粉末 /悬浮液 /乳液中粒径质控检测方案(激光粒度仪)

稳健的粉体、剂型激光粒度仪颗粒粒径质控评价 摘要 本文系统的介绍了激光粒度仪应用于粉体及制剂研发、生产中颗粒粒径分布的质控测量相关内容。主要包括颗粒粒度信息的评价方式，影响颗粒粒度测量结果真实性的主要因素，粒径质控方法的确立和优化，质控体系建立和颗粒质量信息的流转，稳健的粒径质控体系管理等。通过相应的质控评价和方法的优化，为医药农化制剂企业及多种粉体工业企业提高颗粒质控水平提供指引，从而有利于提升产品的质量一致性，减少质量风险。 引言 经过多年的发展，我国医药农化产业已形成了从原药生产、制剂加工、原材料、中间体配套、代谢/毒性测定、残留分析和安全评价等的完备产业链，规模位居世界首位。近些年在增效和环保的大方针下，业界对多种相关粉体和制剂研发、技术创新和质量提升的要求形成共识，产业进一步加快整合的同时伴随着产品质量和性能的快速进步，使得我国粉体和制剂工业具有了参与国际竞争的实力，逐渐由大向强发展。 各种制剂和粉体是由多种不同尺寸及粒径分布(以下简称粒度)的颗粒原料组成的固-液、固-气或液-液相混合体系。在颗粒的研制、加工及应用过程中，颗粒的粒度设计是控制制剂溶解性、界面反应速率、吸附性、贮藏稳定性、流变行为、涂布填充性能、缓释性和生物活性等的重要手段。高精准的粒度测试分析方法开发、稳健的粒度质量控制体系的建立及科学的产业链中真实的粒度信息的交换等，对于在工业企业及产业链中减少质量风险、提高产品附加值、引领绿色发展是至关重要的一环。本文以此为出发点，结合欧美克仪器有限公司(以下简称欧美克)20多年在多种工业粒度控制的经验积累，对粒度测试中的诸多影响因素进行具体评价分析，并给出改善意见，，以供制剂企业参考。 1.多剂型/粉体颗粒表征相关理化现象和表征方法 对颗粒群体的物理化学性质进行的科学评价被称为颗粒表征。粉体/悬浮液/乳液的颗粒粒度表征是多种剂型和粉体的主要质量指标，在各个工业环节的粒度监控是现代化制剂生产的重要手段，有利于产品标准化和质量控制。 粉末/悬浮液/乳液中的颗粒在微观上的差异主要影响物料的以下宏观特性：物理性质(溶解性、吸附性、堆积和填充性能、色泽质感等)、 化学活性(催化活性、包覆效果、亲疏水性、药效/缓释性能/凝固时间等)、 流变行为(流动性、倾倒特性、滑动分层特性、成膜性等)、稳定性(胶体稳定性、浆料乳液电化学特性等)……。所有微观差异中影响物料特性的最显著的因素是颗粒的粒度，除此以外，也与颗粒的表面特性(形貌/表面积/电化学特性等)、颗粒和介质的相互作用、颗粒的孔隙/缺陷/结晶度/晶型/成份/纯度/均匀性等息息相关。理想的颗粒质控宜根据应用需求在不同的物料特性上进行实验设计测量分析，本文以粒度分析为例，介绍激光粒度仪用于稳健的颗粒质量控制的一些相关信息。 2.颗粒粒径分布结果的评价 现代激光粒度仪依据米氏散射理论通过对被分散颗粒的散射光线的多角度光能分布的测量，反演计算颗粒的粒度。同许多测量仪器-一样，其测量结果通常以量化数值和分布图来反映颗粒粒度信息。通常以 D50 中值粒径来代表颗粒整体的尺寸信息，以D10、D90边界粒径来代表颗粒整体中小颗粒和大颗粒的尺寸信息。粒度的微分分布图适宜用来直观地查看颗粒粒径分布的大致范围和各粒径段的丰度，而累积分布图表示颗粒从最小到某一代表粒径值范围内的颗粒占总的颗粒的百分比含量。 图1.颗粒粒度微分分布中的特征粒径 理想上，在粉体的研发和生产中，粒度仪质控的主要功能是精准地识别批次样本之间的颗粒群体和组份尺寸的变化，粒度仪测量结果应该跟随样本粒度变化而同步变化。但是，和所有的测量方法一样，激光粒度仪的粒度测量结果同样存在不可避免的测量偏差(以下称为真实性)。