药剂学课件11

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1、第六章 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,粉体的粒子大小也称粒度，是在空间范围所占据的线性尺寸，是决定粉体其他性质的基础。含有

2、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。,第二节 粉体的基本性质,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,沉降速度相当径,(2)定方向径（投影径）： 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，记作Df。 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，记作Dm 。 定方向最大

3、径：即在一定方向上分割粒子投影面的最大长度,记作Dk 。 (3) 圆相当径：即与粒子的投影面积相同圆的直径，常用DH表示。,（4）球相当径体积等价径：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。粒子的体积V=Dv3/6表面积相当径：与粒子的表面积相等球的直径，记作Ds。比表面积相等径：与粒子的比表面积相等球的直径，记作Dsv。,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。该粒径根据Stocks方程计算所得，因此有叫Stocks径，记作 DStk。,2 沉降速度相当径,DStk=,18,(p -1) g, ,1/2,式中， p ，1分别表示被测粒子与液相的密度

4、； 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,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,频率分布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） 累积分布表示小于或大于某粒径的粒

5、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、质量基准、面积基准、体积基准、长度基准等表示。 表示粒度分布时必须注明测定基准，不同的测定基准，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。,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,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

6、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,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,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以下的粒径的测定，

7、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,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以下的粒子，但不能测定粒度分布。,4.比表面积法,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,系指一个粒子的

8、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：形状指数和形状系数。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,1. 球形度也叫真球度，表示粒子接近球体的程度。 某粒子的球形度越接近于1，该粒子越接近于球。,（一）形状指数,=,粒子投影面相当径,粒子投影最小外接圆直径,2. 圆形度：表示粒子的投影面接近于圆的程度。,c= DH/L,式中，DHHeywood 径(DH=(4A/)1/2)；L粒子的投影周长。,将平均粒径为D，体积为Vp，表面积为S的粒子的各种形态系数包括：1.体积形态系数 v=Vp/D32.表面积形态系数 s=S/D23.

9、比表面积形态系数 = s/v 粒子的比表面积形状系数越接近于6，该粒子越接近于球体或立方体，不对称粒子的比表面积形态系数大于6，常见粒子的比表面积形状系数在68范围内。,（二）形状系数,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(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。 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

10、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 粉体的性质,（一）粉体密度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、堆密度三种。,一、密度与空隙率,1.真密度t,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。,t = w/Vt,2.颗粒密度g,是指粉体质量除

11、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。,g = 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。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（tap density） bt。,3.堆密度b,b= w/Vt,若颗粒致密，无细孔和空洞，则t = g 一般： t g bt b,1.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。,粉体密度的测定方法,

12、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。 颗粒内空隙率内=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）空隙率,例1： 将真密度为1.5g/cm3的粉体装满一定容积的容器中，测的粉体的重

13、量为45g，空隙率为70%。在同一容器中装满真密度为1.2g/cm3的粉体，测的重量为30g，求其空隙率。V = 45/(1.5*(1-70%) = 100ml空隙率= (100-30/1.2)/100 = 75%,（一）粉体的流动性 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。,二、粉体的流动性与充填性,静止状态的粉体堆积 体自由表面与水平面之间的夹角为休止角，用表示， 越小流动性越好。 tan=h/r 常用的测定方法有注入法、排

14、出法、倾斜角法等，测定方法不同所得数据有所不同，重现性差。 粘性粉体或粒径小于100200m的粉体粒子间相互作用力较大而流动性差，相应地所测休止角较大。,粉体流动性的评价与测定方法,1. 休止角,是将物料加入漏斗中，测量全部物料流出所需的时间，即为流出速度。 粉体流动性差时可加入100 m的玻璃球助流。 流出速度越大，粉体流动性越好。,2. 流出速度(flow velocity),C=(f - 0)/ f 100% 式中， C为压缩度；0为最松密度；f为最紧密度。 压缩度是粉体流动性的重要指标，其大小反映粉体的凝聚性、松软状态。 压缩度20%以下流动性较好。压缩度增大时流动性下降。,3. 压缩

15、度( compressibility),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.粒子密度： 粒子密度大有利于流动。 4.含湿量：适当干燥有利于减弱粒子间的作用力。 5.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、松密度、空隙率、空隙比、充填

16、率、配位数来表示。,（二）粉体的填充性,助流剂对充填性的影响,助流剂的粒径一般为40m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)。,吸湿性(moisture absorption)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,三、粉体的吸湿性与润湿性,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(critical relative humidity, CRH)。,1 水溶性药物的吸湿性,