JPH03500817A - 酸素濃度測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 酸素濃度測定方法 ［産業上の利用分野］ 本発明は酸素中の分子状酸素の濃度を測定する方法およびその濃度を測定するシ ステムに関するものである。

［発明の背景］ ルミネッセンスクエンティングに基づく光学的方法を使用して、酸素中の分子状 酸素の濃度を測定することが数年前から可能となってきた。概略すると、これら の方法は適当な発光体のルミネッセンス強度および／またはルミネッセンス寿命 を測定することからなり、この発光体を酸素を含有するサンプルを接触させ、イ ルミネーションにさらすことを含む。

ルミネッセンスクエンティングの基本的特徴は、酸素分子の衝突時に起こる発光 体の発光する励起された電子状態にを減衰することである。励起された電子状態 にある発光体分子の平均数は酸素分子との相互作用によって減衰するので、ルミ ネッセンス強度および発光体の励起状態の寿命は減衰することになる。この減衰 度合は以下のスター−ポルマーの式を通して発光体と接触状態にある酸素分子の 数と関連する。

Ｍ’／Ｍ＝　１　＋　Ｋｓｖ［Ｏ−コ （例えば、Ｉ　ＵＰＡＣ・コミッシタン・オン・フォトケミストリーおよび［グ ローサリー・才ブ・タームズ・ニースト・イン・ホトケミストリー・パート］Ｉ Ｉ　ＪＥ　Ｐ　Ａ　、　Ｎ　ｅｗｓ　１ｅｔｔｅｒ社１９８６年６月発行、参照 ）。

上記式においてＭｏおよびＭは酸素不存在および存在下におけるルミネッセンス 強度すなわち発光体の励起された寿命を示す。［０，］は上記Ｍ値測定されたＭ 値に対応する酸素分子の濃度を示す。またＫｓｖはいわゆるスター−ポルマ一定 数であって、上記文献に説明されている。この式を使用すると、そして公知の酸 素濃度のサンプルに相関させることによってサンプルの酸素濃度を決定すること ができる。酸素濃度の測定におけるルミネッセンスクエンティング法に対し多大 な研究が行われ、ここ数年改良および向上が見られる。この研究の目的は有益な 発光物体を他の物質から発見することにあり、この発光体と酸素分子間の接触を 向上させ、特定の用途に適する改良された装置を開発することにある。

スティーブンズの米国特許第３，６１２，８６６号およびステンディなどの米国 特許第３，７２５，６５８号においては、芳香族分子が発光体として優れている とされている。有益な発光体の具体例は、ピレン、酪酸ｒ（Ｌｏｎｇｍｕｉｒ、 １．Ｓ、およびＫｎｏｐｐ　Ｊ、Ａ、“Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｉｓ ｓｕｅ　ｏｘｙｇｅｎ　ｗｉｔｈ　ａ　ｆｌｕｏｒｅｓｅｅｎｔ　ｐｒｏｂｅ” 、　Ｊｏｎｕｒｎａｌ　ｏｆａｐｐｌｉｅｄ　ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ、　４１　 、４．　ＵＳＡ　１９７６）参照」、ポルフィリンおよびその誘導体ｒ（Ｋａｈ ｉｌ　ｉｎ　１ｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　ｐｕｂｌｉｃａｔｉ。

ｎ、Ｎｏ、　ＷＯ８７１０００２３）参照」、および無機金属錯体（Ｂａｃ。

ｍ、Ｊ、Ｒ，およびＤｅｍａｓ、　Ｊ、Ｎ、のＵＫ特許出願第２，１３２，３４ ８号）である。発光体はＢｅｒｇｍａｎ、Ｉ　、、　Ｎａｔｕｒｅ　２１８．　 １９８６゜ｐ、３７６に開示されたガラスマトリックスのようなマトリックス中 に埋め込むことができ、また、Ｋａｈｉｌ　５ｕｐｒａ、に開示されたまたはＢ ａｃｏｎ、　５ｕｐｒａ、に開示されたポリマーマトリックスに埋め込むことが できる。ルミネッセンスクエンティングの方法は種々のシステムで使用されてき た。例えば、染料を含み人間の身体の組織に埋め込まれたファイバー・オプテッ ク・プローブがパダーリン等の米国特許第４．４．７６．８７０号に開示されて いる。

