Определение угла естественного откоса порошков

Тестеры порошкообразных форм

ТЕСТЕРЫ ПОРОШКООБРАЗНЫХ ФОРМ

Широкое применение порошков в фармацевтической промышленности привело к распространению методов испытаний для измерения текучести и плотности порошков.

Согласованные главы Фармакопей (USP Глава и ЕФ Глава 2.9.36) описывают 4 метода для тестирования порошков, направленные на попытку добиться какой-то степени стандартизации в рамках методологии тестов:

• Поток через отверстие
• Угол откоса
• Ячейка сдвига
• Индекс сжимаемости и коэффициент Хауснера

Тестер текучести BEP2 был специально разработан по спецификациям и комментариям European Pharmacopoeia глава 2.9.36 и US Pharmacopeia глава «текучесть порошков».

Тестер текучести BEP2 Copley Scientific предоставляет широкий спектр возможностей для проведения тестирования порошков по трем из четырех, регламентируемых Фармакопеями методов: поток через отверстие; угол откоса и ячейка сдвига, на единой, экономически эффективной платформе. В дополнение к методам тестирования, описанным в USP и ЕФ. 2.9.36, прибор может применяться для проведения тестов по отдельной методике европейской Фармакопеи (глава 2.9.16) «Текучесть». Дополнительные весы и таймер облегчают тест по определению время/масса

Приставка «цилиндр» (поток через отверстие).

Измерение способности и времени протекания порошка через отверстие известного размера является важной характеристикой качества порошка. В то же время, важно признать, что способность порошок течь через отверстие зависит не только от характеристики самого порошка. Такие факторы как форма и материал, используемый в порошковом контейнере, диаметр и высота слоя порошка, а также форма этого отверстия.

Приставка воронка

В некоторых случаях, когда, например, целью теста является моделирование потока продукции в бункере или другой ситуация, может быть предпочтительным использование воронки в форме усеченного конуса. Приставка воронка выполнена из нержавеющей стали. Форма и размер сопла описаны в Европейской Фармакопее глава 2.9.16 для текучести.

Приставка весы/таймер

Добавляя весы и таймер, связанные с микропереключателем, расположенным на затворном механизм, можно проводить испытания время/масса с использованием либо метода цилиндра, либо воронки без необходимость внешнего секундомера. Опция весы/таймер может быть использована в 4 режимах:

Определение угла откоса

Угол естественного откоса — угол (по отношению к горизонтальной поверхности) конической кучки, которая получается при высыпании гранулированного материала на горизонтальную поверхность. Он связана с плотностью, площадь поверхности и коэффициентом трения материала. Приставка состоит из круглой платформы диаметром 100 мм и цифрового высотометра с интервалом 0-300 мм и точностью 0,03 мм.

42. СТЕПЕНЬ СЫПУЧЕСТИ ПОРОШКОВ (ОФС 42-0137-09)

Порошки (порошкообразные вещества), используемые в фармацевтиче-

ской промышленности – это лекарственные субстанции, вспомогательные ве-

щества, а также их порошкообразные смеси и гранулы .

Широкое использование порошков в фармацевтической промышленно-

сти для создания самых различных лекарственных форм требует всесторон-

ней оценки их технологических свойств, в основе которых лежит способ-

ность порошков течь (сыпаться) с определенной скоростью под воздействием силы тяжести.

Степень сыпучести – это комплексная технологическая характеристика,

определяемая дисперсностью и формой частиц, остаточной влажностью и гр а-

нулометрическим составом порошкообразной системы.

Степень сыпучести порошков характеризуется следующими критериями:

– сыпучесть (скорость протекания порошка через отверстие);

– угол естественного откоса.

На практике оценка степени сыпучести порошков определяется по од-

ному, реже двум критериям. Наиболее распространенными испытаниями яв-

ляются определение сыпучести (скорости протекания порошка через отвер-

стие) и определение насыпного объема.

В зависимости от конкретных технологических задач (научно-

исследовательская работа при создании нового препарата, воспроизводство препарата по описанной технологии и пр.) в практике технологии лекарст-

венных форм существует несколько вариантов каждого из этих базовых оп-

ределений. Кроме того, выполнение того или иного испытания на различных производствах может проводиться с использованием различного аппаратур-

Приведенные методики определения степени сыпучести ставят своей це-

лью унифицировать по возможности условия проведения испытаний, однако,

учитывая научно-исследовательский характер технологических операций при создании, например, новых препаратов, имеют рекомендательный характер.

