片剂硬度：如何测量、计算和控制
生产既能保证药片结构完整性，使其在供应链中保持完好，又不影响患者安全的药品，是一项难度极高的平衡工作。在固体制剂生产中，精确控制药片的断裂强度（通常称为“硬度”）是防止代价高昂的产品召回的首要保障。
对于生产经理而言，目标很明确：必须找到一种方法，能够绝对重复地测量片剂批次的硬度，并了解如何计算片剂硬度数据以标准化结果。本指南探讨了物理测试的实用科学，将数学公式与我们简明易懂的故障排除方法相结合。
为什么你应该优先考虑物理耐用性
在讨论设备之前，我们需要先解释一下为什么这会造成如此大的困扰。我们经常提醒客户，硬度不仅仅是显示屏上的数字读数；它是决定批次合格与否的关键因素。重视这种物理耐久性至关重要，因为它能确保在生产、运输和搬运过程中保持机械完整性，防止破损并维持药物释放曲线的一致性（Hare et al., 2018; Abdelbary et al., 2004）。
如果剂型过于致密，活性成分可能无法在体内有效释放——我们认为这是最难解决的问题。另一方面，如果片剂太软，则在包衣或包装过程中容易碎裂、磨损和降解。最终，平衡硬度和崩解性对于制备既耐用又能有效释放药物的片剂至关重要（Roy et al., 2025; Nakamura et al., 2021）。
如何测量药片的硬度（可靠方法）
我们用于片剂硬度测试的方法已经发生了显著变化。虽然传统的手动测试设备曾经风靡一时，但我们坚信，现代监管标准不允许操作人员存在任何操作差异。
片剂硬度通常使用径向压缩测试仪进行评估，但我们看到一些新型在线方法，例如光学相干断层扫描 (OCT)，可以实时、无损地监测硬度和孔隙率 (Fink et al., 2024)。然而，对于标准批次放行而言，严格遵守台式测试仪的操作规程是不可或缺的。
以下是正确执行该过程的方法：
第一步：统计样本选择
选择具有统计学意义的样本数量（通常为 10-20 片），避免因样本异常值而导致决策失误。仅依赖单个样本是一种捷径，会导致批次记录不准确。我们还建议在测试前检查样本是否存在可见缺陷（例如封盖或覆膜），因为预先损坏的药片会使断裂力数据偏低。
步骤 2：压板清洁和归零
放置样品前，请确保压片表面无粉末残留。先前测试中积累的粉尘会起到缓冲作用，人为地增加压碎药片所需的力。每次运行前，请确认仪器读数为零。
步骤 3：精确对齐
将药片放置在两个压片之间。这一点我们必须强调：每次都必须确保压片方向完全一致（横向或纵向）。对于有刻痕的药片，请确定测试方向是沿刻痕方向还是平行于刻痕方向，并始终保持一致。任何不一致的操作都会导致数据无效。
步骤 4：控制力施加
该仪器驱动钳口向前移动，直至装置卡入到位。理想情况下，这一过程应自动完成，以确保压缩速度保持恒定。
关于速度的说明：许多药典区分恒速（测量每秒位移）和恒载（测量每秒力增加）。我们更倾向于恒速系统，因为它们能更可预测地处理不同的制剂。
步骤五：数据采集和断裂分析
结构失效的精确时刻会被记录下来。现代系统会立即将此数据数字化。然而，观察其断裂方式也很重要。干净利落的断裂表明测试有效。如果片剂不是断裂而是碎裂或分层（水平裂开），则硬度值可能无法真实反映其强度，而是内部结构缺陷的迹象。
我们的专业观点：重复性至关重要。我们强烈推荐使用恒速测量原理的测试仪器。我们认为，消除“操作员旋转手柄的速度”这一变量是确保数据可靠性的最有效措施。
如何计算片剂的硬度（和抗拉强度）
在生产车间，“计算”通常指的是验证自动化系统的读数。然而，我们始终建议研发团队不要仅仅关注这些基本数值。如果您要比较不同尺寸的片剂，了解如何将片剂受力转化为拉伸断裂强度 (TFS) 至关重要。