上記光学的クエンティング法はｒＶａｕｇｈａｎ、　Ｗ、Ｍ、およびＷｅｂｅｒ 。

Ｇ、著、ｒｏｘｙｇｅｎ　Ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ　ａｎｄ　Ｐｙｒｅｎｅｂｕｔｙ ｒｉｃ　Ａｃ１ｄ　Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ　ｉｎ　Ｗａｔｅｒ、　Ａ　Ｄｙ ｎａｍｉｃ　Ｐｒｏｂｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＭｉｃｒｏｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＪ 、　Ｂ　ｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、　９巻、第３号、１９７０年２月３日４６４ 〜４７３頁参照」およびＢｕｃｋｌｅｓ、　Ｒ，Ｇ、らの米国特許第４，３９９ ゜０９９号またはＭｕｒｒａｙ、　Ｒ，Ｇ、、Ｊ　ｒ　およびＬｅｆｋｏＷｉｔ ｚ、　Ｓ、Ｍ。

らのヨーａ−）パ特許公告第０１９０８２９号、およびＨ１ｒｓｃｈｆｅｌｄの 米国特許第４，５４２．９８７号およびＬ　ｕｂｂｅｒｓらの米国再特許第しｌ 、８７９号、Ｈｅ５ｓｅ、　Ｈ，−Ｃ，らのＤＤ特許出願第１０６０８６号およ びＭｕｒｒａｙ、Ｒ，Ｃ，、Ｊｒ、およびＬｅｆｋｏｗｉｔｚ、　Ｓ　、Ｍ、の ヨーロッパ特許公開第０１９０８３０号に開示されている。

本発明はサンプル中に存在する分子状酸素の濃度を光学的に測定する新しい方法 を提供するものである。

本発明の方法を使用すると、サンプルの酸素分子を電子の基底状態から励起され た１Δｇの状態に励起させ、１２７Ｏｒ＋ｍのルミネッセンス（励起された酸素 分子の特性ルミネッセンスである）を測定し、測定されたルミネッセンス特性を サンプル中の分子状酸素濃度と相関させることによって測定されるらのである。

公知の光学的方法の基本的原理とは反対に、すなわち酸素以外の物質から発せら れる光を測定することとは反対に、本発明では酸素から１２７０ｎｍにおいて発 生する光を測定することによってサンプル中の酸素濃度を測定する原理に基づい ている。本発明の方法は公知の光学的方法と同様な利点（例えば、酸素が本発明 の方法において消費されない）を有するが、公知の方法よりも実際的な測定の観 点からは優れたものである。特に、本発明は１２７０ｎｍにおいて得られる信号 は実質的に酸素に起因するこのであるから、そして、酸素以外の物質からも影響 に対して一般的に感応的でないため、本発明方法は酸素に特定のものである。こ れは従来の方法が他の物質に基づく強度とおよび寿命の減衰が酸素から誘導され る信号の変化とは区別することができないというルミネッセンスクエンティング に基づいている公知の方法と対称的なものである。また、ルミネッセンス信号（ ＋２７０ｎｍで得られる）は酸素の存在しない本質的に０の地点から始まって酸 素の濃度増加に伴って増加する。これによって本発明によれば、酸素の存在によ って得られる１２７０ｎｍの信号の増幅が可能となる。これとは反対に、公知ル ミネッセンスクエンティング法の酸素誘導信号の減衰は信号を増幅することがで きない。さらに、本発明による測定方法による較正は公知のルミネッセンスクエ ンティング法の較正よりも簡単である。それは標準曲線の確立が公知の対照値（ 酸不存在では０）に加えて、単に一つの酸濃度に基づくことができるからである 。−単項酸素から発生する１２７０ｎｍ発光については次の公報に記載されてい る。パーカー等の米国特許第４゜５９２．３６１号および米国特許第４，５７６ ．１７３号である。また、０ｇ１ｌｂｙ、　Ｐ、Ｒ，ｒ”Ｔｈｅ　Ｐｈｏｔｏｓ ｅｎｓｉｔｉｚｅｄＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓ　ｉｎｇＩｅｔ　Ｍｏ１ｅ ｃｕｌａｒ　Ｏｘｙｇｅｎ（’Δｇｏｔ）　ｉｎ　ａＳｏｌｉｄ　Ｏｒｇａｎｉ ｃ　Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｇｌａｓｓ；　Ａ　Ｄｉｒｅｃｔ　Ｔｉｍｅ−ｒｅｓｏｌ ｖｅｄＳｔｕｄｙ’Ｊ、Ｊ、Ａ＋＋＋、Ｃｈｅｔａ、Ｓｏｃ、、＋０９，１９８ ７．４７４６〜４７４７頁にも記載されている。

