CH642455A5

CH642455A5 - Testmischung und deren verwendung.

Info

Publication number: CH642455A5
Application number: CH997579A
Authority: CH
Inventors: Richard Dean Falb; Sisto Nicholas Stiso; William Irving White; Yung-Chyung Wang; Rodric Harold White-Stevens
Original assignee: Miles Lab
Priority date: 1978-11-08
Filing date: 1979-11-07
Publication date: 1984-04-13
Also published as: DK471579A; NL189153C; IE48854B1; NO154475B; ZA795777B; FI82143B; ATA715979A; DK154669C; FR2441168B1; FR2441168A1; GB2037981A; CS266305B2; DE2944980C2; FI793492A7; DE2944980A1; AU5219279A; DK154669B; SE447024B; NO793593L; BE879888A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Testmischung zur Bestimmung der Ionenstärke oder des spezifischen Gewichtes einer wässrigen Testprobe. Des weiteren betrifft die Erfindung die Verwendung dieser Mischung zur Bestimmung der Ionenstärke oder des spezifischen Gewichtes einer wässrigen Testprobe.

In der Folge wird auf den Stand der Technik näher eingegangen.

Die Bestimmung des spezifischen Gewichtes einer Flüssigkeit ist in vielen Arbeitsgebieten wichtig. Als Beispiele für miteinander nicht im Zusammenhang stehende Fachgebiete, wo derartige Bestimmungen von Bedeutung sind, seien die Bierbrauerei, die Harnanalyse, die Wasserreinigung, die Herstellung von Trinkwasser auf einem Schiff im Meer und ähnliches genannt, wobei in allen diesen Fällen das spezifische Gewicht einer wässrigen Probe bestimmt wird. Natürlich würde eine rasche und einfache Methode zur Bestimmung des spezifischen Gewichtes sehr vorteilhaft für die Wissenschaft sein, einschliesslich technologischer Anwendungsgebiete, wo eine rasche und genaue Bestimmung des spezifischen Gewichtes nützlich wäre. Wenn beispielsweise in einem medizinischen Laboratorium der Laborant das spezifische Gewicht einer Harnprobe rasch und innerhalb weniger Sekunden bestimmen könnte, dann würde dieses rasche Ergebnis nicht nur für den behandelnden Arzt bei der Diagnose sehr nützlich sein, sondern auch die Arbeitsaufnahmefähigkeit des Laboratoriums würde wesentlich gesteigert werden, so dass viel mehr 5 Analysen in einem bestimmten Zeitabschnitt durchgeführt werden können, als dies bisher der Fall war.

Obwohl die erfmdungsgemässe Testmischung in sehr vielen Anwendungsbereichen einsetzbar ist, wird aus Gründen der Klarheit hauptsächlich ihre Verwendung bei der Bestim-io mung der Ionenstärke oder des spezifischen Gewichtes von Harn erläutert. Die Anwendung in anderen Arbeitsgebieten ist für den Fachmann aus dem im Zusammenhang mit der Harnanalyse besprochenen Vorgang klar ersichtlich.

Die Bestimmung des spezifischen Gewichtes oder der 15 Dichte von Harn ist sehr wichtig «m Sprüngen in der Elek-trolytausscheidung festzustellen und klinisch zu behandeln. Dementsprechend sollte eine vollständige Harnanalyse die Bestimmung des spezifischen Gewichtes miteinschliessen, und tatsächlich wird im allgemeinen auch bei der Harnanalyse 20 eine solche Bestimmung durchgeführt. Eine derartige Bestimmung des spezifischen Gewichtes sollte direkt mit einer geeigneten Vorrichtung durchführbar sein, im allgemeinen ist jedoch die Bestimmung einiger verwandter Eigenschaften in gleicher Weise nützlich, wie zum Beispiel die Bestimmung der 25 osmotischen Eigenschaften des Harnes oder der Ionenstärke, und aus derartigen Bestimmungen kann man dann Rückschlüsse auf die Werte für das spezifische Gewicht des Harnes ziehen.

Das spezifische Gewicht ist eine dimensionslose Grösse, 30 und im Falle einer Lösung wird das spezifische Gewicht, bzw. die Dichte, als Verhältnis des Gewichtes eines bestimmten Volumens der Lösung zu demjenigen eines gleichen Volumens Wasser der gleichen Temperatur ausgedrückt. Für Lösungen wie zum Beispiel Harn ist das spezifische Gewicht eine 35 Funktion der Anzahl, der Dichte, der ionischen Ladung und des Gewichtes der verschiedenen Substanzen, die in der Lösung gelöst sind.

Bei bisher bekannten Methoden zur Bestimmung des spe-40 zifischen Gewichtes wurden Hydrometer, Urinometer, Pyknometer, Gravimeter und ähnliches verwendet. Obwohl diese zum Stand der Technik gehörenden Arbeitsverfahren eine befriedigende Empfindlichkeit besitzen, so sind dennoch zur Durchführung derartiger Bestimmungen in den meisten 45 Fällen leicht zerbrechliche, unhandliche Instrumente nötig, die ständig gereinigt, in Stand gehalten und geeicht werden müssen, damit sie während der ganzen Zeit wirklich verlässlich sind. Ausserdem ist die Mechanik derartiger Instrumente, bzw. die Ablesung der Werte bei der Bedienung oft ziemlich 50 unangenehm. Es kann schwer sein, den Miniskus abzulesen. Schaum oder Bläschen an der Oberfläche der Flüssigkeit können die Ablesung behindern. Die Urinometer besitzen die Neigung, an den Seitenwänden des Gefässes haften zu bleiben, welches die flüssige Probe enthält. Im Falle von Harn ist 55 die Probenmenge oft ungeeignet oder unzureichend um die Bestimmung mit Hilfe einer der vorhin beschriebenen Vorrichtungen zu ermöglichen.

In jüngster Zeit gelang ein Durchbruch auf diesem Gebiet mit Hilfe dessen alle oben beschriebenen Nachteile im wesent-60 liehen beseitigt werden. Es handelt sich dabei um die in der USA-Patentschrift Nr. 4015 462 der Firma Miles Laboratories (dieses Patent wurde am 8. Januar 1976 von Greyson et al. eingereicht) beschriebene rasche Bestimmung der osmotischen Eigenschaften, also eine rasche Bestimmung der Osmo-65 lalität, wodurch auch das spezifische Gewicht bestimmt ist. In dieser USA-Patentschrift sind in eine Trägermatrix osmotisch zerbrechliche Mikrokapseln eingebracht, wobei die Wände dieser Mikrokapseln aus einem semi-permeablen Membran-

material bestehen. Innerhalb der Wände ist eine Lösung eingekapselt, welche eine färbende Substanz enthält.

Wenn die Kapseln mit einer Lösung in Berührung kommen, die eine geringere Osmolalität besitzt als die innerhalb der Kapseln befindliche Lösung, dann tritt ein osmotischer Gradient quer zu den Kapselwänden in Richtung der geringeren Osmolalität auf, wobei dadurch der hydrostatische Druck innerhalb der Kapseln ansteigt und diese aufgrund dessen aufquellen und schliesslich aufbrechen, wodurch der in ihnen enthaltene gefärbte Inhalt freigesetzt wird. Die Menge an Farbe, die durch diesen Vorgang gebildet wird, ist eine Funktion des spezifischen Gewichtes der Lösung.

Aus den oben gegebenen Erläuterungen sieht man, dass neben den vielen Vorrichtungen, die zur direkten Bestimmung des spezifischen Gewichtes dienen, es auch möglich ist, das spezifische Gewicht zu messen, indem man ein indirektes Mittel einsetzt, wie zum Beispiel die Osmolalität einer Lösung. Ein anderer Weg zur Ermittlung des spezifischen Gewichtes, ohne dieses direkt zu bestimmen, besteht darin, dass man eine Bestimmung durchführt, die proportional der Ionenstärke einer Lösung ist. Eine derartige Annäherung wird mit Hilfe der erfindungsgemässen Mischung, bzw. des erfindungsgemässen Testverfahrens, erreicht.

Es ist bekannt, dass das spezifische Gewicht eines wässrigen Systems stark durch die Anwesenheit geladener Spezien beeinflusst wird. So ist es im Fall von ionischen Lösungen möglich, das spezifische Gewicht der jeweiligen Lösungen in sehr guter Annäherung zu bestimmen, indem man Messungen durchführt, die proportional zu den Ionenstärken dieser Lösungen sind, und indem man die Ergebnisse dieser Messungen auf ein vorgeeichtes Vergleichssystem bezieht. Der Ausdruck «Ionenstärke» bezieht sich auf den mathematischen Zusammenhang zwischen der Anzahl an verschiedenen Arten von ionischen Spezien in der jeweiligen Lösung, und die jeweiligen Ladungen. Dementsprechend wird die Ionenstärke n durch die folgende mathematische Formel dargestellt:

1

?QZ2i

In dieser Formel bedeutet:

c die molale Konzentration einer jeweiligen ionischen Spezies, und z den absoluten Wert der Ladung dieser ionischen Spezies.

