VI. METODY PRO STANOVENÍ ROZPUSTNOSTI VE VODĚ – metody uvedené v bodu A.6 přílohy směrnice 92/69/EHS
DODATEK
Obrázek 1
Sloupcová eluční metoda s oběhovým čerpadlem

Obrázek 2
Typická mikrokolona
(všechny rozměry v mm)

Obrázek 3
Typická mikrokolona
(všechny rozměry v mm)

Obrázek 4
Sloupcová eluční metoda s vyrovnávací nádobou

VI.1 METODA
Popsané metody jsou založeny na Pokynech OECD pro zkoušení (1).

VI.1.1 ÚVOD
Před provedením této zkoušky je vhodné mít k dispozici předběžné informace o strukturním vzorci látky, o tenzi par, disociační konstantě a o hydrolýze (jako funkci pH).
Neexistuje jediná dostupná metoda pro celý rozsah rozpustností ve vodě.
Dvě níže popsané metody pokrývají celý rozsah rozpustnosti, nejsou však použitelné pro těkavé látky:
— první metoda, použitelná pro v podstatě čisté látky s malou rozpustností (< 10-2 g·l–1), stálé ve vodě; tato metoda se označuje jako „sloupcová eluční metoda“,
— druhá metoda, použitelná pro v podstatě čisté látky s vyšší rozpustností (> 10-2 g·l–1), stálé ve vodě; tato metoda se označuje jako „baňková metoda“.
Rozpustnost zkušební látky ve vodě může být značně ovlivněna přítomností nečistot.

VI.1.2 DEFINICE A JEDNOTKY
Rozpustnost látky ve vodě je definována hmotnostní koncentrací jejího nasyceného roztoku ve vodě při dané teplotě. Rozpustnost ve vodě se udává v jednotkách hmotnosti na objem roztoku. Jednotkou v soustavě SI je kg·m–3 (může se také používat g·l–1).

VI.1.3 REFERENČNÍ LÁTKY
Při zkoušení nové látky není nutné vždy používat referenční látky. Měly by v první řadě sloužit k občasné kontrole provedení metody a ke vzájemnému porovnávání výsledků získaných jinými metodami.

VI.1.4 PODSTATA ZKUŠEBNÍCH METOD
Přibližné množství vzorku a doba nutná pro dosažení hmotnostní koncentrace nasyceného roztoku by měly být stanoveny jednoduchou předběžnou zkouškou.

VI.1.4.1 Sloupcová eluční metoda
Tato metoda je založena na vymývání zkušební látky vodou z mikrokolony, naplněné inertním nosičem, např. skleněnými kuličkami nebo pískem, pokrytým přebytkem zkušební látky. Rozpustnost ve vodě se stanoví, jsou-li hmotnostní koncentrace eluátu konstantní. To se projeví jako plató závislosti koncentrace na čase.

VI.1.4.2 Baňková metoda
V této metodě se látka (tuhé látky musí být ve formě prášku) rozpustí ve vodě při teplotě, která je o něco vyšší než teplota měření. Po dosažení nasycení se roztok ochladí a udržuje se při teplotě měření, za stálého míchání, dokud se nedosáhne rovnováhy. Jinou možností je provést měření přímo při zkušební teplotě, pokud je vhodným vzorkováním prokázáno, že je dosaženo rovnovážného nasycení. Hmotnostní koncentrace látky ve vodném roztoku, který nesmí obsahovat žádné nerozpuštěné částice, se následně stanoví vhodnou analytickou metodou.

VI.1.5 KRITÉRIA JAKOSTI

VI.1.5.1 Opakovatelnost
Při sloupcové eluční metodě je dosažitelná opakovatelnost &lt; 30 %; při baňkové metodě by mělo být dosaženo opakovatelnosti &lt; 15 %.

VI.1.5.2 Citlivost
Závisí na analytické metodě, lze však stanovit hmotnostní koncentrace až do 10–6 g·l–1.

VI.1.6 POPIS METOD

VI.1.6.1 Zkušební podmínky
Zkouška se provádí pokud možno při teplotě 20 ± 0,5 °C. Předpokládá-li se závislost rozpustnosti ve vodě na teplotě (&gt; 3 % na 1 °C), měla by být provedena měření při dvou dalších teplotách, které jsou nejméně o 10 °C vyšší a nižší než původně zvolená teplota. V tomto případě by měla být teplota udržována v toleranci ±0,1 °C. Zvolenou teplotu je třeba udržovat ve všech důležitých částech aparatury konstantní.

