Formation of cyclodextrin inclusion complex of antifungal drug using supercritical fluid processes

이상윤 Graduate School, Yonsei University 2005 국내박사

쌍둥이형 계면활성제를 이용한 PAHs의 용해도 증가에 관한 연구

이진희 이화여자대학교 대학원 1999 국내석사

많은 유기화합물이 인간의 활동으로 인해 토양과 지하수를 오염시켰으며 일반적으로 토양과 지하수에서 발견되는 유기오염물질은 PAHs, TCE, PCBs, BTEX등이다. 이런 오염물질이 한번 환경에 유출되면 대부분 소수성으로 인하여 토양과 지하수에 존재하는 유기물과 쉽게 결합하며 이렇게 흡착된 유기오염물은 장시간 넓은 범위를 오염 시킨다. 계면활성제는 오염된 토양을 복구하는데 첨가제로 사용되어 효율적 역할을 하는데 토양과 지하수 정화에서 계면활성제는 토양의 유기물 증가, 수질환경 내에서의 오염물의 용해도 증가 그리고 DNAPLs의 용해와 이동 등의 목적으로 사용되어졌다. 본 연구에서는 계면활성제 중에서 오염물의 용해도 증가에 초점을 두었으며 서로 다른 구조를 가지는 계면활성제의 용해도 효율을 분석해 보고자 dianionic surfactant와 gemini surfactant를 사용하여 기존에 사용되어왔던 계면활성제인 sodium dodecylbenzene sulfonate(SDDBs)와 비교해 보았다. gemini surfactant는 계면활성제 2분자를 결합시킨 것으로 머리가 두 개이고 꼬리가 두 개인 구조를 가지며 쌍둥이형 계면활성제라고도 불리며 dialkylated disulfonated diphenyl oxide(DADS)를 사용하였다. dianionic surfactant는 음이온을 띄는 머리부분이 2개이고 꼬리가 1개인 구조를 가진 것으로 본 연구에서 사용한 monoalkylated disulfonated diphenyl oxide(MADS)는 DABS 생성의 중간 단계라고 할 수 있다. MABS와 DADS는 표면장력을 효과적으로 줄여준다고 알려져 있으며 상대적으로 낮은 CMC를 가진다. 따라서 오염물의 제거에도 효율적일 것이라 판단되어 본 연구에서 사용한 것이다. 또 유기오염물로는 PAHs인 naphthalene, phenanthrene, pyrene을 사용하였는데 이들은 대표적인 석유화합물이며 benzene ring이 하나씩 증가하는 구조를 가진다. 실험결과 naphthalene의 경우는 SDDBS에서 용해도 증가가 가장 크게 나타났으며 DADS, MADS의 순으로 용해도가 증가하였다. 그러나 phenanthrene과 pyrene에서는 그와 반대인 MADS, DADS, SDDBS순으로 용해도가 증가하였다. 이러한 상반된 결과로 볼 때 용해도 증가현상은 계면활성제의 역할에만 의존하는 것이 아니라 오염물질과 계면활성제의 상호작용으로 인하여 일어난다고 생각할 수 있는데 naphthalene의 경우 계면활성제의 총 유기탄소 함유율이 많은 순서(SDDBS 62%, DADS 58%, MADS 50%)와 용해도 증가순서가 일치하는 것으로 보아 partitioning에 의한 용해도 증가현상이라고 생각된다. 그러나 phenanthrene과 pyrene의 평우는 정반대의 경향성을 보이므로 naphthalene과는 다른 기작이 작용한다고 생각하여서 물농도로 용해도 증가를 비교하여 계면활성제 한 분자 당 오염물 처리효율을 비교하였다. 그 결과 SDDBS에 의한 용해도 증가가 가장 작았으며 MADS와 DADS의 효율은 거의 같았는데 이는 계면활성제의 alkyl chain의 개수가 용해도에 거의 영향을 미치지 않는 것을 의미하며 계면활성제를 구성하고 있는 benzene과 오염물질이 상호작용 하는 것으로 판단되었다. naphthalene의 경우에도 benzene과의 영향이 있을 것이지만 partitioning이 더 크게 영향을 주는 것으로 미루어 보아 phenanthrene과 pyrene은 분자의 크기로 인해 micelle 내부로 이동하지 못하여 partition되지 못하고 benzene interaction만이 작용하는 것으로 사료되었으며 micelle이 오염물을 많이 함유할 수 있는 헐거운 구조를 형성하는 것도 계면활성제의 중요한 인자로 생각되었다. 결국 분자의 크기가 상대적으로 큰 phenanthrene과 pyrene은 많은 benzene을 가지며 내부에 space가 많은 micelle을 형성하는 MADS에서 가장 큰 효율을 보인 것이라고 생각된다. 이런 결과를 볼 때 계면활성제에 의한 유기오염물의 용해도 증가는 유기물과 계면활성제의 상호작용에 의한 현상이며 계면활성제 자체의 특성만 가지고 오염물 제거효율을 판단할 수는 없다. many organic chemicals found in soil and groundwater result from human activities such as landfills, accidental spills and leaks from storage facilities. Some of the common organic contaminants found in soil and ground water are polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), trichloroethylene (TEC), Polychlorinated by phenols (PCBs) and petroleum distillates, such as benzene, toluene, ethyl benzene, and xylene (BTEX). Once released into the environment, most of these organic contaminants, due to their inherent hydrophobic, easily bind with the organic matter in soil/water system. These adsorbed organic contaminants remain in the environment and are slowly released into groundwater and surface water bodies, thus polluting large areas over a long period of time. A number of surfactant processes relate to technologies for treating soils contaminated hydrophobic organic compounds (HOCs). Such processes include irreversible sorption of surfactant of soils for enhancing HOC sorption and immobilization; surfactant induced lowering of interfacial tension between water, no aqueous phase liquid (NAPL), and soils in order to induce two phase flow; surfactant mediation of HOC bioavilability or microbial activity; and micelle soubilization to effect the adsorption of HOCs during soil flushing. The present study analyzes micelle solubilization of PAH by surfactant in order to compare the effect of the surfactant molecular structure. The surfactant used in this study are, Sodium dodecylbenzene sulfinate (SDDBS), a conventional anionic surfactant; spacer link between the head groups; and Monoalkylated disulfinated biphenyl oxide (MADS), a dianionic surfactant with two anionic heads and one hydrophobic tail. The there kind of PAHs, naphthalene, phenanthrene, and pyrene are used for contaminants. Experimental results indicate that SDDBS is more effective for naphthalene. But MADS and DADS exhibit higher solubillization effect than SDDBS for phenanthrene and pyrene. Other studies reported that solubillization mechanism of naphthalene is partitioning but hydrophobic interactions. This result suggests enhanced solubility of PAH may depend on not only surfactant structures but also contaminant characteristics.

