Univerzita Karlova v Praze Farmaceutická fakulta v Hradci Králové. Katedra farmaceutické technologie. Rigorózní práce

Transkript

1 Univerzita Karlova v Praze Farmaceutická fakulta v Hradci Králové Katedra farmaceutické technologie Rigorózní práce Osmolalita parenterálních přípravků. Chlorid vápenatý. Osmolality of parenteral preparations. Calcium chloride Mgr. Alena Fraňková

2 Prohlašuji, že tato práce je mým původním autorským dílem. Veškerá literatura a další zdroje, z nichž jsem pro zpracování čerpala, jsou uvedeny v seznamu použité literatury a v práci řádně citovány. Práce nebyla využita k získání jiného nebo stejného titulu....

3 Děkuji své konzultantce doc. PharmDr. Zdeňce Šklubalové, Ph.D., za vstřícnost, trpělivost, cenné rady a odborné připomínky k této rigorózní práci. V neposlední řadě chci poděkovat své rodině za obrovskou podporu nejen v době studia, ale vůbec v celém životě.

4 Obsah 1 Abstrakt Abstract Zadání Seznam použitých zkratek Úvod Teoretická část Aplikační cesty Pomocné látky v parenteráliích Rozpouštědla Protimikrobní látky Pufry Antioxidanty Chelatační činidla Izotonizační přísady Kontrola kvality Mikrobiální čistota parenterálií Apyrogenita Přítomnost částic Využitelný objem Obaly Označování parenterálií Kompatibilita Osmotické vlastnosti roztoků parenterálií

5 6.6 Chlorid vápenatý Experimentální část Použité suroviny Použité přístrojové a programové vybavení Příprava molálních roztoků chloridu vápenatého Příprava molárních roztoků chloridu vápenatého Měření hustoty roztoků Měření osmolality roztoků Převody koncentrací Odhad osmolarity Odhad měrného specifického a molálního objemu látky Odhad molálního osmotického koeficientu Výsledky Diskuse Vlastnosti roztoků chloridu vápenatého Odhad osmolarity Závěry Literatura

6 1 Abstrakt Univerzita Karlova v Praze, Farmaceutická fakulta v Hradci Králové Katedra Kandidátka Konzultantka Název rigorózní práce Farmaceutické technologie Mgr. Alena Fraňková Doc. PharmDr. Zdeňka Šklubalová, Ph.D. Osmolalita parenterálních přípravků. Chlorid vápenatý. Znalost osmotické koncentrace roztoku je nutná pro bezpečnou aplikaci velkoobjemového parenterálního přípravku. V této práci byla měřena osmolalita a hustota vodných molálních a molárních roztoků hexahydrátu chloridu vápenatého s koncentrací mmol/kg, resp. mmol/l. Hustota roztoku je přímo úměrná jeho koncentraci. Nelineární závislost hustoty na teplotě byla popsána rovnicemi kvadratické regrese s koeficienty determinace v rozmezí 0,9997-1,0000. K vzájemnému převodu molality na molaritu a naopak byla využita průměrná hustota roztoků při 20 C. Mezi molalitou a molaritou roztoků hexahydrátu chloridu vápenatého byla zjištěna lineární závislost. Dále byly studovány tři metody odhadu osmolarity (mosmol/l) a výsledky porovnány s experimentálně zjištěnou osmolalitou (mosmol/kg). Nejpřesnější hodnoty osmolarity pro roztoky hexahydrátu chloridu vápenatého poskytla metoda využívající měrný specifický objem rozpuštěné látky. Na závěr bylo možno doporučit označování infuzních roztoků hustotou roztoku, naměřenou osmolalitou a osmolaritou roztoku. 6

7 2 Abstract Charles University in Prague, Faculty of Pharmacy in Hradec Králové Department of Pharmaceutical Technology Candidate Mgr. Alena Fraňková Consultant Doc. PharmDr. Zdeňka Šklubalová, Ph.D. Title of Thesis Osmolality of parenteral preparations. Calcium chloride. Knowledge of osmotic concentration of the solution is necessary for the safe application of the large-volume parenteral product. In this work, osmolality and the density of molal and molar aqueous solutions of calcium chloride hexahydrate in a concentration range of mmol/kg, and/or mol/l, respectively, were measured. The density of the solution was directly proportional to its concentration. The non-linear dependence of the density on temperature was described by the quadratic regressions with coefficients of determination in a range of 0,9997-1,0000. The average density of solutions at 20 C was used in the mutual interconversion between molality and molarity. A linear dependence was found between molality and molarity of calcium chloride hexahydrate solutions. Three methods of estimation of osmolarity (mosmol/l) of the calcium chloride hexahydrate solutions were studied and the results were compared with the experimentally determined osmolality (mosmol/kg). Out of them, the most accurate values of osmolarity provided a method employing the partial specific volume of the dissolved solute. In conclusion, the labeling of infusion solutions with the density of the solution, the measured osmolality and osmolarity can be recommended. 7

8 3 Zadání Pracovním úkolem rigorózní práce bylo v teoretické části zpracovat literární přehled se zaměřením na osmotickou koncentraci parenterálií, možnosti odhadu osmolarity a využití chloridu vápenatého v parenterální terapii. Experimentální část měla za cíl: 1) změřit hustotu molálních a molárních roztoků hexahydrátu chloridu vápenatého v odstupňovaných koncentracích v rozmezí mmol/kg, resp. mmol/l, při C a vyjádřit závislost hustoty na teplotě a osmotické koncentraci. 2) změřit osmolalitu připravených roztoků, vyjádřit její závislost na molalitě, resp. molaritě, a molálního osmotického koeficientu na molalitě. 3) využít hustotu naměřenou při 20 C k vzájemným převodům mezi molalitou a molaritou a k odhadům osmolarity roztoků hexahydrátu chloridu vápenatého. 8

9 4 Seznam použitých zkratek C koncentrace (g/ml) c molarita (mol/l) c os f h c h m osmolarita (osmol/l) převodní faktor hustota molárních roztoků (g/ml) hustota molálních roztoků (g/ml) h v hustota vody při 25 C k kryoskopická konstanta (K kg/mol) m molalita (mol/kg) m os M 0 M r M v n SD R R 2 t T V 0 V g V m V mol V r V v ΔT ν π Φ osmolalita (osmol/kg) navážka látky (g) hmotnost roztoku (g) hmotnost vody (g) počet částic směrodatná odchylka univerzální plynová konstanta (J/K mol) koeficient determinace teplota ( C) termodynamická teplota (K) objem navážky (ml) měrný specifický objem (ml/g) molální objem (l/mol) měrný molální objem (l/mol) objem roztoku (ml) objem vody (ml) snížení teploty tuhnutí - kryoskopická hodnota látkové množství (mol) osmotický tlak (kpa) molální osmotický koeficient 9

