Mastersizer2000 Application:레이저 회절 측정에 대한 검증 방법-2

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견고성

 

– 시료 확산

 

  시료 확산 과정을 방법 개발의 일환으로서 모색하고 이해해야 한다.

  건식측정의 경우, 사용자는 측정된 입도가 확산을 위해 선택된 공압(공기 압력)에 따라 어떻게 변하는지를 이해해야 한다[2]. 적합한 압력은 입자의 제분 없이 확산이 가능한 압력이다. 제약 재료의 경우, 시험되는 시료는 쉽게 부서지는 것이어야 하고, 분산 공압이 너무 높게 설정되었다면 보다 미세한 입도로 제분될 수 있다. 분산과 제분은 종종 동시에 이루어 진다(분포의 확대를 초래함)[10]. 소모가 발생하지 않고 있음을 증명하기 위한 최선의 방법은 습식 및 건식 확산에 대한 거의 동일한 결과를 획득하는 것이다. 건식 방법 개발에 관한 모든 세부사항은 이 문서의 다른 곳에서 제시된다[8].

 

  습식 확산을 활용하는 측정의 경우, 확산을 촉진하는 초음파의 역할을 이해해야 한다[2]. 고 에너지 초음파를 사용하면 일부 결정체 재료들에 균열이 발생할 수 있다(매우 드문 현상임). 방법 개발의 일환으로, 초음파의 다양한 적용 시간과 힘이 입도에 미치는 영향을 조사해야 한다. 측정의 견고성에 대한 초음파 분해처리의 영향을 조사할 때, 초음파를 적용하는 동안 그리고 초음파 적용 전후에 측정을 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 확산 중에 입자 분산이 발생하지 않도록 현미경 사진을 획득해야 한다.

 

  뿐만 아니라, 초음파 적용은 일부 경우 응집을 발생시킬 수 있음에 유의해야 한다. 응집이 발생하면, 안정성을 확보하기 위해 다양한 분산제의 사용을 모색하는 것이 필요하다. 습식 방법 개발에 관한 자세한 내용은 이 문서의 다른 곳에서 제시된다[9].

 

– 펌프와 교반율

 

  습식 측정시 활용되는 펌프와 교반 속도는 방법 개발의 일환으로 조사 되어야 한다. 선택된 조건은 공기 거품을 형성하지 않고 모든 재료를 부유상태에 있게 할 수 있어야 한다 (계면활성제가 사용되는 경우의 특정 문제).

 

  그림 4는 교반기 설정에 따라 젖산 시료에 대해 획득된 결과가 어떻게 변화하는지를 나타낸다. 보다시피, 결과는 2,000rmp에서 안정기에 도달 한다. 이 지점에서 모든 재료는 정확 하게 현탁액이며 확산된다. 시료 침전에 따라 결과값은 2,000rpm.

 

그림4] 일반적인 젖산에 대해 획득된 결과에 대한 교반속도의 영향 

 

 





– 굴절률의 확인

 

  방법 개발의 일환으로, 굴절률의 선택을 검토해야 한다. 실제적 굴절 률의 실험적 증거를 제시하기 위해 유체에 대한 해당 값을 이용할 수 있다. 측정을 위해 사용되는 빛의 파장보다 40배 작은 입자들(He-Ne 적색 레이저 광원에 대하여 25 미크론)이 분포1} 안에 존재한다면 Fra unhofer 가정을 사용할 수 없는데, 미세 물질이 존재한다는 잘못된 정보를 보고할 수 있기 때문이다. ISO 13320-1은 레이저 회절 분석을 설정할 때 광 특성의 중요성에 관련하여 지침을 제시한다[2].

 

 

선형성 및 불분명성

 

크기결정 방법은 입도의 함수로서 선형적 대응을 드물게 하므로, 크기 측정 방법의 선형성 평가는 방법 개발의 한 부분으로 간주되지 않는다. 그러나 시료 불분명성이 측정에 어떤 영향을 주는지를 고려하는 것이 중요 하다. 불분명성은 시료에 의한 광산란의 양을 측정한 것이고 측정 구역내 존재하는 재료의 밀도와 상관관계가 있다. 대부분의 입도분포의 경우, 보고 되는 입도는 광범위한 불분명성 범위에 대한 측정 불분명성에 독립적 이어야 한다. 불분명성이 매우 낮은 수준일 때COV(혼화편차계수) 값이 큰 결과(잡음비가 낮기 때문)를 얻을 수 있는 한편, 농도가 매우 높으면 획득된 결과는 다중 산란의 영향으로 인하여 예상보다 더 작을 수 있다. 시험 시간 동안 측정이 실행되는 방식과 동일한 방식으로 10, 15, 20, 25%의 불분 명성을 조사하고 허용 가능한 COV를 유사하게 명시할 것을 제안한다.