(The) effect of gas absorption induced a change of solubility in microcellular foamed process

김학빈 Graduate School, Yonsei University 2006 국내석사

Microcellular foaming processes are advantageous because they use blowing agents such as CO2, N2 which are environment friendly and reduce the cost of materials. The microcellular foaming process can create a much smaller cell size than those of conventional plastic foaming processes. Cell size is directly related to its growth, the dominant factor of which is foaming temperature. In addition, the volume expansion, which is associated with the reduction of the cost, is greater at a lower foaming temperature.Microcellular foaming process started that gas diffuse polymer. Solubility means how many gases are there in polymer during saturation time. In previous research, solubility of carbon dioxide which is popular gas in microcellular foaming process in resin such as PC, PP, PET and etc is discovered for long time. But other gases such as helium are not finding out solubility of polymer yet. There are many devices that can measure solubility, but can’t be used for measuring this property of gas containing polymer. As a result, a new device is needed which can measure solubility of polymer for various gases and resin at the saturation time.In this thesis, a new tester that uses differential pressure meter is devised for measuring solubility of polymer. This new device is used acquire data of solubility of polymer such as polypropylene, polycarbonate. New model that can predict the changes of this property are developed by using the acquired data. Using the new model for solubility of polymer, the solubility can be estimated as a function of saturation time. 초미세 발포 공법 (microcellular foamed process)은 친환경적인 발포재(질소 또는 이산화탄소)를 사용할 뿐만 이니라, 재료비를 절감 할 수 있다는 장점이 있다. 초미세 발포 공법은 기존의 발포 공법보다 작은 셀 (cell)을 만들 수 있다. 셀의 크기는 셀의 성장과 직결되는데, 셀의 성장은 발포 온도가 주요한 제어 인자가 된다. 또한, 재료비를 절감 할 수 있는 부피의 팽창도 발포 온도가 낮을수록 커진다.초미세 발포 공법은 가스가 고분자 재료에 용해됨으로써 시작된다. 용해도란 포화 시간 동안 얼마만큼의 가스 분자가 고분자에 용해되었느냐를 나타내주는 값이다. 이전 연구에서는 초미세 발포 공법에서 가장 많이 사용되는 가스인 이산화탄소에 대해 PP, PC, PET 등의 다양한 수지에서의 용해도를 측정해왔다. 그러나 헬륨 같은 다른 가스에 대한 연구가 부족했던 것은 사실이다.용해도를 측정하기 위한 많은 장치가 개발되었지만 가스를 포함한 상태에서의 용해도를 정확하게 측정하기 위한 장치는 아직 개발되고 있지 않다. 초미세 발포 공법을 적용시키기 위하여 다양한 가스들의 고분자 재료에 대한 용해도를 측정하기 위한 장치가 필요하다.본 연구에서는 고분자 재료의 가스 용해도를 측정하기 위하여 차압계를 사용한 새 용해도 측정장치를 개발하였다. 이 새 장치를 이용하여 PP, PC와 같은 범용성 수지에 대한 이산화탄소, 헬륨의 용해도를 측정하였다. 그리고 이전의 값과 비교하여 새 장치가 더 우수함을 증명하였다. 그리고 새 장치를 이용하여 얻는 용해도 데이터를 바탕으로 하여 용해도를 예측할 수 있는 용해도 모델을 개발하였다. 용해도 모델을 통해 고분자 재료에 가스의 용해량을 예측, 초미세 발포 공정에 적용할 수 있도록 하였다.

