第十章 粉体学基础

药剂学第十章-粉体学基础成都医学院22考研药剂学第十章粉体学基础第一节概述粉：小于等于100微米粒：大于100微米单一粒子为一级粒子，单一粒子聚结体为二级粒子第二节粉体的基本性质基本性质：粉体的粒径及其分布和总表面积，单一粒子的形态及表面积一、粒径及粒径分布（一）粒径的表示方法1、几何学粒径1）三轴径：在粒子平面图上测定的长径l,短径b 和高度h2）定方向径：在粒子平面投影图上测得的特征径a)Fe ret:径：定方向接线径，在粒子投影图上画出外接平行线，其平行线见得距离即是定方向径b）Krummbein：定方向最大径，用一直线将粒子投影面按一定方向进行分割，分割的最大长度为定方向最大径c）Martin：定方向等分径，用一直线将粒子投影面按一定方向进行分割，恰好将投影面积等分时的长度为定方向等分径3）圆相当径a)Heywood：投影面积圆相当径,系与粒子投影面积相同的圆的直径b)周长圆相当径：系与投影面积周长相等的圆的直径4）球相当径a)球体积相当径：与粒子体积相同的球体的体积b)球面积相当径：与粒子体表面积相同的球体的直径5)纵横比：系颗粒的最大轴长度与最小轴长度之比2、筛分径：细孔通过相当径3、有效径：沉降速度相当径，与粒子在液相中具有相同沉降速度的球的直径4、比表面积等价径：与粒子具有相同比表面积的球的直径5、空气动力学相当径：空气动力学径，与不规则粒子具有相同动力学行为的单位密度球体的直径（二）粒径分布频率分布：表示各个粒径所对应的粒子在全体粒子群中所占的百分数累计分布：表示小于或大于某粒径的粒子在全体粒子群中所占的百分数粒度分布基准：个数基准、质量基准、面积基准、体积基准、长度基准（三）平均粒径：中位径：中值径，累计分布图中累计正好为50%所对应的粒径众数粒径：颗粒出现最多的粒度值，即频率分布曲线的最高峰值（四）粒径的测定方法显微镜法或筛分法测定药物制剂的粒子大小和限度，光散射法测定原料药或药物制剂的粒度分布1、显微镜法：将粒子放在显微镜下，根据投影测定等价粒径2、筛分法：筛孔机械阻挡的分级方法3、沉降法：液相中混悬粒子的沉降速度4、库尔特计数法：电阻法，等体积球的相当径5、激光散射/衍射法：光传播遇到颗粒阻挡发生散射，颗粒越大，散射光夹角越小6、比表面积法：吸附法和透过法测定7、级联撞击器法：测量可吸入颗粒物的空气动力学粒径和粒径分布的首选二、粒子形态：系指粒子的轮廓或表面个点所构成的图像（一）形态指数：将粒子某些性质与球或圆的理论值比较形成的无因次组合1、球形度：真球度，系指用粒子的球相当径计算的球的表面积与粒子实际面积之比2、圆形度：系指用粒子的投影面积相当径计算的圆周长与粒子投影面积周长之比（二）形状系数1、体积形状系数2、表面积形状系数3、比表面积形状系数三、粒子比表面积（一）比表面积的表示方法：单位体积或单位重量的表面积1、体积比表面积：单位体积粉体的表面积2、重量比表面积：单位重量粉体的比表面积（二）比表面积的测定方法1、气体吸附法：利用粉体吸附气体的性质2、气体透过法：气体通过粉体时的阻力与比表面积有关第三节粉体的其他性质一、粉体的密度（一）粉体密度分类和定义1、真密度：粉体质量除以真体积得到的密度，不包括颗粒内外空隙的体积2、粒密度：粉体质量除以粒体积得到的密度，包括内部空隙3、堆密度：，松密度，粉体质量除以该粉体所占体积得到的密度，包括内部空隙振实密度：经一定规律振动或轻敲后测得的堆密度理论上：真密度大于等于粒密度大于等于振实密度大于等于堆密度（二）粉体密度的测定方法1、真密度的测定1）氦气测定法：首先通入已知重量的氦气到代测定空仪器中，测得仪器容积V0，然后将供试品放入容器抽真空，完成后导入一定量氦气，而后计算出粉体周围及进入粉体孔径氦气体积Vt，V0-Vt既是粉体体积计算可得真密度2）液体汞、苯置换法2、粒密度的测定：比重瓶法（常用）、吊斗法3、堆密度与振实密度的测定方法：将约50立方厘米到的经过二号筛处理的粉体装入100ml量筒中，将量筒从一英寸处落下到坚硬木板三次，所得体积即为粉体堆体积，计算可得堆密度二、粉体的空隙率分类：颗粒内空隙率、颗粒间空隙率、总空隙率测定：压汞法、气体吸附法三、粉体的流动性（一）粉体流动性的评价方法1、休止角：粉体堆积层的自由斜面与水平面形成的最大夹角测定方法：固定圆锥底法、固定漏斗法动态休止角：流动粉体与水平面形成的夹角，可装入量筒后以一定速度旋转测定休止角小于等于30度时流动性好，小于等于40度时，可以满足生产需要2、流出速度：单位时间内从容器小孔中流出粉体的量表示3、压缩度和Hausenr测量方法：将一定量粉体装入量筒中测得最初堆体积，采用轻敲法测得粉体最紧状态得到最终体积，后根据相关公式计算出压缩度压缩度为20%以下流动性较好，增大流动性下降，超过30%很难流出HR在1.25以下流动性好，大于1.6时很难操作（二）改善流动性的方法1、增大粒子大小：250~2000微米流动性好，72~250微米流动性取决于形态和其他因素，小于100微米时流动性会出现问题2、改善粒子形态及表面粗糙度3、改变表面作用力4、助流剂的影响5、改变过程条件四、粉体的填充性（一）表示方法：堆容比：单位质量所占体积空隙率：堆体积中空隙所占体积堆密度：单位体积的质量空隙比：空隙体积与真体积之比充填率：堆密度与真密度之比配位数：一个粒子周围相邻其他粒子个数（二）颗粒的排列模型球形粒子规则排列，接触点最小为6，此时空隙率最大，为48%，接触点为12时最小为26%，粒径大小不影响空隙率和接触点（三）充填状态的变化和速度方程：久野方程、川北方程（四）影响粉体充填性的因素1、粒径大小及其分布2、颗粒的形状和结构3、颗粒的表面性质4、粉体处理及过程条件5、助流剂的影响五、粉体的吸湿性定义：固体表面吸附水分的现象（一）水溶性药物的吸湿性CRH：水溶性药物在较低的相对湿度环境中平衡水分含量较低，不吸湿，但当空气中相对湿度提高到一定值时吸湿量急剧增加，此时的相对湿度即为物料的临界相对湿度。

