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嘉峪檢測網(wǎng) 2022-12-08 03:14
研發(fā)過程中，原料藥的粒度對于產(chǎn)品的溶解性、溶出速率和混合均勻性都有著至關(guān)重要的作用，需要對原料藥的粒度做系統(tǒng)的研究。有時，處方占比較大的輔料同樣起到關(guān)鍵性作用，需要進行單獨的粒度研究。今日一起探索一下粒度測定的奧妙之處。
1 基本概念
• 什么叫做顆粒？
基本上，顆粒包括分散在空氣或者乳液中的液滴，分散空氣或者液體介質(zhì)中的固體，以及在液體介質(zhì)中的氣泡。聚體態(tài)的顆粒通常被認為是一個單個顆粒，除非它們分散開。
通常我們看到的顆粒形狀各不相同
• 那么這些顆粒的粒度是多少呢？
很多技術(shù)采用等效球或者等效圓的直徑來表征粒度，因為對于圓球或者圓來說它們的直徑可以用一個明確的數(shù)值來表征，從而大大方便了結(jié)果的表征。
•這也是為什么很多方法采用球形標準樣品來驗證儀器的原因。
所有的顆粒測量方法都是測量顆粒的某種特性，然后在這個測量參數(shù)的基礎(chǔ)上給出相對應(yīng)的等效球徑（或者是圓的直徑）
2 常見的粒度測定方法及對比
（1）統(tǒng)計方法－代表性強, 動態(tài)范圍寬
①篩分方法 38微米--
②沉降方法 0.01-300微米
③電阻法 0.01-250微米
④光學(xué)方法 0.001-3500微米
（2）非統(tǒng)計方法－分辨率高，代表性差, 動態(tài)范圍窄
圖象分析方法
①光學(xué)顯微鏡
②電子顯微鏡
③動態(tài)圖象分析
（3）顆粒表征隨時間變化的發(fā)展
(4)常見的幾種粒度測定方法的優(yōu)缺點對比
目前藥品研發(fā)/生產(chǎn)企業(yè)大部分選擇激光衍射法粒度儀進行粒度的測定，所以，我們重點探索一下激光粒度測定儀的粒度測定。
3 激光衍射法粒度儀基本原理
（1）激光衍射法如何工作？
顆粒的衍射角度取決于顆粒粒度大小
大顆粒衍射角度小，光強高
小顆粒衍射角度寬，光強弱
（2）激光衍射法基本原理
不同大小的粒子所衍射的光落在不同的位置, 位置信息反應(yīng)出顆粒大。小 同大小的粒子所衍射的光落在相同的位置, 疊加的光強度反應(yīng)顆粒所占的百分比多。少
大顆粒的衍射光強對角度有比較強的依賴性，但隨著粒徑的減小，其衍射光對角度的依賴性明顯降低，而幾百納米以下的顆粒的衍射光幾乎分布在所有的角度！
激光衍射法所測試的是什么呢？
－激光衍射法測量的是一組顆粒的衍射光在不同角度下的強度分布。
簡單來，說在測試過程中，所有經(jīng)過激光束的顆粒都會對光強分布產(chǎn)生貢獻，分布在不同角度下的檢測器會接收到光強信號，記錄下光強的分布，并最終用于粒徑分布的計算。
而這種光散射的行為通常通過Lorenz-Mie理論來解釋:
散射模型：FRAUNHOFER 近似理論
基礎(chǔ)假設(shè)：假設(shè)所有顆粒都是盤狀，假設(shè)體系都是兩相的體，折射率的差異比較，顆粒都是不透明，入射光的波長遠遠小于顆粒大，散射光的角度很。小 “該理論的優(yōu)點是相對簡單，運算簡單快。
散射模型: MIE 氏理論
建立光和物質(zhì)之間的相互作用模型：假設(shè)顆粒是圓的，假設(shè)是兩相體系，對所有波長和所有大小的顆粒都正確，預(yù)計了粒度與散射光強之間的依賴關(guān)系，預(yù)計了小顆粒所產(chǎn)生的二級散射被檢測到。
（3）如何得到粒度分布結(jié)果？
激光衍射法測量的一組未知粒度的顆粒在不同角度下的衍射光強的分布，但是Lorenz-Mie氏理論是用來推算一組已知尺寸的顆粒的散射光強度的分布。
根據(jù)測得的未知粒度分布的顆粒在一定角度范圍內(nèi)的衍射光強的分布，使用衍射模型，通過數(shù)學(xué)反演的方法，最后給出結(jié)果。
小結(jié)：
我們實際測量的是顆粒在不同角度下衍射光強的分。然后通過數(shù)學(xué)反演的方法來計算理論的光強分布，并與實際分布圖做比。較
（4）結(jié)果表達
Lorenz-Mie氏理論用于計算已知體積的球形顆粒的衍射光強分布，因此，基于該理論的激光衍射法所給出的是體積等效球。
此激光衍射法所給出的是等效球直徑的體積分。激光衍射法可以給出顆粒粒度的分布，但通常我們會用主要的特征統(tǒng)計值來描述粒度分布，比如平均粒徑(mean)，中值(D(0.5))，以及峰值(Mode。對于激光衍射法，因為顆粒的分布是基于體積分布而不是個數(shù)分布的，因此我們需要用重均分布來表達平均結(jié)果。
通常我們采用兩種最重要的平均值：
D(4,3)– 體積平均值
D(3,2)– 表面積平均值.
