Micromerítica

Universidad Nacional Mayor de San Marcos

MICROMERÍTICA

Definición:

Es un proceso unitario que se encarga del control y estudio adecuado del tamaño de partícula de un sistema sólido.

• Importancia:

Es importante, ya que la disolución, la reactividad química y la fluidez de una sustancia, así como la homogeneidad de la formulación que la contiene, depende del tamaño, forma y morfología de la superficie de las partículas que constituyen dicha sustancia activa.

En la forma, la distribución y evaluación del tamaño de partícula, afectan al desarrollo de numerosas operaciones básicas y a las propiedades de las formas de dosificación a que dan lugar.

El tamaño de partícula de algunos principios activos debe adaptarse a la vía de administración a lo que van a destinar.

Tamaño de partícula.

Características:o Densidad

Las partículas muy densas tienden a permanecer separadas, no se adhieren a otras y así fluyen libremente. Por el contrario son más difíciles de fluidizar.

o Área SuperficialRelacionada directamente al

tamaño de la partícula, aumenta en forma notable al disminuir éste. El incremento en el área superficial, supone una capacidad aumentada para la captación de gases por adsorción.

o Fuerzas SuperficialesEsto es en lo particular

es notable en el caso de polvos finos. En ellos se manifiesta fuerzas superficiales no saturadas que provocan atracciones de tipo adhesivo o cohesivo.

o DurezaA mayor dureza menor posibilidad de

deformación de la partícula y menor posibilidad de adherencia con otras partículas, resultando en mejores condiciones de flujo y mayor porosidad de sus lechos.

o RugosidadEs definida como la relación entre

área superficial de la partícula y el área superficial de una esfera de igual volumen. Su inversa es la esfericidad

Clasificación

Áreas involucradas en la Micromerítica

Geología

Oceanografía

Edafología

Química

Industria Cosmética y Alimentaria

Industria Farmaceútica

Partículas Pulverulentas

Sistemas dispersosMicronizados

Aerosoles

Polvos

Distribución de tamañosCristales o

ArenillaPolvos

Partículas finas

Partículas ultrafinas

≥1𝑚𝑚

≤1𝑚𝑚 , ≥5𝜇𝑚

≤2,5𝜇𝑚

≥0,1𝜇𝑚

Poseen propiedades fisico-químicas similares a los sólidos pulveriformes.Son macroscópicos.

Generalmente son microscópicos

Arbitrariamente se ha fijado ciertos intervalos de los cuales la micromerítica se encarga de estudiar –aunque esto no generaliza a todas las partículas. Se considera dentro del campo de estudio a las partículas con un diámetro entre

Debemos tener en cuenta las partículas pertenecientes a los siguientes sistemas compuestos:

Sistemas de dispersión grosera

Sistemas de dispersión coloidalSistemas de dispersión molecular

Sistemas compuesto

s?

Coloides de dispersión

Coloides de asociación

Coloides moleculares

Sistemas de dispersión

grosera

Sistemas de dispersión

coloidal

Sistemas de dispersión molecular

Número de átomos en cada

partícula

Tamaño de partícula

Posibilidades de percepción

de las partículas

Visibles a simple vista o con

microscopio

Visibles solo en ultramicroscopía Invisibles

Posibilidad de separación de

los componentes dispersante y

disperso

Filtrables con papel de filtro corriente

Filtrables con pergamino, membranas

animales u otros medios

No separables

Ejemplos Arena esponjada con agua,

Suspensiones Mixtas

Soluciones con albúmina, mucílagos, soluciones hidróxidos metálicos

Solución de cloruro de sodio (Soluciones

verdaderas); mezclas de líquidos y de gases

Fuente: Capítulo 4. Tratado de Tecnología Farmacéutica. R. Voigt

Micronizados y Polvos Actualmente, su importancia como

forma farmacéutica es RELATIVAMENTE ESCASA.

Por otro lado, desempeñan un gran papel como sustancias granel o de relleno en la manipulación de medicamentos y sobretodo como Materia Prima Galénica en la preparación de numerosas Formas Farmacéuticas (Ej: Gránulo, tabletas, grageas, suspensiones, ungüentos, etc.)

Unidad fundamental del polvo

Son las partículas individuales

Cada partícula difiere en tamaño, peso y forma.

Tamaño máximo: 1 mm

Difieren en ciertos aspectos a los aglomerados y a los agregados

El tamaño de partícula como factor decisivo para la determinación de sus demás cualidades

Aumento de la superficie

Capacidad de adsorción

Fácil conductibilidad del calorCapacidad de goteo

El Análisis Farmacéutico del tamaño de partícula para establecer su

magnitud se extiende, prácticamente, desde el grado de coloides hasta el de

partículas de algunos milímetros.

