粉體力學(xué)培訓(xùn)

,粉體學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)概述粉體學(xué)(micromeritics)是研究無數(shù)個(gè)固體粒子集合體的基本性質(zhì)及其應(yīng)用的科學(xué)。通常<100μm的粒子叫“粉”，容易產(chǎn)生粒子間的相互作用而流動(dòng)性較差；>100μm的粒子叫“?！?，較難產(chǎn)生粒子間的相互作用而流動(dòng)性較好。單體粒子叫一級(jí)粒子（primaryparticles)；聚結(jié)粒子叫二級(jí)粒子（secondparticle)。

粉體的物態(tài)特征：

①具有與液體相類似的流動(dòng)性；

②具有與氣體相類似的壓縮性；

③具有固體的抗變形能力。粉體學(xué)是藥劑學(xué)的基礎(chǔ)理論，對(duì)制劑的處方設(shè)計(jì)、制劑的制備、質(zhì)量控制、包裝等都有重要指導(dǎo)意義。一、粒子徑與粒度分布二、粒子形態(tài)三、粒子的比表面積第二節(jié)粉體粒子的性質(zhì)一、粒子徑與粒度分布粉體的粒子大小也稱粒度，含有粒子大小和粒子分布雙重含義，是粉體的基礎(chǔ)性質(zhì)。對(duì)于一個(gè)不規(guī)則粒子，其粒子徑的測(cè)定方法不同，其物理意義不同，測(cè)定值也不同。（一）粒子徑的表示方法幾何學(xué)粒子徑篩分徑有效徑表面積等價(jià)徑粒度分布（particlessizedistribution)表示不同粒徑的粒子群在粉體中所分布的情況，反映粒子大小的均勻程度。粒子群的粒度分布可用簡(jiǎn)單的表格、繪畫和函數(shù)等形式表示。（二）粒度分布

粒徑的測(cè)定方法與適用范圍（四）粒子徑的測(cè)定方法測(cè)定方法粒子經(jīng)(μm)

