激光检测药用蒙脱石粒度的方法

药用蒙脱石由天然矿物膨润土经水洗加工而成，化学式为(Na,Ca,K,Li)x(H2O)4{(Al2-x,Mgx)2[(Si,Al)4O10](OH)2}[1]。蒙脱石具有3层相叠的晶体结构，中间1层为铝氧八面体，上、下2层为硅氧四面体，具有膨胀晶格构造和晶格内部离子交换的特性[1-3]。药理研究表明，蒙脱石对消化道内多种细菌、毒素具有良好的吸附固定作用，并且能够与消化道黏液蛋白静电结合、保护和修复消化道黏膜，因此常用于治疗成人及儿童急、慢性腹泻[4-6]。

颗粒尺寸是影响蒙脱石药效的重要因素。颗粒粒径减小，粒子比表面积增大，药物能更好分散在肠胃区域，易于发挥药效[5-6]。激光法测量颗粒粒度是基于光的散射原理，利用不同粒径颗粒对单色激光造成的散射光强度差异，计算颗粒粒径，该方法具有快捷、客观、准确等优势[7]。2015年版中国药典(简称药典)中对激光法检查药用蒙脱石的粒度范围有明确要求：即d(0.5)(以体积为基准进行计算，表示小于该直径的颗粒占颗粒总体积的50%)应在6～23 μm，d(0.9)(表示小于该直径的颗粒占颗粒总体积的90%)应在16～50 μm，体积平均粒径D[4,3](表示以体积为基准的平均粒径)应在8～27 μm。

精密度表示几次平行测量结果之间的相互接近程度，是评价检测结果的重要指标[9]。精密度常使用重复性来进行考察。粒度检测中，通常要求平行测量3次样品，取平均值作为检测结果，并使用变异系数CV(相对标准偏差)衡量数据的重复性[8,10- 11]。蒙脱石容易吸水膨胀并具有层状晶体结构，在水分散体系中容易膨胀和破碎[12]，因此获得具有良好重复性的粒度结果有一定难度。

国际上尚没有药典或标准颁布相关检测方法。药典中给出的检测方法[8]如下：照粒度和粒度分布测定法(通则0982第3法)(Malvern Mastersizer 2000或性能相当的激光粒度分析仪)，取本品约0.12 g，使检测器遮光率在8%～20%范围，加水800 mL，以3 000 r/min的转速搅拌15 min，或以3 000 r/min的转速搅拌，同时超声2～3 min,超声功率为16 W，振幅为3 μm。依法检查，连续测量3次，取平均值。此方法在实际检测过程中浮现诸多问题，如具有层状晶体结构的蒙脱石，在长时间剧烈超声或搅拌条件下，颗粒在测量前可能已经发生破碎，水分散条件下蒙脱石遇水可能发生膨胀等。

文献[13]中对粒度测量条件进行了进一步改进，然而，该测试方法仍有缺陷，结果重复性较差。

基于以上考虑，本文中结合蒙脱石颗粒的物理化学特性，提出能够获得良好重复性的蒙脱石激光粒度检测方法。

1 实验

1.1 材料

蒙脱石颗粒来自某制药企业(样品批号为17053)。实验用水均为去离子水。

1.2 方法

主要用到2种实验方法。一是称取适量蒙脱石粉末分散在盛有纯水的烧杯中，适当搅拌，然后使用滴管向粒度仪样品槽中逐滴滴加，至达到设定遮光率，然后测量。另一种是取适量固体蒙脱石粉末直接添加至粒度仪样品槽中，至达到设定遮光率后，进行粒度测量。每个条件下样品均平行测量3次，结果取平均值。检测环境温度为室温25 ℃。

粒度测量采用日本HORIBA LA-960S激光粒度仪。检测条件如下：光散射模型为米氏散射；蒙脱石折射率为实部1.51，虚部0.01；分散介质水的折射率为1.333；目标遮光率为8%～20%；粒径计算基准为体积；无辅助分散剂。

取适量干燥的蒙脱石粉末均匀地洒在导电胶上，表面镀金，使用德国Zeiss公司Merlin高分辨场发射扫描电子显微镜(SEM)进行表征。

2 结果与讨论

2.1 超声时间对粒度的影响

在激光粒度检测中，常使用超声波对分散有目标颗粒的溶液进行处理，利用超声波的能量打开假性团聚，从而实现颗粒的良好分散[14]。超声可以分为外置超声和内置超声，对于已经达到出厂产品级别的粉末样品，使用的分散溶液(水或其他液体)能够良好浸润的前提下，一般不需要使用外置超声。现代的激光粒度仪通常配有内置超声功能，便于消除假性团聚或溶液中的气泡等干扰，获得更真实的粒度值。可以调节的是超声波的功率和超声时间。