10 5 Úvod Perorální podání je nejčastější, nejbezpečnější, nejpohodlnější a nejekonomičtější metodou aplikace léčiva. Existují však i některé nevýhody tohoto způsobu aplikace: některá léčiva nelze tímto způsobem podávat pro jejich fyzikální vlastnosti (např. polarita), pro rozklad trávicími enzymy, v důsledku nízkého ph žaludku apod. Některá léčiva mohou být metabolizována slizničními enzymy, střevní mikroflórou nebo játry dříve, než vstoupí do systémové cirkulace. Mimoto mohou některé látky podávané perorálně vyvolávat zvracení v důsledku dráždění gastrointestinálního traktu. 1 Oproti tomu parenterální přípravky, o jejichž problematice pojednává tato práce, jsou sterilní přípravky určené k podání do lidského nebo zvířecího těla injekcí, infuzí nebo implantací. 2 Z výše uvedené definice jasně vyplývá, že parenterální (z řeckého para enteron - mimo střevo) lékové formy se liší od všech ostatních lékových forem tím, že jsou do tkání aplikovány přímo přes primární ochranný systém těla - kůži a mukózní membrány. Musí být výjimečně čisté a prosté fyzikální, chemické a biologické kontaminace. Tyto nároky kladou velkou odpovědnost na farmaceutický průmysl ohledně plnění požadavků správné výrobní praxe při výrobě parenterálních lékových forem a na farmaceuty a další zdravotnický personál z hlediska dodržování zásad aseptické práce při jejich dispenzaci a podávání pacientům. 3 V této práci bude nastíněna problematika parenterálních lékových forem z hlediska jejich třídění, složení, kontroly, vzájemné kompatibility, ale zejména osmotických vlastností parenterálních roztoků. Pozornost bude dále zaměřena na možnosti vzájemných převodů koncentrací, pro které bude využita naměřená hustota a osmolalita molálních a molárních roztoků hexahydrátu chloridu vápenatého. 10

11 6 Teoretická část Parenterální aplikace zajišťuje léčivu nejen rychlý nástup účinku, ale i možnost lepší kontroly podané dávky díky vyhnutí se first-pass efektu. Toto je přínosné zejména u peptidů, proteinů a jiných dalších látek, které nejsou schopny projít trávicím traktem v nezměněné podobě. Rizikem může být na druhé straně nezvratitelnost účinku při výskytu náhlé alergické reakce nebo v případě pochybení. Parenterálně podávaná léčiva jsou relativně nestabilní a obvykle vysoce účinné látky, u kterých je požadována striktní kontrola při podávání pacientům. 3 Ovšem s příchodem biotechnologií a jejich produktů - biomolekul, které se z důvodů biologické dostupnosti a stability zatím nedají podávat jinak než parenterálně, je nutno do budoucna počítat se stále větším rozmachem této cesty podávání nových biofarmaceutik. 4 Základním požadavkem na parenterálně podávané přípravky je jejich sterilita. U injekcí a infuzí (zejména od objemu cca 15 ml) je požadována apyrogenita. Roztoky dále nesmí obsahovat viditelné částice a musí být izotonické, nicméně striktnost této podmínky se odvíjí od způsobu aplikace. 5 Rozlišuje se několik druhů parenterálních přípravků: injekce, infuze, koncentráty pro injekce nebo infuze, prášky pro injekce nebo infuze, gely pro injekce, implantáty. 2 Léčiva určená k parenterální aplikaci lze vyrábět ve formě roztoků, suspenzí, emulzí, lipozomů, mikrosfér, nanosystémů nebo prášků pro přípravu roztoku. 3 Parenterália se podle objemu dělí na injekce (do objemu 100 ml, jednotlivá dávka nepřesahuje 20 ml) a infuze (až do 1000 ml), které jsou využívány při udržovací léčbě, k doplňování elektrolytů, tekutin a výživy. 6.1 Aplikační cesty Podle cesty podání se parenterální přípravky nejčastěji dělí na intravenózní, intramuskulární, subkutánní, intradermální a intraspinální. Méně obvyklé jsou pak aplikace intraartikulární, intrasynoviální, intratekální, intraarteriální, 11

12 intrakardiální, apod. V závislosti na konkrétním způsobu podávání jsou na přípravky kladeny různé požadavky ohledně objemu, ph, tonicity, disperzní soustavy a použitých pomocných látek. Intravenózní aplikace Takto podaná léčiva zajišťují rychlý účinek ve srovnání s jinými cestami podání. 5 Limitní objem aplikovaného přípravku de facto není stanoven - vždy záleží na rychlosti infuze. Rozpouštědla se používají vodná, pro tlumení bolesti je možný přídavek ethanolu. Aplikace suspenzí intravenózně je nepřípustná, emulze typu olej ve vodě je akceptovatelná jen do určité velikosti částic. Léčiva, která srážejí krevní složky či hemolyzují erytrocyty, nesmí být podávána intravenózně. 1 Roztok určený k intravenózní aplikaci může být i hypertonický, protože relativně rychle po podání dojde k jeho naředění ve velkém objemu krve. Obdobně ph rozmezí je povoleno také větší ze stejného důvodu. Intramuskulární aplikace Léčivo aplikované do svalu zabírá pomaleji, ale obecně jeho efekt trvá déle než u intravenózní aplikace. 6 Objem přípravku je omezen dle typu svalu (maximálně 5 ml do velkého hýžďového svalu), použití větších objemů je bolestivé. K intramuskulárnímu podání je možno použít roztoky vodné i olejové, suspenze nebo emulze. Podle toho se pak velmi liší i rychlost vstřebávání. 5 Rychlost absorpce závisí i na typu svalu, do kterého léčivo aplikujeme (po podání do velkého hýžďového svalu je obecně pomalejší u žen než u mužů, což je způsobeno odlišnou distribucí subkutánního tuku - tuk je relativně slabě perfundován). 1 Hodnota ph aplikovaného přípravku by měla být co nejblíže fyziologickému ph a přípravky by také měly být izotonické, aby nedráždily okolí vpichu. Subkutánní aplikace Subkutánní injekce by mělo být použito jen při aplikaci nedráždivých léčiv. Rychlost absorpce po subkutánní injekci léčiva je dostatečně konstantní a pomalá, navíc může být modifikována tak, aby se dosáhlo určitých 12

13 požadavků. Např. absorpce nerozpustné suspenze inzulinu je pomalejší než absorpce rozpustných inzulinových preparátů. Absorpci subkutánně aplikovaného léčiva lze navíc zpomalit tím, že k roztoku přidáme vazokonstrikční látky. 1 Objem, který lze pohodlně aplikovat podkožně, je omezen na přibližně 1,3 ml - množství větší než 2 ml by způsobilo bolestivý tlak. 4 Z hlediska druhu disperzní soustavy a rozpouštědla nemají subkutánní přípravky omezení. Požadováno je ovšem fyziologické ph a izotonicita. U vícedávkových přípravků je možno použít protimikrobní přísady. Intradermální aplikace Obvyklý objem bývá 0,05 ml. Používají se většinou vodné roztoky, které musí být izotonické. Vstřebávání je i přes hustou síť cév pomalé, neboť vlásečnice jsou velmi malé. 7 Intradermální injekce se využívají převážně k diagnostickým účelům (alergie, tuberkulinový test), desenzitizaci nebo imunizaci. 4 Intraspinální aplikace Při tomto způsobu podání léčiv jsou přísné požadavky na fyziologické ph, izotonicitu, použitá rozpouštědla i typ disperzní soustavy. Protimikrobní přísady nejsou přípustné z důvodu minimalizace rizika nervového poškození. 7 Hustotu je možno vhodně upravovat tak, aby léčivo zůstávalo v místě aplikace. 6.2 Pomocné látky v parenteráliích U parenterálních přípravků se mohou používat pomocné látky, např. k izotonizaci s krví, k úpravě ph, ke zvýšení rozpustnosti, ke konzervaci léčiv nebo k zajištění vhodných protimikrobních vlastností, ale bez nepříznivého ovlivnění požadovaného léčebného účinku nebo v použité koncentraci bez způsobení toxicity nebo nevhodné místní dráždivosti. 2 Jako další pomocné látky se používají rozpouštědla, chelatační činidla a antioxidanty. Nejen u parenterálních přípravků je základním požadavkem na pomocné látky jejich kompatibilita se všemi ostatními složkami konečného produktu. 13

