學習重點 依主要作用力辨認設備:錘擊式靠撞擊、滾筒式靠壓縮、切割式靠剪切、球磨機靠球體撞擊與摩擦、流能磨靠高速氣流使粒子互撞。 依物料性質選擇設備:纖維性物料適合切割式;高纖維中藥材細碎以剪切力與研磨力最適合;熱不安定藥品優先考慮流能磨。 掌握粒徑比較:滾筒式相對較粗;球磨機可細磨;流能磨是微粉化代表,在本單元的設備比較中可選作達到次微米的方法。 熟記球磨機的裝填量、轉速與研磨球條件,並知道球磨機可進行乾式及濕式研磨。 分清濕磨設備與乳缽選擇:研缽、滾筒式及球磨機可用於濕式研磨;一般流能磨不適用;製備乳劑選Wedgwood mortar。 核心觀念 一、粉碎作用力與物料性質 粉碎是施加機械能,使固體破裂並縮小粒徑。實際設備可能同時具有數種作用力,辨認時應抓住其主要機制。 作用力作用方式代表設備或用途 衝擊力快速撞擊使物料破裂錘擊式粉碎機;適合脆性物料 壓縮力擠壓物料使其破碎滾筒式、顎式粉碎機 剪切力以刀片切斷物料切割式研磨機;適合纖維性物料 摩擦研磨力藉接觸、摩擦使粒子細化研缽與杵、球磨機的部分作用 纖維性物料韌性高,單靠擠壓或撞擊不易有效切斷纖維,因此適合切割式研磨機(cutter mill)。高纖維中藥材進行細碎時,應掌握剪切力和研磨力的組合。 二、錘擊式粉碎機:撞擊與篩網 錘擊式粉碎機(hammer mill)利用高速旋轉的槌或葉片撞擊物料,使粒子破碎,再通過篩網排出適當大小的粒子。辨認關鍵是「槌或葉片快速撞擊+通過篩網」;不能只看到葉片就判斷為切割式。 產出粒徑受轉速、篩網孔徑與厚薄、槌的種類與數目,以及進料速度影響。篩網除了決定粒子能否通過,也影響通過阻力及物料在研磨室中的停留情形,因此「粒徑與篩網厚薄無關」是錯誤敘述。各因素會交互影響,不宜一律斷言某因素增加就必定更細。 本單元將錘擊式(impact crusher)歸為無法達到細於120 mesh粉末的選項;相較之下,水飛法、球磨機及流能磨可製得更細的粉末。此處的「細於120 mesh」是指粉粒更小,不是篩目數更小;一般而言,篩目數越大,篩孔越小。 三、滾筒式、切割式與膠體磨 滾筒式研磨機(roller mill):物料通過滾筒間隙,主要受到壓縮,亦可伴隨剪切作用。與球磨機、流能磨及膠體磨比較時,一般得到的粒子較大。適當形式的滾筒設備可用於濕式研磨,例如三滾筒設備處理軟膏或糊劑。 切割式研磨機(cutter mill):以旋轉刀片與固定刀片間的剪切作用降低粒徑,適合生藥、植物組織等纖維性物料。 膠體磨(colloid mill):利用轉子與定子間狹窄間隙產生強大剪切作用,主要處理含液體系統,用於細化分散相及製備乳劑、懸浮劑。 上述比較不代表所有設備都有固定的粒徑排序;實際結果仍受物料性質、機型與操作條件影響。 四、球磨機:裝填量、轉速與研磨球 球磨機(ball mill)在球壺內裝入研磨球與物料。筒體轉動時,球體被帶起後落下,藉撞擊與摩擦研磨使粒子細化。球磨機可進行乾式及濕式研磨,也可製得細於120 mesh的粉末。 裝填量:本單元採用球壺內容物容量約占球壺容積45~55%時研磨效率較佳的判準。須保留球體運動空間,不能將此改寫成「研磨球至少占球罐體積60%」。 轉速:過慢時球體提升不足;過快而達到臨界轉速時,球體會隨筒壁旋轉,難以有效落下撞擊。