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대한민국 약전 - X선 회절 분석(XRD)

말번 파날리티칼이 “2025 KOREA LAB” 전시기간 중 발표한 ‘대한민국 약전 - X선 회절 분석(XRD)’의 세미나 내용은 다음과 같다.



이번 세미나에서는 의약품 산업에서 X선 회절 분석(XRD, X-ray Powder Diffraction)이 어떻게 활용되고 있는지, 그 원리부터 실무 적용까지 폭넓게 소개되었다.



1. XRD의 기초 이론

XRD는 물질의 결정 구조를 분석하는 대표적인 방법으로, 결정성 물질의

격자면에서 X선이 회절되며 나타나는 간섭 패턴을 기반으로 구조를 확인한다. 물질이 고체 상태이더라도 결정형(Crystalline)일 수도 있고 비결정형(Amorphous)일 수도 있는데, XRD는 이러한 차이를 뚜렷하게 구분할 수 있다.



브래그 법칙(Bragg's Law: nλ = 2dsinθ)을 바탕으로, 일정한 파장의 X선을 결정 구조에 입사시켰을 때 반사되는 각도와 세기를 측정해 결정 구조와 간격(d-spacing)을 유추할 수 있다.



[그림 1]. X선 회절과 브래그의 법칙



2. 제약 산업에서의 XRD 활용

XRD는 의약품의 고체 형태 분석(Solid Form Analysis), 특히 결정다형(Polymorphism)을 분석하는 데 매우 중요한 도구이다. 같은 화학적 조성을 가진 약물도 결정 구조에 따라 물리적 특성, 안정성, 용해도, 생체이용률 등이 달라질 수 있기 때문에, 정확한 결정형 확인이 필수적이다.

예를 들어, 리토나비르(Ritonavir)는 결정형 II가 출현하면서 생체용해도가 크게 낮아져 판매가 중단된 사례가 있다. 이처럼 결정다형은 약효에 중대한 영향을 줄 수 있다.



[그림 2]. 제약 산업에서의 결정다형 사례 – 리토나비르(Ritonavir)



3. 제네릭(복제약)과의 관련성

XRD는 제네릭 의약품 개발에서도 중요한 역할을 한다. 신약의 경우 각 결정형에 대해 특허를 등록해 두는 경우가 많고, 제네릭 제품이 이를 침해하지 않도록 특정 결정형이 포함되지 않았다는 것을 증명해야 한다.

따라서 0.1% 이하 수준의 극미량 결정형 검출을 위한 고감도 XRD 분석이 요구된다.

특히 아지스로마이신(Azithromycin), 인도메타신(Indomethacin) 등의 예시에서는 0.1% 또는 0.25% 수준의 결정형 검출이 가능하다는 실제 사례가 소개되었다.



[그림 3]. 제네릭 의약품 내 결정형 검출을 위한 XRD 분석 예시



4. 분석 방법 및 품질관리

XRD를 활용한 품질관리는 다음과 같은 다양한 방식으로 활용된다.

- 결정다형 판별(Fingerprinting): 기준 물질의 XRD 패턴과 비교해 동일 여부를 판단.

- 정량 분석: 결정형 간의 비율 정량화, 비결정성(Amorphous) 함량 측정.

- LOD/LOQ 평가: 검출한계(LoD) 및 정량한계(LoQ)는 S/N 비 또는 표준편차-기울기 방법을 통해 산출하며, ICH 가이드라인에 따른 계산이 가능하다.

- 자동화 기능: HighScore 소프트웨어를 활용한 자동 매칭, 패턴 변환(PDF → Scan) 및 결정 구조로부터의 패턴 계산 기능도 제공된다.



5. 관련 장비

말번파날리티칼에서는 두 가지 장비를 소개했다.



- Empyrean: R&D 및 QC에 모두 적합한 고급 시스템으로, 다양한 시료 홀더와 자동 시료 장치, CFR Part 11 호환 기능을 갖추고 있다.

- Aeris: QC 및 제약·관세기관에 적합한 소형 장비로, 쉬운 조작과 고정밀 분석을 동시에 만족시키며, 동일한 HighScore 소프트웨어를 공유한다.



XRD는 단순한 결정 유무 확인을 넘어서, 의약품의 품질 보증, 특허 회피 전략, 제네릭 개발, 공정 관리 등 다양한 영역에서 실질적인 가치를 제공하고 있다. 이번 세미나는 이 기술의 이론부터 실제 적용까지 매우 실용적인 내용을 폭넓게 전달한 자리였다.



‘대한민국 약전 - X선 회절 분석(XRD)’에 관한 궁금한 내용은 본 원고 자료를 제공한 말번 파날리티칼을 통하여 확인할 수 있다.



Reference(참고문헌): 대한민국 약전 일반시험법 제2조제5호 22

Model Name(모델명): AERIS, Empyrean

The Person in Charge(담당자): Dr. Chung-gi Lee

Maker(제조사): Malvern Panalytical

Country of Origin(원산지): Netherlands

e-mail: korea.info@malvernpanalytical.com

Data Services(자료제공): Malvern Panalytical



<이 기사는 사이언스21 매거진 2025년 7월호에 게재 되었습니다.>



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