Насыпная плотность порошков

ОБЩАЯ ФАРМАКОПЕЙНАЯ СТАТЬЯ

Насыпная плотность порошков представляет собой отношение массы порошков к их объёму, включая объём пустого пространства между частицами. Соответственно, насыпная плотность зависит как от плотности частиц, так и от их пространственного расположения в слое порошка. Насыпная плотность, как правило, выражается в граммах на миллилитр (1 г/мл = 1 г/см³ = 1000 кг/м³).

Насыпные свойства испытуемого вещества зависят от условий хранения и методов эксплуатации. Частицы могут быть упакованы таким образом, что порошок будет иметь различную насыпную плотность. Поэтому необходимо различать насыпную плотность до и после уплотнения.

Насыпную плотность порошков до и после уплотнения используют для оценки сыпучести порошков. Сравнение насыпной плотности порошков до и после уплотнения может быть косвенным показателем относительной значимости взаимодействий между частицами, влияющих на насыпные свойства порошка. Особенности сравнения описаны в разделе Показатели прессуемости порошков. Дальнейшие указания приведены в ОФС «Cыпучесть порошков».

НАСЫПНАЯ ПЛОТНОСТЬ ДО УПЛОТНЕНИЯ

Насыпную плотность порошка до уплотнения определяют либо измерением с помощью градуированного цилиндра объёма известной массы образца порошка, который может быть просеян (см. Метод 1: Измерение в градуированном цилиндре), либо путём измерения массы известного объёма порошка, помещённого в чашку с использованием волюметра (см. Метод 2. Измерение с использованием волюметра) или помещённого в мерный сосуд (см. Метод 3. Измерение в цилиндрическом сосуде).

Даже незначительные нарушения слоя порошка могут привести к изменению насыпной плотности до уплотнения, особенно в случае когезионных порошков. В связи с этим, насыпную плотность порошка до уплотнения часто сложно измерить с достаточной воспроизводимостью и при предоставлении результатов необходимо указывать условия её определения.

МЕТОД 1: ИЗМЕРЕНИЕ В ГРАДУИРОВАННОМ ЦИЛИНДРЕ

Методика. При необходимости порошок, взятый в количестве, достаточном для проведения испытания, просеивают сквозь сито с размером отверстий 1,0 мм или более для разрушения агломератов, которые могли образоваться при хранении. Данную процедуру проводят с осторожностью во избежание изменения природы порошка. В сухой градуированный цилиндр вместимостью 250 мл с ценой деления 2 мл аккуратно помещают 100 г (m) образца порошка, взвешенного с точностью до 0,1 %. Следует избегать любого значительного уплотняющего воздействия, например, используя воронку или наклоняя градуированный цилиндр. При необходимости осторожно выравнивают поверхность испытуемого порошка без уплотнения и по ближайшему делению определяют наблюдаемый объём (V₀) неуплотнённого порошка.

Насыпную плотность, в граммах на миллилитр, рассчитывают по формуле:

При определении насыпной плотности порошков до уплотнения желательно проводить повторные испытания на отдельных образцах.

Использование порошка массой 100 г не допускается, если насыпная плотность слишком низкая или высокая, так что объём неуплотнённого порошка составляет менее 150 мл или более 250 мл. В таком случае количество порошка подбирают таким образом, чтобы объём неуплотненного порошка составлял от 150 мл до 250 мл (не менее 60 % от общего объёма градуированного цилиндра); массу порошка указывают в результатах испытания.

Для испытуемых образцов, имеющих объём неуплотнённого порошка от 50 мл до 100 мл, допускается использование мерного цилиндра вместимостью 100 мл с ценой деления 1 мл; объём цилиндра указывают в результатах испытания.

МЕТОД 2. ИЗМЕРЕНИЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВОЛЮМЕТРА

Прибор. Прибор (Рисунок 1) состоит из воронки для порошка, снабжённой ситом с размером отверстий 1,0 мм, установленной над камерой с четырьмя наклонёнными стеклянными перегородками, по которым порошок скользит и отскакивает от них при прохождении. В нижней части камеры находится воронка, направляющая порошок в чашку для приёма образца, установленную непосредственно под ней. Чашка может быть цилиндрической (объём 25,00 ± 0,05 мл с внутренним диаметром 29,50 ± 2,50 мм) или кубической (объём 16,39 ± 0,05 мл).

