Spray measurement in the pharmaceutical and other industries

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Spray measurement in the pharmaceutical and other
industries

• Dr Paul Kippax, Product Manager Laser
  Diffraction

Malvern Instruments Limited, Malvern, Worcs, UK
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Laser DiffractionMalvern Spraytec

• Wide dynamic range (0.1 2000mm)
• 10kHz data acquisition rate
• High concentration measurements
• Can characterise wide spray plumes
• High sample throughput
• Well established (ISO13320-1)

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Laser DiffractionWhat does it measure?
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Laser DiffractionMalvern Spraytec System Detail
Detector system
300mm or 750mm lens
Collimating Optics
Data Acquisition System
HeNe Gas Laser
IP65 Enclosures
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SpraytecMeasurement Process
Alignment Background
Measurement
Result
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Nasal SpraysGeneral Overview

• Advantages of Nasal Spray drug delivery
• Non-invasive
• Large surface area available for drug absorption.
• Drug absorption rate into blood stream comparable
  to intravenous medication.
• Ease of formulation for complex molecules
• Key research areas
• Actuation-independent operation
• Single-shot vaccine delivery systems

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Nasal Sprays - Atomisation Dynamics
Stabilisation phase
Dissipation phase
Formation phase
Fully Developed Phase
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Nasal SpraysTail-off study 30mm distance
Actuation 1 amorçage Actuation 41 la
granulométrie augmente dûe à une chambre de
dosage mal remplie, visible sur le niveau de
transmission (obscuration). La reproductibilité
est excellente et lt3 sur 59 activations. Actuatio
n 60 La taille des gouttelettes augmentent car
la chambre de dosage est insuffisamment remplie.
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Nasal SpraysSpray Size Force Dependence
Le système dactivation automatique teste
différentes conditions de force dappui sur la
pompe. Pompe A produit un spray selon les normes
admises par voie nasale. Pompe B déconseillée aux
enfants et personnes agées.
Pump A is good
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Tablet Coating Sprays

• Coatings applied to tablets to provide
• Colour / patient recognition
• Differential absorption within the patient
• Ease of swallowing
• Droplet size important as it defines
• Coating Thickness
• Coating Uniformity
• Transfer efficiency
• Possibility of tablets bridging
• Similar nozzles used in granulation process
• Spray size relates to rate of binding
• Control required to prevent bridging

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Coating NozzleDI Water Air Pressure Dependence
Importants paramètres Pression de gaz et débit
La taille des gouttes augmente quand la pression
diminue. On detecte des grosses gouttelettes même
à haute pression (mouillage de la buse)
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Coating NozzlePolyvinylpyrolidone (PVP
Solution) Flow Rate Dependence
Changement important de la taille en fonction du
débit, à pression 0,5bar, avec distribution
bimodale (2 pics distincts). Energie insuffisante
pour casser PVP trop visqueux.
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Coating NozzlePVP Solution Size History at 0.5
bar
Suivi temporel datomisation du PVP à 0,5bar et
10ml/mn. CV sur D(90) 15 La fragmentation des
gouttes est mal assurée à cette pression trop
faible
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Coating NozzlePVP Solution Size History at 1.5
bar pressure
Suivi datomisation du PVP à 1,5bar et
10ml/mn. CV sur D(90) 1,5 La fragmentation des
gouttes est bien assurée à cette pression
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Personal and Domestic Products

• Represents one of the largest markets for aerosol
  products
• Perfumes / Deodorants
• Hair Sprays
• Furniture Polish
• Air Fresheners
• Sprays are used to ensure a good surface coverage
  is achieved
• Particle size important in order to
• Ensure even surface converge
• Ensure rapid evaporation
• Reduce wetness
• Prevent lung deposition

• La taille des particules est importante pour
  éviter les réactions allergiques (laques, anti
  poux, insecticides). Elle dépend de la pression
  dans le flacon, de la buse et de la viscosité du
  produit à atomiser.

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Personal ProductsSpray Actuation Medium Hold
Hairspray
Les laques coiffantes se situent vers 30 à 60
µm. Plus le maintien est fort et plus la
concentration en polymère est élevée. Les grosses
gouttelettes sèchent moins vite et produisent un
effet collant. Lamorçage dépend du produit resté
dans la buse à lutilisation précédente
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Personal ProductsDifferent hairspray formulations
Maintien extra fort D50 45 µm D10 15
µm Maintien fort D50 40 µm D10 30
µm Maintien naturel D50 30 µm
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ConclusionsCapabilities of Laser Diffraction

• Broad sizing range
• 0.1 2000 microns
• 300mm lens 0.1 900 microns (0.5 600 microns
  for Dv50)
• 750mm lens 2-2000 microns (5 1600 microns for
  Dv50)
• Optimised for spray measurements
• High concentration measurements
• Ability to measure over large distances (150mm at
  0.5 microns and over 1000mm at 10 microns)
• Configurable for different sprays
• Enables the measurement of both long and short
  term events
• 10kHz maximum acquisition rate
• High measurement throughput