第6章 粉體學(xué)基礎(chǔ)

粉體學(xué)基礎(chǔ)

第十三章粉體學(xué)基礎(chǔ)中山大學(xué)藥學(xué)院胡海燕

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概述*粉體粒子的性質(zhì)密度與空隙率*流動(dòng)性與充填性*吸濕性與潤(rùn)濕性*黏附性與凝聚性壓縮性質(zhì)粉體學(xué)基礎(chǔ)概述

定義粉體

powder

是無(wú)數(shù)個(gè)固體粒子particles的集合體。粒子為粉體的最小單元。>100um稱粒，<100um稱粉。單一結(jié)晶粒子叫一級(jí)粒子；單一粒子的聚合體，稱二級(jí)粒子。粉體學(xué)micromeritics

研究粉體所表現(xiàn)的基本性質(zhì)及其應(yīng)用的科學(xué)。粉體學(xué)基礎(chǔ)

基本特性將固體粉碎成粉體后：1）具有與液體相類似的流動(dòng)性2）具有與氣體類似的壓縮性3）固體的抗變形能力。劑型的基礎(chǔ)散劑、顆粒劑、膠囊劑、片劑混懸劑粉針概述粉體學(xué)基礎(chǔ)1234混合均勻性粒子大小形態(tài)密度容積分劑量流動(dòng)性壓片壓縮成型溶出度生物利用度粒子大小比表面積潤(rùn)濕性概述粉體學(xué)基礎(chǔ)

粒子徑和粒度分布

1）粒子徑的表示方法粉體粒子的性質(zhì)粉體學(xué)基礎(chǔ)幾何學(xué)粒子徑

根據(jù)幾何學(xué)尺寸定義的粒子徑。粉體粒子的性質(zhì)(d)定方向等分徑(a)三軸徑(b)定方向徑(c)定方向最大徑(e)等投影面積徑粉體學(xué)基礎(chǔ)比表面積徑

系指用吸附法或透過(guò)法測(cè)定比表面后求得的粒徑稱比表面積徑。這種方法求得的粒徑為平均徑，不能求算粒度分布。Sw—比表面積；ρ—粒子的密度；φ—粒子的性狀系數(shù)（粒子為球體時(shí)φ=6，其它形狀時(shí)一般為：φ=6.5-8）。粉體粒子的性質(zhì)粉體學(xué)基礎(chǔ)相當(dāng)徑(沉降速度相當(dāng)徑)P85圖6-4系指用沉降法測(cè)得的粒徑，又稱Stoke’s徑。如何具體操作??練習(xí)粉體粒子的性質(zhì)粉體學(xué)基礎(chǔ)篩分徑

又稱為細(xì)孔通過(guò)相當(dāng)徑。當(dāng)粒子通過(guò)粗篩網(wǎng)且被截留在細(xì)篩網(wǎng)上時(shí)，粗細(xì)篩孔直徑的算術(shù)或幾何平均值稱為篩分徑，記作DA。

算術(shù)平均值：

幾何平均值：

在以上兩式中：a—粒子通過(guò)的粗篩網(wǎng)直徑，b—截留粒子的細(xì)篩網(wǎng)直徑。粉體粒子的性質(zhì)粉體學(xué)基礎(chǔ)

粒子徑和粒度分布2）粒度分布粉體由粒徑不等的粒子群組成的，存在著粒度分布（particlesizedistribution）問(wèn)題。粒度分布可用簡(jiǎn)單的表格、繪圖和函數(shù)等形式表示。一般常用頻率粒度分布或累積粒度分布來(lái)表示粉體的粒度分布狀態(tài)：粉體粒子的性質(zhì)粉體學(xué)基礎(chǔ)粉體粒子的性質(zhì)重量或數(shù)量粉體學(xué)基礎(chǔ)

平均粒子徑為了求出由不同粒徑組成的粒子群的平均粒徑，首先求出前面所述具有代表性的粒徑，然后求其平均值。求平均值的方法有多種，如下表所示。

制藥行業(yè)中最常用的平均徑為中位徑(mediumdiameter)，也叫中值徑。在累積分布中累積值正好為50%所對(duì)應(yīng)的粒子徑，常用D50表示。粉體粒子的性質(zhì)粉體學(xué)基礎(chǔ)各種平均粒徑粉體粒子的性質(zhì)粉體學(xué)基礎(chǔ)

