精品第13章粉体学基础.doc

第十三章粉体学基础第一节概述粉体是无数个固体粒子集合体的总称，粒子是粉体运动的最小单元，粉体学(micromeritics)是研究粉体的基本性质及其应用的科学通常所说的“粉”、“粒” 都属于粉体的范畴通常将小于lOOum的粒子叫“粉”,大于10011 m的粒子叫“粒” 在一般情况下，粒径小于100 urn时容易产生粒子间的相互作用而流动性较差，粒 径大于100 um时粒子的自重大于粒子间相互作用而流动性较好，而且可用肉眼看得 到“粒”组成粉体的单元粒子也可能是单体的结品，也可能是多个单体粒子聚结 在一起的粒子，为了区别单体粒子和聚结粒子，将单体粒子叫一级粒子(primary particle)，将聚结粒了叫二级粒了(second particle)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(random floc)和由粘合剂 的强结合力的作用聚集在一起的聚结物(agglomerate)都属于二级粒子在制药行 业中常用的粒子大小范围为从药物原料粉的1 u m到片剂的10mm众所周知，物态有三种，即同体、液体、气体，液体与气体具有流动性，固体没有 流动性但将大块儿固体粉碎成粒子群之后则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。

因此常把“粉体”视为第四 种物态来处理在粉体的处理过程中，即使是一种物质，如果组成粉体的每个粒子的大小及粒度分 布以及粒子形状不同、粒子间孔隙中充满的气体及吸附的水分等不同，也会严重影 响粒子间的相互作用力，使粉体整体的性质也发生变化，因此很难将粉体的各种性 质像气体、液体那样用数学模式来描述或定义然而粉体技术也能为固体制剂的处 方设计、生产过程以及质量控制等诸方面提供重要的理论依据和试骑方法，因而口 益受到药学工作者的关注在医药产品中固体制剂约占70%〜80%,含有固体药物的剂型有散剂、颗粒剂、胶 囊剂、片剂、粉针、混悬剂等涉及的单元操作有粉碎、分级、混合、制粒、干燥、 压片、包装、输送、贮存等多数固体制剂根据不同需要进行粒子加工以改善粉体 性质来满足产品质量和粉体操作的需求第二节粉体粒子的性质一、粒子径与粒度分布粒子的大小是决定粉体的其他性质的最基本的性质球形颗粒的直径、立方形颗粒 的边长等规则粒子的特征长度可直接表示粒子的大小但通常处理的粉体中，多数 情况是组成粉体的各个粒子的形态不同旦不规则，各方向的长度不同，大小不同， 很难像球体、立方体等规则粒子以特征长度表示其大小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。

根据实际应用选择适当 的测定方法，求其相当径或有效径等一)粒子径的表示方法1. 儿何学粒子径(geometric diameter) 根据儿何学尺寸定义的粒子径，见图13-1 一般用显微镜法、库尔特记数法等测定近年来计算机的发展为儿何学粒子径提供 了快速、方便、准确的测定方法图13-1各种直径的表示方法(a)三轴径；(b)Feret； (c)Kruminbei径；(d)Martin径；(e)Heywood径(1) 三轴径：在粒子的平面投影图上测定长径1与短径b,在投影平面的垂直方向测 定粒子的厚度h,以此各表示长轴径、短轴径和厚度三轴径反映粒子的实际尺寸2) 定方向径(投影径)：常见的有以下儿种：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Martin径：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3) Heywood径：投影而积圆相当径，即与粒子的投影面积相同圆的直径，常用 DH表示4) 体积等价径(equivalent volume diameter):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=(DV3/6O2. 筛分径(sieving diameter) 乂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儿何平均值称为筛分径，记作DAo算术平均径 (13-1)儿何平均径 (13-2)式中，a一粒子通过的粗筛网直径；b一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如，将某粉体的粒度表示为(-1000+900) um 时，表明该群粒子小于1000 u m,大于900um,算术平均径为950um3. 有效径(effect diameter) 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(settling velocity diameter)c该粒径根据Stocks方程计算所得，因此乂称Stock, s径，记作DStk13-3)式中，Pp,Pl一分别表示被测粒子与液相的密度；n一液相的粘度；h一等速沉降 距离；t一沉降时间4. 比表面积等价径(equivalent specific surface diameter) 与欲测粒子具有等比表 面积的球的直径，记作DSVo采用透过法、吸附法测得比表面积后计算求得。

