第七節　黏度測定

一、原理

黏度系指流體對流動的阻抗能力，采用動力黏度、運動黏度或特性黏度以表示之。

流體分牛頓流體和非牛頓流體兩類。牛頓流體流動時所需剪應力不隨流速的改變而改變，純液體和低分子物質的溶液屬于此類；非牛頓流體流動時所需剪應力隨流速的改變而改變，高聚物的溶液、混懸液、乳劑分散液體和表面活性劑的溶液屬于此類。

黏度的測定可用黏度計。黏度計有多種類型，《中國藥典》2015年版采用毛細管式和旋轉式兩類黏度計。毛細管黏度計因不能調節線速度，不便測定非牛頓流體的黏度，但對高聚物的稀薄溶液或低黏度液體的黏度測定影響不大；旋轉式黏度計適用于非牛頓流體的黏度測定。

動力黏度是指液體以1cm/s的速度流動時，在每1cm2平面上所需剪應力的大小，以Pa·s為單位。

運動黏度是指在規定條件下測定供試品在平氏黏度計中的流出時間（s），與該黏度計用已知黏度的標準液測得的黏度計常數（mm2/s2）相乘所得的值，單位為mm2/s。

在相同溫度下，液體的動力黏度與其密度（kg/m3）的比值，再乘10-6，即得該液體的運動黏度。

在溶液中，溶劑的黏度η0常因高聚物的溶入而增大，溶液的黏度η與溶劑的黏度η0的比值（η/η0）稱為相對黏度（ηr），常用在烏氏黏度計中的流出時間的比值（T/T0）來表示；當高聚物溶液的濃度較稀時，其相對黏度的對數值與高聚物溶液濃度的比值，即為該高聚物的特性黏數［η］，根據高聚物的特性黏數可以計算其平均分子量。

二、方法

（一）測定方法

1.第一法：用平氏黏度計測定運動黏度或動力黏度

本法系用相對法測量一定體積的液體在重力作用下流經毛細管所需時間，以求得液體的運動黏度或動力黏度。

本法適用于測定牛頓流體（如純液體和低分子物質的溶液）的動力黏度或運動黏度。

（1）儀器與用具

①平氏黏度計：如圖2-7所示，毛細管內徑有（0.8±0.05）mm、（1.0±0.05）mm、（1.2±0.05）mm、（1.5±0.1）mm或（2.0±0.1）mm多種，可根據各品種項下規定選用（流出時間不小于200s）。

②恒溫水浴：直徑30cm以上、高40cm以上的玻璃缸或有機玻璃缸，附有電動攪拌器及電熱裝置，恒溫精度±0.1℃。

③溫度計：分度0.1℃，經周期檢定。

④秒表：分度0.2s，經周期檢定。

（2）操作方法

①黏度計的清洗和干燥：取黏度計，置鉻酸洗液中浸泡2h以上（沾有油漬者，應依次先用三氯甲烷或汽油、乙醇、自來水洗滌晾干后，再用鉻酸洗液浸泡6h以上），自來水沖洗至內壁不掛水珠，再用水洗3次，120℃干燥，備用。

②按各品種項下規定的測定溫度調整恒溫水浴溫度。

③取黏度計，在支管E上連接一橡皮管，用手指堵住管口2，倒置黏度計，將管口1插入供試品（或供試溶液）中，自橡皮管的另一端抽氣，使供試品充滿球C與A并達到測定線m2處，提出黏度計并迅速倒轉，抹去黏附于管外的供試品，取下橡皮管接于管口1上，將黏度計垂直固定于恒溫水浴中，并使水浴的液面高于球C的中部，放置15min后，自橡皮管的另一端抽氣，使供試品充滿球A并超過測定m1，開放橡皮管口，使供試品在管內自然下落，用秒表準確記錄液面自測定線m1下降至測定線m2處的流出時間；依法重復測定3次以上，每次測定值與平均值的差數不得超過平均值的±5％。另取一份供試品同樣操作，并重復測定3次以上。以先后兩次取樣測得的總平均值按公式計算，即得。

④測定動力黏度時，按“相對密度測定法”測定供試溶液在相同溫度下的密度（ρ）。

（3）記錄與計算　記錄測定溫度，平氏黏度計的編號、K值和毛細管內徑，每次流出時間等；測定運動黏度時，還應按《中國藥典》2015年版“相對密度測定法”項下的規定，記錄有關數據。

計算公式：

ν（mm2/s）=Kt　　（2-5）

η（Pa·s）=10-6Ktρ　　（2-6）

式中　K——用已知黏度標準液測得的黏度計常數，mm2/s2；

t——測得的平均流出時間，s；

ρ——供試溶液在相同溫度下的密度，kg/m3。

2.第二法：用旋轉式黏度計測定動力黏度

旋轉黏度計通常是根據在旋轉過程中作用于液體介質中的切應力大小來完成黏度測定的。

本法用于測定液體的動力黏度。

（1）儀器

①同軸雙筒黏度計　將供試品注入同軸的內筒和外筒之間，并自動轉動，當一個筒以指定的角速度或扭力矩轉動時，測定對另一個圓筒上產生的扭力矩或角速度，由此可計算出供試品的黏度。