粒子徑的測(cè)定方法

不同測(cè)定方法與粒徑的測(cè)定范圍。

粉體粒子的性質(zhì)粉體學(xué)基礎(chǔ)1）顯微鏡法（microscopicmethod）在顯微鏡下，根據(jù)投影像測(cè)得粒徑的方法，主要測(cè)定幾何學(xué)粒徑。光學(xué)顯微鏡可以測(cè)定μm級(jí)粒徑，電子顯微鏡可以測(cè)定nm級(jí)粒徑。主要測(cè)定以個(gè)數(shù)、面積為基準(zhǔn)的粒度分布。**顯微鏡方法允許直接查看所被討論的顆粒**可以看到顆粒的形狀**可以判斷是否達(dá)到良好分散或者是否存在凝聚**電子顯微鏡需要精心的樣品制備，而且速度慢德國(guó)ZBAS2000圖像分析儀粉體粒子的性質(zhì)粉體學(xué)基礎(chǔ)2）庫(kù)爾特計(jì)數(shù)法(Coultercountermethod）該法的測(cè)定原理:將粒子群混懸在電解質(zhì)溶液中，隔壁上有一細(xì)孔，孔兩側(cè)各有電極，電極間有一定電壓，當(dāng)粒子通過(guò)細(xì)孔時(shí)，粒子體積排除孔內(nèi)電解質(zhì)而電阻發(fā)生改變。利用電阻與粒子的體積成正比的關(guān)系將電信號(hào)換算成粒徑以測(cè)定粒度分布。獲得等效電阻徑。粉體粒子的性質(zhì)粉體學(xué)基礎(chǔ)3）沉降法（sedimentationmethod）利用液相中混懸粒子沉降速度，根據(jù)Stock`s方程求出。Stock`s方程適用于100μm以下的粒徑的測(cè)定，常用Andrasen吸管法。這種裝置固定一定沉降高度，將一定量的混懸液在一定時(shí)間間隔內(nèi)取出，測(cè)得的粒子徑與粒度分布，為重量基準(zhǔn)。粉體粒子的性質(zhì)如何測(cè)量？粉體學(xué)基礎(chǔ)4）比表面積法（specificsurfaceareamethod）粉體的比表面積隨粒徑的減少而迅速增加，因此通過(guò)粉體層中比表面積的信息與粒徑的關(guān)系可以求得平均粒徑（測(cè)定粒度范圍為100μm以下），但不能求得粒度分布?？捎梦椒ê屯高^(guò)法測(cè)定比表面積。粉體粒子的性質(zhì)粉體學(xué)基礎(chǔ)5）動(dòng)態(tài)光散射法：英國(guó)馬爾文(Malvern)公司一單色相干的激光光束照射粉體-溶劑分散體系中，在某一角度連續(xù)地測(cè)量散射光。由于分散顆粒受到液體中分子的撞擊作布朗和/或熱運(yùn)動(dòng)，觀察到的散射光強(qiáng)度將不斷地隨時(shí)間起伏漲落。分析散射光強(qiáng)度-時(shí)間函數(shù)可提供與粒徑相關(guān)信息。粉體粒子的性質(zhì)粉體學(xué)基礎(chǔ)粉體學(xué)基礎(chǔ)粉體學(xué)基礎(chǔ)粉體學(xué)基礎(chǔ)6）篩分法（sievingmethod）是粒徑分布測(cè)量中使用最早、應(yīng)用最廣、簡(jiǎn)便和快速的方法。常用測(cè)定范圍在45μm以上粉體粒子的性質(zhì)粉體學(xué)基礎(chǔ)一號(hào)二號(hào)三號(hào)四號(hào)五號(hào)六號(hào)七號(hào)八號(hào)九號(hào)粉體粒子的性質(zhì)粉體學(xué)基礎(chǔ)

