【精品文章】粉体学基础知识二：粉体粒子形态及粉体的比表面积
2粉体粒度、比表面积测试技术
SwVm(6.0212220)231(.2461120)004.3Vm5
• 以p/V对p作图，直线的斜率为1/Vm，截距为 1/bVm，可得单分子层容积Vm。
• 为了从Vm求出表面积，必须知道一个分子 所占据的面积Am，即吸附质分子的截面积。 可以从单分子层容积计算表面积：
S 4.35 Vm WS
同一物料在同一流体介质中沉降时，若颗 粒大小不等，则其沉降速度也不相等。
在时间t（从悬浮液为均匀的瞬间算起） 时，光束平面处（深度h）的悬浮液中颗粒 的粒径可由Stokes沉降公式决定，求出颗粒 沉降速度和颗粒直径的关系。
loI2lgoI0Kg(n2D22n3D23n4D24)
光透过量和粒径的关系符合朗玻比尔定律：
lo I3 g lo I0 g K (n 3D 23n4D 24)
K：与仪器常数，消光系统有关的常数。 nD：光路中存在的直径为D~D+dD的颗粒个数 I0：入射光强。 Ii：透过悬浮液光强。
设 一 个 样 品 粒 径 D1>D2>D3>D4 ， 颗 粒 数 分 别 为 n1 、 n2 、 n3 、 n4 ， 对 应 的 光 强 为 I1<I2<I3<I4，则将上式展开得：
内容
• 2.1 粒径的定义 • 2.2 颗粒的形状 • 2.3 粉体浓度测试方法 • 2.4 粉体粒度测试技术及其应用 • 2.5 比表面积测量
• 在工农业生产和科学研究中的很多固体原料 和制品，都是以粉体的形态存在的，粒度大 小及分布对这些产品的质量和性能起着重要 的作用。
• 常用的测试方法有显微镜法、筛分法、沉降 法、比表面积法及激光衍射法等。
3
S
g•pAt 3 •t•g•pA
药剂学6章粉体学
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。
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Stocks方程求出粒径的方法。
17、儿童是中心，教育的措施便围绕 他们而 组织起 来。下 午11时59分0秒 下午11时59分 23:59:0021.6.14
1、Genius only means hard-working all one's life. (Mendeleyer, Russian Chemist)
天才只意味着终身不懈的努力。21.5.265.26.202108:3008:30:57May-2108:30
30~35 23.9
35~40 24.3
40~45 8.8
＞45
7.5
19.5
100.0
6.5
100.0 19.5
25.6
93.5
22.3
80.545.1Fra bibliotek24.1
77.7
45.5
54.9
69.2
17.2
54.5
69.4
30.8
86.4
7.6
30.6
83.7
13.6
94.0
3.6
16.3
92.5
6.0
1/ 2
n
nd 3 /
1/ 3
n
/ Sw
（四）粒子径的测定方法
粒径的测定方法与适用范围
测定方法
光学显微镜 电子显微镜
筛分法 沉降法
粉体学-粉体粒子的基本性质
粒⼦⼤⼩与粒度分布 粉体粒⼦的⼤⼩是决定粉体的其它性质的最基本的性质。
粒⼦的⼤⼩可⽤粒⼦的直径表⽰，称为粒径。
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。
但通常实际处理的粉体中，多数情况下组成粉体的各个粒⼦的形态不同，⽽且不规则，各⽅向的长度不同，⼤⼩也不同。
对于不规则的粒⼦，其粒径的测定⽅法不同，物理意义也不同，测定值也不同，常根据实际应⽤选择适当的测定⽅法。
为研究和叙述的⽅便，需要规定⼀种标准化的⽅法来度量。
粒径的表⽰⽅法 1、⼏何学粒径 根据⼏何学尺⼨定义的粒径.常⽤显微镜法、库尔特计数法等测定。
（1）三轴径在粒⼦的平⾯投影图上测定长径l、短径b，在投影平⾯的垂直⽅向测定粒⼦的厚度h，以此表⽰长轴径、短轴径和厚度。
三轴径反映粒⼦的实际尺⼨。
（2）定⽅向径也叫投影径，系指粒径由所有粒⼦按同⼀⽅向测量得到。
常见的有以下⼏种。
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。
定⽅向径：即在⼀定⽅向上分割粒⼦投影⾯的长度。
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。
（3）外接圆等价径以粒⼦外接圆的直径表⽰的粒径。
（4）等价径⽤与粒⼦具有相同表⾯积或相同体积的圆球直径表⽰的粒径，分别称为投影⾯积径和体积等价径。
投影⾯积径：与粒⼦的投影⾯积相同的圆的直径。
体积等价径：与粒⼦的体积相同的球体直径，也叫球相当径，可⽤库尔特计数器测得。
