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현재까지 잘 알려진 API 성분 물질들의 약 90%가 임의로 Supersaturation과 Subsaturation 조건을 가지는 Chasing (Equilibrium) 구간을 형성하여 CheqSol법으로 정적용해도 값을 신속하게 측정할 수가 있습니다. 나머지 약 10%에 해당하는 일부 Basic Compound 들은 Curve-fitting법으로 정적용해도 측정이 가능하며 그 자세한 내용은 다음과 같습니다. 

pH에 따른 용해도

Curve-fitting for non-chaser compounds

Supersaturation과 Subsaturation을 형성하면서 용해도를 측정하는 CheqSol법과는 달리 Curve-fitting법은 최초 침전이 발생한 후 Supersaturation 상태로만 유지하다가 측정이 완료됩니다. 따라서 최초 침전상태에서 측정된 동적용해도 값과 평형상태에서 측정되는 정적용해도 값이 거의 동일한 수준을 나타내는 것이 Curve-fitting법의 특징입니다. 이 측정법으로 분석할 수 있는 화합물은 일부 Basic pKa를 가지고 있는 Basic Compound이며, CheqSol법으로 Chasing equilibrium을 형성할 수 없으므로 Non-chaser 물질이라고 합니다. 이외의 물질들 즉 Acidic compound, 대부분의 Basic compound 그리고 Ampholyte/Zwitterion compound 들은 Chasing equilibrium이 가능한 물질이기 때문에 CheqSol법으로 용해도 측정이 가능합니다. 

위 그래프는 한 개의 Basic pKa를 가지고 있는 화합물을 Curve-fitting법으로 산-염기 적정으로 용해도 측정하였을 때 나타나는 전위차 그래프입니다. 1.5mL 수용액에 샘플 약 5.0mg을 주입한 후 0.5M HCl 버퍼를 이용하여 pH 2.0으로 조정하였습니다. 이 후 pH 12.0을 향하여 적정을 시작하면 pH 7.8까지 샘플은 완전히 용해되어 적정 점들이 초록색 점선과 일치하여 나타나게 됩니다. 하지만 pH 7.8에서 최초의 침전이 발생하게 되고 Supersaturation 상태가 유지된 채로 적정을 계속 진행합니다. 그러면 초록색 점선이 아니라 빨간색 점선을 따라서 적정 점들이 pH 12.0까지 이어지면서 측정이 완료됩니다. 해리상수 측정결과와는 달리 Curve-fitting법을 이용한 용해도 측정결과는 빨간색 점선을 나타내는 Precipitation Bjerrum Graph의 공식에 따라서 정확한 정적용해도 값이 계산됩니다. 다음은 예시로 화합물 Imipramine의 용해도 측정결과를 나타내고 있습니다.  

위 그래프는 Basic pKa 9.54를 가지는 Imipramine 5.6mg을 1.5mL 수용액에 녹여 Curve-fitting법으로 용해도 측정한 결과를 나타내고 있습니다. pH 2.0에서 적정을 출발하여 pH 7.0까지 완전히 용해되어 수용액 전위차 그래프와 동일하게 적정 점들이 검출되었습니다. 하지만 pH 7.28에서 침전이 처음 발생하여 이때의 동적용해도가 측정되었으며 이후 pH 12를 향하여 Supersaturation 상태를 유지하며 적정이 진행되었습니다. 그 결과 빨간색 원으로 표시된 것처럼 완벽하게 L모양으로 적정 점들이 검출되었습니다. 시간에 따른 농도의 변화는 아래의 그래프에서 확인할 수 있습니다. 

적정이 시작된 후 약 18분이 경과한 pH 7.8에서 최초의 침전으로 측정된 동적용해도는 76.5 µM 이었으며 이후 약 30분간의 평형상태에서 측정된 정적용해도는 70.2 µM으로 동일한 수준의 농도를 나타내었습니다. 물론 위에서 측정된 전위차 그래프에서의 데이터 프로세싱 과정을 정확하게 진행해야지만 이러한 신뢰도 높은 결과를 얻을 수가 있는데 이 부분이 분석자의 숙련도에 따라서 다른 결과를 도출할 가능성이 아주 높은 것이 사실입니다. Solubility vs. pH Profile 그래프에서 pH에 따른 용해도 결과의 추이를 확인할 수 있으며 정확한 pH별 용해도 수치는 Solubility vs. pH Table에서 볼 수 있습니다. 

다음은 두 개의 Basic pKa (3.82 & 9.29)를 가지고 있으며 난용성 API성분으로 인하여 용해성을 좀더 높이기 위하여 Maleic Acid 염으로 결합한 Chlorpheniramine Maleate의 용해도를 Curve-fitting법으로 측정한 결과를 설명하고 있습니다. 아래 전위차 그래프를 보면 pH 2.0에서 적정을 시작하였고 pH 8.5까지 완전히 용해된 적정 점들이 검출되었습니다. 하지만 pH 8.5에서 침전으로 인한 과포화 현상이 검출되었으며 이후 수용액 전위차 그래프(초록색 선)가 아닌 침전 그래프(빨간색 점선)에 적정 점들이 검출되면서 pH 12에서 용해도 측정이 완료되었습니다. 따라서 침전이 생긴 pH 영역에서의 데이터 프로세싱 과정을 정확하게 수행하면 이 후의 그래프와 같이 시간에 따른 농도의 변화 뿐만 아니라 pH에 따른 용해도 변화 값을 용이하게 확인할 수 있습니다. 

다시 한번 강조하자면 용해도 측정에서 가장 중요한 부분은 다량의 샘플을 이용하여 수용액을 과포화 상태로 진행시켜야 한다는 것입니다. 반대로 다량의 샘플을 이용하더라도 침전이 생기지 않는다면 그 물질의 용해도 측정이 불가능합니다. 따라서 전통적인 Shake-Flask법이나 SiriusT3를 이용한 용해도 측정법 모두 샘플로 인하여 과포화상태가 형성되는지를 파악하는 것이 가장 중요한 개념입니다.