Сыпучесть определяется как время, в течение которого определенная масса вещества проходит (протекает) через отверстие определенного ра змера.

Оборудование. В зависимости от сыпучести испытуемых материалов используют воронки различных конструкций:

– без выходного ствола (типа «бункер», рис. 42.1), с различными раз-

мерами внутреннего угла и диаметрами выходных отверстий;

– с выходным стволом (рис. 42.2).

Воронка поддерживается в вертикальном положении при помощи спе-

Вся конструкция должна быть защищена от вибраций.

Методика . В сухую воронку с закрытым выходным отверстием поме-

щают без уплотнения навеску испытуемого материала, взятую с точностью

±0,5 %. Количество испытуемого материала зависит от его насыпного объема и от используемого оборудования, но должно занимать не менее 80–90 % от объема воронки.

Открывают выходное отверстие воронки и определяют время, за которое через отверстие пройдет весь образец. Проводят не менее трех определений.

Если при использовании оборудования, представленного на рис. 42.1,

скорость высыпания 100 г порошка через насадку 1 менее 25 с, рекомендует-

ся использовать воронку, представленную на рис. 42.2.

Если при использовании оборудования, представленного на рис. 42.1,

навеска испытуемого материала неравномерно высыпается из воронки с на-

садкой 1, последовательно определяют сыпучесть, используя воронку с на-

Рис. 42.1. Воронка без выходного ствола (бункер) со сменной насадкой

Насадку изготавливают из нержавеющей кислотоупорной стали (V4A, CrNi).

Размеры указаны в миллиметрах

Рис. 42.2. Воронка с выходным стволом

Размеры указаны в миллиметрах

В табл. 42.1 представлены типовые размеры диаметров выходных от-

верстий сменных насадок.

Таблица 42.1 Типовые размеры диаметров выходных отверстий сменных насадок

Диаметр ( d ) выходного отверстия, мм

Представление результатов. Сыпучесть выражают в секундах с точ-

ностью до 0,1 с, отнесенных к 100 г образца, с указанием типа использован-

ного оборудования, номера насадки.

На результаты могут влиять условия хранения испытуемого материала.

Результаты могут быть представлены следующим образом:

а) как вычисленное среднее значение сыпучести, при условии, что ни один из результатов не отклоняется от среднего значения более чем на 10 %;

б) в виде диапазона значений, если отдельные результаты отклоняются от среднего значения более чем на 10 %;

в) в виде графика зависимости массы испытуемого порошка от времени ис-

Определение угла естественного откоса

Угол естественного откоса – это постоянный, трехмерный угол (отно-

сительно горизонтальной поверхности), сформированный конусообразной пирамидкой материала, полученной в определенных условиях эксперимента.

Методика. Определение угла откоса проводят по методике определе-

ния сыпучести с использованием того же оборудования, в тех же условиях.

Истечение порошка из отверстия воронки производят на ровную гори-

зонтальную поверхность. Диаметр основания (базы) конуса порошка может быть фиксированный или диаметр может меняться в процессе образования конуса.

Измерение значения угла естественного откоса проводят не менее, чем в трех повторностях при помощи угломера в трех плоскостях и выражают в угловых градусах.

При проведении испытания следует учитывать, что:

– условия эксперимента должны обеспечивать формирование симметричного конуса порошка;

– вершина формирующегося конуса может деформироваться под воздействи-

ем падающих частиц порошка.

Эти внешние воздействия должны быть устранены любым приемле-

Кроме того, материал основы (базы), на которой формируется конус,

может влиять на величину угла откоса.

В табл. 42.2 представлено примерное соотношение степени сыпучести порошков и угла естественного откоса, измеренного в условиях фиксирован-

ного диаметра основания конуса.

Таблица 42.2 Степень сыпучести порошков и соответствующий угол естественного откоса

Оборудование для определения насыпной плотности и сыпучести (текучести) порошков в фармацевтике

Порошки служат основой для производства абсолютного большинства лекарств. Часть препаратов выпускается непосредственно в виде порошков – дозированных или недозированных твердых сыпучих лекарственных форм для наружного и внутреннего применения. Порошковые массы также используются при изготовлении таблеток, пилюль, капсул, аэрозолей, мазей, суспензий, пластырей, суппозиториев и др.