我們還會看到其他的特征值，比如 D[v,0.1]、 D[v,0.5] 、 D[v,0.9]
－－分別指分布累積到一定百分比處的粒徑值
－－V 代表體積分布
4 粒度分布測定方法的開
（1）如何選擇分散方法，干法還是濕法？
首先考慮是否有適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)分散樣品
①溶解性：樣品在該溶劑中是否可溶，不溶還是微溶
②反應(yīng)：樣品與介質(zhì)是否會發(fā)生反應(yīng)？介質(zhì)是否會腐蝕儀器？
③懸浮性：樣品是否可以比較好的懸浮在介質(zhì)中
④分散劑的性質(zhì)：粘度/純度/折光率/透明度
（2）選擇干法的理由
①顆粒可以很容易的分散而不被打碎
②如果想看到團聚狀態(tài)下的顆粒，如造粒后的粒徑
③樣品可以懸浮在空氣流中
④特殊性質(zhì)的樣品，如磁性材料
建議在樣品測試之前用顯微鏡觀察樣品形狀,考察樣品是否易碎。
（3）影響干法分散的因素
顆粒之間的粘附力依賴于粒徑的大小，粒徑越小分散越困難，特別是當(dāng)顆粒小于5微米以下時，而對于干法分散，只能借助于物理分散力來分散樣品。
①樣品被加速到高速狀態(tài)下產(chǎn)生的剪切力可以分散樣品
②顆粒之間的相互碰撞可以分散樣品
③顆粒與進樣器管壁以及池壁碰撞可以分散樣品
④不同的分散氣流壓力也可以分散樣品
所有干法進樣器的結(jié)構(gòu)都類似于氣流磨的設(shè)計。與濕法分散相比，干法分散不易控制，您能控制的只有進樣氣壓和粉末流動速度。干法分散往往是實現(xiàn)顆粒分散與防止顆粒破碎之間的一種折衷方案。不過干法測量更快捷，適合測量大量的大顆粒樣品。干法測量通常也不需要在分散介質(zhì)上花費太大精力干法是在樣品分散和樣品破碎之間的競爭！
要實現(xiàn)成功的干法測量需要的條件：①選擇最佳的分散氣壓，這樣顆粒既能避免發(fā)生團聚，又避免顆粒被高壓破碎②優(yōu)化進樣速度，保持連續(xù)穩(wěn)定的樣品流動(過高的流動速度將降低進樣裝置的分散效率)③您還需要防止樣品盤上遺留的粉末顆粒導(dǎo)致測量取樣不充分。
在制藥行業(yè)，對于藥品的測試，這是一個非常普遍的現(xiàn)象，特別是對于那些針狀的樣品，很容易被打碎。出現(xiàn)的現(xiàn)象為：隨著壓力增大粒徑一直減小，干法比濕法的結(jié)果要小。解決方法：降低測量壓力或者用濕法測量。
（4）選擇濕法的理由
①材料有一定的危險性，如有毒，易暴等等
②樣品顆粒很大—特別是密度很大
③樣品非常粘
④樣品非常細(比如小于1微米)—當(dāng)顆粒越小，團聚力越大，顆?？偸莾A向于團聚在一起
⑤樣品顆粒易碎
可以考察測試的重復(fù)性！濕法測試時可以循環(huán)測樣，可以考察同一樣品測試的重復(fù)性！
樣品可以分散到原始粒徑、可以稀釋樣品-如漿料、如果在生產(chǎn)和使用時是濕粉狀態(tài)這三種情況，最好用濕法測試！
（5）影響濕法分散體系的因素
①分散介質(zhì)
選擇分散介質(zhì)的標準為：可以浸潤樣品、與樣品沒有反應(yīng)（包括不會促使樣品團聚）、無毒-不要用苯-廢液處理容易、經(jīng)濟性-便宜、透明并且連續(xù)、能夠溶解所加入的添加劑/分散劑。