휴믹산과 음이온성 계면활성제가 소수성 유기오염물질의 용해도 증가에 미치는 영향에 관한 연구

조현희 이화여자대학교 2000 국내석사

Fate and transport of hydrophobic organic contaminants can be influenced by naturally-existing humic substances and surfactants applied to wash polluted soils in the subsurface environment. Both dissolved organic matters and surfactants are known to increase the apparent solubility of aromatic compounds in the aqueous phase, due to their molecular structure consisting of hydrophilic and hydrophobic moieties. In this study, the combined effects of dissolved matters and anionic surfactant on the aqueous solubility of hydrophobic organic compounds will be investigated, since both can be co-exist in water when household and wastewaters are not readily treated. Also, the objective of this paper is to study the solubility enhancement of four PAHs (polycyclic aromatic hydrocarbon) and p.p'-DDT in humic acid and three anionic surfactant solutions. Experimental results indicated that the apparent solubility of naphthalene, phenanthrene, and pyrene in aqueous solutions with humic acid only are higher than those in aqueous solutions with humic acid and SDS. This is caused by the fact that the cations (Na+), which were ionized when SDS was dissolved, form complex with the functional groups (COOH, OH) of humic acid and decrease the path where the hydrophobic organic com -pounds can approach. As the number of aromatic ring is increased, the extent of solubility enhancement of PAHs by humic acid increased. Although the hydrophobicity of p,p'-DDT was the largest among five organic compounds used, the extent of solubility enhancement of p.p'-DDT was the largest among five organic compounds used, the extent of solubility enhancement of p.p'-DDT by humic acid was lower than that of pyrene. As the number of aromatic ring was increased, the extent of solubility enhancement of PAHs by humic acid was increased. Although p.p'-DDT was the most hydrophobic among five organic compounds in this study, the extent of solubility enhancement of p.p'-DDT by humic acid was lower than of pyrene, due to the molecular structures of the solutes. Anionic surfactants with and without aromatic rings were also experimented for comparison with humic acid, in order to further study the role of aromatic parts in amphiphilic molecules. In case of three anionic surfactants, the extent of the increased solubility of p.p'-DDT by MADS-12 was lower than that of perylene. This is similar to the result with Aldrich humic acid. The partition coefficients of p.p'-DDT have been decreased by 12.5% with humic acid and by 10.3% with MADS-12 from the partition coefficients of perylene. this can be explained with the molecular sizes of humic acid and MADS-12. Single molecular size of macromolecules such as humic acid is much larger than that of MADS-12 molecules, so the micellar gggregates of humic acid molecules are structurally less flexible than those of MADS-12 molecules, which results in inefficient absorption of the larger molecules such as p.p'-DDT. The supposition of minimal effect from benzene ring interacion is substantiated by the result from the experiments with surfactants. If the contribution from benzene ring interaction to the sorption of HOCs was not minimal, the log Kw values with MADS-12 should have been larger than those with SDS and SDDBS for PAHs. For p.p'-DDT with which the benzene ring effect is much smaller the log Kw values with three surfactants should have been very similar. However, the experimental result shows that the log Kw values for PAHs are very similar with three surfactants, so the contribution from the benzene ring to the sorption of HOCs looks minimal. 산불, 유류나 유독 화학물질의 유출사고, 농약의 살포 등으로 인해 토양과 지하수 환경은 심하게 오염되어지고 있다. 이러한 오염물질들의 예로서 또는 그 이상의 방향족 고리를 기본 구조로 가지는 다환 방향족 화합물 (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)과 살충제, PCB를 들 수 있는데, 이들은 모두 소수성 유기화합물 (Hydrophobic Organic Compounds)로 난분해성이며 매우 낮은 용해도를 나타내는 화합물로서 인체에 유해하며 발암물질로 알려져 있다. 자연에 존재하는 휴믹물질의 분자는 내부의 소수성 부분과 외부의 친수성 부분으로 구성되어 있으며 이러한 구조는 계면활성제의 분자구조와 비슷하여 이들 분자가 집합체(aggregate)를 형성하게 되어 마이셀과 같은 역할을 하는 소위 “pseudo-micelle"을 이루게 되어 소수성 미세환경을 제공하게 된다. 따라서, 휴믹 물질이 소수성 유기오염물질의 수중 용해도를 증가시키는 역할을 하게 되는 것이다. 계면활성제 역시 양수성 물질로서 소수성 유기오염물질의 용해도를 증가시키고, CMC 이상의 농도에서 마이셀을 이루어 오염물질을 흡수하게 된다. 본 연구에서는 자연수계 내에 자연적으로 존재하는 용존 유기물질과 가정하수 중에 포함되어있는 음이온 계면활성제가 공존할 경우, 이 물질들의 작용에 의한 유기오염물질의 수중 용해도의 변화에 대해 논의하였고 또한 소수성 유기오염물질로서 네 가지 PAHs와 p.p'-DDT를 사용하여 휴믹산과 세가지 음이온성 계면활성제에 의한 용해도 증가를 비교해보고, 나아가서는 오염물질의 종류에 따라 어떠한 양상을 보이는 지를 알아보았다. 실험 결과, 휴믹산이 있을 때보다 휴믹산과 음이온성 계면활성제가 공존할 경우에 소수성 유기화합물의 수중 용해도가 오히려 감소하였다. 이는 음이온성 계면활성제가 수중에 용해될때 이온화되어 나오는 양이온(Na+)이 휴믹산의 작용기(COOH, OH)와 화합물을 형성하여 소수성 유기오염물질이 접근할 수 있는 공간을 줄이는 역할을 하기 때문인 것으로 보인다. 또한, 휴믹산에 의한 용해도 증가는 PAHs의 경우에서는 나프탈렌에서 퍼릴렌으로 갈수록 증가하지만 p.p'-DDT는 소수성이 가장 큼에도 불구하고 파이렌보다도 용해도 증가 정도가 낮았다. 음이온성 계면활성제의 경우, SDS와 SDDBS에 의한 다섯가지 소수성 유기오염물질의 용해도가 선형적으로 증가하였고, 벤젠링이 한 개 더 많은 SDDBS는 SDS의 결과와 별로 차이가 나지 않았다. 이것으로 보아 벤젠링의 상호작용은 거의 영향을 미치지 못했음을 알 수 있었다. 쌍둥이 머리(twin-head)를 가진 MADS-12에 의한 용해도 증가는 나프탈렌에서 퍼릴렌으로 갈수록 증가하였지만, p.p'-DDT의 용해도 증가 정도는 퍼릴렌보다 약간 감소하였다. 이러한 결과는 소수성 유기화합물의 구조적인 차이로서 설명할 수 있다. 방향족 화합물인 PAHs는 평면구조이지만, p,p-DDT는 삼차원적 입체구조를 가진다. 계면 활성제의 마이셀 속으로 녹아들어갈 때 평면구조는 포개어져서 많이 들어갈 수 있지만 입체구조는 적게 들어가게 되어 감소하게 되는 것이다.

