粒度标准物质

在现代工业和科学研究中，颗粒的粒度是影响材料性能的关键因素之一。颗粒标准物质作为确保粒度测量准确性的关键工具，在多个行业中发挥着至关重要的作用。一、制药行业：粒度决定药效在制药行业中，颗粒的粒度对药物的溶解速率、释放特性和生物利用度起着决定性作用。例如，海岸鸿蒙提供的粒度标准物质可以帮助制药企业校准粒度分析仪器，确保药物颗粒大小的一致性，从而提高药物的疗效和安全性。此外，粒度的精确控制还有助于减少副作用，提高药物的稳定性和保质期。二、化工行业：粒度优化性能化工产品的性能很大程度上取决于其颗粒的粒度。例如，催化剂的粒度会影响化学反应的速率和选择性；涂料和塑料的粒度则影响其流动性、干燥时间和最终产品的机械性能。海岸鸿蒙的粒度标准物质用于校准粒度分析仪器，帮助科学家和工程师优化化学反应条件，提高产品性能和生产效率。三、材料科学：粒度塑造特性在材料科学领域，颗粒的粒度决定了材料的机械强度、热导率、电导率等关键性质。海岸鸿蒙的粒度标准物质使研究人员能够精确测量和控制颗粒大小，从而设计和开发具有特定性能的新材料。例如，在金属加工中，通过控制粉末的粒度，可以制造出具有优异机械性能的金属零件。四、环境科学：粒度影响空气质量环境科学中，大气颗粒物的粒度分布对空气质量和人类健康有着重要影响。细颗粒物（PM2.5）等微小颗粒可以深入肺部，对健康造成严重影响。海岸鸿蒙的粒度标准物质用于校准大气颗粒物监测设备，确保空气质量数据的准确性，为制定环境保护政策提供科学依据。五、食品工业：粒度提升食品品质在食品工业，颗粒的粒度影响食品的口感、颜色、保质期和营养成分的释放。例如，面粉的粒度影响面包的质地和口感；巧克力的粒度则关系到口感的细腻程度。海岸鸿蒙的粒度标准物质确保食品加工过程中粒度的一致性，提升食品的品质和消费者的食用体验。六、电子行业：粒度保障显示质量在电子行业，颗粒标准物质用于制造液晶显示器（LCD）的衬垫和光电子器件。精确控制微球的粒度对于保证显示图像的均匀性和精确性至关重要。此外，电子封装材料的粒度也会影响电子器件的散热性能和可靠性。七、纳米技术：粒度激发创新潜力纳米材料的粒度对其光学、磁学和催化性能有着决定性的影响。海岸鸿蒙的粒度标准物质在纳米材料的合成、表征和应用开发中发挥着关键作用。例如，在催化剂设计中，通过精确控制催化剂颗粒的粒度，可以提高其催化活性和选择性。在光学材料中，通过控制颗粒的粒度，可以制造出具有特定光学性质的材料，如光学涂层和光子晶体。海岸鸿蒙颗粒标准物质的研发已经达到国内领先、国际前沿水平，目前共有200余种颗粒标准物质，其中PM2.5、可见异物等百余种标准物质的研制成功填补了国内的空白，被国家市场监督管理总局批准为国家一级、二级标准物质。其颗粒产品包括颗粒标准物质和功能微粒两大类，共有3000多种产品，涵盖颗粒尺寸从30纳米到2000微米，涉及聚苯乙烯、二氧化硅、金属、胶体金和多元琼脂糖、等不同材质以及彩色微粒、荧光微粒、磁性微粒等不同功能的微粒产品。

纳米颗粒因尺度效应而具有传统大颗粒所不具备的独特性能，被广泛应用于生物医药、化工、日用品、润滑产品、新能源等领域。而纳米颗粒的粒度形状分布，直接关系到相应产品的性能质量及安全性，需要进行准确的测量表征。扫描电子显微镜（SEM）作为最直观、准确的显微测量仪器之一，在纳米颗粒测量表征中不可或缺。本标准等同采用ISO 19749：2021《Nanotechnologies — Measurements of particle size and shape distributions by scanning electron microscopy》，从很大程度上完善和补充国内现有标准的不足，给出较为完整的颗粒粒径测量的分析评价方法，对于采用不同扫描电子显微镜（SEM）得到的颗粒测量结果一致性评判，具有重要的参考价值。视具体需求以及仪器性能而定，本标准中涉及到的方法，也适用于更大尺寸的颗粒测量。一、背景纳米颗粒形态多种多样，很多情况下也会存在聚集、团聚的现象，这为SEM的观测与分析带来了较大的挑战。由于不同设备、不同人员的操作习惯以及采用不同分析策略所引起的粒度粒形测量结果的一致性问题也十分值得探讨。