Medida del tamaño de las partículas: Diámetro equivalente

Hay que tener en cuenta que no todas las partículas individuales presentes en un polvo son esféricas o cúbicas, existen de forma amorfa , indefinida o irregular.

Si la esfera presenta una propiedad en común con la partícula irregular, entonces estaremos hablando de una esfera equivalente.

Ejemplo: Si una partícula irregular presenta el mismo volumen que una partícula esférica entonces podemos decir que la partícula irregular es una esfera equivalente y su diámetro es un Diámetro Esférico Equivalente. Este diámetro equivalente es el denominado Diámetro de Volumen.

Diámetro de Volumen: Diámetro de una esfera que presenta el mismo volumen que la partícula.

DIÁMETRO EQUIVALENTE

DEFINICIÓN

Diámetro de volumen

Diámetro de una esfera que presenta el mismo volumen que la partícula.

Diámetro de superficie

Diámetro de una esfera que presenta la misma superficie que la partícula.

Diámetro de área proyectada

Diámetro de una esfera que presenta el mismo valor de área proyectada que la proyección de la partícula.

Diámetro de perímetro

Diámetro de una esfera cuya proyección presenta el mismo valor de perímetro que la proyección de la partícula.

Diámetro de tamización

Diámetro de la mayor esfera que atraviesa el mismo tamiz que la partícula.

Diámetro de sedimentación o de

Stokes

Diámetro de una esfera, de la misma densidad que la partícula, que sedimenta en un fluido a la misma velocidad que la partícula.

Fuente: Tecnología Farmacéutica. Vila Jato.

El diámetro equivalente es diferente para cada situación. Se debe tomar en cuenta la propiedad de la partícula con la cual se pretenda trabajar y sea la más adecuada a la forma farmacéutica. Si se trata de medir el tamaño de las partículas de un sólido pulverulento que constituirá la fase interna de una suspensión, el diámetro equivalente más adecuado será el de sedimentación o de Stokes.

Ejemplo:

𝑎=𝑏=𝑐=100𝑚𝑖𝑐𝑟𝑎𝑠

𝑏

𝑎 𝑐𝑎’

𝑐 ’

𝑏 ’

𝑎′=𝑐 ′=100𝑚𝑖𝑐𝑟𝑎𝑠 ,𝑏′=300𝑚𝑖𝑐𝑟𝑎𝑠

𝑣=16×𝜋 ×𝑑3 ,𝑠=𝜋 ×𝑑2

Propiedades

Cualidades dimensionales

Cualidades superficiales

Propiedades tecnológicas-farmacéuticas

Propiedades reológicas

No es posible una determinación absoluta de su tamaño o de su volumen, dado que las partículas no presenta forma regular (por ejemplo, esferiforme o cúbica). Se recurre a los diámetros equivalentes.La superficie de las partículas sólidas puede adsorber moléculas de gases y vapores. Por vía física o por vía química. Si las partículas son porosas, la superficie adsorbente estará aumentada y por tanto, la capacidad de adsorción también aumentará.

Son de tener en cuenta la solubilidad y la relación entre tamaño de las partículas y la actividad terapeútica. Ejemplo: Aerosoles de inhalación.

Preparación de polvos farmacéuticos En la mayoría de los casos, la preparación se realiza mediante

dispositivos mecánicos. Frecuentemente, el material, previamente molido groseramente, se somete a molienda fina a través de maquinarias adecuadas dependiendo de la aplicación terapéutica y del tamaño que se desee.

También es posible la preparación de micropolvos, denominados Micronizados, constituidos por partículas con un tamaño inferior a 10 micras (por lo general entre 1 a 5 micras). Hay que tener en cuenta que los micronizados se obtienen cuando el 90% de las partículas tienen menos de 9 micras y ninguna partícula sobrepasa de 50 micras.

Polvos simples

Polvos compuestos

Uso externo

Uso interno

Dosificados

Sin dosificar

Con/Sin Coadyuvantes

ConsideracionesNo se deben observar aglomeraciones u otras diferencias

En el proceso de manufactura es necesario trabajar con sustancias bien desecadas.

Se debe verificar la homogeneidad y la adecuada distribución de la mezcla.

La dosificación debe estar en un intervalo de 0,2 a 0,5 gramos.

