第6章 粉体学基础

粉体学基础

第十三章粉体学基础中山大学药学院胡海燕

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Email:huhaiyan73@粉体学基础主要内容

概述*粉体粒子的性质密度与空隙率*流动性与充填性*吸湿性与润湿性*黏附性与凝聚性压缩性质粉体学基础概述

定义粉体

powder

是无数个固体粒子particles的集合体。粒子为粉体的最小单元。>100um称粒，<100um称粉。单一结晶粒子叫一级粒子；单一粒子的聚合体，称二级粒子。粉体学micromeritics

研究粉体所表现的基本性质及其应用的科学。粉体学基础

基本特性将固体粉碎成粉体后：1）具有与液体相类似的流动性2）具有与气体类似的压缩性3）固体的抗变形能力。剂型的基础散剂、颗粒剂、胶囊剂、片剂混悬剂粉针概述粉体学基础1234混合均匀性粒子大小形态密度容积分剂量流动性压片压缩成型溶出度生物利用度粒子大小比表面积润湿性概述粉体学基础

粒子径和粒度分布

1）粒子径的表示方法粉体粒子的性质粉体学基础几何学粒子径

根据几何学尺寸定义的粒子径。粉体粒子的性质(d)定方向等分径(a)三轴径(b)定方向径(c)定方向最大径(e)等投影面积径粉体学基础比表面积径

系指用吸附法或透过法测定比表面后求得的粒径称比表面积径。这种方法求得的粒径为平均径，不能求算粒度分布。Sw—比表面积；ρ—粒子的密度；φ—粒子的性状系数（粒子为球体时φ=6，其它形状时一般为：φ=6.5-8）。粉体粒子的性质粉体学基础相当径(沉降速度相当径)P85图6-4系指用沉降法测得的粒径，又称Stoke’s径。如何具体操作??练习粉体粒子的性质粉体学基础筛分径

又称为细孔通过相当径。当粒子通过粗筛网且被截留在细筛网上时，粗细筛孔直径的算术或几何平均值称为筛分径，记作DA。

算术平均值：

几何平均值：

在以上两式中：a—粒子通过的粗筛网直径，b—截留粒子的细筛网直径。粉体粒子的性质粉体学基础

粒子径和粒度分布2）粒度分布粉体由粒径不等的粒子群组成的，存在着粒度分布（particlesizedistribution）问题。粒度分布可用简单的表格、绘图和函数等形式表示。一般常用频率粒度分布或累积粒度分布来表示粉体的粒度分布状态：粉体粒子的性质粉体学基础粉体粒子的性质重量或数量粉体学基础

平均粒子径为了求出由不同粒径组成的粒子群的平均粒径，首先求出前面所述具有代表性的粒径，然后求其平均值。求平均值的方法有多种，如下表所示。

制药行业中最常用的平均径为中位径(mediumdiameter)，也叫中值径。在累积分布中累积值正好为50%所对应的粒子径，常用D50表示。粉体粒子的性质粉体学基础各种平均粒径粉体粒子的性质粉体学基础