Ｕ本発明の理論的背景コ 上記励起した一重項状態または一重項酸素を形成するための酸素分子の励起は、 電磁輻射線の直接吸収によって有意量の効果を有することができる、酸素分子は それ故に他の方法で励起されなければならない。従来、酸素分子の励起はいわゆ る増感剤により行なわれ、この増感剤は適当な形態でエネルギーを受けるとき、 すなわち、電磁輻射線としてエネルギーを受けるとき電子基底状態から励起した 一重項状態に分子状酸素を励起することができる（増感されている励起状態）に 入ることができる化合物または組成物である。

増感剤および分子状酸素の電子状態の相互配列はヤブロンスキーグイエブラリー において第５図に示すように描くことができる。ここでは、いくつかの比較的低 い関連する電子状態が示されている。

光の吸収によって、増感剤の基底状＠（Ｓ、）は第１の励起された一重項状態（ Ｓ、）に励起することもでき、また、第２またはより高い励起された一重項状態 （Ｓ　２．　Ｓ　３．・・・）に励起することもできる。これら励起された一重 項状態は非輻射的内部変移（並線矢印で示されている）または蛍光（直線矢印で 示されている）によって基底状態にまで減衰させることもできるし、また、これ らはいわゆるシステム間りロシングを受け、励起された三重項状態（Ｔ、、Ｔｔ 、・・）を形成するようにすることもできる。最も共通のシステム間クロシング はＳ。

〜Ｔ、に至る滴状矢印に示されている。この励起された三重項状態はリン光（Ｔ 、〜Ｓｏに至る直線矢印）または非輻射方法（クエンティングを含む）によって 基底状態にまで戻ることができる。この情況において、分子状酸素による励起さ れた増感剤のクエンティング（即ち、減衰）はＴ、〜１Δｇまでの並状矢印で示 される、−単項酸素の形成に伴い、興味深い特性を示し、それ故に以下において 詳述される。

これらこの増感剤は通常マトリックス中に埋設される（けれども以下に説明する ように、サンプル中に埋設されてもよい）。本発明において使用される埋設の用 語は例えば融解、可溶化、付着または共存結合による上記増感剤の含有、配置ま たは空間的な固定の適当な方法を含むものである。またマトリックスとは通常有 機溶媒またはポリマーである。

上記増感剤および分子状酸素は拡散接触状態にある必要があり、即ち、増感剤の 分子および酸素分子はこれら分子の拡散によって衝突できる状態にあり、基底状 態の分子状酸素が増感剤の増感している励起状態のクエンティングを保証する。

この場合、増感剤と分子状酸素間のエネルギー移動、即ち、クエンティングが起 こり、増感している励起状態の増感剤はより下方のエネルギーの停止状態、通常 の場合基底状態にまで減衰することになる。そして、−単項の酸素が形成される ことになる。

増感している励起状聾酸素のクエンティング方法は、通常拡散制御されるように 行なわれてきた。それ故に、クエンティング速度定数の現実の値は増感剤が存在 するマトリックスの粘度に依存している。

一重項の酸素を生み出すことのできる増感されている励起状態Ｄ＊（Ｘ）を有す る増感剤Ｂを励起することによって、−重項の酸素に導かれる反応は次のように 示される。

ｈν Ｄ　−＋　Ｄ＊ （電磁輻射線ｈνによって増感剤の第１次励起）Ｄ＊　−ｐ＊（Ｘ） （増感されている励起状態の増感剤Ｄ＊（Ｘ）の形成）（ｋＸによって決定され るソフトによって上記増感された励起状態の増感剤が基底状態にまで減衰する） ｅｔ Ｄ＊（Ｘ）＋Ｏｔ（’Σｇ−）　→　Ｄ　＋　Ｏ！（’Δｇ）（増感している励 起された状態Ｄ＊（Ｘ）基底状態の酸素分子（０゜ＣΣｇつのエネルギー度によ ってｋｅｔ’に決定される速度において一重項の酸素が（０，ＣΔｇ））が形成 される）−重項酸素精製ψＣΔｇ）の定量的収率（即ち、形成された分子数／吸 収された光子）は次のように示される。

