31_약품분석화학_1.1 화학분석과 용액의 농도

 

*약품분석화학_중간고사

1장. 화학 분석

1)화학 분석과 용액의 농도

2)화학평형

3)완충용액

2장. 분석자료의 처리

1)유효숫자와 오차

2)측정치의 통계처리

3)최적직선구하기

 

 

< 화학분석>

화학 분석이란?

어떤 물체 또는 물질이 화학적으로 어떤 조성을 갖는지, 그리고 각 성분이 얼마나 존재하는 가 알아보는 것.

일반적으로 시료의 화학적 반응을 유발시켜 관찰되는 현상과 결과물로부터 원래 시료의 본질을 추론하여 결과를 얻게 된다.

 

시료 또는 검체(sample)이란?

화학분석의 대상. 분석하려고 하는 물체 중에서 시험에 공여되는 일부분.

 

분석화학이란?

화학 분석 방법을 연구하는 학문이다. 화학분석을 하려면 시료를 반응시키기고 그로 인해 일어나느 각종 물리현상을 관측해야한다. 따라서 필요한 화학반응을 충분히 진행시키고, 그 때 나타나는 현상을 올바르게 관찰하려면 물질의 화학적, 물리적 특성 뿐 아니라 그것을 수행하는 도구에 대한 이해를 전제로 한다.

 

<분석의 종류들>

정성분석(qualitative analysis)와 정량분석(quantitative analysis)를 비교설명하시오.

정성분석: 어떤 물질의 존재유무를 밝히는 간단한 시험에서부터 물질의 종류와 원자단 또는 기능기를 확인

정량분석: 특정 성분의 함량을 결정하는 것.

 

화학적 분석법? 물리적 분석법?

화학적 분석법: 용액 중에서 일어나는 화학반응을 이용하는 분석법

물리적 분석법: 성분의 물리적인 성질을 이용하는 분석법. 최근 기기분석(instrumental analysis)의 형태로 중요성이 높아지고 있다.

 

중량분석법? 용량분석법?

중량분석법: 정량하려는 성분을 반응을 통해 화학적 조성이 일정한 화합물로 변화시키고, 다른 성분과 분리시킨 다음 저울로 달아서 그 양을 결정하는 방법

용량분석법(=부피분석법): 시료용액과 표준용액을 반응시킨 후 소요된 표준액의 부피로 목적 성분의 양을 결정하는 방법

 

-분석법은 이 외에도 시료의 종류에 따라 무기분석, 유기분석, 공업화학분석, 농업화학분석, 식품분석, 약품분석, 독극물 분석으로도 나눌 수 있다.

-최근에는 분석법의 발전에 따라 요구되는 시료의 양이 점점 줄어들고, 보다 낮은 농도의 정량까지 가능해졌다.

 

의약품 분석학?

의약품의 구조확인, 의약품 품질검사(가 가장 중요한 쓰임.)

+의약품의 흡수, 분포, 대사, 배설에 관한 것, 천연물의 약효 성분 분리 및 동정, 의약품의 체내 동태를 조사하는 등 아주 폭 넓은 내용을 대상으로 한다. 의약품의 연구 단계부터 최종 임상까지 약학의 전 과정에 기초가 되는 필수적인 학문이다.

 

<분석의 단계를 설명하시오.>

단계는 다음과 같다.

1) research: 목적을 분명히 인식하고(what is the question?=frmulate the question), 사용할 분석 방법을 선택하기. research soureces는 어떤 걸 쓸 것인가?

2) sampling: 전체를 대표할 수 있을 만한 표본을 선정하기. 샘플 종류에 맞는 전략 취하기

3) sample prep(eration): 샘플을 분석에 알맞은 상태로 변화시키는 것.analyte(피분석물)준비하기. error를 줄일 수 있는 중요단계. (교수님이 생각하시는 가장 중요한 단계!)

*예시는?

