* O artigo foi publicado em: Pesticidas do Mundo, Volume 42, Julho de 2020, Nº 7: 41-51 “Avaliação do tamanho de partículas de um medidor de partículas laser robusto no desenvolvimento e produção de agentes de pesticidas”

Introdução

Após muitos anos de desenvolvimento, a indústria agroquímica farmacêutica da China formou uma cadeia industrial completa, desde a produção de medicamentos primários, processamento de preparações, matérias-primas, suporte de intermediários, determinação metabólica / toxicidade, análise de resíduos e avaliação de segurança, etc. Nos últimos anos, sob a política geral de eficiência e proteção ambiental, a indústria formou um consenso sobre uma variedade de requisitos de pesquisa e desenvolvimento de pó e preparações relevantes, inovação tecnológica e melhoria da qualidade, a indústria acelerou ainda mais a integração ao mesmo tempo que acompanha o rápido progresso da qualidade e desempenho do produto, tornando a indústria de pó e preparações da China forte para participar da concorrência, gradualmente de grande para forte desenvolvimento.

As várias preparações e pós são sistemas de mistura sólido-líquido, sólido-gás ou líquido-líquido de várias matérias-primas de partículas de diferentes tamanhos e distribuições de tamanho de partícula (a seguir denominadas tamanhos de partícula). No desenvolvimento, processamento e aplicação de partículas, o design de tamanho de partículas é um instrumento importante para controlar a solubilidade do preparado, a taxa de resposta da interface, a adsorção, a estabilidade do armazenamento, o comportamento de fluxo, o desempenho do preenchimento do revestimento, a libertação lenta e a atividade biológica. O desenvolvimento de métodos de análise de teste de tamanho de partículas, a criação de um sistema sólido de controle de qualidade de tamanho de partículas e a troca de informações científicas sobre o tamanho real de partículas na cadeia industrial são elementos essenciais para reduzir os riscos de qualidade, melhorar o valor agregado do produto e o desenvolvimento verde nas empresas industriais e na cadeia industrial. Este artigo é usado como ponto de partida, combinando a experiência acumulada por mais de 20 anos em vários controles industriais de tamanho de partículas da OMEK Instruments Co., Ltd. (abaixo denominada OMEK), para realizar uma análise de avaliação específica de muitos fatores de impacto no teste de tamanho de partículas e dar conselhos de melhoria para referência das empresas de preparação.

1. Fenômenos físico-químicos relacionados com a caracterização de partículas de múltiplas doses / pó e métodos de caracterização

A avaliação científica das propriedades físicas e químicas de um grupo de partículas é conhecida como caracterização de partículas. A caracterização do tamanho de partículas de pó / suspensão / emulsão é o principal indicador de qualidade de várias formas de dosagem e pó, e o monitoramento do tamanho de partículas em todos os níveis industriais é um meio importante para a produção de agentes químicos modernos, favorecendo a padronização do produto e o controle de qualidade.

As diferenças microscópicas das partículas no pó / suspensão / emulsão afetam principalmente as seguintes propriedades macroscópicas do material: propriedades físicas (solubilidade, adsorção, propriedades de acumulação e preenchimento, textura de cor, etc.), atividade química (atividade catalítica, efeito de revestimento, hidrofilia, eficácia farmacêutica / propriedades de liberação lenta / tempo de coagulação, etc.), comportamento fluído (fluidez, propriedades de derramamento, propriedades de estratificação deslizante, membranicidade, etc.), estabilidade (estabilidade colóide, propriedades eletroquímicas da emulsão de pasta, etc.) ... O fator significativo que afeta as propriedades do material em todas as diferenças microscópicas é o tamanho da partícula, além disso, também está intimamente relacionado com as propriedades da superfície da partícula (forma / área da superfície / propriedades eletroquímicas, etc.), interação da partícula com o meio, porosidade / defeito / cristalidade / cristalidade / composição / pureza / uniformidade da partícula, etc. O controle de qualidade de partículas ideal é adequado para a análise de medição de projetos experimentais em diferentes propriedades do material de acordo com as necessidades da aplicação. Este artigo apresenta algumas informações relevantes sobre a análise de tamanho de partículas para o controle de qualidade de partículas robusto.

Avaliação dos resultados da distribuição de partículas

O tamanho das partículas é calculado inversamente pelo medidor moderno de partículas laser com base na teoria da dispersão de Meechell através da distribuição multiangular da luz dispersa das partículas dispersas. Como muitos instrumentos de medição, suas medições geralmente refletem informações sobre o tamanho das partículas em valores quantitativos e gráficos de distribuição. Normalmente, o tamanho da partícula é usado como um valor de D50 para representar as informações de tamanho da partícula como um todo, e os tamanhos de partícula limite D10 e D90 para representar as informações de tamanho das partículas pequenas e grandes como um todo. Os gráficos diferenciais de tamanho de partícula são adequados para visualizar visualmente a faixa aproximada da distribuição de tamanho de partícula e a abundância de cada segmento de tamanho de partícula, enquanto os gráficos de distribuição cumulativa representam a percentagem de partículas que vão de pequenas a partículas dentro de uma faixa representativa de tamanho de partícula.

