第十章 粉体学基础

第十章粉体学基础

第一节概述

粉：小于等于100微米粒：大于100微米

单一粒子为一级粒子，单一粒子聚结体为二级粒子

第二节粉体的基本性质

基本性质：粉体的粒径及其分布和总表面积，单一粒子的形态及表面积

一、粒径及粒径分布

（一）粒径的表示方法

1、几何学粒径

1）三轴径：在粒子平面图上测定的长径l,短径b和高度h

2）定方向径：在粒子平面投影图上测得的特征径

a)Feret:径：定方向接线径，在粒子投影图上画出外接平行线，其平行线见得距

离即是定方向径

b）Krummbein：定方向最大径，用一直线将粒子投影面按一定方向进行分割，

分割的最大长度为定方向最大径

c）Martin：定方向等分径，用一直线将粒子投影面按一定方向进行分割，恰好

将投影面积等分时的长度为定方向等分径

3）圆相当径

a)Heywood：投影面积圆相当径,系与粒子投影面积相同的圆的直径

b)周长圆相当径：系与投影面积周长相等的圆的直径

4）球相当径

a)球体积相当径：与粒子体积相同的球体的体积

b)球面积相当径：与粒子体表面积相同的球体的直径

5)纵横比：系颗粒的最大轴长度与最小轴长度之比

2、筛分径：细孔通过相当径

3、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的直径

4、比表面积等价径：与粒子具有相同比表面积的球的直径

5、空气动力学相当径：空气动力学径，与不规则粒子具有相同动力学行为的单位密度

球体的直径

（二）粒径分布

频率分布：表示各个粒径所对应的粒子在全体粒子群中所占的百分数

累计分布：表示小于或大于某粒径的粒子在全体粒子群中所占的百分数

粒度分布基准：个数基准、质量基准、面积基准、体积基准、长度基准

（三）平均粒径：

中位径：中值径，累计分布图中累计正好为50%所对应的粒径

众数粒径：颗粒出现最多的粒度值，即频率分布曲线的最高峰值

（四）粒径的测定方法

显微镜法或筛分法测定药物制剂的粒子大小和限度，光散射法测定原料药或药物制剂的粒度分布

1、显微镜法：将粒子放在显微镜下，根据投影测定等价粒径

2、筛分法：筛孔机械阻挡的分级方法

3、沉降法：液相中混悬粒子的沉降速度

4、库尔特计数法：电阻法，等体积球的相当径

5、激光散射/衍射法：光传播遇到颗粒阻挡发生散射，颗粒越大，散射光夹角越小

6、比表面积法：吸附法和透过法测定

7、级联撞击器法：测量可吸入颗粒物的空气动力学粒径和粒径分布的首选

二、粒子形态：系指粒子的轮廓或表面个点所构成的图像

（一）形态指数：将粒子某些性质与球或圆的理论值比较形成的无因次组合

1、球形度：真球度，系指用粒子的球相当径计算的球的表面积与粒子实际面积之比

2、圆形度：系指用粒子的投影面积相当径计算的圆周长与粒子投影面积周长之比（二）形状系数

1、体积形状系数

2、表面积形状系数

3、比表面积形状系数

三、粒子比表面积

（一）比表面积的表示方法：单位体积或单位重量的表面积

1、体积比表面积：单位体积粉体的表面积

2、重量比表面积：单位重量粉体的比表面积

（二）比表面积的测定方法

1、气体吸附法：利用粉体吸附气体的性质

2、气体透过法：气体通过粉体时的阻力与比表面积有关

第三节粉体的其他性质

一、粉体的密度

（一）粉体密度分类和定义

1、真密度：粉体质量除以真体积得到的密度，不包括颗粒内外空隙的体积

2、粒密度：粉体质量除以粒体积得到的密度，包括内部空隙