这种 方法求得的粒径为平均径，不能求粒度分布13-4)式中，Sw一比表面积；P一粒子的密度；(I)一粒子的性状系数，球体时＜1)=6,其他 形状时一般情况下(I)=6.5〜8)粒度分布粒度分布(particle 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粒子群的粒度分布可用简单的表格、绘图和函数等形式 表示1. 频率分布与累积分布 是常用的粒度分布的表示方式频率分布(frequency size distribution)^示与各个粒径相对应的粒子占全粒子群中的白分数(微分型)；累积 (cumulative size distribution)表示小于(pass)或大于(on)某粒径的粒子占全粒 子群中的百分数(积分型)百分数的基准可用个数基准(count basis)、质量基准 (mass basis)、面积基准(surface basis)、体积基准(volume basis)、长度基准 (length basis)等测定基准不同，粒度分布曲线大不一样，因此表示粒度分布时 必须注明测定基准不同基准的粒度分布理论上可以互相换算。

在制药工业的粉体 处理过程中实际应用较多的是质量和个数基准分布现代计算机程序先用个数基准 测定粒度分布，然后利用软件处理直接转换成所需的其他基准，非常方便表13-1 中列出用个数基准及质量基准表示的某粒子群的频率粒度分布和累积粒度分布表13.1频率粒度分布和累积粒度分布表粒径/ P m频率分布累积分布质量/%个数/%质量/%个数/%＞粒径V粒径＞粒径V粒径<2020-2525-3030-3535-4040-45>456.515.823.223.924.38.87.519.525.624.117.27.63.62.4100.093.577.754.530.616.37.506.522.345.569.483.792.5100.0100.080.554.930.813.66.02.4019.545.169.286.494.097.6100.0频率分布与累积分布可用方块图或曲线表示，如图13-2所示此种形式表示粒度分 布比较直观图13 - 2用图形表示的粒度分布示意图(a)频率分布； (b)累积分布用筛分法测定累积分布时，以筛下粒径累计的分布叫筛下分布(undersize distribution)；以筛上粒径累积的分布叫筛上分布(oversize distribution)o筛上累积分 布函数F(x)和筛下累积分布函数R(x)与频率分布函数f(x)之间的关系式如下：(13-5)sE即 (13.6)(13-7)(三)平均粒子径为了求出由不同粒径组成的粒子群的平均粒径，首先求出前面所述具有代表性的粒 径，然后求其平均值。

求平均值的方法有如下表13-2所示中位径是最常用的平均 径，也叫中值径，在累积分布中累积值正好为50%所对应的粒子径，常用D50表示, 参见图13-2表13.2各种平均粒径与计算公式名 称公 式1.算术平均径arithmetic mean diameter2. d兄佳帮垄张 geometric mean diameter2.儿何平均径 geometric mean diameter3.调和平均径 harmonic mean diameter众数径mode diameter频数最多的粒子直 径中位径medium diameter累积中间值(D50)长度平均径 surface length mean diameterSOb 楝 ijys 人 GWS彳巨裁裾帮•垄张 volume surface mean diameter体面积平均径 volume surface mean diameter重量平均径weight mean diameterb 楝！lysAGW 弗 ij面积平均径 surface mean diameterSO^sAGW—体积平均径 volume mean diameter11.比表面积径 specific surface diameter(四)粒子径的测定方法粒子径的测定原理不同，粒子径的测定范围也不同，表13.3列出了粒径的不同测定 方法与粒径的测定范围。

表13-3粒径的测定方法与适用范围测定方法粒子径/u m测定方法粒子径/ u m光学显微镜0.5~库尔特计数法1-600电子显微镜0.001 〜气体透过法1-100筛分法40~氮气吸附法0.03-1沉降法0.5-2001. 显微镜法(microscopic method) 是将粒子放在显微镜下，根据投影像测得粒 径的方法，主要测定儿何学粒径光学显微镜可以测定um级的粒径，电子显微镜 可以测定nm级的粒径测定时避免粒子间的重叠，以免产生测定的误差主要测定 以个数、面积为基准的粒度分布2. 库尔特计数法(Coulter counter method) 的测定原理如图13-3所示将粒子群 混悬于电解质溶液中，隔壁上设有一个细孔，孔两侧各有电极，电极间有一定电压,当粒子通过细孔时，粒子容积排除孔内电解质而电阻发生改变利用电阻与粒子的 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本法测得的粒径为 等体积球相当径，可以求得以个数为基准的粒度分布或以体积为基准的粒度分布 混悬剂、乳剂、脂质体、粉水药物等可用本法测定图13-3 库尔特法测定原理这种装置设定一定的沉降高度，在此高度范 并在一定时间间隔内再用吸管取样，测定粒 测得的粒度分布是以重量为基准的。

沉降天平法、光扫描快速粒度测定法等3. 沉降法（sedimentation method） 是液相中混悬的粒子在重力场中恒速沉降时, 根据Stock s方程求出粒径的方法Stock? s方程适用于100u m以。