3/1:20242
2.2.42. ПЛОТНОСТЬ ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВ
Плотность твердых веществ соответствует их средней массе в единице объема и обычно
выражается в грамм на сантиметр кубический (г/см
3
), хотя международной единицей
является килограмм на метр кубический (1 г/см
3
= 1000 кг/м
3
).
В отличие от газов и жидкостей, плотность которых определяется только температурой и
давлением, плотность твердого вещества также зависит от его строения и поэтому
изменяется в зависимости от структуры кристалла и степени кристалличности. В том случае,
когда твердое вещество является аморфным или частично аморфным, его плотность может
зависеть от способа получения, обработки и хранения. Поэтому, в отличие от жидкостей,
плотности двух химически эквивалентных твердых веществ могут быть разными, что
отражает соответствующее различие в структуре твердого состояния. Плотность
составляющих частиц является важной физической характеристикой фармацевтических
порошков.
Плотность твердой частицы может принимать различные значения в зависимости от метода,
используемого для измерения ее объема. Различают три уровня выражения плотности:
– истинная плотность, включающая только твердую фракцию материала; в случае
кристаллического вещества истинную плотность также называют кристаллической
плотностью;
– плотность частиц, включающая также объем пор внутри частиц;
– насыпная плотность, включающая, кроме того, объемы пустот между частицами,
образованных в слое порошками.
ИСТИННАЯ ПЛОТНОСТЬ
Истинная плотность вещества представляет собой отношение массы к объему элементарной
ячейки, за исключением всех пустот, которые не являются основной частью молекулярной
упаковки. Данная величина является внутренним свойством определенной кристаллической
структуры вещества и поэтому не должна зависеть от метода определения. Истинную
плотность определяют расчетным путем.
Значения получают, используя кристаллографические данные (объем и состав элементарной
ячейки), например, из рентгеновских дифракционных данных, либо на монокристалле, либо
путем изучения кристаллической структуры на основе данных рентгеновской порошковой
дифрактометрии.
ПЛОТНОСТЬ ЧАСТИЦ
Плотность частиц учитывает как истинную плотность, так и внутри частичную пористость
(закрытые и/или экспериментально недоступные открытые поры). Таким образом, плотность
частиц зависит от величины определяемого объема, которая, в свою очередь, зависит от
метода измерения. Плотность частиц можно определить с помощью одного из двух
следующих методов.
Пикнометрическую плотность газа определяют путем измерения объема, занимаемого
известной массой порошка, который эквивалентен объему газа, вытесненного порошком, с
помощью газопоршневого пикнометра (2.9.23). При измерении пикнометрической плотности
газа определяемый объем исключает объем, занимаемый открытыми порами; однако он
включает объем, занимаемый закрытыми порами или порами, недоступными для газа. Из-за
высокой диффузионной способности гелия, который является предпочтительным выбором
газа, большинство открытых пор доступны для газа. Поэтому газовая пикнометрическая
плотность мелкоизмельченного порошка, как правило, не сильно отличается от истинной
плотности. Следовательно, эта плотность является наилучшей оценкой истинной плотности
аморфного или частично кристаллического образца и поэтому широко применима для
обработанных образцов фармацевтических порошков.
Плотность, установленную ртутным порозиметром, также называют гранулярной
плотностью. При этом методе определяемый объем включает объем, занимаемый
закрытыми порами или порами, недоступными для ртути, но включает объем только тех
открытых пор, которые меньше некоторого предельного размера. Предельное значение
размера пор или минимальный доступный диаметр зависит от максимального давления при
котором подается ртуть во время измерения, при нормальном рабочем давлении ртуть не
проникает в самые тонкие поры, доступные для гелия. Для одного образца можно получить
различную гранулярную плотность, при каждом используемом интрузионном давлении
ртути, которые соответствуют различным значениям предельного размера пор при данном
давлении.
НАСЫПНАЯ ПЛОТНОСТЬ И ПЛОТНОСТЬ ПОСЛЕ УПЛОТНЕНИЯ
Насыпная плотность порошка учитывает вклад объема пустот между частицами порошка.
Поэтому насыпная плотность зависит как от плотности частиц порошка, так и от
пространственного расположения частиц в слое порошка.
Насыпную плотность порошка часто очень трудно измерить с хорошей
воспроизводимостью, так как малейшее нарушение слоя может привести к новой плотности.
Таким образом, при составлении отчета об насыпной плотности важно указывать, как было
проведено ее определение. Насыпную плотность и плотность после уплотнения определяют,
как указано в общей монографии 2.9.34. Насыпная плотность и плотность после
уплотнения.