Der Summenwert S wird für alle unterschiedlichen Arten an Ionen in der Lösung ermittelt.

In der USA-Patentschrift Nr. 3 449 080 wird die Messung von gelösten Natriumionen oder Chloridionen erläutert.

Diese USA-Patentschrift betrifft eine Testvorrichtung zur Bestimmung der Konzentrationen der genannten Ionen im Kör-perschweiss. Kurz gesagt, wird in diesem USA-Patent die Verwendung von Ionenaustauscherharzen zusammen mit einem pH-Indikator beschrieben. Es wird gesagt, dass bei Verwendung dieser Vorrichtung die Anwesenheit von Natriumionen oder Chloridionen durch einen Farbwechsel in dem Ionenaustauscherharz, der durch den pH-Indikator hervorgerufen wird, bestimmt wird. Obwohl gemäss der fraglichen Patentschrift behauptet wird, dass damit ein Verfahren zur Bestimmung der Ionenstärke beschrieben wird, wurde bei Arbeiten die im Zusammenhang mit der Entwicklung des Erfindungsgegenstandes durchgeführt wurden, gefunden, dass die Ausführungsformen, die in den Beispielen der erwähnten USA-Patentschrift beschrieben sind, nicht geeignet sind, um das spezifische Gewicht zu bestimmen.

Sowohl die Annäherung über die Osmolalität als auch die Annäherung über die Ionenstärke zur indirekten Bestimmung des spezifischen Gewichtes könnte möglicherweise dahingehend nachteilig beeinflusst werden, dass die Genauigkeit

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durch die Anwesenheit nicht-ionischer Spezien gestört wird. Dementsprechend betrifft die USA-Patentschrift Nr.

4 108 727 ein Verfahren zur Beseitigung dieser möglichen Ursache für Ungenauigkeit, und es wird dort eine Vorrichtung 5 beschreiben, in welcher das gegenüber dem spezifischen Gewicht empfindliche System ein ionisierendes Mittel enthält, das in der Lage ist, das nicht-ionische, gelöste Material in eine ionisierte Form überzuführen.

Zusammenfassend sei daraufhingewiesen, dass aus dem io Stand der Technik, soweit er für den Erfindungsgegenstand in Frage kommt, viele Methoden bekannt sind, die zur Bestimmung des spezifischen Gewichtes dienen, und zwar sowohl direkte als auch indirekte Methoden. Bei der direkten Bestimmung werden Vorrichtungen benötigt, die zerbrechlich, unis handlich und teuer sind, und die ständig gereinigt, gewartet und geeicht werden müssen. Von den indirekten Methoden kann die Bestimmung einer damit zusammenhängenden Eigenschaft der Lösung, also einer kolligativen Lösungseigenschaft, die als Osmolalität bekannt ist, einen genauen Zusam-2omenhang mit dem spezifischen Gewicht liefern. Nach der vorliegenden Erfindung wird in unterschiedlicher Weise verfahren, und zwar basierend auf dem Zusammenhang zwischen dem spezifischen Gewicht und der Ionenstärke einer Lösung, und die vorliegende Erfindung betrifft dementsprechend eine 25 Mischung oder Zusammensetzung, bzw. eine Verwendung, das diesen Zusammenhang ausnützt. In der USA-Patentschrift Nr. 3 449 080 wird ein Verfahren zur Messung der Konzentration an Natrium und/oder Chloridionen im Kör-perschweiss beschrieben. Gemäss dieser Patentschrift wird die 30 Affinität eines schwach sauren oder eines schwach basischen Ionenaustauscherharzes gegenüber diesen unbekannten Ionen zur Bestimmung herangezogen, sowie die Fähigkeit, von bekannten pH-Indikatoren die Farbe zu wechseln. Der Stand der Technik unterscheidet sich jedoch sehr deutlich von 35 dem Erfindungsgegenstand.

Ziel der vorliegenden Erfindung war die Bereitstellung einer Testmischung zur Bestimmung der Ionenstärke oder des spezifischen Gewichtes einer wässrigen Testprobe, welche die 40 vorher beschriebenen Nachteile bisher bekannter derartiger Testmischungen nicht aufweist.

Überraschenderweise zeigte es sich, dass die angestrebten Ziele mit einer Testmischung erreicht werden können, die ein schwach saures oder schwach basisches Polyelektrolyt-poly-45 meres enthält, das zu mindestens 50% neutralisiert ist und ferner ein Indikatormittel enthält, das bei Ionenaustausch zwischen dem Polyelektroly ten und der Probe eine feststellbare Veränderung zeigt.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher eine so Testmischung zur Bestimmung der Ionenstärke oder des spezifischen Gewichtes einer wässrigen Testprobe, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie ein schwach saures oder schwach basisches Polyelektrolyt-polymeres enthält, wobei das Polymere zu mindestens 50% neutralisiert ist, und ferner ein Indi-55 katormittel enthält, das in der Lage ist, eine feststellbare Veränderung bei Ionenaustausch zwischen dem Polyelektrolyten und der Probe zu liefern.

Beispiele für schwach saure oder schwach basische Poly-elektrolyt-polymere, die in den erfindungsgemässen Testmi-60 schungen enthalten sein können, sind Polyacrylsäure, Poly-maleinsäure, ein Maleinsäurevinylmethyläther-copolymeri-sat, Polymetharcrylsäure, ein Styrolmaleinsäure-copolyme-res, Polyvinylamin oder Poly(4-vinylpyridin).

Vorzugsweise ist in den erfindungsgemässen Testmischun-65 gen das schwach saure oder schwach basische Polyelektrolyt-polymere zu 75-95% neutralisiert.

Das Indikatormittel, das in der Lage ist, eine feststellbare Veränderung bei Ionenaustausch zwischen dem Polyelektro

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lyten und der Probe zu liefern, kann beispielsweise eine pH-1 Indikatorsubstanz sein.

Die Handhabung der erfindungsgemässen Testmischung ist dann besonders einfach, wenn sie sich auf einem Trägermaterial befindet.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemässen Testmischung zur Bestimmung der Ionenstärke oder des spezifischen Gewichtes einer wässrigen Testprobe. Diese Verwendung ist dadurch gekennzeichnet, dass man die Testprobe mit der Mischung zusammenbringt und eine feststellbare Veränderung beobachtet.

Diese feststellbare Veränderung kann beispielsweise ein Farbwechsel des Indikatormittels sein.

In der Folge wird die Zeichnung kurz erläutert. Die Figuren 1 bis 8 sind grafische Darstellungen von

(a) dem Ansprechen, d.h. der Response, von drei Poly-elektrolyten auf Testproben, die unterschiedliche spezifische Gewichte besitzen, und

(b) der Titration oder teilweisen Neutralisation dieser Polymeren.

In den Figuren 1,2 und 3 sind Titrationskurven dargestellt.

Figur 1 veranschaulicht die Titrationskurve eines Copoly-merisates aus Maleinsäureanhydrid und Methylvinyläther. Dabei ist auf der Ordinate der pH-Wert aufgetragen und auf der Abszisse ist oben die Zeit in Minuten aufgetragen (0-60 Minuten) und darunter sind die zugesetzten Milliliter an 0,1-normaler Natronlauge aufgetragen, die bei der Titration zugegeben werden, und zwar 0 bis 1,0 ml.

In den Figuren 2 und 3 sind analoge Titrationskurven dargestellt, wobei also wieder auf der Ordinate der pH-Wert aufgetragen ist und auf der Abszisse oben die Zeit in Minuten und darunter in Figur 2 die bei der Titration zugegebenen Milliliter an 10-normaler Natronlauge (0-3,0), und in Figur 3 die Milliliter an 1,0-normaler Natronlauge (0-6,0). Der Polyelektrolyt, der titriert wurde, war in Figur 2 Polyacrylsäure und in Figur 3 Polyvinylamin.

In den Figuren 4,5 und 6 wird veranschaulicht, wie die fraglichen Polyelektrolyten sich bei der Bestimmung des spezifischen Gewichtes von Harn verhalten, nachdem in unterschiedlichem Ausmass eine Neutralisierung der im Polymer gebundenen Gruppen stattgefunden hatte. Dabei ist in den Figuren 4,5 und 6 jeweils auf der Ordinate die Änderung des pH-Wertes aufgetragen, also der Wert 5-pH, und auf der Abszisse ist der pH-Wert des teilweise neutralisierten Polyelektrolyten aufgetragen. Figur 4 betrifft das Copolymer aus Ma-leinsäure-anhydrit und Methylvinyläther, Figur 5 die Polyacrylsäure und Figur 6 das Polyvinylamin.