Dronedarone HCI의 용해도 개선에 관한 연구

이예리 인제대학교 일반대학원 2015 국내석사

The Effect of Isosaccharinic acid (ISA) on the Solubility of Rhenium(IV) Oxide

김경원 포항공과대학교 일반대학원 2022 국내석사

Technetium (Tc) is a long-lived radioactive isotope generated from fission that has a long half-life of 2.1 × 105 years for Tc-99. It exists as pertechnetate anion (TcO4−) in a solution under oxidizing conditions and shows high solubility, which is a main concern in radioactive waste management. Isosaccharinic acid (ISA) is the degradation product of cellulose under alkaline and reducing conditions. It can be generated in a radioactive waste repository constructed using concrete or cement. The ISA forms complexes with radionuclide metal ions, and increases their solubility and mobility. Hence, the effect of ISA should be evaluated for the safety assessment of radioactive waste repositories. In this work, solubility batch and single-pass flow-through (SPFT) tests were performed using rhenium (Re) as an analog element of Tc to evaluate the effect of ISA on the Tc solubility at a high pH condition. Re solubility increases in the presence of ISA at a neutral pH under oxidizing conditions, indicating that Re can form complexes with ISA, but decreases at a high pH (approximately 12.5) under both oxidizing and reducing conditions. The SPFT tests show ReO2 dissolution rates of 5.96 × 10−10 g/m2·s and 5.12 × 10−11 g/m2·s in the absence and presence of ISA, respectively. The ISA hydrolysis is assumed to occur before ReO(OH)2(aq) hydrolysis to ReO(OH)3− and decreases the Re solubility in the alkaline solution. The Re solubility greatly decreases in the presence of Ca under oxidizing conditions, because the CaCO3 formation on the ReO2 surface inhibits the ReO2 dissolution. Still, more solubility experiments using Tc should be performed to precisely evaluate the effect of ISA on the Re or Tc solubility under various conditions of different pHs and ISA concentrations. 테크네튬(Tc)은 핵분열로 생성되는 장반감기 방사성핵종으로, Tc-99는 2.1 × 105 년의 긴 반감기를 가진다. 테크네튬은 산화조건의 용액에서 과테크네튬산(TcO4−)으로 존재하며 높은 용해도를 나타내 방사성폐기물 관리에 있어 큰 관심 핵종 중 하나다. 이소사카린산(isosaccharinic acid, ISA)은 알칼리, 환원 조건에서 셀룰로오스가 분해되어 발생하는 생성물질로, 콘크리트나 시멘트를 사용하는 방사성폐기물 처분장에서 쉽게 생성될 수 있다. ISA는 방사성 금속핵종과 배위화합물을 형성하여 방사성핵종의 용해도와 이동성을 증가시킨다. 따라서 방사성폐기물 처분장의 안정성 평가를 위해 ISA의 영향을 정확하게 평가해야 한다. 이 연구에서는 높은 pH 조건에서 테크네튬의 용해도에 미치는 ISA의 영향을 평가하기 위해 유사체인 레늄(Re)을 이용해 배치 실험과 single-pass flow through(SPFT) 시험을 시행했다. ISA가 있을 경우, 산화조건의 중성 용액에서 레늄의 용해도는 증가하며, 레늄이 ISA와 배위화합물을 형성하는 것으로 보인다. 하지만 pH 12.5의 알칼리 조건에서는 산화, 환원 조건 모두 ISA가 있을 때 레늄의 용해도가 감소했다. SPFT 시험 결과 레늄산화물(ReO2)의 용해율은 ISA의 유무에 따라 각각 5.12×10−11 g/m2·s, 5.96×10−10 g/m2·s 로 계산된다. 이는 ReO(OH)2(aq) 가 ReO(OH)3−가 되는 레늄 가수분해(hydrolysis) 반응보다 ISA의 탈양성자화(deprotonation) 반응이 먼저 일어나 높은 pH 조건에서는 레늄의 용해도가 감소하는 것으로 추측된다. 산화조건에서 레늄 용해도는 Ca이온이 있을 때 더 크게 감소하는데, 레늄산화물 표면에 생성되는 탄산칼슘(CaCO3)이 레늄산화물의 용해를 방해하기 때문이다. 하지만 아직 레늄, 테크네튬의 용해도에 미치는 ISA의 영향을 정확하게 평가하기 위해서는 다양한 pH, ISA 농도에 따른 용해도 실험 및 테크네튬을 이용한 추가적인 용해도 실험이 필요하다. 이러한 실험 결과를 근거로 다양한 조건에서의 테크네튬의 정확한 용해도 값을 구할 수 있으며, 이는 처분장 안정성 및 장기적인 테크네튬 거동특성 예측 모델에 유효하게 사용될 수 있다.