3、堆密度：，松密度，粉体质量除以该粉体所占体积得到的密度，包括内部空隙

振实密度：经一定规律振动或轻敲后测得的堆密度

理论上：真密度大于等于粒密度大于等于振实密度大于等于堆密度

（二）粉体密度的测定方法

1、真密度的测定

1）氦气测定法：首先通入已知重量的氦气到代测定空仪器中，测得仪器容积V0

，然后将供试品放入容器抽真空，完成后导入一定量氦气，而后计

算出粉体周围及进入粉体孔径氦气体积Vt，V0-Vt既是粉体体积计

算可得真密度

2）液体汞、苯置换法

2、粒密度的测定：比重瓶法（常用）、吊斗法

3、堆密度与振实密度的测定

方法：将约50立方厘米到的经过二号筛处理的粉体装入100ml量筒中，将量筒从一英寸处落下到坚硬木板三次，所得体积即为粉体堆体积，计算可得堆密度二、粉体的空隙率

分类：颗粒内空隙率、颗粒间空隙率、总空隙率

测定：压汞法、气体吸附法

三、粉体的流动性

（一）粉体流动性的评价方法

1、休止角：粉体堆积层的自由斜面与水平面形成的最大夹角

测定方法：固定圆锥底法、固定漏斗法

动态休止角：流动粉体与水平面形成的夹角，可装入量筒后以一定速度旋转测定

休止角小于等于30度时流动性好，小于等于40度时，可以满足生产需要

2、流出速度：单位时间内从容器小孔中流出粉体的量表示

3、压缩度和Hausenr

测量方法：将一定量粉体装入量筒中测得最初堆体积，采用轻敲法测得粉体最紧状态得到最终体积，后根据相关公式计算出压缩度

压缩度为20%以下流动性较好，增大流动性下降，超过30%很难流出

HR在1.25以下流动性好，大于1.6时很难操作

（二）改善流动性的方法

1、增大粒子大小：250~2000微米流动性好，72~250微米流动性取决于形态和其他因

素，小于100微米时流动性会出现问题

2、改善粒子形态及表面粗糙度

3、改变表面作用力

4、助流剂的影响

5、改变过程条件

四、粉体的填充性

（一）表示方法：

堆容比：单位质量所占体积空隙率：堆体积中空隙所占体积

堆密度：单位体积的质量空隙比：空隙体积与真体积之比

充填率：堆密度与真密度之比配位数：一个粒子周围相邻其他粒子个数（二）颗粒的排列模型

球形粒子规则排列，接触点最小为6，此时空隙率最大，为48%，接触点为12时最小为26%，粒径大小不影响空隙率和接触点

（三）充填状态的变化和速度方程：久野方程、川北方程

（四）影响粉体充填性的因素

1、粒径大小及其分布

2、颗粒的形状和结构

3、颗粒的表面性质

4、粉体处理及过程条件

5、助流剂的影响

五、粉体的吸湿性

定义：固体表面吸附水分的现象

（一）水溶性药物的吸湿性

CRH：水溶性药物在较低的相对湿度环境中平衡水分含量较低，不吸湿，但当空气中相对湿度提高到一定值时吸湿量急剧增加，此时的相对湿度即为物料的临界相对湿度。

CRH越小越易吸湿，反之，不易吸湿

（二）水不溶性药物的吸湿性

具加和性，随相对湿度变化而缓慢变化

六、粉体的润湿性

接触角：液滴切线与固体表面的夹角，越小，润湿性越好

润湿（0~90）、不润湿（大于90，小于等于180），完全润湿（等于0）

规定：水在玻璃板接触角约等于0度，水银在玻璃板接触角越140度

测定方法：

1、液滴法：将粉体压制成大片，水平放置后在其表面中心轻轻滴液滴，直接用量角器测定

凸面和水平面的夹角

2、毛细管上升法：在圆筒管中精密填充粉体，在下端用滤纸轻轻堵住后浸入水中，测定水

在粉体中的上升速度，计算出接触角