粉体力学培训

,粉体学基础第一节概述粉体学(micromeritics)是研究无数个固体粒子集合体的基本性质及其应用的科学。通常<100μm的粒子叫“粉”，容易产生粒子间的相互作用而流动性较差；>100μm的粒子叫“粒”，较难产生粒子间的相互作用而流动性较好。单体粒子叫一级粒子（primaryparticles)；聚结粒子叫二级粒子（secondparticle)。

粉体的物态特征：

①具有与液体相类似的流动性；

②具有与气体相类似的压缩性；

③具有固体的抗变形能力。粉体学是药剂学的基础理论，对制剂的处方设计、制剂的制备、质量控制、包装等都有重要指导意义。一、粒子径与粒度分布二、粒子形态三、粒子的比表面积第二节粉体粒子的性质一、粒子径与粒度分布粉体的粒子大小也称粒度，含有粒子大小和粒子分布双重含义，是粉体的基础性质。对于一个不规则粒子，其粒子径的测定方法不同，其物理意义不同，测定值也不同。（一）粒子径的表示方法几何学粒子径筛分径有效径表面积等价径粒度分布（particlessizedistribution)表示不同粒径的粒子群在粉体中所分布的情况，反映粒子大小的均匀程度。粒子群的粒度分布可用简单的表格、绘画和函数等形式表示。（二）粒度分布

粒径的测定方法与适用范围（四）粒子径的测定方法测定方法粒子经(μm)

测定方法粒子经(μm)光学显微镜0.5~

电子显微镜0.001~

筛分法40~

沉降法0.5~200库尔特计数法1~600

气体透过法1~100

氮气吸附法0.03~1是将粒子放在显微镜下，根据投影像测得粒径的方法，主要测定几何粒径。光学显微镜可以测定微米级的粒径，电子显微镜可以测定纳米级的粒径。测定时应避免粒子间的重叠，以免产生测定的误差。主要测定以个数、面积为基准的粒度分布。1.显微镜法（microscopicmethod）将粒子群混悬于电解质溶液中，隔壁上设有一个细孔，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，以测定粒径与其分布。测得的是等体积球相当径，粒径分布以个数或体积为基准。混悬剂、乳剂、脂质体、粉末药物等可以用本法测定。2.库尔特计数法（coultercountermethod）是液相中混悬的粒子在重力场中恒速沉降时，根据Stocks方程求出粒径的方法。Stocks方程适用于100μm以下的粒径的测定，常用Andreasen吸管法。测得的粒径分布是以重量为基准的。Stocks径的测定方法还有离心法、比浊法、沉淀天平法、光扫描快速粒度测定法等。3.沉降法（sedimentationmethod）是利用粉体的比表面积随粒径的减少而迅速增加的原理，通过粉体层中比表面积的信息与粒径的关系求得平均粒径的方法。可测定100μm的粒子，但不能测定粒度分布。4.比表面积法（specificsurfaceareamethod）是应用最广的测量方法。常用的测定范围在45μm以上。方法：将筛子由粗到细按筛号顺序上下排列，将一定量粉体样品置于最上层中，振动一定时间，称量各个筛号上的粉体重量，求得各筛号上的不同粒径重量百分数，获得以重量为基准的筛分粒径分布及平均粒径。5.筛分法（sievingmethod）筛号与筛号尺寸：筛号常用“目”表示。“目”系指在筛面的25.4mm（1英寸）长度上开有的孔数。如开有30个孔，称30目筛，孔径大小是24.5mm/30再减去筛绳的直径。所用筛绳的直径不同，筛孔大小也不同。因此必须注明筛孔尺寸。各国的标准筛号及筛孔尺寸有所不同，中国药典在R40/3系列规定了药筛的九个筛号。5.筛分法（sievingmethod）系指一个粒子的轮廓或表面上各点所构成的图像。定量描述粒子几何形状的方法：形状指数（shapeindex）和形状系数（shapefactor）。将粒子的各种无因次组合称为形状指数，将立体几何各变量的关系定义为形状系数。二、粒子形态三、粒子的比表面积（一）比表面积的表示方法粒子的比表面积(specificsurfacearea)的表示方法根据计算基准不同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。直接测定粉体比表面积的常用方法有：

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，粒子内部空隙的比表面积不能测，因此不适合用于多孔形粒子的比表面积的测定。还有溶液吸附、浸润热、消光、热传导、阳极氧化原理等方法。（二）比表面积的测定方法第三节粉体的密度与空隙率（一）粉体密度的概念粉体的密度系指单位体积粉体的质量。由于粉体的颗粒内部和颗粒间存在空隙，粉体的体积具有不同的含义。粉体的密度根据所指的体积不同分为：真密度、颗粒密度、松密度三种。一、粉体的密度1.真密度（truedensity)ρt是指粉体质量（W）除以不包括颗粒内外空隙的体积（真体积Vt）求得的密度。ρt=w/Vt2.颗粒密度（granuledensity)ρg是指粉体质量除以包括开口细孔与封闭细孔在内的颗粒体积Vg所求得密度。ρg=w/Vg是指粉体质量除以该粉体所占容器的体积V求得的密度，亦称堆密度。填充粉体时，经一定规律振动或轻敲后测得的密度称振实密度（tapdensity）ρbt。3.松密度（bulkdensity)ρbρb=w/Vt若颗粒致密，无细孔和空洞，则ρt=ρg