In Figur 7 ist in gleicher Weise das Ansprechen des Polyvi-nylaminpolymerisates auf wässrige Salzlösungen unterschiedlicher Konzentration dargestellt. Auch hier ist wieder auf der Ordinate die Änderung des pH-Wertes, also der Wert 5-pH, aufgetragen, und auf der Abszisse der pH-Wert des teilweise neutralisierten Polyelektrolyten.

Schliesslich zeigt Figur 8 das Ansprechen einer bevorzugten Testvorrichtung. In dieser Figur sind auf der Ordinate die Prozente des Reflexionsvermögens aufgetragen, und auf der Abszisse die Wellenlänge, bei denen dieses bestimmt wurde. Die Kurven stellen die entsprechenden Werte für reines Wasser sowie Harnproben mit spezifischen Gewichten von 1,005, bzw. 1,015, bzw. 1,030 dar.

Die erfindungsgemässen Zusammensetzungen, bzw. Mischungen, enthalten als einen Bestandteil einen schwach sauren oder schwach basischen Polyelektrolyten. Viele Beispiele für derartige Polyelektrolyten sind in der Literatur beschrieben. Deren gemeinsamen Eigenschaften sind im wesentlichen von dem Ausmass der Dissoziation der ionischen gebundenen

Gruppen abhängig, wenn das fragliche Polymermaterial sich in wässriger Umgebung befindet. Die meisten Polyelektrolyten sind in Wasser löslich oder teilweise löslich und sie sind leicht ionisierbar, und zwar in Abhängigkeit von der ioni-5 sehen Natur von

(a) dem wässrigen System und

(b) der ionisierbaren Spezies, die sich auf der Polymerkette befinden.

Dementsprechend werden Polyelektrolyten als schwach io oder stark sauer oder basisch klassifiziert, je nach ihrem ionischen Verhalten. Im allgemeinen werden solche Polyelektrolyten, die fast vollständig ionisieren, wenn sie mit Wasser in Berührung gebracht werden, als starke Polyelektrolyten betrachtet, und als Beispiele für derartige Polyelektrolyten seien i5 genannt: Poly(vinylschwefelsäure) und Poly(styrolsul-fonsäure).

Andererseits sind schwache Polyelektrolyten solche, welche schwach saure oder schwach basische ionisierbare Gruppen enthalten. Die Ladungsdichte entlang der molekularen 20 Kette dieser Polymeren kann variiert werden, indem man das Ausmass der Neutralisation ändert. Beispiele für schwach saure oder schwach basische Polyelektrolyten, die insbesondere zur Durchführung der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind Polyacrylsäure, Polymaleinsäure, Maleinsäure-25 methylvinyläther-copolymerisate, Polymethacrylsäure, Sty-rol-maleinsäure-copolymerisate, Poly(4-vinylpyridin) und andere.

Die erfindungsgemässe Zusammensetzung enthält schwach basische und schwach saure Polyelektrolyten, die zu 30 mindestens 50% neutralisiert wurden. Mindestens einige der funktionellen Gruppen des Polymeren werden zuerst mit einer Base, bzw. mit einer Säure, teilweise titriert, und zwar unabhängig davon, ob die fraglichen Gruppen schwach saure Gruppen sind, wie zum Beispiel Gruppen der Formel 35 -COOH, oder ob sie schwach basische Gruppen sind. Nach dieser teilweisen Titration wird dann der so erhaltene Polyelektrolyt in die Testzusammensetzung einverleibt. Typischerweise werden wässrige Lösungen eines Titrationsmittels verwendet, und Beispiele für basische Titrationsmittel sind Lö-40 sungen von Natronlauge, Kalilauge, Natriumcarbonat, Poly-(äthylenimin), Tris(hydroxymethylamin)-methan, und andere entsprechende basische Titrationsmittel, die für den Fachmann auf diesem Gebiet bekannt sind. Überraschenderweise hat es sich herausgestellt, dass eine derartige partielle Titra-45 tion oder Neutralisation nötig ist, damit eine deutliche Unterscheidung zwischen unterschiedlichen Niveaus des spezifischen Gewichtes in Testlösungen gemacht werden kann.

Das Polymer muss zu mindestens 50% neutralisiert sein, d.h. mindestens die Hälfte der ionisierbaren Gruppen sind 50 neutralisiert. Ein idealer Neutralisationsbereich, der derjenige ist, welcher zur Durchführung der erfindungsgemässen Bestimmungen am besten geeignet ist, liegt dabei im Bereich von 75-95% Neutralisation, wobei sich eine 90-prozentige Neutralisation bei weitem als die optimale gezeigt hat, indem sie 55 die grössten Unterschiede bezüglich der pH-Änderung oder einer anderen feststellbaren Veränderung oder Response bei Veränderung des spezifischen Gewichtes oder der Ionenstärke liefert.

Der Polyelektrolyt, der zur Verwendung zu den erfin-60 dungsgemässen Zwecken ausgewählt wird, muss, wie bereits oben erläutert wurde, zu mindestens 50% neutralisiert sein. Dies wird erreicht, indem man das Polymere mit einer geeigneten Säure oder einer geeigneten Base, je nachdem, was gerade benötigt wird, oder mit anderen Mitteln titriert, wo-65 durch das gewünschte Ergebnis der teilweisen Neutralisation erreicht wird. In Figur 1 wird die Titrationskurve eines Ma-leinsäureanhydrid-methylvinyläther-copolymerisates angegeben, nämlich des Produktes, das unter der Markenbezeich-

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nung «Gantrez S-97» von der General Aniline and Film Cor- figes Eintauchverfahren angewandt werden, bei dem der Po-

poration in den Handel gebracht wird. Die Titration erfolgte lyelektrolyt und das Indikatormittel gleichzeitig in der an-

dabei mit Natriumhydroxid in wässriger Lösung. fänglich eingesetzten Lösung oder Suspension anwesend sind.

In Figur 2 sind ähnliche Ergebnisse für das Polymere Po- Die getrocknete, das Reagenz tragende Trägermatrix lyacrylsäure, und in Figur 3 für das Polymere Polyvinylamin 5 kann auf einem die Rückseite darstellenden oder Grundmate-

zusammengestellt. rial befestigt sein, wenn dies erwünscht ist. Gemäss einer be-

Ein weiterer Bestandteil der erfindungsgemässen Zusam- vorzugten Ausführungsart enthält also die erfindungsgemässe mensetzungen ist ein Indikatormittel, das auf den Ionenaus- Testvorrichtung ein Filterpapier-Trägergrundmaterial, in tausch anspricht. Das Indikatormittel kann in verschiedenster welches ein teilweise neutralisierter Polyelektrolyt und ein InForm vorliegen, beispielsweise als pH-Meter, als pH-Indika- io dikatormaterial, wie dies oben beschrieben ist, einverleibt tor oder in Form irgendeines anderen Mittels, das von jeman- sind, wobei die Matrix an einer Seite eines länglichen Stückes dem mit Erfahrung auf diesem Gebiet beurteilt, bzw. klassifi- eines transparenten Polystyrolfilmes befestigt ist. Die Matrix ziert werden kann. Dementsprechend kann ein pH-Meter zu- ist an einem Ende des Polystyrolfilmes oder der Polystyrolfo-sammen mit einer Standard-pH-Elektrode, d.h. in Lösungs- lie mit Hilfe irgendeines geeigneten Mittels befestigt, bei-systemen, oder mit einer Oberflächen-pH-Elektrode verwen- 15 spielsweise mit Hilfe eines zweiseitig klebenden Klebestrei-det werden, nämlich dann, wenn die Zusammensetzung in fens, beispielsweise des Produktes mit der Markenbezeich-eine Trägermatrix einverleibt ist. Das Ansprechen, d.h. die nung «Double Stick», das von der Minnesota Mining and Ablesung des pH-Meters wird dann beobachtet, und zwar an- Manufacturing Company erhältlich ist, wobei dann das anhand unterschiedlicher Härte für die Ionenstärke, und so dere Ende des Polystyrolfilmes oder der Polystyrolfolie als kann ein Vergleichssystem geeicht werden, bei dem eine jewei- 20 Mittel zum Halten dieser Testvorrichtung dient. Bei der Verlige Änderung im pH-Wert einer speziellen Ionenstärke in der wendung dieser Testvorrichtung wird sie dann am freien Ende jeweiligen Testprobe entspricht. des die Rückseite bildenden Polystyrolfolienmaterials gehal-