14 V opačném případě se mohou vyskytnout nejen viditelné inkompatibility, ale může nastat také hydrolýza, tvorba nežádoucích komplexů, oxidace nebo jiné okem nepostřehnutelné reakce, které můžou vést k rozkladu nebo jinému znehodnocení léčiva nebo ostatních přidaných substancí. 3 Je nutné zmínit, že většinu zde zmíněných pomocných látek je možno použít jen u injekcí. Pokud se aplikuje velký objem roztoku, jako u infuzí, není používání těchto látek vhodné Rozpouštědla Používá se zejména voda, která vyhovuje požadavkům vody na injekci. Je to voda určená pro výrobu a přípravu parenterálních přípravků, kde se používá jako vehikulum (voda na injekci nerozplněná) a k rozpouštění nebo ředění látek nebo léčivých přípravků pro parenterální podání (sterilizovaná voda na injekci). 2 Podle různých legislativ se připravuje buď výhradně destilací (Evropský lékopis) nebo i reverzní osmózou (Americký a Japonský lékopis). 7 Dále se používají s vodou mísitelná rozpouštědla, která jsou přítomna primárně jako solubilizéry určitých léčiv ve vodném roztoku a ke snižování hydrolýzy. 3 Nejdůležitější z této skupiny je ethanol (užívaný zejména v roztocích srdečních glykosidů) a dále glykoly (polyethylenglykol a propylenglykol) v roztocích některých barbiturátů, určitých alkaloidů a antibiotik. Takovéto preparáty jsou obvykle podávány intramuskulárně. Množství těchto kosolventů v přípravku je omezeno kvůli riziku toxicity, možné hemolýzy nebo precipitace v okolí vpichu. 8 Jako nevodná rozpouštědla se používají především ztužené rostlinné oleje (sezamový, bavlníkový, kukuřičný, podzemnicový), které slouží jako vehikula některých hormonů (např. progesteron, testosteron) a vitamínů (např. vitamín K, vitamín E). Takto použité oleje nesmí obsahovat minerální oleje nebo parafín, protože tyto látky nejsou tkáněmi vstřebatelné. Dále je vyžadována tekutost za pokojové teploty, jsou specifikovány požadavky na obsah volných mastných kyselin, jodové číslo a číslo zmýdelnění. Etiketa musí obsahovat 14

15 informaci o použitém rozpouštědle z důvodu možné citlivosti nebo jiné reakce uživatele. 3,4, Protimikrobní látky Protimikrobní látky ve vhodné koncentraci brání sekundární kontaminaci způsobené např. nasáváním přípravku u vícedávkových injekcí. Používají se výhradně u vícedávkových injekcí nebo u injekcí vyráběných specifickými postupy bez možnosti závěrečné sterilizace. Infuze ani jednodávkové injekce sterilizované ve finálním obalu tyto přísady neobsahují. Protimikrobní látky se nemusí užít, pokud samotný přípravek vykazuje přiměřené protimikrobní vlastnosti. Dále se protimikrobní látka nepřidává, jestliže: objem podávaný v jednotlivé dávce je vyšší než 15 ml, není-li zdůvodněno jinak; nebo pokud se přípravek podává způsoby, u kterých není z lékařských důvodů protimikrobní látka přijatelná, např. při intracisternálním, epidurálním, intratekálním podání nebo jinou cestou, při níž se injekce dostane do styku s mozkomíšním mokem, nebo při podání nitroočním nebo retrookulárním. Tyto přípravky se dodávají v jednodávkových obalech. 2 Benzylalkohol, fenol a parabeny jsou nejhojněji využívanými protimikrobními přísadami v injekčních přípravcích. 3 Do hydrofilních roztoků se benzylalkohol přidává nejčastěji 1%, fenol 0,25-5%, methylparaben 0,2%, propylparaben 0,2%. Dále se používá chlorbutanol (0,3-0,5%), m - kresol (0,3%), phenoxyethanol 1%, thiomersal 0,002-0,01% a benzalkonium-chlorid (0,01%). 7,9 Od přípravků s obsahem rtuti (např. dusičnan fenylrtuťnatý) se postupně upouští vzhledem k jejich toxicitě. V hydrofobních přípravcích se běžně používané protimikrobní přísady zdají být neefektivní. Použití přípravků s obsahem protimikrobních látek, které jsou samy o sobě ve vyšších koncentracích toxické, je kontraindikováno u novorozenců. Zejména benzylalkohol se v jejich těle hromadí kvůli nedostatečné detoxifikační kapacitě jater a dochází k tzv. gasping syndromu, který 15

16 se projevuje těžkou metabolickou acidózou, dechovou nedostatečností vyžadující umělou ventilaci, dysfunkcí centrálního nervového systému, hypotonií, jaterním a ledvinným selháním, komatem. 5 Podle jedné studie se vyvinul u 10 předčasně narozených dětí, byl charakterizován multiorgánovým selháním s následkem smrti. 10 I když se protimikrobní přísady používají ve velkém množství injekčních parenterálních přípravků včetně peptidů, proteinů a vakcín, za poslední desetiletí se jejich celkový objem snižuje. Stále však budou hrát velkou roli u vícedávkových přípravků. 9 Jako ekvivalent malých protimikrobních molekul se do budoucna ukazuje, že i některé peptidy mohou mít protimikrobní aktivitu - zatím je objeveno přes 600 takových kationických peptidů, které zabíjejí mikroorganismy Pufry Primárně se pufry používají ke stabilizaci roztoku proti chemické nebo (hlavně u proteinů) fyzikální degradaci (např. agregace, precipitace), která se může objevit, pokud se znatelně změní hodnota ph. 3 Hodnota ph extracelulární tekutiny kolísá u zdravých osob v rozmezí 7,35-7,45, s průměrem 7,4. 12 Aplikace roztoků, které mají ph nižší než 3, je značně bolestivá, na druhé straně ph větší než 9 je rizikové z důvodu možnosti vzniku nekrózy. Krev sama o sobě má značné pufrovací schopnosti, proto je možné intravenózně aplikovat vodné roztoky o ph 3-10 (tzv. euacidní). Jiné způsoby podání injekcí vyžadují ph izoacidní. Hodnota ph je u infuzí součástí jejich terapeutického účinku při úpravě rovnováhy vnitřního prostředí. Pufry ovlivňují rozpustnost některých léčiv a jejich biodostupnost (neionizované formy mohou přecházet přes membrány). Je potřeba počítat s tím, že přidáním pufru dojde k ovlivnění osmotického tlaku přípravku. Nevýhodou pufrů je, že katalyzují rozkladné reakce léčiv. 3 Použití pufrů je tedy do jisté míry kompromisem mezi fyziologickým ph a mezi formulačními požadavky na stabilitu přípravku. K těmto účelům se používají 16