比表面積（specificsurfacearea）的表示方法1）體積比表面積SvSv是單位體積粉體的表面積（cm2/cm3）。

粒子的比表面積粉體學(xué)基礎(chǔ)2）重量比表面積SmSW是單位重量粉體的表面積（cm2/g）。

比表面積是表征粉體中粒子粗細(xì)的一種量度，也是表示固體吸附能力的重要參數(shù)?？捎糜谟?jì)算無(wú)孔粒子和高度分散粉末的平均粒徑。粒子的比表面積粉體學(xué)基礎(chǔ)比表面積的測(cè)定方法1）氣體吸附法（gasadsorptionmethod）根據(jù)微粉吸附氣體的量來(lái)測(cè)定比表面P為被吸附氣體的平衡壓力；

V為在P壓力下1g粉體吸附氣體的量；

P。為同一溫度下液態(tài)氮的飽和蒸氣壓;

C為常數(shù)(第一層吸附熱和液化熱的差值)粒子的比表面積粉體學(xué)基礎(chǔ)

比表面積的測(cè)定方法2.氣體透過(guò)法（gaspermeabilitymethod）

透過(guò)法是將流體通過(guò)微粉層，根據(jù)壓力的變化及透過(guò)速率與微粉比表面三者之間的關(guān)系來(lái)求出其比表面。粉體學(xué)基礎(chǔ)真體積(truevolume,Vt)粒體積(granulevolume,Vg)堆體積(bulkvolume,Vb)比較：Vb>Vg>Vt粉體的密度及空隙率粉體學(xué)基礎(chǔ)

粉體的密度粉體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*比較：ρt>ρg>ρb粉體學(xué)基礎(chǔ)藥物名稱松密度（g/cm3）真密度（g/cm3）重質(zhì)堿式碳酸鉍1.016.90b輕質(zhì)堿式碳酸鉍0.226.90b重質(zhì)碳酸鎂0.393.00b輕質(zhì)碳酸鎂0.073.00b苯巴比妥0.341.30a磺胺噻唑0.331.50a滑石粉0.482.70aa:用置換法求得的真密度b:用液體置換法求得的真密度（與真密度幾乎相等）某些藥物的松密度與真密度比較表粉體的密度及空隙率粉體學(xué)基礎(chǔ)

粉體的孔隙率總孔隙率間孔隙率內(nèi)孔隙率粉體的密度及空隙率粉體學(xué)基礎(chǔ)粉體的流動(dòng)性與充填性

粉體的流動(dòng)性（flowability)影響散劑的分劑量、膠囊劑分裝、片劑的壓片等粉體學(xué)基礎(chǔ)

粉體的流動(dòng)性（flowability)1）粉體流動(dòng)性的評(píng)價(jià)與測(cè)定方法

休止角（angleofrepose)

θ≦300

θ≦400

粉體的流動(dòng)性與充填性粉體學(xué)基礎(chǔ)休止角因測(cè)量方法不同而不同，重現(xiàn)性較差粉體的流動(dòng)性與充填性粉體學(xué)基礎(chǔ)流出速度（flowvelocity）

將物料加入于漏斗中，用測(cè)定的全部物料流出所需要的時(shí)間來(lái)描述。不能流出可加玻璃球助流。粉體的流動(dòng)性與充填性粉體學(xué)基礎(chǔ)壓縮度(compressiblity)

C=（最緊密度-最松密度）/最緊密度×100%壓縮度C反映了粉體的凝聚性、松軟狀態(tài)：C<20%時(shí),流動(dòng)性較好；C值增大時(shí)，流動(dòng)性變差；C值增大達(dá)到40%-50%時(shí),粉體將很難從容器中自動(dòng)流出。粉體的流動(dòng)性與充填性粉體學(xué)基礎(chǔ)

2）流動(dòng)性的影響因素與改善方法增大粒子大小粒徑減小時(shí)，表面能增大，粉體的附著性和聚集性增大。>200um，流動(dòng)性好。

降低含濕量由于粉體的吸濕作用，在粒子表面吸附的水分增加粒子間粘著力，適當(dāng)干燥有利于減弱粒子間作用力。加入助流劑助流劑粒子可在粉體層粒子表面填平粗糙面而形成光滑表面，減少阻力，減少靜電力等；但過(guò)多的助流劑反而增加阻力。