Andererseits können bekannte pH-empfindliche chromo- ten und das die Matrix aufweisende Ende wird in die Testgene Reagenzverbindungen verwendet werden, und diese probe eingetaucht, beispielsweise in eine Harnprobe und können eine Farbänderung und/oder das Auftreten einer 25 rasch wieder herausgezogen. Nach einer bestimmten Zeit Farbe liefern, und dies wird von der Person, die die Messung wird irgendeine Farbbildung oder sonst eine feststellbare Redurchführt, beobachtet und die fragliche Änderung, bzw. das aktion beobachtet, und die beobachtete Reaktion wird mit ei-Auftreten der Farbe zeigt die Ionenstärke bzw. das spezifische nem Vergleichsstandard, der anhand von Lösungen bekann-Gewicht des getesteten Systems. Wenn ein Chromogen ver- ter Ionenstärken oder bekannten spezifischen Gewichtes, gewendet wird, dann kann ein Vergleichsfarbsystem vorher her- 30 eicht wurde, verglichen.

gestellt werden, so dass ein schneller visueller Vergleich zwi- Der jeweilige Vergleichsstandard, der verwendet wird,

sehen der Testzusammensetzung und dem Vergleichssystem hängt davon ab, ob die Zusammensetzung oder Mischung dann die gewünschten Resultate liefert. Beispiele für Chro- selbst verwendet wird, oder ob sie in eine Trägermatrix ein-mogene, die zu den erfindungsgemässen Zwecken verwendbar verleibt ist, und ferner auch von dem jeweils ei nzusetzenden sind, sind Bromthymolblau, Alizarin. Bromcresolpurpur, 35 Indikatormittel. Wenn dementsprechend ein teilweise neutra-

Phenolrot und Neutralrot. Von diesen hat sich Bromthymol- lisiertes Polyelektrolyt direkt der Testprobe zugesetzt und das blau als speziell gut geeignet herausgestellt. Indikatormittel ein pH-Meter ist, dann kann ein Vergleichs-

Wie bereits erwähnt wurde, befinden sich die erfindungs- standard entwickelt werden, indem man ein Standardgewicht gemässen Testmischungen vorzugsweise auf einem Trägerma- des Polyelektrolyten zu einem Standardvolumen einer Lö-terial. Dieses Trägermaterial kann beispielsweise eine poröse 40 sung bekannter Ionenstärke zusetzt. Die pH-Änderung vor Substanz sein, wie zum Beispiel ein Filterpapier. Andere auf und nach der Zugabe des Polyelektrolyten wird mit Hilfe ei-diesem Gebiet häufig eingesetzte Trägermaterialien können nes pH-Meters bestimmt. Dieses Arbeitsverfahren wird an-ebenso verwendet werden und als Beispiel seien genannt: Filz, hand einer Reihe von Lösungen durchgeführt, die unterporöse keramische Streifen, Glasfasern in Form eines Gewe- schiedliche, vorher bekannte Ionenstärken aufweisen. Um die bes oder in Form einer Matte (s. die USA-Patentschrift Nr. 45 Ionenstärken einer unbekannten Testprobe zu bestimmen, 3 846 247). Weitere geeignete Trägermaterialien, auf denen wird das gleiche Arbeitsverfahren durchgeführt, und die pH-sich die erfindungsgemässen Testmischungen befinden kön- Änderung wird mit derjenigen der bekannten Testlösungen nen, sind Holz, Stoffe, schwammartige Materialien und ton- verglichen.

artige Substanzen und in diesem Zusammenhang sei ferner Wenn eine Testvorrichtung verwendet wird, die ein Trä-

auf das verwiesen, was in der USA-Patentschrift Nr. 3 50 germaterial aufweist, welches teilweise neutralisierte Poly-

552 928 über derartige Trägermaterialien gesagt wird. elektrolyte und ein Chromogen enthält, dann kann der Ver-

Es hat sich gezeigt, dass als Trägermaterial für die erfin- gleichsstandard aus einer Reihe von Farbstreifen oder Farb-

dungsgemässen Testmischungen Filterpapier speziell geeignet blocken bestehen, wobei die Farbe dieser Vergleichsstandards ist. durch eine Reaktion entwickelt wurde, die durchgeführt

Zur Herstellung derartigen Testmischungen kann das Fil- 55 wurde, indem man die Trägermatrix nach einer bestimmten terpapier mit einer Lösung oder einer Suspension eines zu Zeit beobachtet, nachdem sie in Lösungen bekannter Ionen-mindestens 50% neutralisierten schwach sauren oder schwach stärke eingebracht worden war. Wenn man jetzt eine unbe-

basischen Polyelektrolyten in Wasser oder einem anderen ge- kannte Probe testet, dann wird die Trägermatrix der Testvor-

eigneten Verdünnungsmittel in Berührung gebracht werden richtung in die Probe eingetaucht, aus ihr entfernt und es wird und man lässt dann trocknen. Bei diesem bevorzugten Her- 60 das Auftreten einer Farbe oder die Änderung einer Farbe stellungsverfahren wird dann anschliessend das den Polyelek- nach der bestimmten Zeit bestimmt.

trolyten tragende Filterpapier mit einer Lösung eines Indika- Irgendwelche Farbänderungen oder Farbentwicklungen tormittels, wie zum Beispiel einer Lösung von Bromthymol- werden dann mit dem Vergleichsstandard der Farbstreifen blau, in Methanol oder in einem anderen geeigneten Lösungs- oder Farbblöcke verglichen und so die Ionenstärke oder das mittel benetzt, und es wird anschliessend getrocknet. Als Bei- 65 spezifische Gewicht der Probe bestimmt.

spiele für andere geeignete Lösungsmittel seien Äthanol, Die Erfindung sei nun anhand der folgenden Beispiele nä-

N,N-Dimethylformamid und Dimethylsulfoxid genannt. Ge- her erläutert. Dort werden bevorzugte Ausführungsarten be-

mäss einer alternativen Ausführungsart kann auch ein einstu- schrieben und analysiert.

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A) Die Mischung oder Zusammensetzung Beispiel 1

Teilweise Neutralisierung eines Copolymeren aus Maleinsäureanhydrid und Methylvinyläther.

Dieser Versuch wurde durchgeführt, um die teilweise Neutralisierung eines Polyelektrolyten, nämlich des Produktes mit der Markenbezeichnung «Gantrez S-97», das von der General Aniline and Film Corporation in den Handel gebracht wird, zu untersuchen und den Einfluss der Neutralisation auf eine Zusammensetzung zur Bestimmung des spezifischen Gewichtes einer Lösung festzustellen.

Eine automatische Titriervorrichtung (Modulartitrator) wurde so ausgestattet, dass die Titration von verschiedenen Polyelektrolyten, die zur Durchführung der Erfindung benötigt werden, durchgeführt werden kann. Die Titriervorrichtung bestand aus einer automatischen Pipettiervorrichtung, und zwar handelte es sich um das Modell Nr. 25 000 der Mi-cromedic Systems, Inc. Bei diesem Instrument ist es möglich, ein konstantes Volumen des Titrationsmittels pro Zeiteinheit in die zu titrierenden Polymerlösungen abzugeben. Die Geschwindigkeit der Zugabe des Titrationsmittels und dementsprechend die Geschwindigkeit der Neutralisation des Polyelektrolyten wurde durch die Auswahl des einpipettierten Volumens, ein Teil des eingetauchten Pipettenvolumens und die Konzentration des Titrationsmittels einreguliert. Veränderungen des pH-Wertes während der Titration wurden festgestellt, indem man eine Standard-pH-Elektrode und ein digitales pH-Meter verwendete, und zwar das Modell 701 der Firma Orion.

Der Ausgang des pH-Meters wurde an einen Schreiber mit Schreibpapierbreite von 10 Inch, und zwar das Modell 17 500A der Firma Hewlett-Packard angeschlossen, und dieser Schreiber wurde so geeicht, dass ein Schreiberausschlag von 1 Inch, also von 2,54 cm, einer Änderung des pH-Wertes um eine pH-Einheit entsprach. Dementsprechend wurde durch den Schreiber eine ständige Beobachtung der pH-Änderungen bezüglich der Zeit durchgeführt, und dementsprechend bezüglich des Volumens an Titrationsmittel, das zugesetzt worden war.

