1 Popis metody
Popsané metody vycházejí z doporučení OECD (1).
1.1 Úvod
Před provedením vlastního měření by měly být k dispozici informace o strukturním vzorci, tenzi par, disociační konstantě a chování látky při hydrolýze (jako funkce pH).
Pro celý rozsah rozpustnosti ve vodě neexistuje jedna jediná metoda.
Dvě níže popsané metody pokrývají celý obor rozpustnosti, avšak nejsou použitelné pro těkavé látky:
- první metoda, která je použitelná pro čisté látky s malou rozpustností
-2 -1
(<10 g.1 ), stálé ve vodě; tato metoda se označuje jako "sloupcová
eluční metoda";
- druhá metoda, která je použitelná pro čisté látky s vyšší rozpustností
-2 -1
(>10 g.1 ), stálé ve vodě; tento postup se označuje jako "baňková
metoda".
Rozpustnost zkoumané látky ve vodě může být značně ovlivněna nečistotami.
1.2 Definice a jednotky
Rozpustnost dané látky ve vodě je definována hmotnostní koncentrací jejího nasyceného roztoku ve vodě při dané teplotě. Rozpustnost ve vodě se udává v jednotkách hmotnosti v objemu roztoku. Jednotka v soustavě SI je kg.m-3 (může se také používat g.1-1).
1.3 Referenční látky
Referenční látky není nutné používat ve všech případech, ve kterých se studuje nová látka. Referenční látky by měly sloužit v prvé řadě k občasné kontrole provádění metody a k porovnání s výsledky jiných metod.
1.4 Princip metody
Jednoduchým předběžným pokusem by se mělo stanovit přibližné potřebné množství vzorku a doba nutná pro dosažení nasycené koncentrace.
1.4.1 Sloupcová eluční metoda
Tato metoda je založena na eluci studované látky vodou z mikrokolony, naplněné inertním nosičem, jako např. skleněnými kuličkami nebo pískem, pokrytým přebytkem studované látky. Rozpustnost ve vodě je dosažena, když jsou koncentrace ve frakcích eluátu následujících po sobě konstantní. To se projeví plochou částí křivky, vyjadřující koncentraci jako funkci času.
1.4.2 Baňková metoda
Při této metodě se látka (tuhé látky musí být ve formě prášku) rozpustí ve vodě při teplotě, která je o něco vyšší než teplota měření. Když je dosaženo nasycení, roztok se ochladí a udržuje se při teplotě měření. Roztokem se míchá až je dosaženo rovnováhy.
Jinou možností je provádět měření přímo při požadované teplotě, pokud je vhodným vzorkováním prokázáno, že je dosaženo rovnováhy nasycení.
Koncentrace zkoumané látky ve vodném roztoku, který nesmí obsahovat žádné nerozpuštěné částice látky, se stanoví vhodnou analytickou metodou.
1.5 Kritéria kvality
1.5.1 Opakovatelnost
Při sloupcové eluční metodě je dosažitelná hodnota < 30 %. Při baňkové metodě by měla být < 15 %.
1.5.2 Citlivost
Závisí na analytické metodě. Mohou však být stanoveny hmotnostní
-6 -1
koncentrace až do 10 g.1 .
1.6 Popis metod
1.6.1 Podmínky měření
Měření se provádí pokud možno při 20 ± 0,5 °C. Předpokládá-li se závislost rozpustnosti ve vodě na teplotě (> 3 % na 1 °C), měří se při dvou dalších teplotách, které leží nejméně 10 °C nad a pod původně zvolenou teplotou. V tomto případě by měla být teplota držena v rozmezí ± 0,1 °C. Zvolenou teplotu je třeba udržovat ve všech důležitých částech aparatury konstantní.
1.6.2 Předběžný pokus
Asi 0,1 g vzorku (tuhé látky musí být v práškové formě) se převede do 10 ml odměrného válce uzavíratelného skleněnou zátkou. Podle tabulky se přidává vzrůstající objem destilované vody o pokojové teplotě.
