第十三章_粉体学基础

第十三章 粉体学基础
医学院 王秀敏 Wangxm@xmu.edu.cn
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复习： 药物稳定性的实验方法
• 影响因素试验（高温试验：60℃，40 ℃ ； 高湿度试验：90%，75%）；强光照射试 验：4500500 Lx）
• 加速试验（ 40℃ ，相对湿度75%； 30℃ ， 相对湿度60%； 25℃ ，相对湿度60% ）
各国的标准筛号及筛孔尺寸有所不同，中国药典规定 了药筛的九个筛号。
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二、粒子形态
• 粒子的形状系指一个粒子的轮廓或表面上各点所 构成的图像 。粒子的形状千差万别。描述粒子形 态的语言术语也很多，为了用数学方式定量地描 述粒子的几何形状，习惯上将粒子的各种无因次 组合称为形状指数（shape index），将立体几何 各变量的关系定义为形状系数（shape factor）。
• 长期试验（25℃ ，相对湿度60% ；6℃）
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名词解释：有效期（制剂）、 CRH
• 处方因素能够影响药物制剂的稳定性 pH、广义的酸碱催化、溶剂、离子强度、表面活性
剂、某些辅料（处方中基质或赋形剂）
外界因素能够影响药物制剂的稳定性包括温度、光 线、空气（氧）、金属离子、湿度和水分、包装材 料。
同的球体直径，记作Ds，外表面积S=πDs2。 用透过法、吸附法测得。平均径，不能求粒
度分布。
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(3)等比表面积球相当径，与粒子的比表面积 相同的球体直径，记作Dsv， Dsv = Dv3/ Ds2。 测定方法同等表面积球相当径方法。
(4)﹡有效径：沉降速度相当径，与粒子在液相中具
有相同沉降速度的球形颗粒的直径。该粒径根据
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三、粒子的比表面积
（一）比表面积的表示方法
比表面积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
单位体积粉体的表面积，Sv，cm2/cm3。
s d2n 6
Sv v d3
d
n
6
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2．重量比表面积
单位重量粉体的表面积，Sm，cm2/g。
s
d2n
6
Sw
w
d3n
体分子的断面积A，形成单分子层的吸附量Vm，比表 面积Sw： SwA2V2m460.002 12 03
常用吸附用气体为氮气。
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Vm可通过BET公式计算：
p 1 C1 p V(p0p) VmC Vm p0
2．气体透过法 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。
（1）筛分原理 利用筛孔将粉体机械阻挡的分级方法。 将筛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，求各筛号上的不同粒级重量百分数， 由此获得以重量基准的筛分粒径分布及平均粒径。
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（2）筛号与筛孔尺寸 筛号常用“目”表示。“目” 是指在筛面的 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25.4mm/30 - 筛绳的直 径。因此必须注明筛孔尺寸，
1．真密度与颗粒密度的测定 实质上是测定粉体的真体积和颗粒体积的。方 法是将粉体用液体或气体置换的方法测得。
（1）液浸法
将粉体浸入液体中，采用加热或减压法脱气
后，测定粉体排出液体的体积。求真密度时，
将颗粒研细，消除开口与闭口细孔，使用易
润湿粒子表面的液体；测颗粒密度时，使用
与颗粒物质接触角大，难于浸入开口细孔的
个数基准、质量基准、面积基准、体积基准、长 度基准等。测定基准不同，粒度分布曲线大不一样， 不同基准的粒度分布理论上可以换算。
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•在粉体处理过程中应用较多的是质量和
个数基准分布。
• 频率粒度分布和累积粒度分布表，频率分布与累 积分布图。（p319-320)
• 用筛分法测定累积分布时，小于某筛孔直径的累 积分布叫筛下分布；大于某筛孔直径的累积分布 叫筛上分布。筛上和筛下累积分布函数F(x)、 R(x)与频率分布函数f(x)之间的关系式如下：
• 粒子是指粉体中不能再分离的运动单位， 制药行业中常用的粒子大小范围从药物原 料粉的1μm到片剂的10mm。因此，通常 说的“粉末”、“粉粒”或“粒子”都属 于粉体的范畴。
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• ≤100μm的粒子叫“粉”，＞100μm的粒子叫 “粒”。
• 组成粉体的单元粒子①单体的结晶（单一结晶粒 子，一级粒子）；②多个粒子聚结在一起的粒子 （二级粒子）
d
6
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。 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。
