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【知識(shí)庫】激光粒度儀在藥物顆粒表征領(lǐng)域疑難解答
本文摘要
在藥物顆粒粒徑表征和方法開發(fā)研究中,會(huì)遇到各類困擾研發(fā)人員的問題,包括背景、干擾、參數(shù)篩選、分散體系選擇、方法轉(zhuǎn)移、結(jié)果分析和對(duì)比,以及儀器簡(jiǎn)單清理等日常維護(hù)。本文針對(duì)這類問題集中歸納分析,并給出專業(yè)的指導(dǎo)意見和解決方案。
01丨濕法分散粒徑分布圖顯示大顆粒,是真實(shí)存在的顆粒嗎?
濕法分散中出現(xiàn)有大顆粒分布,首先需要重復(fù)測(cè)樣或用顯微鏡輔助觀測(cè)判斷大顆粒情況,以排除樣品中確有真實(shí)的大顆粒的情況。
而如果不是真實(shí)顆粒造成大顆粒分布的原因,有可能是藥物分散體系中揮發(fā)性有機(jī)試劑造成的。尤其是使用超聲進(jìn)行分散時(shí),熱量會(huì)導(dǎo)致體系不穩(wěn)定,進(jìn)而引起光束偏轉(zhuǎn)造成大顆粒的假峰。亦或者是樣品在分散劑中部分溶解,這樣也會(huì)導(dǎo)致折射率的改變。
新型激光粒度儀 Mastersizer 3000+ 增加了光路的熱管理系統(tǒng),改善分散介質(zhì)熱梯度不平衡問題,能大大減少體系平衡的等待時(shí)間,進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)質(zhì)量,減少上述因熱量導(dǎo)致的大顆粒假象。

02丨如何篩選合適的顆粒折射率和吸收率?
在激光衍射法中,對(duì)于不規(guī)則藥物顆粒來說,其散射模型選擇近代的米氏理論為模型,前提假設(shè)顆粒為等效圓球,預(yù)設(shè)粒度與散射光強(qiáng)之間的依賴關(guān)系和小顆粒所產(chǎn)生的二級(jí)散射,共需要借助三個(gè)光學(xué)參數(shù):
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顆粒的折射率(RI)
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顆粒的吸收率(Abs)
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分散介質(zhì)的折射率(Dispersant RI)。
常規(guī)分散介質(zhì)的折射率通過查詢或分散劑說明說都可以得到。對(duì)于新制備藥物或材料,分析其顆粒的折射率和吸收率時(shí),可以通過顆粒的顏色和透明度做近似判斷,取10的級(jí)數(shù)。(如下圖)

通過查找文獻(xiàn)、手冊(cè)或者軟件中的數(shù)據(jù)庫或用折光率儀測(cè)量。通常有機(jī)化合物折射率在1.4 - 1.7之間,可以擬合曲線來修正折射率參數(shù)。利用Mastersizer Xplorer工作軟件中光學(xué)參數(shù)優(yōu)化功能,可自動(dòng)掃描并選擇最佳光學(xué)參數(shù)設(shè)置。
03丨如何去除濕法分散劑中的氣泡干擾或者干法分散中的氣流峰干擾?
激光照射氣泡或氣流峰也會(huì)產(chǎn)生光路偏轉(zhuǎn),一定角度的光強(qiáng)被檢測(cè)到,從而產(chǎn)生假峰影響檢測(cè)結(jié)果。
消除濕法分散時(shí)產(chǎn)生的氣泡方法有多種,例如超聲、增加平衡等待時(shí)間、降低攪拌速率或選擇粘度小且不易產(chǎn)生氣泡的分散劑等等。
而干法分散產(chǎn)生氣流峰的原因,是來自空壓機(jī)和真空吸塵器的兩股氣流交匯時(shí),溫度不一致導(dǎo)致的噪音信號(hào)??梢圆扇∫韵罗k法:
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延長(zhǎng)背景測(cè)量時(shí)間,等待氣流溫度差異逐漸消失;
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降低分散氣壓(注意,有可能會(huì)存在樣品分散不徹底的風(fēng)險(xiǎn));
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通過“細(xì)粉模式”分析數(shù)據(jù),以對(duì)氣流噪音信號(hào)進(jìn)行處理。
當(dāng)然,在新款Mastersizer 3000+激光粒度儀軟件中,具有“自適應(yīng)衍射”分析功能,可以自行區(qū)分穩(wěn)態(tài)/瞬態(tài)數(shù)據(jù),幫助客戶輕松判斷非真實(shí)顆粒干擾情況。
04丨干法測(cè)定做壓力滴定,數(shù)據(jù)各不相同。如何判斷較大結(jié)果是團(tuán)聚,還是較小結(jié)果是顆粒被破壞?