2、筛分径 ⼜称细孔通过相当径。
当粒⼦通过粗筛且被截留在细筛时，粗细筛孔的直径的算术或⼏何平均值称为筛分径。
3、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。
这是⽤沉降法测得的粒径，可根据Stocks⽅程计算得到，⼜称为Stocks径。
常⽤于测定混悬剂粒径。
4、平均粒径 粉体中众多的粒径并不是均⼀的，尤其是⽤粉碎法等制成的粉体，其粒径是从粒径到最⼩粒径的⼀个分布。
由于粒⼦⼤⼩不等，所以不能⽤某⼀个或某⼀些粒⼦的直径来表⽰粉体的粒度，⽽只能⽤统计⽅法算出粒⼦的平均粒径来表⽰。
成都医学院 22考研 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)Feret: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。
药剂学-粉体学
③压缩度（C） 在量筒中测定最松堆体积，最紧堆体积，计算最
松堆密度0与最紧堆密度f C = (f- 0)/f×100%
压缩度的大小反映粉体的凝聚性、松软状态。 ≤20% 流动性较好 40~50% 流动性差
21
⑵粉体流动性的影响因素及改善方法 很复杂，主要因素有 ①粒度：增大粒径，减小附着力和凝聚力。 改善方法：制粒。 ②粒子形状和表面粗糙度：粒子表面越粗糙，流
37
2、微粉理化特性对制剂疗效的影响
（1）粒子小，比表面积大，溶解性能好，可改 善疗效
氯霉素 50m， tmax=1h, Cmax 大
800m, tmax=3h, Cmax 小
（2）可通过控制粒子大小，来控制表面积的大 小以达到缓释作用。
胰岛素锌 >ຫໍສະໝຸດ 0m， 作用30h<2m, 作用不足24h
⑥水溶性成分在粒子的接触处析出结晶而形成 固体桥
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⑴压缩力与体积的变化 弹性变形：受压时变形，解除压力后恢复原形。 塑性变形：受压时变形，解除压力后不能恢复原形。 脆性变形：受压时破碎变形，解除压力后不能恢复
原形 ⑵压缩力的传递与压缩循环图 ⑶压缩功与弹性功
32
33
2、粉体的压缩方程
θ=0º，完全润湿； θ=180º，完全不润湿； 接触角越小润湿性越好。 3、接触角的测定方法 将粉体压缩成平面，水平放置后滴上液滴直接由量
角器测定。
28
（四）黏附性（adhesion）与黏着性(cohesion) 黏附性：不同分子间产生的引力，粒子—器壁。 黏着性：同分子间产生的引力，粒子—粒子。
（3）筛分径 细孔通过相当径。 a > 粒径 > b 筛下粒径 -a；筛上粒径 +b 算术平均径：DA =(a+b)/2
药剂学：粉体学基础
物料风干示意图
44
6、粉体的吸湿性
水是化学反应的媒介。 固体药物吸附水份以后，在表面形成一层液膜，分解反
应就在液膜中进行。 药物是否容易吸湿，取决于其临界相对湿度（Critical
Relative Humidity）,化合物的CRH越低对湿度越敏感。 药物的降解反应速度与环境的相对湿度成正比。
( ) g t
p
l
8
1、粒子径的表示方法
➢ 筛分径（sieving diameter）
当粒子通过粗筛网且被截留在细筛网上时，粗细筛 孔直径的算术或几何平均值称为筛分径。
算术平均值 几何平均值
D ab
A
2
D ab A
a—粒子通过的粗筛网直径， b—截留粒子的细筛网直径 9
1、粒子径的表示方法
4
1、粒子径的表示方法
➢ 几何学粒子径 geometric diameter
̶ 等体积径 equivalent volume diameter ̶ 比表面积等价径 equivalent specific surface diameter
➢ 有效径 （Stocks沉降径）settling velocity diameter ➢ 筛分径 sieving diameter
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6、粉体的吸湿性
临界相对湿度（critical relative humidity, CRH）
水溶性的药物粉末在较低相对湿度环境时一般 不吸湿，但当相对湿度提高到某一定值时，吸 湿量急剧增加，此时的相对湿度即CRH。
• CRH是水溶性药物的固有特征； • 是药物吸湿性大小的衡量指标； • CRH越小则越易吸湿；反之，则不易吸湿。46
9. 平均面积径
nd 2 /
2第二节粉体学
（二）粒子形态 指一个粒子的轮廓或表面上各点所构成的图
像 球形、立方形、针状、鳞片状等。 1、形状指数： 2、形状系数：
12
（三）粉体的比表面积