现行的相关国家标准大多关注采用SEM手段对特定被测对象的特征进行测量、表征、区分、定义等，具有较强的针对性，但缺乏系统性，特别是对设备性能的计量评定、样品处理及制样过程、图像处理的依据、测量结果的准确性与统计性等技术内容并未给出更为充分的、本质的、系统的说明。二、规范性引用文件本标准在制定过程中，在符合等同采用国际标准的要求的基础上，充分参照了现行相关国家标准中的相关术语及技术内容的表述，包括计量学、粒度分析、数理统计、微束分析、颗粒表征、纳米科技等各个专业领域；同时，在一些习惯性表达上，也充分征求了行业专家、资深从业者、用户的意见和建议，力求做到专业、通俗、易懂。三、制定过程本标准涉及的专业领域较为广泛，因此集合了国内相关领域的一批权威代表性机构和企业合作完成。牵头单位为中国计量科学研究院，主要参加单位包括国家纳米科学中心、北京市科学技术研究院分析测试研究所（北京理化分析测试中心）、山东省计量科学研究院、卡尔蔡司（上海）管理有限公司、北京海岸鸿蒙标准物质技术有限责任公司、中国检验检疫科学研究院、北京粉体技术协会等。对于标准中的重要技术内容，如SEM性能验证方法、典型样品（宽窄分布颗粒样品）制样方法、比对报告中涉及的颗粒测试及统计方法（算法）等均进行了方法学验证，验证了标准中相关技术操作的可行性。修正了ISO 19749：2021中的一些编辑性错误。四、适用范围本标准适用于各类纳米颗粒及其团聚、聚集体，甚至更大尺寸颗粒的粒度及形状分布测量。前提应将SEM作为一个测量系统进行评定，以确定所用SEM的性能范围，这包括设备自身的扫描分辨力、漂移、洁净度等特性。同时，也取决于观测者所需要的测量准确性。高的测量准确性需要高性能的SEM设备+高精度校准+洁净的样品前处理+匹配的测试参数+足够多的被测颗粒数量+合适的阈值算法，其中每一步都会影响最终的测试结果。因此，根据实际工作中对测试结果准确性、重复性和一致性的需求，可对上述环节进行不同程度的限定。五、主要内容本标准涉及的主要内容覆盖SEM测量颗粒粒度及形状分布的全流程，从一般原理到设备校准，样品制备到测试参数选用，图像采集到数据处理，均给出了较为详细的阐述，并在附录中给出了实用的案例。术语及定义：包括纳米技术的通用术语，图像分析、统计学和计量学专业核心术语、SEM核心术语等。一般原理：概括性地介绍了SEM成像原理及粒度、粒形测量原理。样品制备：较为系统地介绍了典型的粉末及悬浮液从取样、制样到分散的过程，并重点阐述了颗粒在硅基底和TEM栅网上的沉积方法。可根据需求，采用几种不同层次的硅片清洗与处理方法，一方面确保硅片的洁净，另一方面可使其表面带有正电或负电的捕获分子层，以确保颗粒在硅片上的有效分散。必要时采用TEM栅网，可提高颗粒与背底的对比度。考虑样本颗粒数量时，一般而言假设颗粒是对数正态分布的，本标准给出了一个颗粒数与误差和置信区间的计算公式可供参考。SEM设备的评价方法：给出了SEM成像能力的影响因素，包括空间分辨率、漂移、污染、水平垂直范围及线性度、噪声等，具体的验证方法在附件中有较为详细的描述，此外也可依照其他相关的技术规范或标准定期进行校准。图像采集：重点给出了不同粒度测量时放大倍率和像素分辨率的选择策略，取决于实际的测量需求。测量者需要充分考虑要求的误差和放大倍率来计算所需的像素分辨率，当颗粒分布较宽时可能有必要在不同放大倍率下进行拍摄，以兼顾颗粒的测量效率及测量精度。颗粒分析方法：手动分析可能准确率很高，能较好地界定测量区域以及筛选合格的颗粒（例如单分散颗粒体系中去除黏连颗粒），但采用软件自动处理往往更为高效。采用软件处理时，阈值的设定会对颗粒的筛选、粒度的大小产生较为关键的影响，必要的时候可以采用自动处理与手动处理相结合的方式。数据分析：给出了筛选数据可采用的统计学方法（方差分析、成对方差分析、双变量分析等方法）、模型拟合方法的参考，重点讲解了不确定度的来源与计算。结合60 nm颗粒测量结果，阐述了典型的不确定度来源。在上述基础上，给出了测量报告的信息及内容。本文作者： 黄鹭 副研究员； 中国计量科学研究院 前沿计量科学中心 Email:huangl@nim.ac.cn常怀秋 高级工程师； 国家纳米科学中心 技术发展部 Email：changhq@nanoctr.cn