粉体学基础一粉体概述1 粉体相关概念1.1 粉体粉体是无数固体粒子的集合体1.2 粒子在粉体中不能再分离的运动单元1.3 “粉”和“粒”通常≤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”，较难产生粒子间的相互作用而流动性较好。

2 粉体的物理特征自然界中的物质可分为三种形态：气体、固体和液体，那么粉体属于哪种形态？粉体虽然具有与固体类似的抗变形能力，但不是固体粉体虽然具有与流体相似的流动性，但不是液体。

粉体虽然具有与气体相似的可压缩性，但不是气体。

它属于第四种物质形态3 粉体的性质3.1 一般性质粉体的一般性质包括：粉体粒度（尺寸、形状和粒度分布）、流动性、分散性及稳定性、填充性及吸湿性等等。

3.2 特殊性质当尺寸处于亚微米级或纳米级时，粉体具有与普通粉体完全不同的特殊性质。

（1）表面效应纳米材料的表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。

如图1所示。

超微粉体尺寸小，比表面积大，位于表面的原子占有相当大的比例。

随着尺寸减小，比表面积急剧增大，引起表面原子数迅速增加，增强了粒子的活性。

例如，尺寸小于5 m的赤磷在空气中能自燃，而某些纳米级的金属粉末在空气中也会燃烧。

（2）小尺寸效应随着颗粒尺寸的量变，在一定的条件下会引起颗粒性质的质变。

由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。

纳米颗粒尺寸小，表面积大，在熔点，磁性，热阻，电学性能，光学性能，化学活性和催化性等都较大尺度颗粒发生了变化，产生一系列奇特的性质。

例如，金属纳米颗粒对光的吸收效果显著增加，并产生吸收峰的等离子共振频率偏移；出现磁有序态向磁无序态，超导相向正常相的转变。

（3）量子尺寸效应各种元素原子具有特定的光谱线。

由无数的原子构成固体时，单独原子的能级就并合成能带，由于电子数目很多，能带中能级的间距很小，因此可以看作是连续的，从能带理论出发成功地解释了大块金属、半导体、绝缘体之间的联系与区别，对介于原子、分子与大块固体之间的超微颗粒而言，大块材料中连续的能带将分裂为分立的能级；能级间的间距随颗粒尺寸减小而增大。