Base polvos para uso externo En los polvos para uso externo se

requiere que la sustancia sólida tenga un tamaño de partícula de no menos de 100 micras, para que no produzcan irritaciones. Lo que caracteriza a estos polvos es la:

1. Ausencia de irritación2. Buena adherencia3. Dispersabilidad

Generalmente se usan bases inorgánicas (conservabilidad ilimitada) y orgánicas.

Bases inorgánicas

Bases orgánicas

Talco

Óxido de zinc

Arcilla blanca

Estearato

Almidón

LactosaPolvos especiales: Polvos grasos, Polvos astringentes, Azufre en polvo, Polvos desinfectantes.

MÉTODOS DE MEDICIÓN DE PARTÍCULAS•MÉTODOS DIRECTOS

1.MICROSCOPÍA

MICROSCOPÍ

A ÓPTICA

Preparación de la muestra: suspensión en un vehículo adecuado (índice de refracción)• mediciones sobre 500-1000 partículas por cada análisis.• Observación directa• Métodos (manual, semiautomáticos, automáticos)

Glass ceramic transmission microscopeimage made with unpolarised light

0.2µ - 100µ

MÉTODOS DE MEDICIÓN DE PARTÍCULAS•MÉTODOS DIRECTOS

1.MICROSCOPÍA

MICROSCOPÍ

A

ELECTRÓNIC

A

Se proyecta una corriente de electrones sobre la superficie de la muestra. Esto produce una emisión de electrones o fotones que se pueden recoger con un detector adecuado proporcionando información acerca de forma de partículas, superficie, etc.

> 0.01 µm

TAMIZACIÓ

N

GRUESO (RECHAZO)- - - - - - - - - - - - - - - FINO (CERNIDO)

Separación de partículas en función de su

tamaño

TAMICES CONVENCIONALES

TAMICES ESPECIALES

TIPOS DE TAMICES

D= Diámetro de alambreM=Ancho de mallaL=Luz de malla (abertura)

M=L + D

• Procedimiento en serie

• Procedimiento en cascada

DISPOSICION DE LOSTAMICES

¡¡Resultados no equivalentes!!

CLASIFICACIÓN NORMALIZADA DE

TAMICES

TAMIZACIÓN POR

VÍA HÚMEDA

GENERALMENTE EN SECOHUMEDAD < 5%

TAMIZADO

EVITA FORMACIÓN DE AGLOMERADOS

RETENCIÓN DE POLVOS POR ADHERENCIA

Calibración de tamices

CUESTIONES

IMPORTANTES

CALIBRACIÓN DE

TAMICES

TIEMPO DE TAMIZACIÓN

PROPIEDADES DEL

MATEIAL

CARGA DE MATERIAL

•Microscopía (> 20 - 50 μm)• Esferas de vidrio•Juego de tamices de referencia

oSobrecarga de tamices.oTamaño muy pequeño del producto.oFuerzas electrostáticas.oCaracterísticas de adherencia.

oHumedad > 5% Formación de aglomerados.

FUENTES DE ERROR

VENTAJAS

Es simple

Bajo costo

Mayor rendimie

nto

Tiempo

Permite seleccionar y separar a

la vez

DESVENTAJAS

Contaminación del aire (filtros)

Aglomerados (control de humedad ambiental)

Irritación, toxicidad (filtros)

Excesivo ruido

Electricidad estática (toma de tierra)

Desgaste durante las pruebas

Posible taponamiento

TAMIZADO

EN FARMACIA

COMUNITARIA Y

HOSPITALARIA

TAMIZ CIRCULAR

(MANUAL)

EN LA INDUSTRIA

FARMACÉUTICA

CLASIFICACIÓN

TAMIZADORAS INMÓVILES

T. CENTRÍFUGA T. DE VACÍO

TAMIZADORAS MÓVILES

T. VIBRATORIA MECÁNICA

T. VIBRATORIA ELECTROMAGNÉTIC

AT. OSCILATORIA

TAMIZADORES MÓVILES

TAMIZADORAS MÓVILES

TAMIZADOR CENTRÍFUGA

Tamiz enrollado en su interior y estático.Producto cae sobre helicoide, Empuja hacia adelante y contra malla del tamiz.0.074 -5 mm

Ventajas:

Tamizado rápidoProductos húmedosProductos cargados electrostáticamente

TAMIZADORES MÓVILES

TAMIZADORAS MÓVILES

TAMIZADOR DE VACÍO

Dispositivo de pequeño tamaño (sólo puede tamizar 10 g de producto por cada vez), que cierra herméticamente, provisto de una salida del cernido conectada una bomba de vacío. El producto se coloca sobre el tamiz y se hace el vacío por su parte inferior, de tal manera que se producirá la aspiración de las partículas finas que pueda pasar a través del tamiz.Movimiento del producto por cambios de presión