Diese Vorrichtung wurde verwendet, um einen schwach sauren Polyelektrolyten, nämlich das Produkt Gantrez S-97, zu titrieren und den Einfluss der teilweisen Neutralisation zu beobachten. Hiezu wurde eine Lösung von Gantrez S-97 hergestellt, die 20 g des Polyelektrolyten pro Liter an entionisiertem Wasser enthielt. Drei Anteile von je 100 ml dieser Lösung wurden in 250 ml Bechergläser gegeben. Zu einem Anteil wurde so viel Natriumchlorid gegeben, dass seine Normalität 0,1 betrugt, und zu einem Anteil so viel, dass er 1,0 normal an Natriumchlorid war. Zu dem dritten Anteil wurde kein Natriumchlorid zugesetzt. Wenn man jede dieser Polyelektrolytlö-sungen mit 1,0 normaler Natronlauge mit einer 50 ml Pipette bei einer Geschwindigkeit von 9,0 ml Titrationsmittel pro Stunde titrierte und die Änderungen des pH-Wertes gegen das Volumen an Titrationsmittel auftrug, dann war es möglich, die Titrationseigenschaften des Polyelektrolyten Gantrez S-97 und auch den Einfluss der teilweisen Neutralisation auf die Fähigkeit unterschiedlicher Ionenstärken zu differenzieren untersucht.

Die bei dieser Titration erhaltenen Ergebnisse sind grafisch in Figur 1 dargestellt. Wie bereits weiter vorne erwähnt wurde, ist in dieser Figur auf der Ordinate der pH-Wert angegeben, und auf der Abszisse ist sowohl die Zeit in Minuten und darunter die dieser Zeit entsprechende Menge an 1,0 normaler Natronlauge, die zugesetzt wurde, angegeben, und zwar in ml.

Die Kurve A veranschaulicht die Titration derjenigen Po-lyelektrolytlösung, die kein Kochsalz enthielt, die Kurve B

veranschaulicht die Titration derjenigen Polyelektrolytlö-sung, die 0,1 normal an Natriumchlorid war, und die Kurve C veranschaulicht die Titration derjenigen Polyelektrolytlö-sung, die 1,0 normal an Natriumchlorid war. Der klare Un-5 terschied zwischen den Kurven A, B und C bei einer bestimmten Menge an zugegebener Natronlauge bezüglich des pH-Wertes, d.h. also eine klare Trennung zwischen den Kurven, zeigt die Wirkung der Ionenstärke auf den gemessenen pH-Wert des Polymeren an. Wenn man also das Ausmass der io Trennung zwischen den Titrationskurven, d.h. der pH-Werte bei einer bestimmten Menge an Titrationsmittel feststellt, dann kann man die maximale Empfindlichkeit bezüglich der Bestimmung von unterschiedlichen Niveaus des spezifischen Gewichtes feststellen oder abschätzen. Beispielsweise wird bei 15 der in Figur 1 dargestellten Titration eine grössere Trennung zwischen den Kurven im pH-Bereich von 5 bis 10 festgestellt als in anderen Stadien der Neutralisation des Polymeren. Die Kurven in Figur 1 zeigen an, dass die optimale Trennung bei einem Ausmass der Polymerneutralisation im Bereich von 20 70% bis 95% oder noch mehr liegt, d.h. in demjenigen Bereich, wo 6,0 bis 9,0 ml an Titrationsmittel zugesetzt worden war. Diese Information ist nicht nur nützlich, um die Wirksamkeit des Polymeren in wässrigen Systemen zu eichen, sondern sie ist auch behilflich, um die optimale Neutralisation 25 des Polyelektrolyten, der in die Trägermatrix einverleibt werden soll, zu bestimmen, wie dies weiter unten noch in Beispiel 4 näher erläutert wird.

Der Prozentsatz der Neutralisation eines bestimmten Po-3olyelektrolyten kann aus den Titrationsdaten berechnet werden, wie zum Beispiel denjenigen, die grafisch in der Figur 1 durch die Kurve A veranschaulicht werden, bei der die Titration des Polyelektrolyten, hier des Produktes Gantrez S-97, ohne Zugabe von Kochsalz bestimmt worden war. Der Pro-35 zentsatz der Neutralisation des Polymeren wird für einen bestimmten pH-Wert der titrierten Polymerlösung berechnet, indem man den pH-Wert der Lösung auf der senkrechten Achse, also der Ordinate sucht, um dort eine horizontale Linie von der senkrechten Achse bis zur Kurve A zu ziehen, und eine senkrechte Linie von dem Schnittpunkt mit der Kurve A zu der horizontalen Achse zieht, wo man dann die ml an 1,0 normaler Natronlauge, die zugesetzt worden war, abliest. Das V olumen an Titrationsmittel, das diesem Schnittpunkt der senkrechten Linie mit der horizontalen Achse, d.h. der Ab-45 szisse entspricht, dividiert durch das Volumen an Titrationsmittel am Endpunkt der Titration, multipliziert mit 100, liefert in naher Annäherung den Prozentsatz der Neutralisation des Polyelektrolyten. Der Endpunkt der Titration wird durch eine vertikale Linearität der Kurve A am äussersten rechten 50 Ende der Kurve angezeigt, und dieser Endpunkt der Titration kann als Volumen des Titrationsmittels, das zugesetzt worden war, ausgedrückt werden.

Dementsprechend ist für den Polyelektrolyten Gantrez S-97 der Endpunkt der Titration in Figur 1 sehr nahe bei 9,0 55 ml, nämlich etwa bei 8,6 ml, an zugesetztem Titrationsmittel, d.h. an zugesetzter 1,0 normaler Natronlauge. Die Titration der Gantrez-Lösung in entionisiertem Wasser bis zur Erreichung eines pH-Wertes von etwa 7,5 entspricht einem Volumen von etwa 6 ml an Titrationsmittel, das zugesetzt worden 60 war. Da der Endpunkt bei 8,6 ml an Titrationsmittel liegt, wird der Prozentsatz der Neutralisation durch die folgende Formel berechnet:

6,0 ml Titrationsmittel

8,6 ml Titrationsmittel beim Endpunkt x 100 = 70% Neutralisation

7 642 455

Beispiel 2 den Salzes mit der Chlorwasserstoffsäure, d.h. in vollständig

Teilweise Neutralisation von Polyacrylsäure. neutralisierter Form, welche ein Molekulargewicht von

Dieser Versuch wurde durchgeführt, um die partielle Neu- 60,000 aufweist, wurde hergestellt, wobei die Lösung eine tralisation von Polyacrylsäure zu untersuchen und den Ein- Konzentration von 20 g an Polymer pro Liter entionisiertem fluss einer derartigen Neutralisation auf die Verwendbarkeit 5 Wasser aufwies. Drei Anteile von je 100 ml dieser Lösung dieses Polyelektrolyten um das spezifische Gewicht einer Lö- wurden in drei Bechergläser eines Rauminhaltes von 250 ml sung zu bestimmen. Es wurde hier die gleiche automatische gegeben. Zu einem dieser Anteile wurde Natriumchlorid ge-

Titriervorrichtung, das gleiche pH-Meter und die gleiche geben, bis der Gehalt 0,5 normal war, und zu dem zweiten

Elektrode verwendet, wie in Beispiel 1 und es wurde auch das Anteil wurde so viel Natriumchlorid gegeben, bis die Lösung dort beschriebene Arbeitsverfahren durchgeführt. 10 daran 3,0 normal war. Zu dem dritten Anteil hingegen wurde

Eine Lösung der Polyacrylsäure, nämlich des schwach kein Natriumchlorid zugegeben.

sauren Polyelektrolyten, der von der Firma Aldrich Chemical Jede dieser Lösungen wurde dann unter Verwendung von Co. mit der Katalognummer 19,205-8 vertrieben wird, wurde 1,0 normaler Natronlauge titriert, wobei man eine 50 ml Pi-hergestellt, indem man 20 g dieses Polymermateriales in ei- pette verwendete, und die Zugabe des Titrationsmittels mit einem Liter entionisiertem Wasser löste. Anteile von 100 ml je- 15 ner Geschwindigkeit von 9.0 ml an 1,0 normaler Natronlauge der dieser Lösung wurden in 250 ml Bechergläser gegeben. Zu pro Stunde erfolgte. Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in einem dieser Anteile wurde so viel an Kochsalz gegeben, bis er Figur 3 zusammengestellt, in welcher wieder auf der Ordinate 0,1 normal an Kochsalz war, und zu dem zweiten der Anteile der pH-Wert aufgetragen ist und auf der Abszisse die Zeit in so viel beigegeben bis er 1,0 normal an Kochsalz war. Zu dem Minuten, bzw. darunter die zu diesem Zeitpunkt zugegebene dritten Anteil hingegen wurde kein Kochsalz zugegeben. Jede 2c Menge an der 1,0 normalen Natronlauge in ml. In Figur 3 dieser Lösungen wurde dann mit 10,0 normaler Natronlauge, veranschaulicht die Kurve A die Titration der Polyelektrolyt-unter Verwendung einer 50 ml Pipette titriert, wobei die Ti- lösung, zu der kein Kochsalz zugegeben worden war, die trationsgeschwindigkeit 3,0 ml Titrationsmittel pro Stunde Kurve B die Titration der Polyelektrolytlösung, deren Gehalt betrug. Die dabei erzielten Ergebnisse sind in Figur 2 veran- an Natriumchlorid 0,5 normal war, und die Kurve C die Ti-schaulicht, wobei wieder aus der Ordinate der pH-Wert er- 25 tration der Lösung, deren Gehalt an Natriumchlorid auf 3,0 sichtlich ist und auf der Abszisse die Zeit in Minuten, bzw. eingestellt worden war.

