食品和制药行业广泛使用小袋，为消费者提供可控的小量粉体产品。在整个生产过程中，小袋灌装过程必须确保均匀、一致，重量差异较小，含量均匀度较高。偏差过大不仅会带来财务风险，涉及到药物时还可能危及患者健康。这也发生在其它各种规格的灌装工艺中，例如，中型散装容器、麻袋、胶囊、冲模。

       若能判别实现均匀灌装粉体或混合物所需的属性，有助于优化新的处方，避免由于产品加工投入大量的成本和时间，并减少含量均匀度偏低和重量差异较大的情况。

       不同混合物的相对性能

       使用三个批次的药物混合物灌装小袋口服剂。三个批次从灌装口流入小袋时流动性不同，导致小袋中出现显著的重量差异。样品A灌装性能良好，样品B (粒径分布较宽) 性能一般。样品C的粒径分布与样品A相同，但在加工过程中性能很差，表明仅粒径不足以对性能产生决定性的影响。

       使用FT4 粉体流变仪^™分析三种样品，以确定样品间差异导致工艺性能的不同。

       测试结果

       动态测试：充气能

       随着空气的引入，气流作用抬升颗粒并使其分离，减少了颗粒间相互作用以及整体的流动阻力。颗粒的分离程度是衡量粘结约束强度的可靠指标。样品A产生的充气能(AE) ，这可能是因为其透气性也较高 (参见下图)。对于透气性良好的粉体，空气能轻松穿过粉床，对其排列结构几乎没有影响。相反，样品C产生的AE，这可能是因为透气性较低。而且，对充气敏感的粉体更易发生分层和扬尘，都会对含量均匀度造成不利的影响。

       动态测试：基本流动能

       样品A产生的基本流动能 (BFE) ，在粉体中移动桨叶所需要的能量较少。样品C产生的基本流动能。这种情况下，BFE较低表明粉体能够在靴型进料器这种强制流动的条件下自由流动。

       整体测试：透气性

       样品C粉床中产生的压降 (透气性)，表明气流阻力。较差的透气性意味着粉体进入小袋时夹带的空气无法逸出，导致批次间重量差异较大。样品A的透气性比样品B差，表明任何参数的极端情况都难以得到性能。

纵轴：可压程度百分比 (%)；横轴：施加的正应力（kPa）

       整体测试：可压性

       样品A产生的可压缩程度，可能是因为产生了团块。虽然这一特性通常与粘性较强的粉体相关，但稳定的团块也有助于提高含量均匀度。样品A本身较强的可压性似乎并未对灌装工艺造成负面影响，很可能是因为加工过程中产生的应力较小。

       整合四组数据，可构建用于预测工艺性能的设计空间。如果新的测试样品其属性位于每项测试中的"绿色"区域，则可预测该粉体在加工过程中的性能将与样品A相似。如果结果位于"琥珀色"区域，可能存在加工性能不佳的风险，使用样品时应谨慎。如果结果位于"红色"区域，则粉体性能可能与样品C差不多，很有可能存在问题。"红色"区域中的样品需剔除，尽可能减少过程中流动性不佳的问题，从而提高生产率并减少浪费。

       结论

       FT4具有动态流动和整体特性表征技术，对于加工过程性能不同的三种样品，能量化并得到明确且可重复的差异。结果也说明任何单一的参数不足以充分说明工艺性能，因此需要多变量的方法。

       结果显示，在此项操作中，动态流动阻力较小 (低BFE) 和透气性较高 (高AE、低压降) 的粉体性能。相反，流动阻力较大且充气敏感性较强的粉体性能较差。由此我们可以确定设计空间，并据此评估新处方并预测其性能。

       粉体流动性不是材料的固有属性，而是粉体在特定设备中以其所需要的方式流动的能力。成功的加工需要粉体与过程的完美匹配，相同的粉体在一个过程中性能良好，而在另一个过程中却不佳的情况并不罕见。也就是说，需要多种特性表征方法，得出的结果能够与过程评估相联系，从而构建对应于可接受的过程行为的参数设计空间。FT4的多变量方法并非依靠单一的特性表征来描述所有的过程性能，而是模拟一系列单元操作，以便直接研究粉体对各种过程和环境条件的响应。

       作者简介

Tim Freeman，富瑞曼科技有限公司总经理

       自20世纪90年代末，Tim Freeman作为粉体表征公司富瑞曼科技有限公司的总经理，在FT4粉体流变仪?和通用型粉体测试仪的设计和持续发展方面发挥了重要作用。Tim与各专业机构合作并参与行业活动，对促进粉体加工领域的发展做出了杰出贡献。

       Tim拥有英国萨塞克斯大学的机电一体化学位。他是美国结构化有机微粒系统工程研究中心 (Engineering Research Center for Structured Organic Particulate Systems) 许多项目组的导师，并经常组织粉体表征和加工领域的行业会议。作为美国药学科学家协会 (AAPS) 的"过程分析技术"焦点小组的前任主席，Tim是制药技术编辑顾问委员会的成员，以及《欧洲药物评论》杂志的行业专家组成员。Tim还是化学工程师学会"颗粒技术"特别兴趣小组的委员会成员、ASTM负责粉体和松装固体的特性和处理的D18.24小组委员会副主席，以及美国药典 (USP) 通论 - 物理分析专家委员会 (GC-PA EC) 的成员。

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