【知识库】激光粒度仪在药物颗粒表征领域疑难解答

本文由粒度应用专家陈丽供稿

湿法分散中出现有大颗粒分布，首先需要重复测样或用显微镜辅助观测判断大颗粒情况，以排除样品中确有真实的大颗粒的情况。

而如果不是真实颗粒造成大颗粒分布的原因，有可能是药物分散体系中挥发性有机试剂造成的。尤其是使用超声进行分散时，热量会导致体系不稳定，进而引起光束偏转造成大颗粒的假峰。亦或者是样品在分散剂中部分溶解，这样也会导致折射率的改变。

新型激光粒度仪 Mastersizer 3000+ 增加了光路的热管理系统，改善分散介质热梯度不平衡问题，能大大减少体系平衡的等待时间，进一步提升数据质量，减少上述因热量导致的大颗粒假象。

         在激光衍射法中，对于不规则药物颗粒来说，其散射模型选择近代的米氏理论为模型，前提假设颗粒为等效圆球，预设粒度与散射光强之间的依赖关系和小颗粒所产生的二级散射，共需要借助三个光学参数：

• 颗粒的折射率（RI）

• 颗粒的吸收率（Abs）

• 分散介质的折射率（Dispersant RI)。

        常规分散介质的折射率通过查询或分散剂说明说都可以得到。对于新制备药物或材料，分析其颗粒的折射率和吸收率时，可以通过颗粒的颜色和透明度做近似判断，取10的级数。（如下图）

通过查找文献、手册或者软件中的数据库或用折光率仪测量。通常有机化合物折射率在1.4 - 1.7之间，可以拟合曲线来修正折射率参数。利用Mastersizer Xplorer工作软件中光学参数优化功能，可自动扫描并选择最佳光学参数设置。

激光照射气泡或气流峰也会产生光路偏转，一定角度的光强被检测到，从而产生假峰影响检测结果。

消除湿法分散时产生的气泡方法有多种，例如超声、增加平衡等待时间、降低搅拌速率或选择粘度小且不易产生气泡的分散剂等等。

而干法分散产生气流峰的原因，是来自空压机和真空吸尘器的两股气流交汇时，温度不一致导致的噪音信号。可以采取以下办法：

1. 延长背景测量时间，等待气流温度差异逐渐消失；

2. 降低分散气压（注意，有可能会存在样品分散不彻底的风险）；

3. 通过“细粉模式”分析数据，以对气流噪音信号进行处理。

当然，在新款Mastersizer 3000+激光粒度仪软件中，具有“自适应衍射”分析功能，可以自行区分稳态/瞬态数据，帮助客户轻松判断非真实颗粒干扰情况。

       这时，需要结合显微镜观测样品本身颗粒大小，判断颗粒是否团聚还是破碎。如果样品本身干法测试的条件不满足，建议更换湿法分散。湿法分散时，团聚样本可以通过超声分散，添加表面活性剂等方法来改善。

           可以通过做浓度滴定测试，来选择样品的遮光度。遮光度合理范围内，不同加样量不会影响测试结果。

一般推荐的遮光度范围指导值

如果是不同品牌的激光粒度仪设备，由于光源，光路，检测器以及反演算法影响，会出现同批次样品测试结果的差异。在减少参数设置差异和制样差异仍无法解决时，如果能统一仪器品牌型号为佳。当然，样品分布不均匀，取样误差也会带来很大差异。当然也要关注使用的仪器状态，以及方法是否验证等等，都会对结果有影响。

           遮光度下降需要考量的关键是导致粒径的变化有多大。可采用短的测试时间（1-3s）快速重复测试，来考察粒度变化超过控制区间所用的时间，并依照考察结果来控制实际测试的时长，以提高结果可信度。具体方法可以参考ISO 或USP 对RSD%测试偏差范围的要求进行考察。

对于不同属性的粉体颗粒，比如棒状、片状颗粒较脆弱，很容易在气流分散的过程中被破碎，而微粉化后的样品团聚严重，需要更高的分散能量来实现良好分散。

Mastersizer 3000和3000+提供标准型文丘里管和高能型文丘里管分别适用于易碎和易团聚的样品。而MS2000仅有一根长管道设计的文丘里管，易碎颗粒随气流在长管道的分散管中运动时，常会与管壁发生长时间碰撞而被打碎，高能型文丘里管具有与MS2000文丘里管相似的结构设计和分散机制，对于团聚严重的粉体，这两者具有可比的分散能力。此外，老2000仪器管道大小也不一样，可以通过适当的方法参数调整优化达到分析结果一致性。

数据拟合与残差

点击测试结果，在“拟合”报告中我们能看到测量的原始光强分布数据和基于光学参数的基础上计算得到拟合数据。两条曲线迭加后所产生的差异即是我们所说的数据拟合，拟合的好坏即是我们所说的残差。

残差是所有检测器上实际和理论信号的差异（对超声，气流，温度变化等造成的噪音信号敏感）。加权残差是将大编号检测器的信号加权（放大）后，实际和理论信号的差异，这对小颗粒粒径分布的可信度更为关键。加权残差接受范围通常为2%以内。

Mastersizer3000+ 的新版本软件配有“数据质量指南”功能，可以帮助全方面的评估测试的数据质量，并给出专家指导意见。

残差是所有检测器实际信号和理论信号的差异；因为小颗粒信号弱，即使差异大也不明显，加权残差是将小颗粒信号加权后对比差异，更反映小颗粒结果的拟合情况。

好的测样前提需要有一个清洁，稳定的背景 ，在检测器范围内，背景信号是逐步下降的。一般大致要求1号检测器上散射信号低于100单位；20号检测器上散射信号低于20单位。同时避免扣除背景后出现明显正负信号情况，否则需要重新清洗测试背景。

通常只有乳液颗粒是球形，还有一些的标准样品是球形，其他研磨合成的材料都是选择非球形。

一般用标准品检验，方法验证（准确度，精密度，重现性，重复性，稳定性等），显微镜观测颗粒大小的分析是必要的佐证准确度的方法。

在粒度仪使用较长时间后，难免样品窗镜片被污染，需要清洗。镜片分内、外两面，通常清洁的是接触样品面（内侧）；外面只接触空气，并有光学镀膜，禁止手摸，和酸、碱溶液或腐蚀性有机试剂擦拭！镀膜被破坏，镜片就必须更换。日常清洁可以用洗耳球吹掉灰尘，如果有指纹等污渍，可用擦镜纸沾无水乙醇擦拭。也就是，镜片内外两面可用无水乙醇清洗，但外镜片不能采用酸、碱溶液和腐蚀性有机试剂。

文丘里管可以用压缩空气吹净，尽量不要用液体洗，拆开用棉签擦拭即可。