故研磨效率深受轉速影響,並非越快越好。 重量、硬度與密度:球體須有足夠重量與硬度。在其他條件相近時,密度較大的研磨球通常可提供較大的撞擊作用,提高研磨效率。 球徑搭配:可使用大小不同的球,以兼顧撞擊與球體間的研磨作用;不要求所有球體大小一致。 材質:常見為鐵球、鋼球與陶瓷球,選用時亦須考慮磨耗及對物料的污染。 五、流能磨:高速氣流、微粉化與熱敏物料 流能磨(fluid-energy mill)又稱氣流粉碎機、流動氣體研磨機或jet mill。高速氣流帶動固體粒子,使粒子彼此碰撞而細化;不靠槌頭或研磨球提供主要撞擊。 流能磨是微粉化的代表設備。本單元比較研缽、滾筒式、球磨機與流動氣體研磨機時,可達次微米應選流能磨;這是設備選擇的判斷重點,不表示所有物料與操作條件都必然達到次微米。 氣體膨脹具有冷卻效應,可減輕研磨時的溫升,因此特別適合對熱不安定的藥品。但不能據此推論整個研磨過程絕不升溫。 一般藥劑學所指的流能磨採乾式操作,不適用於濕式研磨。應將「可研得很細」與「是否可濕磨」分開判斷。 六、乾式、濕式研磨與水飛法 乾式研磨不以液體作為研磨介質;濕式研磨則加入適當液體,協助潤濕、分散並研細固體。液體須與物料及製劑需求相容;若目的是保留固體粒子,不宜選用會大量溶解藥物的液體。 方法或設備濕式研磨適用性記憶重點 研缽與杵可可乾磨,也可加適當液體濕磨 滾筒式研磨機可,視設備形式而定例如軟膏、糊劑研磨 球磨機可乾式、濕式皆可 流能磨一般不適用高速氣流帶動乾粉互撞 水飛法(water grinding)利用水協助研磨,並配合粗細粒子在水中沉降速度不同的性質,分取細粒,再收集乾燥。可用於適當的不溶性礦物藥,製得細於120 mesh的粉末。一般加液研磨與包含分級、收集步驟的水飛法,不宜完全畫上等號。 七、乳缽的選擇 一般製備乳劑,應選Wedgwood乳缽。其內面較粗糙,可提供足夠摩擦與研磨作用,協助形成乳劑。 玻璃乳缽(glass mortar)表面較光滑,適合液體混合或溶解等操作;在本單元的乳劑製備比較中,不應以玻璃乳缽取代Wedgwood乳缽。研缽與杵本身則可依操作需要用於乾磨或濕磨。 常考陷阱 原理混淆:「高速氣體使粒子互撞」是流能磨;「槌或葉片撞擊並通過篩網」是錘擊式;「球體撞擊與摩擦」是球磨機;「刀片剪切」是切割式。 忽略篩網厚度:錘擊式粒徑與篩網厚薄有關,不能只記孔徑與轉速。 纖維性物料選錯作用力:設備選切割式;高纖維中藥材細碎的作用力選剪切與研磨。 混淆粒徑比較:滾筒式相對較粗;細於120 mesh的能力比較中,錘擊式是不能達到者;次微米設備比較選流能磨。 球磨機裝太滿:內容物45~55%與「圓球至少60%」意義不同,後者錯誤。球體需要空間提升、落下。 把濕磨當成球磨機缺點:「球磨機不適用濕式研磨」錯誤;一般不適用濕磨的是流能磨。 把熱敏適用性說成絕不升溫:流能磨有氣體膨脹冷卻效應,適合熱不安定藥品,但不宜作絕對化解讀。 乳劑乳缽選錯:抓住粗糙內面與研磨作用,選Wedgwood。 記憶口訣 「槌撞、刀切、滾壓、球磨、氣互撞」:辨認五類設備的主要原理。 「纖維剪加磨,熱敏找氣流」:連結物料性質與設備選擇。 「球磨約半滿,適速乾濕行」:記住裝填量、轉速與濕磨能力。 「乳劑選粗面,Wedgwood記牢」:掌握乳缽選擇。