Die Dichte ist ein entscheidendes Merkmal von Pulvern (Partikeln). Sie wird häufig verwendet, um die Fließfähigkeit und Kompressibilität von Partikeln zu bewerten. Dies hat große Auswirkungen auf alle Aspekte der Arzneimittelherstellung. Beispielsweise hängt das frühe Produktdesign von der Partikeldichte des Arzneimittels ab. Dies gilt auch für die Auswahl der Geräte und des Zubehörs. Bestimmte Arzneimittel benötigen die richtigen Scheiben und Nadeln. Sie werden zum Befüllen von Kapseln verwendet. Die richtigen Führungen für Tablettenpressen hängen ebenfalls von der Arzneimitteldichte ab. Die Pulverdichte beeinflusst die Kompressibilität, Härte und andere Indikatoren bei der Tablettierung und Trockengranulierung. Achten Sie während des Designprozesses schließlich auf Unterschiede bei den Rohstoffen und Hilfsstoffen. Beachten Sie auch die Unterschiede bei der Granulat- und Pulverdichte. Dies dient dazu, Vermischungen und Partikeldefekte zu vermeiden. Die Arzneimittelindustrie muss die Dichte von Pulvern daher genauer untersuchen.
Im Physikunterricht der Mittelstufe lernen wir, dass die Dichte die Masse bei einem bestimmten Volumen angibt. Dieses Konzept kann durch das Symbol ρ dargestellt werden. Im Internationalen Einheitensystem und den chinesischen gesetzlichen Maßeinheiten ist die Dichteeinheit kg/m³. Die Dichte ist die Masse eines Objekts geteilt durch sein Volumen. Sie zeigt das Verhältnis von Masse zu Volumen einer Substanz. Die Dichte ist eines der bestimmenden Merkmale von Materie. Jede Substanz hat eine bestimmte Dichte. Substanzen haben im Allgemeinen unterschiedliche Dichten. Daher kann sie verwendet werden, um sie zu identifizieren. Die Dichte einer regelmäßigen, starren Substanz zu messen ist einfach. Die Dichte einer unregelmäßigen Substanz zu messen, war in der Vergangenheit jedoch eine Herausforderung. Im Physikbuch der Mittelstufe legte Archimedes die Krone von Hierro II. ins Wasser. Dann maß er die Dichte von Gold anhand des Abflussvolumens. Heute bezeichnen wir diese Methode als Dichtemessung. Sie eignet sich immer noch dazu, die Dichte von Objekten ohne Hohlräume und mit Löchern zu messen. Die heutige Dichtemesstechnik verwendet Gas, Flüssigkeit oder feines Pulver.
Warum also brauchen wir unterschiedliche Ersatzmedien? Das liegt daran, dass viele Substanzen Risse, Hohlräume und gewundene Kanäle aufweisen. Diese führen zu unterschiedlichen „Dichte“-Definitionen. Jede dieser Definitionen erfordert eine andere Messmethode. Die erste Technologie misst nur das Volumen der Probe. Ihre Poren werden dabei nicht berücksichtigt. Die zweite Technologie misst das Volumen der Probe und ihre Poren. Sie misst sowohl offene als auch geschlossene Poren. Die dritte Technologie misst auch die Poren der Probe. Sie misst auch die Lücken zwischen den Proben. Sie kann als reine Festphase betrachtet werden.
Absolute Dichte
Die absolute Dichte wird auch als wahre Dichte, scheinbare Dichte oder Skelettdichte bezeichnet. Sie umfasst nicht die Poren in der Gesamtprobe oder die Lücken zwischen den Proben. Es handelt sich um die Dichte der reinen Festphasenprobe. Bisher haben wir das Volumen der Probe ermittelt, indem wir ihre Poren mit Wasser oder anderen Flüssigkeiten gefüllt und geleert haben. Dann haben wir ihre Dichte ermittelt. Manchmal wird das Objekt zum Füllen der Poren in die Flüssigkeit gelegt und gekocht. Oder das Objekt wird geleert, bevor es in die Flüssigkeit gelegt wird. Die Oberflächenspannung und das Gas in den Poren verhindern jedoch, dass sie mit Flüssigkeit gefüllt werden.
Die Technologie zur Messung der Flüssigkeitsdichte hat Nachteile. Daher verwendet die Industrie Dichtemessgeräte für Helium (oder andere Gase). Im Vergleich zu Flüssigkeitsdensitometern sind Gasdensitometer einfacher, schneller, genauer und wiederholbarer. Gasdensitometer sind eine zerstörungsfreie Technik zur Messung der Dichte von Materialien. Sie verwenden Gasverdrängung, um das wahre Volumen eines Objekts zu messen. Dies macht sie ideal, um die wahre Dichte eines Objekts zu bestimmen. Wir müssen nur eine Probe mit bekanntem Gewicht in der Kammer versiegeln. Dann halten wir sie mithilfe eines Heliumdensitometers auf einer konstanten Temperatur. Dann wird dem System Helium hinzugefügt. Der Druck in der Probenkammer des Heliumdensitometers erreicht ein Gleichgewicht. Da Helium ein kleines Molekül ist, kann es in die Poren der Probe eindringen. Das Helium in der Probenkammer wird dann in die Expansionskammer freigesetzt. Der Druck gleicht sich wieder aus. Das Volumen der Probe wird mithilfe des Gleichgewichtsdrucks und des Gasgesetzes berechnet. Schließlich wird der Druck aus dem System abgelassen und die Probe entfernt. Die absolute Dichte des Objekts wird also mit einem Heliumdichtemessgerät gemessen. Diese Art der Dichte wird auch „Heliumdichte“ genannt.
