Tim Freeman“粉體流動(dòng)”專欄 | 應(yīng)用于預(yù)測分層的粉體表征技術(shù)

       這一系列文章的主題都是特定工藝或單元操中作的材料表征。最后一篇，有關(guān)分層主題的文章適合這一類別，盡管與所討論的其他工藝不同，分層通常是意外的或不良的，甚至同時(shí)兼具兩者！在藥品生產(chǎn)中，進(jìn)料斗或進(jìn)料架內(nèi)輸送或運(yùn)輸期間出現(xiàn)分層，可能對含量均勻度產(chǎn)生極大影響。同時(shí)，它也可能會(huì)影響加工性。

       使用粉體流變儀進(jìn)行動(dòng)態(tài)粉體測試是評估材料分層趨勢的一種方法。此外，這項(xiàng)技術(shù)還量化了分層對流動(dòng)行為的影響，而流動(dòng)行為是加工性中一項(xiàng)關(guān)鍵的決定因素。

       分層通常意味著顆粒組與顆粒組間分離。在粉體加工中，它通常指均質(zhì)的顆粒集其物理方面的分離，最常見的是按顆粒的大小分離，盡管顆粒密度等其他參數(shù)也同樣很重要。分層通過兩種不同的機(jī)制形成，具體取決于由樣品的振動(dòng)還是充氣所促成。了解兩種條件的影響對于成功識別和解決問題而言非常重要。

       輕微振動(dòng)樣品通常也會(huì)促使大顆粒升高至表面，這是一種非常易于觀察的影響。對粉體進(jìn)行攪拌時(shí)，細(xì)顆粒材料向下運(yùn)動(dòng)，從而填充顆粒間隙并迫使大顆粒向上運(yùn)動(dòng)。這種類型的分層在很大程度上可歸因于顆粒粒徑的差異。

       另一方面，對于充氣樣品，特別是接近流化狀態(tài)的樣品，更大或更重的顆粒會(huì)下沉至樣品的底部，從而使細(xì)顆粒不成比例地分布在上層。在這里，大多數(shù)粉體都具有流體的特性，較重的顆粒落下穿越粉層的方式與密度較小的液體相同。對于含有不同密度、同樣粒徑顆粒的樣品，將是更重、密度更大的顆粒向下運(yùn)動(dòng)。

       圖1 - 分層實(shí)例

       對于動(dòng)態(tài)粉體表征，通過記錄以定義的模式旋轉(zhuǎn)漿葉通過材料時(shí)，作用于其上的力和扭矩來測量樣品的流動(dòng)能。對于分層而言，這項(xiàng)技術(shù)有兩項(xiàng)固有的益處。

       首先，可使樣品經(jīng)歷可控的分層周期，即在一段設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行確定的低應(yīng)力攪拌。通過確定流動(dòng)能的變化幅度和速度作為分層周期次數(shù)的函數(shù)來評估樣品分層的趨勢。一般而言，對于易分層的樣品，隨著分層周期次數(shù)的增加，流動(dòng)能將快速且顯著地變化。

       其次，可在樣品內(nèi)充氣甚至流化后進(jìn)行動(dòng)態(tài)測量。通過測量粉體是否以及如何趨于分層 (作為充氣條件的函數(shù)) 實(shí)現(xiàn)這一測試方法，同時(shí)意味著可以研究兩種分層機(jī)制。

       分層是藥品生產(chǎn)商面臨的一個(gè)主要問題，避免有效成分的不均勻分布成為最迫切的驅(qū)動(dòng)因素。動(dòng)態(tài)粉體表征能夠同時(shí)研究分層的趨勢和機(jī)制，從而提供實(shí)用的信息，以使處方設(shè)計(jì)者和工藝工程師們能夠減輕這種影響。