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小劑量樣品分析

發布:大昌洋行(上海)有限公司(大昌華嘉科學儀器部)
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一、介紹

1、理論框架

       顆粒狀材料和精細粉體在工業上有著廣泛的應用,為了控制和優化加工方法,必須對這些材料進行精確表征。表征方法既與顆粒的性質(粒度、形態、化學成分等)有關,也與粉體的行為(流動性、密度、共混穩定性、靜電性能等)有關。然而,關于散裝粉體的物理性能,大多數在研發或質量控制實驗室使用的技術是基于舊的測量技術。在過去的十年中,我們更新了這些技術,以滿足研發實驗室和生產部門目前的要求。特別是測量過程自動化并開發了嚴格的初始化方法,以獲得可重復和可解釋的結果。利用圖像分析技術提高了測量精度。

一些用以涵蓋對所有工業加工粉體和顆粒材料的測量方法應運而生。在本應用中著重對GranuHeap設備進行介紹。

2、GranuHeap

       當粉體被傾倒在平面時就會形成了堆狀。眾所周知,休止角和堆積形狀都與粉體特性密切相關。特別是粘性粉體會形成不規則的粉堆,而非粘性粉體形成規則的錐形粉堆。因此,精確地測量粉堆形狀能夠獲得粉體物理特性的有用信息。

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       GranuHeap是一種基于對粉體堆形進行圖像處理和自動化分析的測量方法。為了獲得高重現性的結果,Granuheap使用了一個內徑等于圓形支架的套管,實驗開始前,套管將被安裝在粉體樣品的托架上。首先,用手將固定體積的粉體(通常為100毫升)填裝到套管后,套管以恒定的速度上升。此時,粉體從管中流出,在圓柱支架上形成粉堆。通過控制托架的旋轉,可以獲得不同方向上對應的粉堆投影。全自動圖像識別算法確定粉體/空氣界面的位置。休止角便是指與粉體堆投影圖像表面積相同的等腰三角形的角度。這個等腰三角形得形狀與粉堆內聚力相對應。在旋轉托盤時,從不同角度來計算每個圖像中粉堆的休止角,然后計算平均值。對于非粘性粉體,該靜態粘聚指數接近于零,當分體內部粘聚力增強時,該靜態粘聚指數增大。下表顯示了用GranuHeap得到的結果與粉體流動性之間的經驗關系。

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二、實驗方案

1、材料

       本應用中選擇三種不同的粉體:FlowLac100GranuLac70InhaLac400。上述三種粉體均由Meggle Pharma提供。

       GranuLac是粒度小并且邊緣銳利的乳糖顆粒,具有粘性粉體的性質,在造粒過程中十分有優勢。

       InhaLac是一種高質量的結晶乳糖粉,專為干粉吸入制劑設計。

       FlowLac是將經過精磨的單晶乳糖混懸液進行噴霧干燥生產出粉體。當溶液中的乳糖被噴霧干燥時,水分被快速去除,因此除結晶乳糖外,同時也產生了無定形物和非晶狀的乳糖。

圖1 乳糖特性.png

圖1 乳糖特性

2、方法

       在每個實驗中,我們選擇了直徑為40/30/20和10mm的托架。為提高測量精度,將粉堆旋轉過程中拍攝16張照片(每張照片都在托盤旋轉11.25度后拍攝)。在分析結束時,最后拍攝一張照片,在測量時檢查粉堆的完整性。

       所有實驗均在相同的濕度/溫度值(30% RH和21℃)下進行。所有的實驗都重復了5次。

       輔料在實驗室人為存放了幾個月。因此,樣品會產生復雜的變化過程,其性能是否與生產商所描述新鮮粉體的規格一致就很難知曉。

 

3、實驗結果

       下圖表示每種粉體和托盤直徑的休止角對應關系。直線并不對應于模型,他們只是用來方便觀察。誤差棒顯示(對應5次重復性試驗獲得的休止角的標準差)。

圖2 三種乳糖粉體的休止角與托盤直徑的關系-直線僅是方便觀察.png

圖2 三種乳糖粉體的休止角與托盤直徑的關系-直線僅是方便觀察

       圖1可以總結出托盤對休止角結果的影響。事實上,我們可以看到,對于流動性較差的粉體(靜止角度小于55度),托盤直徑越小,休止角越小。然而,對于流動性“非常非常差”的粉體(休止角大于66度),托盤直徑與測量結果沒有太大關聯(如果考慮誤差棒)。

       然而,對于同一直徑的托盤,粉體流動性分類的趨勢是相同的。因此,可以很容易地實現分析分類,并且具有很高的精度(平均誤差接近3.5%)。最后,由于粉堆形狀分析是相對測量,因此可以得出這樣的結論:更改托盤直徑不會直接影響分析結果。

三、結論

       GranuHeap可以在多個尺寸規格的托盤條件下測量粉體的流動性,并具都有很高的精確度(乳糖粉的平均誤差3.5%)

       托盤尺寸對測量結果有輕微的影響,然而,就流動性變化趨勢而言是相同的,因此粉體的分類是不隨所使用的托盤尺寸不同而產生不同的結果。


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2020-03-27 14:56:15
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