药剂学第六章粉体学基础教程

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1、第六章第六章 粉体学基础粉体学基础 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 100m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（primary particles)； 聚结粒子叫二级粒子（second particle)。 粉体的物态特征： 具有与液体相类似的流动性； 具有与气体相类似的压缩性； 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

2、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。 1.几何学粒子径 根据几何学尺寸定义的粒子径，一般用 显微镜法、库尔特计数法等测定。 (1)三轴径：在粒子的平面投影图上测定长 径l与短径b，在投影平面的垂直方向测 定粒子的厚度h。反映粒子的实际尺寸。 （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 (2)定向径（投影径）： Feret径(或Green径) ：定方向接线径，即 一定方向的平行线将粒子的投影面外接时 平行线间的距离。 Mar

3、tin径：定方向等分径，即一定方向 的线将粒子投影面积等份分割时的长度。 Krummbein径：定方向最大径，即在一 定方向上分割粒子投影面的最大长度。 (3)圆相当径： Heywood径：投影面积圆相当径，即与粒子 的投影面积相同圆的直径，常用DH表示。 equivalent perimeter diameter：等投影面周 长相当径，记作DL。 (4)球相当径： 体积等价径（equivalent volume diameter) ：与粒子的体积相同的球体直径，也叫球相 当径。用库尔特计数器测得，记作Dv。 表面积相当径：记作DS，将粒子的表面积当 做球的表面积计算求得的直径。 与欲测粒子具

4、有等比表面积的球的直径， 记作DSV。采用透过法、吸附法测得比表 面积后计算求得。 这种方法求得的粒径为平均径，不能求粒 度分布。 DSV =/SW 式中，SW比表面积积，粒子的性状 系数，球体时时=6，其他形状时时一般情况 下=6.58。 比表面积相当径（equivalent specific surface diameter） 粒径相当于在液相中具有相同沉降速度 的球形颗粒的直径。该粒经根据Stocks 方程计算所得，因此有叫Stocks 径或有 效径（effect diameter） ，记作 DStk. 2.沉降速度相当径 DStk= 18 (p -1) g h t 1/2 式中， p

5、，1分别表示被测粒子与液相的密度； 液相的粘度；h等速沉降距离；t沉降时间。 又称细孔通过相当径。当粒子通过粗筛网 且被截留在细筛网时，粗细筛孔直径的算 术或几何平均值称为筛分经，记作DA 。 3.筛分径（sieving diameter） 算术平均径 DA=(a+b)/2 几何平均径DA=(ab)1/2 式中，a粒子通过的粗筛网直径； b粒子被截留的细筛网直径。 粒径的表示方式是（-a+b），即粒径小于a，大于b 。 粒度分布（particles size distribution) 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

6、和函数等形式表示。 （二）粒度分布 频率分布（frequncy size distribution ）表示与各个粒径相对应得粒子在全粒 子群中所占的百分数（微分型） 累积分布（cumulative size distribution)表示小于（pass）或大于 （on）某粒径的粒子在全粒子群中所占 的百分数（积分型）。 1. 频率分布与累积分布 百分数的基准可用个数基准（count basis）、质量基准（mass basis）、面 积基准（surface basis）、体积基准（ volumn basis）、长度基准（length basis）等表示。 表示粒度分布时必须注明测定基准，不同

7、的测定基准，所获得的粒度分布曲线也不 一样。 不同基准的粒度分布理论上可以互相换算 。 实际应用较多的是质量和个数基准分布。 粒径 （m） 频率粒度分布累积粒度分布 质量 （%） 个数 （%） 质量（%） 个数（%） 粒径 粒径粒径 粒径 20 2025 2530 3035 3540 4045 45 6.5 15.8 23.2 23.9 24.3 8.8 7.5 19.5 25.6 24.1 17.2 7.6 3.6 2.4 100.0 93.5 77.7 54.5 30.6 16.3 7.5 6.5 22.3 45.5 69.4 83.7 92.5 100.0 100.0 80.5 54.9