本文摘要本文将介绍马尔文帕纳科全新升级的激光粒度仪Mastersizer 3000+在药物开发中的部分应用，以及我们是帮助客户如何制定有效的粒度标准？如何在药物开发中制定有效的粒度标准？ 制药行业中，原料药的粒度分布可能会对产品的性能 ，如溶解度、生物利用度、含量均匀度、稳定性等，产生显著影响。ICH Q6A指导原则中给出了何时需要制定粒度标准的决策树，建议对固体制剂或含不溶原料药的液体制剂，当粒度大小是以下几方面的关键因素时，需要建立粒度标准。溶出度、溶解度或生物利用度；制剂生产；制剂稳定性；制剂含量均匀度制药行业内最广泛使用的粒度分析技术之一是激光衍射技术，具有广泛适用性，适用于粒径在0.1微米到3500微米范围内的湿法或干法系统。下文将以激光衍射法为例，讨论如何进行粒度标准制订。标准制订-选择合适的粒度指标测量不同粒度指标对样品配方变化的敏感性是作为参数选择的重要依据之一。图1中使用激光衍射法（马尔文帕纳科的Mastersizer）测量混合了不同比例细颗粒的样品，显示了随着细颗粒含量增加不同粒径指标的变化。图1. 不同粒度指标对细颗粒含量的敏感性这个例子中，显然Dv10和D[3,2]只在细颗粒含量占比低于10%时对粒径有相应的敏感性，而Dv90在细颗粒含量高于40%时能反映出粒径的变化。相比之下，Dv50和D[4,3]始终表现出对粒径变化好的表征效果，因此建议采用Dv50和D[4,3]制定粒径控制标准较为合适。标准制订-设定偏差范围激光衍射等技术具有出色的重复性、重现性和稳定性，能够提供高质量的数据。高重复性意味着在相同系统上运行的同一样品获得的结果一致，因此测量结果的好坏更多的取决于样品分散的重现性。重现性是一个更严格的参数，用于量化由操作员、样品、时间和仪器变化引入的误差；采样方法也至关重要。测量误差直接影响标准制定中偏差的设定。图2粒度分布曲线，红色实线是典型读数，黄色和橙色虚线表示偏差范围。如果该产品的标准规定是Dv50 =10 μm，那么图中对应的测量误差是+/- 5%。但是，不能因此就错误的以为小于10 μm的偏差也是该数值。如果标准规定样品中小于或等于10 μm的颗粒累积体积分布百分比为50%，测量误差就是+/-14%。图2 测量精度受指标规定的影响。随着测量误差的增加，测量结果更不可靠。这很容易理解，但在标准制订中并没有充分考虑这一点。以下是一个片剂混合物的标准要求（Evolutions in Direct Compression, Douglas McCormick, Pharmaceutical Technology, April 2005. Pg 52-62）：Dv10 30 μm D[4,3] 80 μm Dv90 1000 μm上述标准设定没有考虑到任何由测量引入的误差，只是描述了最理想的结果。参照USP 的要求，中位值Dv50 RSD≤10%，两侧值Dv10和Dv90 RSD≤15%。那么 30 μm样品允许的Dv10最大测量值是34.5 μm（误差15%）。如果想确保样品的实际Dv10大于30 μm，需要调整相应的指标要求。调整后如下:Dv10 34.5 μm D[4,3] 88 μm Dv90 850 μm精度较低的方法则需要制定更严格的粒度标准。因此建议使用重现性更高的仪器和开发更稳定的方法。结论粒度和粒度分布是原辅料及药物颗粒的关键质量属性，直接影响药效，需要严格控制。激光衍射法是一种适用于多种行业的粒度分析技术。经典的马尔文帕纳科Mastersizer 3000激光粒度仪可提供高重现性的结果（+/-1%），避免因测量方法不准确而需要缩小偏差范围。今年马尔文帕纳科推出全新的Mastersizer3000+系列产品，提供更智能、准确的粒度解决方案。感兴趣的老师可观看新品发布回放，了解更多内容。 关注马尔文帕纳科微信公众号，观看回放视频：Mastersizer3000+新品发布（医药行业专场）参考资料https://www.malvernpanalytical.com/en/learn/knowledge-center/whitepapers/wp110325pharmamanufacspecs