硬度的计算通常涉及抗拉强度测量和将机械性能（如粘合面积和粘合强度）与压片性联系起来的指标，其中压实压力和材料塑性起着重要作用（Shi & Sun，2024；Hiestand & Smith，1984）。
如果仅凭硬度数据来比较大而厚的片剂和较小的片剂，你会得到误导性的信息。要真正理解其机械性能，你需要计算以下公式：
地点：
- σx = 真实机械强度（抗拉强度，单位为兆帕）
- F = 将其压碎所需的压力（牛顿）
- d = 平板电脑的宽度（毫米）
- h = 药片的厚度（毫米）
假设计算
让我们通过一个理论场景来演示如何计算片剂强度的硬度。假设您正在分析一片直径 ( d ) 为 10 毫米、厚度 ( h ) 为 4 毫米的标准圆形片剂。数字测试仪显示其断裂力 ( F ) 为 80 牛顿。
σ x = (2 × 80) / (3.14159 × 10 × 4) = 1.27 兆帕
通过将原始力转换为兆帕，现在可以直接将此配方的固有强度与不同片剂尺寸进行比较，这是仅凭原始硬度数据无法提供的。
“标准化”单位换算表
我们经常看到实验室人员苦于查阅使用过时计量单位的历史数据表。为了避免您反复查阅，以下是我们常用的标准换算表：
| 单位 | 它实际等于什么 |
|---|---|
| 1千磅（Kp） | 9.807 牛顿 (N) |
| 1 斯特朗-科布（南卡罗来纳州） | ≈ 0.7 千磅 (Kp) |
| 1 牛顿 (N) | 0.102千磅（Kp） |
| 1 磅 (lb) | 0.454千磅（Kp） |
调整之前：环境因素
这是造成最多不必要工作的疏忽。在急于修改压片机的设置之前，请先检查环境条件。我们曾目睹过，仅仅因为实验室环境发生变化，原本完全有效的配方就失效了。
相对湿度（增塑剂效应）
水分起到增塑剂的作用。我们经常观察到药片在高湿度环境下软化，这是因为水分子会干扰颗粒间的结合位点。
举例说明：假设一位技术人员在暴雨期间（湿度最高）校准一台旋转式压片机。如果生产在干燥的周二恢复，药片可能会突然变脆，并在弹出后立即崩裂。机器设置没有改变，改变的是空气湿度。
温度波动
如果室温过高，机器运转产生的摩擦热会软化低熔点粘合剂。这对于含有蜡或聚乙二醇（PEG）的配方尤其成问题，因为这些物质在运行过程中会变得柔软，冷却后又会不可预测地硬化。
压缩后固化
我们强烈建议在压片后立即测量硬度，并在指定的松弛期后再次测量。许多配方在静置 24 小时后会“固化”，硬度显著提高。如果您仅根据压片机出口处的硬度值来放行产品，那么您运送的药片在到达消费者手中时可能已经过硬。
故障排除：控制耐久性
要达到理想的状态——片剂坚实但不致密——需要调整压片设备和粉末混合物。可以通过优化配方变量（例如，粘合剂类型、粒径）和工艺参数（例如，制粒方法、压片力）来提高硬度（Máthé et al., 2025）。
以下是我们应对如何提高片剂批次硬度（或者相反，如何软化片剂批次）这一挑战的方法。
如何提高药片的硬度
当一批片剂过于易碎，需要提高片剂结构的硬度以通过脆碎度滚筒测试时，请考虑以下修正方法：
- 增加压片压力：这是最直接的解决方法。加大压片力度。但是，务必小心——如果压力过大，药片盖可能会脱落（脱盖），从而引发新的问题。
- 调整粘合剂：在混合物中，增加负责粘合的成分比例。硬度受粘合剂类型的影响很大——聚乙烯吡咯烷酮（PVP K30）和羟丙基甲基纤维素（HPMC）已知可以提高硬度，而淀粉通常会导致更快的崩解，但硬度较低（Roy et al., 2025）。