Учитывая специфику отрасли, к качеству фармацевтической продукции предъявляются повышенные требования. Поэтому все порошковые субстанции – фармацевтическое сырье, лекарственные средства и готовые препараты – проходят всестороннее тестирование, в процессе которого определяются их характеристики. От достоверности результатов этих измерений зависит качество готовых лекарственных форм, точность дозировки компонентов, биодоступность действующих веществ, и, в конечном итоге, эффективность и безопасность фармпрепарата.

Основные понятия, термины и определения

Порошком называется взвесь твердых частиц вещества в газообразной фазе (воздухе и др.). В зависимости от размера этих частиц, порошки подразделяются на мелкодисперсные (тонкодисперсные), среднедисперсные и крупнодисперсные (грубодисперсные). В фармацевтической промышленности к порошкам также относят гранулы и порошкообразные смеси. Порошковые субстанции различаются по ряду физико-химических и технологических параметров, включая реологические свойства, которые обязательно учитываются в рецептуре и технологии производства.

Важнейшие реологические характеристики порошковых материалов

Сыпучесть или текучесть. Под сыпучестью понимают способность порошков под действием собственной силы тяжести высыпаться (течь) из отверстия какой-либо емкости. Степень сыпучести порошка является комплексной характеристикой и определяется:

• формой, размером, гранулометрическим составом и распределением по фракциям твердых частиц,
• влажностью масс,
• углами естественного откоса и падения,
• коэффициентами внешнего и межчастичного трения.

В большинстве случаев сыпучесть измеряется по скорости высыпания заданной массы порошка из стеклянной либо металлической воронки определенного размера и геометрии. Текучесть порошков также может быть рассчитана по углу естественного откоса.

Объемная или насыпная плотность (насыпная масса). Насыпной плотностью порошка называется масса единицы измерения его объема при свободном заполнении. Данный показатель нелинейно связан с сыпучестью и является одним из высоко-достоверных способов оценки ее степени.

Реологические свойства порошков оказывает непосредственное влияние на их технологические характеристики. Поэтому определение сыпучести порошков входит в комплекс обязательных аналитических исследований, проводимых в рамках контроля качества лекарственных средств и препаратов из порошкового сырья.

Оценка характеристик порошковых субстанций согласно фармакопейным требованиям

Методы и оборудование для определения технологических характеристик разрешенных к применению в фармацевтическом производстве порошковых субстанций регламентированы требованиями Международной Фармакопеи ВОЗ, а также гармонизированных с нею Европейской (EP), Американской (USP,) и национальных Фармакопей. В I части последнего издания Государственной Фармакопеи РФ (ГФ XII) эти требования носят рекомендательный характер и описаны в общей фармакопейной статье (ОФС) «Степень сыпучести порошка», согласно которой данный показатель «определяется по одному, реже двум критериям. Наиболее распространенными испытаниями являются определение сыпучести (скорости протекания порошка через отверстие) и определение насыпного объема».

Методы и оборудование для определения сыпучести порошка

Для исследования текучести порошка ГФ РФ рекомендованы к использованию виброзащищенные воронки из устойчивой к действию кислот нержавеющей стали различной конструкции (бункер или воронка с выходным стволом). Воронки бункерного типа оснащаются тремя специальными насадками, позволяющими оптимизировать условия анализа разных образцов.

По одной из стандартизированных методик сыпучесть порошка оценивается в «секундах с точностью до 0,1 с, отнесенных к 100 г образца, с указанием типа используемого оборудования, номера насадки». Точность навески исследуемого материала – 0,05%. Измерения производятся не менее 3-х раз.

Результаты могут представляться:

• в виде среднего значения (при разбежке от этого показателя до 10% включительно),
• как диапазон значений (при отклонении от среднего более 10%);
• в форме графика зависимости «масса образца/время истечения».

С использованием аналогичного оборудования степень сыпучести также может определяться по величине угла естественного откоса, измеряемого с помощью угломера и выражаемого в градусах в виде среднего значения.

Фармакопеями EP и USP допускается использование как воронкообразной, так и цилиндрической насадки с отверстием в плоском дне.

Методы и оборудование для определения насыпного объема и насыпной плотности

Схема тестера утряски

Для определения насыпного объема используются стандартизированные методы и специализированные устройства различного типа. В частности, исследование может осуществляться с помощью прибора, в конструкцию которого входит встряхивающий механизм и приспособление для измерения объема (градуированный цилиндр).

Данная методика позволяет определить насыпной объем V и насыпную плотность порошка m/V до и после уплотнения (через 10, 500, 1250 соскоков цилиндра в минуту), а также способность порошковой массы к уплотнению, оцениваемую по разности V0 – V10/500/1250 (индекс сжимаемости и отношение Хауснера по EP и USP).

