六章粉体学基础micromeritics.ppt

第六章 粉体学基础(micromeritics),第一节 概述 粉体是无数个固体粒子的集合体。属于固体分散在空气中形成的粗分散体系。粉体学是研究粉体基本性质及其应用的科学。一级粒子：单个粒子 二级粒子：多个粒子聚结体 100m 称“粒”表6-1 粉体中颗粒的分类（3mm1nm）固体制剂粒度范围：几m 十几mm,第六章 粉体学(micromeritics)基础,第二节 粉体的基本性质,一、粒子径与粒度分布 粒子大小常用粒子径来表示。粒子的大小也称粒度，含有粒子大小及分布双重含义。（一）粒子径,1.几何学粒子径：(1)三轴径：长、短、高(2)定向径：粒子在投影面上某定向直线长度。定方向接线径(Feret或Green径)定方向等分径（Martin径）定方向最大径（Krummbein径）(3)圆相当径（Heywood径）,第二节 粉体的基本性质 一、粒子径及粒度分布（一）粒子径球相当径：用球体粒径表示不规则粒子的大小。体积（球）相当径，表面积（球）相当径，比表面积（球）相当径，2.沉降速度相当径3.筛分径 算术平均径：DA=a+b/2 几何平均径：DA=ab1/2a:粒子通过粗筛网直径 b：粒子被截留于细筛网直径粒径表示方式：（-a+b）即粒径b如（-1000+900）m 900m平均950m,粒径表示法,第二节 粉体的基本性质 一、粒子径及粒度分布,（二）粒度分布 粒子分布是指不同粒径的粒子群在粉体中所占的百分率。反映粒子的均匀程度。频率分布与累积分布（直方图或曲线）（三）平均粒子径 P87 表6-3 各种平均粒径与计算公式。,粒度分布,第二节 粉体的基本性质 一、粒子径及粒度分布,（四）粒径的测定方法显微镜法：根据投影像测得，主要测几何学径。光镜：m级，电镜：nm级 视野中应选300600个粒子 电子显微镜：扫描观察表面形态图像富立体感 放大至几十万倍;透射观察超微结构分辨能力0.1 0.2nm,Zetasizer nano ZS90 Malvern英国马尔文公司粒径范围：1nm3 m测量角度：90最小样品量：12 lZeta电位人民币32万元,Sirion200扫描电子显微镜（荷兰菲利普公司）,第二节 粉体的基本性质 一、粒子径及粒度分布,（四）粒径的测定方法2.库尔特计数法（电感应法）：测定范围1600m 将粒子混悬于电解质溶液中，细孔两侧各有电极，粒子通过细孔，电阻发生变化，电阻与粒子体积成正比，电信号换算成粒径。本法测得粒径为等体积球相当径。,粒径的测定方法,第二节 粉体的基本性质 一、粒子径及粒度分布（四）粒径的测定方法,3.沉降法：根据stokes定律：测定范围：0.5200m V=2r2(1-2)g/9 t=h/v=9h/2r2(1-2)g 测定时只需测定t时间的粒子沉降的高度h代入公式，即可求出粒径r。形态不规则的粒子用本法测定的粒径不是其真实粒径，称为有效径（stokes径）。4.比表面积法：粒径减少比表面积增加。,第二节 粉体的基本性质 一、粒子径及粒度分布（四）粒径的测定方法5.筛分法：应用最早、最广、简便。测定范围：45m以上，微孔筛可筛分10m以下 用筛孔孔径表示粒子径。操作方法：将筛子从上到下，从粗到细排列，粉粒置最上层，振摇一定时间后，称量留在每个筛子上的粉粒重量，求得各粒径范围内粒子重量百分比，求得以重量为基准的筛分粒径分布及平均粒径 筛号与筛孔尺寸：“目”：2.54cm上筛孔的数目。除去筛网线直径。中国药典规定9个筛号。P90 表6-5各国标准筛系比较（m）P91表6-6国内常用标准筛,第二节 粉体的基本性质 二、粒子的形状,粒子形状：球形、立方形、片状、柱状、鳞状、粒状、棒状、针状、块状、纤维状、海绵状等（一）形状指数1.球形度 2.圆形度（二）形状系数 体积形状系数：v=V/D3表面积形状系数：s=s/D2 比表面形状系数：=s/v=sD/vD为平均粒径，V为体积，S为表面积。，偏离理想形态越大，越不规则。,三、粉粒的比表面积（一）比表面积的表示方法 粒子的比表面积是指单位重量（或体积）粉体所具有的表面积。