药剂学专业知识讲座

第六章粉体学基础1/43第一节概述粉体学(micromeritics)是研究无数个固体粒子集合体基本性质及其应用科学。一般<100μm粒子叫“粉”，容易产生粒子间互相作用而流动性较差；>100μm粒子叫“粒”，较难产生粒子间互相作用而流动性较好。单体粒子叫一级粒子（primaryparticles)；聚结粒子叫二级粒子（secondparticle)。

2/43粉体物态特性：①具有与液体相类似流动性；②具有与气体相类似压缩性；③具有固体抗变形能力。粉体学是药剂学基础理论，对制剂处方设计、制剂制备、质量控制、包装等都有主要指导意义。3/43一、粒子径与粒度分布粉体粒子大小也称粒度，是在空间范围所占据线性尺寸，是决定粉体其他性质基础。具有粒子大小和粒子分布双重含义，是粉体基础性质。对于一种不规则粒子，其粒子径测定办法不一样，其物理意义不一样，测定值也不一样。第二节粉体基本性质4/431.几何学粒子径根据几何学尺寸定义粒子径，一般用显微镜法、库尔特计数法等测定。(1)三轴径：在粒子平面投影图上测定长径l与短径b，在投影平面垂直方向测定粒子厚度h。反应粒子实际尺寸。（一）粒子径表达办法几何学粒子径筛分径沉降速度相称径5/43(2)定方向径（投影径）：定方向接线径：即一定方向平行线将粒子投影面外接时平行线间距离，记作Df。定方向等分径：即一定方向线将粒子投影面积等份分割时长度，记作Dm。定方向最大径：即在一定方向上分割粒子投影面最大长度,记作Dk。(3)圆相称径：即与粒子投影面积相同圆直径，常用DH表达。6/43（4）球相称径体积等价径：与粒子体积相同球体直径，也叫球相称径。用库尔特计数器测得，记作Dv。粒子体积V=πDv3/6

表面积相称径：与粒子表面积相等球直径，记作Ds。比表面积相等径：与粒子比表面积相等球直径，记作Dsv。7/43粒径相称于在液相中具有相同沉降速度球形颗粒直径。该粒径根据Stocks方程计算所得，因此有叫Stocks径，记作DStk。2沉降速度相称径DStk=18η(ρp-ρ1)·ght·[]1/2式中，ρp

，ρ1—分别表达被测粒子与液相密度；η—液相粘度；h——等速沉降距离；t—沉降时间。8/43又称细孔通过相称径。当粒子通过粗筛网且被截留在细筛网时，粗细筛孔直径算术或几何平均值称为筛分经，记作DA

。3筛分径算术平均径

DA=(a+b)/2几何平均径DA=(ab)1/2式中，a—粒子通过粗筛网直径；

b—粒子被截留细筛网直径。粒径表达方式是（-a+b），即粒径不大于a，大于b。9/43粒度分布表达不一样粒径粒子群在粉体中所分布情况，反应粒子大小均匀程度。粒子群粒度分布可用简单表格、绘画和函数等形式表达。（二）粒度分布10/43频率分布表达与各个粒径相对应得粒子在全粒子群中所占百分数（微分型）累积分布表达不大于或大于某粒径粒子在全粒子群中所占百分数（积分型）。1.频率分布与累积分布11/43百分数基准可用个数基准、质量基准、面积基准、体积基准、长度基准等表达。表达粒度分布时必须注明测定基准，不一样测定基准，所取得粒度分布曲线也不一样样。不一样基准粒度分布理论上能够互相换算。实际应用较多是质量和个数基准分布。12/43是指由不一样粒径组成粒子群平均粒径。中位径是最常用平均径，也叫中值径，在累积分布中累积值正好为50%所对应粒子径，常用D50表达。（三）平均粒子径13/43

粒径测定办法与适用范围（四）粒子径测定办法测定措施粒子经(μm)测定措施粒子经(μm)