有时候测量偏差甚至远大于样品波动，此时仪器测试的结果对于质控存在巨大的风险。举个例子来说，如果某剂型颗粒越细越好时，为了满足产品质量要求同时对抗多种不确定的测试风险，企业可能会在检测达到要求的粒径测量结果后，将颗粒磨更细一些。但如此一来，生产的消耗和时间成本必然也同步提高了，牺牲了产品的竞争力。随着粉体工业对于粒径的质控精度要求越来越严格，对于实际测量结果中出现的偏差结果的来源进行精确的把控对于精益生产至关重要，有助于粒度仪用户不断提高质控水平以提高产品质量一致性，减少质控风险。 图2.颗粒粒度累积分布中的特征粒径质控范围 3. 影响颗粒粒度测试结果真实性的主要因素 3.1样品 理想的粒度测试结果应该反映样品或样品应用效果的变化。 3.1.1样品颗粒与测试介质相互作用 在常见的医药农化制剂湿法粒度测试中，样品中颗粒在测试介质中的微溶或膨胀是一个常见现象。我们选取了25%嘧菌酯水悬浮剂进行测试，在向介质水中加样后每12秒一次连续监测其遮光率和特征粒径 D50 的变化如下图所示。 图3.左：加样后遮光率的变化，右：加样后 D50的变化 由上图所示，加入嘧菌酯样品至进样器中搅拌分散后，发现遮光率呈不断下降趋势，5分钟时间内从接近10%下降到5%左右，显示了悬浮剂颗粒的量在水中不断溶解减少。随着水中嘧菌酯溶解度增大趋于饱和，溶解速率逐渐减慢。由于小颗粒比表面积更大，比大颗粒溶解速率更快， D50结果也呈现出先较快速增后后逐渐变得缓和的过程。由于溶解饱和后的奥氏熟化(小颗粒溶解，大颗粒结晶长大)现象，微溶颗粒分散体系并不会因为介质中颗粒溶解度饱和而稳定，特征粒径值常呈现一定的波动。在本次加样测试中 D10、D50、D90测量最大值与最小值差异分别达到11.8%、10.9%、6.8%.以上结果偏差仅仅是一次取样中观察到的，如果不严格控制测试条件进行多次取样、多台仪器、多人操作所得的结果重现性偏差将会更大，势必对该样品的质控将造成困扰。在多种微溶样品的测量实践中，由于颗粒分散和 溶解同时发生，不同物料表现出的粒径变化趋势可能不同，更增加了测试的复杂性。 3.1.2颗粒形貌的影响 微观的颗粒并非都是球形，不同形状、表面粗糙度和孔隙的颗粒，即使拥有完全一样的粒度，其应用效果也可能是有较大差异的。在粒度测试基础上配合颗粒形貌的分析能更好的指导配方的开发和产品质量的控制。 3.1.3颗粒团聚或易碎 粒度仪测量的颗粒粒径是样品颗粒的分散粒径，即测试结果代表了通过检测窗口的彼此独立的颗粒的粒度，仪器并不会识别所测颗粒是未被分散开的团聚颗粒或者被破坏碎裂的颗粒。因此科学的分散样品对测试结果的代表性至关重要，具体内容将在下面方法的章节中介绍。 3.2仪器 市面上可选的粒度分析仪器繁多，其中静态光散射激光粒度仪，由于其具有测量粒径范围宽(从纳米到毫米量级)、适用范围广(粉体/悬液/乳制剂颗粒等)、重现性好、测量结果准确可靠、测量时间快、自动化程度高等优点成为医药农化制剂和粉体工业研发和生产的关键型仪器。企业宜根据颗粒样品特性及具体的质控要求选择合适性能的激光粒度仪，重点关注与质控直接相关的仪器测试的稳定性和灵敏度。稳定性代表了仪器对相同样品测试结果的一致性，常用重现性指标来进行评价。灵敏度代表了仪器对样品细微差别或少量组份的精确测量分析能力，常用分辨能力来进行评价。仪器的光学设计、零配件的精密度、反演算法、维护需求往往与其测试性能直接相关。此外，亦需根据样品特点选择适宜的进样分散附件，例如油悬浮剂宜选用耐腐蚀油性介质专用进样系统，可溶性粉剂宜选用干法分散进样系统等。 3.3方法 粒度测试样品前处理，取样、加样、分散等与分析结果直接相关的操作方法的建立统称为粒度测量的方法开发。