粉末流动性测试之剪切池法

一．粉末样品流动性测试简介

药物或辅料粉末是一种由很多细小的颗粒组成，粉末流动性对于其在生产过程中，比如混合器、料斗和其它设备中的行为至关重要，流动性不满足要求的粉末，可能无法正常下料，或造成多种成分混合不均匀等问题。

粉末的流动性取决于几个因素，有些与粉末原材料有关，例如：粒径及其分布、形状、摩擦系数、粘附性、静电电压、空隙率、压缩性、水分和温度等等，有些与实际生产过程有关，例如粉末从容器（料斗、漏斗、圆筒等）流出的能力或制成片剂时的可压缩性。美国药典<1174>章节和欧洲药典2.9.36章节药典推荐了三种测试粉末流动的方法：

1

通过不同孔口的流动特性。

2

休止角法。

3

剪切池法。

其中剪切池法，是指垂直剪切样品形成的圆盘结构时，所需要的力的大小，这个力值的测量，对于样品在投料过程中，应重力下降流动时，投料口尺寸的选择起到参考作用。

Copley BEP2粉末流动性测试仪

（带剪切池测试装置）

二．剪切池法理论简介

对于一个圆形孔上的载重情况，载荷作用一般在圆形孔的边缘，具体载荷可以通过载荷的作用面积（πd2/4）×载荷样品的高度（h）×载荷的密度（D）来计算。

样品载重区域的面积（侧面积）可以通过孔口周长（πd）×样品的高度（h）来计算得到。

换算可得样品负载区域剪切强度（压强）为直径（d）×载荷的密度（D）/4。

一旦额外加载的负载及样品本身的负载之和超过样品可承受的剪切力，样品固化将失效，产生塌陷。

这是一种非常简单的模拟样品在一定孔口上塌陷，从而计算获得剪切强度的方法。使用户在选择采购合适口径的投料嘴之前，获得了可靠的评估。

三．剪切池法测试装置

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剪切池法可应用如图的BEP2粉末流动性测试仪，加装剪切池装置得到，其中透明的PMMA圆柱体内径为140mm，高32.5mm，可盛装500mL样品，底部有一个直径为100mm的孔，当样品在圆柱体中固化时，该孔可以用配置的PMMA板封闭。

剪切池法测试中，有两个阶段：

第一阶段：粉末样品的固化阶段（容积密度测试），固化样品所需要的载荷，应与实际情况相似，如无参考值，可采用10kg的载荷；

第二阶段：破坏固化的样品（剪切力测试阶段），将圆柱体底部的PMMA密封板去除，在样品上部的接收容器中缓慢倒入沙子或相似干净稳定的粉体，使固体的样品结构被剪切而失效。

四．剪切池法操作步骤

Copley剪切池法示意图

//将PMMA板（Filler Disk）放在测试池（Test Cell）底面，封闭圆孔。

//将测试池和加高层（Collar）放置在BEP2正下方，与上方漏斗装置的漏口对正。

// 采用BEP的漏斗装置，将样品填充到测试池和加高层中，样品量高出测试池10mm左右。

//移去漏斗装置，加上载荷（Consolidating load），如10kg，记录加载时间和实际采用的载荷重量。

//去除载荷，轻轻移除测试池和加高层等，整体放在一个大容器中，小心移除加高层，用直尺将测试池顶部小心刮平。将多余样品收集到大容器中。

//将最终装置放置在天平上称量，获得样品质量后除以体积，即得样品的容积密度D。

//轻轻将加高层放在测试池下面，使测试池底部样品悬空。整体放回 BEP2平台上。

//将带有95mm孔径的定位板放在测试池上方，并把95mm直径的PMMA板放（95mm Disk）在定位板中心后，移除定位板。记录所用PMMA板的重量。

//放置一个玻璃圆柱体容器（Glass Cylinder）在PMMA板上，缓缓加载荷，如沙子或相似的样品等，直到样品从中心塌陷为止。记录所用玻璃圆柱体容器和载何的重量。

五、剪切池法的结果计算

通过剪切池法的测试，可以获得样品的容积密度、剪切强度和推荐的最小投料口直径。

容积密度（g/cm3）=样品在测试池中的固化重量（g）/500

剪切强度（g/cm2）=（跌落样品的重量+PMMA圆片重量+玻璃杯重量+玻璃杯内载荷）/25/π

最小投料口直径（cm）=剪切强度×4/容积密度

六．剪切池法产品订货信息

物料号

产品名称

1650

BEP2型粉末流动性测试仪

1652

漏斗装置

1655

剪切池装置

1658

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