+---------------------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
| 0,1 g rozpuštěno v | | | | | | | |
| "x" ml vody | 0,1 | 0,5 | 1 | 2 | 10 | 100 | >100 |
+---------------------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
| Přibližná | | | | | | | |
| -1 | | | | | | | |
| rozpustnost (g.1 ) | >1000 | 1000-200 | 200-100 | 100-50 | 50-10 | 10-1 | <1 |
+---------------------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
Po každém přidání množství vody uvedeného v tabulce se směs silně třepe 10 minut a vizuálně se zjistí obsah nerozpuštěných částic. Zůstane-li vzorek nebo jeho část po přidání 10 ml vody nerozpuštěný, musí být měření opakováno ve 100 ml odměrném válci s větším objemem vody. Při nízké rozpustnosti může být doba potřebná k rozpuštění látky podstatně delší (až 24 hodin). Přibližná rozpustnost je uvedena v tabulce, a to pod objemem vody potřebným k úplnému rozpuštění vzorku. Není-li látka ani pak úplně rozpuštěna, mělo by se vyčkat delší dobu než 24 hodin (maximum 96 hodin), nebo zřeďovat dále, aby se zjistilo, zda je třeba použít sloupcovou eluční nebo baňkovou metodu.
1.6.3 Sloupcová eluční metoda
1.6.3.1 Nosič, rozpouštědlo a eluent
Nosič pro sloupcovou eluční metodu musí být inertní. Vhodnými materiály jsou skleněné kuličky a písek. K nanesení zkoumané látky na nosič by se mělo použít vhodné těkavé a analyticky čisté rozpouštědlo. Jako eluent se používá voda dvakrát destilovaná ve skleněné nebo křemenné aparatuře.
Poznámka:
Nesmí se používat voda získaná přímo z organického iontoměniče.
1.6.3.2 Nanesení na nosič
Odváží se asi 600 mg nosiče a převede se do 50 ml kulaté baňky.
Odváží se přiměřené množství studované látky a rozpustí se ve vybraném rozpouštědle. K nosiči se přidá dostatečný podíl roztoku. Rozpouštědlo musí být dokonale odstraněno, např. v rotační odparce. Pokud rozpouštědlo nebylo zcela odstraněno, nedosáhne se úplného nasycení nosiče vodou, díky rozdělovacím efektům na povrch nosiče.
Nanášení studované látky na nosič se může stát problematickým (chybné výsledky), pokud se látka na nosiči sráží jako olej nebo krystalická fáze. Problém je třeba řešit experimentálně a podrobnosti musí být zaznamenány.
Nosič s nanesenou látkou se nechá 2 hodiny bobtnat asi v 5 ml vody. Pak se suspenze naplní do mikrokolony. Je také možné naplnit suchým nosičem s nanesenou látkou mikrolonu, která byla předtím naplněna vodou. Také v tomto případě se nechá rovnováha ustalovat po dobu dvou hodin.
Měření:
Vymývání studované látky z nosiče lze provádět dvěma různými způsoby:
- oběhovým čerpadlem (viz obrázek 1),
- vyrovnávací nádobou (viz obrázek 4).
1.6.3.3 Vymývání s použitím oběhového čerpadla
Aparatura:
Typický systém je schématicky znázorněn na obrázku 1. Vhodná mikrokolona je znázorněna na obrázku 2. V zásadě je přijatelná i kterákoli jiná velikost za předpokladu, že budou splněna kriteria opakovatelnosti a citlivosti. Prostor hlavy kolony by měl mít obsah nejméně pěti objemů sloupce a měl by být schopný pojmout nejméně pět vzorků. Prostor hlavy kolony může být menší, pokud se počátečních pět objemů sloupce eluovaných s nečistotami nahradí čistým rozpouštědlem.
Kolona by se měla připojit k oběhovému čerpadlu, které zajišťuje konstantní průtok asi 25 ml.h-1. Čerpadlo se připojí hadičkami z polytetrafluorethylenu (PTFE), resp. skleněnými trubičkami. U aparatury, složené z kolony a čerpadla, musí být možnost odběru eluátu a vyrovnávání tlaku v hlavě kolony s atmosférou. Nosič s naneseným vzorkem se fixuje v koloně malým (5 mm) smotkem skleněné vaty, který současně slouží k odfiltrování částeček. Jako čerpadlo se může použít např. peristaltické nebo membránové čerpadlo (přitom je třeba dbát toho, aby nedošlo ke znečištění materiálem hadičky a/nebo aby nedošlo k adsorpci na něm).
Postup měření:
Zapojí se průtok kolonou. Doporučuje se průtok asi 25 ml.h-1 (asi desetinásobek objemu sloupce za hodinu při popsané koloně). Nejméně prvních pět objemů sloupce obsahujících nečistoty rozpustné ve vodě se vylije. Pak se nechá čerpadlo běžet až do ustavení rovnováhy. Rovnováhy je dosaženo, když se v pěti po sobě následujících vzorcích koncentrace neliší náhodným způsobem o více než ± 30 %. Tyto vzorky by se měly odebírat v intervalech, během kterých kolonou projde objem eluentu rovný nejméně desetinásobku objemu sloupce.