超声的使用原则是不破坏目标颗粒样品。实际操作中可以通过观察d(0.1)(表示小于该直径的颗粒占颗粒总体积的10%)的变化情况进行辨别[10,15]。如果超声处理后d(0.1)值显著降低，说明目标颗粒被破碎，则该超声条件不是合适的分散方法。

药典中蒙脱石的粒度检查方法之一为：以3 000 r/min的转速搅拌，并同时超声2～3 min[8]。使用该方法研究超声时间与蒙脱石粒度的关系。结果显示，非超声条件下d(0.1)为14.3 μm，超声1 min的d(0.1)减小至9.4 μm，超声2 min的d(0.1)为7.8 μm，超声3 min的d(0.1)减小至7.0 μm(见图1)。由此可知，超声对蒙脱石粒度影响极大，随着超声时间的延长，d(0.1)急剧减小，由14.3 μm减小至7.0 μm，超声使蒙脱石颗粒破碎。剧烈的超声分散条件下获得的较小的粒度值，明显与颗粒原本的粒径不符，因此不建议使用超声来分散蒙脱石颗粒。

2.2 搅拌时间对粒度的影响

搅拌使粉末颗粒在分散体系中良好浸润和分散。搅拌的剧烈程度可以用转速来衡量。药典中对激光散射法测量蒙脱石粒度提供了一种仅使用搅拌进行分散的检查方法，即以3 000 r/min的转速搅拌15 min[8]。依照药典方法，考察不同搅拌时间对蒙脱石粒度的影响。

首先取适量样品使用水分散，逐滴加入仪器样品槽至达到设定遮光率，然后开始测量，结果见图2。由图可知，搅拌0 min的d(0.1)为14.3 μm，搅拌5 min的d(0.1)为12.1 μm，搅拌10 min的d(0.1)减小至11.6 μm，搅拌时间为15 min时d(0.1)减小至10.7 μm。由此可见，剧烈的搅拌速率和较长的搅拌时间造成了蒙脱石颗粒破碎。

2.3 分散时间对粒度的影响

由前文可知，对于蒙脱石颗粒的粒度测量需要在不破坏样品的前提下实现有效分散，药典中剧烈超声或长时间搅拌的分散方法会使蒙脱石颗粒破碎，因此不建议采用。除此之外，测量获得的数据结果应具有良好的重复性，以实现有效的产品质量控制。

通常来讲，分散在液体中的颗粒在相当长的一段时间内其粒径不会发生变化，但是蒙脱石具有“三明治”晶体结构、吸水易膨胀并发育(001)完全解理。测量前的浸泡，可能导致颗粒粒度变化，且在激烈分散条件下极易破碎，导致结果难以重现[1-2,13]，使用其他分散介质又会提高成本并造成环境污染[16-17]，因此在进行质量监控时，仍首先选择水作为分散介质。基于以上结论，颗粒在水中的分散时间、测量时间及分散方法均需引起重视。

由于药典中并未对蒙脱石颗粒分散在水中后的浸泡时间作出明确规定，在使用此方法检测时极易忽视这一因素。我们将蒙脱石颗粒分别浸泡0、 10、 30、 60 min，然后使用药典中的方法1(以3 000 r/min的转速搅拌15 min)进行测试，结果见表1。计算颗粒浸泡0、 10、 30、 60 min的d(0.5)、d(0.9)、D[4,3]的变异系数

式中：x为平均粒径； xi为第i个样本的粒径值；n为样本数，分别为11.5%、22.4%和16.3%(见表2)。

文献[13]对药典中的方法进行改进，建议以1 000 r/min的转速搅拌，直接测量(方法2)。类似的，我们使用此方法研究浸泡时间的影响，结果见表1。计算该方法d(0.5)、d(0.9)、D[4,3]的CV值，分别为11.6%、9.4%和13.3%(见表2)。

分析化学中，一般要求平行测试结果的变异系数最大应不超过10%[9]。由此可见，忽略浸泡时间或浸泡时间不统一，使检测结果的重复性较差，难以实现药品质量的有效把控，因此，检测时需严格界定蒙脱石颗粒的浸泡及测量时间。

蒙脱石颗粒极易被水浸润和分散[3]。经过反复试验比对，本文中建议避免使用外置超声，采用粉末直接进样的方法，首先将适量粉末样品直接加入已经设定好搅拌速率的样品槽中，搅拌1 min使粉末均匀分散在体系中，然后开始测量。粒度检测通常需要平行测量3次，每次测量时间约20 s，因此，从开始测量至所有检测完成，建议在2 min内结束。利用上述方法，在不同搅拌速率下进行试验，每个转速下样品平行测量3次，代表3次测量结果的平均值，结果见表3。