Согласно рекомендациям Американской и Европейской Фармакопей измерение насыпной плотности порошков можно производить по методу ячейки сдвига (с использованием специальной насадки со сдвигаемым диском, закрывающим отверстие испытательной камеры).

Для измерения насыпной плотности также допускается применение оборудования иного типа, в частности волюметров, удовлетворяющих требованиям статей EP и USP .

Схема Волюметра

Измерение реологических характеристик по любому из вышеописанных методов может производиться в ручном, полуавтоматическом или автоматическом режиме. Современные высокоточные автоматизированные тестеры сыпучести и насыпной плотности порошков и гранул снабжаются интеллектуальной автоматикой и электроникой, позволяющей в несколько раз повысить эффективность анализа и достичь максимальной воспроизводимости его результатов.

Оборудование Pharma Test для определения реологических характеристик сыпучих материалов

В линейку специализированного фармацевтического аналитического оборудования Pharma Test для определения степени текучести порошков входят высокоточные ручные волюметры Скотта PT-SV100, полуавтоматические тестеры насыпной плотности порошков и гранул PT-TD200 с расширенным функционалом, а также высокотехнологичный многофункциональный автоматический анализатор сыпучести (текучести) порошков и гранул PTG-S4.

Волюметр Скотта PT-SV100 выполнен на прочной станине из коррозиоустойчивой стали. Предназначен для определения насыпного объема и насыпной плотности образца в ручном режиме. Отличается высокой надежностью и предельной простотой эксплуатации. Соответствует требованиям EP и USP

Основные особенности и преимущества прибора:

Тестер PT-TD200 позволяет быстро и точно определить насыпной объем (насыпную плотность) по методам USP и EP . Анализатор состоит из измерительного цилиндра, встряхивающего механизма и электронного блока с программным управлением и ЖК-дисплеем с сенсорными клавишами управления. Прибор автоматически выбирает нужный режим работы в зависимости от объема установленного цилиндра. Загрузка образца в цилиндр, его выгрузка после окончания теста и очистка прибора осуществляется вручную.

Основные особенности и преимущества прибора:

Высокоточный многофункциональный полностью автоматический тестер сыпучести порошков и гранул PTG-S4 характеризуется высокой производительностью и исключительной точностью. Отвечает требованиям EP ( ) и USP ( ). Позволяет быстро, точно и с максимальной воспроизводимостью результатов исследования измерить все основные реологические характеристики образца.

Основные особенности и преимущества прибора:

Все анализаторы текучести и насыпного объема Pharma Test выполняются из современных высокосортных материалов и проходят многократный контроль качества в процессе производства, а также обязательное предпродажное тестирование. Это обеспечивает их полное соответствие заявленным характеристикам и позволяет производителям предоставлять 3-х летнюю гарантию на приборы любого уровня сложности.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Определение — сыпучесть

Предложены различные косвенные методы, основанные на измерении времени, необходимого для спрессования или для высыпания удобрения, а также на определении сыпучести удобрений , способности их к сводообразованию и их вязкости. Эти методы довольно сложны, и полученные с их помощью результаты не аналогичны рассеваемости удобрений через те или иные сеялки. [16]

Недостатками изложенной системы оценки комплексных свойств СМ являются: а) взаимосвязанность, скор-релированность пяти факторов, определяющих сыпу-честь, что может вызвать ошибки в определении сыпучести ; б) использование баллыной системы факторов при незначительных отклонениях в каждом из них может дать значительную суммарную погрешность; в) несовершенство методов для определения угла обрушения и коэффициента неоднородности. [17]

В книге рассматриваются теория и практика наиболее важных операций в технологии таблетирования — подача порошка в матрицы, дозирование и прессование, большое внимание уделено бснов-ным свойствам лекарственных порошков, приборам и методике определения сыпучести , влажности, удельной поверхности, насыпной плотности, угла естественного откоса и дисперсности. Приводятся анализ факторов, влияющих на погрешность дозирования; и методика расчета проектной и эксплуатационной точности таблеточной машины, рекомендации к экономии таблетируемых материалов. Рассматриваются существующие теории прессования порошковых материалов и предлагаются, уравнения прессования, наиболее точно описывающие зависимости основных качественных параметров таблетки — плотности и прочности от давления прессования. Описываются экспериментальные исследования по прямому прессованию гранулированных порошков, дается анализ возможных направлений для прямого прессования. Приводятся сравнительные данные исследований таблетирования при вакууйном заполнении матриц. [18]