4) analysis: 분석 테크닉의 선택에 있어서 분석 속도, 비용, 복잡성, duribility, sensitivity, 농도 범위 등을 고려해야 한다. 화학분석은 정량/정성 분석으로 나눌 수 있다. 우리가 주로 할 것은 정량분석.

*calibration of techniques

같은 농도라도 관찰자에 따라 다르게 측정될 가능성이 있다. 이때 이용할 수 있는 방법이

-a calibration curve 검량선: 일련의 표준시료의 값과 그들에 대한 측정기가 지시하는 값과의 대응을 나타내는 곡선. 보정곡선이라고도 한다.

-standard solutions 표준용액 -> 검량선 만들 때 이용할 수 있다.

5) results(interpretation&conclusions): several identical aliquots를 반복 분석한 후 결과를 보고한다. 이 때 평균과 표준편차 등을 분석하여 error가 있는지 체크하고 reproducibility를 확인한다.

 

sampling의 두 종류에 대해 설명하시오.

Homogeneous samples: 전체가 균일한 조성을 갖는 샘플

Heterogeneous samples: 조성이 불균일한 샘플

-> 샘플의 종류에 따라 샘플링 전략이 다르다.

-> Heterogeneous samples의 경우 전략이 두 개인데 랜덤으로 여러 부분 취하는 것/ 여러 부분이 포함되는 큰 크기의 샘플 취하는 것.

 

sample prep의 예시는?

무게 달기, 고체 갈기, 용매를 이용한 추줄, distillation(증류)를 이용한 정제(purify), 용액에서 고체 여과 등

 

시약(reagent)란?

화학반응을 수행하기 위해 사용하는 약품

 

반응형

 

표준물질이란?

조성 성분과 함량이 정확히 알려진 물질로 다른 물질을 검출, 확인, 정량을 할 때에 비교하기 위하여 쓴다.

 

정제수: 물은 분석화학에 있어 가장 많이 쓰이는 용매이며 분석 결과에 많은 영향을 미치므로 분석화학 실험에는 따로 규정이 없는 한 정제수를 사용해야 한다.

 

GMP란 무엇인가?

1937년에 first wonder drug라 불렸던 sulfanilamide 의 액제에서 독성 성분이 포함되는 사고가 일어나서, 대부분이 어린이인 107명의 사망자가 생겼다. 이를 계기로 생긴 것이 GMP(Goof Mamufacturing Practice)이다. 이것은 cGMP로 발전했으며 c는 current의 약자다.

 

cGMP에 대해 설명해보자.

'최신 우수 의약품 제조관리 기준'으로 번역될 수 있다.

의약품 +알파를 관리하는 개념으로 생산 시설과 설비, 물질, 생산 과정, packaging과 labeling, 실험실 컨트롤까지 관리한다.

위험요소를 미치 예측하고 차단한다.

 

ICH(International Conference in Harmonisation) -> 품질관리기구

 

QbD란?

Quality by Design. 설계기반 품질 고도화

GMP와 cGMP 등 지속적이고 엄격한 품질관리시스템도 불구하고 불량의약품이 감소하지 않자 도입된 개념이다.

-> 의약품 제조 뒤 일부 제품을 샘플로 분석하는 것이 아닌, 실시간으로 의약품 제조 공정을 관리한다.

*QbD 구현에 가장 중요한 것은 PAT(Process Analytical Technology)이다. 공정분석기술

*QbD 적용시 의약품 심사과정 간소화 및 보험수가(보조금) 우대 적용 등 benefit이 있다.

QbD 준해서 cGMP하면 정부혜택 많음.

 

 

 

 

<용해도 및 용액의 농도>

분석반응의 매질에 대해 아는대로 이야기해보자.

분석을 위한 화학 반응은 반으물이 균일한 매질에 완전히 섞인 상태에서 진행되는데, 용액상태가 실험실에서 가장 다루기 수월하다.