粉體的流動(dòng)性與充填性粉體學(xué)基礎(chǔ)1）粉體的充填性的表示方法松比容Specificvolume粉體單位質(zhì)量所占體積v=V/w松密度Bulkdensity粉體單位體積的質(zhì)量ρ=w/v空隙率Porosity粉體的堆體積中空隙所占體積比ε=(v-vt)/v空隙比Voidratio空隙體積與粉體體積真體積之比ε=(v-vt)/vt充填率Packingfraction粉體的真體積與松體積之比g=vt/v=1-ε配位數(shù)Coordinationnumber一個(gè)粒子周圍相鄰的其它粒子個(gè)數(shù)

粉體的充填性粉體的流動(dòng)性與充填性反映充填的緊松程度粉體學(xué)基礎(chǔ)2）顆粒的排列模型決定顆粒的充填粉體的流動(dòng)性與充填性粉體學(xué)基礎(chǔ)3）助流劑對(duì)充填性的影響助流劑粒徑較小，粉體混合時(shí)在粒子表面附著，減弱粒子間的黏附從而增強(qiáng)流動(dòng)性，增大充填密度。粉體的流動(dòng)性與充填性粉體學(xué)基礎(chǔ)粉體的吸濕性和潤(rùn)濕性

吸濕性(moistureabsorption)定義：固體表面吸附水分的現(xiàn)象對(duì)粉末的影響：降低流動(dòng)性、固結(jié)、潤(rùn)濕、液化、變質(zhì)，藥物的化學(xué)穩(wěn)定性粉體學(xué)基礎(chǔ)粉體的吸濕性和潤(rùn)濕性臨界相對(duì)濕度（CRH）粉體學(xué)基礎(chǔ)水溶性藥物的臨界相對(duì)濕度（CRH）CRHAB=CRHA×CRHB物料的CRH越小越易吸濕制劑意義：吸濕性指標(biāo)、控制環(huán)境、輔料選擇粉體的吸濕性和潤(rùn)濕性CRH產(chǎn)生的原因當(dāng)空氣中相對(duì)濕度達(dá)到某一值時(shí)，藥物表面吸附的水分溶解藥物形成飽和溶液，產(chǎn)生的蒸汽壓小于空氣中水蒸氣壓，使整個(gè)物料不斷吸濕。粉體學(xué)基礎(chǔ)常用藥物的臨界相對(duì)濕度（37℃）藥物名稱臨界相對(duì)濕度藥物名稱臨界相對(duì)濕度果糖53.5硫酸鎂86.6鹽酸匹羅卡品59苯甲酸鈉88重酒石酸膽堿63對(duì)氨基水楊酸鈉88尿素69鹽酸硫胺88枸櫞酸70硝酸鉀90.3苯甲酸鈉咖啡因71硝磺滅膿92酒石酸74氨茶堿92氯化鈉75菸酰胺92.8鹽酸苯海拉明77安替比林94.8水楊酸鈉78半乳糖95.5葡萄糖82乳糖96.9氯化鉀82.3抗壞血酸96蔗糖84.5菸酸99.5粉體的吸濕性和潤(rùn)濕性粉體學(xué)基礎(chǔ)

潤(rùn)濕性(wetting)定義：固體界面由固氣界面變?yōu)楣桃航缑娴默F(xiàn)象。接觸角：接觸角越小潤(rùn)濕性越好粉體的吸濕性和潤(rùn)濕性粉體學(xué)基礎(chǔ)黏附性與凝聚性黏附性(adhesion)

不同分子間產(chǎn)生的引力，粉體粒子與器壁間的黏附凝聚性(cohesion)

同分子間產(chǎn)生的引力產(chǎn)生黏附性與凝聚性的原因：1）干燥狀態(tài)下范德華力和靜電作用力；2）潤(rùn)濕狀態(tài)下形成液體橋/固體橋，干燥時(shí)結(jié)塊避免的方法：增大粒徑/加入助流劑/避免過(guò)濕粉體學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)回顧—粉體學(xué)基礎(chǔ)粉體粒子的性