인 시투 자외선-가시광선 분광계를 이용한 초임계 이산화탄소 내 염료의 용해 현상 연구

박건환 서울대학교 대학원 2021 국내박사

Supercritical Fluid Dyeing is a technology that uses supercritical carbon dioxide as a dyeing solvent. As social issues related to environment-friendliness have emerged in various industries around the world, it is attracting attention as an alternative to the existing dyeing process that mainly uses water. Traditional dyeing processes use water as a dyeing solvent, which generates a large amount of wastewater after the process, which contains various chemical substances such as residual dyes, additives, dispersants, and surfactants, which consumes a lot of time and money to process. When supercritical carbon dioxide is used instead of water as a dyeing solvent, wastewater is not generated and additional additives other than dyes are not required due to the high solubility of supercritical carbon dioxide. In addition, it is economical because dyes and solvents can be recycled and there is no need for an additional drying process, since carbon dioxide can be easily separated by vaporizing after the process. With such advantages, more and more companies and researchers are participating in the development of supercritical dyeing technology, but they have not yet been able to keep up with the existing water-based dyeing in terms of efficiency. The supercritical dyeing mechanism consists of the process of dissolving the dye into supercritical carbon dioxide, the process of transporting the supercritical carbon dioxide to the fiber and adsorbing the dye on the fiber surface, and finally the diffusion of the dye into the fiber. Many researchers have determined that the final process is the speed-determining step of the entire process. However, it was confirmed that the dissolution rate of the dye into carbon dioxide and the concentration of the dye in the supercritical carbon dioxide affected the overall dyeing process speed, and it was judged that accurate understanding and measurement of the dissolution process is necessary to improve the efficiency of the dyeing process. Therefore, this study investigated the dissolution of dyes in supercritical carbon dioxide. First, a solubility measurement method using an in situ UV-Vis spectrometer was newly constructed to compensate for the disadvantages of the previously used solubility measurement method and to measure the solubility more accurately. Through this method, the solubility of dye in supercritical carbon dioxide could be measured without using any special assumptions or calculation methods, and reliability was confirmed through comparison with literature values. In addition, the validity of this method was verified by measuring the solubility of benzoic acid, which has a higher solubility than the dye. In order to quantify the dissolution rate of the dye into the supercritical carbon dioxide in the dyeing process, a dissolution kinetic model was established. In a continuous high-pressure system, a method was found to calculate the amount of dye dissolved from the absorbance measured using an in situ spectrometer, and the mass transfer coefficient was calculated under various conditions. The correlation between the Reynolds number and the Sherwood number was derived using the mass transfer coefficient calculated from variables that influence the flow characteristics of the fluid such as flow rate, pipe shape, and size. Finally, from this correlation equation, the dissolution rate at which the dye dissolves in supercritical carbon dioxide in the scaled-up device was predicted. 초임계 염색 (Supercritical Fluid Dyeing)은 초임계 이산화탄소를 염색 용매로 사용하는 기술이다. 전세계적으로 각종 산업에서 친환경에 대한 사회적 이슈가 부각됨에 따라 초임계 염색 기술은 주로 물을 사용하는 기존의 염색 공정에 대한 대안책으로 주목 받고 있다. 전통적인 염색 공정은 물을 염색 용매로 사용함에 따라 공정 후 대량의 폐수가 발생하게 되는데 여기에는 잔존 염료를 비롯해 첨가물, 분산제, 계면활성제 등의 다양한 화학물질이 포함되어 있어 처리하는데 많은 시간과 비용이 소비된다. 물 대신 초임계 이산화탄소를 염색 용매로 사용하는 경우 폐수의 발생이 없고 초임계 이산화탄소가 가지는 높은 용해력으로 인해 염료 외 추가적인 첨가물이 필요하지 않아 폐기물에 대한 걱정이 없다. 또한 공정 후 이산화탄소를 기화시켜 쉽게 분리해낼 수 있어 추가적인 건조 공정이 필요 없으며, 염료와 용매의 재활용이 가능하여 경제적이다. 이와 같은 장점으로 점점 많은 기업들과 연구자들이 초임계 염색 기술 개발에 참여하고 있지만 아직까지 효율성 측면에서 기존의 수계 염색을 따라가지 못하고 있다. 초임계 염색 메커니즘은 초임계 이산화탄소에 대한 염료의 용해과정, 초임계 이산화탄소가 섬유로 이동하고 염료가 섬유 표면에 흡착되는 과정 그리고 마지막으로 섬유 내부로 염료가 확산되는 과정으로 이루어진다. 많은 연구자들이 마지막 과정을 전체 공정의 속도 결정 단계로 판단하였다. 하지만 염료가 이산화탄소로 용해되는 속도와 초임계 이산화탄소 내 염료의 농도는 전체 염색 공정 속도에 영향을 주는 것이 확인되었고, 용해 과정에 대한 정확한 이해와 측정이 염색 공정의 효율성 향상에 필요하다고 판단하였다. 따라서 본 연구에서는 초임계 이산화탄소 내 염료의 용해 현상에 대해 살펴보았다. 먼저 기존에 사용되었던 용해도 측정 방법의 단점을 보완하고 보다 정확한 용해도를 측정하기 위하여 인 시투 자외선-가시광선 분광계 (In situ UV-Vis spectrometer)를 사용하는 용해도 측정법을 새롭게 구축하였다. 이 방법을 통해 초임계 이산화탄소 내 염료의 용해도를 특별한 가정이나 계산법을 사용하지 않고 측정할 수 있었고 문헌값과의 비교를 통해 신뢰성을 확인하였다. 또한 염료에 비해 큰 용해도를 가지는 벤조산의 용해도를 측정하여 이 방법의 타당성을 검증하였다. 염색 공정에서 염료가 초임계 이산화탄소에 용해되는 속도를 정량화하기 위해 용해 속도식 모델을 구축하였다. 연속식 고압 시스템에서 용해되는 염료의 양을 인 시투 분광계를 이용하여 측정한 흡광도로부터 계산하는 방법을 찾아냈고 다양한 조건에서 물질 전달 계수를 계산해냈다. 유량, 관의 모양, 크기와 같은 유체의 흐름 특성에 영향을 주는 변수로부터 계산된 물질 전달 계수를 이용하여 레이놀즈 수 (Reynolds number)와 셔우드 수 (Sherwood number)사이의 상관 관계식을 도출하였다. 마지막으로 이 상관 관계식으로부터 스케일 업 된 장치를 이용하여 염료가 초임계 이산화탄소에 용해되는 용해 속도를 예측하였다.

