粉体学基础

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2、水不溶性药物的吸湿性 ★ 水不溶性药物的吸湿性随着相对湿度的 变化而缓慢发生变化,没有临界点。 水不溶性药物的混合物的吸湿性具有: 加和性。
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(二) 润湿性(wetting)
1、润湿性
润湿性是指固体界面由固-气界面变为固-液界面现象。 粉体的润湿性对片剂、颗粒剂等到固体制剂的崩解 性、溶解性等具有重要意义。 ★润湿性用接触角θ表示。 液滴在固体表面上所受的力达平衡时符合Yong’s公 式:Ysg=Ysl+Ylgcosθ
Coulomb公式:F=W+Ci W为对剪切面所施加的重直 重力,F为剪切拉力, Ci为 粒子间凝聚力, 为内摩擦 系数。 Ci和越小,流动性越好。
(4)压缩度(compressibility)
C=(ρf -ρ0)/ρf ×100% 式中, ρ0为最松密度;ρf为 最紧密度。 压缩度20%以下流动性较好。
(粉体学的 第二性质)
第七节 粉体的压缩性质
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第一节 概 述
粉体学(micromeritics)是研究具有各种形状的粒子集合
体性质和应用的科学。
粉体中粒子大小范围一般在0.1~100m之间,有些粒子
大小可达1000m,小者可至0.001m。通常<100 m 的粒子叫“粉”,> 100 m者称“粒”。
粉体属于固体分散在空气中形成的粗分散体系,兼有气
体的压缩性、液体的可流动性、固体的抗变形能力 。
粉体学是药剂学的基础理论,对固体制剂的处方设计、
制剂的制备、质量控制、包装等都有重要指导意义。
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第二节 粉体粒子的性质
一、粒子大小(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尺寸。含
有粒子大小和粒子分布双重含义,是粉体的基础性质。
(一)粒子径的表示方法:P83 -85 1、几何学粒子径 在光学显微镜或电子显微镜下观察
粒子几何形状所确定的粒子径。 (1)长径:粒子最长两点间距离。 (2)短径:粒子最短两点间距离。
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(3)定向径:全部粒子按同一方向测得的粒子径。
圆相当径:
(4)面积相当径:与粒子投影面积相等的圆的直径。 (5)周长相当经
d 18μ H /(ρS ρ) g
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3.筛分径
已通过(或未通过)筛网孔的平均尺寸作 为所测粒子的粒径:
算术平均径 DA=(a+b)/2
几何平均径 di ai ai1
(二)粒度分布布 particle size distribution ★
定义:用特定的仪器和方法反映出的不同粒径 颗粒占粉体总量的百分数。有区间分布和累计 分布两种形式。
粒径较大的粉体添加少量细粉,可增加其流动性。一 般加量为1~2%。
(4) 添加助流剂+
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(二) 粉体的充填性
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(specific)、松密度(bulk density)、空隙率(porosity) 、空隙比(void ratio) 、 充填率(packing fraction) 、配位数(coordination number)来表示。
式中 V1为粒子积, W为粉体重量。
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五、粉体的流动性与充填性
(一) 粉体的流动性
粉体的流动性(flowability):可用休止角、流出速度、 内摩擦系数来衡量。 1、粉体流动性的表示方法
( 1)休止角(angle of repose) ★★
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2、影响粉体流动性的因素
粒子大小、形状、空隙率、密度、粒子表面积构造对 粉体流动性有决定性影响。
(1)粒度:一般,粒径增大→休止角变小。 一般粒径>200m,休止角小,流动性好; 粒径100-200m之间,粒子间的内聚力和摩擦力开 始增加,休止角也增大,流动性减小。 粒径<200m,粒子易发生聚集,内聚力超过粒子重 力,妨碍了粒子的重力行为。 在临界粒子径以上时,随粒子径增加,粉体流动性 也增加。