ψ（１Δｇ）　＝ψＸ・ψｅｔ ここでψＸ−は増感されている励起状態のＤ蟇（Ｘ）の形成における定量的収率 である。

Ｄ　＊（Ｘ　）から−重項酸素の形成の収率、即ち一重項酸素を与えるＤ＊（Ｘ ）の分画を示す。

ここでｋ。Ｌは増感剤から基底状態の分子状酸素へのエネルギー移動の速度定数 である。また、ｋ）（は増感剤している励起状態の減衰のための速度定数である （ｋＸ＝１．τＸは増感している励起状態のτＸ 寿命を示す。）、［０，］は増感剤を含むマトリックス中の分子状酸素の濃度を 表す。

＋２７０ｎｍにおける一重項酸素ルミネツセンスの全収率、ψＬ（’Δｇ）は（ 放出されたホト光子の数／吸収された光子の数は次の式（２）％式％ ここで、ψＰ（’Δｇ）は−重項酸素の固有のリン光収量である（即ち、放出さ れた光子の数／−一重項素光子の数）。これは現実の状態においてのものを示す 。ψｐ（ｌΔｇ）およびψＸが酸素濃度から独立しているとすれば、１２７０ｎ ｍルミネッセンスにおける酸素濃度依存性はψｅｔのみによって決定される。ψ ｐ（１６ｇ）およびψＸが酸素濃度から独立しているという過程はψｐ（１６ｇ ）にとっては非常に正当なものであろうが、それに対する酸素濃度の依存性の証 拠は文献中に見出すことができない。ψＸが酸素濃度依存性を有するか否かの問 題は現実の増感剤系統（システム）の化学的組成によって決定される。多くの増 感剤にとって、ψＸは三重項形成ψＴの収量となろう。即ち、−重項から三重項 マニホールドへのシステム間クロシングの収量となる。このような場合はψＸは 酸素増強のシステム間クロシングが酸素による一重項状態のクエンティングのた めの通常のメカニズムであるからψＸは酸素濃度に依存するように思える。

このプロセスはテトラフェニルポルフィリン（Ｈ，ＰＰ）を増感剤として使用す る場合（実施例３と比較）に、現実に行なわれている。

上記式（２）かられかるように、−重項酸素ルミネッセンスの全収率ψＬ（’Δ ｇ）は−重項酸素の固有リン光量ψＰ（’Δｇ）に比例するつψｐ（１６ｇ）　 −ｋＰ（’Δｇ）・１０６ｇ）ｋＰ（’Δｇ）、１０６ｇ）は輻射率定数（放出 された光子の数／単位時間）および−重項酸素の寿命をそれぞれ表すから、１２ ７０ｎｍルミネッセンスの収率はｋＰ　（’Δｇ）がマトリックス独立性である とすると一重項酸素の寿命とともに増加することになる。実験的には液相におい て、ｋＰ（’Δｇ）が問題のマトリックスのタイプに相対的に独立していること が見出されている。他方、１０６ｇ）マトリックスが変化すると少なくとも１０ ３フアクター変化することができる。Ｏ■（−グループの存在かで（１Δｇ）の 現象において特に有効であることが知られている。結果的にいってより好ましい マトリックスはＯＨ−グループを含まないようにすることである。

式（１）においてψｅｔで表されるように１２７０ｎｍにおける一重項酸素ルミ ネソセンスの全収率の酸素依存性は３つのパラメータｋｅｔ。

ｋＸおよび［Ｏ７］によって決定される。これらパラメータの大きさを制御する 主たるファクターは以下に説明する。

ｋ　：増感剤から基底状態の分子状酸素へのエネルギー移動速度定数。本質的に すべての可能性ある増感剤に対して、このプロセスは拡散制御される。それ故に 、ｋｅｔは関連するマトリックス中の分子状酸素および増感剤の拡散定数に比例 することになろう。

［０，］・分子状酸素の一定の周囲分圧にに対して、マトリックス中の分子状酸 素の濃度（即ち、増感剤を含むマトリックス）は関連するマトリックス中の分子 状酸素の溶解度に比例することになろう。

ｋＸ二　この酸素不存在における増感されている励起状態の減衰速度定数は増感 剤の選択によって非常にほとんど決定される。

マトリックスのより小さな効果および増感剤の濃縮が起こる。

上記式（１）および（２）を結合し、ψｐ（１６ｇ）およびψＸが酸素濃度から 独立していると仮定すると、−重項酸素ルミネッセンスの全収率は次のように示 すことができる。