1.6.3.4 Vymývání kolony pomocí vyrovnávací nádoby (viz obrázek 3 a 4)
Vyrovnávací nádoba:
Vyrovnávací nádoba se připojí pomocí skleněné trubičky zasahující ke dnu a hadičky z PTFE. Doporučuje se rychlost průtoku asi 25 ml.h-1. Frakce eluátu následující po sobě se shromažďují a jejich koncentrace se stanoví zvolenou analytickou metodou.
Postup měření:
Pro stanovení rozpustnosti ve vodě se použijí frakce ze středního oboru eluátu, ve kterých koncentrace nejméně v pěti po sobě následujících vzorcích zůstávají konstantní (± 30 %).
V obou případech (při použití oběhového čerpadla nebo vyrovnávací nádoby) se provede druhé promytí při poloviční průtokové rychlosti. Souhlasí-li výsledky obou pokusů, považuje se výsledek za uspokojivý. Je-li rozpustnost při nižší průtokové rychlosti zdánlivě vyšší, je nutné průtok snižovat vždy na polovinu tak dlouho, až dva po sobě následující pokusy poskytnou stejnou hodnotu rozpustnosti.
V obou případech (jak v případě oběhového čerpadla, tak vyrovnávací nádoby) je nutné vzorky podrobit zkoušce na koloidní částice pomocí Tyndallova efektu (rozptylem světla). Jsou-li v roztoku takové částice přítomny, je výsledek pokusu nepoužitelný. Pokus je nutné opakovat po zlepšení filtrační funkce kolony.
Je nutné stanovit a zapsat hodnotu pH každého vzorku. Druhý pokus je třeba provést při stejné teplotě.
1.6.4 Baňková metoda
1.6.4.1 Přístroje
Při této metodě jsou třeba tyto přístroje:
- běžné laboratorní skleněné nádoby a zařízení,
- zařízení k třepání roztoku při konstantní teplotě,
- odstředivka (pokud možno termostatovaná), je-li ji třeba v případě emulzí,
- přístroje pro analytická stanovení.
1.6.4.2 Postup měření
Množství studované látky potřebné pro nasycení daného objemu vody se odhadne na základě výsledků předběžného pokusu. Potřebný objem vody závisí na analytické metodě a na rozsahu rozpustnosti. Do tří skleněných nádobek opatřených skleněnými zátkami (např. zkumavek odstředivky nebo baněk) se naváží asi pětinásobek odhadnutého množství studované látky. Do každé z nádobek se přidá zvolené množství vody, načež se pevně uzavřou. Uzavřené nádobky se pak třepají při 30 °C. (K tomu lze použít třepačku nebo míchačku pracující při konstantní teplotě, např. magnetické míchání v termostatované vodní lázni.) Po jednom dni se vezme jedna z nádobek a nechá se za občasného míchání stát po 24 hodin, aby se ustálila rovnováha při teplotě měření. Poté se obsah nádobky zcentrifuguje při teplotě měření a v čiré vodné fázi se vhodným analytickým postupem stanoví koncentrace studované látky. S oběma dalšími baňkami se provede stejný postup po dvou až třech dnech, poté co se předtím ustavila rovnováha nasycení při 30 °C.
Odpovídají-li výsledky alespoň u posledních dvou baněk požadované reprodukovatelnosti, stanovení je uspokojivé. Pokud výsledky pro baňku 1, 2 a 3 vykazují stoupající tendenci, je třeba celé stanovení opakovat s prodloužením doby pro ustavení rovnováhy.
Měření může být provedeno i bez předběžné inkubace při 30 °C. Aby se zjistila rychlost ustavení saturační rovnováhy, odebírají se vzorky tak dlouho, až doba míchání již neovlivňuje koncentraci měřeného roztoku.
Pro každý vzorek je třeba zaznamenat hodnotu pH.
1.6.5 Analýza
Při uvedených stanoveních je třeba dávat přednosti analytickým metodám specifickým pro dané látky, protože již malá množství rozpuštěných nečistot mohou způsobit velké chyby při stanovení rozpustnosti ve vodě. Příklady těchto analytických metod jsou: plynová nebo kapalinová chromatografie, titrační stanovení, fotometrické metody, voltametrické metody.