8、 30.8 13.6 6.0 2.4 19.5 45.1 69.2 86.4 94.0 97.6 100.0 频率粒度分布和累积粒度分布表 （百分含量的基准采用个数基准和质量基准） 是指由不同粒径组成的粒子群的平均粒 径。中位径是最常用的平均径，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。 （三）平均粒子径 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(m) 测定方法 粒子经(m) 光学显微镜 0.5 电子显微镜 0.001 筛分法 40 沉降法 0.5200 库尔特计数法 1600 气体透过法 1100 氮气吸附法 0.031 是将粒子

9、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（microscopic method） 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。

10、 2.库尔特计数法（coulter counter method） 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100m以下的粒径的 测测定，常用Andreasen吸管法。测测得的粒 径分布是以重量为为基准的。 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（sedimentation method） 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100m的粒子，但不能测测定粒度 分布。 4. 比表面积法（sp

11、ecific surface area method） 是应用最广的测量方法。常用的测定范围 在45m以上。 方法：将筛筛子由粗到细细按筛筛号顺顺序上下 排列，将一定量粉体样样品置于最上层层中， 振动动一定时间时间 ，称量各个筛筛号上的粉体 重量，求得各筛筛号上的不同粒径重量百分 数，获获得以重量为为基准的筛筛分粒径分布及 平均粒径。 5. 筛分法（sieving method） 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。

12、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（sieving method） 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 。表中列出一 些国家标准筛 系的对照关系 ，我国常用的 标准筛号与尺 寸见表右。 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 （shape index）和形状系数（shape factor）。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 （一）形状指数 1球形度

13、球形度（degree of sphericility）亦称真球度 ，表示粒子接近球体的程度。 式中，Dv粒子的球相当径；S粒子的实际体 表面积。一般不规则粒子的表面积不好测定，用 式计算更实用。 2圆形度 圆形度（degree of circularity）表示 粒子的投影面接近于圆的程度： 式中：DHHeywood径；L粒子的投影周 长。 投影面积圆相当径， 是与粒子投影面积相 同的圆的直径. （二）形状系数 1.体积形状系数v 在以下各公式中: D平均粒径;Vp 体积；S 表面积 。 显然，立方体的形状系数为1,球体的形 状系数为/6 。 Vp=4r3/3=D3 /6 2. 表面积形状系数

14、s 显然,球体的表面积形状系数为；立方体的表 面积形状系数为6。 3.比表面积形状系数 用表面积形状系数与体积形状系数之比表示。 球体和立方体的=6。某粒子的越接近于6， 则它越接近于球体或立方体，不对称粒子的比表 面积形状系数大于6，常见粒子的在68范围 。 S球=D2 /6 三、粒子的比表面积 （一）比表面积积的表示方法 粒子的比表面积（specific surface area） 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。 1体积比表面积Sv Sv是单位体积粉体的表面积（cm2/cm3）。 2重量比表面积Sm Sm是单位重量粉体的表面积（cm2/g）。 比表面

15、积是表征粉体中粒子大小的一种 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。比表面积不仅对粉体性质、而且对制 剂性质和药理性质都有重要意义。 （二）比表面积的测定方法 1气体吸附法（gas adsorption method） 本法的基本原理在于：气体（或液体）可以 吸附在粒子表面上，比表面积愈大的粒子所吸附 气体（或液体）的愈多。可用一定温度下，1g粉 体所吸附的气体体积V 对气体压力p 做图，即可 制得吸附等温线。 被吸附在粉体表面的气体，在低压下形成单 分子层，在高压下形成多分子层。 如果已知一个气体分子的断面积A，形成单分 子层的吸附量Vm，可用下面的公式计算该粉体的 比表面积Sw，常用的吸附用气体为氮气。 式中的Vm可通过BET（Brunauer， Emmett，Teller）公式计算： 、 式中,V在p压力下粉体吸附气体的量,mol/g ；p0实验室温度下吸附气体饱和蒸汽压，Pa ，为常数。在一定实验温度下,测定一系列p 对V的数值，用p/V（p0-p）对p/p0绘图，可 得直线，由直线的斜率与截距即可求得Vm。 2.气体透过法（gas permeability method） 气体通过粉体层时，由于气体透过粉体 层的空隙而流动，所以气体的流动速度与阻 力受粉体层的表面积大小（或粒子大小）的 影响。粉体层的比表