A densidade é uma característica crucial dos pós (partículas). É amplamente utilizada para avaliar a fluidez e a compressibilidade das partículas. Isso impacta significativamente todas as etapas da fabricação de medicamentos. Por exemplo, o desenvolvimento inicial do produto depende da densidade das partículas do medicamento. O mesmo ocorre com a seleção de equipamentos e acessórios. Medicamentos específicos exigem discos e agulhas adequados para o enchimento de cápsulas. Os guias corretos para prensas de comprimidos também dependem da densidade do medicamento. A densidade do pó afeta a compressibilidade, a dureza e outros indicadores na compressão de comprimidos e na granulação a seco. Por fim, durante o processo de desenvolvimento, é importante observar as diferenças nas matérias-primas e excipientes, bem como as diferenças na densidade dos grânulos e do pó. Isso evita a mistura e defeitos nas partículas. Portanto, a indústria farmacêutica precisa estudar mais a fundo a densidade dos pós.
Na física do ensino fundamental, aprendemos que a densidade mede a massa em um volume específico. Esse conceito pode ser representado pelo símbolo ρ. No Sistema Internacional de Unidades e nas unidades de medida legais chinesas, a unidade de densidade é kg/m³. A densidade é a massa de um objeto dividida pelo seu volume. Ela mostra a relação entre a massa e o volume de uma substância. A densidade é uma das características definidoras da matéria. Cada substância tem uma densidade específica. As substâncias geralmente têm densidades diferentes. Portanto, a densidade pode ser usada para identificá-las. Medir a densidade de uma substância regular e rígida é simples. Mas medir a densidade de uma substância irregular era um desafio no passado. No livro didático de física do ensino fundamental, Arquimedes colocou a coroa de Hierro II na água. Ele então mediu a densidade do ouro usando o volume drenado. Hoje, chamamos esse método de medição de densidade. Ele ainda é adequado para medir a densidade de objetos sem vazios e com furos. A tecnologia atual de medição de densidade utiliza gases, líquidos ou pós finos.
Então, por que precisamos de diferentes meios de medição? Isso ocorre porque muitas substâncias possuem fissuras, vazios e canais sinuosos. Isso resulta em diferentes definições de "densidade". Cada uma requer uma forma diferente de medição. A primeira tecnologia mede apenas o volume da amostra, sem considerar seus poros. A segunda tecnologia mede o volume e os poros da amostra, incluindo poros abertos e fechados. A terceira tecnologia também mede os poros da amostra, além dos espaços entre as partículas. Ela pode ser vista como uma fase sólida pura.
Densidade absoluta
A densidade absoluta também é chamada de densidade verdadeira, densidade aparente ou densidade esquelética. Ela não inclui os poros na amostra em massa nem os espaços entre as amostras. É a densidade da amostra em fase sólida pura. Até agora, obtínhamos o volume da amostra preenchendo seus poros com água ou outros líquidos para depois esvaziá-los. Então, calculávamos sua densidade. Às vezes, para preencher os poros, o objeto é colocado no líquido e fervido. Ou, o objeto é esvaziado antes de ser colocado no líquido. Mas a tensão superficial e o gás nos poros resistem ao seu preenchimento com líquido.
A tecnologia de medição de densidade em líquidos apresenta desvantagens. Por isso, a indústria utiliza densímetros de hélio (ou outros gases). Comparados aos densímetros de líquidos, os densímetros de gás são mais simples, rápidos, precisos e repetíveis. Os densímetros de gás são uma técnica não destrutiva para medir a densidade de materiais. Eles utilizam o deslocamento de gás para medir o volume real de um objeto. Isso os torna ideais para determinar a densidade real de um objeto. Basta selar uma amostra de peso conhecido na câmara. Em seguida, a amostra é mantida a uma temperatura constante utilizando um densímetro de hélio. O hélio é então adicionado ao sistema. A pressão na câmara de amostra do densímetro de hélio atinge o equilíbrio. Como o hélio é uma molécula pequena, ele consegue penetrar nos poros da amostra. O hélio na câmara de amostra é então liberado para a câmara de expansão. A pressão se estabiliza novamente. O volume da amostra é calculado utilizando a pressão de equilíbrio e a lei dos gases. Finalmente, a pressão é liberada do sistema e a amostra é removida. Assim, a densidade absoluta do objeto é medida com um densímetro de hélio. Esse tipo de densidade também é chamado de “densidade de hélio”.
