粒度分布测定方法开发策略——干法

粒度分布测定方法开发策略——干法

药事纵横在2018年01月03日发表了“粒度分布测定方法开发策略——湿法”一文，作者介绍了湿法开发中的注意事项。今天本文继续介绍干法开发中的注意事项。

原料药碎粉或微粉碎化后往往需要测定粒度分布，这两篇文章将从更专业，更深入的角度分析每种类型测定方法的关键点，以及在方法建立、方法学验证中需要重点考虑的参数。如何提高粒度方法的准确性、耐用性、重复性？相信本文能够给你带来更多启发。

干法测定的优点

物质在干燥分散状态下的粒度测定越来越多的被湿法或者液体分散方法取代。但是，用激光粒度仪的干法测定物质的粒度仍然有以下几个优点：

（1）如果物料是在干燥状态下加工合成，那么用干法测定其粒度比湿法更具有代表性；（2）对于某些物料来说，干法是唯一选择，因为这些物料会溶解在常见的分散剂中或者分散后由于水合作用使颗粒大小发生了变化；（3）一般来说，干法测定比湿法测定更快速，可以在短时间内测定更多的样品。对于获得粗略的或者多分散样品的可重现的结果特别有用。

但是，并不是每个样品都适合用干法测定。非常细（粒径非

常小）或者有粘性的样品可能更适合于湿法测量，因为可能需要表面活性剂或者其他分散剂来实现样品完全和可重现的分散。由于干法的分散机制更具有破坏性，所以可能不适合极易破碎的样品。综上，尽管可以使用干法测定样品量非常少的样品，但通常使用湿法测定以获得更好的结果重现性。

方法获得可重复性结果的三要素

从任何种类的粒子表征系统获得可重复的结果取决于三个因素：

取样的代表性? 合适的分散状态? 适当的测量条件

每个因素的相对重要性取决于所测量的颗粒的大小。图1显示了与干法分散中细或粗颗粒的测量相关的相对风险因子。图1：干法分散体系中粗颗粒和细颗粒的风险因子

因此，如果你正在测量非常细小的颗粒，那么分散压力将会对结果产生最大影响，因为它会影响样品的分散状态。但是如果你测定的是粗颗粒（粒径很大），最大可能的误差则来自于取样的代表性。

应该干法测定结果的关键参数

1、分散压力

粒度测量获得可重现的结果依赖于样品处于稳定的分散状态。颗粒分散的容易程度取决于颗粒尺寸，因为随着颗粒尺寸的减小，颗粒之间的相对粘附力增加。这就是为什么分散

压力是细小粒径物质测定的首要风险因子的原因。

干燥状态下的样品使用由文氏管（注：也叫文丘里管，一种流体流量测定装置）驱动的压缩空气进行分散。对于每个文氏管而言，可用于分散样品的能量的量值取决于压缩空气的压力。干燥样品的分散状态通过进行压力滴定并将结果与充分分散的湿法测量结果进行比较来评估。压力滴定显示，通常随着压力增加，团聚体分散，粒度减小。另外，颗粒大小也会由于颗粒摩擦而降低，并且这两个过程可以叠加。将压力滴定的结果与良好分散的湿法测量进行比较，以确定团聚体分散时的压力，但原始状态的颗粒未被破坏。图2显示了奶粉的压力滴定结果。

图2：奶粉压力滴定，标准文氏管

干法测定的结果显示与良好分散的湿法测定结果最接近的一致性结果将提示适当的压力。如果干法测定的结果比湿法测定的结果更细小（粒径更小），则表明在该分散压力下，原始颗粒被破坏。图3显示了奶粉样品湿法测定的结果与在分散压力为0.5bar和3bar下干法测定结果的对比。与湿法测定结果相比，分散压力为0.5bar时测得的粒径更大，表明样品在0.5bar的分散压力下，分散不均匀。但是，分散压力为3bar时，测定结果与湿法测定结果有很好的相似性。因此，对于这种物质，将样品完全分散的分散压力为3bar。

图3：在0.5bar和3bar下分散干法测定结果于湿法测定结果

的比较

图2所示的压力滴定是用Mastersizer 3000干法分散器Aero S 提供的标准文氏管进行的。如图4所示，该文氏管利用了干法分散的两种可用机理：（a）由剪切力引起的速度梯度和（b）粒子-粒子之间的碰撞。

图4：干法分散的分散机理

对于大多数物料来说，这两种机制足以分散样品。然而，一些高度团聚和坚固的样品可能需要额外的更高的能量分散

机制的粒子间壁碰撞，如图4（c）。由于标准文氏管适用于绝大多数样品，因此这将是开发干法测定的起点。但是，如果对于坚固的材料不能实现完全的分散，那么可能需要使用所有三种分散机构的Aero的高文氏管。

如果我们使用高文氏管里测量奶粉样品，那么我们会看到不同的压力滴定。由于较高的能量分散机制，样品在较低的压力下即可完全分散。图5显示使用高能文氏管在分散压力为1bar时的干法测定结果与湿法测定结果显示出良好的一致性。而在4bar时，干法测定的结果粒径较小，表明颗粒被破坏。

图5：用高能文氏管，分散压力1bar和4bar下干法测定结果与湿法测定结果的比较

图6显示了使用标准文氏管和高能文氏管测量的Dv50与压力的比较，其中将来自湿法结果的Dv50作为虚线添加以用

于比较。这表明使用标准文氏管在3bar和4bar之间和使用高能文氏管在1bar时与湿法测量的结果相当。在这种情况下，建议使用标准文氏管，因为干法测量结果与更宽范围压力下的湿法分散结果相当，这提高了该方法的稳定性。

图6：与湿法测定相比，使用标准和高能文氏管的Dv50与压力的关系振动进样速度2、振动进样速度

进样速率通过振动样品盘来控制样品通过文氏管进入测量

单元的速率。通过测量单元的样品量通过遮光度来记录（激光通过测量单元时损失的百分比）。必须设定振动进样速度，使大部分测量持续时间内的遮光度在合适的范围内，如图7所示。Mastersizer 3000S软件中的遮光度筛选功能可以确保检测器扫描遮光度在目标范围之外的地方未包含在结果中。遮光度越高，检测器的扫描范围越大，在遮光度允许的范围内，结果就越具有代表性和可重复性。这是Mastersizer 3000s 干法测量数据质量报告所检查的参数之一，当检测到不合适的遮光度时将显示警告。

图7：遮光度与时间的变化，对绿色的进样速率有很好的控制，对红色的控制不好。

合适的遮光度范围取决于样品量的大小和性质。为了使分散器的效率最大化，可能需要在较低的遮光度下测量粘性的细粒径的样品，而粒径较大的物料可以在较高的遮光度下进行测量。如果物料的粘性大且粒径较小，则应该缩小遮光度的