光学显微镜0.5~

电子显微镜0.01~

筛分法45~

沉降法0.5~100

库尔特计数法1~600

气体透过法1~100

氮气吸附法0.03~114/43是将粒子放在显微镜下，根据投影像测得粒径办法，主要测定几何粒径。光学显微镜能够测定微米级粒径，电子显微镜能够测定纳米级粒径。测定期应避免粒子间重合，以免产生测定误差。主要测定以个数、面积为基准粒度分布。1.显微镜法15/43将粒子群混悬于电解质溶液中，隔壁上设有一种细孔，孔两侧各有电极，电极间有一定电压，当粒子通过细孔时，粒子容积排除孔内电解质而电阻发生变化。利用电阻与粒子体积成正比关系将电信号换算成粒径，以测定粒径与其分布。测得是等体积球相称径，粒径分布以个数或体积为基准。混悬剂、乳剂、脂质体、粉末药品等能够用本法测定。2.库尔特计数法16/43是液相中混悬粒子在重力场中恒速沉降时，根据Stocks方程求出粒径办法。Stocks方程适用于100μm下列粒径测定，常用Andreasen吸管法。测得粒径分布是以重量为基准。Stocks径测定办法尚有离心法、比浊法、沉淀天平法、光扫描迅速粒度测定法等。3.沉降法17/43是利用粉体比表面积随粒径减少而迅速增加原理，通过粉体层中比表面积信息与粒径关系求得平均粒径办法。可测定100μm下列粒子，但不能测定粒度分布。4.比表面积法18/43是应用最广测量办法。常用测定范围在45μm以上。办法：将筛子由粗到细按筛号次序上下排列，将一定量粉体样品置于最上层中，振动一定期间，称量各个筛号上粉体重量，求得各筛号上不一样粒径重量百分数，取得以重量为基准筛分粒径分布及平均粒径。5.筛分法19/43系指一种粒子轮廓或表面上各点所组成图像。定量描述粒子几何形状办法：形状指数和形状系数。将粒子多种无因次组合称为形状指数，将立体几何各变量关系定义为形状系数。二、粒子形态20/431.球形度也叫真球度，表达粒子接近球体程度。某粒子球形度越接近于1，该粒子越接近于球。（一）形状指数φ=粒子投影面相称径粒子投影最小外接圆直径21/432.圆形度：表达粒子投影面接近于圆程度。Φc=πDH/L式中，DH—Heywood径(DH=(4A/π)1/2)；

L—粒子投影周长。22/43将平均粒径为D，体积为Vp，表面积为S粒子多种形态系数包括：

1.体积形态系数

Φv=Vp/D3

2.表面积形态系数

Φs=S/D2

3.比表面积形态系数

Φ=Φs/Φv粒子比表面积形状系数越接近于6，该粒子越接近于球体或立方体，不对称粒子比表面积形态系数大于6，常见粒子比表面积形状系数在6~8范围内。（二）形状系数23/43三、粒子比表面积（一）比表面积表达办法粒子比表面积(specificsurfacearea)表达办法根据计算基准不一样可分为体积比表面积SV和重量比表面积SW。

Sw=6/

dvs；Sv=6/dvs

Sw,Sv分别为重量和体积比表面积，

为粒子真密度，dvs体积面积平均数径。比表面积是表征粉体中粒子粗细一种量度，也是表达固体吸附能力主要参数。可用于计算无孔粒子和高度分散粉末平均粒径。24/43直接测定粉体比表面积常用方法有：气体吸附法气体透过法气体透过法只能测粒子外部比表面积，粒子内部空隙比表面积不能测，因此不适适用于多孔形粒子比表面积测定。还有溶液吸附、浸润热、消光、热传导、阳极氧化原理等方法。（二）比表面积测定办法25/43第三节粉体性质（一）粉体密度粉体密度系指单位体积粉体质量。由于粉体颗粒内部和颗粒间存在空隙，粉体体积具有不一样含义。粉体密度根据所指体积不一样分为：真密度、颗粒密度、堆密度三种。一、密度与空隙率26/431.真密度ρt是指粉体质量（W）除以不包括颗粒内外空隙体积（真体积Vt）求得密度。ρt=w/Vt2.颗粒密度ρg是指粉体质量除以包括开口细孔与封闭细孔在内颗粒体积Vg所求得密度。ρg=w/Vg27/43是指粉体质量除以该粉体所占容器体积V求得密度。填充粉体时，经一定规律振动或轻敲后测得密度称振实密度（tapdensity）ρbt。3.堆密度ρbρb=w/Vt若颗粒致密，无细孔和空洞，则ρt=ρg一般：ρt≥ρg