粉粒的比表面积既包括粒子外表面的面积，也包括粒子裂缝和孔隙中表面的面积。1.体积比表面积：SV=S/V=d2n/d3n/6=6/d2.重量比表面积：SW=S/W=d2n/d3n/6=6/d 比表面积是表征粒子粗细的一种量度。固体吸附能力的重要参数。,第二节 粉体的基本性质,第二节 粉体的基本性质三、粉粒的比表面积,（二）比表面积的测定方法 1.气体吸附法：粉粒可吸附与其接触的气体或溶液中的溶质，吸附作用的强弱与粉体的表面积有关，因此可用粉粒吸附物质的量来测定其比表面积，在测定比表面积的实验中经常用氮气。2.气体透过法：使气体透过粉粒层，气体流速与阻力受粉粒表面积的影响，求比表面积。,第三节粉体的性质,一、密度与孔隙率（一）粉体的密度 1.密度定义 真密度：指粉体质量与真体积之比。即排除所有孔隙（粒子本身和粒子之间）而求得的粉体体积。真密度是物料固有性质。一般文献中所载密度如无特殊指明是指真密度。颗粒密度：粉体质量与颗粒体积之比。其体积排除粒子间的空隙，但不排除粒子本身细小空隙。,一、密度与孔隙率（一）粉体的密度 1.密度定义 堆密度：指粉体质量与该粉体的堆体积之比。某些固体药物有轻质和重质之分与其真密度无关，主要因为堆密度不同，轻质：堆密度小，既堆体积大。一般用量筒测定其体积，测定结果重现性较差。没受外力时体积较大，此时称松密度，填充粉体时经一定规律振动或轻敲后测得的密度称紧密度或振实密度。,2.粉体密度测定(1)液浸法：液体置换法求得真体积（比重瓶测定）。(2)压力比较法 量筒法：测松密度与振实密度。,（二）空隙率,空隙率是空隙体积在粉体中所占有的比率。即粉体中粒子间的空隙和粒子本身孔隙所占体积与粉粒总体积的比值，常用百分率表示。总=全部孔隙所占的体积 粉体总体积=（粉体体积V粉体真体积Vt）粉体体积（V）=1 V t/V,第三节 粉体的性质 二、粉体的流动性与充填性（一）粉体的流动性 与粒子形状、大小、表面状态、密度、空隙率有关。颗粒之间有内摩擦力（静电）和黏附力。粉体流动性无法用单一的物性值来表达。流动形式：重力流动、振动流动、压缩流动、流态化流动等 流动形式与其相对应的评价方法P97表6-8,（一）粉体的流动性 1.粉体流动性的评价及测定方法 休止角：使粉粒堆成尽可能陡的堆（园椎状）堆的斜面与水平面的夹角即为休止角 tan=h/r,h,注入法,固定园锥底法,容器倾斜法,转动园柱体法,（一）粉体的流动性,1.粉粒流动性的评价及测定方法 休止角是检验粉体流动性最简便的方法。不同测定方法结果可能有差异，同一方法也因测定条件的差异使结果有偏差，文献报道数据应注明测定方法及测定条件。休止角越小，粉粒摩擦力越小，流动性越好。40 流动性差,1.粉粒流动性的评价及测定方法,流出速度：流速是测定一定量的粉体流出所需的时间。流出时间短，流动性好。粉粒流速波动大，则压片的片重差异也大。压缩度：将一定量粉体轻轻装入量筒后测最初松体积，再轻敲使粉体处于最紧状态测最终体积，计算压缩度。压缩度20%以下流动性好，40%50%很难自由流动。,2.粉粒流动性的影响因素与改善方法,粒子大小粒径200m：流动性好 100200m：粒径 粒子间摩擦力，流动性 粒径重力很大，流动性很差 粒径大，流动性好；混入细粉，流动性变差。,粒子形态和表面粗糙度：球形及近球形流动性好，针状、鳞片状流动性差。表面粗糙流动性差。密度：重力流动时，密度大利于流动。含湿量：粉体吸湿，增加粒子间的粘着力，流动性差。但粉粒含水量很高时，水起润滑作用，流动性变好。但此时的含水量易使粉粒粘性。含湿量对流动性的影响因粉粒品种不同而不同。助流剂影响：加0.5%2%滑石粉、微粉硅胶等助流剂，大大改善流动性。因填平粗糙面减少摩擦力，减少静电力。但加入过多助流剂反而增加流动阻力（细粉量增多）。,2.粉粒流动性的影响因素与改善方法,（二）粉体的充填性1.