용매(solvent)에 용질(solute)이 균일하게 섞인 혼합물을 용액(solution)이라 하며, 용매 자체는 화학 반응에 직접 참여하지 않고 온도나 극성 등의 환경만 제공한다.

*

양성자성 용매(protic solvent)

비양성자성 용매(aprotic solvent)

 

용해도와 포화용액의 정의는?

용해도(solubility): 특정 온도, 압력조건에서 용매 100g에 녹을 수 있는 용질의 g수

포화용액(saturated solution): 특정 온도, 압력조건에서 용질이 용해한도까지 녹아있는 용액

 

용해도에 중요한 요인 세가지는?

용매의 극성(like dissolves like), 온도, 압력

*온도는 고체,액체/기체 나누어 생각해보고 기체는 헨리의 법칙 생각해보자.

 

과포화를 방지하는 방법을 설명해보세요.

-> 약학에서 중요한 이유? 침전부분만 먹으면 overdose, 윗부분만 먹으면 약효 X

1)용질의 작은 결정을 첨가한다

2)용액을 흔들어주거나 저어준다.

3)용액을 냉각시키면서 저어준다.

4)유리막대로 용액 표면 밑의 기벽을 긁어준다.

 

분별결정(fractional crystallization)?

혼합물을 구성 성분 간의 용해도 차이를 이용하여 순수 화합물로 분리해내는 것.

 

 

대한민국약전에서 물질의 용해성을 나타내는 용어 익숙해지자!

용질 1g(혹은 1ml)녹이는데 필요한 용매의 양이

1~10ml: 작 녹는다.

10~30ml: 녹는다.

30~100ml: 조금 녹는다.

100~1000ml: 녹기어렵다.

1000~10000ml: 매우 녹기 어렵다.

그 이상: 거의 안 녹는다.

 

 

용액의 농도(concentration)들을 설명해보자.

-> 퍼센트농도, ppm, ppb, 몰농도(molarity), 몰랄농도(molality), 포르말 농도, 노르말 농도, 몰분율(mole fraction)

퍼센트농도: 용액 100g 중에 포함되어 있는 용질의 g수

ppm(백만분율): 시료 1kg 중에 들어 있는 목적 성분의 mg수. 밀도가 1g/ml에 가까운 수용액에서는 1마이크로g/ml에 해당한다.

ppb(십억분율): 시료 1kg중에 들어있는 목적 성분의 마이크로g수.

 

 

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몰농도: 용액 1리터 중에 포함되어 있는 용질의 몰수

몰랄농도: 용매 1kg 중에 포함되어 있는 용질의 몰수 -> 부피변화에 영향을 안 받는다는 특징을 몰농도와 비교해서 생각해보자.

포르말농도(formality,F)=화학식량 농도: 용액 1리터 중에 들어있는 화학식량의 배수로 나타낸다.

ex) 1mol의 HCl을 물 1리터에 녹인다면 완전 해리 되기 때문에 실제 HCl농도는 거의 0 이 된다. 이를 1M보다는 1F농도라 하는 것이 더 정확하다.

-> 특정 화학물에 대한 화학ㅗ성을 완전히 알지 못할 때 쓸 수 있는 농도 단위다. 이런 이유로 '분석농도'라 부르기도 함.

노르말 농도(normality, N): 용액 1리터 중에 포함되어 있는 용질의 그램 당량수

몰분율: 용액 중 어떤 성분의 몰수와 전체 성분의 몰수의 비.

 

 

 

 

**농도 환산법 -> 자기 농도 아닌 값끼리 빼는데 큰거-작은것. 그러면 필요한 비율이 나온다.

예제) 95% H2SO4을 희석하여 20%H2SO4액을 만들려면 95% H2SO4와 물이 각각 얼마 필요한가?

-> 물은H2SO40%라 하면 된다.

95% H2SO4은 (20-0), 물은 (95-20) 의 비율로 필요하다.