指单位重量或容量粉体所具有的表面积。（SV、SW）
比表面积越大，吸附能力越强；
比表面积的测定可用气体吸附法、气体透过法等。
包括所有空隙
堆密度 ρb=W/(V∞+V1 +V2)=W/V
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⑵粉体密度的测定 ①液浸法：用液体置换法求得粉体真体积的方法。 ②压力比较法：测定粉体真体积的方法。 ③量筒法：测定粉体堆体积的方法。
15
2、空隙率（porosity） 空隙体积在粉体中所占的比率。 指微粒中孔隙（V内）和微粒间空隙（V间）所
产生原因 1、干燥状态：范德华力、静电力 2、润湿状态：粒子间水分液体桥、水分蒸发固体
桥 粒度越小的粉体越易发生黏附与团聚。 防止措施：增大粒径、加助流剂
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（五）粉体的压缩性质 1、粉体的压缩特性 压缩特性表现为体积减小，在一定压力下可形成
坚固的压缩体。 可压缩性：粉体在压力下减小体积的能力。 可成形性：在压力下结合成坚固压缩体的能力。 可压片性：在压力下压缩成具有一定形状和强度
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2、微粉理化特性对制剂疗效的影响
（1）粒子小，比表面积大，溶解性能好，可改 善疗效
氯霉素 50μm， tmax=1h, Cmax 大
800μm, tmax=3h, Cmax 小
（2）可通过控制粒子大小，来控制表面积的大 小以达到缓释作用。
胰岛素锌 >10μm， 作用30h
<2μm, 作用不足24h
2
粉体的特殊性 ①具有与液体类似的界面和流动性 ②具有与气体类似的压缩性 ③在外力的作用下可以变形，形成坚固的压缩
粉体材料密度和比表面积的测定
2011/9/1
水泥勃氏比表面仪
2011/9/1
12
2011/9/1 6
密度试验
3、结果计算：
W2 W1 V2 V1
结果精确至10kg/m3，以两次试验结果的平均 值作为密度的测定结果。两次试验结果的差值不得 大于20kg/m3，否则重新试验。
2011/9/1
7
数据的修约规则
若舍去部分的数值，大于保留部 分的末位的半个单位，即0.5， 则末位加1； 若～小于～，则末位不变，即舍 弃； 若～等于～，则末位凑成偶数。 即当末位为偶数时则末位不变， 为奇数时则末位加1。
2011/9/1 5
密度试验
（3）将样品用小匙徐徐装入瓶中，下料速度宜 小于液体浸没样品的速度，以免阻塞。如果有 阻塞，应使样品浸没于液体后方可继续添加。 （4）装填完毕后，左手环握瓶颈，右手托握瓶 底转动、振荡，使瓶内气泡上浮排除，每3～5s 观察一次，直至无气泡上升为止，并将粘附再 瓶内壁的样品洗入煤油中。 （5）将瓶放入恒温水槽中恒温30min，读出第 二次体积数V2（读至0.05ml），取出并擦干瓶 外表面，称重W2。
2011/9/1 10
比表面积
进行透气试验，记录压力计中液面由指定位置 下降至另一指定位置时的时间，同时记录试验 温度。 计算：水泥比表面积 S 可按下式计算（精确至 10cm2/g）： ss s T (1 s ) 3 s S (cm 2 / g ) TS (1 ) s3 式中： s 下标为标准数据， 为密度， T 为下落 时间，空隙率，为空气粘度，温度有关。 取二次平均，如两次结果相差2％以上，应重新 试验。并将结果换算成m2/kg为单位。
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粉体学基础知识二：粉体粒子形态及粉体的比表面
积
粉体粒子形态
粒子形态指一个粒子的轮廓或表面上各点所构成的图像。
定量描述粒子几何形状的方法：形状指数（shapeindex）和形状系数（shapefactor）。
将粒子的各种无因次组合称为形状指数，将立体几何各变量的关系定义为形状系数。
（一）形状指数1.球形度（degreeofsphericility）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。
球形度=粒子投影面相当径÷粒子投影最小外接圆直径。
2.圆形度（degreeofcircularity）：表示粒子的投影面接近于圆的程度。
Φc=πDH/L，式中，DH为Heywood径(DH=(4A/π)1/2)；L为粒子的投影周长。
（二）形状系数将平均粒径为D，体积为Vp，表面积为S的粒子的各种形态系数包括：
1.体积形态系数Φv=Vp/D3
2.表面积形态系数Φs=S/D2
3.比表面积形态系数Φ=Φs/Φv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。