핵심 해설
이 문제는
약제학(Pharmaceutics)에서 현탁제(Suspension)의 물리적 안정성 평가 시 핵심이 되는
스토크스 법칙(Stokes' law)의 공식 이해와 각 변수가 침강 속도(Sedimentation rate)에 미치는 영향을 정확히 묻고 있어요. 침강 속도 공식은 v = 2r²(ρ₁-ρ₂)g / 9η 입니다 (v: 침강속도, r: 입자 반지름, ρ₁: 입자 밀도, ρ₂: 분산매 밀도, g: 중력가속도, η: 분산매 점도). 침강 속도를 줄이려면 분자(v)를 작게, 분모(η)를 크게 해야 하므로,
입자의 반지름(r)을 증가시키는 것은 오히려 침강 속도를 증가시킵니다.
1.
핵심 개념 분석 (Key Concept): 스토크스 법칙은 중력 하에서 구형 입자가 유체 내에서 침강하는 속도를 나타냅니다. 현탁제(Suspension) 제형 설계 시 이 법칙을 적용하여 침강 속도를 최소화함으로써 물리적 안정성을 확보하는 것이 목표입니다. 공식에서
핵심! 입자 반지름(r)은 제곱에 비례하므로 가장 큰 영향을 미치는 변수입니다.
2.
정답 근거 (Answer Rationale): 정답은
④번입니다.
입자의 크기(반지름)를 증가시키면 침강 속도는 제곱에 비례하여 증가하므로, 침강 속도를 감소시키는 방법이 아닙니다. 오히려 침강 속도를 늦추기 위해서는 입자를 미분화(Micronization)하여 크기를 줄여야 합니다.
3.
오답 분석 (Distractor Analysis):
- ①번: 입자와 분산매의 밀도 차이(ρ₁-ρ₂)를 줄이면 침강 속도가 감소하므로 올바른 방법입니다.
혼동 주의! 밀도 차이가 0에 가까워질수록 침강이 거의 일어나지 않습니다.
- ②번: 현탁화제(Suspending agent)를 첨가하면 분산매의 점도(η)가 증가하여 침강 속도가 감소하므로 올바른 방법입니다.
- ③번: 입자를 미분화하여 크기를 감소시키면 반지름(r)이 작아져 침강 속도가 현저히 감소하므로 올바른 방법입니다.
- ⑤번: 분산매의 점도를 증가시키면 침강 속도가 감소하므로 올바른 방법입니다.
4.
연관 개념 정리 (Related Concepts): 스토크스 법칙의 한계점도 알아두세요. 이 법칙은 완전히 분산된 구형 입자의 희석 현탁액에 적용되며, 입자 간 상호작용이나 전하 효과는 고려하지 않습니다. 실제 제형에서는
제타 전위(Zeta potential)를 조절하여 입자 응집을 방지하고, 현탁 안정성을 추가로 확보합니다. 또한 침강 속도를 줄이는 또 다른 실용적 방법으로는
구조 점성(Structural viscosity) 또는 요변성(Thixotropy)을 부여하는 부형제(예: CMC, 벤토나이트)를 사용하는 것이 있습니다.
개념 정리: 스토크스 법칙 v = 2r²(ρ₁-ρ₂)g / 9η. 침강 속도를 줄이려면: r↓ (입자 미분화), (ρ₁-ρ₂)↓ (밀도차 감소), η↑ (점도 증가). 반대로 r↑는 침강 속도를 증가시킵니다.
한눈에 비교!
| 변수 | 변화 방향 | 침강 속도 영향 |
|---|
| 입자 반지름 (r) | 증가 | 증가 (제곱 비례) |
| 입자 반지름 (r) | 감소 | 감소 (제곱 비례) |
| 밀도 차 (ρ₁-ρ₂) | 감소 | 감소 |
| 분산매 점도 (η) | 증가 | 감소 |
국시 빈출 포인트: 스토크스 법칙은 약제학에서 '침강 속도에 영향을 미치는 요인' 문제로 자주 출제됩니다. 특히 "침강 속도를 감소시키는 방법" vs "증가시키는 방법"을 구분하는 선택지가 많으므로, 공식에서 각 변수가 분자/분모 중 어디에 위치하는지 정확히 기억하세요.