ここでψＩ、（１６ｇ）は酸素濃度［Ｏｔ］？こおいて得られる１２７０ｎｍに おける一重項酸素ルミネッセンスの全収率である。ψ１ｉａＸは当該システムに おける得られるであろう一重項酸素ルミネッセンスの最大収率である。

式（３）から、＋２７０ｎｍにおける一重項酸素ルミネッセンスのプロットψｔ 、（１６ｇ）　ｖｓ、　［０２］は最大ルミネッセンス収率ψｍａＸの漸近的曲 線となる。

ｋｅｔ［ｏ　ｄ＞　＞ｋＸの条件下では、ψｅｔの値は一定に近すき、−重項酸 素ルミネッセンスはその最大に近ずく、即ち、ルミネッセンス強度は本質的に変 化する酸素濃度と一定になる。この酸素濃度はマトリックス中では最大値即ちψ ｅｔ＝０．５の値の半分のルミネッセンス強度に対応し、 （４）　［０，］１／２　＝　ｋｘ／に８ｊによって与えられる。また、違った 表現では最大ルミネッセンス強度の半分は （５）　ｋｏｌ［０２コ　−　ｋＸ が成り立つとき選べる。ｋｏｔ［０２］く〈ｋｘのときは、ルミネッセンス強度 は非常に小さくなろう。ｋｅｔ［ｏｔ］とｋＸの間が穏やかな差であるときは、 ｘＬｃΔｇ）ｖｓ、　［Ｏｔ］の曲線はおよそ［０，］１／２の当たりの酸素濃 度の範囲においては有益なスロープを示すことになる。

従って、各独立したシステムに対しては、ψＬ（１△ｇＸ１２７０ｎｎ＋におけ る一重項酸素ルミネッセンスの全収量）のサイズバリエーションが酸素濃度（曲 線のスロープ）を伴うと、酸素濃度測定のための１２７０ｎｍの利用とっては十 分なものとなるという酸素濃度範囲かある。明らかに、ここで十分という語は使 用されるルミネッセンス検知システムと関連し、より感応的システムでは、小さ なバリエーションてさえ十分に正確に測定できるが、感応的でない検知システム では有益な測定を保証するためにはより大きなルミネッセンスバリエーションが 必要となろう。

式（３）および（４）を結合すると１２７０ｎｍの全ルミネッセンス収量は次の ように表わされる。

これは　ｙ＝　−の関数と等価である。この関数は第７図］さ−− に示される。

酸素濃度［Ｏ１］が増加するとルミネッセンスψＬ（’Δｇ）は漸近的にψｍａ ｙに近ずくことが示される。上述したように、上記直線のスロープが非常に小さ くなり、酸素濃度測定に有益でないという特定の制限は存在しない。これは使用 される検出器に依存される。しかしながら、はとんどの実際的な適用の場合にお いて、このシステムを使用して測定される最大酸素濃度がψｍａｘの最大９８％ においてψＬＣΔｇ）に対応し、ψｍａｘの最大９５％においてしばしばψｔ、 （＋Δｇ）に対応し、最も好ましくはψｍａｘの最大９０％においてψＬ（１Δ ｇ）の値に対応するように上記システムを適用すべきである。これによって、測 定される最大酸素濃度は最大５ｏ・［０，］１／２のマトリックス酸素濃度とな り、好ましくは２０・ｒｏｔ、１１／２の酸素濃度となり、最も好ましくは最大 ｌＯ・［０！］１／２マトリックス酸素濃度となる。

次に、このシステムを測定される酸素濃度範囲に対しどのように適用することが できるかを説明することにする。

［発明の詳細な開示］ 本明細書において使用される１２７０ｎｍルミネッセンス特性とはｒ１２７０ｎ ｍの特徴付けま１こは測定のすべての場合について使用されている。従来、＋２ ７０ｎｍルミネッセンスは１２７Ｏｎ＋ｎ強度によって特徴付けられ、この強度 はその最も広い観点で連続的励起状態で得られる１２７０ｎｍルミネッセンス信 号のマグネチュ〜ドまたはパルス化励起において得られる時間依存性１２７０ｎ ｍルミネッセンス信号の積分値あるいは時間依存性ルミネッセンス信号の減衰部 分の初期微分値であると理解すべきである。ルミネッセンス特性を表現する方法 例えばアンプリチュードおよび１２７０ｎｍルミネッセンス信号と変調酸素励起 手段との間の相シフトはルミネッセンス特性の用語の定義内にあると考えるべき である。好ましくは１２７０ｎｍ強度は連続励起状態で得られるものを測定すべ きである。