17 fyziologické pufry v přiměřených koncentracích (citrátový 1-5%, octanový 1-2% a fosforečnanový 0,8-2,0%). Stále více se jako pufry používají aminokyseliny, zvláště pro polypeptidové injekční přípravky Antioxidanty Oxidace je jedním z nejčastějších chemických rozkladných procesů. Oxidací se mění nejen obsah účinné látky v přípravku, ale může docházet i k tvorbě dráždivých a toxických produktů. Průběh oxidace je ovlivněn vlhkostí prostředí, vzdušným kyslíkem, teplotou, světlem (zejména UV zářením) a přítomností iontů některých kovů. Antioxidanty brání průběhu prvních fází oxidačních reakcí, tzn. ještě před vznikem degradačních produktů - později je použití antioxidantů málo účinné až zbytečné, jelikož oxidační reakce bývají autokatalytické - první produkty katalyzují jejich další průběh. Protože antioxidant působí jen tehdy, je-li rozpuštěný, je nutno rozlišovat antioxidanty pro vodné a olejové soustavy. 13 Pro hydrofilní přípravky se používá siřičitan sodný, disiřičitan sodný, hydrogensiřičitan sodný a kyselina askorbová. Ochrana před oxidací spočívá v tom, že se tyto látky oxidují snáze než sama léčivá látka. Sirné sloučeniny mohou u některých astmatiků způsobovat alergické reakce, proto tam, kde je to možné, je snaha o minimalizaci jejich obsahu nebo lze zvolit jiný výrobní postup, jako je třeba plnění v ochranné atmosféře inertních plynů (dusík, oxid uhličitý), které z primárního obalu vytlačí vzdušný kyslík. 7,13 U lipofilních přípravků, kde jsou oxidací ohroženy zejména dvojné vazby, se jako antioxidanty používají tokoferoly (α, β, γ), butylhydroxyanisol (BHA), butylhydroxytoluen (BHT) a kyselina nordihydroguajaretová (NDGA). Látky, které podporují účinek antioxidantů a umožňují jejich použití v nižších koncentracích, se nazývají synergisté. Mohou rozkládat vznikající peroxidy, vázat radikály nebo komplexovat kovy katalyzující oxidaci. Používají se např. kyselina citronová, fosforečná nebo lecithin

18 6.2.5 Chelatační činidla Mají nezanedbatelnou roli v inhibici oxidačních procesů. Tím, že pevně váží stopy kovových iontů přítomných v použitých surovinách, zabraňují jejich katalytickému působení na průběh oxidace. Zároveň jim znemožňují vystupovat v roli biogenních prvků pro některé mikroorganismy a zabraňují rovněž případným interakcím mezi těmito ionty a dalšími složkami léku. 13 Zdroje této kontaminace kovovými ionty zahrnují nečistoty v surovinách a rozpouštědlech (vodě), pryžové uzávěry, nádobky a vybavení používané ve výrobním procesu. 14 Nejdůležitějším a nejčastěji používaným chelatotvorným činidlem je edetan disodný, sůl kyseliny ethylendiamintetraoctové (EDTA). 7,13 Ovšem velké dávky parenterálně aplikovaného edetanu mohou způsobovat renální toxicitu, v souvislosti s nedostatkem zinku a dalších stopových prvků Izotonizační přísady Tělní tekutiny, včetně krve a slz, mají za normálních podmínek osmotický tlak odpovídající 0,9% roztoku chloridu sodného. 16 Cílem je, aby parenterália byla izotonická s fyziologickými tekutinami, nicméně u některých nízkoobjemových injekcí aplikovaných intravenózně není izotonicita podmínkou. Oproti tomu přípravky podávané jinými aplikačními cestami, zejména do očí a míšní tekutiny, izotonické být musí. Subkutánní a intramuskulární injekce by také měly být izotonické, aby se zabránilo bolestivosti a podráždění tkání. 3 Izotonizují se roztoky hypotonické. 2 Využívá se k tomu např. chlorid sodný, glukosa, trehalosa, manitol. 17 U inzulinových i jiných přípravků lze jako izotonizační přísadu použít i glycerol Kontrola kvality Testování a hodnocení kvality prostupuje celým výrobním procesem, počínaje příjmem surovin (kontrola účinných látek, chemikálií a obalového materiálu), dodržováním správné výrobní praxe (kontrola vody na injekce, 18

19 celkových výtěžků, kontrola a označování meziproduktů, aj.) a finálním produktem konče (kontrola síly, čistoty a identity). Parenterália vyžadují další testy, což zahrnuje testy na sterilitu, pyrogeny, čirost a obsah částic, u skleněných ampulek vzduchotěsnost Mikrobiální čistota parenterálií Lékopisným testem parenterálních přípravků je zkouška na sterilitu. 2 Podle druhu přípravku se provádí buď kultivací filtrační membrány, anebo očkováním vhodných živných půd. Je nutno pracovat v aseptickém prostředí, aby nedocházelo k falešně pozitivním výsledkům. Smyslem testování je zjistit statistickou pravděpodobnost sterility dané šarže. Absolutní garanci sterility by zajistilo pouze testování každé vialky či ampule Apyrogenita Pyrogeny jsou zejména bakteriální endotoxiny, což jsou lipopolysacharidy produkované mikroorganismy. Nejsilnější jsou produkovány gramnegativními tyčkami. Už velmi malá množství pyrogenů mohou u lidí i zvířat způsobovat škálu reakcí zahrnující horečku, leukopenii, změny krevní srážlivosti, ve větším množství pak šokové stavy až smrt. Depyrogenace (např. ultrafiltrací nebo dlouhodobým působením tepla nad 250 C) je velmi obtížná, ne vždy dokonale spolehlivá, a vzhledem k povaze produktů mnohokrát nemožná. Ideální je tedy zajistit bezpyrogennost u výchozích materiálů a dodržování aseptických postupů při výrobě. 7,13 Protože injekce a infuze musí být apyrogenní, musí tyto přípravky vyhovovat zkoušce na pyrogenní látky nebo na bakteriální endotoxiny. Zkouška na pyrogenní látky spočívá v měření vzestupu rektální tělesné teploty vyvolaného u králíků intravenózní injekcí sterilního roztoku zkoušené látky. Zkouška na bakteriální endotoxiny se používá k detekci nebo kvantitativnímu stanovení endotoxinů pocházejících z gramnegativních bakterií za použití lyzátu z amebocytů ostrorepa (Limulus polyphemus nebo Tachypleus 19

20 tridentatus). Ke zkoušce se používají tři metody: gelová, která je založena na tvorbě gelu, turbidimetrická, založená na vývoji zákalu po vazbě endogenního substrátu, a chromogenní, založená na vývoji zbarvení po vazbě se syntetickým peptidochromogenním komplexem Přítomnost částic Přítomnost částic v parenterálních přípravcích je nepřijatelná nejen z toho důvodu, že přítomnost prachu, zbytků gumy z uzávěrů, nerozpuštěných chemikálií a ostatních cizích částic může naznačovat horší kvalitu výrobku, ale zejména proto, že takovéto znečištění může způsobit až embolii, pokud by přípravek byl aplikován intravenózně. 4 Přítomnost částic v intravenózně aplikovaných parenteráliích je také dávána do souvislosti s rozvojem infuzní flebitidy. 3 U přípravků pro použití u člověka musí roztoky pro infuze a roztoky pro injekce vyhovovat lékopisné zkoušce Hodnocení kontaminace částicemi pod hranicí viditelnosti. Hodnotí se kontaminace injekcí a infuzí tvořená nezáměrně přítomnými cizorodými pohyblivými a nerozpuštěnými částicemi, jinými než plynové bubliny v roztocích. U přípravků pro subkutánní nebo intramuskulární injekce mohou být přípustné vyšší limity. Radiofarmaceutické přípravky jsou vyjmuty z těchto ustanovení. U přípravků, u nichž je v označení na obalu uvedeno, že se použijí s koncovým filtrem, se tato zkouška nepožaduje; musí se prokázat, že zfiltrovaný roztok vyhovuje zkoušce. Podle druhu testovaného přípravku se využije buď Metoda 1 (Hodnocení počtu částic cloněním světla), která využívá laserové čidlo detekující rozptyl světla na částici, nebo Metoda 2 (Mikroskopické hodnocení počtu částic), při které se binokulárním mikroskopem s okulárovým mikrometrem mikroskopuje membránový filtr, který zachycuje kontaminující částice v přípravku. V některých případech se však může ukázat k dosažení závěru o splnění jakostních požadavků potřebné pokračovat po hodnocení částic cloněním světla mikroskopickým hodnocením částic pod hranicí viditelnosti. 2 20