Hüllkurvendichte
Die Einschlussdichte ist die Dichte des Porenvolumens eines porösen Objekts. Sie wird manchmal auch Schüttdichte genannt, aber ich glaube, das ist nicht sehr genau. Wenn Sie das Probenvolumen betrachten, stellen Sie sich einen dünnen Film auf der Oberfläche der Probe vor. Das „Einschlussvolumen“ ist das Volumen, das von dem Film umhüllt ist.
Das Messgerät misst das Volumen von Einschlüssen. Es verwendet die Trockenpulvermethode. Dieses Trockenpulver ist eine starre Kugel mit gleichmäßiger Partikelgröße und hervorragende Fließfähigkeit. Es kann das Objekt fest umhüllen und reagiert nicht darauf. Die geringe Größe des Trockenpulvers sorgt dafür, dass es an der Oberfläche des Objekts haftet und nicht in die Poren eindringt. Diese Methode beschädigt oder verschmutzt das Messobjekt nicht. Die Messung ist schnell und einfach.
Das Trockenpulver wird in einen Präzisionszylinder gegeben. Zur Kompression befindet sich in der Probenkammer ein Kolben. Die Kraft kann eingestellt und erneut verwendet werden. Zunächst wird zur Kompression in der Probenkammer nur Trockenpulver verwendet, um eine Nullvolumen-Basislinie zu erhalten. Dann werden das zu messende Objekt und das Trockenpulver zusammen in die Probenkammer gegeben. Die obige Kompression wird wiederholt, um den Hubraum des Kolbens zu bestimmen. Dann kann das Volumen des zu messenden Objekts bestimmt werden. Es basiert auf der Bodenfläche der Probenkammer (dem runden Boden des Zylinders). Schließlich kann nach dem Schütteln und Entfernen des Staubs das Trockenpulver auf der Probe entfernt werden. Dann kann die Probe in ihren ursprünglichen Zustand zurückversetzt und der Test wiederholt werden. Sie können die Probenkammer in verschiedenen Größen auswählen. Die Größe des Objekts wird basierend auf seiner Größe gewählt. Dies erfüllt die Anforderungen für die Messung.
Die Einschlussdichte eines porösen Objekts ist geringer als seine absolute Dichte. Bei einem nicht-porösen Objekt ist die Einschlussdichte gleich seiner absoluten Dichte. Indem wir also die absolute Dichte und die Einschlussdichte eines Objekts messen, können wir seine Gesamtporosität ermitteln. Um ein Nullvolumen als Basiswert zu erhalten, verwenden wir nur trockenes Pulver zur Kompression in der Probenkammer.
Schüttdichte und Klopfdichte
Teil 4, Allgemeine Regeln 0993, Ausgabe 2020 des Chinesischen Arzneibuchs, führt die Methoden der Schüttdichte und der Klopfdichte ein. Das Arzneibuch definiert Schüttdichte als Dichte. Sie wird gemessen, wenn ein Arzneimittel oder ein Hilfsstoffpulver abgefüllt wird. Es befindet sich in einem losen Zustand. Der lose Zustand bezieht sich auf einen Zustand, der durch Eingießen einer Pulverprobe in einen Behälter entsteht. Dies geschah ohne Kompression. Schüttdichte ist die Masse des Pulvers pro Volumeneinheit. Das Pulver füllt einen bestimmten Behälter. Wie die Probe vorbereitet, verarbeitet und gelagert wird, wirkt sich auf den Schüttdichtewert aus. Er ist an den Entsorgungsprozess gebunden. Unterschiedliche Partikelanordnungen können dazu führen, dass die Schüttdichte innerhalb eines Bereichs variiert. Selbst geringfügige Änderungen können die Schüttdichte beeinflussen. Die Ergebnisse sind nicht sehr reproduzierbar. Geben Sie daher die Messbedingungen an, wenn Sie die Schüttdichte angeben. Die Schüttdichte kann ermittelt werden, indem das Volumen einer bestimmten Pulvermasse gemessen wird. Dies geschieht in einem Messzylinder nach dem Sieben (die erste Methode). Oder indem zur Bestimmung ein Volumeter verwendet wird (die zweite Methode). Oder Sie können die Masse des Pulvers nach dem Sieben messen. Füllen Sie dann einen Behälter mit einem bestimmten Volumen (dritte Methode).
Unter Klopfdichte versteht man die Fülldichte des Pulvers im geklopften Zustand. Der geklopfte Zustand ist der Zustand der Pulversäule. Die Pulverprobe befindet sich im Behälter. Sie schwingt mit einer bestimmten Frequenz nach unten, bis sich das Volumen nicht mehr ändert. Das Gerät erzeugt Vibrationen, indem es den Becher anhebt und fallen lässt. Durch die Schwerkraft fällt er über eine festgelegte Distanz. Die Klopfdichte kann durch Messen des geklopften Volumens einer Probe mit festgelegter Masse ermittelt werden. Dies geschieht entweder mit der ersten oder der zweiten Methode. Oder Sie können sie ermitteln, indem Sie die Probe nach dem Klopfen in einem Messgefäß mit bekanntem Volumen wiegen. Dies ist die dritte Methode.
Die Art und Weise, wie Partikel interagieren, beeinflusst die Pulverstapelung. Dies beeinflusst auch den Pulverfluss. Der Unterschied zwischen Schüttdichte und Stampfdichte ist entscheidend. Dies zeigt, wie Pulverpartikel interagieren. Es misst auch die Pulverfließfähigkeit. Dies geschieht mit dem Kompressibilitätsindex oder dem Hausner-Verhältnis.