH将药物放置在一系列不同湿度环境中在恒温下放置达吸附平衡称重得吸湿量以吸湿量和湿度作图以含水量急剧上升的湿度为CRH平衡吸湿量（%)相对湿度（%）C

8、RH水不溶性药物吸湿性CRHAB=CRHA+CRHB水分吸附在固体表面相当于水分的等温吸附线CRH对于制剂工作的指导意义CRH值可作为药物吸湿性指标，一般CRH愈大， 愈不易吸湿；为生产、 贮藏的环境提供参考；为选择防湿性辅料提供参考，一般应选择CRH 值大的物料作辅料。粉体的吸湿性和润湿性润湿性（Wetting） 固气界面变为固液界面的现象=0，完全润湿； =180，完全不润湿； =0-90，能被润湿；=90-180，不被润湿。接触角的测定将粉体压缩成平面，水平放置后滴上液滴直接 由量角器测定。在圆筒管里精密充填粉体，下端用滤纸轻轻堵 住后接触水面，测定水在管内粉体层中上升的 高度与时间。根

9、据Washburn公式计算接触角：h2= （r1cos /2 ）*th2t斜率k= r1cos /2黏附性与黏着性黏附性（Adhesion）不同分子间产生的引力粉体粒子与器壁间的黏附黏着性（Cohesion）同分子间产生的引力团聚粉体的压缩性粉体的压缩特性可压缩性（Compressibility）粉体在压力下减小体积的能力，表示压力对空隙率 的影响可成形性（Compactibility）粉体在压力下结合成坚固压缩体的能力，表示压力 对抗张强度（或硬度）的影响可压片性（Tabletability）粉体在压力下压缩成具有一定形状和强度片剂的能 力，表示空隙率对抗张强度（或硬度）的影响体 积 减 小

10、粉体的压缩性压力可压缩性可成形性空隙率可压片性强度目前对于压缩成形机制的解释压缩后粒子间的距离很近，从而在粒子间产生范德华 力、静电力等吸引力；粒子在受压时产生的塑性变形使粒子间的接触面积增 大；粒子受压破碎而产生的新生表面有较大的表面自由能；粒子在受压变形时相互嵌合而产生的机械结合力；物料在压缩过程中由于摩擦力而产生热，特别是颗粒 间支撑点处局部温度较高，使熔点较低的物料部分地 熔融，解除压力后重新固化而在粒子间形成“固体 桥”；水溶性成分在粒子的接触点处析出结晶而形成“固体 桥”等，以上是使物料成形并保持一定强度的主要原 因。压缩力与体积的变化三种变形方式弹性变形塑性变形脆性变形压缩力与体

11、积的变化ab新的充填结构bc弹性变形cd塑性变形+脆性变形de塑性变形压密压缩力的传递FU，上冲力FL，下冲力FR，径向传递力FD，模壁摩擦力（损 失力）FE ，推出力h，成形物高度D成形物直径。压缩力的传递物料完全是流体时FU=FL=FR物料是形状和大小不同的颗粒URF F1 叫泊松比，通常为0.4-0.5压缩力的传递压力传递率反映上冲对下冲的力传递程度lnFL 4 K h / D FU颗粒与模壁的摩擦系数，=FD/FR ；K 径向力与上冲力之 比，K=FR/FU ；摩擦力FD=FU-FL。压力传递率越高，成形物内部 的压力分布越均匀，最高是100%压缩循环图OA：弹性变形AB：塑性和脆性BC：弹性回复段OD：残留模壁压力OA/BCCD/AB压力最高点压缩功与弹性功压缩曲线1.紧密排列2. 压缩形变3. 弹性恢复完全塑性OAB塑性增强2凹陷程度小3接近垂直线压缩功=压缩力*距离OAB面积弹性功 右图表示两次压 缩时压缩曲线的 变化，单斜线部 分为塑性变形所 消耗能量，双斜 线部分为弹性功。粉体的压缩方程粉体学在药剂学中的应用固体制剂在处方设计中的应用保证药物制剂的质量溶出、崩解、稳定性外观、重量差异保证生产过程中的顺利进行流动性、充填性压缩成形性黏着性在生产工艺中的应用控制参数粒度、粒度分布