21 6.3.4 Využitelný objem Parenterália musí dále vyhovovat lékopisné Zkoušce na využitelný objem parenterálních přípravků. 2 Objem naplněný do obalu přípravku musí umožňovat odebrání jmenovitého objemu, který je deklarován na obalu. V praxi to znamená, že se obaly (kromě infuzí) plní v mírném nadbytku, ovšem v závislosti na druhu přípravku Obaly Parenterália se dodávají v pokud možno transparentních obalech, které umožňují vizuální kontrolu obsahu. Obaly mohou být skleněné, plastové, nebo to mohou být již předplněné injekční stříkačky. Parenterália se skladují ve sterilních vzduchotěsných zabezpečených obalech. Těsnost obalů se zajišťuje vhodným způsobem. Uzávěry jsou těsné, zabraňující kontaminaci mikroorganismy nebo jiným znečištěním a dovolující obvykle odebrání části nebo celého obsahu bez odstranění uzávěru. Plastové materiály použité k jejich výrobě jsou dostatečně pevné a pružné, aby dovolily průnik jehly při co nejmenším odlučování částic. Uzávěry vícedávkových obalů jsou dostatečně pružné, aby zajistily uzavření vpichu po vytažení jehly. 2 Zejména přípravky citlivé na světlo je nutné chránit před ultrafialovým zářením. 3 Vzduchotěsnost skleněných ampulí se zkouší jejich ponořením do 1% roztoku methylenové modři a změnou tlaku. Po oplachu barviva je sledována změna zabarvení roztoku. Další možností je vkládání vysokofrekvenčního napětí na uzávěr. Zvýšení konduktivity indikuje nežádoucí přítomnost tekutiny zvnějšku obalu Označování parenterálií Označení injekce musí lékaři nebo jinému uživateli poskytnout veškeré informace potřebné k zajištění bezpečného a správného užití přípravku. A to buď přímo na primárním obalu, nebo v přiložené příbalové informaci. Štítek samotný nese název přípravku, procentuální obsah léčiva v tekutém 21

22 přípravku, množství aktivní látky v suchých injekcích, objem tekutiny, který se musí přidat k přípravě injekce nebo suspenze z prášku, způsob podání, podmínky skladování a datum exspirace. Dále musí být uveden druh vehikula a obsah dalších látek, pokud byly přidány ke zvýšení stability nebo účinnosti. Štítek nese i údaje o výrobci či distributorovi a číslo šarže nutné k případnému dohledání kompletní historie přípravku. Etiketa nesmí být příliš velká, aby neznemožňovala vizuální kontrolu obsahu. 3,4 Štítky a literatura k produktům, u nichž je důležitá osmotická koncentrace, by měly obsahovat údaj o osmolalitě a v mnoha případech i o osmolaritě. 18 Štítky a dokumentace k parenterální výživě často neobsahují vůbec žádné informace o osmotické koncentraci, anebo ji nevyjadřují jasně. 19, Kompatibilita Mnoho sterilních lékových forem lze podávat rovnou, aniž by se s nimi před aplikací muselo dále manipulovat. Ovšem třeba lyofilizované produkty se musí před podáním rekonstituovat vhodným rozpouštědlem. Často se také kombinují s dalšími roztoky nebo přidávají do velkoobjemových infuzí. Z tohoto důvodu je nutné zajistit kompatibilitu s rozpouštědlem, infuzním roztokem a v případě vícesložkové infuze samozřejmě se všemi složkami infuzního systému. 4 Inkompatibility u parenterálií se dělí na fyzikální, chemické a terapeutické. Terapeutické se sledují nejhůře, jelikož kombinování vede k nežádoucí synergické nebo antagonistické farmakologické aktivitě. Fyzikální inkompatibility se dají pozorovat jako změny vhledu směsi - např. změna zabarvení, vznik precipitátu nebo vyvíjení plynu. Často se dají předpokládat díky znalosti chemických charakteristik obsažených látek. Např. vápenaté soli precipitují po přidání do alkalického prostředí. Rozklad chemických substancí způsobený kombinováním lékových forem je chemickou inkompatibilitou (nejčastěji hydrolýza, oxidace, redukce nebo komplexace), která je detekovatelná vhodnou analytickou metodou. 22

23 Důležitým faktorem způsobujícím inkompatibility u parenterálií je výchylka acidobazické rovnováhy, kde se změnou ph roztoku dochází ke změně rozpustnosti a stability léčiva. Změna ph tedy může předpovídat inkompatibilitu. Ne všechny inkompatibility je možno předvídat a ne všem se dá zabránit, ale jejich výskyt se dá minimalizovat. K tomu přispívá zvětšující se množství literatury týkající se této problematiky, používání co nejméně možných pomocných látek do intravenózních roztoků, inkompatibilitě se dá vyhnout i zvolením jiné cesty podání některého z léčiv. 21 Chlorid vápenatý, o kterém pojednává tato rigorózní práce, lze podat společně s adrenalinem, amiodaronem, amrinonem, dopaminem, esmololem, lidokainem, milrinonem, morfinem, nitroprussidem sodným, noradrenalinem, paklitaxelem a verapamilem. 22,23,24 Nesmí se aplikovat ve stejné infuzi s fosforečnany, hydrogenuhličitanem sodným, pantoprazolem, propofolem, rozpustnými uhličitany, sírany (např. hořečnatým) a vinany. 22, Osmotické vlastnosti roztoků parenterálií Důležitou roli při aplikaci parenterálních přípravků hraje znalost jejich osmotického tlaku, který je závislý na počtu částic v roztoku. Proto je osmotický tlak, stejně jako např. zvýšení teploty varu, snížení tenze par a snížení teploty tuhnutí, jednou z koligativních vlastností roztoku. Osmotický tlak ideálního roztoku, ve kterém nedochází k interakcím mezi rozpuštěnými částicemi, je možné vypočítat podle rovnice: 25 R T m, (1) kde π je osmotický tlak v kpa, R značí univerzální plynovou konstantu (8,314 J/K mol), T reprezentuje absolutní teplotu (K) a m vyjadřuje molální koncentraci v mol/kg. Jelikož osmotický tlak závisí na teplotě, je jeho měření poněkud komplikované, v praxi se proto spíše užívá vyjádření pomocí osmotických koncentrací - osmolality a osmolarity. 23