TAMIZADORES INMÓVILES

TAMIZADORAS MÓVILES

TAMIZADORA OSCILANTE

Provisto de dos mallas situadas una encima de la otra a cierta distancia y que se suele instalar colgado del techo de la salida de trabajo.tamiz superior (producto a tamizar )tamiz inferior (bolas de plástico o goma )que, debido al movimiento que se da al aparato, saltan y golpean el tamiz superior evitando que pueda obturarse y favoreciendo la tamización. El movimiento es proporcionado al aparato mediante un eje conectado excéntricamente a una rueda o disco concón movimiento giratorio.

TAMIZADORES INMÓVILES

TAMIZADORAS MÓVILES

TAMIZADORA VIBRATORIA MECÁNICA

La parte mecánica que da movimiento al tamiz consta de un motor unido por un eje a un volante (disco o rueda) que lleva soldado excéntricamente una platina o placa metálica que lo descompensa al girar, provocando una vibración que transmite el tamiz

TAMIZADORES INMÓVILES

TAMIZADORAS MÓVILES

TAMIZADORA VIBRATORIA ELECTROMAGNÉTICA

provista de un electroimán movimiento de vibración. Este electroimán recibe las descargas eléctricas de un circuito de corriente alterna y producirá campos magnéticos, actúa por períodos, siendo lo más recomendable para el buen funcionamiento (50 períodos por segundo)El electroimán atraerá hacia sí y repelará alternativamente a una pieza metálica (unida a la pared mediante un muelle)a la que está sólidamente unido al tamiz vibrar

ALGAS PARDAS (Lessonia trabeculata)

• 10 2000 micrones• 14 1410 micrones• 20 841 micrones• 30 595 micrones• 50 297micrones• 80 180 micrones

Peso inicial: 183.5gPeso final: 178.889g

MERMA: 4.611gFisher-

wheeler Sieve- Shaker

MÉTODOS BASADOS EN LA SEDIMENTACIÓN

CAMPO GRAVITATORIO

ANÁLISIS CON PIPETA

BALANZA DE SEDIMENTACIÓN

FOTOSEDIMENTÓMETRO

CAMPO CENTRÍFUGO

ULTRACENTRÍFUGA

se determina la velocidad de sedimentación de las partículas en

dependencia con su tamaño, densidad y forma (Ley de Stokes)

ANÁLISIS CON PIPETA: PIPETA DE

ANDREASENConsiste en un cilindro graduado de 200 mm que puede albergar alrededor de 500 ml de una suspensión en un líquido. En el centro del cilindro se coloca una pipeta que se mantiene en esa posición con ayuda de un tope de vidrio, de forma que el extremo coincida con el nivel cero. Una llave de tres vías permite que el líquido (muestra mo) entre en un reservorio de 10 ml que después puede vaciarse hacia un matraz o un tubo de centrifugación. Después de lavar la pipeta se vierten otras muestras (con volumen constante) a los tiempos previstos, se evaporan las correspondientes suspensiones y se determina gravimétricamente el residuo seco (m).

BALANZA DE SEDIMENTACIÓN

Este método se basa en la determinación de la cantidad de materia sólida que se deposita sobre el platillo de una balanza situado en el extremo inferior de un cilindro de sedimentación, considerando el incremento continuo del peso del sedimento en relación con el tiempo.

FOTOSEDIMENTÓMETROEn el fotosedimentómetro, la luz procedente de una fuente luminosa estabilizada, atraviesa un sistema de lentes y diagramas y se proyecta sobre una cubeta termostatada en la que se encuentra la suspensión de partículas. Las partículas en suspensión debilitan la intensidad del rayo luminoso que atraviesa la suspensión, de acuerdo con la ley de Lambert – Beer.

Ventajas del fotosedimentómetro son la pequeña concentración necesaria de la suspensión (con menor tendencia a la aglomeración), el acortamiento del tiempo de experiencia de cerca de una hora, y el hecho de que la sedimentación no es interferida por la medición.

ULTRACENTRÍFUGAEn el caso de que el grosor de las partículas sea inferior a 0,5 um, la sedimentación en el campo gravitacional presenta obstáculos infranqueables, por lo que debe recurrirse a la centrifugación. Este tipo de análisis de tamaño de partículas es muy costoso. Utilizando la ultracentrífuga, según Sharples, se puede determinar directamente la curva de distribución.