由于粒度测量通常在低浓度条件下进行，取样和分散是大多数样品测试必不可少的步骤。不同特性的样品，影响测量结果的主要因素不尽相同。一般来说，固体粉末和浆料含有大颗粒时，取样代表性影响较大；而颗粒粒径较细时，分散的一致性又成为了主导因素；部分宽分布的样品，例如在原药的干法测试中，是否完全测量一次取样的所有颗粒直接决定了测试结果的代表性。常见的样品分散手段有搅拌，超声，分散解聚剂，分散压力，下料速度等，通过不断优化方法，，可以提高粒度测试结果的真实性。 3.4参数 依据米氏散射理论粒度反演计算，50um 以下细颗粒的粒度结果的准确性依赖于颗粒光学参数设定，包括样品和介质的折射率实部和虚部(又称为吸收率)。此外，测试时合理的分析模型，测量时间，遮光率等参数也直接影响测试结果真实性。 粒径质控方法的确立 4.1样品质控适用粒度相关参数的选择 如上文中所提，一般大多数行业皆采用 D50、D10、D90分别代表样品的总体代表性粒径，小颗粒代表性粒径和大颗粒代表性粒径，在工业品的来料，过程产品和终产品的质控中发挥着积极的作用。随着工业原材料和工业制品质量水平的不断提高，不少行业对颗粒产品的质量提出了更高的要求，如下图所示，红色曲线和黑色曲线代表的两个电池材料粉体样品之间仅在大颗粒处存在细微差异，由于这些差异远小于总含量的10%，如果我们仍选用 D90 作为质控参数，两个样品的结果差异极小，显然对于准确反应样品极少量大颗粒的质量风险是非常不利的。此时，选用 D99 作为质控参数，则可以体现出明显的随样品差异的数据差异，当然相对于 D90 来说， D99 的测量误差相对也会更大，对测试仪器性能和样品取样分散等处理方法的重现性水平也提出了更严格的要求。在一些极端的情况下，配合高性能的粒度分析仪器，可能还会选用 D99.99 来表征取样中的最大颗粒。 粒度(um) 通常情况下可以通过在标准样品中添加少量不同粒径级配的粉体以改善粉体的填充性能和流动性。一个典型的混合物料的粒径分布的例子如下图所示，如果要对混合物料的混料过程进行质控，需要准确地进行各组分配比的测量。此时，如选用 D10 不能准确反应质控目的，可以选用10um 累计含量或 1~10um区间含量作为质控指标，通过这些指标的变化了解混料的均匀性和比例变化。 粒度(um) 除了以上的例子外，有时候在质控中还会用到峰值粒径表征颗粒含量最丰富的粒径段，用跨度、分布宽度等表征颗粒群体的粒径离散程度，采用峰度、偏度、一致性等参数表征大小颗粒的分布偏移特征等等。如果关注的是颗粒的化学反应催化特性、包覆特性等，通常会把体积加权的粒径分布转换成表面积加权的粒径分布，通过相关的表征参数能较好地建立应用性能相关的线性表述。在半导体掺杂等应用中，甚至需要将结果转换成数量分布来进行质控。 综上所述，粒径相关的质控指标宜选用与产品质量要求关注点及质量相关性最高的参数作为质控指标。除了常规的D50、D10、D90之外，一些特殊情况宜增加能积极地反应质量变化的指标进行质控，使得仪器所测得的质量参数具有有效、可控(满足重现性/耐用性要求)和先进行的要求。 4.2质控数据的真实性水平评价 粉体/悬浮液/乳液颗粒粒径分布的质控体系的确立建立在以上对质量相关参数的测量结果及测量结果的偏差，即真实性，的充分了解基础上。在实际工作中，是通过对颗粒表征结果重复性、重现性和分辨能力等概念和参数来进行评估的。相关的概念定义如下： 重复性：同一操作者、同一台仪器、同一份分散样本的多次测量，不包含取样和分散差异。 重现性：同一样本不同等份，相同方法下类似仪器、不同操作者的多次测量一致性程度。 分辨能力：不同粒径之间的区分能力以及对给定粒度等级中颗粒含量的微小变化的灵敏度。 在传统的粒度仪选购中，技术人员最关注的除了测试范围外，就是重复性。