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（二）比表面积的测定方法
气体吸附法和气体透过法。 1．气体吸附法 在一定温度下1g粉体所吸附的气体体积对气体 压力绘图可得吸附等温线。被吸附在粉体表面 的气体在低压下形成单分子层，如果已知一个气
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3．松密度ρb
定义
粉体质量除以该粉体所占 容器的体积V求得的密度， 亦称堆密度，即ρb=W/V， 如图所示。填充粉体时， 经一定规律振动或轻敲后 测得的堆密度称振实密度 ρbt（tap density）。
若颗粒致密、无细孔和空洞，则ρt=ρg；一般
情况下ρt≥ρg＞ρbt≥ρb。
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（二）粉体密度的测定方法
Stokes方程计算所得，因此又称Stokes径，记作DStk。
Dstk
(p
18 l )
g
h t
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3．筛分径
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 为筛分径。记作DA。
ab DA 2
DA ab
• a:粗筛网直径，b:细筛网直径。粒径范围， 即（-a+b ），表示粒径小于a，大于b。
• 有效径的测定法还有离心法、比浊法等。
4．比表面积法
•粉体的比表面积随粒径的减少而增加，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，不 能求粒度分布。测定范围为100μm以下。 •粉体的比表面积可用吸附法和透过法测定。
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5．筛分法
• 粒径分布测量中使用最早、应用广、最简单和快速 的方法。测定范围在45μm以上。
定方向等分径，即 一定方向的线将粒 子的投影面积等份 分割时的长度。
（3）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。
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2. 球相当径
(1)等体积球相当径，与粒子的体积相同的球 体直径，用库尔特计数器测得。记作DV，粒 子的体积V=DV3/6。
(2)等表面积球相当径，与粒子的表面积相
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图13-10，粉体密度根据体积的含义不同具有 不同的定义。相应于各种密度为：
1．真密度ρt 粉体质量（W）除以不包颗 粒内外空隙的体积（真体积 Vt）求得的密度，即 ρt=W/Vt，如图13-10（a） 中的斜线部分所示。
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2．颗粒Hale Waihona Puke Baidu度ρg
粉体质量除以包括开口 细孔及封闭细孔在内的 颗粒体积所求得密度， 如图中斜线部分所示， 可用公式表示为 ρg=W/Vg。
（1）三轴径
长轴径L 、短轴径b 、厚度h 反映粒子的实际尺寸。
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（2）定方向径（投影径）
I: 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。
II: 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。
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III: Martin径
粉体层的比表面积Sw与气体流量、阻力、粘度 等关系可用Kozeny-Carman公式表示：
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14 APt 2 Sw LQ(1)2
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。
第三节 粉体的密度及空隙率
一、粉体的密度
由于颗粒内部含有的空隙以及颗粒间的空隙等， 粉体体积有不同的含义。
• 测定原理如图所示。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 定粒径及其分布。
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•测得粒径为等体 积球相当径，求 得以个数基准或 体积基准的粒度 分布。混悬剂、 乳剂、脂质体、 粉末药物等可用 本法测定。
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3．沉降法
• 液相中混悬粒子沉降速度，根据Stokes方程求出。 适用于100μm以下的粒径的测定。
• 在粉体的处理过程中由范德华力、静电力等弱结 合力的作用而生成的不规则絮凝物和由粘合剂的 强结合力的作用聚集在一起的聚结物都属于二级 粒子。
