粉体学及其在药物制剂中的应用

• 频率分布:表示各个粒径的粒子群在全粒子群中所
占的百分数（微分型） • 累积分布:表示小于或大于某粒径的粒子群在全粒 子群中所占的百分数（积分型）
• 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
50
D50
（三）平均粒子径
• 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
4. 筛分法
• 是应用最广的测量方法。常用的 测定范围在40μm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 臵于最上层中，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
• 筛号与筛号尺寸：筛号常用“目”表示 • “目”系指在筛面的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24.5mm/30再减去 筛绳的直径。所用筛绳的直径不同，筛孔大小也不同。因 此必须注明筛孔尺寸 • 各国的标准筛号及筛孔尺寸有所不同，中国药典在R40/3系 列规定了药筛的九个筛号
分布中累积值正好为50%所对应的粒子径，常用D50
表示
（四）粒子径的测定方法
1.显微镜法
• 将粉末用适宜的液体分散媒稀释后涂 片，采用成像法直接观察和测量颗粒
的平面投影图像,从而测得颗粒的粒 径
• 分散媒介应不溶解样品，并有较低的 折射率，全氟萘烷是常用的分散媒介 之一
2.库尔特计数法
• 根据库尔特原理测定混悬于液体中粒子的粒度分布 • 测定时，将待测的粉粒混悬于适宜的电解质溶液中，采用负 压虹吸方式,迫使样品通过宝石微孔
• 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、松密度三种
真密度 ρ
p
= W/ Vp
不包括颗粒内外空隙 的体积
颗粒密度 ρ g= W / V g
不包括颗粒之间空 隙的体积
松密度(堆密度） ρ
b
= W / Vb
粉体所占容器的 体积
几何学粒子径
（一）粒子径的表示方法 球相当径
筛分径
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)长径、短径和外接圆等价径 • (2)定方向径：指全部粒子都按同一方向测出的粒径，主要 包括定方向接线径和定方向等分径
定方向接线径：在一定方向上将粒子的投影面外接的平行线间的 距离 定方向等分径:在一定方向上将粒子投影面积分割为两等分的长度
3.含湿量：由于粉体的吸湿作用，粒子表面吸附的 水分增加粒子间粘着力，因此适当干燥有利于减 弱粒子间作用力
4.加入助流剂的影响：加入0.5%-2%滑石粉等助流剂 时，微粉粒子在粉体的粒子表面填平粗糙面而形 成光滑面，可以大大改善粉体的流动性
二、粉体的填充性
（一）粉体的填充性的表示方法 充填状态的指标
松比容 松密度 空隙率 空隙比 充填率 配位数 粉体单位质量所占的体积 粉体单位体积的质量 粉体的堆体积中空隙所占体积比 空隙体积与粉体真体积之比 粉体的真体积与松体积之比 一个粒子周围相邻的其他粒子个数 v=V/W ρ=W/V ε=（V-Vt）/V e=（V-Vt）/Vt g=Vt/V=1- ε
（二）颗粒的排列模型
2.球相当径
• 用球体的粒径表示不规则颗粒的大小 • (1)等体积相当径：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=πDv3/6
• (2)等表面积相当径:与粒子的表面积相等球的直 径，用透过法、吸附法求得，记作DS • 外表面积S=πDS2 • 该粒径为平均粒径，不能求粒度分布
• 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） ρbt
若颗粒致密，无细孔和空洞，则ρt = ρg 一般： ρt ≥ ρg ＞ ρbt ≥ ρb
（二）粉体密度的测定方法
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 体臵换的方法 （1）液浸法：求真密度时，将颗粒研细，消除开口与闭口细 孔，使用易湿润粒子表面的液体，将粉体浸入液体中，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，但使用的液体应与颗粒的接 触角大，难于浸入开口细孔，如水银
3. 压缩度
• C=(ρf - ρ0)/ ρf ×100% 式中，C为压缩度;ρ0为最松密度；ρf为最紧密度
• 压缩度20%以下流动性较好
• 压缩度增大时流动性下降
（二）粉体流动性的影响因素与改善方法
1.增大粒子大小：对于粘附性的粉末粒子进行造粒，以减少 粒子间的接触点数，降低粒子间的附着力和凝聚力 2.粒子形态及表面粗糙度：球形粒子的光滑表面，能减少摩 擦力
DStk= [
18η
(ρp -ρ1) · g ·
h t
]
1/2
式中:ρp ，ρ1-分别表示被测粒子与液相的密度； η-液相的粘度；h-等速沉降距离；t-沉降时间
3.筛分径（sieving diameter）
• 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
（2）压力比较法：根据Boyle的气体定理建立的方 法，常采用氦气或空气，与液浸百度文库相比可避免样品 的破坏 • 常用于药品、食品等复杂有机物的测定
• 2.松密度与振实密度的测定
• 将粉体装入容器中测定其体积
• 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。
（一）粉体流动性的评价与测定方法
1.休止角
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
≤ 30° 流动性好 基本满足 流动性差
• 休止角
≤ 40° ≥ 40°
2. 流出速度