10粉体学基础●概述无数个固体粒子集合体≤100um——粉‖＞100um——粒●粉体的基本性质●粒径及粒径分布●粒径表示方法●几何学粒径三轴径，定方向径，圆相当径，球相当径，纵横比●筛分径［细孔通过相当径］粗细筛孔直径算数或几何平均值●有效径Stocks径●比表面积等价径比表面积相同球的直径，透过法或吸附法测比表面积后求得，平均径，不得粒度分布●空气动力学相当径●粒径分布频率分布，累计分布粒度分布必须注明测定基准质量和个数基准多用●平均粒径制造行业中，中位径［中值径，D₅₀］最常用●粒径测定方法●显微镜法几何学粒经，个数或面积基准光学显微镜——1-1000um‖透射电子显微镜——1-50nm300-500个粒子，避免粒子间重叠●筛分法最早，应用最广，最简单快速＞45um 筛子由细到粗⇨放上层振动⇨称量⇨重量基准粒度分布与平均粒径目数越大，筛孔越小●沉降法［有效径］＜100um Andreasen吸管法重量基准●库尔特计数法电阻法 0.1-1000um 个数或体积基准●激光衍射/散射法用于纳米粒，纳米乳粉末，混悬液●比表面积法吸附法，透过法●级联碰撞器法●粒子形态影响流动性，充填性●形状指数球形度，圆形度●形状系数●粒子的比表面积●表示方法体积比表面积，重量比表面积表征粗细，固体吸附能力‖比表面积影响吸附性，溶解性，进而影响吸收●测定方法●气体吸附法BET方程●气体透过法Kozeny-Carman公式只能测定粒子外部的比表面积，内部空隙不可测●粉体的其他性质●密度轻质——堆密度小，堆体积大重质——堆密度大，堆体积小轻质，重质与粒密度，真密度无关●分类真密度ρt，粒密度ρg，堆密度ρb［松密度，振实密度ρbt］颗粒致密，无细孔和空洞，真密度=粒密度●测定方法●真密度氦气置换法，液体汞、苯置换法●粒密度液体浸入法——汞——比重瓶法●堆密度与振实密度●空隙率影响片剂崩解，溶出●流动性片重差异，制剂操作●流动性评价方法●休止角越小，摩擦力越小，流动性越好θ≤30流动性好，≤40满足生产过程中流动性需要●流出速度越小，流动性越好●压缩度C和Hausner比测定堆密度和振实密度求得C在20%以下流动性好，增大，流动性下降，38%以上难以从容器自动流出 HR在1.25以下流动性好，1.6以上无法操作●改善流动性的方法●增大粒径粒径增大，休止角减小 250-2000um流动性好＜100um，流动性差●改善粒子形态和表面粗糙度喷雾干燥，控制生产方式和结晶条件●改变表面作用力干燥，低湿度，氧化镁细粉●助流剂降低粉末间黏附黏着，0.5%-2%微粉硅胶，滑石粉●改变过程条件震动漏斗，强制饲粉装置●填充性空隙率，堆密度表征，类似流动性●吸湿性吸湿平衡曲线，CRH测定用吸湿法和饱和溶液法●水溶性药物吸湿性混合相乘●水不溶性药物吸湿性加和性●润湿性崩解溶解相关接触角小润湿性好 0完全润湿‖0-90润湿‖90-180不润湿‖180完全不润湿●黏附与内聚［黏着性］黏附——不同分子间内聚——同分子间＜100um内聚增强，流动性差增大粒径，助流剂●压缩性质弹性变形—解压复原—不产结合力—松片裂片塑性变形—不复原—产生结合力脆性变形［破碎变形］—颗粒在压力下破碎变形，不复原 Heckel方程。