測(cè)定方法粒子經(jīng)(μm)光學(xué)顯微鏡0.5~

電子顯微鏡0.001~

篩分法40~

沉降法0.5~200庫爾特計(jì)數(shù)法1~600

氣體透過法1~100

氮?dú)馕椒?.03~1是將粒子放在顯微鏡下，根據(jù)投影像測(cè)得粒徑的方法，主要測(cè)定幾何粒徑。光學(xué)顯微鏡可以測(cè)定微米級(jí)的粒徑，電子顯微鏡可以測(cè)定納米級(jí)的粒徑。測(cè)定時(shí)應(yīng)避免粒子間的重疊，以免產(chǎn)生測(cè)定的誤差。主要測(cè)定以個(gè)數(shù)、面積為基準(zhǔn)的粒度分布。1.顯微鏡法（microscopicmethod）將粒子群混懸于電解質(zhì)溶液中，隔壁上設(shè)有一個(gè)細(xì)孔，孔兩側(cè)各有電極，電極間有一定電壓，當(dāng)粒子通過細(xì)孔時(shí)，粒子容積排除孔內(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)定粒徑與其分布。測(cè)得的是等體積球相當(dāng)徑，粒徑分布以個(gè)數(shù)或體積為基準(zhǔn)?；鞈覄?、乳劑、脂質(zhì)體、粉末藥物等可以用本法測(cè)定。2.庫爾特計(jì)數(shù)法（coultercountermethod）是液相中混懸的粒子在重力場(chǎng)中恒速沉降時(shí)，根據(jù)Stocks方程求出粒徑的方法。Stocks方程適用于100μm以下的粒徑的測(cè)定，常用Andreasen吸管法。測(cè)得的粒徑分布是以重量為基準(zhǔn)的。Stocks徑的測(cè)定方法還有離心法、比濁法、沉淀天平法、光掃描快速粒度測(cè)定法等。3.沉降法（sedimentationmethod）是利用粉體的比表面積隨粒徑的減少而迅速增加的原理，通過粉體層中比表面積的信息與粒徑的關(guān)系求得平均粒徑的方法?？蓽y(cè)定100μm的粒子，但不能測(cè)定粒度分布。4.比表面積法（specificsurfaceareamethod）是應(yīng)用最廣的測(cè)量方法。常用的測(cè)定范圍在45μm以上。方法：將篩子由粗到細(xì)按篩號(hào)順序上下排列，將一定量粉體樣品置于最上層中，振動(dòng)一定時(shí)間，稱量各個(gè)篩號(hào)上的粉體重量，求得各篩號(hào)上的不同粒徑重量百分?jǐn)?shù)，獲得以重量為基準(zhǔn)的篩分粒徑分布及平均粒徑。5.篩分法（sievingmethod）篩號(hào)與篩號(hào)尺寸：篩號(hào)常用“目”表示?！澳俊毕抵冈诤Y面的25.4mm（1英寸）長度上開有的孔數(shù)。如開有30個(gè)孔，稱30目篩，孔徑大小是24.5mm/30再減去篩繩的直徑。所用篩繩的直徑不同，篩孔大小也不同。因此必須注明篩孔尺寸。各國的標(biāo)準(zhǔn)篩號(hào)及篩孔尺寸有所不同，中國藥典在R40/3系列規(guī)定了藥篩的九個(gè)篩號(hào)。5.篩分法（sievingmethod）系指一個(gè)粒子的輪廓或表面上各點(diǎn)所構(gòu)成的圖像。定量描述粒子幾何形狀的方法：形狀指數(shù)（shapeindex）和形狀系數(shù)（shapefactor）。將粒子的各種無因次組合稱為形狀指數(shù)，將立體幾何各變量的關(guān)系定義為形狀系數(shù)。二、粒子形態(tài)三、粒子的比表面積（一）比表面積的表示方法粒子的比表面積(specificsurfacearea)的表示方法根據(jù)計(jì)算基準(zhǔn)不同可分為體積比表面積SV和重量比表面積SW。

Sw=6/

dvs；

Sv=6/dvs

Sw,Sv分別為重量和體積比表面積，

為粒子真密度，dvs體積面積平均數(shù)徑。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)算無孔粒子和高度分散粉末的平均粒徑。直接測(cè)定粉體比表面積的常用方法有：

氣體吸附法氣體透過法氣體透過法只能測(cè)粒子外部比表面積，粒子內(nèi)部空隙的比表面積不能測(cè)，因此不適合用于多孔形粒子的比表面積的測(cè)定。還有溶液吸附、浸潤熱、消光、熱傳導(dǎo)、陽極氧化原理等方法。（二）比表面積的測(cè)定方法第三節(jié)粉體的密度與空隙率（一）粉體密度的概念粉體的密度系指單位體積粉體的質(zhì)量。由于粉體的顆粒內(nèi)部和顆粒間存在空隙，粉體的體積具有不同的含義。粉體的密度根據(jù)所指的體積不同分為：真密度、顆粒密度、松密度三種。一、粉體的密度1.真密度（truedensity)ρt是指粉體質(zhì)量（W）除以不包括顆粒內(nèi)外空隙的體積（真體積Vt）求得的密度。ρt=w/Vt2.顆粒密度（granuledensity)ρg是指粉體質(zhì)量除以包括開口細(xì)孔與封閉細(xì)孔在內(nèi)的顆粒體積Vg所求得密度。ρg=w/Vg是指粉體質(zhì)量除以該粉體所占容器的體積V求得的密度，亦稱堆密度。填充粉體時(shí)，經(jīng)一定規(guī)律振動(dòng)或輕敲后測(cè)得的密度稱振實(shí)密度（tapdensity）ρbt。3.松密度（bulkdensity)ρbρb=w/Vt若顆粒致密，無細(xì)孔和空洞，則ρt=ρg