darunter die Menge an zugegebener 10-normaler Natron- Die in Figur 3 veranschaulichten Ergebnisse zeigen, dass lauge in ml angegeben ist. Dabei stellt die Kurve A diejenige nur geringe Unterschiede bezüglich der Ionenstärke, d.h. nur

Polyelektrolytlösung dar, die kein Salz enthält, die Kurve B eine geringe Empfindlichkeit auftritt, wenn das Polymere veranschaulicht diejenige Lösung, die 0,1 normal an Koch- 30 vollständig in der Aminform oder der nicht-neutralisierten salz ist, und die Kurve C diejenige Lösung, die 1,0 normal an Form vorliegt, d.h. bei einem pH-Wert von 10 nach einer Ti-

Kochsalz ist. trationszeit von 35 Minuten. Im Gegensatz dazu tritt eine her-

Die in Figur 2 zusammengestellten Ergebnisse zeigen, vorragend gute Trennung bei geringeren Ausmassen der Ti-dass die grösste Trennung bezüglich der Ionenstärke, d.h. die tration auf. d.h. wo die Neutralisierung des Polymeren nicht grösste Trennung zwischen den Kurven A, B und C dort vor- 35 so stark ist. Dementsprechend ist die Fähigkeit des Polyvinyl-kommt, wo eine etwa 50-prozentige bis etwa 95-prozentige amines zwischen unterschiedlichen lonenstärkenbereichen zu oder noch grössere Neutralisation des Polymeren stattgefun- differenzieren, verkehrt proportional zu der Menge an beige-den hat, d.h. im Bereich, wo etwa 1,5 bis etwa 3 ml an Titra- gebenem Titrationsmittel, und zwar so, dass beim Fortsetzen tionsmittel zugesetzt worden waren. Wenn beispielsweise das der Titration dann, wenn eine Neutralisation von über 95% Polymere während eines Zeitraumes von 40 Minuten titriert 40 vorliegt, eine hervorragend gute Trennung erreicht wird, wäh-worden war, d.h. wenn 2,0 ml an 10-normaler Natronlauge rend zu dem Zeitpunkt, wo die Neutralisation 0 ist, d.h. dann, zugegeben sind, dann stellt man eine deutliche Trennung der wenn etwa 5,3 ml an Titrationsmittel zugegeben sind, übererhaltenen pH-Werte in Abhängigkeit von der Ionenstärke haupt keine Trennung auftritt (in diesem Fall schneiden sich der Lösungen fest. Die Kurve C, die der Lösung entspricht, die Kurven A, B und C, wie aus Figur 3 ersichtlich ist).

welche 1,0 normal an Natriumchlorid ist, liefert dann einen 45

pH-Wert von 5,25, die Kurve B, welche der Lösung ent- B) Die Testvorrichtung spricht, die 0,1 normal an Natriumchlorid ist, liefert in diesem

Fall einen pH-Wert von etwa 5,8, während die Kurve A, die Beispiel 4

derjenigen Lösung entspricht, die frei von Natriumchlorid ist, Anwendung des Maleinsäureanhydrid-Methylvinyläther-copo-

einen pH-Wert von 6,25 liefert. Dementsprechend kann die 50 lymerisates in einer Trägermatrix.

Ionenstärke oder das spezifische Gewicht einer jeweiligen Lö- Die Lösung, die im Beispiel 1 verwendet wurde, nämlich sung angenähert werden, indem man diese Werte verwendet 20 g an Gantrez S-97 pro Liter entionisiertem Wasser, wurde und zwischen den Werten interpoliert. weiter untersucht, um ihr Verhalten bei der Bestimmung des spezifischen Gewichtes von Harn zu beobachten, wenn dieses

Beispiel 3 55 Material in eine Trägermatrix einverleibt war.

Teilweise Neutralisierung von Polyvinylamin. Eine Testvorrichtung, die gegenüber der Ionenstärke oder Dieser Versuch wurde durchgeführt, um die teilweise des spezifischen Gewichtes empfindlich ist, wurde hergestellt, Neutralisierung eines schwach basischen Polyelektrolyten, indem man die Lösung an Gantrez S-97 auf Filterpapier aufnämlich von Polyvinylamin, zu untersuchen, das von der brachte und dann trocknete. Verschiedene Testvorrichtungen Firma Dynapol, Inc. erhältlich ist, sowie um den Einfluss ei- 60 wurden hergestellt, um die Eigenschaften des Polyelektroly-ner derartigen Neutralisierung bezüglich der Verwendbarkeit ten bei unterschiedlichen Graden der Neutralisation zu unter-dieses Polyelektrolyten bei der Bestimmung des spezifischen suchen. Dementsprechend wurden Anteile der Lösung von Gewichtes festzustellen. In diesem Falle wurde die gleiche au- Gantrez S-97 durch Titrieren mit Natronlauge in unterschied-tomatische Titriervorrichtung, das gleiche pH-Meter und die lichem Ausmassen neutralisiert. Streifen eines Filterpapieres gleiche Elektrode verwendet, wie dies in Beispiel 1 beschrie- 65 Nr. 204 von Eaton und Dikeman, wurden jeweils in derartige ben ist, und es wurde auch das dort erläuterte Arbeitsverfah- teilweise titrierte Anteile der Lösungen eingetaucht und an-ren angewandt. schliessend getrocknet. Die imprägnierten, getrockneten Eine Lösung von Polyvinylamin in Form des entsprechen- Streifen,die mit jeder dieser Lösungen erhalten wurden, wur-

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8

den dann in Harnproben eingetaucht, die unterschiedliche bekannte spezifische Gewichte aufwiesen, und dann wurden sie in entionisiertem Wasser eingetaucht und der pH-Wert derselben wurde bestimmt. Ein pH-Meter mit einer Elektrode mit flacher Oberfläche, das von der Firma Markson Science, Inc. bezogen wurde (das Instrument Nr. 1207, BactiMedia-Kom-bination aus pH und Referenzelektrode) wurde zur Durchführung dieser Bestimmungen herangezogen. Die Werte des ApH, d.h. der Unterschied des pH-Wertes von identischen Streifen, die einerseits in entionisiertem Wasser und andererseits in Harnproben eines bekannten spezifischen Gewichtes eingetaucht wurden, sind in der Folge tabellarisch zusammengestellt.

Tabelle den jeweils in eine dieser Polyelektrolytlösungen eingetaucht und getrocknet. Dann wurden sie einesteils in Harnproben unterschiedlicher bekannter spezifischer Gewichte und andererseits in entionisiertes Wasser eingetaucht, und der pH-Wert s der so behandelten Streifen wurde bestimmt. Die Werte für ApH wurden in der gleichen Weise wie dies in Beispiel 4 beschrieben ist, bestimmt, und sie sind in der folgenden Tabelle angegeben. Ein pH-Meter mit einer flachen Oberflächenelek-trode, das von der Firma Markson Science, Inc. erhältlich ist io (Nr. 1207 BactiMedia-Kombination aus pH/Referenzelektroden) wurde zur Durchführung der Bestimmungen herangezogen.

15 Tabelle pH-Wert der ApH-Werte, die mit Hilfe von Harn entsprechenden proben des angegebenen spezifischen

Anteile der Poly- Gewichtes erhalten wurden elektrolytlösung

Spez.Gew. Spez. Gew. Spez.Gew. 1,030 1,015 1,005

4,75 0,20 0,29 0,32

6,0 1,04 0,91 0,54

7,0 1,70 1,44 0,65

8.0 2,41 2,06 1,04

9,25 3,24 2,29 1,09

9,75 3,52 2,66 1,65

Die Ergebnisse der oben angeführten Tabelle sind in Figur 4 veranschaulicht. In dieser Figur 4 ist auf der Ordinate der Wert ApH aufgetragen, und auf der Abszisse der pH-Wert der teilweise neutralisierten Polyelektrolytlösung, die zur Herstellung der jeweiligen Teststreifen verwendet wurde. Die drei Kurven der Figur 4 veranschaulichen die ApH-Werte, die mit den Urinproben der angegebenen spezifischen Gewichte erhalten wurden, wenn sie mit Teststreifen getestet wurden, die unter Verwendung der verschieden stark neutralisierten Poly-elektrolyt-Lösungen des auf der Ordinate angegebenen pH-Wertes getestet wurden. Man sieht aus dieser Figur 4, dass das Ausmass der Trennung der Kurven deutlich ansteigt, wenn das Ausmass der Neutralisation des Polyelektrolyten, d.h. der pH-Wert der zur Streifenherstellung verwendeten Polyelektrolytlösung, ansteigt. Dementsprechend, je stärker die partielle Neutralisation des Gantrez Polyelektrolyten ist, um so grösser ist dessen Fähigkeit, zwischen verschiedenen Ausmassen des spezifischen Gewichtes in einer Harnprobe zu unterscheiden.

