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Oct 31, 2023

粉末混合の課題とその克服方法

1 ottobre 2019 La miscelazione di materiali in polvere e granulari è la chiave della qualità e della qualità.

2019年10月1日

粉末および粒状材料の混合は、食品、製薬、紙、プラスチック、ゴム業界の多くのプロセスにおける幅広い製品の品質と性能の鍵となります。 最終製品が要求される特性に適合するためには、混合製品に 3 つの重要な特徴、つまり流れ、均質性、および製品の混合性を評価するための混合物のサンプリングが必要です。 粉末ミキサー (タンブリング、対流、または高せん断) は、混合メカニズム (拡散、対流、せん断) に従って分類されます。 混合機の選択は、粒子の形状、粒径、密度、各成分の量などの特性に応じて異なります。 これらの要因を考慮すると、分離の可能性が最小限に抑えられます。 ミキサーの充填量、混合時間、回転数 (タンブリングミキサーの場合) が重要です。

流動性は単一の値や指標として表すことはできません。 流動性は、材料の流れに影響を与える材料の物理的特性と、材料の取り扱い、保管、または処理に使用される装置の組み合わせの結果です。 自由流動性の医薬品粉末を製造する主な動機は、バルク貯蔵容器から後続の加工操作の供給機構への一貫した供給を確立することです。 これらすべての移送機構には適切な粉体流動挙動が必要ですが、これは材料特性とプロセス装置、および移送装置の設計の両方に依存します。 ファンデルワールス力、毛細管（液体ブリッジ）力、静電気力、焼結や固体ブリッジの形成につながる力、摩擦力などの粒子間力は、ホッパーなどの粉体流動システムの動作に強い影響を与える可能性があります。ライザー、充填流動層、空気輸送。 これらの力は、微粉末の凝集特性と、凝集体または凝集体を形成する傾向の原因となります。 たとえ比較的少量の水分が混入すると、自由流動性の粉末がはるかに扱いにくいものに変化する可能性があります。 したがって、処理および保管される材料に対する湿度の影響を理解することは、費用対効果の高い運用戦略を開発するために不可欠です。

化学プロセス産業 (CPI) の多くの企業は、粉末の凝集性が原因で流動の問題やコア流動挙動を経験しています。 多くの場合、材料を排出するホッパーの設計を変更することで、均一な投与量を得るために粉末ブレンドの均一な流れを打錠機に供給する必要がある製薬業界で特に重要な流れが促進されます。 マスフローホッパーの設計により、粉末のガタつきや脈動を防ぎます。 固体材料の流動特性を特徴付ける標準的な方法は、問題の固体の降伏軌跡に関する情報を提供するせん断試験です。 固体の他のすべての流動特性 (内部摩擦角、凝集力、流動関数、壁摩擦の運動学的角度など) も降伏軌跡から決定されます。

偏析は、バルク材料が移動するたびに発生する傾向があります。 したがって、あらゆる取り扱いまたは処理操作により、分離が発生する可能性のある状況が生じます。 偏析は、バルク材料の質量の異なる部分に異なる力が作用する場合に発生します。 作用する差力は、特定のマテリアルハンドリング作業で一般的な力学によって決まります。 ほとんどの粒子の特性の違いにより、特定の状況では粒子の非ランダムな動きが発生する可能性があります。 粒子の特性の違いによってミキサーの特定の領域に粒子が優先的に移動する場合、ミキサー内で偏析が発生します。 粒子サイズ、密度、形状、および弾性の違いは、偏析の最も原因となる特性です。 最も一般的に観察される偏析のタイプは、浸透またはふるい分け偏析、軌道偏析、流動偏析、およびダスティング偏析です。

分離は一般に、ミキサーまたは製品保管ビンからの粉末または顆粒混合物の排出中に発生します。 パーコレーション偏析では、小さな粒子が大きな粒子の混合物の中を移動します。 一般に、粒子サイズの差が大きければ大きいほど、偏析の範囲も大きくなります。 流動偏析は、製品の積み降ろし中に細かい粒子が空気にさらされるときに発生します。 したがって、粗い粒子と細かい粒子の粒子サイズの違い、およびブレンド材料がミキサーから排出されるとき、または保管ビンから充填および排出されるときに空気中に浮遊する能力により、発塵偏析が発生します。 何らかの形で過剰に混合すると、エネルギーが無駄になるだけでなく、逆効果になる状況がいくつかあります。

ミックスの品質を判断し、その特性を評価するには、いくつかのサンプルを採取して分析する必要があります。 ミキサーの動作モードが理解されていれば、分離を示す傾向があるゆっくりと移動する領域またはセクションを考慮できるように、サンプリング位置を選択できます。 サンプリング方法は、理論的には代表的なサンプルを提供し、サンプリング誤差が無視できると想定するように設計されています。 粉末ブレンドサンプルの変動はおそらく粒度分布の関数であるため、この技術の絶対的な効率を測定することは不可能です。 取得されたサンプルの数と、その結果として得られる真の標準偏差の推定精度との関係は、ガウス分布の標準的な統計的尺度です。 一般に、混合物の品質が低下すると、サンプリングの問題が増加します。 潜在的なサンプルが乱数を使用して選択される場合、偏ったサンプル選択が回避されます。 混合物からの偏ったサンプル回収は、サンプルが静的な粒子塊からではなく、混合物の移動する流れから採取される場合、一般に減少します。 組成の広がりを決定した後、結果は分散として報告されます。

製薬業界では、原薬が粉末/顆粒混合物中に確実に均一に分散されるように、ブレンドの均一性が最も重要です。 医薬品ブレンドをサンプリングする最も一般的な手法は、サンプリング泥棒を使用することです。 泥棒サンプリングには、大規模ブレンダーでサンプルを収集し、その後最適な混合時間が達成されるまで混合できるという利点があります。 ストリーム サンプリングは、サンプリング泥棒の使用に代わる手段でもあります。 ストリーム サンプリングは、混合が不十分であると疑われる場所をターゲットにすることはできません。 ストリーム サンプリングの目的は、代表的なサンプルを取得することであり、特定の場所をターゲットにすることではありません。 活性医薬成分がブレンド中の規格内にあることが判明した場合、ブレンドは均質であるとみなされる。 得られた結果は通常、医薬品ブレンド 1 グラムあたりの有効成分のミリグラム数、および薬物含有量の標準偏差または相対標準偏差の観点から報告されます。 信頼できる推定値を得るには、サンプル数を引き出す必要があります。 個人によって採取されるサンプルのばらつきや、分析中に発生する可能性があるばらつきにより、混合の品質を判断するには時間と労力がかかります。 近赤外 (NIR) を使用したリアルタイムの混合プロファイルの測定により、粉末混合のダイナミクスを研究する機会が得られます。 NIR やデータ処理などのセンサー技術の進歩により、オンライン手順を使用して完全に監視できるパラメーターの数が増加しています。 この自動化により、収集できるテスト データの量が大幅に増加し、より包括的な統計分析が可能になりました。

要約すると、粉末の混合には、指定どおりの混合品質が達成されていることを確認するために、ブレンドの組成を構成する粒子の物理的特性、装置の設計、および適切なサンプリング技術を十分に理解する必要があります。

Dilip M. Parikh は、メリーランド州エリコット市にある製薬技術コンサルティング組織である Dpharma Group Inc. の社長兼 CEO です。 詳細については、410-900-8489 までお電話ください。

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