一般：ρt≥ρg

＞ρbt

≥ρb1.真密度與顆粒粒度的測(cè)定：常用的方法是用液體或氣體將粉體置換的方法。（1）液浸法：采用加熱或減壓脫氣法測(cè)定粉體所排開的液體體積，即為粉體的真體積。當(dāng)測(cè)定顆粒密度時(shí)，方法相同，但采用的液體不同，多采用水銀或水。（2）壓力比較法常用于藥品、食品等復(fù)雜有機(jī)物的測(cè)定。（二）粉體密度的測(cè)定方法將粉體裝入容器中所測(cè)得的體積包括粉體真體積、粒子內(nèi)空隙、粒子間空隙等。測(cè)量容器的形狀、大小、物料的裝填速度及裝填方式等均影響粉體體積。不施加外力時(shí)所測(cè)得的密度為最松松密度，施加外力而使粉體處于最緊充填狀態(tài)下所測(cè)得的密度是最緊松密度。最終振蕩體積不變時(shí)測(cè)得的振實(shí)密度即為最緊松密度。2.松密度與振實(shí)密度的測(cè)定空隙率（porosity）是粉體層中空隙所占有的比率。粒子內(nèi)孔隙率

內(nèi)=Vg-Vt/Vg=1-

g/

t粒子間孔隙率

間=V-Vg/V=1-

b/

g

總孔隙率

總=V-Vt/V=1-

b/

t二、粉體的空隙率第四節(jié)粉體的流動(dòng)性與充填性粉體的流動(dòng)性（flowability）與粒子的形狀、大小、表面狀態(tài)、密度、空隙率等有關(guān)。對(duì)顆粒劑、膠囊劑、片劑等制劑的重量差異以及正常的操作影響很大。粉體的流動(dòng)包括重力流動(dòng)、壓縮流動(dòng)、流態(tài)化流動(dòng)等多種形式。一、粉體的流動(dòng)性1.增大粒子大小對(duì)于粘附性的粉狀粒子進(jìn)行造粒，以減少粒子間的接觸點(diǎn)數(shù)，降低粒子間的附著力、凝聚力。2.粒子形態(tài)及表面粗糙度球形粒子的光滑表面，能減少接觸點(diǎn)數(shù)，減少摩擦力。3.含濕量適當(dāng)干燥有利于減弱粒子間的作用力。4.加入助流劑的影響加入0.5%～2%滑石粉、微粉硅膠等助流劑可大大改善粉體的流動(dòng)性。但過多使用反而增加阻力。粉體流動(dòng)性的影響因素與改善方法粉體的填充性的表示方法粉體的填充性是粉體集合體的基本性質(zhì)，在片劑、膠囊劑的填充過程中具有重要意義。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)、配位數(shù)(coordinationnumber)來表示。二、粉體的填充性顆粒的排列模型顆粒的裝填方式影響到粉體的體積與空隙率。粒子的排列方式中最簡(jiǎn)單的模型是大小相等的球形粒子的充填方式。Graton-Fraser模型。助流劑對(duì)充填性的影響助流劑的粒徑一般為40μm左右，與粉體混合時(shí)在粒子表面附著，減弱粒子間的粘附從而增強(qiáng)流動(dòng)性，增大充填密度。用量為0.05%-0.1%(w/w)。第五節(jié)粉體的吸濕性與潤濕性吸濕性(moistureabsorption)是指固體表面吸附水分的現(xiàn)象。危害：可使粉末的流動(dòng)性下降、固結(jié)、潤濕、液化等，甚至促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)而降低藥物的穩(wěn)定性。藥物的吸濕特性可用吸濕平衡曲線表示。一、吸濕性水溶性藥物在相對(duì)濕度較低的環(huán)境下，幾乎不吸濕，而當(dāng)相對(duì)濕度增大到一定值時(shí)，吸濕性急劇增加，一般把這個(gè)吸濕量開始急劇增加的相對(duì)濕度稱為臨界相對(duì)濕度(criticalrelativehumidity,CRH)。（一）水溶性藥物的吸濕性混合物的吸濕性：水溶性物質(zhì)的更強(qiáng)，根據(jù)Elder假說，水溶性藥物混合物的CRH約等于各成分CRH的乘積，而與各成分的量無關(guān)。