這時(shí),需要結(jié)合顯微鏡觀測(cè)樣品本身顆粒大小,判斷顆粒是否團(tuán)聚還是破碎。如果樣品本身干法測(cè)試的條件不滿足,建議更換濕法分散。濕法分散時(shí),團(tuán)聚樣本可以通過超聲分散,添加表面活性劑等方法來改善。
05丨如何選擇樣品的遮光度?
可以通過做濃度滴定測(cè)試,來選擇樣品的遮光度。遮光度合理范圍內(nèi),不同加樣量不會(huì)影響測(cè)試結(jié)果。
一般推薦的遮光度范圍指導(dǎo)值

06丨不同的粒度儀設(shè)備,同一批次樣品,以及相同的參數(shù),測(cè)出來的數(shù)據(jù)差別比較大是為什么?
如果是不同品牌的激光粒度儀設(shè)備,由于光源,光路,檢測(cè)器以及反演算法影響,會(huì)出現(xiàn)同批次樣品測(cè)試結(jié)果的差異。在減少參數(shù)設(shè)置差異和制樣差異仍無法解決時(shí),如果能統(tǒng)一儀器品牌型號(hào)為佳。當(dāng)然,樣品分布不均勻,取樣誤差也會(huì)帶來很大差異。當(dāng)然也要關(guān)注使用的儀器狀態(tài),以及方法是否驗(yàn)證等等,都會(huì)對(duì)結(jié)果有影響。
07丨濕法測(cè)定時(shí),遮光度緩慢降低,由于干法不適用,又無法找到避免溶解的介質(zhì),那這個(gè)出現(xiàn)溶解時(shí)的遮光度變化范圍允許是多少?
遮光度下降需要考量的關(guān)鍵是導(dǎo)致粒徑的變化有多大??刹捎枚痰臏y(cè)試時(shí)間(1-3s)快速重復(fù)測(cè)試,來考察粒度變化超過控制區(qū)間所用的時(shí)間,并依照考察結(jié)果來控制實(shí)際測(cè)試的時(shí)長(zhǎng),以提高結(jié)果可信度。具體方法可以參考ISO 或USP 對(duì)RSD%測(cè)試偏差范圍的要求進(jìn)行考察。
08丨同一批樣品,相同參數(shù),分別使用Mastersizer 2000和3000,3000+干法測(cè)試,數(shù)據(jù)差異大的原因是什么?
對(duì)于不同屬性的粉體顆粒,比如棒狀、片狀顆粒較脆弱,很容易在氣流分散的過程中被破碎,而微粉化后的樣品團(tuán)聚嚴(yán)重,需要更高的分散能量來實(shí)現(xiàn)良好分散。
Mastersizer 3000和3000+提供標(biāo)準(zhǔn)型文丘里管和高能型文丘里管分別適用于易碎和易團(tuán)聚的樣品。而MS2000僅有一根長(zhǎng)管道設(shè)計(jì)的文丘里管,易碎顆粒隨氣流在長(zhǎng)管道的分散管中運(yùn)動(dòng)時(shí),常會(huì)與管壁發(fā)生長(zhǎng)時(shí)間碰撞而被打碎,高能型文丘里管具有與MS2000文丘里管相似的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分散機(jī)制,對(duì)于團(tuán)聚嚴(yán)重的粉體,這兩者具有可比的分散能力。此外,老2000儀器管道大小也不一樣,可以通過適當(dāng)?shù)姆椒▍?shù)調(diào)整優(yōu)化達(dá)到分析結(jié)果一致性。
09丨如何查看測(cè)試結(jié)果的數(shù)據(jù)質(zhì)量?