VI.1.6.2 Předběžná zkouška
K přibližně 0,1 g vzorku (tuhé látky musí být v práškové formě) v 10ml odměrném válci uzavíratelném skleněnou zátkou se přidává vzrůstající objem destilované vody o laboratorní teplotě podle kroků uvedených v následující tabulce:.

0,1 g rozpuštěno v „x“ ml vody0,10,51210100> 100
Přibližná rozpustnost (g·l–1)> 1 0001 000 až 200200 až 100100 až 5050 až 1010 až 1< 1

Po každém přidání množství vody uvedeného v tabulce se směsí intenzivně třepe po dobu 10 min a vizuálně se kontroluje obsah nerozpuštěných částic. Zůstane-li vzorek nebo jeho část po přidání 10 ml vody nerozpuštěný, experiment je nutno opakovat ve 100 ml odměrném válci s větším objemem vody. Při nízkých rozpustnostech může být doba potřebná k rozpuštění látky podstatně delší (je vhodné vyčkat alespoň 24 h*). Přibližná rozpustnost je uvedena v tabulce pod objemem vody potřebným k úplnému rozpuštění vzorku. Není-li látka ani poté úplně rozpuštěna, je vhodné vyčkat delší dobu než 24 h (maximálně 96 h), nebo ředit dále, aby se zjistilo, zda by měla být použita sloupcová eluční metoda nebo baňková metoda.

VI.1.6.3 Sloupcová eluční metoda

VI.1.6.3.1 Nosič, rozpouštědlo a eluent
Nosič pro sloupcovou eluční metodu by měl být inertní. Vhodnými materiály, které lze použít, jsou skleněné kuličky a písek. K nanesení zkušební látky na nosič by mělo být použito vhodné těkavé analyticky čisté rozpouštědlo. Jako eluent by měla být použita voda redestilovaná ve skleněné nebo křemenné aparatuře.
Poznámka:
Nesmí se použít voda získaná přímo z organického měniče iontů.

VI.1.6.3.2 Nanášení na nosič
Odváží se přibližně 600 mg nosiče a převede se do 50ml baňky s kulatým dnem.
Přiměřené odvážené množství zkušební látky se rozpustí ve zvoleném rozpouštědle. Dostatečný podíl tohoto roztoku se přidá k nosiči. Rozpouštědlo musí být dokonale odpařeno, např. v rotační odparce, jinak se nedosáhne úplného nasycení nosiče vodou kvůli rozdělovacím efektům na povrchu nosiče.
Nanášení zkušební látky na nosič může být problematické (chybné výsledky), sráží-li se zkušební látka na nosiči jako olej nebo krystalická fáze. Problém by měl být řešen experimentálně a podrobnosti by měly být zaznamenány.
Nosič s nanesenou látkou se nechá 2 h botnat v asi 5 ml vody a suspense se poté naplní do mikrokolony. Je také možné naplnit mikrokolonu, která byla předtím naplněna vodou, suchým nosičem s nanesenou látkou a poté nechat během dvou hodin ustavit rovnováhu.
Zkušební postup:
Vymývání látky z nosiče lze provádět dvěma různými způsoby:
— oběhovým čerpadlem (viz obrázek 1),
— vyrovnávací nádobou (viz obrázek 4).

