Tim Freeman“粉体流动”专栏 | 应用于预测分层的粉体表征技术

       这一系列文章的主题都是特定工艺或单元操中作的材料表征。最后一篇，有关分层主题的文章适合这一类别，尽管与所讨论的其他工艺不同，分层通常是意外的或不良的，甚至同时兼具两者！在药品生产中，进料斗或进料架内输送或运输期间出现分层，可能对含量均匀度产生极大影响。同时，它也可能会影响加工性。

       使用粉体流变仪进行动态粉体测试是评估材料分层趋势的一种方法。此外，这项技术还量化了分层对流动行为的影响，而流动行为是加工性中一项关键的决定因素。

       分层通常意味着颗粒组与颗粒组间分离。在粉体加工中，它通常指均质的颗粒集其物理方面的分离，最常见的是按颗粒的大小分离，尽管颗粒密度等其他参数也同样很重要。分层通过两种不同的机制形成，具体取决于由样品的振动还是充气所促成。了解两种条件的影响对于成功识别和解决问题而言非常重要。

       轻微振动样品通常也会促使大颗粒升高至表面，这是一种非常易于观察的影响。对粉体进行搅拌时，细颗粒材料向下运动，从而填充颗粒间隙并迫使大颗粒向上运动。这种类型的分层在很大程度上可归因于颗粒粒径的差异。

       另一方面，对于充气样品，特别是接近流化状态的样品，更大或更重的颗粒会下沉至样品的底部，从而使细颗粒不成比例地分布在上层。在这里，大多数粉体都具有流体的特性，较重的颗粒落下穿越粉层的方式与密度较小的液体相同。对于含有不同密度、同样粒径颗粒的样品，将是更重、密度更大的颗粒向下运动。

       图1 - 分层实例

       对于动态粉体表征，通过记录以定义的模式旋转浆叶通过材料时，作用于其上的力和扭矩来测量样品的流动能。对于分层而言，这项技术有两项固有的益处。

       首先，可使样品经历可控的分层周期，即在一段设定的时间内进行确定的低应力搅拌。通过确定流动能的变化幅度和速度作为分层周期次数的函数来评估样品分层的趋势。一般而言，对于易分层的样品，随着分层周期次数的增加，流动能将快速且显著地变化。

       其次，可在样品内充气甚至流化后进行动态测量。通过测量粉体是否以及如何趋于分层 (作为充气条件的函数) 实现这一测试方法，同时意味着可以研究两种分层机制。

       分层是药品生产商面临的一个主要问题，避免有效成分的不均匀分布成为最迫切的驱动因素。动态粉体表征能够同时研究分层的趋势和机制，从而提供实用的信息，以使处方设计者和工艺工程师们能够减轻这种影响。