②單筒轉動黏度計　在單筒類型的黏度計中，將單筒浸入供試品溶液中，并以一定的角速度轉動，測量作用在圓筒表面上的扭力矩來計算黏度。

③錐板型黏度計　在錐板型黏度計中，供試品注入錐體和平板之間，錐體和平板可同軸轉動，測量作用在錐體或平板上的扭力矩或角速度以計算黏度。

④旋轉式黏度計　按各品種項下的規定選擇合適的轉子浸入供試品溶液中，使轉子以一定的角速度旋轉，測量作用在轉子上的扭力矩以計算黏度。常用的旋轉式黏度計有多種類型，可根據供試品實際情況的黏度范圍適當選用。

（2）操作方法　照各品種項下所規定的儀器，按儀器說明書操作。

（3）計算

供試品的動力黏度η（Pa·s）=K（T/w）　　（2-7）

式中　K——用已知黏度的標準液測得的旋轉式黏度計常數；

T——扭力矩；

w——角速度。

3.第三法：用烏氏黏度計測定特性黏數

溶劑的黏度常因高聚物的溶入而增大。本法利用毛細管法測定溶液和溶劑流出時間的比值，可求出高聚物稀溶液的特性黏度，以間接控制其分子量值。

（1）儀器與用具

①烏氏黏度計：如圖2-8所示，除另有規定外，毛細管E內徑為（0.5±0.05）mm、長（140±5）mm，測定球A的容量為（3.5±0.5）ml（選用流出時間以在120～180s之間為宜）。

②恒溫水浴：直徑30cm以上、高40cm以上的玻璃缸或有機玻璃缸，附有電動攪拌器及電熱裝置，恒溫精度±0.05℃。

③溫度計：分度0.1℃，經周期檢定。

④秒表：分度0.2s，經周期檢定。

（2）操作方法

①黏度計的清洗和干燥：取黏度計，置鉻酸洗液中浸泡2h以上（沾有油漬者，應依次先用三氯甲烷或汽油、乙醇、自來水洗滌晾干后，再用鉻酸洗液浸泡6h以上），自來水沖洗至內壁不掛水珠，再用水洗3次，120℃干燥，備用。

②除另有規定外，調整恒溫水浴溫度在25℃±0.05℃。

③取供試品，照各該品種項下的規定制成一定濃度的溶液，用3號垂熔玻璃漏斗濾過，棄去初濾液，取續濾液（不得少于7ml）沿潔凈、干燥的烏氏黏度計的管2內壁注入B中，將黏度計垂直固定于恒溫水浴中，并使水浴液面高于球C，放置15min，將管口1、3各接一乳膠管，夾住管口3的膠管，自管口1處抽氣，使供試品溶液的液面緩緩升高到球C的中部，先開放管口3，再開放管口1，使供試品溶液在管內自然下落，用秒表準確記錄液面自測定線m1下降至測定線m2處的流出時間；重復測定2次，2次測定值相差不得超過0.1s，取2次的平均值為供試液的流出時間（T）。另取1份供試品，依法制成溶液后，按上述操作測定流出時間。取經3號垂熔玻璃漏斗濾過的溶劑同樣操作，重復測定2次，2次測定值應相同，為溶劑的流出時間（T0）。按公式計算特性黏數，即得。

（3）記錄與計算　記錄供試品取樣量，供試溶液的制備、測定溫度，供試溶液和空白溶劑的流出時間等。

計算公式：

式中　c——供試溶液的濃度，g/ml。

其他符號含義同前。

（4）結果與判定　兩份供試品的測定值與平均值的差數未超過平均值的±1％時，取平均值［η］，即得供試品的特性黏數。若超過±1％，應另取2份復試。

（二）注意事項

①黏度隨溫度升高而減小，故測定黏度時應嚴格按規定的溫度測定，實驗室溫度與黏度測定溫度相差不應太大，當室溫高于測定溫度時，應注意降低室溫。

②在抽氣吸取供試液時，不得產生斷流或氣泡。

③黏度計應垂直固定于恒溫水浴中，不得傾斜，以免影響流出時間。

④測定T（或T0）時，應再將黏度計內壁清洗潔凈，并用待測溶液（溶劑）分次淋洗。

⑤黏度計應用汽油或石油醚洗凈，若有不易沖洗的污漬，可用重鉻酸鉀洗液蕩洗，然后再用水、乙醇等依次洗滌，待完全干后才能使用。

三、應用

測定液體藥品或藥品溶液的黏度可以鑒別或檢查其純雜程度。用測定的結果與2015年版《中國藥典》中藥物的黏度進行比較，以判定藥品是否符合規定。如2015年版《中國藥典》規定二甲硅油的運動黏度（第一法，毛細管內徑2mm）在25℃時為500～1000mm2/s。