분석실에서 가장 자주 반복되는 작업은 시료를 준비하고 희석하여 정량하는 일이다. 하지만 단순한 수치 계산처럼 보이는 이 과정 속에는 분석의 신뢰성을 결정하는 중요한 원리가 숨어 있다. 특히 제약 QC 실험처럼 미세한 차이까지 평가해야 하는 분야에서는 표준원액 조제(Standard stock solution preparation)와 농도 계산의 정확성이 실험 전체의 품질을 좌우한다.
표준원액 조제의 기본
표준원액을 제조할 때는 반드시 정밀한 4자리 저울(four-place balance)을 사용해야 한다. 예를 들어 100 mg을 칭량할 때 ±0.1 mg의 오차는 단지 0.1%의 불확도에 불과하다. 따라서 최소 100 mg 이상을 계량해 stock solution을 만드는 것이 합리적이다. 이렇게 하면 실험의 반복성(reproducibility)을 확보하고, 측정 과정에서 생길 수 있는 미세한 오차를 통제할 수 있다.
예를 들어 102.1 mg/100 mL의 stock solution으로부터 0.2042 mg/100 mL, 0.4084 mg/100 mL 등 일련의 농도를 제조하려면 단계를 나누어 희석하는 것이 효율적이다. 일반적으로 10배 이상의 희석이 필요할 때는 2단계로 나누어야 오차 누적을 줄일 수 있다. 실제로 10.21 mg/100 mL의 중간용액을 만든 후 250 mL 플라스크를 이용해 5→250, 10→250 등의 비율로 희석하면 안정적인 농도를 얻을 수 있다.
%w/w와 ppm의 관계
%w/w는 주로 크림 제형이나 불순물의 함량을 표현할 때 사용된다. 예를 들어 1 g의 제형에 10 mg의 활성성분이 들어 있다면 농도는 1.0 %w/w이다. 반면 0.5 mg의 불순물이 있다면 0.05 %w/w로 계산된다. 불순물이 0.05 %w/w를 초과하면 구조적 규명과 독성평가가 필요하다는 규정은 이런 계산 원리에 기반한다.
ppm 단위는 훨씬 미세한 수준의 불순물을 표현할 때 사용된다. 1 ppm은 1 mg/kg, 즉 0.0001 %w/w에 해당한다. 예를 들어 NaCl 용액에서 칼륨이 141 µg/100 mL 검출되고 NaCl 농도가 0.9092 %w/v일 경우, 그 비율을 계산하면 155 ppm의 칼륨이 포함된 것으로 나타난다. 이런 계산은 주로 용매 잔류량, 중금속 함량, 불순물 프로파일 분석에서 필수적이다.
몰농도와 질량 단위의 전환
제약 분석에서는 동일한 시약을 질량(g) 단위로 다룰 때도 있지만, 생화학적 연구나 대사 실험에서는 몰농도(M, molarity) 단위를 사용한다. 예를 들어 100 µM의 paracetamol 용액을 준비하려면, 분자량 151.2를 기준으로 15.12 µg/mL 농도가 필요하다. 이미 30.12 mg/100 mL 농도의 원액이 있다면 50.2 µL만을 취하면 정확히 100 µM 농도를 맞출 수 있다.
이 과정에서 중요한 것은 질량-몰 농도 간 변환 공식을 자유롭게 다룰 수 있어야 한다는 점이다. 단순히 숫자를 외우기보다 단위의 상관관계를 이해하면 계산 속도가 훨씬 빨라진다. 예를 들어
1 M = g 중 분자량/L,
1 mM = mg 중 분자량/L,
1 µM = µg 중 분자량/L의 관계로 전환된다.
실무적 사고의 중요성
QC 업무에서 가장 중요한 것은 단순히 ‘정답’을 맞히는 것이 아니라, 분석의 신뢰성을 보장할 수 있는 사고 과정이다. 예를 들어 headspace GC로 용매 불순물을 측정할 때, 표준용액의 피크 면적과 시료 피크의 비율을 비교해 ppm 단위로 환산하는 원리를 이해해야 한다. 또한 희석 단계가 여러 번 포함될 경우 전체 희석배수를 올바르게 적용하지 않으면 오차가 기하급수적으로 커진다.
이런 이유로, QC LAB에서는 모든 분석자가 계산 근거를 명확히 남기고, Audit Trail 개념을 실험 노트에 적용한다. 단순한 수치 대신, 어떻게 계산했는지를 기록하는 것이 품질 데이터의 신뢰성을 높이는 가장 기본적인 방법이기 때문이다.
표준원액 조제와 농도 계산은 단순한 수학적 연습이 아니라 품질관리의 핵심이다. mg, mL, µM, ppm, %w/w 같은 단위는 제약 품질관리에서 동일하게 적용된다. 실험의 정밀도와 데이터의 신뢰성을 확보하기 위해서는 단위 변환과 희석 계산의 원리를 숙지해야 하며, 이를 QC LAB에서는 실제 실험 프로세스와 연결해 관리한다.
이러한 기본 원리들이 제대로 작동할 때, 하나의 수치가 실험의 신뢰성을 보증하는 데이터로 전환된다.
2025.06.03 - [COFFEEPHARM QCLAB ] - About Us
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