您當前的位置：檢測資訊 > 科研開發
嘉峪檢測網 2022-07-26 14:52
密度是粉體（顆粒）關鍵特性之一，它被廣泛用于評價顆粒流動性、可壓（縮）性，其對于藥物制劑工業生產的各個環節都有顯著影響。例如，早期的產品批量設計、設備選型及配件等取決于藥物顆粒的密度；在生產特定規格的藥品時，如何選擇適當型號的膠囊填充計量盤和計量針以及壓片機填充導軌，也與藥物顆粒的密度緊密相關；粉體顆粒的密度對壓片和干法制粒等工藝的可壓性、硬度等指標有關鍵影響；最后在工藝設計時，特別需要重視不同原輔料、顆粒粉體間的密度差異，以免造成混合不均勻、顆粒分層等質量缺陷。因此制藥行業對于粉體”密度”的研究需要鞭辟入里。
中學物理告訴我們，密度是對特定體積內的質量的度量，可以用符號ρ表示，國際單位制和中國法定計量單位中，密度的單位為kg/m³。密度等于物體的質量除以體積，表示某種物質的質量與體積的比值。密度是物質的特性之一，每種物質都有一定的密度，不同物質的密度一般不同，因此可以也用來鑒別物質。測量一個規則的剛性物質的密度是相對簡單的，但是如何測量一個不規則物質的密度在以往卻相當有挑戰性。中學物理教材中，阿基米德將耶羅二世的皇冠浸入水中，通過排水體積成功測量了金的密度。現如今我們把這種方法稱為密度測量法，它仍舊適用于無空隙物體和有孔隙物體的密度測量。只是現在的密度測量技術的置換媒介可以是氣體、液體或細粉。
那么為何會需要不同的置換媒介呢？這是因為許多物質的結構內部都有裂縫、空隙和曲折孔道，因此產生了不同定義的“密度”，每一種“密度”都需要用不同的技術進行測量。第一種密度測量技術僅僅測量樣品體積（不考慮固體內部的孔隙）；第二種密度測量技術要考慮樣品內部的孔隙（包括開孔和閉孔）；第三種密度測量技術不僅考慮到樣品內部的孔隙，還考慮到了樣品間的縫隙，可以理解為是純固相。
在制藥行業中，我們就經常接觸到被冠以各種前綴的“密度”們，下面就讓作者帶著大家逐一揭開她們的神秘面紗吧。
絕對密度（Absolute density）
絕對密度也稱為真實密度、表觀密度或骨架密度，它不包含散裝樣品內的孔隙、樣品間的縫隙，即可視為純固相樣品的密度。截至目前，通過使用水或其他液體浸入樣品孔隙的方式排空孔隙所占的體積，從而得到樣品的絕對體積，進而計算出其絕對密度。有的時候，為了促使液體充滿孔隙，會將被測量物放置在液體里煮沸，或者在浸入液體前對被測量物抽真空。然而，由于表面張力效應以及孔隙內截留氣體的抵抗，細孔難以被液體充滿。
因為液體密度測量技術的弊端，目前行業內有氦氣（或其他氣體）密度計，與液體密度計相比氣體密度計更加簡易、快速、精確且可重復測試。氣體密度計測量物質密度是一種非破壞性的技術，使用氣體置換來精確測量物體真實體積，使其成為測量物體真實密度的理想方法。使用氦氣密度計，我們只需將一個已知重量的樣品密封在樣品室中，保持恒溫。然后氦氣被加入到系統中，氦氣密度計樣品室中的壓力達到平衡。由于氦是一種小分子，它能夠滲透到樣品的孔隙中。然后將樣品室的氦氣釋放到擴展室，壓力再度達到平衡，用該平衡壓力與氣體定律計算樣品的體積。最后從系統中把壓力釋放出來，并取出樣品。因此，用氦氣密度計測量得到的物體的絕對密度也被簡稱為“氦密度”。
包合密度（Envelope density）
包合密度（有時稱為散裝密度，小編認為不是很準確）是體積測量時多孔物體的孔隙體積也包括在內時測量所得的密度。即，在考慮樣品體積時，想象著有一層薄膜緊密覆蓋于樣品表面，這層薄膜包裹著的體積也就是“包合體積”。
包合密度計通過干粉置換法測量物體的包合體積，該種干粉是粒度均勻的剛性球體，具有優異的流動性，能夠緊密的包裹住被測量物體，且不與被測物發生物理或化學反應；且由于該干粉粒徑足夠小，它們可以確保緊密的團聚在被測量物體表面且不浸入物體內的孔隙。因此，此法也不損傷或污染被測量物體，且測量較為迅速、簡易。
放置干粉的樣品室是一個精密的圓柱體，樣品室中有一根活塞進行壓縮，壓縮力可以設定并重復；在樣品室中先只使用干粉進行壓縮，得到零容積基線；然后將被測量物體和干粉一起放置于樣品室中，重復上述壓縮操作，可以得到活塞位移距離，再根據樣品室的底面積（圓柱體圓形底面）可計算得到被測量物體的包合體積。最后，輕輕搖晃和除塵后，可以移除樣品表面包合的干粉，因而樣品可以恢復原樣并重復測試。樣品室可根據被測量物體大小的不同選擇不同尺寸以適應測量需要。
多孔物體的包合密度比其絕對密度要小；對于無孔隙物體，其包合密度等于其絕對密度。因此通過測量同一物體的絕對密度和包合密度，可以計算其總孔隙率。
堆密度（Bulk density）&振實密度（Tap density）
中國藥典2020版四部通則0993中專門介紹了堆密度和振實密度測定法。根據藥典定義，堆密度即藥物或輔料粉體在松散狀態下的填充密度。松散狀態是指將粉末樣品在無壓縮力的作用下傾入某一容器中形成的狀態。堆密度是粉體樣品自然地充填規定容器時，單位體積粉體的質量。堆密度測定值受樣品的制備、處理和貯藏的影響，即與處置過程相關。顆粒的排列不同可導致堆密度在一定范圍內變化，即便是輕微的排列變化都可能影響堆密度的值。因此，堆密度測定結果重現性不高，報告堆密度時應注明測定條件。堆密度可通過測量過篩后一定質量的粉末樣品在量筒中的體積來確定（第一法），或使用專用的體積計進行測定（第二法），也可通過測定過篩后充滿具有一定容積容器的粉末樣品的質量（第三法）來確定。
振實密度是指粉末在振實狀態下的填充密度。振實狀態是將容器中的粉末樣品在某一特定頻率下，向下振敲直到體積不再變化時粉體柱的狀態。機械振動是通過上提量筒或量杯并使其在重力作用下自由下落一段固定的距離實現的。振實密度可通過測定固定質量樣品的振實體積（第一法和第二法）或測定樣品在已知容積量器中振實后的質量（第三法）求得。
粉末粒子間相互作用不僅影響粉末的堆積性質，還影響粉末的流動性。因此，堆密度和振實密度的差異，能夠有效評估粉末粒子間相互作用的相對重要性，也常用作粉末流動能力參數，如壓縮性指數或豪斯納比率。
通過上述介紹，相信我們能夠在今后的產品開發、生產和商業化中對顆粒密度有更加深入的認知，并結合專業的檢測設備進行分析檢測，幫助各位制藥行業的從業人員“玩轉”顆粒“密度”。
來源：藥事縱橫