Рисунок 1 – Волюметр

А – сито с размером отверстий 1,0 мм; Б – воронка для порошка; В – погрузочная (загрузочная) воронка; Г – камера с перегородками; Д – стеклянные перегородки; Е – чашка для приёма порошка; Ж – подставка.

Методика. Порошок в избытке пропускают через устройство в чашку до её переполнения, используя не менее 25 см³ образца порошка для кубической чашки и не менее 35 см³ образца порошка для цилиндрической чашки. Излишек порошка в чашке осторожно удаляют с верхней части чашки, плавно перемещая край наклонённого лезвия шпателя по верхней поверхности чашки, следя за тем, чтобы шпатель был наклонён назад для предотвращения уплотнения или удаления порошка из чашки. Cо стенок чашки удаляют остатки порошка и определяют массу (m) порошка с точностью до 0,1 %.

Насыпную плотность, в граммах на миллилитр, рассчитывают по формуле:

При определении насыпной плотности порошков до уплотнения желательно проводить повторные испытания на отдельных образцах.

МЕТОД 3. ИЗМЕРЕНИЕ В ЦИЛИНДРИЧЕСКОМ СОСУДЕ

Прибор. Прибор состоит из цилиндрического сосуда вместимостью 100 мл, изготовленного из нержавеющей стали, с размерами, приведённым на рисунке 2.

Рисунок 2 – Цилиндрический сосуд (слева) и крышка (справа)

Размеры указаны в миллиметрах

Методика. При необходимости порошок, взятый в количестве, достаточном для проведения испытания, просеивают сквозь сито с размером отверстий 1,0 мм или более, для разрушения агломератов, которые могли образоваться при хранении, в мерный сосуд до его переполнения без уплотнения.

Осторожно удаляют излишки порошка с верхней части сосуда, как описано в разделе Метод 2. Измерение с использованием волюметра. Массу порошка (m₀) определяют с точностью до 0,1 %, вычитая из неё предварительно измеренную массу пустого сосуда. Насыпную плотность, в граммах на миллилитр, рассчитывают по формуле:

При определении насыпной плотности порошков до уплотнения желательно проводить повторные испытания на отдельных образцах.

НАСЫПНАЯ ПЛОТНОСТЬ ПОСЛЕ УПЛОТНЕНИЯ

Насыпная плотность после уплотнения представляет собой увеличенную плотность после уплотнения порошка путём механического воздействия на ёмкость, содержащую образец порошка. Насыпную плотность после уплотнения получают путём механического уплотнения или лёгкого постукивания градуированного цилиндра или сосуда с образцом порошка. После измерения первоначального объёма (V₀) и массы (m₀) неуплотнённого порошка градуированный цилиндр или сосуд механически слегка постукивают и снимают показания объёма или массы до тех пор, пока дальнейшее изменение объёма или массы не будут минимальными, как описано в используемом методе. Уплотнение порошка достигается поднятием градуированного цилиндра или сосуда на установленную высоту и его падением, под действием силы тяжести собственной массы, как описано ниже в одном из трёх методов.

Предпочтительно использовать устройства, которые при уплотнении порошка вращают градуированный цилиндр или сосуд для получения более ровной поверхности после уплотнения.

МЕТОД 1. ИЗМЕРЕНИЕ В ГРАДУИРОВАННОМ ЦИЛИНДРЕ

Прибор. Прибор (Рисунок 3) состоит из следующих частей:

– градуированный цилиндр вместимостью 250 мл с ценой деления 2 мл, массой 220 ± 44 г;

– уплотняющий прибор, способный обеспечить номинально 300 ± 15 постукиваний в минуту с высоты 14 ± 2 мм. Подставка для градуированного цилиндра с держателем имеет массу 450 ± 10 г.