중학교 화학 실험의 분석과 개선에 관한 연구 : 용해도 단원을 중심으로

조혜진 공주대학교 교육대학원 2004 국내석사

국문초론 중학교 화학 실험의 분석과 개선에 관한 연구 - 용해도단원을 중심으로 공주대학교 교육대학원 화학교육 전공 조혜진 용해는 초등학교 자연과목에서부터 대학교의 일반화학에서까지 폭넓게 다루어지는 주요 개념이다. 특히 초등학교와 중?고등학교에서는 여러 번의 교육과정 개정에도 불구하고 물질의 특성이나 분리등의 단원에서 빠지지 않고 꾸준히 다루어지고 있어 그 중요성을 짐작할 수 있다. 과학교육에 있어서 실험교육이 중요함에도 불구하고, 학생의 입장에서 학생의 사고수준을 넘어서는 복잡한 실험과정 때문에 실험의 목표를 잃거나 제시된 실험의 자체 오류 즉, 실험설계가 잘못되어 있거나, 준비물이 부적합하거나, 시료가 유해하거나, 비전공자들의 입장에서 실험설계나 시약제조에 있어서 불친절함이 잘못된 실험결과를 낳게 하고 있다. 이에 본 연구는 중학교 과학교과서 용해도단원의 기본과정에서 제시하고 있는 실험을 분석·개선하여 학생들이 용해개념을 올바르게 이해하는데 도움을 줄 수 있는 새로운 실험 자료를 개발하고자 한다. 실험 1은 용해현상의 이해를 돕는 실험으로 현행 교과서에서 단순하게 용매에서 용질이 용해되는 모습을 관찰하도록 되어 있는 단점을 개선하여 물질의 입자성을 강조하며 용액의 균일성과 용질의 보존성에 대한 개념이해를 돕는 실험자료를 개발하였다. 실험 2는 고체의 용해도에 관한 실험이다. 5종의 교과서에서 단일 물질인 질산칼륨의 재결정 실험을 통해 학습목표에 도달하도록 설계되어있는데 사용 용질의 개수를 2개로 확장시켜 용해도를 비교함으로 용해도 또한 물질의 고유한 특성임을 알고 단계적으로 포화, 용해도, 용해도와 온도관계 개념을 조별 토론과 협동학습을 통해 습득하도록 실험자료를 개발하였다. 실험 3은 교과서에서 기체의 용해도와 온도관계를 정성적으로만 관찰하도록 되어있는 단점을 보완하여 발생 기체량을 정량적으로 측정하여 관계 그래프를 그려보아 기체의 용해도와 온도 비례 관계를 이해할 수 있는 실험자료를 개발하였다. ABSTRACT A Study on Analysis and Improvement of Chemistry Experiment in middle School - focused on ‘Solubility' - Jo, Hye Jin Department of Chemistry Education Graduate School, Kongju National University Supervised by Prof. Kim, Jae Hyun, Ph.D. The dissolution is the main concept that to the general Chemistry of a university is large, and is treated by elementary school nature and neck. However, it is the concept that it faced to a numerator or a microscopic particle as ion in order to understand a principle of the dissolution well and concept to be hard in junior high school students because requests concept about material particle anger and a formal operation accident. However, as for the small composed experiment, understanding does new concept, but lets gives help and have an interest and an interest. As for this researcher, development did new experiment data to help understanding in this. Experiment 1 improves the disadvantage that is becoming experiment to help understanding of comprehension phenomenon so that solute observes a figure dissolved in a solvent in an existing textbook simply and emphasizes material particle angle, and is developed a experimental data with uniformity of a solution and concept understanding about maintenance angle of solute. Experiment 2 is experiment about solid solubility. Is designed in order to reach an education goal through re-decision experiment of the potassium nitrate which is single matter in five kinds of textbooks, but get expansion with 2 with the number of use solute comparative with solubility know a solubility too material unique characteristic with what do, and saturation a, solubility, solubility and On are developed with would acquireble experiment data through discussion of table and co-study with have some connection with step-by-steps Experiment 3 supplements the disadvantage that is becoming so that chemical experimental observes gaseous solubility and temperature relation in a textbook and measures occurrence the quintity of vapor with a ration enemy, and It is developed with experimental data in acceptable several with describe the imagine gaseous solubility and temperature proportion relation with a related graph. Helps an interest of students through thing each group competition experiment 4 improves that decision shape observation experiment about a temperature change of the sodium acetate which is the type that the intensive course decision experiment to provide did is simple, and to pile up a sodium acetate decision tower, and it is do that in several with degree of participate Experiment to let a single crystal grow was too slow in a decision growth rate, and, as for the experiment 5, an improvement did the problem that an observation period walked long in a saturation solution. As for the alum, a re-decision painter is fast, but temperature of the face falls than the inside first, and it will be formed, and all tiny nuclei sit down on the solution face Therefore, pour oil a bit with external air block off, and a single crystal corresponding to 3 times of decision size to be the first only for 30 minutes is formed cleanly, and is clear in short time, and a decision nucleus can observe a process growing up. Committed the 10‘s impression a course of study and professional and verified contents proper duty of the experiment data which developed with Likert scale. Generally contents validity of the data which were developed, because showed the above-mentioned positive response in 80% generally is high and can see.