本発明方法によって測定される酸素は分子状酸素、即ち、０．である。上述した ように、本発明方法は電子の基底状態から励起された電子状態ψｍａｘにある酸 素分子は以後通常使用される用語では、−重積酸素または一重項分子状酸素とい われ、その酸素分子のψｍａＸは分子状酸素の励起された一重項状態として示さ れる。これらの電子状態はψＬ（’Δｇ）によって定義されている。

本発明方法において、−重積酸素の輻射線の減少（失活）は分子状酸素の測定に 利用される。輻射線減少は約１２７０ｎｍの波長の光の発生に対応するガス相に おいては、−重積酸素の複写的現象は１２６８．７ｎｍ［Ｏｔ］の波長を有する 光の発生に対応し、濃縮された相においては、−重積酸素から発生する光の波長 は正確には知られていないが、１２７０ｒ＋ｎ＋が使用される。−重積酸素のパ ーフルオロヘキサン中における典型的な発生スペクトルは第６図に示される。１ ２７０ｎｍの発生スペクトルのフルーワイドーアットーハーフーマクシマム（Ｐ 　Ｗ　ＨＭ）は通常的３０ｎｍである。本発明方法との関連では、許容できる波 長範囲の幅は検知が行なわれるところにおいては、測定の所望の制度に依存する ことができ、バックグランドのシグナルのサイズに依存することができ、通常− 重積酸素の許容できるルミネッセンスシグナルは波長範囲１２７０±９０ｎｍ、 特に１２７０±６０ｒ＋＋＋＋、好ましくは１２７０±４０ｎｍの範囲において 測定されるときに得られる。ここで使用される１２７０ｎｍルミネッセンス特性 とは上述したような波長範囲の約１２７０ｎｗの値の波長において測定されるル ミネッセンスを含むものである。

上述したように１２７０ｒ＋ｍルミネッセンスは分子状酸素（Ｍ、Ｋａｓｈａ、 　５ｕｐｒａ）の励起された一重項状態にとって非常に特異的なものである。従 って、はとんどの場合能の成分から発生するルミネッセンスの部分を考慮に入れ る必要がないであろう。それはこの部分の強度は通常無視できるものと考えられ ている。また、使用される装置に寄与するノイズは通常−重積酸素のルミネッセ ンス信号に匹敵するものである。ある場合において、しかしながら、サンプルの 酸素濃度に単独で影響を与えるルミネッセンス特性の値を得ることが望ましい場 合がある。この場合には、装置から発生するノイズだけでなく他の成分から由来 するバンクグランドの信号を補正する必要がある。１２７０ｎｍのルミネッセン ス特性を測定するということは、それ故にサンプル中に存在する他の成分から発 生する光を原因としたノイズおよびバックグランド信号を補正することによって または補正を選択的に行うことによって１２７０ｎｍ特性を測定することを含ん でいる。はとんどの場合、本発明において測定される酸素の量は濃度、例えばモ ル／ｇまたは分圧例えばｚ２ＩＨｇまたはｋＰａとして表わされるか、またはそ れに等価なものとして表わされる。酸素濃度の単位は現実の酸素濃度と１２７０ ｎｍのルミネッセンス強度とが相関するために使用される単位に依存するのでこ れは他の方法によって示すことができる。従って、ここでは分子状酸素の濃度と いう語は便宜上分子状酸素の含有量を意味するものである。測定すべき含有する サンプルから得られる１２７０ｎｍルミネッセンス信号は、にちの酸素含有量定 量するために同一または等価なシステムを使用して既知の酸素含有量のレファレ ンス即ち対象サンプルのよって得られる＋２７０ｎｍルミネッセンス信号に基づ いて標準値と相関される。

上述したように一重項酸素は電磁輻射線の直接吸収によって有意量の効果をもっ て形成させることができない。この酸素分子は他の方法で励起させる必要がある 。都合のよいことには、酸素分子の励起は電子基底状態から励起された一重項状 態で分子状酸素を励起することができる励起された電子状態（増感している（活 性化）励起状態）を有する増感剤を使用して行うことでき、その増感剤はサンプ ルと拡散接触する。