24 Osmolalita (m os ) udává látkové množství osmoticky aktivních částic v kilogramu rozpouštědla. Její jednotkou je osmol/kg. m os n m (2) Kde n vyjadřuje počet částic, m je opět molalita (mol/kg) a Ф je molální osmotický koeficient. 26 Osmolalitu je možno měřit kryoskopicky, tzn. metodou, při které se využije koligativní vlastnost snížení teploty tuhnutí roztoku (ΔT). T k (3) m os Kde k zastupuje kryoskopickou konstantu, která je vlastností použitého rozpouštědla. Hodnota kryoskopické konstanty vody je 1,860 K kg/mol. To znamená, že přidáním 1 osmolu látky k 1 kilogramu vody se sníží její teplota tuhnutí o 1,860 K. 26 Osmolaritu (osmol/l), udávající látkové množství osmoticky aktivních částic v 1 litru roztoku, není možné změřit. Existuje ovšem několik metod, jak mezi sebou převádět hodnoty změřené osmolality na osmolaritu, která je z aplikačního hlediska vhodnější. Hodnota osmolarity také většinou bývá vyznačena na etiketě konkrétního přípravku. Teoreticky je možné osmolaritu (c os ) vypočítat podle následující rovnice: 26 c os n c, (4) kde n udává počet částic a c vyjadřuje molární koncentrace v mol/l. Určit z teoreticky vypočítané osmolarity, jestli je roztok hypotonický, izotonický nebo hypertonický, může být zavádějící, protože v neideálním roztoku se v důsledku interakcí mezi částicemi rozpuštěnými v roztoku mírně snižuje hodnota osmotického tlaku (v porovnání s teoreticky vypočítanou hodnotou). Tento rozdíl také souvisí s molálním osmotickým koeficientem Ф. 26 Pokud je roztok silně zředěný (< 0,1 mol/l), je rozdíl mezi osmolalitou a osmolaritou zanedbatelný, ovšem u koncentrovanějších roztoků by v důsledku aplikace přípravku s nevhodným osmotickým tlakem mohlo dojít k závažným zdravotním komplikacím. 24

25 U nepříliš koncentrovaných roztoků je možné osmolaritu určit z experimentálně změřené osmolality: 26 c os 1000 m os 1000 M0 V h g, (5) kde h značí hustotu roztoku (g/ml), M 0 je navážka látky (g) a V g je měrný specifický objem (ml/g), který vyjadřuje změnu objemu roztoku, pokud je v něm rozpuštěn 1 g dané látky. Následující metoda pro odhad osmolarity také využívá znalost osmolality a hustoty roztoku: 26 c os m h C, (6) os kde h je hustota roztoku v g/ml a C vyjadřuje koncentraci látky v roztoku také v g/ml. Ke vzájemným převodům molality na molaritu byl definován převodní faktor f, díky němuž je taktéž možné určovat osmolaritu: 27,28 f cos c (7) m m os Velkou výhodou převodního faktoru f je jeho faktická rovnost koncentraci vody v roztoku v g/ml, což se dá opět využít pro převody mezi koncentracemi. 27 Pro nekonečně zředěné roztoky může být převodní faktor f také definován pomocí měrného molálního objemu V mol : 29,30 f h (1 V ), (8) v mol kde h v je hustota vody při 25 C. Jednotkou měrného molálního objemu je l/mol. Kvůli nesnadnému měření měrného molálního objemu se používá aktuální molální objem V m (l/mol), který lze určit z molality a molarity roztoku: 31 V m m c. (9) m c 25

26 Molální objem V m závisí na aktuální koncentraci roztoku a určuje se experimentálně. 6.6 Chlorid vápenatý Chlorid vápenatý je hygroskopická látka slané chuti vyskytující se ve formě bílých, téměř bílých nebo bezbarvých krystalů. 2,32 Lékopisné jsou jeho dvě formy: dihydrát se sumárním vzorcem CaCl 2 2H 2 O a molekulovou relativní hmotností 147,02 a hexahydrát se sumárním vzorcem CaCl 2 6H 2 O a molekulovou relativní hmotností 219,08. Dihydrát je snadno rozpustný ve vodě a dobře rozpustný v ethanolu 96%, hexahydrát je velmi snadno rozpustný ve vodě a snadno rozpustný v ethanolu 96%. 2 Hustota chloridu vápenatého se pohybuje od 1,71 g/cm 3 u hexahydrátu až po 2,15 g/cm 3 u bezvodé formy. 33 Chlorid vápenatý se získává působením kyseliny chlorovodíkové na uhličitan nebo oxid vápenatý. Je také vedlejším produktem Solvayova procesu výroby uhličitanu sodného. 32 Vzácně se může vyskytovat jako minerál sinjarit (dihydrát) nebo antarkticit (hexahydrát). 33 Chlorid vápenatý se díky svým hygroskopickým vlastnostem využívá jako sušidlo a také minimalizuje problémy s prachem v prašném prostředí. Také se používá jako posypový materiál proti námraze - snižuje teplotu tuhnutí vody. Používá se také jako součást chladících směsí, dále v petrochemickém a papírenském průmyslu, při výrobě barviv, urychluje tuhnutí betonu. 33,34 V potravinářském průmyslu je označován symbolem E Používá se jako zpevňující látka nakládané zeleniny, také při výrobě tofu, piva a některých mléčných výrobků. Výhodou je jeho slaná chuť, ale nezvyšování obsahu sodíku ve výrobcích. 33,34 Chlorid vápenatý se samozřejmě používá i ve zdravotnictví, a to zejména parenterálně v podobě injekcí, infuzí a dialyzačních roztoků. Koncentrace vápenatých iontů se pohybuje v rozpětí 1,5-2,0 mmol/l u roztoků pro 26

27 peritoneální dialýzu a v rozmezí 1,0-2,0 mmol/l u hemodialyzačních roztoků. 36 Příklady některých komerčně dostupných infuzních roztoků s obsahem chloridu vápenatého a jejich indikace jsou přehledně uvedeny v Tab. 1 a na straně 29. Při kontaktu s pokožkou může způsobit její vysušování a podráždění, případně svědění. Požití pevné látky nebo koncentrovaných roztoků může poškodit sliznici úst a hltanu a způsobit ulcerace gastrointestinálního traktu. 32,33 27

28 Ardeaelytosol EA 1/1 Ardeaelytosol EL 1/1 Ardeaelytosol ELG 5 Ardeaelytosol EL 2/3 Ardeaelytosol EL 1/2 Ardeaelytosol EL 1/3 Ardeaelytosol EL 1/5 Ardeaelytosol H 1/1 Ardeaelytosol H 2/3 Ardeaelytosol H 1/2 Ardeaelytosol H 1/3 Ardeaelytosol R 1/1 Ardeaelytosol R 1/2 Ardeaelytosol R 1/3 Ardeaelytosol RL 1/1 Tab. 1: Příklady komerčně dostupných přípravků s obsahem hexahydrátu chloridu vápenatého od firmy Ardeapharma, Ševětín 37 Název přípravku Složení (g) Natrii chloridum 5,40 5,40 5,40 3,60 2,70 1,80 1,08 6,00 4,00 3,00 2,00 8,60 4,30 2,87 6,00 Kalii chloridum 0,30 0,30 0,30 0,20 0,15 0,10 0,06 0,40 0,27 0,20 0,13 0,30 0,15 0,10 0,30 Calcii chloridum hexahydricum Magnesii chloridum hexahydricum Natrii acetas 6,50 0,55 0,55 0,55 0,37 0,28 0,18 0,11 0,20 0,13 0,10 0,07 0,50 0,25 0,17 0,40 0,20 0,20 0,20 0,13 0,10 0,07 0,04 0,20 0,13 0,10 0,07 Natrii lactas 5,38 5,38 3,58 2,69 1,79 1,08 3,03 2,02 1,51 1,01 3,10 Glucosum 50,00 16,67 25,00 33,33 40,00 16,67 25,00 33,33 25,00 33,33 Acidum citricum monohydricum 0,20 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 Natrii pyrosulfis 0,20 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 28