용해도 및 용출 향상을 위한 파조파닙 염산염을 함유하는 4성분계 SNEDDS 예비농축액의 제조 및 특성 평가

최승아 인제대학교 일반대학원 2023 국내석사

본 연구의 목적은 난용성 약물인 파조파닙 염산염(PZH)의 용해도와 용해도를 향상시키는 4성분계 자가나노유화 약물전달시스템(FCS)을 개발하는 것이다. PZH는 용해도 시험에서 높은 pH 의존적 용해도 (pH 1.2 > 물 >> pH 4.0 및 pH 6.8)를 보였다. 또한, 70°C에서 Kollisolv PG (5.38%, w/w) > Kolliphor RH40 (0.49%) > Capmul MCM C10 (0.21%) 및 Capmul MCM C8 (0.19%) 순으로 용해되어 이들이 각각 가용화제, 계면활성제 및 오일로 선택되었다. Kolliphor RH40/Capmul MCM C10을 함유한 3성분계 SNEDDS (TCS)의 특성화 단계에서 분산액의 입도는 매우 작았고 (<50 nm), PZH 최대함유량은 9/1 비율에서 0.5%였다. TCS에 대하여 Kollisolv PG가 추가적으로 함유된 FCS의 특성화 단계에서는 침전 없이 PZH 함유량이 TCS에 비해 10배 더 높은 5.30%로 증가했다. 선택된 제형 (Kolliphor RH40/Capmul MCM C10/Kollisolv PG)으로 제조된 최적화된 FCS는 1% 폴리소르베이트 80을 사용하여 4가지 다른 pH에서 일관되게 완전하고 높은 용출률 (120분에서 >95%)을 나타낸 반면, 원료 PZH 및 Kollisolv PG 용액은 1% 폴리소르베이트 80을 사용하였음에도 특히 pH 6.8에서 pH 의존적인 불량한 용출률(120분에서 약 40%)을 보였다. 결론적으로, 본 연구에서 PZH가 함유된 FCS는 pH에 관계없이 향상된 용해도와 일관된 용해 속도를 보여주었다. The aim of this study was to develop a four-component self-nanoemulsifying drug delivery system (FCS) to enhance the solubility and dissolution of pazopanib hydrochloride (PZH). In the solubility test, PZH showed a highly pH-dependent solubility (pH 1.2 > water >> pH 4.0 and pH 6.8) and was solubilized at 70 °C in the order Kollisolv PG (5.38%, w/w) > Kolliphor RH40 (0.49%) > Capmul MCM C10 (0.21%) and Capmul MCM C8 (0.19%), selected as the solubilizer, the surfactant, and the oils, respectively. In the characterization of the three-component SNEDDS (TCS) containing Kolliphor RH40/Capmul MCM C10, the particle size of dispersion was very small (<50 nm) and the PZH loading was 0.5% at the weight ratio of 9/1. In the characterization of FCS containing additional Kollisolv PG to TCS, PZH loading was increased to 5.30% without any PZH precipitation, which was 10-fold higher compared to the TCS. The optimized FCS prepared with the selected formulation (Kolliphor RH40/Capmul MCM C10/Kollisolv PG) showed a consistently complete and high dissolution rate (>95% at 120 min) at four different pHs with 1% polysorbate 80, whereas the raw PZH and Kollisolv PG solution showed a pH-dependent poor dissolution rate (about 40% at 120 min), specifically at pH 6.8 with 1% polysorbate 80. In conclusion, PZH-loaded FCS in this work demonstrated enhanced solubility and a consistent dissolution rate regardless of medium pH.