实际上，以重复性偏差的指标衡量质控结果的真实性水平是不恰当的。从上面的定义可以看到，重复性体现的是一次取样进样分散完成后，在十几秒到一分钟左右的时间内测试结果的稳定性。此参数仅能评估仪器和颗粒在相应的极短的几次测量时间内的稳定性，且完全不考虑可能对测试造成较大影响的取样、预分散、参数、仪器状态、算法等带来的测试结果偏差。举例来说，如果仪器光学对中不良或背景噪声过高时，在测试结果可能本身就是错误的情况下，其重复性往往也是非常良好的。 我们建议颗粒企业在了解样品测量重现性水平的基础上制定相应的质控指标。由于研发和生产中的样品质控是对多份样品的质量评价(不可能仅对一次取样重复地测量)，了解测量的重现性对质控有直接的指导意义。从定义看，重现性偏差代表了同样的样品，在多次不同的取样或仪器下以相同方法测试其结果的一致性偏差，他是对样品多测试的取样、分散、仪器长时间稳定性、反演算法、参数等可能的不稳定或不确定因素产生的偏差的总和，对质控数据所含有的风险水平具有更好的指导性。通过不断改善相关的多个不确定因素对测试结果的影响，可以不断提高测量重现性水平。 与此同时，好的粒度质控不仅要求对同一样品多次测试结果重现性好，对代表细微差别的样品能否被准确灵敏地测量出来的分辨能力也有一定的要求。质控中能准确识别测试范围各样品整体粒径分布，准确识别样品各组份颗粒大小和含量，灵敏识别样品或组份的细微差别都是良好的分辨能力具体展现。假设某样品中可能有少量大颗粒影响产品性能，在取样不科学或仪器灵敏度不高的情况下，测试结果均不能体现大颗粒，虽然看上去结果重现性非常优秀，但并不能解决质量风险的问题。可见好的重现性是好的分辨能力的基础，此外亦受到测试方法、仪器和算法对质控有效性的影响。 只有结合重现性和分辨能力的考察，才能兼顾同一规格样品的测量一致性和差异样品的灵敏识别的需求，科技人员才能够精准把握测试结果的真实性水平。从而依据测量的真实性水平来确立质控标准，并对潜藏的风险进一步把控，例如采用补充方法进行更完善的质控。如上述大颗粒的表征风险存在时，可以将样品进一步筛分观察，或优化取样方法，或更换分辨能力更高的粒度仪进行质控。 图4.粒度测试结果的重复性和重现性 5 粒径质控方法的优化 通过合理的设计试验，利用分析结果的重现性和分辨能力变化来找出质控中的薄弱环节，从而不断优化粒度测量的条件和方法，以达到提高质控水平的目的。在上个章节的分析中，我们知道测试结果真实性水平与诸多因素有关，这些因素在最终结果上的影响互相叠加，导致从业人员往往在优化质控体系时难以找到头绪。举例来说，对于一些同时含有较大颗粒和较小颗粒的分布宽的且微溶于水的易碎样品，测试结果非常不稳定，如何提高其粒度测试的真实性呢?最佳的方法是设计一系列试验在样品、仪器、方法和参数上进行逐一的分析，弥补或规避薄弱环节，形成最优的质控解决方案。 5.1根据样品特性和质控目标优化粒度质控方案 根据样品特性选择合适的测试方法，可以遵循以下流程逐个确认。通过了解各方法的测量结果的真实性水平，选取最优方案。 5.1.1 根据实验室条件和样品特性选择合适的测试介质。理想的测试介质宜选用与颗粒亲润性好且不易导致被测颗粒溶解、膨胀、凝聚等变化的常用媒介，例如水，乙醇，矿物油，油酸甲酯，空气等。农药悬浮剂的粒度测试常用与悬浮剂中介质相同的介质作为粒度测试的介质，可湿性粉剂和多种原药可能更适宜用空气进行分散。在无法判断颗粒属性的时候，可以采用不同介质进行预测试，通过观察单次取样的重复性、多次取样的重现性来判断选用介质是否合适。一般来说，在介质中具有一定溶解性的颗粒在循环检测中常表现出遮光率下降，小颗粒优先于大颗粒溶解的现象，伴随着测试结果的波动。