Figura 1. Tamanho de partícula característico na distribuição diferencial de tamanho de partícula

Idealmente, no desenvolvimento e produção de pó, a principal função do controle de qualidade do granulímetro é identificar as mudanças no tamanho das partículas e dos componentes entre amostras de lotes, e os resultados da medição do granulímetro devem seguir as mudanças no tamanho das partículas da amostra. No entanto, como todos os métodos de medição, os resultados da medição do tamanho de partículas do granulômetro laser também apresentam desvios de medição inevitáveis (denominados de autenticidade). Às vezes, o desvio de medição é muito maior do que a flutuação da amostra, o que representa um grande risco para o controle de qualidade. Por exemplo, se uma determinada partícula de dosagem for mais fina quanto melhor, a fim de atender aos requisitos de qualidade do produto e combater vários riscos de teste incertos, a empresa pode moer as partículas mais finas depois de detectar os resultados de medição do tamanho das partículas exigidos. Mas, como resultado, o consumo de produção e os custos de tempo aumentam simultaneamente, sacrificando a competitividade do produto. À medida que a indústria de pó exige cada vez mais precisão de controle de qualidade para o tamanho das partículas, o controle da fonte dos resultados de desvio que aparecem nos resultados de medição reais é essencial para a produção magra, ajudando os usuários de medidores de partículas a melhorar constantemente o nível de controle de qualidade para melhorar a consistência da qualidade do produto e reduzir os riscos de controle de qualidade.

Figura 2. Escala de controle de tamanho de partícula característica na distribuição acumulada de tamanho de partícula

Principais fatores que afetam a autenticidade dos resultados do teste de partículas

3.1 Amostras

Os resultados ideais do teste de tamanho de partícula devem refletir mudanças na amostra ou no efeito da aplicação da amostra.

3.1.1 Interação das partículas da amostra com o meio de ensaio

Em ensaios comuns de tamanho de partículas por meio de métodos úmidos de agroquímicos farmacêuticos, as partículas em amostras são pouco solúveis ou expandidas no meio de teste como um fenômeno comum. Selecionamos 25% de suspensão de água de éster de pirimido para teste e monitoramos continuamente a cada 12 segundos após amostragem na água média para sua taxa de obscuridade e mudanças no tamanho de partícula característica D50, como mostrado na figura abaixo.

Figura 3: Esquerda: mudança na taxa de opacidade após amostragem, direita: mudança na D50 após amostragem

Como mostrado na imagem acima, após a adição de amostras de éster pirimidico para a agitação e dispersão no introdutor de amostras, a taxa de escuridão tem uma tendência decrescente, caindo de quase 10% para cerca de 5% em 5 minutos, mostrando que a quantidade de partículas de suspensão está diminuindo em água. À medida que a solubilidade dos ésteres pirimétricos na água aumenta e tende a ser saturada, a taxa de dissolução diminui gradualmente. Como as partículas pequenas são maiores do que a área da superfície e se dissolvem mais rapidamente do que as partículas grandes, os resultados do D50 também apresentam um processo que se torna gradualmente suave depois de crescer mais rápido. Devido ao fenômeno de maturação austenista após a saturação dissolvida (pequenas partículas dissolvidas, grandes partículas crescendo), o sistema de dispersão de partículas microssolúveis não é estável devido à saturação da solubilidade de partículas no meio, o valor do tamanho das partículas características muitas vezes apresenta certa flutuação. Neste teste de amostragem, as diferenças entre os grandes e os pequenos valores medidos no D10, D50 e D90 atingiram 11,8%, 10,9% e 6,8%, respectivamente. O viés do resultado acima é observado apenas em uma amostragem, se as condições de teste não forem rigorosamente controladas para múltiplas amostragens, vários instrumentos e operações de múltiplas pessoas, o viés de reprodutividade do resultado será maior, o controle da qualidade da amostra certamente causará problemas. Na prática de medição de uma variedade de amostras microssolúveis, tendências de mudança de tamanho de partículas podem ser diferentes em diferentes materiais, aumentando ainda mais a complexidade do teste, uma vez que a dispersão e a dissolução das partículas ocorrem simultaneamente.