ここで使用される増感剤は上記理論的背景において議論された増感剤に加えて、 増感剤の増感している励起状態の寿命を減少させることができるクエンチャ−（ ｑｕｅｎｃｈｒ）を含む。これについては以下に記述することになる。上記した 説明によれば、増感剤はサンプルと酸素を拡散接触の状態にあるマトリックス中 に埋め込まれるのが好ましい。また、増感剤はサンプル内に埋め込まれてもよい 。

サンプル（流体）中であってよい、即ち、気体状または液体状あるいは固体のサ ンプル中においての増感剤と分子状酸素の接触は拡散を通して行なわれる。上述 したように、酸素のサンプルと増感剤との間の拡散接触は必要である。それは酸 素分子と励起された増感剤が衝突して酸素分子を基底状態から励起された一重項 状態に励起する必要があるからである。

これによると、もし使用するなら測定される分子状酸素を含むサンプルとマトリ ックスは酸素分子をその中で拡散させる必要がある。

−重項酸素は励起された増感剤の三重項状態でなく、増感剤の励起された一重項 状態をクエンティングすることによって製造することができる。励起された三重 項状態は通常励起された一重項状態よりも一重項酸素の製造には存効であると考 えられている。双方の場合において、しかしながら、増感剤は分子状酸素に移動 されるエネルギーが少なくとも０．９８ｅＶ（励起された酸素の一重項状態のエ ネルギー）のマグニチュードでなければならないから、初期の電子状態と分子状 酸素のクエンティングから得られる最終の電子状態の間には少なくとも０．９８ ｅＶのエネルギーギャップを有する必要がある。

一定の増感剤、例えば特定のポルフィリン類はイルミネーションを通る電子の移 動メカニズムによって分子状酸素をスーパーオキシド（即ち、０．＼酸素のラジ カルアニオン）に変換することができる。

スーパーオキシドは非極性の有機溶媒中でかなり安定で、−重項酸素の有効なり エンチャーであると知られている。ｒ　（Ｇ　ｕｉｒａｕｄ、　Ｈ、Ｊ　。

およびＦｏｏｔｅ、　Ｃ，Ｓ、著、Ｊ、Ａｍ、Ｃｈｅｍ、Ｓｏｃ、９８．１９８ ４（１９７６）参照」。スーパーオキシドが一重項酸素を含むサンプル中に形成 されると、１２７０ｎｍルミネッセンス強度となる一重項酸素の一部がクエンチ されることになる。そのルミネッセンス強度はサンプルの分子状酸素濃度の正し い値と等価な関係において余りにも低いものである。有機溶媒中のスーパーオキ シドの安定性によって、かなりの量のスーパーオキシド濃度が結局は生成するこ とになる場合もあるので、これら溶媒中で非常に遅くスーパーオキシドが形成さ れることは重要なことである。それ故に増感剤は分子状酸素をスーパーオキシド に変換することができない増感剤を本質的に与える増感している（活性化）励起 状態の酸化ポテンシャルを有する物体であるのが好ましい。このようにして、増 感剤の酸化ポテンシャルは増感している励起状態において、問題のマトリックス 中の酸素の還元ポテンシャルよりも高い必要がある。

したがって、マトリックス中の酸素の還元ポテンシャルはマトリックスおよび増 感剤を選択するためのガイドラインとして評価することができるが、この量は非 常に少ない溶媒中のみ知られている。アセトニトリル中では、酸素の還元ポテン シャルは対飽和カラメル電極で−０，８２Ｖと報告されている。酸素の還元ボン テンシャルは−０，８２Ｖ　（ｖｓ、５ＣＥ）より低い傾向にある（アセトニト リルより極性のないマトリックス中において）。実際的目的には、−〇。

７Ｖ（ｖｓ、５ＣＥ）より高い活性化励起状態の酸化ポンテンシャルを有する増 感剤が有益であると考えられよう。

スーパーオキシドの形成の逆効果の具体例は、亜鉛−オクタエチルポルフィリン （ＺｎＯＥＰ）および亜鉛−テトラフェニルポルフィリン（ＺｎＴＰＰ）の暴気 したサンプルにおいて観測される１２７０ｒｕｎルミネッセンス信号の現象であ る（実施例ＩＡおよびＩＢと図面第８図および第９図参照）。

上述した理論的説明によれば、これら物体は増感している（活性化）励起状態の 酸化ポテンシャルを有し、それはトルエン中の酸素の評価されたまたは該酸還元 ボンテンンヤル（ディン）よりも低い。

