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이온평형 완충 및 등장화

3. 이온평형·완충 및 등장화 [물리약학]

(1) 산염기 평형과 완충계

① 약산과 약염기의 이온화

약산은 부분적으로만 해리하며 pKa가 작을수록 강하고, 약염기의 pKa/pKb는 짝산과 짝염기 관계로 25℃ 수용액에서 합이 14다.

이온화도와 비이온형 분율은 pH와 pKa 차이로 결정되며, 약산은 pH가 pKa보다 낮을수록, 약염기는 높을수록 비이온형 분율이 증가해 생체막 투과가 좋아진다.

② 완충용량과 완충계 선택

완충용량 β와 van Slyke 식은 pH를 1 단위 변화시키는 데 필요한 강산·강염기 몰수로 완충능을 정량한다.

완충용량은 총 완충제 농도에 비례해 증가하고 pH가 완충제 pKa와 같을 때 최대가 된다.

완충계 선택(인산 · 아세트산 · 구연산 · 붕산)은 목표 pH가 pKa의 ±1 범위에 들도록 정하며, 붕산은 점안제에 쓰고 구연산은 넓은 pH 구간을 감당한다.

③ 활동도와 이온강도

활동도계수는 이온 간 상호작용으로 실제 발휘되는 유효농도의 비율이며 묽을수록 1에 가까워진다.

이온강도(Debye-Hückel)가 커질수록 활동도계수는 감소하고 겉보기 pKa도 이동한다.

양쪽성 전해질은 산성기와 염기성기를 함께 가지며, 등전점에서 순전하가 0이 되어 용해도가 최소가 되고 침전이 가장 잘 일어난다.

④ 핵심 비교표

구분약산약염기
비이온형 증가 pH낮은 pH높은 pH
용해도 증가 pH높은 pH낮은 pH
침전 위험 pH산성 쪽염기성 쪽
막투과 유리 조건위 내 산성소장 알칼리성

(2) 총괄성과 등장화 계산

① 총괄성과 오스몰농도

총괄성(삼투압 · 증기압강하 · 비등점상승 · 빙점강하 0.52℃)은 용질 종류가 아니라 입자수에 비례하며, 혈장과 눈물처럼 빙점강하 0.52℃인 용액을 등장액으로 판정한다.

오스몰농도는 단위 부피나 질량당 삼투 활성 입자의 몰수로, 같은 몰농도라도 해리하는 염화나트륨이 포도당보다 삼투압이 크다.

② 등장화 계산법과 용혈

염화나트륨등가법(E value)은 약물 1 g의 삼투효과와 동일한 염화나트륨 g수로 부족분을 채운다.

빙점강하법은 약물의 빙점강하값을 0.52℃에서 뺀 나머지를 염화나트륨으로 보정한다.

용적법(White-Vincent 법)은 약물을 등장액이 되는 물에 먼저 녹인 뒤 등장 부형액으로 최종 용량을 맞춘다.

등장 · 저장 · 고장액과 용혈 : 저장액은 물이 적혈구로 유입되어 용혈 · 고장액은 적혈구 수축

📌 실전 체크 포인트!

방향: 약염기는 pH가 높아질수록 비이온형이 늘어 침전하고 약산은 pH가 낮아질 때 침전하므로, pKa와 pKb를 바꿔 대입하지 말고 pKa+pKb=14 관계로 검산한다.

수치: 혈장과 눈물의 빙점강하는 0.52℃이며 이를 기준으로 등장 여부와 보정할 염화나트륨 양을 계산한다.

순서: 등장화는 염화나트륨등가법, 빙점강하법, 용적법(White-Vincent 법)의 세 갈래로 접근하며 용적법만 부형액 개념을 쓴다.

감별: 저장액은 용혈을 일으키고 고장액은 적혈구를 수축시키므로 용혈은 저장액 쪽 현상임을 못박아 둔다.

수치: 완충용량은 pH가 완충제 pKa와 일치할 때 최대이고 목표 pH는 pKa ±1 범위에서 고른다.

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