第七节 黏度测定
一、原理
黏度系指流体对流动的阻抗能力，采用动力黏度、运动黏度或特性黏度以表示之。
流体分牛顿流体和非牛顿流体两类。牛顿流体流动时所需剪应力不随流速的改变而改变，纯液体和低分子物质的溶液属于此类；非牛顿流体流动时所需剪应力随流速的改变而改变，高聚物的溶液、混悬液、乳剂分散液体和表面活性剂的溶液属于此类。
黏度的测定可用黏度计。黏度计有多种类型，《中国药典》2015年版采用毛细管式和旋转式两类黏度计。毛细管黏度计因不能调节线速度，不便测定非牛顿流体的黏度，但对高聚物的稀薄溶液或低黏度液体的黏度测定影响不大；旋转式黏度计适用于非牛顿流体的黏度测定。
动力黏度是指液体以1cm/s的速度流动时，在每1cm2平面上所需剪应力的大小，以Pa·s为单位。
运动黏度是指在规定条件下测定供试品在平氏黏度计中的流出时间（s），与该黏度计用已知黏度的标准液测得的黏度计常数（mm2/s2）相乘所得的值，单位为mm2/s。
在相同温度下，液体的动力黏度与其密度（kg/m3）的比值，再乘10-6，即得该液体的运动黏度。
在溶液中，溶剂的黏度η0常因高聚物的溶入而增大，溶液的黏度η与溶剂的黏度η0的比值（η/η0）称为相对黏度（ηr），常用在乌氏黏度计中的流出时间的比值（T/T0）来表示；当高聚物溶液的浓度较稀时，其相对黏度的对数值与高聚物溶液浓度的比值，即为该高聚物的特性黏数［η］，根据高聚物的特性黏数可以计算其平均分子量。
二、方法
（一）测定方法
1.第一法：用平氏黏度计测定运动黏度或动力黏度
本法系用相对法测量一定体积的液体在重力作用下流经毛细管所需时间，以求得液体的运动黏度或动力黏度。
本法适用于测定牛顿流体（如纯液体和低分子物质的溶液）的动力黏度或运动黏度。
（1）仪器与用具
①平氏黏度计：如图2-7所示，毛细管内径有（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多种，可根据各品种项下规定选用（流出时间不小于200s）。
图2-7 平氏黏度计
1—主管；2—宽管；3—弯管；A—测定球；B—储器；C—缓冲球；D—毛细管；E—支管；m1，m2—环形测定线
②恒温水浴：直径30cm以上、高40cm以上的玻璃缸或有机玻璃缸，附有电动搅拌器及电热装置，恒温精度±0.1℃。
③温度计：分度0.1℃，经周期检定。
④秒表：分度0.2s，经周期检定。
（2）操作方法
①黏度计的清洗和干燥：取黏度计，置铬酸洗液中浸泡2h以上（沾有油渍者，应依次先用三氯甲烷或汽油、乙醇、自来水洗涤晾干后，再用铬酸洗液浸泡6h以上），自来水冲洗至内壁不挂水珠，再用水洗3次，120℃干燥，备用。
②按各品种项下规定的测定温度调整恒温水浴温度。
③取黏度计，在支管E上连接一橡皮管，用手指堵住管口2，倒置黏度计，将管口1插入供试品（或供试溶液）中，自橡皮管的另一端抽气，使供试品充满球C与A并达到测定线m2处，提出黏度计并迅速倒转，抹去黏附于管外的供试品，取下橡皮管接于管口1上，将黏度计垂直固定于恒温水浴中，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气，使供试品充满球A并超过测定m1，开放橡皮管口，使供试品在管内自然下落，用秒表准确记录液面自测定线m1下降至测定线m2处的流出时间；依法重复测定3次以上，每次测定值与平均值的差数不得超过平均值的±5％。另取一份供试品同样操作，并重复测定3次以上。以先后两次取样测得的总平均值按公式计算，即得。
④测定动力黏度时，按“相对密度测定法”测定供试溶液在相同温度下的密度（ρ）。
（3）记录与计算 记录测定温度，平氏黏度计的编号、K值和毛细管内径，每次流出时间等；测定运动黏度时，还应按《中国药典》2015年版“相对密度测定法”项下的规定，记录有关数据。
计算公式：
ν（mm2/s）=Kt （2-5）
η（Pa·s）=10-6Ktρ （2-6）
式中 K——用已知黏度标准液测得的黏度计常数，mm2/s2；
t——测得的平均流出时间，s；
ρ——供试溶液在相同温度下的密度，kg/m3。
2.第二法：用旋转式黏度计测定动力黏度
旋转黏度计通常是根据在旋转过程中作用于液体介质中的切应力大小来完成黏度测定的。
本法用于测定液体的动力黏度。