29 Aqua pro iniectione ad (ml) Osmotický tlak (kpa) Enegetická hodnota (kj/l) Indikací pro použití roztoků Ardeaelytosol EA 1/1, EL 1/1, ELG 5 a RL 1/1 je izotonická dehydratace z různých příčin, také dále slouží jako vehikula pro podávání jiných léčiv. Ztráty potem, dýcháním a při horečce se dají řešit pomocí roztoků Ardeaelytosol EL 2/3, EL 1/2, EL 1/3 a EL 1/5. Tyto roztoky se používají též jako iniciální rehydratace po operacích. Pro rehydrataci malých dětí, novorozenců a kojenců jsou vhodné roztoky EL 1/3 a 1/5. Ardeaelytosol H 1/1 je opět podáván při izotonické dehydrataci z různých příčin, dále je ho možno použít jako krátkodobou náhradu intravaskulárního objemu. Je vhodný i jako vehikulum pro podávání léčiv, zvláště pro podávání koncentrátů elektrolytů. Roztoky Ardeaelytosol H 2/3, H 1/2 a H 1/3 jsou využitelné opět při ztrátách potem, dýcháním, při horečce, dále jako iniciální rehydratace po operacích a slouží také k rehydrataci malých dětí, novorozenců a kojenců. Ardeaelytosol R 1/1 je indikován při lehké metabolické alkalóze, hyponatrémii a izotonické dehydrataci (v případech, kdy jsou ledviny pacienta schopny vyrovnávat acidózu vyvolanou Cl - ionty, kterých je v roztoku více než v extracelulární tekutině). Dále slouží jako vehikulum pro podávání dalších léčiv, ke zvlhčování obvazových materiálů a používá se k oplachům. Roztoky Ardeaelytosol R 1/2 a 1/3 se využívají při hypertonické dehydrataci (v případech, kdy jsou ledviny pacienta schopny vyrovnávat acidózu vyvolanou Cl - ionty, kterých je v roztoku více než v extracelulární tekutině) a také jako nosné roztoky pro další léčiva

30 7 Experimentální část 7.1 Použité suroviny Natrii chloridum (Ph. Eur. 5.0) - Dr. Kulich Pharma s.r.o. HK, atest 0053/0209/538 Calcii chloridum hexahydricum (ČL 2005) - Dr. Kulich Pharma s.r.o. HK, atest 0246/0707/538 Ultračistá voda - Farmaceutická fakulta, Hradec Králové 7.2 Použité přístrojové a programové vybavení Váhy KERN ABJ 120-4M (Kern & Sohn GmbH), Německo, d = 0,1 mg Váhy ACCULAB Atilon ATL-4202-V, Sartorius Group, Německo, d = 0,01 g Automatický semi-microosmometr, Knauer, Německo Hustoměr DMA 4100 M, Anton Paar, Rakousko Automatická mikropipeta eppendorf Research Program Microsoft Office Excel 2007 Program Microsoft Office Word Příprava molálních roztoků chloridu vápenatého Na analytických vahách bylo naváženo potřebné množství hexahydrátu chloridu vápenatého s přesností na 0,0001 g a 1,0 kg čištěné vody s přesností na 0,01 g. Navážka byla rozpuštěna v části čištěné vody. Takto připravený koncentrovaný roztok byl kvantitativně převeden do odměrné baňky, ve které byl důkladně promísen se zbývající vodou. Tento molální roztok byl uchováván v dobře uzavřené skleněné lahvi maximálně po dobu 24 hodin v chladu. Byly připraveny roztoky v odstupňovaných koncentracích 0,02-1,0 mol/kg. 7.4 Příprava molárních roztoků chloridu vápenatého Na analytických vahách bylo naváženo potřebné množství hexahydrátu chloridu vápenatého s přesností na 0,0001 g. Navážka látky byla rozpuštěna v části čištěné vody. Po temperaci na 20 C byl vzniklý koncentrovaný roztok 30

31 kvantitativně převeden do odměrné baňky o objemu 1,0 litru. Poté byl roztok doplněn po rysku čištěnou vodou o teplotě 20 C ± 0,5 C. Tento molární roztok byl uchováván v dobře uzavřené skleněné lahvi maximálně po dobu 24 hodin v chladu. Byly připraveny roztoky v odstupňovaných koncentracích 0,02-1,0 mol/l. 7.5 Měření hustoty roztoků Hustota roztoků byla měřena na automatickém hustoměru DMA 4100M od firmy Anton Paar. Po zapnutí, zahřátí a zkontrolování hustoměru podle hustoty vzduchu a vody při daném atmosférickém tlaku byla nastavena požadovaná metoda a teplota měření. Měřící cela se pomocí injekční stříkačky propláchla měřeným roztokem a následně byl pomalu a bez vzduchových bublin nastříknut cca 1 ml zkoušeného roztoku. Po dosažení zvolené teploty ± 0,01 C přístroj automaticky proměřil jeho hustotu. Postup byl opakován 5x pro každou teplotu měření (15 C - 40 C). Výsledky měření jsou shrnuty v Tab. 2-7 pro molální roztoky a v Tab pro molární roztoky. 7.6 Měření osmolality roztoků Osmolalita roztoků hexahydrátu chloridu vápenatého byla měřena pomocí osmometru Knauer s rozsahem mosmol/kg. Po zapnutí se přístroj kalibroval na hodnotu 0 mosmol/kg (čištěná voda) a 400 mosmol/kg roztokem chloridu sodného (12,687 g v 1,0 kg čištěné vody). Přístroj byl kalibrován proměřením roztoků chloridu sodného s definovanou osmolalitou v souladu s lékopisem. 2 Z výsledků měření byla sestrojena kalibrační přímka s rovnicí (10). m nam os skut 0,9835 m 2,4 R 2 = 0,9999 (10) os Vlastní měření osmolality se realizovalo tak, že se automatickou pipetou nadávkovalo 150 μl měřeného roztoku do čisté a suché zkumavky přístroje, na kterou se následně nasadila měřící hlava osmometru. Zkumavka, ve které nesměly být žádné vzduchové bublinky, se poté vložila do chladící komůrky a přístroj změřil osmolalitu daného roztoku. Postup se opakoval 5x a byla 31

32 vypočítána průměrná hodnota osmolality. Výsledky jsou uvedeny v Tab. 16 pro molální roztoky a v Tab. 17 pro molární roztoky. 7.7 Převody koncentrací Pro převádění molálních koncentrací na koncentrace molární je potřebné znát hustotu roztoků. Z hmotnosti navážky M 0 a hmotnosti vody M v, která byla pro molální roztoky vždy 1,00 kg, můžeme vypočítat hmotnost roztoku M r. Objem roztoku V r se určí jako podíl hmotnosti roztoku a jeho hustoty h m : M r Vr (11) h m Molární koncentraci roztoku c (mol/l) lze určit jako podíl látkového množství ν (mol) a objemu roztoku V r : c (12) V r Hodnota látkového množství ν se v tomto případě číselně shoduje s hodnotou molality v mol/kg. Potřebná data pro převod a jeho výsledky shrnuje Tab. 16. Při přípravě molárních roztoků je objem roztoku V r vždy 1,0 litr. Pro převod molární koncentrace na koncentraci molální je potřebná znalost hustoty roztoku h c. Ta se dosadí do následující rovnice, která vyplývá z rovnic (6) a (7): f h C, (13) kde h je hustota roztoku v g/ml a C je koncentrace látky v roztoku také v g/ml (v tomto případě M 0 /1000). Z takto získaného převodního faktoru f a molarity c dle následující rovnice dopočítáme molalitu (mol/kg): 28 c m (14) f Potřebná data a výsledky převodu molarity na molalitu shrnuje Tab Odhad osmolarity K převodu osmolality na osmolarity byly využity postupy uvedené v literatuře a prezentované v teoretické části. 26 Byla určena teoretická 32