이부프로펜의 용해도와 반용매 결정화

백승욱 경북대학교 대학원 2018 국내석사

결정화(Crystallization)는 정제 공정 기술 분야 중의 한 가지로 액체 혹은 균일 상의 기체와 같은 유동성 매질로부터 고체상인 결정(Crystal)을 얻는 것을 말한다. 결정화 공정은 단순한 구조의 설비를 이용하여 목표하는 성분의 결정 형태와 크기, 입도 분포를 제어하여 품질을 향상할 수 있는 가장 일반적인 방법 이다. 결정의 입도를 조절하는 방법에는 crushing, grinding, bead beating 등의 기계적인 분쇄방법과 재결정화하는 방법이 있는데, 물리적인 방법을 통한 분쇄는 공정이 간단하고, 대량생산이 용이하다는 장점이 있으나 조절 가능한 입도의 범위가 한정적이고, 고른 분쇄가 어려워 입도의 분포 반경이 넓다. 또한, 열과 충격을 수반하기 때문에 결정 형상이 변형될 가능성이 있을뿐더러 열에 의한 물성 변화가 쉽게 일어나는 제품에 적용하기에는 부적합하다. 반면 결정화 공정은 기술적인 특성상 물성 변화 없이 최종 생산물의 형태와 입도의 분포뿐만 아니라 이성질체까지 조절∙수득할 수 있고, 단순한 조작으로 대량의 제품을 한 번에 생산할 수 있다는 장점이 있다. 결정화는 그 방법에 따라 일반적으로 증발(evaporation), 냉각(cooling), 반용매(antisolvent)의 세 가지 형태로 나누어진다. 증발은 용질의 용해도가 온도의 영향을 거의 받지 않는 암모늄이나 염화나트륨 같은 경우에 용질이 녹아있는 용매를 단순히 증발시킴으로써 과포화를 유도하여 용질을 결정화한다. 냉각은 용액 온도를 낮추어 용질에 대한 용매의 용해도를 낮추는 방법으로 용액의 과포화를 유도하는 방법이다. 이 방법은 주로 용해도가 온도에 비례하는 경우인 벤조산(C6H5COOH), 클로로벤젠(C6H5Cl) 등의 유기 합성물의 생산에 사용된다. 마지막으로 반용매 결정화는 용매와 혼합이 가능하고 용질에 대한 용해도가 거의 없는 반용매라는 제3의 용매를 이용하여 용질을 포함한 용액에 반용매를 혼합하면 용질이 반용매에 대한 불용성으로 석출되는 방식이다. 반용매법은 공정과정에서 가열 또는 냉각 과정이 없어 열에 민감한 물질인 폭약, 고분자, 제약성분 등에 적합하다. 또한, 다른 결정화 방법보다 에너지의 소비가 적으며 고농도의 용액에 적용할 수 있다는 장점이 있다. 반용매로는 주로 액체나 기체, 초임계유체가 사용되고 있으며 용매와 반용매의 선택에 따라 최종 생산물을 조절할 수 있다. 일반적으로 반용매 결정화 기술에서는 용질의 성분이 친수성(hydrophilic)일 때 알코올을 함유한 유기용매를 용매를 반용매로 사용하고, 소수성(hydrophobic)일 경우 물을 사용한다. 특히, 제약산업에서 물은 일반적으로 소수성의 제품이 많은 약제 성분을 용질을 다룰 때 용질에 대한 용해도를 거의 가지지 않고, 높은 극성(polarity)과 큰 유전 상수(dielectric constant)를 가지고 있어 극성이 큰 유기 용매와 쉽게 혼합할 수 있고, 친환경성을 갖추고 있어 처리가 용이하기에 가장 선호하는 반용매이다. 약제 성분의 재결정화는 성분의 입자의 크기와 분포를 조절하는 것으로 입자의 표면적을 조절함으로써 약물 용출 속도 조절을 통한 약물 전달 시스템(drug delivery system, DDS)에 변화를 줄 수 있어 고체상의 약제에 부가가치를 더할 수 있다.[16] 하지만 분자배열이 복잡하고, 분자량이 큰 제약성분들은 결정화 과정에서 물리∙화학적 응집(agglomeration)이 발생하는 경우가 있고, 이 경우 약제의 용출속도에 영향을 미쳐 효능이 저하될 수 있다. 일반적으로 응집 현상을 해결함과 동시에 미세 입자 제조를 위해 핵 형성(nucleation)-결정 성장(particle growth) 과정에서 초음파를 조사하여 응집 방지, 입자 크기 감소, 핵 형성 유도 등의 효과를 얻는 연구 또한 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 용매와 반용매의 부피 비에 따른 제약성분의 용해도 측정을 통해 반용매 재결정화 기술의 적용 가능 여부를 판단하고, 용매∙반용매의 종류, 제약 용액 농도, 결정화 온도 등 여러 공정변수가 생성된 입자에 미치는 영향을 연구하였고, 실험 과정에서 발생한 초음파의 부작용을 외부 첨가제를 이용한 해소방법을 제시하였다. The antisolvent crystallization technique is widely used to crystallize various organic compounds such as explosives, polymers, and pharmaceuticals. Among these, pharmaceutical compounds are most frequently crystallized by antisolvent technique because heating and cooling steps are not involved and hence, concerns over thermal degradation of the drug compound can be eliminated. An advantage of antisolvent crystallization is fast supersaturation, which is achieved by the instantaneous mixing of the solution and antisolvent. This feature enables the production of smaller crystals compared to other crystallization techniques. On the other hand, fast supersaturation may cause the unbalanced growth of an individual crystal that can result in the rapid growth of a particular face of a single crystal. Therefore, crystals with an acicular habit are frequently obtained from antisolvent crystallization. In this study, a model drug compound, Ibuprofen(IBU) was recrystallized from two different solvents (acetone and Ethanol) and antisolvents (water and hydrogen peroxide). IBU was dissolved in organic solvents and the solutions were mixed with antisolvents leading to particle precipitation. The habit of the precipitated crystals was modified by changing the process conditions, such as the temperature, presence of ultrasonic waves, and concentration of solute. Properties of morphology, particle size, and thermal properties of the IBU crystals obtained from antisolvent experiments were compared. Also, an external additive was used to solve the agglomeration phenomenon, which is the chronic problem of crystallization. A significant reduction in particle size and completely disentangled the agglomeration were achieved.