• 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 μm的玻璃球助流 • 流出速度越大，粉体流动性越好
• 在制药行业中常用的粒子大小范围为从药物原料 粉的1μm到片剂的10mm
• 粉体的物态特征：
①具有与液体相类似的流动性；
②具有与气体相类似的压缩性； ③具有固体的抗变形能力。
粉体被视为第四种物态
粉体粒子的性质
粒子径与粒度分布
粒子形态 粒子的比表面积
一、粒子径与粒度分布
• 粒子大小是在空间范围所占据的线性尺度，也称粒度，是粉 体的基础性质 • 形态规则的球形微粒的大小可简单用球的直径来表示 • 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
• 颗粒的装填方式影响到粉体的体积与空隙率 • 粒子的排列方式中最简单的模型是大小相等的球 形粒子的充填方式
（三）充填状态的变化与速度方程
• 容器中加入粉体后轻敲粉体层体积减少，这种变 化可由振动次数和体积变化求得
• C为体积的减少度 • a为最终的体积减少度，a值越 小流动性越好 • b为充填速度常数，其值越大 充填速度越大，充填越容易
粉体学及其在药物制剂中的应用
Contents
1 2 3 4 粉体学发展史 粉体学概述 粉体学性质
粉体学的应用
第一节 粉体学的发展史
• 粉体操作：有数千年的历史 • 1948年—J.M.Dallavalle 《尘粒学》首次以学科研究（美）
• 1950年代初—Higuchi片剂的成形理论（美籍日本人）
• 粉体学：研究粉体所表现的基本性质及其应用的科学 • 通常所说的“粉”、“粒”都属于粉体
• 其中<100μm的粒子叫“粉”，容易产生粒子间的相 互作用而流动性较差
• > 100μm的粒子叫“粒”，由于粒子的自重大于 粒子间相互作用而流动性较好 • 粒子是粉体运动的最小单元，粒子间存在这一定 的相互作用，从而出现不同的表现形式，分为一 级粒子和二级粒子
• 1956年—日本成立粉体工学会，64年创刊杂志 • 1960年—英国H.E.Rose开设粉体技术的大学课程
• 1983年—日本制剂与粒子设计部会
• 1988年—中国颗粒协会 • 1996年6月—首届中日国际粉体研讨会（北京清华） • 2000年12月—曼谷―第一届亚洲粉体会议‖ • 2003年—马来西亚―第二届亚洲粉体会议‖ • 1991年8月—沈阳药科大学召开―粉体工程及其在固体制 剂中的应用‖
• 2006年5月—中日制剂和粒子设计研讨会(沈阳） • 2007年7月—制剂与粉体技术研讨会 • 第一届亚洲药物制剂科学与技术研讨会 • 2007年—筹备中国颗粒学会/药物制剂和粉体技术专业委员会 • 每隔四年国际造粒研讨会，系列专著出版等
第二节 粉体学概述
• 粉体 (powder):是无数个固体粒子的集合体
算术平均径 几何平均径 式中:
DA=(a+b)/2 DA=(ab)1/2
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。
（二）粒度分布
• 粒度分布（particles size distribution)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 • 频率分布与累积分布是常用的粒度分布的表示方 式
• (3).等比表面积相当径:与粒子的比表面积相等球 的直径，采用透过法、吸附法测得比表面积后计 算求得,记作DSV • 这种方法求得的粒径为平均径，不能求粒度分布 DSV =Dv3/DS3
• (4).有效径: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Stock’s方程 计算所得，因此又叫Stock’s 径，记作 DStk
• 当微粒通过小孔时，两电 极之间的电阻瞬间增加 • 产生一个其大小与粒子体 积成比例的电压脉冲，经 电子分析器放大并转变成 微粒的粒度
•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
三、粒子的比表面积
体积比表面积: 单位体积粉体的表面积 Sv=S/V 重量比表面积: 单位重量粉体的表面积 Sw=S/W
• 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
粉体的密度与空隙率
一、粉体的密度
（一）粉体密度的概念 • 粉体的密度系指单位体积粉体的质量
Φc= πDH/L
•形状系数：立体几何各变量的关系
• 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：
• 体积形态系数 Φv=Vp/D3 Φs=S/D2 Φ= Φs/Φv
• 表面积形态系数
• 比表面积形态系数
• 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6～8范围内。
二、粉体的空隙率
• 空隙率：是粉体层中空隙所占有的比率
• 粒子内孔隙率：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
粉体的流动性与充填性 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。
二、粒子形态
• 系指一个粒子的轮廓或表面上各点所构成的 图像 • 用数学方式定量描述粒子几何形状的方法： 形状指数和形状系数
形状指数：粒子的各种无因次组合 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。
φ=
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
3. 沉降法
• 是利用粒子在液体介质中的沉降速度与粒子大小的关系，根 据Stock’s方程测定粒径的方法
• Stock’s方程适用于100μm以下的粒径的测定，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