配方示例：例如，粗粒草药原料通常难以用标准淀粉糊粘合。在这种情况下，改用强度更高的聚乙烯吡咯烷酮（PVP）并略微提高其浓度，即可使原料批次通过脆碎度测试，而无需过大的压制力。
- 改善颗粒质量：如果细粉过多而粗颗粒不足，则基质无法紧密结合。
调整水分含量：这看似有悖常理，但如果混合物过于干燥，就会缺乏粘合所需的凝聚力。控制水分的添加通常可以解决这个问题。
相关文章： 片剂硬度和脆碎度的区别
如何降低药片硬度
如果您的片剂密度过高，溶解时间过长，您需要立即确定如何降低片剂硬度。降低硬度的方法可能包括降低粘合剂浓度或使用崩解剂来促进片剂更快崩解（Abdelbary et al., 2004; Nakamura et al., 2021）。
- 降低压力：降低冲压力度是合乎逻辑的第一步。
- 加入崩解剂：添加“超级崩解剂”，这种崩解剂在接触液体后会迅速膨胀，迫使片剂结构分开。
- 检查润滑情况：我们经常遇到这种情况——润滑剂（硬脂酸镁）混合时间过长。它过度包裹颗粒，导致颗粒无法相互结合。缩短混合时间通常可以快速解决问题。
- 增加孔隙率：改变颗粒尺寸分布，在片剂中产生更多微小的空隙。
配方示例：以咀嚼型维生素C片为例。如果将其压制成坚硬如石的状态，则容易硌牙，而不是安全地咀嚼。通过略微增大主要辅料的粒径，可以在其内部结构中引入更多气孔（孔隙率），从而在不改变化学成分的情况下降低断裂强度。
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参考文献：
- Abdelbary, G.、Prinderre, P.、Eouani, C.、Joachim, J.、Reynier, J. 和 Piccerelle, P. (2004)。 使用亲水性蜡状粘合剂制备口腔崩解片。 国际药学杂志，278(2)，423-33。
- Fink, E.、Celikovic, S.、Fraga, R.、Remmelgas, J.、Rehrl, J. 和 Khinast, J. (2024)。 利用光学相干断层扫描技术对片剂进行在线孔隙率和硬度监测。 国际药学杂志，124808。
- Hare, C.、Bonakdar, T.、Ghadiri, M. 和 Strong, J. (2018)。 药片受到冲击而破损。 国际药学杂志，536(1)，370-376。
- Hiestand, H. 和 Smith, D. (1984)。 压片性能指标。 粉末技术，38，145-159。
- Máthé, R.、Casian, T. 和 Tomuşǎ, I. (2025)。 多元数据分析在工业规模的片剂生产过程中评估工艺演变和系统根本原因调查中的应用——以提高片剂硬度为例的案例研究。 药物学，17。
- Nakamura, S.、Fukai, T. 和 Sakamoto, T. (2021)。 采用纤维素纳米纤维作为功能性添加剂，通过直接粉末压片法制造口腔崩解片。 AAPS PharmSciTech，23。
- 罗伊，P.，比斯瓦斯，A.，普拉蒂哈，S.，＆戈什，A.（2025）。 不同粘合剂对片剂硬度和崩解的影响。 国际药物研究与应用杂志。doi.org/10.35629/4494-100216121620
- 施 L. 和孙 C. (2024)。 通过结合面积-结合强度的相互作用，了解压实压力和晶体硬度对粉末压片性能的影响。 国际药学杂志，124253。doi.org/10.1016/j.ijpharm.2024.124253