由于原药成份以有机物为多，部分颗粒可能无法找到完全不溶的介质，在没有干法测试系统的条件下，也可以对比不同介质的结果，选取溶解速度较慢且分散稳定的介质快速测试，亦可以通过在饱和介质中加样分 散测试，以提高结果的真实性水平。 5.1.2 根据颗粒在介质中的分散特性选择相应的表面活性剂和分散解聚剂。部分颗粒由于表面疏水特性，在水中加样时易发生漂浮或抱团的现象。对于此部分样品可以选取少量较低浓度的表面活性剂与之润湿后加样，观察加样后循环体系稳定性选择是否加入分散解聚剂或其他解聚手段以达到稳健测量的目的。部分易潮解结团的干法测试样品可以选择加配旋转钢珠辅助分散。 5.1.3 对于不稳定或易碎样品，宜用尽可能温和的分散条件，在分散稳定的状态下进行测试。如何选定分散条件和判断分散状态稳定在5.3中进行讲述。 5.1.4 对于与光源有强吸收、反射或双折射特性的样品，典型的例如一些红色种衣剂或钛白粉等填加剂，可以选择具有不同波长/颜色光源的粒度仪进行匹配测试提高测试结果的真实性。 5.2了解仪器对目标样品的测试性能 通过模拟质控目标，对仪器的测试性能的进行考察，可以快速分析仪器质控能力。由于具体样品可能存在不稳定的因素，所以一般采用与待分析样品粒径分布接近的稳定的已知样品来考察仪器的质控性能。可根据质控要求设计相关测试验证仪器是否具备诸如准确识别测试范围各样品整体粒径分布，准确识别样品各组份颗粒大小和含量，灵敏识别样品或组份的细微差别等的能力。一般来说仪器的重现性只需看多次取样测试结果的相对标准偏差即可验证，在此我们主要介绍仪器灵敏度的评价方法。 举例来说，为了增加颗粒的流动性或填充性，常常人为添加不同级配的颗粒组成多组份配方，颗粒是否按规定的比例混合、是否混合均匀与终产品的质量相关。有此质控需求时，我们可以配置一系列的类似粒径的多组份混合样品，以某一少量组份测试结果与预期数值进行线性分析，了解仪器质控能力。 图5.左：加入不同比例大颗粒的粒径分布， 右：分析结果线性图 如上图所示，我们在 D50 在 20um 左右的碳化硅样品中添加质量百分比分别为2%，9%和16%的 D50 在300um的碳化硅样品，经过欧美克 Topsizer 激光粒度仪测试后，以混合的大颗粒百分比为横轴，以测量的大颗粒含量为纵轴，得到的线性方程R’值为 0.9997， 显示了Topsizer 激光粒度仪具有准确定量多组份中少量大颗粒含量的能力。如果质控需要对低于2%的成份进行定量，可以选取更低大颗粒含量的预混样品来进行验证。同样的道理，如果我 们更关心混入少量小颗粒的质控，亦可如下图所示，在标准 D50 在 40um 的碳化硅样品中加入质量百分比分别为2%，9%和16%的D50在4um的碳化硅样品。此时线性方程R值为0.9983，显示了 Topsizer 激光粒度仪亦具有准确定量多组份中少量小颗粒含量的能力。 图6.左：加入不同比例小颗粒的粒径分布， 右：分析结果线性图 另一个例子是，某剂型样品中可能含有一定量的大颗粒/小颗粒影响产品质量，我们可以选用上述案例类似地配置样品的方法，也可以选用某一已知含有大小颗粒的样品进行验证。通过科学测试方法下粒度仪测量该样品的多个取样，仪器是否具有相关的检测能力就一目了然了。如下图所示，我们选用了一个主要粒径分布范围外同时含有极少量大颗粒和小颗粒的石墨样品测试，通常这对激光粒度仪的检测能力提出了非常高的要求。结果显示出欧美克Topsizer Plus 粒度仪具有同时对含量均小于1%的大、小离群颗粒的测试分析能力，且该分析能力通过多次平行取样测试的 Dmax 结果的重现性被验证。 图7.含少量大/小颗粒组分的粒径分布图和粒径分布表 类似的，在质控时，为了验证仪器对于产线样品的细微差异变化能否灵敏识别，我们也可以通过在标准样品中加入少量高规格或低规格样品，了解仪器的分辨能力。