粉体学基础教案教案标题：粉体学基础教案教案目标：1. 了解粉体学的基本概念和原理。

2. 理解粉体的特性和分类。

3. 掌握粉体的制备方法和工艺流程。

4. 学习粉体的性能测试和表征方法。

教学步骤：引入：1. 利用实例或图片引入粉体学的概念，解释粉体学在工程和科学领域的重要性。

知识讲解：2. 解释粉体的定义和特点，包括颗粒形状、颗粒大小、颗粒分布等。

3. 介绍粉体的分类，如金属粉末、陶瓷粉末、聚合物粉末等。

4. 讲解粉体的制备方法，包括物理方法（研磨、气流法、喷雾干燥等）和化学方法（溶胶-凝胶法、沉淀法等）。

5. 介绍粉体的工艺流程，包括原料准备、混合、成型、烧结等步骤。

案例分析：6. 提供实际案例，让学生分析和解决粉体制备过程中可能遇到的问题，如颗粒分布不均匀、成型困难等。

实验操作：7. 进行简单的粉体实验操作，如研磨、喷雾干燥等，让学生亲自体验粉体制备的过程，并观察和记录实验结果。

性能测试：8. 介绍粉体性能测试的方法，如颗粒大小分析、比表面积测定、流动性测试等。

9. 引导学生进行粉体性能测试实验，让他们学会使用相应的测试设备和方法。

总结：10. 总结粉体学的基本概念和原理，强调粉体的重要性和应用领域。

11. 鼓励学生继续深入学习和研究粉体学的相关内容。

教学评估：12. 设计小测验或问答环节，检查学生对粉体学知识的掌握程度。

13. 观察学生在实验操作和性能测试中的表现，评估他们的实际操作能力和数据处理能力。

教学资源：- PowerPoint演示文稿- 实验室设备和材料- 粉体样品和实验材料- 教科书和参考书籍教学延伸：- 鼓励学生进行粉体学相关的研究项目，如粉体材料的应用研究、粉体制备工艺的改进等。

- 组织学生参观相关企业或实验室，了解粉体学在实际工程中的应用和发展。

备注：教案的具体内容和教学步骤可根据教育阶段和学生的学习能力进行调整和适应。

以上教案建议仅供参考。

粉体学基础知识（一）粉体的基本概念粉体是指无数细小固体粒子的集合体，粉体学是研究粉体的基本性质及其应用的科学。

粒子是粉体运动的最小单元, 包括粉末（粒径小于lOOUm）和颗粒（粒径大于lOO^m）, 通常所说的“粉末”、“粉粒”或“颗粒”都属于粉体的范畴。

组成粉体的单元粒子可能是单体的结晶，称为一级粒子；也可能是多个单体粒子聚结在一起的粒子，称为二级粒子。

在制药行业中，常用的粒子大小范围为从药物原料粉的1M 到片剂的lOmmo物态有固体、液体、气体3种。

液体与气体具有流动性，而固体没有流动性；但把固体粉碎成颗粒的聚集体之后则具有与液体相类似的流动性，具有与气体相类似的压缩性，也具有固体的抗形变能力，所以有人把粉体列为“第四种物态” 来进行研究。

（二）粉体的特性1.粒子大小与测定粉体粒子大小是以粒子直径的微米数为单位来表示的。

粉体大部分不规则，代表粒径大小的方法有：几何学粒径、有效粒径、比表面积粒径等。

1. 1.几何学粒径是指用显微镜看到的实际长度的粒子径。

1.2.有效粒径用沉降法求得的粒子径，即以粒子具有球形粒子的同样沉降速度来求得。

该粒径根据Stokes方程计算所得，因此又称Stokes粒径。

1.3比表面积粒径用透过法和吸附法求得的粉体的单位表面积的比面积。

这种比表面积法是假定所有粒子都为球形求出的粒子径。

常用的粒径测定方法有：显微镜法、筛分法、沉降法、小孔透过法和激光衍射法等。

2.粒子形态粉体除了球形和立方形等规则而对称的形态外很难精确地描述粒子的形状。

因此，研究工作者用体积形态系数，比表面形态系数等术语来表示微粒形态。

3.粉体的比表面积粒子的比表面积的表示方法根据计算基准不同可分为体积比表面积Sv和重量比表面积Sw。

体积比表面积是单位体积粉体的表面积，重量比表面积是单位重量粉体的表面积。

4.粉体密度与孔隙率粉体密度为单位体积粉体的质量。

由于颗粒内部含有的空隙以及及颗粒堆积时颗粒间的空隙等，给粉体体积的测定带来麻烦。