＞ρbt

≥ρb28/43空隙率（porosity）是粉体层中空隙所占有比率。颗粒内空隙率

内=Vg-Vt/Vg=1-

g/

t粒子间孔隙率

间=V-Vg/V=1-

b/

g

总孔隙率

总=V-Vt/V=1-

b/

t（二）空隙率29/43例1：将真密度为1.5g/cm3粉体装满一定容积容器中，测粉体重量为45g，空隙率为70%。在同一容器中装满真密度为1.2g/cm3粉体，测重量为30g，求其空隙率。

V=45/(1.5*(1-70%))=100ml

空隙率=(100-30/1.2)/100=75%30/43（一）粉体流动性粉体流动性（flowability）与粒子形状、大小、表面状态、密度、空隙率等有关。对颗粒剂、胶囊剂、片剂等制剂重量差异以及正常操作影响很大。粉体流动包括重力流动、压缩流动、流态化流动等多种形式。二、粉体流动性与充填性31/43静止状态粉体堆积体自由表面与水平面之间夹角为休止角，用

表达，

越小流动性越好。tan

=h/r常用测定办法有注入法、排出法、倾斜角法等，测定办法不一样所得数据有所不一样，重现性差。粘性粉体或粒径不大于100~200μm粉体粒子间互相作用力较大而流动性差，对应地所测休止角较大。粉体流动性评价与测定办法1.休止角32/43是将物料加入漏斗中，测量所有物料流出所需时间，即为流出速度。粉体流动性差时可加入100μm玻璃球助流。流出速度越大，粉体流动性越好。

2.流出速度(flowvelocity)

33/431.增大粒子大小：对于粘附性粉状粒子进行造粒，以减少粒子间接触点数，减少粒子间附着力、凝聚力。2.粒子形态及表面粗糙度：球形粒子光滑表面，能减少接触点数，减少摩擦力。3.粒子密度：粒子密度大有助于流动。4.含湿量：合适干燥有助于削弱粒子间作用力。5.加入助流剂影响：加入0.5%～2%滑石粉、微粉硅胶等助流剂可大大改善粉体流动性。但过多使用反而增加阻力。粉体流动性影响原因与改善办法34/43粉体填充性表达办法粉体填充性是粉体集合体基本性质，在片剂、胶囊剂填充过程中具有主要意义。填充性可用松比容、松密度、空隙率、空隙比、充填率、配位数来表达。（二）粉体填充性35/43助流剂对充填性影响助流剂粒径一般为40μm左右，与粉体混合时在粒子表面附着，削弱粒子间粘附从而增强流动性，增大充填密度。用量为0.05%-0.1%(w/w)。36/43吸湿性(moistureabsorption)是指固体表面吸附水分现象。危害：可使粉末流动性下降、固结、润湿、液化等，甚至促进化学反应而减少药品稳定性。药品吸湿特性可用吸湿平衡曲线表达。（一）吸湿性三、粉体吸湿性与润湿性37/43水溶性药品在相对湿度较低环境下，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相对湿度称为临界相对湿度(criticalrelativehumidity,CRH)。水溶性药品吸湿性38/43水溶性混合物吸湿性：水溶性物质更强，根据Elder假说，水溶性药品混合物CRH约等于各成份CRH乘积，而与各成份量无关。

CRHAB=CRHA·CRHB使用Elder方程条件是各成份间不发生互相作用，因此该假说不适用于含同离子或水溶液中形成复合物体系。39/43测