Критериями оценки сыпучести порошкообразных и гранулированных полимеров, наряду со временем и скоростью высыпания материала через отверстие конической воронки, могут служить угол естественного откоса, угол обрушения, угол ссыпания, слеживаемость и др. Учитывая, что сыпучесть полимеров существенным образом зависит от наличия в них статического электричества и влаги, перед определением сыпучести по любому из указанных способов необходимо вольтметром замерить величину заряда статического электричества в материале, а также определить содержание влаги в испытуемом образце. [19]

Более сыпучие порошки имеют меньший угол обрушения. Определение сыпучести порошков по углу естественного откоса наиболее распространено в лабораторной практике. [21]

Как и для свободно насыпанного материала, определение повторяется 4 раза для подсчета процента просыпаемости. Время одного определения сыпучести как для свободно насыпанного продукта, так и для придавленного стержнем колеблется от 10 до 20 мин. Для определения достаточно от 0.5 до 1 л продукта, причем чем лучше сыплется продукт, тем его меньше требуется и скорее производится определение. Прошедший через прибор продукт повторно не используется, и для параллельных определений берутся новые порции. Этим достигается стабильность при определении процента влажности продукта и степени его уплотнения. [22]

Лабораторный прибор для определения сыпучести был довольно громоздким и требовал 6 — 9 л продукта. Для установления рассеваемости необходимо было иметь около 3 л удобрений, а само определение длилось около 2 часов. [23]

Экспериментальное исследование влияния различных-факторов на стабильность работы прибора показало, что увеличение массы воронки на 50 г не влияет на величину сыпучести. При увеличении массы воронки амплитуда колебания лишь смещается на координатной сетке осциллограммы, но не изменяет величины. Изменение промышленной частоты в электрической сети обычно очень невелико и не влияет на процесс определения сыпучести . [24]

Если материал не сыплется, то воронка через 3 сек. В том случае, когда материал высыпается частично, продукт считается высыпавшимся, если в воронке образовался просвет. Требуется найти первые воронки, которые стоят на границе просыпания. Определение сыпучести каждого образца повторяется 4 раза. Когда для какой-нибудь воронки наблюдается 50 % случаев просыпания и 50 % случаев непросыпания материала, то сыпучесть определяется номером этой воронки. Если через воронку с низким номером материал будет просыпаться во всех случаях, а через рядом стоящую воронку с более высоким номером не будет просыпаться во всех случаях, то сыпучесть определяется средней величиной из номеров этих воронок. [25]

Значение коэффициента корреляции, равное 0 79, подтверждает тесную связь рассматриваемых величин. Отклонения углов естественного откоса, рассчитанных по зависимости ( 14), от экспериментальных ( см. табл. 2) не превышает 5 %, что соответствует погрешности измерения сыпучести и углов естественного откоса. Это позволяет, пользуясь зависимостью ( 14), по сы-пучести найти угол естественного откоса практически всех лекарственных порошков. Следовательно, прибор модели ВП-12А для определения сыпучести и угла естественного откоса может использоваться при разработке технологических регламентов и технических условий на поставку лекарственных порошков. [26]

Он зависит от плотности гранул и их пространственной укладки. Определяют насыпной вес путем свободной засыпки сосуда с определенным объемом. Истечение порошка происходит из той же воронки, которая используется для определения сыпучести . Гранулы порошка из распылительной сушилки в большинстве случаев имеют шарообразную форму. В случае монофракционного состава шарообразные гранулы могут иметь кубическую или гексагональную укладку. При свободной засыпке наиболее вероятна кубическая укладка. [27]

Для испытания используется прибор, представляющий собой коробку 100ХЮОХ100 мм, склеенную из органического стекла. В правом нижнем углу передней стенки коробки прикреплен транспортир. Порошок или гранулы насыпают из бункера прибора. Me -; тодика подготовки исследуемого материала и ход испытаний аналогичны методике определения сыпучести . [28]

Взвешивание производится с точностью до 0 01 г. Точность отсчета времени истечения до 0 2 с. Обычно сыпучесть определяют как среднее арифметическое пяти опытов. Получаемый результат вполне приемлем для практических целей. В случае необходимости получения более точной информации при обработке результатов измерений используют методы математической статистики. При определении сыпучести порошков с малой насыпной плотностью допускается использование навески массой 30 г. Если исследуется порошок, склонный к налипанию на стенки воронки, то после — каждого опыта последнюю очищают мягкой кисточкой. [29]