MÉTODO DE

ELUTRIACIÓN

Un polvo es dividido en fracciones dentro de una escala conocida, por medio de un líquido de fluido vertical hacia arriba a través de una serie de vasijas cónico cilíndricas de diámetro sucesivamente mayor. Consecuencia de este último, es que la velocidad del fluido emergente de cada vaso se hace progresivamente menor, permitiendo así que el material llevado al siguiente vaso sea determinado por la velocidad del fluido emergente del vaso precedente, por lo tanto el material es fraccionado en muestras cuyo tamaño es correspondiente a la velocidad inicial en cada vasija, la cual es conocida.

• Desde 0.4 um hasta 1200 um de diametro.

El nuevo Multisizer 4 es el contador y analizador de tamaño de partículas ycélulas más avanzado.

Esquema de funcionamiento de un instrumento empleando elprincipio de Coulter.

• Miden tamaños desde 2 hasta 5000.

• Las partículas pasan una por una a través de una ventana

Procedimientos con luz dispersada

Procedimientos turbidimétricos

METODOS FOTOMETRICOS

La intensidad de la luz dispersada se mide indirectamente a partir de la debilitación del rayo luminoso que pasa a través de una suspensión de las partículas.

Se somete a iluminación un gas que se insufla o que contiene las partículas en suspensión. Un detector provisto de un analizador electrónico, que trabaja según el principio de discriminación, transforma la variación de intensidad luminosa en impulsos eléctricos proporcionales.

Analizador de distribución de tamaño de partícula por difracción láser Beckman Coulter LS 13 320 equipado conmódulo de polvo seco Tornado.

IMPORTANCIA DEL TAMAÑO DE PARTÍCULA EN LA INDUSTRIA

ALIMENTARIA

- Tamaño de las gotículas de

grasa dentro de los

productos lácteos influye en

características como el

sabor, estabilidad, etc.

- En helados influye en la

características estruturales

IMPORTANCIA DEL TAMAÑO DE PARTÍCULA EN LA INDUSTRIA

FARMACÉUTICA- En los inhaladores el fármaco se

encuentra en suspensión en un

medio gaseoso, siendo una

manera más efectiva de

suministración de éste.

- El tamaño de partícula que

encontramos es variado siendo

de importancia farmacológica sólo

los que se encuentren en el

intervalo de 1- 10 micras

Tamaño de las partículas

Depósito de las partículas

> 10 micras Orofaringe

5 – 10 micrasGrandes vías respiratorias: tráquea y bronquios principales. Causantes de los efectos sistémicos

1 – 5 micras Pequeñas vías aéreas y región alveolar, responsables del efecto terapéutico

< 1 micra Alcanzan las vías aéreas inferiores pero carecen de fuerza para depositarse chocando con las paredes de los alveolos y siendo expulsados con la espiración

Polvos en la cosmética• En la fabricación de polvos

podemos agrupar por el tamaño de partícula en dos grandes grupos:

• Polvos volátiles (tienen una dimensión de 10-16micras)

• Polvos compactos (de diámetro de 3-16um)

Aplicaciones del talco en la industria cosmética

• El silicato de magnesio es uno de componente principal es en la elaboración de productos cosméticos por ser puro inodoro y libre de impurezas.

• Transfiriendo a los productos cosméticos

Estabilidad Textura Adhesión a la piel Resistencia al agua• De las variaciones del talco

podemos encontrar una amplia gamas de productos tales como los talcos corporales

• jabones exfoliantes• Tiene un tamaño de 45um o

menor pero no excede los 60um

• En la fabricación de lápices y brillos labiales.

• En lo que respecta a productos semisólidos donde la partículas se encuentran dispersa en un medio líquido podemos tener Cremas de barrera

Mascarillas exfoliantes• Podemos encontrar

basicamente microesferas de sílice huecas y otras alternativas como lo son la azúcar morena y derivados

• Mascarilla Astringente, Antiséptica y Calmante

• Con un diámetro de 20um hasta una formación de 100um

• Una innovación que se esta usando es la Malaquita ya que neutraliza el anión superóxido e incrementa la actividad de la enzima glutatión-reductasa limpiando y eliminando los poros.

• Pero uno de sus problemas es el tamaño de la partícula mayor a 5um.

Mascarillas hidratantes• Presentan el tamaño de partícula del

principio activo ( como por ejemplo lo son los esqueleto fibroso elástico de algas o esponjas que están presentes al 0.01-5%) desde los 30-80um y el tamaño de partícula de los excipientes varia de 10um a 200ug

• El principio esta basado en la capacidad de esta fibras de acumular el liquido que se expulsa diariamente manteniendo prolongadamente la textura de la piel.

Otras alternativas