Densidade do envelope
A densidade de inclusão é a densidade do volume de poros de um objeto poroso. Às vezes é chamada de densidade aparente, mas acho que esse termo não é muito preciso. Ao considerar o volume da amostra, imagine uma película fina sobre a superfície da amostra. O "volume de inclusão" é o volume contido nessa película.
O medidor mede o volume de inclusões. Ele utiliza o método do pó seco. Este pó seco é uma esfera rígida com tamanho de partícula uniforme e excelente fluidez. Ele envolve firmemente o objeto e não reage com ele. O pequeno tamanho do pó seco garante que ele adira à superfície do objeto e não penetre em seus poros. Este método não danifica o objeto medido nem o suja. A medição é rápida e simples.
O pó seco é colocado em um cilindro de precisão. Um pistão localizado na câmara de amostra realiza a compressão. A força pode ser ajustada e reutilizada. Inicialmente, utiliza-se apenas o pó seco para compressão na câmara de amostra, a fim de obter uma linha de base de volume zero. Em seguida, o objeto a ser medido é colocado junto com o pó seco na câmara de amostra. A compressão descrita acima é repetida para determinar o deslocamento do pistão. Assim, o volume do objeto a ser medido pode ser determinado com base na área da base da câmara de amostra (o fundo circular do cilindro). Finalmente, após agitação e remoção de poeira, o pó seco sobre a amostra pode ser removido. A amostra então retorna ao seu estado original e o teste pode ser repetido. É possível selecionar câmaras de amostra de diferentes tamanhos. O tamanho do objeto é escolhido com base em suas dimensões, atendendo aos requisitos para a medição.
A densidade de inclusões de um objeto poroso é menor que sua densidade absoluta. Para um objeto não poroso, sua densidade de inclusões é igual à sua densidade absoluta. Portanto, medindo a densidade absoluta e a densidade de inclusões de um objeto, podemos determinar sua porosidade total. Para obter uma linha de base de volume zero, utilizamos apenas pó seco para compressão na câmara de amostra.
densidade aparente & Densidade de compactação
A Farmacopeia Chinesa de 2020, Parte Quatro, Regras Gerais 0993, introduz os métodos de densidade aparente e densidade compactada. A farmacopeia define densidade aparente como a densidade medida quando um pó de medicamento ou excipiente é colocado em um recipiente, em estado solto. O estado solto refere-se ao estado formado ao despejar uma amostra de pó em um recipiente, sem compressão. A densidade aparente é a massa de pó por unidade de volume quando o pó preenche um recipiente específico. A forma como a amostra é preparada, processada e armazenada afeta o valor da densidade aparente, estando diretamente relacionada ao processo de descarte. Diferentes arranjos de partículas podem causar variações na densidade aparente dentro de uma determinada faixa. Mesmo pequenas alterações podem afetar a densidade aparente. Os resultados não são altamente reprodutíveis. Portanto, ao relatar a densidade aparente, é fundamental informar as condições de medição. A densidade aparente pode ser determinada medindo-se o volume de uma determinada massa de pó. Isso pode ser feito em uma proveta após peneiramento (primeiro método), utilizando um volumeter (segundo método) ou medindo-se a massa do pó após peneiramento. Em seguida, encha um recipiente com um determinado volume (terceiro método).
A densidade compactada refere-se à densidade de preenchimento do pó no estado compactado. O estado compactado é o estado da coluna de pó. A amostra de pó está no recipiente e vibra para baixo a uma determinada frequência até que o volume pare de se alterar. O dispositivo provoca vibrações elevando o recipiente e deixando-o cair. A queda ocorre a uma distância fixa devido à gravidade. A densidade compactada pode ser determinada medindo-se o volume compactado de uma amostra de massa fixa. Isso é feito utilizando o primeiro ou o segundo método. Alternativamente, pode-se determinar a densidade pesando a amostra após a compactação em um recipiente de volume conhecido. Este é o terceiro método.
A forma como as partículas interagem afeta o empilhamento do pó. Isso também afeta o fluxo do pó. A diferença entre a densidade aparente e a densidade compactada é fundamental. Ela mostra como as partículas do pó interagem. Também mede a fluidez do pó, por meio do índice de compressibilidade ou índice de Hausner.