Рисунок 3 – Уплотняющее устройство для образцов порошка

Размеры указаны в миллиметрах

Методика. Испытание проводят, как описано выше при определении объёма неуплотнённого порошка (V₀). Градуированный цилиндр закрепляют в держателе. С одним и тем же образцом порошка производят 10, 500 и 1250 постукиваний и измеряют соответствующие объёмы V₁₀, V₅₀₀ и V₁₂₅₀ с точностью до ближайшей градуированной единицы. Если разница между V₅₀₀ и V₁₂₅₀ меньше или равна 2 мл, то за объём после уплотнения принимают V₁₂₅₀. Если разница между V₅₀₀ и V₁₂₅₀ превышает 2 мл, испытуемый образец дополнительно уплотняют, выполняя дополнительные постукивания, например 1250, до достижения разницы между последовательными измерениями объёма не более 2 мл. Для некоторых образцов порошков допускается методика с меньшим количеством постукиваний при соответствующей её валидации. Плотность после уплотнения, в граммах на миллилитр, рассчитывают по формуле:

При определении насыпной плотности порошков после уплотнения желательно проводить повторные испытания на отдельных образцах. Высоту, с которой производили постукивания, указывают в результатах испытания.

Если доступного количества образца порошка недостаточно для достижения объёма неуплотнённого порошка 150 мл, используют меньшее его количество и подходящий градуированный цилиндр вместимостью 100 мл с ценой деления 1 мл, массой 130 ± 16 г, установленный на держателе массой 240 ± 12 г. Объём неуплотнённого порошка должен составлять от 50 мл до 100 мл. Если разница между V₅₀₀ и V₁₂₅₀ составляет 1 мл и менее, то за объём после уплотнения принимают V₁₂₅₀. Если разница между V₅₀₀ и V₁₂₅₀ составляет более 1 мл, испытуемый образец дополнительно уплотняют, выполняя дополнительные постукивания, например 1250, до достижения разницы между последовательными измерениями объёма не более 1 мл. Изменённые (модифицированные) условия проведения указывают в результатах испытания.

МЕТОД 2. ИЗМЕРЕНИЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВОЛЮМЕТРА

Методика. Испытание проводят Методом 1. Измерение в градуированном цилиндре, за исключением того, что уплотняющее устройство обеспечивает падение с установленной высоты 3 ± 0,2 мм при частоте постукиваний 250 ± 15 раз в минуту.

МЕТОД 3. ИЗМЕРЕНИЕ В ЦИЛИНДРИЧЕСКОМ СОСУДЕ

Методика. Испытание проводят Методом 3. Измерение в цилиндрическом сосуде, используя цилиндрический сосуд с крышкой, показанный на рисунке 2. Порошок в сосуде с крышкой уплотняют постукиванием с частотой 50–60 раз в минуту с помощью подходящего прибора для измерения плотности после уплотнения. Производят 200 постукиваний, снимают крышку и осторожно удаляют избыток порошка с поверхности сосуда, плавно перемещая край наклонённого лезвия шпателя по поверхности сосуда, следя за тем, чтобы шпатель был наклонён назад для предотвращения уплотнения или удаления порошка из сосуда. Определяют массу (m) порошка с точностью до 0,1 % путём вычитания предварительно определённой массы пустого сосуда.

Испытание повторяют при 400 постукиваниях. Если разница между двумя измерениями массы, полученными после 200 и 400 постукиваний, превышает 2 %, то испытание повторяют, увеличивая число постукиваний на 200, пока разница между последовательными измерениями массы не будет менее 2 %. Плотность после уплотнения, в граммах на миллилитр, рассчитывают по формуле:

При определении насыпной плотности порошков после уплотнения желательно проводить повторные испытания на отдельных образцах. Условия испытаний, включая высоту, указывают в результатах.

ПОКАЗАТЕЛИ ПРЕССУЕМОСТИ ПОРОШКОВ

Взаимодействия между частицами влияют как на насыпную плотность, так и на сыпучесть порошков. Сравнение насыпной плотности до и после уплотнения может быть косвенным показателем относительной значимости этих взаимодействий в конкретном порошке. Данное сравнение используют в качестве оценки сыпучести образца порошка, например, коэффициента прессуемости (индекс Карра) и коэффициента Хауснера.

Коэффициент прессуемости и коэффициент Хауснера показывают способность порошка к сжатию при описанных выше условиях.

Коэффициент прессуемости рассчитывают по формуле:

Коэффициент Хауснера рассчитывают по формуле:

В зависимости от природы вещества коэффициент прессуемости порошка может определяться с использованием  вместо . При использовании , это должно быть указано в результатах.