粒子径的测定方法

不同测定方法与粒径的测定范围。

粉体粒子的性质粉体学基础1）显微镜法（microscopicmethod）在显微镜下，根据投影像测得粒径的方法，主要测定几何学粒径。光学显微镜可以测定μm级粒径，电子显微镜可以测定nm级粒径。主要测定以个数、面积为基准的粒度分布。**显微镜方法允许直接查看所被讨论的颗粒**可以看到颗粒的形状**可以判断是否达到良好分散或者是否存在凝聚**电子显微镜需要精心的样品制备，而且速度慢德国ZBAS2000图像分析仪粉体粒子的性质粉体学基础2）库尔特计数法(Coultercountermethod）该法的测定原理:将粒子群混悬在电解质溶液中，隔壁上有一细孔，孔两侧各有电极，电极间有一定电压，当粒子通过细孔时，粒子体积排除孔内电解质而电阻发生改变。利用电阻与粒子的体积成正比的关系将电信号换算成粒径以测定粒度分布。获得等效电阻径。粉体粒子的性质粉体学基础3）沉降法（sedimentationmethod）利用液相中混悬粒子沉降速度，根据Stock`s方程求出。Stock`s方程适用于100μm以下的粒径的测定，常用Andrasen吸管法。这种装置固定一定沉降高度，将一定量的混悬液在一定时间间隔内取出，测得的粒子径与粒度分布，为重量基准。粉体粒子的性质如何测量？粉体学基础4）比表面积法（specificsurfaceareamethod）粉体的比表面积随粒径的减少而迅速增加，因此通过粉体层中比表面积的信息与粒径的关系可以求得平均粒径（测定粒度范围为100μm以下），但不能求得粒度分布。可用吸附法和透过法测定比表面积。粉体粒子的性质粉体学基础5）动态光散射法：英国马尔文(Malvern)公司一单色相干的激光光束照射粉体-溶剂分散体系中，在某一角度连续地测量散射光。由于分散颗粒受到液体中分子的撞击作布朗和/或热运动，观察到的散射光强度将不断地随时间起伏涨落。分析散射光强度-时间函数可提供与粒径相关信息。粉体粒子的性质粉体学基础粉体学基础粉体学基础粉体学基础6）筛分法（sievingmethod）是粒径分布测量中使用最早、应用最广、简便和快速的方法。常用测定范围在45μm以上粉体粒子的性质粉体学基础一号二号三号四号五号六号七号八号九号粉体粒子的性质粉体学基础

比表面积（specificsurfacearea）的表示方法1）体积比表面积SvSv是单位体积粉体的表面积（cm2/cm3）。

粒子的比表面积粉体学基础2）重量比表面积SmSW是单位重量粉体的表面积（cm2/g）。

比表面积是表征粉体中粒子粗细的一种量度，也是表示固体吸附能力的重要参数。可用于计算无孔粒子和高度分散粉末的平均粒径。粒子的比表面积粉体学基础比表面积的测定方法1）气体吸附法（gasadsorptionmethod）根据微粉吸附气体的量来测定比表面P为被吸附气体的平衡压力；

V为在P压力下1g粉体吸附气体的量；

P。为同一温度下液态氮的饱和蒸气压;

C为常数(第一层吸附热和液化热的差值)粒子的比表面积粉体学基础

比表面积的测定方法2.气体透过法（gaspermeabilitymethod）

透过法是将流体通过微粉层，根据压力的变化及透过速率与微粉比表面三者之间的关系来求出其比表面。粉体学基础真体积(truevolume,Vt)粒体积(granulevolume,Vg)堆体积(bulkvolume,Vb)比较：Vb>Vg>Vt粉体的密度及空隙率粉体学基础

粉体的密度粉体的密度及空隙率真密度粒密度堆密度真密度（truedensity，ρt)ρt=m/Vt粒密度(granuledensity,ρg):ρg=m/Vg堆密度(bulkdensity,ρb)ρb=m/Vb*比较：ρt>ρg>ρb粉体学基础药物名称松密度（g/cm3）真密度（g/cm3）重质碱式碳酸铋1.016.90b轻质碱式碳酸铋0.226.90b重质碳酸镁0.393.00b轻质碳酸镁0.073.00b苯巴比妥0.341.30a磺胺噻唑0.331.50a滑石粉0.482.70aa:用置换法求得的真密度b:用液体置换法求得的真密度（与真密度几乎相等）某些药物的松密度与真密度比较表粉体的密度及空隙率粉体学基础

粉体的孔隙率总孔隙率间孔隙率内孔隙率粉体的密度及空隙率粉体学基础粉体的流动性与充填性

粉体的流动性（flowability)影响散剂的分剂量、胶囊剂分装、片剂的压片等粉体学基础

粉体的流动性（flowability)1）粉体流动性的评价与测定方法

休止角（angleofrepose)

