2.2.42 Hustota pevných látek

2000

Hustota pevných látek odpovídá jejich průměrné hmotnosti vztažené na jednotku objemu a je obvykle vyjadřována v gramech na krychlový centimetr (g/cm³), ačkoliv mezinárodní jednotka je kilogram na krychlový metr (g/cm³ = 1000 kg/m³).

Na rozdíl od plynů a kapalin, jejichž hustota závisí jenom na teplotě a tlaku, hustota pevné částice závisí také na jejím molekulovém uspořádání, a proto se mění s krystalovou strukturou a stupněm krystalinity.

Je-li pevná částice amorfní nebo částečně amorfní, může její hustota záviset také na způsobu přípravy a zpracování. Na rozdíl od kapalin mohou tedy být hustoty dvou chemicky ekvivalentních pevných látek různé, a tato různost odráží rozdíl ve struktuře pevného stavu. Hustota částic je důležitá fyzikální charakteristika pro farmaceutické použití. Hustota pevné částice může dosahovat r ůzných hodnot v závislosti na metodě použité k měření jejího objemu. Je užitečné rozlišovat tři úrovně vyjadřování hustoty:

- hustota krystalu, která zahrnuje pouze pevnou frakci materiálu; hustota krystalu je také nazývána pravá hustota,

- hustota částice, která zahrnuje také objem dutin uvnitř částice,

- celková hustota, která dále zahrnuje volný objem mezi částicemi, vytvořený ve vrstvě prášku; celková hustota se také nazývá zdánlivá hustota.

I. Hustota krystalu

Hustota krystalu látky je průměrná hmotnost vztažená na jednotku objemu (hmotnost objemové jednotky), s výjimkou všech dutin, které nejsou základní částí molekulového uspořádání. Je to vnitřní vlastnost látky a měla by být proto nezávislá na metodě stanovení. Hustota krystalu může být zjištěna bud' výpočtem, nebo jednoduchým měřením.

1. Vypočítaná hustota krystalu se získá s použitím krystalografických dat (velikost a složení základní buňky) dokonalého krystalu, např. z rentgenových difrakčních dat, a molekulové hmotnosti látky.
2. Změřená hustota krystalu je poměr hmotnosti a objemu po změření těchto hodnot u monokrystalu.

II. Hustota částice

Hustota částice bere v úvahu jak hustotu krystalu, tak i porozitu uvnitř částice (uzavřené a/nebo otevřené póry). Hustota částice tedy závisí na hodnotě určeného objemu, tato hodnota však závisí na metodě měření. Hustota částice může být stanovena s použitím jedné ze dvou následujících metod:

1. Hustota určená pyknometrem je stanovena měřením objemu, který zaujímá známá hmotnost prášku; tento objem je ekvivalentní objemu plynu, nahrazeného práškem v plynovém pyknometru (2.9.23). Při měření hustoty pyknometrem určený objem zahrnuje objem otevřených pórů; vylučuje však objem zavřených pórů nebo pórú nedosažitelných pro plyn. Z důvodů vysoké difuzní schopnosti helia, který je pro tyto účely přednostně volen, je většina otevřených pórů pro plyn dosažitelná. Hustota jemně rozemletého prášku určená pyknometrem se tedy obecně příliš neliší od hustoty krystalu.
2. Hustota určená rtuťovým porozimetrem se také nazývá hustota granule. Objem určený touto metodou také nezahrnuje příspěvky od uzavřených pórů, u otevřených pórů zahrnuje objem jen od pórů větších, než je určitý limit velikosti. Tento limit velikosti pórů neboli minimální dostupný průměr pórů závisí na maximálním tlaku rtuti potřebném k proniknutí a použitém při měření; za normálních používaných tlaků rtuť neproniká do nejjemnějších pórů dosažitelných pro helium. Pro jeden vzorek mohou být získány různé hustoty granule, protože pro každý použitý tlak rtuti je určena hodnota, odpovídající limitní velikosti pórů při tomto tlaku.

III. Celková a setřesná hustota

Celková hustota prášku zahrnuje příspěvek volného objemu mezi částicemi. Celková hustota tedy závisí na hustotě částic prášku a na prostorovém uspořádání částic ve vrstvě prášku.

Celkovou hustotu je často velmi obtížné změřit, protože nejmenší porušení vrstvy může mít za následek získání jiné hodnoty. Při uváděn( získané hodnoty je tedy nutno specifikovat, jak bylo stanovení provedeno.

1. Celková hustota je stanovována měřením objemu prášku o známě hmotnosti, který byl prosát sítem do odměrného válce (2.9.15).
2. Setřesná hustota je získána mechanickým sklepáváním odměrného válce obsahujícího práškový vzorek. Po zaznamenání původního objemu je válec mechanicky sklepáván, dokud jsou pozorovány další malé změny objemu (2.9.15).