粉体充填性的表示方法 表6-充填状态的表示方法,充填性 定义 方程比容 粉体单位质量（1g）所占体积=V/W堆密度 粉体单位体积（cm3）的质量=W/V空隙率 空隙体积与堆体积之比=（v-vt）/v 空隙比 空隙体积与粉体真体积之比 e=（v-vt）/vt 充填率 粉体真体积与堆体积之比 g=Vt/V=1-配位数 一个粒子周围相邻的其它粒子的个数,堆密度与空隙率直接反映粉体装填的松紧程度，如物料一定，堆密度大装填紧密；空隙率小，装填紧密。一般情况，粒子小空隙率大。小粒子间粘着力、凝聚力大于重力，从而不能紧密填充。,第三节 粉体的性质 二、粉体的流动性与充填性,（二）粉体的充填性 2.颗粒的排列模型 粉体充填时，颗粒排列方式直接影响粉体的体积和空隙率。排列方式不同，不同接触点数不同，空隙率也不同。接触点越少，空隙率越大。P100 表6-10等大小球形粒子在规则充填时一些参数。3.充填状态的变化与速度方程 一定量粉体轻轻加入容器中振动或轻敲时，粉体层体积减少速度和减少程度也是粉体特性之一，与流动性有关。充填速度可由久野方程和川北方程表示。4.助流剂对充填性的影响 减少粒子间的黏附性，加量要适宜。,三、粉体的吸湿性与润湿性,（一）粉体的吸湿性 吸湿性：固体表面吸附水分的现象。粉体吸湿后固结、润湿、液化，流动性下降。吸湿与空气状态有关。P:空气中水蒸气分压 pw：物料表面产生的水蒸气分压 p pw:吸湿（吸潮）ppw：干燥（风干）p=pw：平衡状态（平衡水分不能干燥除去）,三、粉体的吸湿性与润湿性（一）粉体的吸湿性 1.水溶性药物的吸湿性 在相对湿度较低的环境下，吸湿量很少，但当空气的相对湿度增大到某一定值时，吸湿量急剧增加，通常把吸湿量开始急剧增加的相对湿度称为临界相对湿度（CRH）。CRH是水溶性药物固有的特征参数。表6-11 水溶性药物的临界相对湿度（37）,三、粉体的吸湿性与润湿性（一）粉体的吸湿性 1.水溶性药物的吸湿性 物料混合时，如水溶性药混合CRH比其中任何一个药物的CRH 均低，其混合物吸湿性更强。水溶性药:CRHA.B=CRHA.CRHB 如枸橼酸CRH70%，葡萄糖CRH为84.5%，两者混合CRH为59.2%生产、储存时环境的CRH必须控制在药物混合物CRH值以下。2.水不溶性药 CRHA.B=CRHA+CRHB,三、粉体的吸湿性与润湿性,（二）粉体的润湿性 润湿性：固体界面由固-气界面变为固-液界面现象称为润湿。固体润湿性用接触角表示，当液滴滴到固体表面时,润湿性不同可出现不同形状。,润湿性,完全润湿,完全不润湿,易润湿 不易润湿,P103表6-25 固体表面上液滴润湿与接触角,（三）接触角的测定方法:1.直接法：将粉体压缩成平面，水平放置滴 上液滴直接用量角器测定。2.在圆筒管中精密充填粉体，下端用滤纸轻轻堵住后浸入水中，测定水在管内粉体层中上升的高度与时间，通过Washburn公式计算接触角。,第四节 黏附性与黏着性,黏附性：不同分子间产生的引力。如粉粒与器壁间的粘附。黏着性（凝聚性）：同种分子间产生的引力。如粒子之间发生粘附而形成凝聚体。产生原因：干燥状态由范德华力及静电引力的作用。润湿状态下由粒子表面水分形成的液体桥或由水分蒸发而产生的固体桥的作用。在液体桥中溶解的溶质干燥而析出结晶时形成固体桥，这正是吸湿粉末容易固结的原因。粒子越小，吸水越多，越易发生黏附与凝聚。,第五节 粉体的压缩性质可压缩性：粉体在压力下体积减小的能力。可成形性：物料结合成坚固压缩体的能力。粉末的压缩性和成形性是紧密联系在一起的，简称压缩成形性。物料的压缩成形性对处方筛选与工艺选择具有重要意义。压缩成形机理：压缩粒子间距变小，产生范德华、静电等引力；粒子受压塑性变形接触面增大结合力增强；粒子破碎后表面能增大；粒子受压相互嵌合产生机械结合力；压缩中摩擦生热温度升高物料部分熔化重新固化时粒子间形成固体桥；水溶性成分析出结晶形成固体桥。,第五节 粉体的压缩性质弹性变形：受压变形，解压后恢复原形，不会产 生结合力。塑性变形：受压变形，解压后不能恢复原形，可 产生较大结合力。脆性变形：颗粒受压破碎变形，解压后不能恢复 原形，产生新界面增强结合力。粉体在压缩过程中发生上述变化。,小结,粉体的性质在固体制剂的研究中起着重要作用。对处方设计、制备工艺研究提供理论依据。重点掌握粉体,吸湿性润湿性,流动性填充性,密度孔隙率,