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제약산업에서 활용되어지는 재료의 열적 특성 분석

Rigaku Corporation의 '산업 전반에서 활용되어지는 재료의 열적 특성 분석'에 관한 세미나의 내용은 다음과 같다.

제약산업에서 열분석기를 사용해야 하는 이유가 여러 가지 존재한다. 그중 가장 중요한 이유는 제약 원료의 동질이상 때문이다.
고체 제약 원료의 약 70%는 동질이상, 즉 다형성을 가진다고 알려져 있다. 이러한 특성 때문에 원료의 결정화를 아는 것은 굉장히 중요하다. 같은 물질로 이루어져 있지만, 결정에 따라 생체 인식능력이 바뀔 수 있기 때문이다.
또한, 열분석기는 약품 안정성 확보를 위한 연구에 반드시 필요하다. 의약품은 인체에 사용되는 물질이기에 관리와 유통, 보관 등에 엄격한 규정이 요구된다. 의약품은 화합물로 구성되어 있어 온도와 습도에 따라 상호작용하며, 이로 인한 약물 부작용이 초래될 수 있다. 따라서, 약품을 개발하는 단계에서 온도 및 습도의 조건 파악이 선행되어야 한다.
열분석기(TG-DTA 및 DSC)를 통해 알 수 있는 열적 특성은 아래와 같다.


열분석기가 발전함에 따라, TG-DTA/TG-DSC처럼 동시에 분석할 수 있는 장비가 개발이 되었지만, 정확한 결정화, 유리전이, 상전이, 비열 등의 분석을 할 때에는 DSC 장비를 사용해야 한다.

강력한 항균 작용을 하는 항대사성물질인 Sulfanilamide의 결정은 α, β, γ가 있다. 앞서 말한 것과 같이 의약품은 반드시 상(Phase)을 알아야 한다. DSC를 통해서 상에 따른 용해 속도, 밀도, 용해성 등의 차이를 알 수 있게 되며, 이러한 차이는 치료 효능과 치료 목적의 변화를 가져오게 된다.

Rigaku 사의 DSCvesta는 다양한 냉각장치를 통해 -170℃ ~ 725℃까지의 넓은 온도의 분석이 가능하며, 시료를 실시간으로 볼수 있는 Sample observation 장치, 자동시료교환기, UV경화성 시료의 경화반응을 분석하는 UV장치 등을 통해 다양한 분석을 진행할 수 있다.

제약산업에서는 TGA보다 DSC의 사용이 압도적으로 많다. 그러나 제약 원재료와 화합물의 배합이 다양하게 발전하는 만큼, 제품의 다양한 열적 특성을 파악하는 것이 필수적이다.
특히, 시료의 기본적인 열적 정보를 알지 못할 때 STA(TG-DTA)를 통해서 선행 분석을 해야 한다. 이유는 제약 시료 중 상당수는 휘발성 물질이 동반되는 경우가 많다. 시료가 휘발되는 지점을 알지 못하고 계속 승온을 하게 되면, Sample pan에서 시료가 흘러넘쳐 자칫 DSC 내부를 오염시킬 수 있다.
좌측 하단 그래프에서 보게 되면 미지시료를 선행적으로 STA 분석을 한 데이터이다. 235℃ 부근에서 흡열 반응을 볼 수 있어서 DSC의 온도설정을 반응이 보이는 구간까지만 분석을 진행하였다. 본 시료는 Caffeine으로, 소량의 휘발성 가스가 포함되어 있기 때문에 너무 높은 온도로 측정하면 DSC가 오염될 수 있는 상황이었다. DSC의 미지시료 분석이 필요한 경우에는 STA로 시료가 가지고 있는 열적반응의 온도 구간을 먼저 파악하고, 그 온도구간을 넘지 않게 분석하는 것이 중요하다.

Rigaku 사의 STA8122는 상온부터 1,500℃까지 분석이 가능하며, 시료의 변화를 실시간으로 볼 수 있는 Sample observation 기능도 결합이 가능하다. 뿐만 아니라, 습도 실험을 하기 위한 습도 조절 장치와 발생하는 가스를 통해 정량 및 정성분석을 하게 하는 FT-IR과 GCMS도 결합하여 분석이 가능하다.

Rigaku Corporation의 'STA8122, DSCvesta'에 대한 상세한 내용은 Reference(참고자료)를 통하여 확인할 수 있다.

<2022 KOREA LAB 신제품·우수제품 발표 세미나 현장 사진>

참고문헌(자료출처): 1. Rigaku 열분석기 링크: https://www.rigaku.com/products/thermal
2. 한국아이티에스 열분석기 링크: http://koreaits.com/product_6

Model Name(모델명): STA8122, DSCvesta
The Person in Charge(담당자): Steven Yu
Maker(제조사): Rigaku Corporation
Country of Origin(원산지): Japan
Mail inquiry: kits@koreaits.com
Data Services(자료제공): Korea I.T.S. Co., Ltd.

<이 기사는 사이언스21 매거진 2022년 11월호에 게재 되었습니다.>

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