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1、粉体学基础,第十三章 粉体学基础,中山大学药学院 胡海燕 Phone: 39943118 Address: Room120, SPS Building 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
2、,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,1,2,3,4,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
3、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；粒子的密度；粒子的性状系数（粒子为球体时=6，其它形状时一般为：=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Stokes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
4、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（particle size distribution）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(medium diameter)，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
5、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（microscopic method） 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m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ZBAS 2000图像分析仪,粉体粒子的性质,粉体学基础,2）库尔特计数法(Coulter
6、counter me thod） 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（sedimentation method） 利用液相中混悬粒子沉降速度，根据Stocks方程求出。Stocks方程适用于100m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,
7、如何测量 ？,粉体学基础,4）比表面积法（specific surface area method） 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100m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
8、学基础,粉体学基础,粉体学基础,粉体学基础,6）筛分法（sieving method） 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45m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（specific surface area）的表示方法,1）体积比表面积Sv Sv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Sm,SW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
9、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（gas adsorption method） 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（gas permeability method）,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 (true volume,Vt) 粒体积 (granule
10、 volume, Vg) 堆体积 (bulk volume, 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 （true density，t) t = m/Vt 粒密度 (granule density, g ): g = m/Vg 堆密度 (bulk density, b) b = m/Vb *比较： t g b,粉体学基础,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（flowab
11、ility),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（angle of repose) 300 400,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（flow velocity） 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：C20%
12、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,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
13、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( moisture absorption) 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=CRHACRHB 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
14、,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）,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
15、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,粉体粒子的性质 粒径（几何学、沉降相当径、筛分径、比表面积径） 粒径分布（频率、累积） 平均粒径（中位径） 测定方法（显微镜、筛分、激光粒度仪、比表面积） 密度与空隙率（真、粒、堆） 流动性与充填性（休止角、流出速度、压缩度） 吸湿性与润湿性（临界相对湿度） 黏附性与凝聚性（增大粒径/加入助流剂/避免过湿）,粉体学基础,粉体的压缩性质,压缩性（compressibility) 粉体在压力下减少体积的能力。 成形性（compactibility) 物料紧密结合形成一定形状的能力。 压缩成形性(片剂）,粉体学基础,压缩成形的机理 压缩后粒子间的距离很近，从而在粒子间产生范德华力、静电力等吸引力； 粒子在受压时产生的塑性变形使粒子间的接触面积增大； 粒子受压破碎而产生的新生表面有较大的表面自由能； 粒子在受压变形时相互嵌合而产生的机械结合力；,粉体的压缩性质,粉体学基础,物料在压缩过程中由于摩擦力而产生热，颗粒间支撑点处局部温度较高，使熔点较低的物料部分地熔融，解除压力后重新固化而在粒子间形成“固体桥”； 水溶性成分在粒子的接触点处析出结晶而形成“固体桥”等，以上是使物料成形