VI.1.6.3.3 Vymývání kolony použitím oběhového čerpadla
Aparatura
Schematické uspořádání typického systému je znázorněno na obrázku 1. Vhodná mikrokolona je znázorněna na obrázku 2, přijatelná je ovšem i kterákoli jiná velikost za předpokladu, že budou splněna kritéria 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 měla být připojena k oběhovému čerpadlu, které zajišťuje konstantní průtok asi 25 ml·h–1. Čerpadlo se připojí hadičkami z polytetrafluorethylenu (PTFE), a/nebo skleněnými trubičkami. U aparatury složené z kolony a čerpadla musí být možnost odběru eluátu a vyrovnávání tlaku v hlavě kolony s atmosférickým tlakem. Materiál v koloně se fixuje malým (5 mm) smotkem skelné vaty, který současně slouží k odfiltrování částeček. Lze použít např. peristaltické nebo membránové čerpadlo (přitom je třeba dbát na to, aby nedošlo ke znečištění materiálem hadičky a/nebo aby nedošlo k absorpci tímto materiálem).
Postup měření
Zahájí se vymývání kolony. Doporučuje se průtok asi 25 ml·h–1 (to odpovídá u popsané kolony desetinásobku objemu sloupce za hodinu). Nejméně prvních pět objemů sloupce obsahujících nečistoty rozpustné ve vodě se odstraní. Poté se nechá běžet oběhové čerpadlo až do ustavení rovnováhy, které je dosaženo, neliší-li se koncentrace pěti po sobě následujících vzorků při náhodném výběru o více než ±30 %, přičemž rozdíly jsou nepravidelné. Tyto vzorky by se měly odebírat v intervalech, během kterých kolonou projde objem eluentu rovný nejméně desetinásobku objemu sloupce.

VI.1.6.3.4 Vymývání kolony pomocí vyrovnávací nádoby
Aparatura (viz obrázek 3 a 4)
Vyrovnávací nádoba: je připojena zabroušeným spojem, který je spojen hadičkou z PTFE. Doporučuje se použít rychlost průtoku přibližně 25 ml·h–1. Podíly eluátu následující po sobě se shromažďují a jejich koncentrace se analyzují zvolenou metodou.
Postup měření:
Pro stanovení rozpustnosti ve vodě se použijí prostřední podíly eluátu, ve kterých zůstávají koncentrace nejméně v pěti po sobě jdoucích vzorcích konstantní (±30 %).
V obou případech (při použití oběhového čerpadla nebo vyrovnávací nádoby) se druhé promytí provede při poloviční průtokové rychlosti. Shodují-li se výsledky obou pokusů, považuje se výsledek za uspokojivý; je-li zdánlivá rozpustnost při nižší průtokové rychlosti vyšší, je nutné průtok snižovat vždy na polovinu tak dlouho, dokud dva po sobě následující měření neposkytnou stejnou hodnotu rozpustnosti.
V obou případech (v případě oběhového čerpadla nebo vyrovnávací nádoby) je nutné vzorky podrobit zkoušce na koloidní částice pomocí Tyndallova jevu (rozptylem světla). Přítomností takových částic je výsledek znehodnocen a zkouška by měla být opakována po zlepšení filtrační funkce kolony.
Mělo by být zaznamenáno pH každého vzorku. Druhé měření je třeba provést při stejné teplotě.

VI.1.6.4 Baňková metoda

VI.1.6.4.1 Zařízení
Tato metoda vyžaduje následující vybavení:
— běžné laboratorní skleněné nádoby a pomůcky,
— zařízení pro třepání roztoků při regulovaných konstantních teplotách,
— odstředivka (nejlépe termostatovaná), je-li nezbytná v případě emulzí, a
— přístroje pro analytická stanovení.

VI.1.6.4.2 Postup měření
Množství materiálu potřebné pro nasycení požadovaného objemu vody se odhadne z předběžného pokusu. Potřebný objem vody závisí na analytické metodě a na rozsahu rozpustnosti. Do tří skleněných nádobek opatřených skleněnými zátkami (např. centrifugačních kyvet, baněk) se naváží asi pětinásobek odhadnutého množství materiálu. Do každé z nádobek se přidá zvolené množství vody a nádobky se těsně uzavřou. Uzavřené nádobky se poté třepou při 30 °C. (K tomuto účelu by měla být použita třepačka nebo míchačka pracující při konstantní teplotě, např. magnetické míchání v termostatované vodní lázni.) Po jednom dnu se jedna z nádobek vyjme a nechá se za občasného míchání 24 h stát, aby se ustálila rovnováha při teplotě měření. Poté se obsah nádobky odstředí při teplotě měření a v čiré vodné fázi se vhodnou analytickou metodou stanoví koncentrace zkušební látky. Po dvou, resp. třech dnech se zbylé dvě nádobky po předchozím ustavení rovnováhy nasycení při 30 °C zpracují podobným způsobem. Odpovídají-li hodnoty koncentrace alespoň u posledních dvou nádobek požadované reprodukovatelnosti, je stanovení uspokojivé. Pokud hodnoty koncentrací pro nádobky 1, 2 a 3 vykazují stoupající tendenci, mělo by být celé stanovení opakováno s prodloužením doby pro ustavení rovnováhy.
Měření může být provedeno i bez předběžné inkubace při 30 °C. S cílem zjistit rychlost ustavení saturační rovnováhy se odebírají vzorky do té doby, dokud doba míchání ovlivňuje koncentraci měřeného roztoku.
Mělo by být zaznamenáno pH každého vzorku.