33 osmolarita podle rovnice (4), osmolarita využívající měrný specifický objem V g podle rovnice (5) a odhad z měřené osmolality a koncentrace vody v roztoku s využitím rovnice (6). Výsledky jsou prezentovány v Tab. 18 a na Obr Odhad měrného specifického a molálního objemu látky Pro molální roztoky se získá měrný specifický objem V g (ml/g) jako podíl objemu látky V 0 (rozdíl objemu roztoku V r a objemu 1,0 kg vody při 20 C, tj. 1001,8032 ml) 38 a hmotnosti navážky látky M 0. Měrný specifický objem je možno odvodit pro molární roztoky za předpokladu aditivity objemu rozpuštěné látky a objemu vody. Nejdříve pomocí obdoby rovnice (11) z objemu roztoku V r a hustoty molárního roztoku h c vypočítáme hmotnost roztoku M r. Po odečtení hmotnosti navážky M 0 získáme hmotnost vody v roztoku M v. Tuto dosadíme do upravené rovnice (11) spolu s tabelovanou hustotou vody při 20 C (0,9982 g/ml) 38, čímž dostaneme objem vody v roztoku V v. Z rozdílu objemu roztoku V r a objemu vody V v získáme objem navážky l látky V 0, který nám po vydělení navážkou látky M 0 poskytne měrný specifický objem V g (ml/g). Výsledky jsou prezentovány v Tab. 16, Tab. 17 a na Obr. 6. Hodnoty molálního objemu V m lze získat obdobně po přepočtu objemu látky V 0 na mol (molaritu nebo molalitu). Výsledky V m chloridu vápenatého určeného pro molální i molární roztoky shrnují Tab. 16, Tab. 17 a Obr Odhad molálního osmotického koeficientu Molální osmotický koeficient Ф je možno vypočítat dle rovnice (2) z naměřených hodnot osmolality. Výsledky uvádí Tab. 16 a Obr

34 8 Výsledky Tab. 2: Hustota molálních roztoků chloridu vápenatého při teplotě 15 C m h m průměr SD 10 5 (mmol/kg) (g/ml) 20 1,0009 1,0009 1,0009 1,0009 1,0009 1,0009 0,0 40 1,0028 1,0028 1,0028 1,0028 1,0028 1,0028 0,0 60 1,0046 1,0046 1,0046 1,0046 1,0046 1,0046 0,0 80 1,0063 1,0063 1,0063 1,0063 1,0063 1,0063 0, ,0081 1,0081 1,0081 1,0081 1,0081 1,0081 0, ,0168 1,0168 1,0168 1,0168 1,0168 1,0168 0, ,0250 1,0251 1,0251 1,0251 1,0251 1,0251 4, ,0330 1,0330 1,0330 1,0330 1,0330 1,0330 0, ,0405 1,0407 1,0407 1,0407 1,0407 1,0407 8, ,0485 1,0485 1,0485 1,0485 1,0485 1,0485 0, ,0558 1,0558 1,0558 1,0558 1,0558 1,0558 0, ,0624 1,0627 1,0627 1,0627 1,0627 1, , ,0700 1,0700 1,0700 1,0700 1,0700 1,0700 0, ,0762 1,0763 1,0763 1,0763 1,0763 1,0763 4,5 Tab. 3: Hustota molálních roztoků chloridu vápenatého při teplotě 20 C m h m průměr SD 10 5 (mmol/kg) (g/ml) 20 1,0000 1,0000 1,0000 1,0000 1,0000 1,0000 0,0 40 1,0019 1,0018 1,0018 1,0018 1,0018 1,0018 4,5 60 1,0036 1,0036 1,0036 1,0036 1,0036 1,0036 0,0 80 1,0054 1,0053 1,0053 1,0053 1,0053 1,0053 4, ,0072 1,0072 1,0072 1,0072 1,0072 1,0072 0, ,0158 1,0158 1,0158 1,0158 1,0158 1,0158 0, ,0240 1,0240 1,0240 1,0240 1,0240 1,0240 0, ,0318 1,0318 1,0318 1,0318 1,0318 1,0318 0, ,0395 1,0395 1,0395 1,0395 1,0395 1,0395 0, ,0473 1,0473 1,0473 1,0473 1,0473 1,0473 0, ,0544 1,0544 1,0544 1,0544 1,0544 1,0544 0, ,0614 1,0614 1,0614 1,0614 1,0613 1,0614 4, ,0684 1,0684 1,0684 1,0684 1,0684 1,0684 0, ,0748 1,0748 1,0748 1,0748 1,0748 1,0748 0,0 34

35 Tab. 4: Hustota molálních roztoků chloridu vápenatého při teplotě 25 C m h m průměr SD 10 5 (mmol/kg) (g/ml) 20 0,9988 0,9988 0,9988 0,9988 0,9988 0,9988 0,0 40 1,0007 1,0007 1,0007 1,0007 1,0007 1,0007 0,0 60 1,0024 1,0024 1,0024 1,0024 1,0024 1,0024 0,0 80 1,0041 1,0041 1,0041 1,0042 1,0042 1,0041 5, ,0060 1,0059 1,0060 1,0059 1,0059 1,0059 5, ,0145 1,0145 1,0145 1,0145 1,0145 1,0145 0, ,0227 1,0227 1,0227 1,0227 1,0227 1,0227 0, ,0304 1,0304 1,0304 1,0304 1,0304 1,0304 0, ,0381 1,0380 1,0380 1,0380 1,0381 1,0380 5, ,0458 1,0458 1,0458 1,0458 1,0458 1,0458 0, ,0529 1,0529 1,0529 1,0529 1,0529 1,0529 0, ,0598 1,0598 1,0598 1,0598 1,0598 1,0598 0, ,0668 1,0668 1,0668 1,0668 1,0668 1,0668 0, ,0732 1,0732 1,0732 1,0732 1,0732 1,0732 0,0 Tab. 5: Hustota molálních roztoků chloridu vápenatého při teplotě 30 C m h m průměr SD 10 5 (mmol/kg) (g/ml) 20 0,9975 0,9975 0,9975 0,9975 0,9975 0,9975 0,0 40 0,9992 0,9992 0,9992 0,9992 0,9992 0,9992 0,0 60 1,0010 1,0010 1,0010 1,0010 1,0010 1,0010 0,0 80 1,0027 1,0027 1,0027 1,0027 1,0027 1,0027 0, ,0042 1,0045 1,0045 1,0045 1,0045 1, , ,0128 1,0130 1,0130 1,0130 1,0129 1,0129 8, ,0211 1,0211 1,0211 1,0211 1,0211 1,0211 0, ,0288 1,0288 1,0288 1,0288 1,0288 1,0288 0, ,0365 1,0365 1,0365 1,0365 1,0365 1,0365 0, ,0441 1,0441 1,0441 1,0441 1,0441 1,0441 0, ,0512 1,0512 1,0512 1,0512 1,0512 1,0512 0, ,0581 1,0581 1,0581 1,0581 1,0581 1,0581 0, ,0650 1,0650 1,0650 1,0650 1,0650 1,0650 0, ,0714 1,0714 1,0714 1,0714 1,0714 1,0714 0,0 35