一般：ρt≥ρg

＞ρbt

≥ρb1.真密度与颗粒粒度的测定：常用的方法是用液体或气体将粉体置换的方法。（1）液浸法：采用加热或减压脱气法测定粉体所排开的液体体积，即为粉体的真体积。当测定颗粒密度时，方法相同，但采用的液体不同，多采用水银或水。（2）压力比较法常用于药品、食品等复杂有机物的测定。（二）粉体密度的测定方法将粉体装入容器中所测得的体积包括粉体真体积、粒子内空隙、粒子间空隙等。测量容器的形状、大小、物料的装填速度及装填方式等均影响粉体体积。不施加外力时所测得的密度为最松松密度，施加外力而使粉体处于最紧充填状态下所测得的密度是最紧松密度。最终振荡体积不变时测得的振实密度即为最紧松密度。2.松密度与振实密度的测定空隙率（porosity）是粉体层中空隙所占有的比率。粒子内孔隙率

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、粉体的空隙率第四节粉体的流动性与充填性粉体的流动性（flowability）与粒子的形状、大小、表面状态、密度、空隙率等有关。对颗粒剂、胶囊剂、片剂等制剂的重量差异以及正常的操作影响很大。粉体的流动包括重力流动、压缩流动、流态化流动等多种形式。一、粉体的流动性1.增大粒子大小对于粘附性的粉状粒子进行造粒，以减少粒子间的接触点数，降低粒子间的附着力、凝聚力。2.粒子形态及表面粗糙度球形粒子的光滑表面，能减少接触点数，减少摩擦力。3.含湿量适当干燥有利于减弱粒子间的作用力。4.加入助流剂的影响加入0.5%～2%滑石粉、微粉硅胶等助流剂可大大改善粉体的流动性。但过多使用反而增加阻力。粉体流动性的影响因素与改善方法粉体的填充性的表示方法粉体的填充性是粉体集合体的基本性质，在片剂、胶囊剂的填充过程中具有重要意义。填充性可用松比容(specific)、松密度(bulkdensity)、空隙率(porosity)、空隙比(voidratio)、充填率(packingfraction)、配位数(coordinationnumber)来表示。二、粉体的填充性颗粒的排列模型颗粒的装填方式影响到粉体的体积与空隙率。粒子的排列方式中最简单的模型是大小相等的球形粒子的充填方式。Graton-Fraser模型。助流剂对充填性的影响助流剂的粒径一般为40μm左右，与粉体混合时在粒子表面附着，减弱粒子间的粘附从而增强流动性，增大充填密度。用量为0.05%-0.1%(w/w)。第五节粉体的吸湿性与润湿性吸湿性(moistureabsorption)是指固体表面吸附水分的现象。危害：可使粉末的流动性下降、固结、润湿、液化等，甚至促进化学反应而降低药物的稳定性。药物的吸湿特性可用吸湿平衡曲线表示。一、吸湿性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(criticalrelativehumidity,CRH)。（一）水溶性药物的吸湿性混合物的吸湿性：水溶性物质的更强，根据Elder假说，水溶性药物混合物的CRH约等于各成分CRH的乘积，而与各成分的量无关。

CRHAB=CRHA·CRHB使用Elder方程的条件是各成分间不发生相互作用，因此该假说不适用于含同离子或水溶液中形成复合物的体系。测定CRH的意义：(1)CRH值可作为药物吸湿性指标，一般CRH愈大，愈不易吸湿；(2)为生产、贮藏的环境提供参考；(3)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。(二)水不溶性药物的吸湿性水不溶性药物的吸湿性随着相对湿度的变化而缓慢发生变化，没有临界点。水不溶性药物的混合物的吸湿性具有加和性。润湿性(wetting)是指固体界面由固-气界面变为固-液界面现象。粉体的润湿性对片剂、颗粒剂等到固体制剂的崩解性、溶解性等具有重要意义。固体的润湿性用接触角θ表示。液滴在固体表面上所受的力达平衡时符合Yong’s公式：γsg=γsl+γlgcosθ

式中，γsg、γsl、γlg分别固-气、固-液、气-液间的界面张力。二、润湿性(一)润湿性θ=0º，完全润湿；θ=180º，完全不润湿；θ=0-90º，能被润湿；θ=90-180º，不被润湿。1.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。2.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。根据Washburn公式计算接触角：h2=rtYlcosθ/2η式中，h为t时间内液体上升的高度；Yl、η分别为液体的表面张力与粘度；r为粉体层内毛细管半径。由于毛细管半径不好测定，常用于比较相对润湿性。（二）接触角的测定方法第六节粘附性与凝聚性粘附性(adhesion)是指不同分子间产生的引力，如粉体粒子与器壁间的粘附。凝聚性(cohesion，粘着性)是指同分子间产生的引力，如粉体粒子之间发生粘附而形成聚集体(randomfloc)。产生粘附性和凝聚性的原因：1、在干燥状态下主要是由于范德华力与静电力发挥作用；2、在润湿状态下主要由于粒子表面存在的水分形成液体桥或由于水分的蒸发而产生固体桥发挥作用。第七节粉体的压缩性质压缩性(compressibility)表示粉体在压力下体积减少的能力。成形性(compactibility)表示物料紧密结合成一定形状的能力。粉体的压缩性和成形性简称压缩成形性。压缩成形理论以及各种物料的压缩特性，对于处方筛选与工艺选择具有重要意义。一、粉体的压缩特性（一）压缩力与体积的变化粉体的压缩过程中伴随着体积的缩小，固体颗粒被压缩成紧密的结合体，然而其体积的变化较复杂。粒子经过滑动或重新排列弹性变形塑性变形或破碎以塑性变形为主的固体晶格压密过程？（二）压缩循环图1.压缩过程中力的分析

Fa-上冲力

Fb-下冲力

Fr-径向传递力

Fd-模壁摩擦力①径向力与轴向