Beispiel 5

Versuche mit Polyacrylsäure in einer Trägermatrix.

Der Polyelektrolyt, der in Beispiel 2 verwendet wurde, nämlich 20 g der Polyacrylsäure pro Liter an entionisiertem Wasser, wurde weiter untersucht um seine Eigenschaften bei der Bestimmung des spezifischen Gewichtes von Harnproben zu beobachten, wenn dieser Polyelektrolyt in eine Trägermatrix einverleibt ist.

Testvorrichtungen wurden in der gleichen Weise hergestellt, wie dies in Beispiel 4 beschrieben ist, mit Ausnahme dessen, dass jetzt die Lösungen der Polyacrylsäure statt der Lösungen des Gantrez S-97 verwendet wurden. Eine Lösung von 20 g Polyacrylsäure pro Liter an entionisiertem Wasser wurde verwendet. Anteile dieser Lösung wurden mit 10-nor-maler Natriumhydroxidlösung titriert, bis sie die pH-Werte erreicht hatten, die in der ersten Spalte der weiter unten angeführten Tabelle angegeben sind. Streifen eines Filterpapiers, und zwar des Papieres Nr. 204 von Eaten und Diekman, wurpH-Werte der Poly- ApH-Werte, die mit den Harnproben elektrolytlösungen der angegebenen spezifischen Gewichte erhalten wurden.

20

Spez.Gew. Spez.Gew.

Spez. Gew.

1,005

1,015

1,030

4,0

0,11

0,05

0,00

25 5,0

0,5

0,64

0,70

6,0

0,56

0,88

1,09

7,0

0,76

1,29

1,68

7,5

0,91

1,40

1,98

8,0

1,15

1,73

2,29

30 8,25

1,10

1,82

2,10

Die Ergebnisse dieser Tabelle sind in Figur 5 aufgetragen, in der in gleicher Weise wie in Figur 4 auf der Ordinate der Wert ApH aufgetragen ist, während auf der Abszisse der pH-35 Wert der Polyelektrolytlösung angegeben ist, die zur Herstellung der jeweiligen Teststreifen verwendet wurde. Bei den einzelnen Kurven ist jeweils das spezifische Gewicht der getesteten Harnproben angegeben. Man sieht, dass in gleicher Weise wie in Figur 4 auch hier das Ausmass der Trennung der ein-40 zelnen Kurven deutlich mit zunehmendem Ausmass der Neutralisation des Polyelektrolyten, d.h. mit zunehmenden pH-Wert der verwendeten Polyelektrolytlösung, ansteigt.

Beispiel 6

45 Ergebnisse bei Verwendung von Polyvinylamin in einer Trägermatrix.

Der Polyelektrolyt, der in Beispiel 3 verwendet wurde, wurde weiter untersucht, um seine Eigenschaften bei der Bestimmung der spezifischen Gewichte unterschiedlicher Harn-50 proben zu beobachten, wenn dieser fragliche Polyelektrolyt in eine Trägermatrix einverleibt ist.

Testvorrichtungen wurden hergestellt und so getestet, wie dies in Beispiel 4, bzw. Beispiel 5 beschrieben ist, mit der Ausnahme, dass jetzt das Polyvinylamin anstelle des Gantrez 55 S-97, bzw. der Plyacrylsäure verwendet wurde. Eine Lösung wurde hergestellt, welche 20 g an Polyvinylamin pro Liter entionisiertem Wasser enthielt. Das verwendete Polyvinylamin wurde von der Dynapol, Inc. erhalten und es besass ein Molekulargewicht von 60,000. Es sei in diesem Zusammenhang 60 auch auf die Veröffentlichung von Dawson et al. in J. A.C.S. 98,5996,1976 hingewiesen. Der verwendete Polyelektrolyt war die Hydrochlorid-form, und er lag dementsprechend in vollständig neutralisiertem Zustand vor. Anteile dieser Lösung wurden jeweils unter Verwendung von 1,0 normaler 65 Natronlauge titriert, um die in der folgenden Tabelle angeführten pH-Bereiche einzustellen. Streifen eines Filterpapie-res, nämlich des Papiers Nr. 204 der Firma Eaton und Dike-man, wurden jeweils in eine dieser fraglichen Lösungen einge

9

642455

taucht und getrocknet. Anschliessend wurden die Lösungen jeweils in eine der Harnproben mit unterschiedlichem bekannten spezifischen Gewicht eingetaucht, bzw. in entionisiertes Wasser, und der pH-Wert der einzelnen Proben wurde bestimmt, indem man die flache Oberflächenelektroden verwendete, die in den vorangegangenen Beispielen 4 und 5 beschrieben ist. Die Werte für ApH wurden dann in der gleichen Weise bestimmt, wie dies in den vorangegangenen Beispielen 4 und 5 beschrieben ist, und die dabei erzielten Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle angegeben.

Tabelle pH-Wert der jeweiligen Poly-selektrolytlösung

ApH-Werte, die durch die Salzlösungen der angegebenen Normalitäten erzeugt wurden

Tabelle pH-Wert der verwendeten Poly-elektrolytlösungen

ApH-Werte, die mit den Harnproben der angegebenen spezifischen Gewichten erhalten wurden

Spez. Gew. Spez. Gew. Spez. Gew.

0,5

1,5

3,0

normale normale normale

NaCl

NaCl '

NaCl

0,60

0,63

0,93

1,04

1,37

1,46

0,88

0,99

1,23

1,00

1,32

1,61

0,90

0,93

1,03

0,64

0,68

0,61

0,64

0.60

-0.01

-0.03

-0,10

-0,09

-0,22

-0,29

1,005

1,015

1,030

2,8

1,05

1,60

1.78

3,0

1,06

1,64

1,92

3,5

0,89

1,11

1,29

4,0

0,89

1,17

1,21

6,0

+ 0,06

-0,10

-0,33

8,0

-0,71

-0,99

-1,70

10,0

-1,45

-1,47

-2,24

11,0

-1,80

-2,50

-2,81

12,0

-2,24

-2,57

-3,07

Die Ergebnisse der obigen Tabelle sind in Figur 6 grafisch dargestellt. In gleicher Weise wie in den Figuren 4 und 5 sind auch hier auf der Ordinate die Werte ApH angegeben, und auf der Abszisse ist der pH-Wert der verwendeten teilweise neutralisierten Polyelektrolytlösung angegeben. Man sieht auf dieser Figur, dass gute Trennungen erzielt werden, wenn der Polyelektrolyt teilweise neutralisiert ist, bis ein pH-Wert von unter etwa 5 erreicht ist. Man sieht aus dieser Tabelle,

dass die Kurve für die Harnprobe, welche ein spezifisches Gewicht von 1,005 aufweist, zu einer wesentlich geringeren pH-Wert-änderung führt, als diejenige der Harnprobe, welche ein spezifisches Gewicht von 1,030 besitzt. Die Harnprobe, welche ein spezifisches Gewicht von 1,015 besitzt, führte wie erwartet zu dazwischenliegenden Werten bezüglich des Unterschiedes des pH-Wertes, also zu dazwischenliegenden ApH-Werten.

Dieser Effekt kann noch drastischer gezeigt werden, wenn die Polyamin-Testvorrichtungen jeweils in wässrige Salzlösungen unterschiedlicher Ionenstärke, bzw. in entionisiertes Wasser getaucht werden, und wenn der pH-Wert dieser Testvorrichtungen dann bestimmt wird, so dass man wieder die Unterschiede im pH-Wert, d.h. also die ApH-Werte erhält. Dementsprechend wurden die oben hergestellten Streifen unter Verwendung unterschiedlicher Konzentrationen an Natriumchlorid in entionisiertem Wasser getestet. Im einzelnen waren die Konzentrationen an Kochsalz in den verwendeten Kochsalzlösungen wie folgt: 0,5 normal, 1,5 normal, bzw. 3,0 normal an Kochsalz. Die bei diesem Versuch erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt, und sie sind auch in Figur 7 anhand eines Diagrammes veranschaulicht.