3.1.2 Efeitos da formação das partículas

As partículas microscópicas não são todas esféricas, as partículas de diferentes formas, rugosidade da superfície e porosidade, mesmo que tenham o mesmo tamanho de partículas, o efeito da aplicação pode ser muito diferente. A análise da formação das partículas com base em testes de tamanho de partícula orienta melhor o desenvolvimento da fórmula e o controle da qualidade do produto.

3.1.3 Reunião ou fragilidade das partículas

O tamanho das partículas medido pelo granulométrico é o tamanho disperso das partículas da amostra, isto é, os resultados do teste representam o tamanho das partículas separadas entre si através da janela de detecção, e o instrumento não reconhece as partículas medidas como partículas reunidas não dispersas ou partículas destruídas. Assim, as amostras dispersas da ciência são essenciais para a representatividade dos resultados do teste, e o conteúdo específico será descrito nos capítulos de métodos abaixo.

3.2 Instrumentos

Existem muitos instrumentos opcionais de análise de tamanho de partículas no mercado, incluindo o medidor de partículas a laser de dispersão de luz estática, devido à sua ampla gama de tamanho de partículas de medição (de nanométricos a milímetros), ampla gama de aplicações (partículas de pó / suspensão / emulsão, etc.), boa reprodutividade, resultados de medição precisos e confiáveis, tempo de medição rápido, alto grau de automação e outras vantagens, tornando-se um instrumento-chave para o desenvolvimento e produção de agroquímicos farmacêuticos e indústrias em pó. As empresas devem escolher o medidor de partículas laser de desempenho adequado de acordo com as características da amostra de partículas e os requisitos específicos de controle de qualidade, com foco na estabilidade e sensibilidade dos testes de instrumentos diretamente relacionados ao controle de qualidade. A estabilidade representa a consistência do instrumento com os resultados da mesma amostra e é frequentemente avaliada por indicadores de reprodutividade. A sensibilidade representa a capacidade do instrumento de medir e analisar nuances ou pequenas quantidades de componentes da amostra, muitas vezes usada para avaliar a capacidade de resolução. O design óptico do instrumento, a precisão das peças, os algoritmos inversos e as necessidades de manutenção estão frequentemente diretamente relacionadas ao seu desempenho de teste. Além disso, de acordo com as características da amostra, também é necessário escolher o acessório apropriado para a dispersão da amostra, por exemplo, o sistema de amostragem de meios oleosos resistentes à corrosão deve ser escolhido como suspensão de óleo, o pó solúvel deve ser escolhido como sistema de amostragem de dispersão seca, etc.

3.3 Métodos

O pré-tratamento de amostras de teste de tamanho de partícula, amostragem, amostragem, dispersão e outros métodos operacionais diretamente relacionados com os resultados da análise são conhecidos como o desenvolvimento de métodos de medição de tamanho de partícula. Como a medição do tamanho de partícula é geralmente realizada em condições de baixa concentração, a amostragem e a dispersão são as etapas da maioria dos testes de amostras*. As amostras com características diferentes, os principais fatores que afetam os resultados da medição são diferentes. Em geral, quando o pó sólido e a pasta contêm partículas grandes, o efeito representativo da amostragem é maior; Quando o tamanho das partículas é menor, a consistência da dispersão torna-se o fator dominante; Em amostras parcialmente amplamente distribuídas, por exemplo, no teste à seca do fármaco original, a medição* de todas as partículas de uma amostra determina diretamente a representatividade dos resultados do teste. Os meios comuns de dispersão de amostras são agitação, ultra-som, dissolvente de dispersão, pressão de dispersão, velocidade de descarga, etc., através de métodos de otimização contínua, pode melhorar a autenticidade dos resultados do teste de tamanho de partícula.

3.4 Parâmetros

De acordo com o cálculo da inversão do tamanho de partícula da teoria da dispersão de Meister, a precisão dos resultados do tamanho de partícula para partículas finas abaixo de 50um depende da configuração dos parâmetros ópticos da partícula, incluindo as partes reais e imaginais da refração da amostra e do meio (também conhecida como taxa de absorção). Além disso, parâmetros como o modelo analítico razoável, o tempo de medição, a taxa de sombreamento durante o teste também afetam diretamente a autenticidade dos resultados do teste.

Referências:

[1] GB/T 19077-2016/ISO 13320:2009 Distribuição do tamanho das partículas - Métodos de difração a laser Análise do tamanho das partículas - Métodos de difração a laser

[2] Sinopse. Desenvolvimento de pesticidas para avaliar o tamanho de partículas de granulômetro laser robusto na produção. Pesticidas do mundo. Julho de 2020 Volume 42 Nº 7: 41-51

[3] Shen Xingzhi, Wu Yi. Exploração do teste de tamanho de partículas de suspensão de óleo usando o medidor de partículas laser. Pesticidas chineses. 2017.6:58-63