式中, Ysg、Ysl、Ylg分别固-气、固-液、气-液间的界面张力。
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θ =0º,完全润湿; θ =180º,完全不润湿; θ =0~90º,能被润湿; θ =90~180º,不易被润湿。
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2、接触角的测定方法
(1)将粉体压缩成平面,水平放置后滴上液滴直接由量角 器测定。
(2)在圆筒管里精密充填粉体,下端用滤纸轻轻堵住后接 触水面,测定水在管内粉体层中上升的高度与时间。 根据Washburn公式计算接触角: h2= rtYlcosθ /2η 式中,h为t时间内液体上升的高度;Yl、η分别为液 体的表面张力与粘度;r为粉体层内毛细管半径。 由于毛细管半径不好测定,常用于比较相对润湿性。
三、粉体粒子的比表面积
(一)比表面积
粒子比表面积:指单位重量或体积所具有的粒 子表面积。
Sw=6/d; Sv=6/d
Sw ,Sv分别为重量和体积比表面积, 为粉体粒密度,d面积平均径。
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(二)比表面积测定
1. 吸附法(BET法)
Sw=ANVm = AVm /22400 *6.028*1023 BET公式:P/V(P0-P)=1/VmC+(C-1)P/VmP0) Sw 为比表面积,Vm为在低压下粉体表面吸附氮气形成单
休止状态的粉体堆集体 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 。
≤30 °时流动性好, ≤4 0 °可满生产需求。 ( 2) 流出速度(flow velocity)
流出速度越大,粉体流动性越好。
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(3) 内摩擦系数
(internal friction coefficient)
(4) 加入润滑剂:润滑剂可以改变粉体的休止角,减少粒 子间的凝聚力,改善粒子的表面状态,主要是减小表面 的粗糙性, 改善粒子的流动性。
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3、改善流动性的方法
(1) 适当增加粒子径 + 附着性和凝聚性大的粉体,流动性差,主要由于分散 度大,表面自由能很高,产生自发附着和凝聚。
(2) 控制含湿量(3) 添加少量细粉 +
粒子径,以“D50”表示 ★,是最常用的平均径。
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(四)粒子径的测定方法★
光学显微镜法:n=300~600,=0.2~100m,可用于混悬 剂、乳剂、混悬软膏剂、散剂等。
库尔特计数法(coulter counter): 测定 等体积球相当径; 可用于混悬剂、乳剂、脂质体、粉末药物等。
沉降法:可分Andreasen吸管法、离心法、比浊法、沉降 天平法、光扫描快速粒度测定法等,得到有效径/Stoke’s 径
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水溶性物质的混合物吸湿性更强:★根据Elder假说 →水溶性药物混合物的CRH约等于各成分CRH的乘 积,而与各成分的量无关。 测定CRH的意义 ★ (1)CRH值可作为药物吸湿性指标:
一般CRH愈大,愈不易吸湿; (2)为生产、 贮藏的环境提供参考; (3)为选择防湿性辅料提供参考,一般应选择CRH值大 的物料作辅料。
区间分布又称为微分分布or频率分布,它表示一系 列粒径区间中颗粒的百分含量。
累计分布也叫积分分布,它表示小于或大于某粒径 颗粒的百分含量。
(二)粒度分布★
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可参见P86 图6-6
频率最多 的粒子径
中位径/ 中直径
(三)平均粒径(mean diameter) P87
个数平均径/算术平均径 dln=(nd)/n 长度平均径dsl=(nd2)/(nd) 面积平均径dvs=(nd3)/(nd2) 平均面积径dsn=[(nd2)/(n)]1/2 平均体积径dvn=[(nd3)/(n)]1/3 中位径=在累积分布图中累计值正好为50%所对应的
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六、粉体的吸湿性与润湿性★
(一) 吸湿性(moisture absorption)
吸湿性是指固体表面吸附水分的现象。 药物的吸湿特性可用吸湿平衡曲线表示。
1、水溶性药物的吸湿性 ★
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RH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)。