數(shù)據(jù)擬合與殘差
點(diǎn)擊測(cè)試結(jié)果,在“擬合”報(bào)告中我們能看到測(cè)量的原始光強(qiáng)分布數(shù)據(jù)和基于光學(xué)參數(shù)的基礎(chǔ)上計(jì)算得到擬合數(shù)據(jù)。兩條曲線迭加后所產(chǎn)生的差異即是我們所說的數(shù)據(jù)擬合,擬合的好壞即是我們所說的殘差。
殘差是所有檢測(cè)器上實(shí)際和理論信號(hào)的差異(對(duì)超聲,氣流,溫度變化等造成的噪音信號(hào)敏感)。加權(quán)殘差是將大編號(hào)檢測(cè)器的信號(hào)加權(quán)(放大)后,實(shí)際和理論信號(hào)的差異,這對(duì)小顆粒粒徑分布的可信度更為關(guān)鍵。加權(quán)殘差接受范圍通常為2%以內(nèi)。
Mastersizer3000+ 的新版本軟件配有“數(shù)據(jù)質(zhì)量指南”功能,可以幫助全方面的評(píng)估測(cè)試的數(shù)據(jù)質(zhì)量,并給出專家指導(dǎo)意見。
10丨殘差和加權(quán)殘差的區(qū)別是什么?
殘差是所有檢測(cè)器實(shí)際信號(hào)和理論信號(hào)的差異;因?yàn)樾☆w粒信號(hào)弱,即使差異大也不明顯,加權(quán)殘差是將小顆粒信號(hào)加權(quán)后對(duì)比差異,更反映小顆粒結(jié)果的擬合情況。
11丨如何確定良好的背景數(shù)據(jù)和系統(tǒng)清潔度?
好的測(cè)樣前提需要有一個(gè)清潔,穩(wěn)定的背景 ,在檢測(cè)器范圍內(nèi),背景信號(hào)是逐步下降的。一般大致要求1號(hào)檢測(cè)器上散射信號(hào)低于100單位;20號(hào)檢測(cè)器上散射信號(hào)低于20單位。同時(shí)避免扣除背景后出現(xiàn)明顯正負(fù)信號(hào)情況,否則需要重新清洗測(cè)試背景。

12丨顆粒模型中,球形和非球形如何選擇?
通常只有乳液顆粒是球形,還有一些的標(biāo)準(zhǔn)樣品是球形,其他研磨合成的材料都是選擇非球形。
13丨激光粒度儀測(cè)試的粒徑分布PSD方法準(zhǔn)確度如何驗(yàn)證?
一般用標(biāo)準(zhǔn)品檢驗(yàn),方法驗(yàn)證(準(zhǔn)確度,精密度,重現(xiàn)性,重復(fù)性,穩(wěn)定性等),顯微鏡觀測(cè)顆粒大小的分析是必要的佐證準(zhǔn)確度的方法。
14丨樣品窗鏡片可以用有機(jī)溶劑清洗嗎?
在粒度儀使用較長(zhǎng)時(shí)間后,難免樣品窗鏡片被污染,需要清洗。鏡片分內(nèi)、外兩面,通常清潔的是接觸樣品面(內(nèi)側(cè));外面只接觸空氣,并有光學(xué)鍍膜,禁止手摸,和酸、堿溶液或腐蝕性有機(jī)試劑擦拭!鍍膜被破壞,鏡片就必須更換。日常清潔可以用洗耳球吹掉灰塵,如果有指紋等污漬,可用擦鏡紙沾無水乙醇擦拭。也就是,鏡片內(nèi)外兩面可用無水乙醇清洗,但外鏡片不能采用酸、堿溶液和腐蝕性有機(jī)試劑。
15丨文丘里管用什么溶劑清洗?如何清洗?
文丘里管可以用壓縮空氣吹凈,盡量不要用液體洗,拆開用棉簽擦拭即可。
總結(jié) Summery
顆粒粒度和粒度分布是原輔料及藥物顆粒的關(guān)鍵質(zhì)量屬性,將會(huì)直接影響藥效,需要嚴(yán)格控制。激光衍射法是一種適用于多種行業(yè)的粒度分析技術(shù)。馬爾文帕納科是激光衍射粒度分析儀的開創(chuàng)者,其Mastersizer系列激光粒度儀備受全球各個(gè)領(lǐng)域用戶的認(rèn)可,最新推出的Mastersizer 3000+系列產(chǎn)品,在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行了軟硬件的升級(jí),為客戶提供更智能、準(zhǔn)確的粒度解決方案。