另一个方法，也可以通过参考金标准或其他精密分析检测结果来了解仪器的测试性能。如下图所示，我们在2条生产线随机选取了同规格的10份样品，以粒度仪行业金标准马尔文 MS2000粒度仪结果作为依据，以其 D50 值从小到大排序对三台不同型号仪器测试结果制图。从图中可以轻易 看出欧美克 Topsier 粒度仪测试结果和趋势基本与MS2000 一致，在如编号 8/5/10 的部分样品区分能力略逊于 MS2000。而其他型号仪器在1/7/4和8/5/10号样品处都出现了结果反转，显示出其他型号这台仪器对这些样品的区分能力较差。当然，样品间的区分能力如果能满足质控的要求，比如该例子中，如果测量结果质控许可波动在0.5um以上，选取其他型号仪器进行质控也是勉强可以的。 图8.产线多样品三台不同型号粒度仪 D50 趋势对比 5.3稳健测试方法的开发 颗粒相关的取样分散手段多种多样，测试方法开发的重点是让颗粒在不被破坏的前提下处于相对稳定的分散状态下被检测，此时测试结果相对稳定，受环境条件的细微变化的影响最小。对常见的样品分散方法，例如搅拌速度，超声强度和时间，分散解聚剂的使用和用量，分散压力的大小，下料速度、加样量(遮光率相关)等的控制，通常采用在不断加强或减弱相对应分散方法的同时实时记录粒径结果和对相应参数变化制图进行分析。通常所得的图像包括若干快速变化的过程和一个平台期，类似酸碱滴定的曲线，所以通常被称作滴定法方法开发。 图9.典型的激光粒度仪湿法分散过程 如上图所示，在样品加入进样器循环搅拌30秒后开启超声，每10秒测试一次记录测试结果。可以看到经过搅拌和超声分散1分钟以后特征粒径D50、D10 和D90趋于稳定，我们最终选取分散1分30秒稳定状态的分散条件作为该标号产品的测试标准，二可以明显减少结果的波动，从而提高了质控的稳健性。 图10.典型的激光粒度仪干法分散压力滴定过程 又比如，在干法测试中最重要的参数是分散气压。选择多大的分散气压，一方面需要保障较细颗粒的分散效果，另一方面要尽量避免高压力梯度气流对样品颗粒的破碎效果。评估此参数选择是否合适的方法，一是逐步增加、减少分散气压看测试结果随之的变化。。一般从低到高的分散压变化可以看到测试结果逐渐变小，到达一平台期后，又进一步减小。前者是由随分散压提高颗粒逐步被分散彻底，团聚减少达到稳定；后者则可能样品颗粒发生了碎裂。一般来说，随着分散进行，代表大颗粒的 D90 将比小颗粒的 D10 更早稳定下来，如果发生了颗粒破碎， D90波动常常大于D10。如上图所示，该样品干法测试宜选用 1.5bar 左右的分散压力，可以获得最佳的真实性结果。对于一些非常脆弱的样品，则可能在未完全分散的情况下就发生了碎裂，此种情况就需要严格保证在一致的条件下分析样品，最好能结合其他方法学测试手段来确定最佳测试条件，例如采用显微图像法或以湿法测量等。部分内置分散压力和负压力传感器的仪器，在测试条件的一致性把控和结果追溯时都可以起到积极的作用。 类似的我们可以在其他条件不变的前提下，逐一找到各相关取样、分散、测量的最佳条件，并把这些方法及相关参数以 SOP 测量文件固定下来，用于未来同类样品的质控。 需要说明的一点，科学的分散并不总是意味着将颗粒分散到最彻底，适宜的颗粒表征测量宜尽量模拟颗粒在工艺或应用中的状态进行，结果更具应用指导性。例如对油悬浮剂的测试，如果考察悬浮剂贮藏稳定性，可以以油性介质进行分散测量剂型中悬浮颗粒的粒径，如果考察悬浮剂的乳化施用效果，则应模拟该剂型应用以水为介质在发生乳化反应中检测相应颗粒的状态。 5.4科学的参数设定 未知折射率、吸收率颗粒的参数设定，需要参考反演计算冗余(常称作拟合残余或残差)及测量重现性等确定。