Method Development for Droplet and Particle Size Distribution Measurements using Laser Diffraction

This degree project aims to develop standard methods for determination of the size distribution in different samples using laser diffraction, as well as to create methodologies for development of new methods for unknown samples. The size distribution is crucial to understand for pharmaceutical products since it affects properties such as the stability and bioavailability of the product. A way to measure the size distribution is to use laser diffraction. Laser diffraction is a technique in which laser beams are directed through a sample flow. When the laser beam hits a particle in the sample flow, the light scatters at different angles and intensities depending on the size and shape of the particle. The scattered light is then detected and translated into a size distribution, in this degree project by using the Mie theory. Different parameters suspected to affect the size distribution when using laser diffraction were analysed and evaluated for both emulsion- and powder samples. Due to the small droplet- and particle sizes, the sample preparation technique was believed to have a great impact on the size distribution. Other than this, the parameters pump speed, sonication intensity, obscuration and delay time were evaluated. The pump speed as well as the sonication time and intensity were found to affect the size distribution the most, while the delay time had a slight effect, and the obscuration barely affected the size distribution. It was further found that the powder samples were less sensitive than the emulsions and hence could withstand more energy in terms of higher pump speeds and sonication intensities. This also contributed to different optimal dispersing techniques during sample preparation; the powders were dispersed by sonication while the emulsions were dispersed by stirring on a magnetic stirrer plate. Other than this, the temperature was found to greatly impact the size distribution of the emulsions. In short, it was concluded that the pump speed and s
Metodutveckling för Mätning av Dropp- och Partikelstorleksfördelning med hjälp av Laserdiffraktion Partiklar finns i princip överallt runtomkring oss, och har en stor betydelse inom många industrier. Partikelstorleken i målarfärg avgör dess kvalitet, partiklar i miljön påverkar vår hälsa, och partikelstorleken i läkemedel påverkar dess effektivitet och stabilitet, för att nämna några exempel. Fokus för detta examensarbete har varit att bestämma partikelstorleken i olika läkemedel, såsom emulsioner och torra pulver. Två olika typer av emulsioner analyserades; hudkräm och hudlotion. I dessa emulsioner har en oljefas blandats i en vattenfas, likt beredningen av majonnäs. Oljefasen bildar då små oljedroppar i vattenfasen, eftersom olja inte löser sig i vatten. Droppstorleken av oljedropparna är viktig att känna till då den påverkar formuleringens egenskaper, såsom hur den känns på huden och hur snabbt den absorberas. Utöver emulsionerna analyserades två pulver; laktos och mometasonfuroat. Laktos kan användas i inhalationsprodukter medan mometasonfuroat kan användas som antiinflammatorisk komponent i exempelvis hudkrämer. Det är viktigt att veta partikelstorleken för inhalationsprodukter eftersom de måste vara tillräckligt små för att ta sig ner i lungorna i stället för att exempelvis andas ut, medan partikelstorleken för det antiinflammatoriska pulvret påverkar huruvida det kan tränga igenom huden. Vid mätningar av partikelstorlek är det väsentligt att förstå att partikelstorleken i en formulering inte har ett specifikt värde, utan snarare är en distribution av olika partikelstorlekar. Exempelvis kan det påstås att partikelstorleken är 5 µm, men i verkligheten kan partiklarnas storlek variera från 3 till 7 µm. För att bestämma distributionen är laserdiffraktion en passande teknik. Principen bakom laserdiffraktion är att en laserstråle riktas mot ett prov beståendes av tusentals partiklar, varpå laserstrålen kommer att ändra riktning när den träffar en partikel. Små part