②添加劑/分散劑
分散劑會直接影響分散體系的穩(wěn)定性。當(dāng)顆粒粒徑越小，顆粒之間的團聚力越大，特別當(dāng)粒徑小于5微米時，此時樣品分散體系的穩(wěn)定性非常重要；Zeta電位可以用來監(jiān)測分散體系的穩(wěn)定性；當(dāng)加超聲分散樣品時，會增加樣品之間相互碰撞的幾率；如果顆粒之間沒有足夠的排斥力，樣品碰撞后會團聚在一起；當(dāng)分散體系的Zeta電位絕對值大于30mv時，分散體系處于穩(wěn)定狀態(tài)；而Zeta電位可以通過不同的添加劑及其濃度來改變。
③分散作用力，如超聲/攪拌
選擇超聲條件的標準為：當(dāng)顆粒的粒徑越小時，越可能需要借助外力來使顆粒分散到原始狀態(tài)；超聲是一個很好的分散手段，但超聲也有將顆粒打碎的可能性，所以應(yīng)該合理控制超聲的強度和時間；用顯微鏡去觀察顆粒的狀態(tài)是一個很好的輔助手段！
選擇攪拌速度的選標準為：使樣品均勻、連續(xù)的進入樣品池被測量；不應(yīng)有大顆粒沉淀，造成測量誤差，特別是對顆粒度比較大或比重比較大的顆粒；不應(yīng)產(chǎn)生較強的剪切力而破壞樣品體系，如對于一些乳液樣品，應(yīng)采用盡可能低的泵速；對于一些比重比較大的樣品，可以做泵速滴定，看結(jié)果隨泵速的變化趨勢。當(dāng)在適當(dāng)?shù)谋盟贄l件下，結(jié)果應(yīng)該表現(xiàn)出很好的重復(fù)性。
注意：如果加有表面活性劑，提高泵速可能導(dǎo)致較多氣泡產(chǎn)生。在這種情況下，要合理控制表面活性劑的量。
（6）測量方法的建立
根據(jù)顆粒性質(zhì)選擇合適的分散方法，并根據(jù)結(jié)果的可靠性確定測量方法建立的合適性，結(jié)果可靠性的判別標準為：重復(fù)性、重現(xiàn)性。特定的時候，可以對粒度分布的測定方法進行驗證。
5 粒度分布測定方法的驗證
（1）根據(jù) ICH guidelines Q2A & Q2B:Guidance onanalytical procedures 及USP<1225>：validation of compendial procedures指導(dǎo)文件內(nèi)容：
粒度測定方法學(xué)驗證的參數(shù)有：重復(fù)性、精密度、耐用性
（2）對于激光衍射法，建議對以下幾項方法參數(shù)進行耐用性驗證：
干法測定 ：分散氣壓、進樣速度；
濕法測定：進樣濃度、超聲和攪拌速度。
（3）粒度測定方法學(xué)驗證的限度要求
以上是關(guān)于粒度分布測定方法的探索淺見，不當(dāng)之處請大家指出，也希望能對大家的實際研發(fā)工作能有些許幫助。
參考文獻：
1、 ICH guidelines Q2A & Q2B:Guidance onanalytical procedures
2、 USP<1225>：validationof compendial procedures
3、《中國藥典》2020版四部0982粒度和粒度分布測定法
4、馬爾文粒度儀培訓(xùn)材料
來源：Internet
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