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(2) 粒子形状和表面粗糙性:粒子形状越不规则,表面越 粗糙,休止角就越大,流动性也越小。 一般≤30通常为自由流动, ≥40不再自由流动,可 产生聚集。
(3) 吸湿性:粉体吸湿性大,休止角也大,在一定范围内 休止角随吸湿量的增大而增大。但吸湿量达到某一值后, 休止角又逐渐减小,主要由于孔隙被水充满而起到润滑 作用。
二、粒子形状
粒子形状: 指一个粒子的轮廓或表面上各点所构成的 图像。
【形状指数】将粒子的各种无因次组合称为形状指数。 球型度 表示粒子接近球体的程度φ=ЛD2/S 圆形度 表示粒子的投影面接近圆的程度φ=ЛDH/L
【形状系数(立体几何各变量的关系称为形状系数)】 体积形状系数 ØV=VP/D3 表面积形状系数 ØS=S/D2, 比表面积形状系数 Ø= ØS/ØV 粒子的比表面积形状系数越接近于6,粒子越接近球 体或立方体。常见在6-8范围
第六章 粉体学基础
(micro meritics )
掌握粉体学的概念、粉体的性质。 熟悉相关参数的含义及应用 了解粉体学有关参数的测定。
jiangyina78@
教学内容
第一节 概述
第二节 粉体粒子的性质 (粉体学的第一性质)
第三节 粉体的密度与孔隙率
第四节 粉体的流动性与填充性 第六节 粘附性与凝聚性
比表面积法:气体吸附法和透过法。不能得到粒度分布。
筛分法:误差大;>45m;而微孔筛可筛分<10m。
P 90 6-6 国内标准筛
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粒径有关规定★:
药典标准筛:P91 表6-6
极细粉: 全过9号筛 (200目, 75μm) 最细粉: 全过6号筛,且95%过7号筛(120目, 125μm) 细粉:全过5号筛,且95%过6号筛(100目,150μm) 一般散剂应通过6号筛(100目, 150μm) 儿科及外用散剂应通过7号筛(120目, 125μm) 眼用散应全部通过9号筛(200目,75μm)
A为粉体层面积,L为粉体层长度, P为粉体层两侧 流体的压力差,为流体的粘度, 为粉体的孔隙率, Q为t时间通过粉体层的流量。 折射法
Sv=4.5[4ln(I0/I)0.77/LCv] I为光通过混悬液的强度, I0光通过纯液体的强度,L
为光通过混悬液的长度,Cv为混悬液的体积比浓度。
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四、粉体的密度★ 及 孔隙率 P94
密度公式: ★
真密度t=W/V 颗粒密度g=W/(V +V1 ) 松(表观/堆)密度b=W/(V +V1 +V2)=W/V 振实密度bt
t≧ g ≧ bt ≧ b
孔隙率公式: 粒子内孔隙率1=V1/(V+V1)=1-g/ 粒子间孔隙率2=V2/(V+ V1+V2)= V2/V 全孔隙率=(V1+V2)/(V+V1+V2)=(V1+V2)/V
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七、粉体的粘附性与凝聚性
粘附性(adhesion)是指不同分子间产生的引力,如粉体粒 子与器壁间的粘附。 凝聚性(cohesion,粘着性)是指同分子间产生的引力,如 粉体粒子之间发生粘附而形成聚集体(random floc)。 产生粘附性和凝聚性的原因: 1、在干燥状态下主要是由于范德华力与静电力发挥作用 2、在润湿状态下主要由于粒子表面存在的水分形成液体 桥或由于水分的蒸发而产生固体桥发挥作用。
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2.球相当径 【 用球体的粒径表示不规则颗粒大小】
等体积相当径:与粒子体积相等球的直径,Dv。 等比表面积相当径:与粒子的比表面积相等球的直径。 等表面积相当径:与粒子的表面积相等球的直径,Ds
沉降速度相当径(有效径) ★ 又称stokes’径,用沉降法
求得的粒子径,是指与被测粒子有相同沉降速度的球形 粒子的直径。 常用以测定混悬剂的粒子径。
分子层的吸附量 (mol/g), A为被吸附氮气分子的截面积 (0.162nm2/mol), N为阿伏伽德罗常数(Avogadro constant), V为在P压力下粉体对气体的吸附量(mol/g), P0为实验温度下氮气饱和蒸气压, C为常数。
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2. 气体透过法
Kozeny-carman公式: Sv= Sw=14[APt2/LQ(1-)2]1/2
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