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• 粉体粒子群具有与液体相类似的流动性；具有与气 体相类似的压缩性；也具有固体的抗变形能力，常 把“粉体”视为第四种物态来处理。
• 大小及形状、孔隙、粒子间的相互作用力不同，粉 体的性质不能象气体、液体那样用数学模式描述或 定义。
1/ 2
n
nd 3 /
1/ 3
n
50
/ Sw
示。
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*（四）粒子径的测定方法
粒子径的测定原理不同，可测定的粒径范围也不同。
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1．显微镜法
根据投影像测得粒径的方法，主要测定几何学 粒径。主要测定以个数、面积为基准的粒度分布。
2. 库尔特记数法（Coulter counter method）
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（二）粒度分布
﹡粒度分布：不同粒径的粒子群在粉体中所分布的情 况，反映粒子大小的分布情况。 多数粉体由粒径不等的粒子群组成，存在粒度分布。 粒度分布可用表格、绘图和函数等形式表示。
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1. 频率分布与累积分布
频率分布表示各个粒径相对应的粒子群 占全体粒子群的百分数（微分型）。
累积分布表示小于（或大于）某粒径的粒子群占 全粒子群的百分数（积分型）。 百分数基准可用
粒子的大小是决定粉体其它性质的最基本 的性质。由于组成粉体的各粒子的形态不规则， 各方向的长度不同，很难象球体、立方体等规 则粒子以特征长度表示其大小。
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• 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。
（一）粒子径的表示方法
1．几何学粒子径 根据几何学尺寸定义的粒子径。
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（一）形状指数
1．球形度 球形度（真球度），表示粒子接近球体的程度。
s Dv2/S
Dv：粒子的球相当径（ Dv(6V/)1/3）；
S：粒子的实际体表面积。
实际上
粒子投影面相当径
粒子投影面最小外接直圆径
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2．圆形度 粒子的投影面接近于圆的程度：
c D H/L
DH：Heywood径； L：粒子的投影周长。
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dF(x) dR(x)
f(x)
dx
dx
F(x)R(x)1
x
0 f (x)dx 1
（三）平均粒子径
• 为了求粒子群的平均粒径，首先要求出粒径，然
后求其平均值。求平均值的方法见下表。
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各种平均粒径
名称 1. 算术平均径 2. 几何平均径 3. 调和平均径
第一节 众数径 第二节 中位径 第三节 长度平均径 第四节 面积平均径 第五节 重量平均径 第六节 平均面积径 第七节 平均体积径 11. 比表面积径
• 在医药产品中固体制剂约占70%～80%，涉及的操作 有粉碎、分级、混合、制粒、干燥、压片等。多数 固体制剂根据不同需要进行粒子加工以改善粉体性 质，满足产品质量和粉体操作的要求。
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•
粉体技术为固体制剂的处方设计、生产以及质
量控制等提供重要的理论依据和试验方法。
第二节 粉体粒子的性质
一、粒子径与粒度分布
（二）形状系数
将平均粒径为D，体积为Vp ，表面积为S的粒
子的各种形状系数表示如下。
1. 体积形状系数φv
v Vp /D3
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2． 表面积形状系数φs
s S/ D2
3． 比表面积形状系数φ
表面积形状系数与体积形状系数之比。
s /v
•球体、立方体的φ=6。某粒子的φ越接近于6，
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，常见粒子的比表面积形状 系数在6~8。
在制药行业中最
公 式 常用的平均径为
nd / n
中位径，也叫中 (
d n1 1
d
n2 2
d
n n
n
)1/ n
值径，在累积分 n / (n / d)
频数最多的粒子直径
布中累积值正好 累积中间值（D50）
nd 2 / nd
为50%所对应的 nd3 / nd 2
nd 4 / nd 3
粒子径，用D 表 nd2 /
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内容纲要
• 介绍粉体的各种基本性质、这些性质的不同表 示方法以及测定方法。
• 粉体的性质包括 基础性质（粒子大小、粒度分布、形状等） 其他性质（比表面积、密度与空隙率、流动性 与充填性、吸湿性与润湿性、粘附性与凝聚性、 压缩成形性。
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第一节 概述
• 定义 粉体：无数个固体粒子的集合体的 总称。粉体学(micromeritics)：研究粉体 的基本性质及其应用的科学。