칼피셔 수분측정법 완전 정리

수분은 의약품, 원료의약품, 화학제품, 식품 원료의 안정성과 직결되는 핵심 품질 요소다. 특히 제약 산업에서는 미량의 수분 차이가 분해 속도, 함량 변화, 고형 제형의 물성, 미생물 안정성에 직접적인 영향을 준다. 이러한 이유로 대한민국약전 제10개정에서는 수분측정법 중 하나로 칼피셔법을 공식 시험법으로 규정하고 있다. 이 방법은 단순 건조 감량과는 달리 화학 반응을 기반으로 수분만을 선택적으로 정량한다는 점에서 품질관리 현장에서 높은 신뢰를 확보하고 있다.

칼피셔법의 개요와 반응 원리

칼피셔 수분측정법은 1935년 독일의 화학자 Karl Fischer에 의해 고안되었다. 기본 원리는 물이 요오드, 이산화황, 유기염기, 저급 알코올 존재 하에서 정량적으로 반응한다는 점에 기반한다. 반응식의 핵심은 물 1몰이 요오드 1몰과 정확히 반응한다는 당량 관계다. 이 정량적 반응성 덕분에 ppm 수준의 미량 수분부터 거의 100퍼센트에 가까운 고수분 시료까지 폭넓게 적용 가능하다.

이 방법이 국제적으로 확립된 이유는 단순 정확성 때문만은 아니다. DIN, ISO 등에서 공인 시험법으로 채택되었고, 휘발성 성분이나 열에 민감한 물질을 포함하는 시료에서도 수분만을 선택적으로 정량할 수 있다는 실용적 장점이 있다. 오븐 건조법처럼 가열 과정에서 다른 휘발성 성분이 함께 손실되어 오차가 발생하는 문제를 최소화할 수 있다.

용량적정법과 전량적정법의 구조적 차이

칼피셔법은 요오드 공급 방식에 따라 두 가지로 구분된다. 하나는 용량적정법, 다른 하나는 전량적정법이다. 이 차이는 단순한 장비 구조의 차이가 아니라, 적용 가능한 수분 범위와 정밀도 전략의 차이로 이어진다.

용량적정법은 미리 요오드가 녹아 있는 칼피셔 시액을 사용한다. 시료를 투입한 뒤 종말점까지 소비된 시액의 부피를 측정하고, 해당 시액의 역가를 이용해 수분 함량을 계산한다. 일반적으로 수분 5에서 30mg 수준의 시료에 적합하다. 계산식은 소비 부피와 역가를 곱한 값을 시료 질량으로 나눈 뒤 백분율로 환산하는 구조다. 이 방식은 비교적 고수분 시료나 정량 범위가 넓은 시험에 적합하다.

전량적정법은 요오드를 직접 첨가하지 않는다. 대신 요오드화물 이온이 포함된 전해액에 전류를 흘려 요오드를 실시간으로 발생시킨다. 발생한 요오드가 물과 반응하며, 이때 소비된 전기량을 통해 수분을 역산한다. 물 1mg에 해당하는 전기량이 10.72쿨롱으로 정의되어 있으며, 이를 기준으로 계산한다. 일반적으로 0.2에서 5mg 수준의 극미량 수분 분석에 사용되며, 정밀도 면에서 매우 우수하다. 미량 분석이 요구되는 원료의약품이나 무수 제제 분석에 적합하다.

 

 

 

 

 

 

QCLAB High Precision Laboratory Control

Micropipette Pen

사고 싶어도 못 샀던 그 볼펜
이제 QCLAB이 만듭니다.

디자인 특허등록 Made in Korea

사전예약 바로가기

 

 

실제 시험 절차와 종말점 판단

용량적정법의 경우 먼저 적정 플라스크에 메탄올을 넣고 시액으로 무수 상태를 만든다. 이는 바탕 수분을 제거하기 위한 준비 단계다. 이후 정밀 저울로 시료를 계량해 투입하고, 종말점까지 적정한다. 종말점은 일정 전류 변화가 30초 이상 지속되는 시점으로 정의된다. 이는 수분과 요오드 반응이 완료되었음을 의미한다.

전량적정법에서는 양극액과 음극액을 각각 채운 후, 전해 전류를 흘려 셀 내부를 무수 상태로 만든다. 시료 투입 후 자동으로 요오드가 발생하며 반응이 진행되고, 장비가 종말점을 전기적 신호로 감지한다. 최근 장비는 자동 보정, 자동 종말점 판정 기능을 포함해 재현성을 크게 향상시켰다.

정확한 측정을 위한 조건 관리

칼피셔 반응은 pH의 영향을 받는다. 이상적인 범위는 pH 5.5에서 8 사이이다. pH가 5 이하로 낮아지면 반응 속도가 느려지고, 8.5 이상에서는 부반응이 증가한다. 이는 실제 품질시험에서 간과하기 쉬운 요소지만, 분석 결과의 정확도에 직접적인 영향을 미친다.

용매 선택 역시 중요하다. 기본 용매는 메탄올이지만, 유류 시료의 경우 클로로포름을 혼합하여 용해성을 높인다. 단백질이나 고분자 물질은 포름아미드 혼합 용매를 사용한다. 메탄올과 부반응을 일으키는 시료의 경우 2-메톡시에탄올 등 대체 용매를 적용하거나, 칼피셔 오븐을 이용해 수분만 기화시켜 셀로 전달하는 방식을 사용한다. 이는 당류, 케톤류, 알데하이드류 등 부반응 가능 물질에 특히 중요하다.

 

반응형

 

 

SINCE 2025 QCLAB

 

왜 칼피셔법이 표준인가?

칼피셔 수분측정법은 단순한 수분 정량법이 아니다. 화학적 당량 반응을 기반으로 한 정밀 분석 기술이다. 빠른 분석 시간, 높은 선택성, 넓은 측정 범위, 국제적 공인이라는 요소가 결합되어 제약 및 화학 산업의 표준으로 자리 잡았다. 용량적정법과 전량적정법을 상황에 맞게 선택하고, pH와 용매 조건을 적절히 통제한다면 ppm 수준의 신뢰성 높은 수분 데이터를 확보할 수 있다.

품질관리 현장에서 수분은 단순한 수치가 아니라 제품의 안정성과 직결된 변수다. 그 수치를 어떻게 측정하느냐가 곧 품질관리 수준을 결정한다. 칼피셔법은 그 기준점이 되는 분석 방법이다.

 

 

@수분측정법.pdf

5.33MB