CRHAB=CRHA·CRHB使用Elder方程的條件是各成分間不發(fā)生相互作用，因此該假說不適用于含同離子或水溶液中形成復(fù)合物的體系。測(cè)定CRH的意義：(1)CRH值可作為藥物吸濕性指標(biāo)，一般CRH愈大，愈不易吸濕；(2)為生產(chǎn)、貯藏的環(huán)境提供參考；(3)為選擇防濕性輔料提供參考，一般應(yīng)選擇CRH值大的物料作輔料。(二)水不溶性藥物的吸濕性水不溶性藥物的吸濕性隨著相對(duì)濕度的變化而緩慢發(fā)生變化，沒有臨界點(diǎn)。水不溶性藥物的混合物的吸濕性具有加和性。潤濕性(wetting)是指固體界面由固-氣界面變?yōu)楣?液界面現(xiàn)象。粉體的潤濕性對(duì)片劑、顆粒劑等到固體制劑的崩解性、溶解性等具有重要意義。固體的潤濕性用接觸角θ表示。液滴在固體表面上所受的力達(dá)平衡時(shí)符合Yong’s公式：γsg=γsl+γlgcosθ

式中，γsg、γsl、γlg分別固-氣、固-液、氣-液間的界面張力。二、潤濕性(一)潤濕性θ=0o，完全潤濕；θ=180o，完全不潤濕；θ=0-90o，能被潤濕；θ=90-180o，不被潤濕。1.將粉體壓縮成平面水平放置后滴上液滴直接由量角器測(cè)定。2.在圓筒管里精密充填粉體下端用濾紙輕輕堵住后接觸水面，測(cè)定水在管內(nèi)粉體層中上升的高度與時(shí)間。根據(jù)Washburn公式計(jì)算接觸角：h2=rtYlcosθ/2η式中，h為t時(shí)間內(nèi)液體上升的高度；Yl、η分別為液體的表面張力與粘度；r為粉體層內(nèi)毛細(xì)管半徑。由于毛細(xì)管半徑不好測(cè)定，常用于比較相對(duì)潤濕性。（二）接觸角的測(cè)定方法第六節(jié)粘附性與凝聚性粘附性(adhesion)是指不同分子間產(chǎn)生的引力，如粉體粒子與器壁間的粘附。凝聚性(cohesion，粘著性)是指同分子間產(chǎn)生的引力，如粉體粒子之間發(fā)生粘附而形成聚集體(randomfloc)。產(chǎn)生粘附性和凝聚性的原因：1、在干燥狀態(tài)下主要是由于范德華力與靜電力發(fā)揮作用；2、在潤濕狀態(tài)下主要由于粒子表面存在的水分形成液體橋或由于水分的蒸發(fā)而產(chǎn)生固體橋發(fā)揮作用。第七節(jié)粉體的壓縮性質(zhì)壓縮性(compressibility)表示粉體在壓力下體積減少的能力。成形性(compactibility)表示物料緊密結(jié)合成一定形狀的能力。粉體的壓縮性和成形性簡(jiǎn)稱壓縮成形性。壓縮成形理論以及各種物料的壓縮特性，對(duì)于處方篩選與工藝選擇具有重要意義。一、粉體的壓縮特性（一）壓縮力與體積的變化粉體的壓縮過程中伴隨著體積的縮小，固體顆粒被壓縮成緊密的結(jié)合體，然而其體積的變化較復(fù)雜。粒子經(jīng)過滑動(dòng)或重新排列彈性變形塑性變形或破碎以塑性變形為主的固體晶格壓密過程？（二）壓縮循環(huán)圖1.壓縮過程中力的分析

Fa-上沖力

Fb-下沖力

Fr-徑向傳遞力

Fd-模壁摩擦力①徑向力與軸向