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          霧化器的粒度測試與分析

          點擊次數:3067 發布時間:2015-09-21
           霧化器的粒度測試與分析

          臧傳梅 田丹 崔清強

           

          濟南微納顆粒儀器股份有限公司

           

            【摘要本文闡述了霧化器霧化液滴的測試原理及方法。激光粒度分析儀能夠快速、連續、準確的測試分析霧化液滴的粒徑分布。激光粒度測試技術為霧化器研究提供了重要的數據檢測支持。

            【關健詞】:霧化器  激光粒度分析儀  氣霧劑

           

          霧化吸入治療是呼吸系統疾病治療方法中一種十分有效的治療方法。霧化治療一般采用霧化器將藥液霧化成微小顆粒,使藥物通過呼吸吸入的方式進入呼吸道和肺部,從而達到無痛和迅速有效治療的目的。霧化的藥物液滴的大小直接影響藥物的吸收效果。如果液滴大,霧化快,導致患者吸入過多的水蒸氣,使呼吸道濕化,呼吸道內原先部分堵塞支氣管的干稠分泌物吸收水分后膨脹,加大呼吸道阻力,可能會產生缺氧現象,且會使藥液結成水珠掛在內腔壁上,對藥物需求量大,造成浪費的現象,并且對于疾病霧化治療的效果不佳。所以,霧化出來的粒度決定了霧化器的治療效果和質量[1-3]。

          濟南微納儀器股份有限公司研究開發的Winner311XP激光粒度分析儀能夠對霧化液滴的粒度分布進行快速準確的測試分析并給出測試報告。

          Win311XP激光粒度分析儀是以Mie散射為原理,針對國家藥典中對吸入型氣霧劑、噴霧劑、粉霧劑等粒度要求而研發的臺式噴霧激光粒度儀,可以對各種小型噴霧裝置進行測試,融和了微納公司多種技術,外觀小巧,能很好地對小型噴霧粒度進行測試,并實現數據的快速采集,能夠可靠地在噴霧過程中實時連續測量霧化液滴的粒度分布[4-6], 1分鐘內即可完成測量,并提供詳細的數據報告。能夠有效指導生產廠家進行成品檢驗和科技研發,為企業帶去利潤和效益。

          1、測試原理:

                Winner311XP采用Mie散射原理[7-8]。Mie散射原理假定顆粒是均勻的、各向同性的圓球,則可根據Maxwell電磁波方程嚴格地推導出散射光場強度分布:

          其中分別表示垂直方向和水平方向的散射光強:


          其中,

          Mie理論是描述散射光場的嚴格理論,適用于經典意義上任意大小的顆粒。

          Mie散射計算的中心問題是Mie散射系數的計算,濟南微納公司自主研究的Mie散射改進算法在很好地計算散射系數同時,又避免了計算機在計算過程中出現數據溢出現象,保證了微納公司儀器測量數據過硬的準確性和穩定性[7-8]。

              如圖1,Winner311XP采用了單光束平行光路和雙鏡頭雙陣列探測器技術,保證了不同角度散射光的采集。激光器發出的細窄光束,通過擴束鏡進行會聚后發散,然后再通過一個準直透鏡將出射光變成平行光,當平行光束通過測試區域時,由于霧滴的遮擋,光束向四周散射,由于不同粒度的顆粒的散射角度不同,我們在光路的前方以及上方設計了多個探測器來收集不同角度的散射光,之后探測器將接收到的光信號傳輸轉換為電信號并通過計算機進行計算,得出顆粒的粒度分布。Winner311XP使用平行平晶來對平行光進行校準,并使用國家標樣來對測試數據進行標定,能夠很好地保證測試數據的準確性和重復性。

                                  

          1  Winner311XP儀器原理圖

          2、測試步驟:

          2.1 開啟Winner311XP,預熱5分鐘,使用時需要驗證光路是否為平行光,在測試區域放置一塊平晶,觀察通過平晶前后面反射后的兩個光斑重疊區域是否存在明暗相間條紋,如果是,就證明是光束平行性較好,滿足測試要求,否則就需調節光路。

          2.2  聯機測試,觀察背景是否為穩定、均勻的能譜圖,否則需要調節探測器,使其中心小孔位于主光匯聚位置,并保證透過小孔的出射光斑為圓形光斑。光路正常后測試背景,背景測試完畢后進入能譜測試界面。

          2.2  組裝某醫療器械公司生產的霧化器,霧化杯里加入藥液至刻度線,打開開關,預先霧化1-2分鐘,使霧化氣流穩定。

          2.3  然后將霧化杯口對準winner311XP的測試區域,握住霧化杯,保持平穩,且保持每次測量時位置不變。當霧滴通過主光束時即開始數據采集,電腦開始顯示采集到的能譜圖,如圖4,在能譜圖穩定后保存數據。

           

           

          2  樣品測試頻譜分析

          3、 測試結果分析

                     D50(um)

          霧化器        

          1

          2

          3

          4

          5

          6

          7

          8

          9

          10

          RSD%

          <5um%

          進口霧化器

          3.532

          3.526

          3.523

          3.558

          3.543

          3.489

          3.528

          3.496

          3.485

          3.491

          0.781%

          85.5%

          國產霧化器

          4.336

          4.425

          4.436

          4.443

          4.450

          4.420

          4.385

          4.379

          4.357

          4.432

          0.892%

          84.4%

           

          1  兩款霧化器測試對比

           

          由表1可看到,Winner311XP測試重復性都小于1%,重現性好。小于5um的霧滴累積百分比進口霧化器(藍色)是 85.5% ,國產霧化器(黃色)是 84.4% 。

           

           

          3  兩款霧化器粒度分布對比

                                     

           

          4、結論:

          霧化液滴的粒度直接關系到霧化治療的效果好壞,激光粒度測試技術是一種霧化器液滴的粒度有效的測試手段。Winner311XP激光粒度分析儀能夠快速準確測試分析霧滴粒徑分布,重現性<1%,并詳細給出特殊尺寸的霧滴的累積百分數,是測試霧化器霧滴粒徑分布的一項新技術,能夠為霧化器廠商提供準確的數據來檢驗霧化器的性能。

           

                                     參考文獻

           

          【1】楊冠玲, 何振江等,霧粒粒度測試研究粉體技術,1996,2(1)28-34

          【2】張以默,毛義等,粒子尺寸分布的激光衍射測量研究,光電工程,1990 17 (1):1-8

          【3】[英]T.艾倫 顆粒大小測定  中國建筑出版社 1984 62-664

          【4】Gokturk Halit S..Effects of particle shape and size distributions on the electrical and magnetic properties of nickel/polyethylene composites .Journal of Applied Polymer Science,Dec15 1993, 50 (11):1891-1901.

          【5】任俊,沈健,盧壽慈,顆粒分散科學與技術 化學工業出版社 2005 20-23

          【6】winner311XP激光粒度分析儀說明書 2015 (1) 4-10

          【7】汲云濤,任中京. Mie理論在靜態光散射粒度測量的應用下限研究[J]. 中國粉體技術 2005 (6) 14-16

          【8】王少清,任中京,張希明等. Mie散射系數的新算法[J]. 激光雜志 1997 18(3): 9-12

           

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