VI.1.6.5 Analýza
Pro tato stanovení se upřednostňuje analytická metoda specifická pro danou látku, protože malá množství rozpuštěných nečistot mohou způsobit velké chyby při stanovení rozpustnosti ve vodě. Příklady těchto analytických metod jsou plynová nebo kapalinová chromatografie, titrační metody, fotometrické metody, voltametrické metody.

VI.2 DATA

VI.2.1 SLOUPCOVÁ ELUČNÍ METODA
Pro každý pokus by měla být vypočtena střední hodnota z nejméně pěti po sobě následujících vzorků vybraných z oblasti po dosažení rovnovážného nasycení a rovněž by měla být vypočtena směrodatná odchylka. Výsledky by měly být uvedeny v jednotkách hmotnosti na jednotku objemu roztoku.
Porovnají se střední hodnoty dvou zkoušek provedených za různých rychlostí průtoku a jejich opakovatelnost by měla být menší než 30 %.

VI.2.2 BAŇKOVÁ METODA
Výsledky pro každou ze tří baněk se uvedou samostatně a jsou-li ustálené (opakovatelnost je lepší než 15 %), zprůměrují se a vyjádří se v jednotkách hmotnosti na jednotku objemu roztoku. Je-li rozpustnost velmi vysoká (>100g·l–1), může to vyžadovat přepočet hmotnostních jednotek na objemové jednotky s využitím hustoty roztoku.

VI.3 ZPRÁVY

VI.3.1 SLOUPCOVÁ ELUČNÍ METODA
Protokol o zkoušce má pokud možno obsahovat následující údaje:
— výsledky předběžné zkoušky,
— přesná specifikace látky (identita a nečistoty),
— jednotlivé koncentrace, hodnoty rychlosti průtoku a pH pro každý vzorek,
— střední hodnoty a směrodatné odchylky nejméně pro pět vzorků z rovnovážné oblasti křivky nasycení z každého pokusu,
— průměrná hodnota dvou po sobě následujících přijatelných měření,
— teplota vody během procesu tvorby nasyceného roztoku,
— použitá analytická metoda,
— druh použitého materiálu nosiče,
— způsob nanesení studované látky na nosič,
— použité rozpouštědlo,
— poznatky o jakékoli chemické nestálosti látky během zkoušky a při použité analytické metodě,
— všechny informace, které mají význam pro interpretaci výsledků, zvláště s ohledem na nečistoty a fyzikální stav látky.

VI.3.2 BAŇKOVÁ METODA
Protokol o zkoušce má pokud možno obsahovat následující údaje:
— výsledky předběžné zkoušky,
— přesná specifikace látky (identita a nečistoty),
— výsledky jednotlivých analytických stanovení a průměrné hodnoty, pokud byla pro každou nádobku stanovena více než jedna hodnota,
— hodnota pH každého vzorku,
— průměrná hodnota pro dvě různé nádobky, jejichž výsledky jsou ve shodě,
— teplota při zkoušce,
— použitá analytická metoda,
— poznatky o jakékoli chemické nestabilitě látky během zkoušky a při použité analytické metodě,
— všechny informace, které mají význam pro interpretaci výsledků, zvláště s ohledem na nečistoty a fyzikální stav látky.

VI.4 LITERATURA

(1) OECD, Paris, 1981, Test Guideline 105, Decision of the Council C(81) 30 final

(2) NF T 20-045 (AFNOR) (Sept. 85). Chemical products for industrial use – Determination of water solubility of solids and liquids with low solubility – Column elution method

(3) NF T 20-046 (AFNOR) (Sept. 85). Chemical products for industrial use – Determination of water solubility of solids and liquids with high solubility – Flask method