（1）仪器
①同轴双筒黏度计 将供试品注入同轴的内筒和外筒之间，并自动转动，当一个筒以指定的角速度或扭力矩转动时，测定对另一个圆筒上产生的扭力矩或角速度，由此可计算出供试品的黏度。
②单筒转动黏度计 在单筒类型的黏度计中，将单筒浸入供试品溶液中，并以一定的角速度转动，测量作用在圆筒表面上的扭力矩来计算黏度。
③锥板型黏度计 在锥板型黏度计中，供试品注入锥体和平板之间，锥体和平板可同轴转动，测量作用在锥体或平板上的扭力矩或角速度以计算黏度。
④旋转式黏度计 按各品种项下的规定选择合适的转子浸入供试品溶液中，使转子以一定的角速度旋转，测量作用在转子上的扭力矩以计算黏度。常用的旋转式黏度计有多种类型，可根据供试品实际情况的黏度范围适当选用。
（2）操作方法 照各品种项下所规定的仪器，按仪器说明书操作。
（3）计算
供试品的动力黏度η（Pa·s）=K（T/w） （2-7）
式中 K——用已知黏度的标准液测得的旋转式黏度计常数；
T——扭力矩；
w——角速度。
3.第三法：用乌氏黏度计测定特性黏数
溶剂的黏度常因高聚物的溶入而增大。本法利用毛细管法测定溶液和溶剂流出时间的比值，可求出高聚物稀溶液的特性黏度，以间接控制其分子量值。
（1）仪器与用具
①乌氏黏度计：如图2-8所示，除另有规定外，毛细管E内径为（0.5±0.05）mm、长（140±5）mm，测定球A的容量为（3.5±0.5）ml（选用流出时间以在120～180s之间为宜）。
图2-8 乌氏黏度计
1—主管；2—宽管；3—侧管；4—弯管；A—测定球；B—储器；C—缓冲球；D—悬挂水平储器；E—毛细管；m1，m2—环形测定线
②恒温水浴：直径30cm以上、高40cm以上的玻璃缸或有机玻璃缸，附有电动搅拌器及电热装置，恒温精度±0.05℃。
③温度计：分度0.1℃，经周期检定。
④秒表：分度0.2s，经周期检定。
（2）操作方法
①黏度计的清洗和干燥：取黏度计，置铬酸洗液中浸泡2h以上（沾有油渍者，应依次先用三氯甲烷或汽油、乙醇、自来水洗涤晾干后，再用铬酸洗液浸泡6h以上），自来水冲洗至内壁不挂水珠，再用水洗3次，120℃干燥，备用。
②除另有规定外，调整恒温水浴温度在25℃±0.05℃。
③取供试品，照各该品种项下的规定制成一定浓度的溶液，用3号垂熔玻璃漏斗滤过，弃去初滤液，取续滤液（不得少于7ml）沿洁净、干燥的乌氏黏度计的管2内壁注入B中，将黏度计垂直固定于恒温水浴中，并使水浴液面高于球C，放置15min，将管口1、3各接一乳胶管，夹住管口3的胶管，自管口1处抽气，使供试品溶液的液面缓缓升高到球C的中部，先开放管口3，再开放管口1，使供试品溶液在管内自然下落，用秒表准确记录液面自测定线m1下降至测定线m2处的流出时间；重复测定2次，2次测定值相差不得超过0.1s，取2次的平均值为供试液的流出时间（T）。另取1份供试品，依法制成溶液后，按上述操作测定流出时间。取经3号垂熔玻璃漏斗滤过的溶剂同样操作，重复测定2次，2次测定值应相同，为溶剂的流出时间（T0）。按公式计算特性黏数，即得。
（3）记录与计算 记录供试品取样量，供试溶液的制备、测定温度，供试溶液和空白溶剂的流出时间等。
计算公式：
式中 c——供试溶液的浓度，g/ml。
其他符号含义同前。
（4）结果与判定 两份供试品的测定值与平均值的差数未超过平均值的±1％时，取平均值［η］，即得供试品的特性黏数。若超过±1％，应另取2份复试。
（二）注意事项
①黏度随温度升高而减小，故测定黏度时应严格按规定的温度测定，实验室温度与黏度测定温度相差不应太大，当室温高于测定温度时，应注意降低室温。
②在抽气吸取供试液时，不得产生断流或气泡。
③黏度计应垂直固定于恒温水浴中，不得倾斜，以免影响流出时间。
④测定T（或T0）时，应再将黏度计内壁清洗洁净，并用待测溶液（溶剂）分次淋洗。
⑤黏度计应用汽油或石油醚洗净，若有不易冲洗的污渍，可用重铬酸钾洗液荡洗，然后再用水、乙醇等依次洗涤，待完全干后才能使用。
三、应用
测定液体药品或药品溶液的黏度可以鉴别或检查其纯杂程度。用测定的结果与2015年版《中国药典》中药物的黏度进行比较，以判定药品是否符合规定。如2015年版《中国药典》规定二甲硅油的运动黏度（第一法，毛细管内径2mm）在25℃时为500～1000mm2/s。