使用Granutools粉体流动性分析仪进行乳糖粉体分析

一、介绍

Theoretical Framework 理论概况

颗粒状材料和精细粉体在工业上有着广泛的应用。为了控制和优化加工方法，必须对这些材料进行精确的表征。表征方法既与颗粒的性质(粒度、形态、化学成分等)有关，也与粉体的行为(流动性、密度、共混稳定性、静电性能等)有关。然而，关于散装粉末的物理性能，大多数在研发或质量控制实验室使用的技术是基于旧的测量技术。在过去的十年中，我们更新了这些技术，以满足研发实验室和生产部门目前的要求。特别是，测量过程已经自动化，并开发了严格的初始化方法，以获得可重复和可解释的结果。利用图像分析技术提高了测量精度。

一系列的测量方法已经得到发展，以涵盖所有的需要，工业加工粉末和颗粒材料。但是，在这个应用中，我们将主要关注GranuFlow仪器。

GranuFlow 粉体流动性分析仪

与古老的霍尔流量计(ASTM B213, ISO4490) 或者与药典(USP1174)中描述的“通过孔口的流动”方法相比，GranuFlow是一个先进的流速计。

GranuFlow是一种简单明了的粉末流动性测量装置，它由一个不同孔径的筒仓和一个专用的电子天平组成。这种流量是根据用天平测量的流速质量随时间演化的比率（斜率）自动计算出来的。利用原有的旋转系统，可以快速、方便地调整孔径大小。软件辅助测量和结果分析。通过测量一组孔径尺寸来获得流量曲线。ZH,整个流动曲线是配备知名Beverloo理论模型获得流动性指数(Cb、粉末流动性相关)和最小孔径大小获得流(Dmin)(为理论背景,用户可以参考附录1)。整个测量容易执行,快速准确。

在本文中，我们使用了一套完整的孔径:4、6、8、10、12、14和16毫米。

本应用说明的主要目的是为医药领域提供有关乳糖分析的信息。

二、乳糖分析

材料

本应用中使用的粉末由Meggle Pharma提供。所有这些样品都是乳糖。他们被制造商称为Tablettose 70, Tablettose 80, Flowlac 90和Flowlac 100。根据供应商的数据，这些粉末的理化性能描述如下表:

表1:乳糖理化性质

为了获得颗粒尺寸分布和颗粒形状的信息，通过扫描电镜获得如下图片：

首先观察到的是颗粒的形状，所有的Flowlac样品都是球形的，而Tablettose样品是不规则的。

表2:乳糖颗粒分析

使用GranuFlow进行分析

在26°C和40.00% RH下(w = 8.5gH20/kg干燥空气)进行颗粒流分析。研究了不同孔径(4mm ~ 16mm)下的质量流量。F为粉末流量(单位为g/s)， Cb为Beverloo参数(单位为g/mm3)。Dmin是获得流量的最小孔径尺寸:

表3:通过GranuFlow仪器获得的四个乳糖样品的原始数据。

这些结果确实很有趣，从豪斯纳比(cf. Table 1)可以看出，经典的振实密度测试(“Densitap”)无法区分样品之间的差异(尽管样品的物理化学成分具有高度异质性)。然而，GranuFlow满足用户对粉末进行非常精确的分类(借助Cb和Dmin参数)。虽然Flowlac90和Tablettose70具有相同的Cb参数，但Dmin信息可以让我们确认Flowlac90在所有样本中流动性zui好，其次是Tablettose70。Flowlac100排在第三位，而Tablettose80的流动性较差。为了证明这些假设，下图显示了根据孔直径的质量流量:

图5:所有乳糖样品的质量流量与孔径大小。线条代表贝弗里洛定律。

这个图表显示了实验数据和模型值之间的良好相关性(用贝弗里洛定律)。这一事实是非常重要的，因为在贝弗卢模型中，用户可以进行数据补充，从而预测不同孔大小的质量流量。

三、总结

  ·  GranuFlow能够绘制完整的质量流量曲线

  ·  GranuFlow给出了满足贝弗里洛定律计算需要的信息(如：在粉末在筒仓中，粉末的流动性和最小流出孔径)

  ·  即使经典的振实密度测试无法看出豪斯纳比值的差异，GranuFlow也能够根据流动性对粉末进行分类。

1 粉体流动性分析仪Granuflow

利用平衡测量所得的质量与时间斜率，自动计算出质量流量。在原有旋转系统的基础上，可以快速、简便地调整孔径大小。软件辅助测量和结果分析。测量一组孔径尺寸下的流量，得到流量曲线。ZH，用著名的贝弗里洛理论模型拟合整个流动曲线，得到了与粉体流动性相关的流动指数Cb和最小孔径尺寸，从而计算得出flow (Dmin)。整个测量过程简单、快速、准确。

2 粉体剪切性能分析仪Granudrum

流动角度受一系列参数的影响:颗粒间的摩擦、颗粒的形状、颗粒间的内聚力(范德瓦尔斯力、静电力和毛细管力)。动态粘聚指数只与颗粒间的粘聚力有关。粘性粉体趋向于间歇流动，而非粘性粉体则为规则流动。因此，接近于零的动态粘性指数对应于非粘性粉体。当粉体的粘结性增大时，粘结指数也随之增大。因此，粘结指数也可以量化粉体的展布性。

3 粉体振实密度分析仪Granupack

GranuPack是基于近年来的基础研究成果而发展起来的一种自动化、经过改进的振实密度测量方法。用自动化装置分析了连续震动过程中粉体的行为。通过从压实曲线精确测量了豪斯纳比Hr、初始密度和振实密度(精度0.4%)。此外,通过振实曲线精确获得动力参数n1/2和ZD密度ρ(∞)。

4 粉体静电吸附性能分析仪Granucharge

GranuCharge自动精确地测量粉体在与选定材料接触过程中产生的静电荷量。粉体样品在振动的V型管中流动，落在与静电计相连的法拉第杯中。静电计测量粉体在V形管内流动时所获得的电荷。为了获得可重复的结果，采用旋转或振动装置有规律地给V形管进料。

5 粉体休止角分析仪GranuHeap

GranuHeap是-种基于图像处理和分析的自动休止角测量方法。手动将粉体装入圆柱形简仓后，该简仓以恒定速度上升。由此，粉末从简仓中流出，并在圆柱形托 盘.上形成堆积。托盘旋转便可获得不同旋转角度时样品休止角图像。定制的图像识 别算法确定粉末/空气界面的位置。休止角是指等腰三角形与粉末堆投影图像具有相 同表面的角度。