由表3可知，使用此方法获得的粒度的变异系数可以控制在2%以内，结果重复性好。比较各转速下的粒度结果，搅拌速率在450～1 600 r/min区间，颗粒粒径结果较稳定。搅拌速率过低，样品难以分散均匀；搅拌速率过高，易使颗粒破碎。

2.4 激光散射法与电镜法结果对比

为了证明本测量方法的准确性，同时使用扫描电子显微镜测量粒度[18]进行对比。取3个视野的200个颗粒进行统计，平均粒径为26.8 μm。图3为蒙脱石颗粒的SEM图像。

对比药典、文献[13]以及本文中方法的体积平均径D[4,3]，分别为33.0 μm(表2)、49.9 μm(表2)、27.5 μm(表3，450～1 600 r/min对应结果的平均值)，显示本测试方法的粒径结果与电镜测量结果更相近。由于激光法测试的样品使用水分散，测得的是水合动力学直径，因此结果较电镜法稍大。

3 结论

1)使用激光法检测蒙脱石粒度时，应高度重视分散条件和测试条件。取适量粉末直接进样，搅拌1 min，并在2 min内完成测量，搅拌速率控制在450～1 600 r/min之间，能够获得重复性良好的检测结果。

2)使用扫描电子显微镜测量颗粒的平均粒径，与本文建立方法获得的粒径结果相近。

[1]赵珊茸,边秋娟,凌其聪. 结晶学及矿物学[M]. 北京: 高等教育出版社,2005: 380-381.

[2]CARRETERO I M,POZO M. Clay and non-clay minerals in the pharmaceutical and cosmetic industries part II: active ingredients[J]. Appl Clay Sci,2010,47(3/4): 171-181.

[3]HUANG Y,TAO Q,HOU D,et al. A novel ion-exchange carrier based upon liposome-encapsulated montmorillonite for ophthalmic delivery of betaxolol hydrochloride[J]. Int J Nanomed,2017,12: 1731-1745.

[4]SOHRABNEZHAD S,RASSA M,DAHANESARI E. M. Spectroscopic study of silver halides in montmorillonite and their antibacterial activity[J]. J Photochem Photobiol B,2016,163: 150-155.

[5]方圣琼,潘进,李晓,等. 羟基铁柱撑蒙脱石对庆大霉素的吸附性能[J]. 硅酸盐学报,2016,44(2):314-321.

[6]方圣琼,翁洪平,李晓,等. 羟基铁柱撑蒙脱石吸附玉米赤霉烯酮机理研究[J]. 功能材料,2016,47(8): 8143-8148.

[7]蔡小舒,苏明旭,沈建琪. 颗粒粒度测量技术及应用[M]. 北京: 化学工业出版社,2010: 21-76.

[8]国家药典委员会. 中华人民共和国药典2015年版 (第二部) [M]. 北京: 中国医药科技出版社,2015: 1452-1453.

[9]武汉大学. 武汉大学分析化学(上册)[M]. 5版. 北京: 高等教育出版社,2008: 43-88.

[10]中国国家标准化管理委员会. 粒度分布激光衍射法：GB/T 19077—2016 [S]. 北京: 中国标准出版社,2016.

[11] 国家质量监督检验检疫总局. 激光粒度分析仪校准规范：JJF 1211—2008 [S]. 北京: 中国计量出版社,2009.

[12]POLI A L,BATISTA T,SCHMITT C C,et al. Effect of sonication on the particle size of montmorillonite clays[J]. J Colloid Interf Sci,2008,325(2): 386-390.

[13]李诗标,张为胜,张梅雪. 一种蒙脱石粒度检查方法：CN201210127908.X[P]. 2012-04-27.

[14]梁晓冬,张晓晨,王敏,等. 浅谈超声时间对激光粒度仪检测结果的影响[J]. 超硬材料工程,2017,29(1): 7-10.

[15]廖洪强,姚星亮,宋慧平,等. 钢渣超微粉的粒度分布分析研究[J]. 冶金分析,2017,31(1): 8-14.

[16]高生平,李悦,陈志超,等. 绿色化学法合成单分散Zn0.3Fe2.7O4纳米微粒[J]. 广州化工,2017,45(4): 38-40.

[17]王玲玲. 基于绿色化学理念的纳米硫化镉的合成及应用[D]. 新乡: 河南师范大学,2011.

[18]吴燕,刘菁,安彦,等. 甲基纤维素粒度与粒度分布测定方法研究测定法研究[J]. 药物分析杂志,2019,39(4): 755-762.