一般除常见的纯晶体物质的折射率、吸收率有据可查外，医药农化制剂的颗粒大多为有机或包裹体混合成份，是难以检索颗粒物的相关参数的。我们可以在科学的测试方法下，进行多次取样重现性测试后，对这些测试结果编辑，更换不同折射率参数来观察。通常最佳的折射率、吸收率设定具有粒度结果重现性好，残差相对较小的特点，部分中高端粒度仪内置的自动折射率、吸收率参数匹配计算功能也大多基于此原则。 激光粒度仪的颗粒粒度测试是一种统计学测量行为，为了提高测试的稳健性，统计代表性与分析颗粒数量息息相关，通常情况下宽分布和有少量组份质控需求的样品宜使用较长的测量时间。如下图所示，横轴为测量时间，纵轴为测试结果重现性偏差，该样品的测量时间设定从1秒逐步增加到20秒时，结果的重现性相对标准偏差从大于7%逐渐降低并在10秒后趋于稳定至1%左右，显示了该样品最佳的质控测量时间不宜小于10秒。 图11.某样品激光粒度仪测量时间设定与 D50 相对示准偏差 综合以上粒径质控体系的优化的过程，我们选取了3台珠海欧美克仪器有限公司的智能全自动激光粒度仪 LS-609， 采用完全相同设置的经过方法开发确定的 SOP 测量文件，并设定许可加样遮光率范围5~12%，每台仪器各选取20名实验室操作人员进行前文提到的颗粒在介质中微溶的25%嘧菌酯水悬浮剂的粒径测试。值得一提的是这些操作人员中大多数人均是经过简单的演示后第后次使用 LS-609 粒度仪。3台 LS-609激光粒度仪各对应的20位操作员测得的 D50 结果如下图显示，所有结果均在1.76um附近小幅波动。 图12. LS-609 粒度仪3台之间重现性测量 D50 结果统计 同时我们也发现，仪器与仪器之间结果也几乎完全一致，详情见下表统计结果。显示了该粒度仪和 SOP 测试方法在此难测的不稳定样品质控中，亦可达到十分优良的水平。 LS609，#1 0.76 1.76 4.23 1.2% 0.7% 0.4% LS609，#2 0.77 1.76 4.20 0.9% 0.7% 0.6% LS609，#3 0.77 1.76 4.20 0.8% 0.6% 0.6% 表1.1LS-609 粒度仪3台之间特征粒径平均值及重现性指标 6 质控体系建立和颗粒质量信息的流转 6.1企业内研发、试产到规模生产的颗粒质量控制 为了确保企业内从客户需求的工程确认、研发试制到大规模生产的物料的质量一致性或保证批量生产顺畅的运转、提高批次间一致性，需要根据具体的颗粒产品特点和工艺要求设计质控关键位点和不同位点的质控标准，如常见的原料的采购、储藏、发料、输送、研磨、分级、混合、装配等关键位点都可能涉及到颗粒原料、中间产品、成品的粒径分布的变化。 当环境发生变化时，例如仪器的更换、介质质量波动、生产产品配方/材质/纯度/晶型的变化、软件算法的升级等，已建立的质控体系可能会受到新的变化的冲击。此时，需要重新对测试方法开发的过程进行一致性验证和调整，以使新的测试方法适应环境变化，依然具有充分的稳健性，避免企业质控水平的下降。 6.2产业链上下游质量信息的共识及终产品的质量信息 产业链中企业之间粒径质量信息的交换最常见的困扰是，同样的样品上下游测试结果不同，有时候还会差异较大。除开前面讲的不同企业测试方法的不同，仪器本身的不同也是重要的影响因素。不同粒度仪通常会采用球形标准物质，例如已知粒径的玻璃微珠，乳胶颗粒等进行标定，理论上应该都能准确测出它们的真实粒径。但在自然界中的颗粒通常是不规则的，即非标准球形，在不同硬件设计的仪器条件下，粒径等效的条件是有差异的，加之反演算法也不尽相同，如此会造成测量结果的不同。