 

그림 5는 제약 분말의 경우 다중 산란이 얻어진 결과에 대하여 어떤 영향을 주는지를 보여주는 예다. 불분 명성이 낮은 수준일 때 결과는 일정 하다. 그러나 불분명성이 10%를 초과하면 다중산란은 보고된 크기가 감소되게 한다. 이 경우, 약 7.5%의 측정 불분명성은 시료들 간 불분 명성의 작은 변화가 결과에 그다지 영향을 끼치지 않도록 하는 견고한 방법을 가능케한다. 

 

그림5] 제약 분말에 대한 차폐 함수인 Dv50의 변화 

 

 

 

재현성 

 

  Bell 등은 ‘재현 가능성’을 실험실들 간 정확성에 대한 지표라고 정의했다[5]. 그것은 실제로 이를 보여주지만, Malvern Instruments의 경험에 의하면 재현성은 선택된 시료채취 방법의 효과성에 대한 측정을 더욱 많이 가능케 한다. 또한, 재현성은 다양한 기기들(동일하거나 서로 다른 모델 들)의 차이점을 약화시키기 위해 활용될 수 있다. 작은 온도차는 입자 용해 또는 재결정화로 인하여 결과의 변화를 초래할 수 있기 때문에 특히 포화용액이 분산제로 사용 되는 경우 다양한 실험실에서 경험되는 환경 조건도 고려해야 한다.

 

  재현성을 평가하려면, 조사되는 방법에 따라 많은 시료들(최소한 5개)를 동일한 배치에서 채취하여 시험 해야 한다. 각각의 시료에 대하여, 측정은 최소한 5회 반복되어야 하고 개별적인 결과와 평균 결과를 획득해야 한다. 샘플간 COV를 파악해야 하고, 이 COV는 ISO13320[2] 에 명시된 허용한계 범위 내에 있어야 하며 어떠한 경우에는 USP<429>의 허용한계 범위 내에 있어야 한다[4].

 

  표 2는 젖산 부형제에 대하여 스쿠프 시료 채취법을 이용해서 획득된 결과의 예를 보여준다. 이 경우, 획득된 COV는 그림 1에 제시된 시료채취 통계를 토대로 예상되는 한계범위 내에 있었다.

 

 표2] 7개의 스쿠프 시료 채취된 젖산 시료들에 대하여 획득된 결과의 편차

 시료번호

D(v,0.1)

D(v,0.1)

 D(v,0.1)

m

 1

 1.22

 23.68

63.23 

 2

 1.17

 23.77

60.02

 3

 1.09

 22.79

56.59 

 4

 1.16

 23.63

62.55

 5

 1.11

 22.26

59.68 

 6

 1.18

 22.78

65.36 

 7

 1.12

 23.41

61.47

 평균

 1.15

 23.19

61.27 

 %RSD

 3.95

 2.50

4.63 

 

 

 

중간 정밀도

 

중간정밀도 평가시, 이차적 분석자 또는 이차적 장비(또는 모두)를 활용하여 중간정밀도를 파악할 경우 사용자는 방법의 가변성을 파악해야 한다. 이것은 기본적으로 재현성 시험의 반복이며, 이에 따라 비슷한 COV 한계가 적용되어야 한다. 그런 후, 두 결과 모두를 결합하여 공동 평균 및 공동 RSD(<3%일 것)를 구해야 한다.

 

표 3에는 위에 언급된 젖산 시료를 분석하는 이차 분석자를 위해 획득된 재현성 데이터가 제시되어 있다. 이러한 공동 평균과 COV는 두 운용자 모두에 의해서 파악될 수 있으며 표 4에 제시되어 있다. 보다시피, Dv50의 편차는 ISO13320의 허용한계 범위 내에 있다. 이는 본 연구에서 사용된 시료채취 방법에 관련한다. 분말이 회전식 리플러를 활용하여 시료채취 되었다면, 이것은 전체적인 정밀도를 향상시킬 것이다. USP<429>에서 활용된 더욱 폭넓은 허용한계는 스쿠 프(주걱이용) 시료채취가 시료 획득을 위한 유일한 효과적인 방법인 경우 적용될 수 있다. 

 

표3] 이차 분석자를 위해 획득된 젖산 관련 결과

시료번호

 

D(v,0.1)

m

 

D(v,0.1)

m

 

D(v,0.1)

m

1

1.06

22.92

61.01

2

1.08

22.08

56.54

3

1.04

21.66

62.17

4

0.97

22.55

60.23

5

1.04

22.74

57.98


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