10

2.8 3.0 3.5 4.0 15 6.0 8.0 10.0 11.0 12.0

20

In Figur 7 sind wieder auf der Ordinate die Werte für ApH aufgetragen, und auf der Abszisse ist der pH-Wert der zur Streifenherstellung verwendeten teilweisen neutralisierten Polyelektrolytlösung angeführt. Die Kurve A veranschaulicht 25 die Ergebnisse der Kochsalzlösung einer Konzentration von 3,0 normal, die Kurve B diejenige der Kochsalzlösung einer Konzentration von 1,5 normal, und die Kurve C diejenige der Kochsalzlösung einer Konzentration von 0,5 normal. Man sieht aus der Figur 7, dass bei einem pH-Wert von 10, wo der 30 Polyelektrolyt im wesentlichen nicht protoniert und umgeladen ist, der Effekt der unterschiedlichen Salzkonzentration praktisch nicht besteht. Eine teilweise Neutralisierung des Polymeren jedoch bewirkt einen stetigen Anstieg des Unterschiedes des Ansprechens gegenüber der Ionenstärke, wie dies da-35 durch ersichtlich ist, dass der Unterschied zwischen den jeweiligen Kurven grösser wird. Dieser Unterschied zeigt die starke Divergenz der ApH-Werte an, die bei verschiedenen Ionenstärken bestimmt werden.

40 Beispiel 7

Herstellung einer Testvorrichtung unter Verwendung des Ma-leinsäureanhydrid-methylvinyläther-copolymeren und Brom-thymolblau

Die in diesem Beispiel verwendete Testzusammensetzung 45 war die gleiche wie diejenige, die in Beispiel 1 verwendet wurde. Man setzte sie in einer Trägermatrix zusammen mit Bromthymolblau, welches ein bekannter pH-Indikator ist, ein, um die Eigenschaften dieser erfindungsgemässen Vorrichtung bezüglich einer visuellen Bestimmung des spezifi-50 sehen Gewichtes zu untersuchen.

Es wurde eine Lösung hergestellt, welche 20 g an Gantrez S-97 pro Liter an entionisiertem Wasser enthielt. Ein Anteil dieser Lösung wurde mit Natronlauge titriert bis die erhaltene Lösung einen pH-Wert von 8,0 ergab, wenn man mit dem in 55 Beispiel 1 beschriebenen pH-Meter und der dort beschriebenen Elektrode die Messung durchführte. Ein Streifen eines Filterpapieres der Nr. 204 von Eaton und Dikeman wurde in dem teilweise titrierten, also teilweise neutralisierten, Polyelektrolyten eingetaucht und man trocknete dann. Der trok-60 kene, das Polymere tragende Streifen wurde dann in eine methanolische Lösung von Bromthymolblau eingetaucht, wobei diese Lösung 1,2 g an Bromthymolblau pro Liter Methanol enthielt. Nach dem Trocknen wurde der Filterpapierstreifen auf einem klaren Kunststoffmaterial, welches die 65 Rückseite darstellt, befestigt, und zwar unter Verwendung eines beidseitig beschichteten Kunststoffstreifens. Das klare Kunststoffmaterial war das Produkt mit der Markenbezeichnung «Trycite» der Firma Dow chemical Co., und der dop-

642455

pelt beschichtete Kunststoffstreifen wurde von der Minnesot: Mining and Manufacturing Company erhalten. Jede der so hergestellten Testvorrichtungen wies einen Streifen aus Try-cite auf, der etwa die Dimensionen von 89 mm x 5 mm be-sass, wobei ein Ende dieses Streifens ein Quadrat des imprägnierten Filterpapieres trug, das Seitenlängen von 5 mm x 5 mm besass. Der Rest des Trycite-Streifens diente als Teil der Testvorrichtung, der mit den Fingern angegriffen und gehandhabt wird.

Die Empfindlichkeit dieser Testvorrichtungen gegenüber unterschiedlichen spezifischen Gewichten wurde untersucht, indem man drei Harnproben mit unterschiedlichem spezifischen Gewicht und Wasser testete. Zu diesem Zweck wurde der Teststreifen in die jeweilige Testlösung eingetaucht und rasch entfernt. Nach 60 Sekunden wurde jeder dieser Teststreifen mit Hilfe eines Reflexionsspektrophotometers geprüft, welches die Intensität des reflektierten Lichtes der Testvorrichtung über den sichtbaren Bereich ausfiltert und misst, und zwar jeweils1 /% Sekunde.

Die Ergebnisse, die nach 60 Sekunden erhalten wurden, sind in Figur 8 aufgetragen. In dieser Figur 8 sind auf der Ordinate die Prozent Reflexion aufgetragen, und auf der Abszisse ist die Wellenlänge in nm angegeben, bei der diese Reflexion jeweils bestimmt wurde. Man sieht, dass die vier dort aufgetragenen Kurven deutlich voneinander getrennt sind, und dass es damit leicht und genau möglich ist, den Unterschied bezüglich des spezifischen Gewichtes zwischen Wasser

10

(dieses hat ein spezifisches Gewicht von 1,0000) und den Harnproben mit den spezifischen Gewichten 1,005, bzw. 1,015 und 1,030 festzustellen. Auch visuell war eine Unterscheidung in der Farbe leicht möglich, indem nämlich der 5 Teststreifen, der in Wasser eingetaucht worden war, eine blaue Färbung aufwies, während der Teststreifen der in die Harnprobe mit einem spezifischen Gewicht von 1,005 eingetaucht worden war, eine blau-grüne Färbung hatte, der Teststreifen der in die Harnprobe mit dem spezifischen Gewicht io von 1,015 eingetaucht worden war, grün war, und schliesslich derjenige, der in die Harnprobe mit dem spezifischen Gewicht von 1,030 eingetaucht worden war, eine gelbe Färbung besass.

Anhand dieses Beispiels sieht man den Zusammenhang 15 zwischen partieller Neutralisation des Polyelektrolyten und der Bestimmung des spezifischen Gewichtes oder der Ionenstärke. Die Gantrez-Lösung unter deren Verwendung die Teststreifen hergestellt wurden, hatten einen pH-Wert von etwa 8. Bezugnehmend auf die Kurve A der Figur 1 entspricht 2odieser pH-Wert etwa 6,8 ml an Titrationsmittel. Wenn man die Berechnung durchführt, die im Beispiel 1 erläutert wird, entspricht dies einer etwa 79-prozentigen Neutralisation. Eine bedeutende Differenzierung zwischen den Niveaus des spezifischen Gewichtes, die bei dem hier beschriebenen Versuch festes gestellt wurde, ist auf das relativ hohe Ausmass der Neutralisation des zu diesem Test durchgeführten Polyelektrolyten zurückzuführen.

C

3 Blatt Zeichnungen

Claims

642 455 PATENTANSPRÜCHE

1. Testmischung zur Bestimmung der Ionenstärke oder des spezifischen Gewichtes einer wässrigen Testprobe, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein schwach saures oder schwach basisches Polyelektrolyt-polymeres enthält, wobei das Polymere zu mindestens 50% neutralisiert ist, und ferner ein Indikatormittel enthält, das in der Lage ist, eine feststellbare Veränderung bei Ionenaustausch zwischen dem Poly-elektrolyten und der Probe zu liefern.

2. Mischung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyelektrolyt Polyacrylsäure, Polymalein-säure, ein Maleinsäurevinylmethyläther-copolymerisat, Poly-methacrylsäure, ein Styrolmaleinsäure-copolymeres, Polyvi-nylamin oder Poly(4-vinylpyridin) ist.

3. Mischung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymere ein schwach saurer Polyelektrolyt ist.

4. Mischung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymere ein schwach basischer Polyelektrolyt ist.

5. Mischung nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyelektrolyt-polymere zu 75 bis 95% neutralisiert ist.

6. Mischung nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Indikatormittel eine pH-Indi-katorsubstanz ist.

7. Mischung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Indikatormittel eine pH-Indikatorsubstanz ist, und dass das Polyelektrolytpolymere zu 75 bis 95% neutralisiert ist.

8. Mischung nach einem der Patentansprüche 2 oder 3 oder 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyelektrolyt ein Methylvinyläther-maleinsäure-copolymerisat ist, und dass das Indikatormittel Bromthymolblau ist.

9. Mischung nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie sich auf einem Trägermaterial befindet.

10. Verwendung der Mischung gemäss Patentanspruch 1 zur Bestimmung der Ionenstärke oder des spezifischen Gewichtes einer wässrigen Testprobe, dadurch gekennzeichnet, dass man die Testprobe mit der Mischung zusammenbringt und eine feststellbare Veränderung beobachtet.