-一般来说，不同的粒度仪器，对同一样品得到不同粒度测量结果，只要这些结果在可信的范围内都是正常的(除非是标准球形样品)，都是对样品粒径真实性的反映。 鉴于不同粒度测试设备测试结果不一样的现状，非球颗粒粒径无绝对真值且质控的目的是鉴定生产样和标准样的差异，因此，确定粉体质控标准的依据宜采用以符合上下游企业认定的参考样品在自己所拥有的某型号仪器以稳健方法测量的结果。以具体样品传递质量信息，往往比以从其他方不确定方法及型号粒度仪的粒径分布报告传递的信息更可靠，可以避免由于对粒度分析原理和实践了解不足造成的分歧和误解。 7 稳健的粒径质控体系管理 综合上文所述，稳健的质控体系的管理可以通过以下方法进行。选择满足应用需求的分辨能力的粒度仪，进行科学的测试方法开发及优化，以SOP 标准化测试流程进行样品测试，同时留存/设计与产品质控要求接近的可长时间保存的参考样品经常验证仪器和方法的有效 性(借助参考样可以随时了解仪器状态，协助判断取样分散等测试条件是否发生变化)，在发生质控异常时根据相关影响因素逐一排查修正。除此以外，粉体的应用特性还与粉体颗粒表面特性、形貌特征、晶体结构、纯度等多种因素相关，宜结合其他方法综合评价。 需要注意的是，市面上部分仪器对于可能出现的仪器状态的变化而产生测试结果的偏移，简单地采用某一指定标准品进行所谓的“校准”，从软件上将测试结果“修正”到标准品的标称值。此做法在一定程度上掩盖了仪器或测试方法上出现的影响测试结果的问题，对于非此标准品的实际样品测试并不能都得到同样的“修正”，极容易造成无法准确判断产品是否变化的困扰。我们建议粒度仪用户采用与平时测试样品粒度和形貌相近的不易随时间变化的标准样品进行仪器状态的“验证”，以此快速判断测试结果出现的偏差是由仪器、测试方法(例如介质变化、分散条件差异等)或是样品本身造成的，从而借助仪器公司的服务和测试方法一致性验证等手段，在根源上解决遇到的问题，如此就可以避免测量偏差被所谓的“校准”不断地掩盖和放大，以致可能造成巨大的质量风险。 ( 参考文献： ) ( [1] GB/T 1 19077-2016/ISO 13320：2009 粒径分布-激光衍射法 Particle e S size analysis-Lase r diffraction methods 中国标准出版社2016.5 ) ( [2]沈兴志.农药剂型开发生产中稳健的激光粒度仪颗粒粒径评价.世界农药.2020年7月第42卷第7期：41-51 ) ( [3]沈兴志，吴瑾. . 采用激光粒度仪对油悬浮剂粒度测试的探讨.中国农药.2017.6：58-63 ) 经过多年的发展，我国医药农化产业已形成了从原药生产、制剂加工、原材料、中间体配套、代谢/毒性测定、残留分析和安全评价等的完备产业链，规模位居世界首位。近些年在增效和环保的大方针下，业界对多种相关粉体和制剂研发、技术创新和质量提升的要求形成共识，产业进一步加快整合的同时伴随着产品质量和性能的快速进步，使得我国粉体和制剂工业具有了参与国际竞争的实力，逐渐由大向强发展。各种制剂和粉体是由多种不同尺寸及粒径分布（以下简称粒度）的颗粒原料组成的固-液、固-气或液-液相混合体系。在颗粒的研制、加工及应用过程中，颗粒的粒度设计是控制制剂溶解性、界面反应速率、吸附性、贮藏稳定性、流变行为、涂布填充性能、缓释性和生物活性等的重要手段。粒度测试分析方法开发、稳健的粒度质量控制体系的建立及科学的产业链中真实的粒度信息的交换等，对于在工业企业及产业链中减少质量风险、提高产品附加值、引领绿色发展是至关重要的一环。本文以此为出发点，结合欧美克仪器有限公司（以下简称欧美克）20多年在多种工业粒度控制的经验积累，对粒度测试中的诸多影响因素进行具体评价分析，并给出改善意见，以供制剂企业参考。