θ≦300

θ≦400

粉体的流动性与充填性粉体学基础休止角因测量方法不同而不同，重现性较差粉体的流动性与充填性粉体学基础流出速度（flowvelocity）

将物料加入于漏斗中，用测定的全部物料流出所需要的时间来描述。不能流出可加玻璃球助流。粉体的流动性与充填性粉体学基础压缩度(compressiblity)

C=（最紧密度-最松密度）/最紧密度×100%压缩度C反映了粉体的凝聚性、松软状态：C<20%时,流动性较好；C值增大时，流动性变差；C值增大达到40%-50%时,粉体将很难从容器中自动流出。粉体的流动性与充填性粉体学基础

2）流动性的影响因素与改善方法增大粒子大小粒径减小时，表面能增大，粉体的附着性和聚集性增大。>200um，流动性好。

降低含湿量由于粉体的吸湿作用，在粒子表面吸附的水分增加粒子间粘着力，适当干燥有利于减弱粒子间作用力。加入助流剂助流剂粒子可在粉体层粒子表面填平粗糙面而形成光滑表面，减少阻力，减少静电力等；但过多的助流剂反而增加阻力。

粉体的流动性与充填性粉体学基础1）粉体的充填性的表示方法松比容Specificvolume粉体单位质量所占体积v=V/w松密度Bulkdensity粉体单位体积的质量ρ=w/v空隙率Porosity粉体的堆体积中空隙所占体积比ε=(v-vt)/v空隙比Voidratio空隙体积与粉体体积真体积之比ε=(v-vt)/vt充填率Packingfraction粉体的真体积与松体积之比g=vt/v=1-ε配位数Coordinationnumber一个粒子周围相邻的其它粒子个数

粉体的充填性粉体的流动性与充填性反映充填的紧松程度粉体学基础2）颗粒的排列模型决定颗粒的充填粉体的流动性与充填性粉体学基础3）助流剂对充填性的影响助流剂粒径较小，粉体混合时在粒子表面附着，减弱粒子间的黏附从而增强流动性，增大充填密度。粉体的流动性与充填性粉体学基础粉体的吸湿性和润湿性

吸湿性(moistureabsorption)定义：固体表面吸附水分的现象对粉末的影响：降低流动性、固结、润湿、液化、变质，药物的化学稳定性粉体学基础粉体的吸湿性和润湿性临界相对湿度（CRH）粉体学基础水溶性药物的临界相对湿度（CRH）CRHAB=CRHA×CRHB物料的CRH越小越易吸湿制剂意义：吸湿性指标、控制环境、辅料选择粉体的吸湿性和润湿性CRH产生的原因当空气中相对湿度达到某一值时，药物表面吸附的水分溶解药物形成饱和溶液，产生的蒸汽压小于空气中水蒸气压，使整个物料不断吸湿。粉体学基础常用药物的临界相对湿度（37℃）药物名称临界相对湿度药物名称临界相对湿度果糖53.5硫酸镁86.6盐酸匹罗卡品59苯甲酸钠88重酒石酸胆碱63对氨基水杨酸钠88尿素69盐酸硫胺88枸橼酸70硝酸钾90.3苯甲酸钠咖啡因71硝磺灭脓92酒石酸74氨茶碱92氯化钠75菸酰胺92.8盐酸苯海拉明77安替比林94.8水杨酸钠78半乳糖95.5葡萄糖82乳糖96.9氯化钾82.3抗坏血酸96蔗糖84.5菸酸99.5粉体的吸湿性和润湿性粉体学基础

润湿性(wetting)定义：固体界面由固气界面变为固液界面的现象。接触角：接触角越小润湿性越好粉体的吸湿性和润湿性粉体学基础黏附性与凝聚性黏附性(adhesion)

不同分子间产生的引力，粉体粒子与器壁间的黏附凝聚性(cohesion)

同分子间产生的引力产生黏附性与凝聚性的原因：1）干燥状态下范德华力和静电作用力；2）润湿状态下形成液体桥/固体桥，干燥时结块避免的方法：增大粒径/加入助流剂/避免过湿粉体学基础知识回顾—粉体学基础粉体粒子的性