Ｚｎ０ＥＰおよびＺｎＴＰＰの三重項酸化ボンテンシャルはそれぞれ−１，１３ Ｖ　ｖｓ、ＳＣＥ、−０，８８Ｖ　ｖｓ、ＳＣＥである。テトラフェニルポルフ ィリン（Ｈ，ＴＰＰ）を含むサンプルに対しては、実施例３および第１０図に示 すように、Ｈ３ＴＰＰのより高い三重項状態の酸化ポンテンシャル（−０，４８ Ｖ　ｖｓ、５ＣＥ）に従って同様の信号現象が観測されない。

上述したところによると、本発明方法が実施されてるシステムは、システムを使 用して測定される最大酸素濃度がψｍａｘの最大９８％においてψＬ（’Δｇ） に対応し、好ましくはしばしばψｍａｘの最大９５％においてψＬ（’Δｇ）に 対応し、あるいは最も好ましくψｍａｘの最大９０％においてψＬ（’Δｇ）に 適応するのが好ましい。増感剤がマトリックスに埋め込まれる場合は、サンプル 中の酸素濃度（マトリックス中の増感剤の観点から見た周囲濃度）は上述した基 準を満足するルミネッセンスを与えるマトリックス中においである酸素の濃度と なるものであるべきであることを意味する。増感剤−マトリックスジステムは式 （５）のいずれかのサイドを変えることによって周囲酸素濃度の特定に対してこ の条件が満足されるように調整されるのがよい。次は、これらの２つの可能性で ある。

増感している基底状態の寿命を調整する。即ち、ｋＸを調整すること。

ｋｅｔ［ｏｚ］を調整または修正すること。これらを別々に議論することになる 。

ｋＸの調整 増感している（活性化）励起状態の寿命１／ｋＸは増感している励起状態を減退 させるクエンチャ−を添加することにより、好ましくはその状態の初期収率に影 響を与えることなく、修正することができる。従って、上述したように、増感剤 は前記基底状態から励起された一重項状態に分子状酸素を励起させることのでき る励起状態を有する増感剤を含むことができ、また、上記増感剤と接触すると増 感剤の増感している励起状態の失活させ、増感剤の増感している励起状態の寿命 を減少することのできるクエンチャ−を含むことができる。このクエンチャ−は エネルギー移動またはエレクトロン電子移動メカニズムを介して増感している励 起状態を失活させることができる。クエンチャ−（Ｑ）の存在下では増感してい る励起状態（τＸ’）の修正された寿命は次式で決定することができる。

Ｉ／τＸ’　−（１／τｘ）＋ｋＱ［Ｑ］ここで１／τｘ＝ｋｘ、”ＭｑはＱに よって増感しているクエンティングするための速度定数である。

増感している励起状態が増感剤の励起した三重項状態であるときは、エネルギー 移動のクエンティングは次の反応に対応する。

３Ｄ＊十〇−４Ｄ＋３Ｑ＊ ここでＤおよびＱは増感剤およびクエンチャ−の比較的低いエネルギーの電子状 態を表わす。また、３Ｄ＊および３Ｑ＊は増感剤およびクエンチャ−の励起され た三重項状態を表わす。このプロセスはもしｅＴ（Ｄ）＞ＥＴ（Ｑ）、ＥＴ（Ｄ ）およびＥＴ（Ｑ）が増感剤およびりエンチャーの三重積エネルギーであるなら ば全体として有効効果的であろう。テトラフェニルブタジェン（ＴＰＢ）へのエ ネルギー移動によって（ＺｎＯＥＰ）の三重積寿命の修正は実施例ＩＢに例示さ れている。電子移動クエンティング（消光）は励起された三重項状態においては 次の反応が基礎される。

’Ｄ＊　＋　Ｑ→（Ｄ”Ｑ−）→Ｄ＋Ｑまたは ３Ｄ＊　＋　Ｑ→（Ｄ−Ｑ”″）→ＤＤＱここで（Ｄ”　Ｑ−）および（Ｄ−Ｑ ’″）は増感剤三重積状態からまたはへの電子移動によって形成される二重イオ ン対である。電子移動はＢｏｘ−Ｅｒｅｄ−ＥＴ（Ｄ）＜０であって、Ｅｏｘお よびＥｒｅｄが電子ドナーおよび電子アクセクターのそれぞれの可逆的な電子酸 化および還元電位であるときは瞬時的なプロセスとなろう。

実施例１Ｃおよび２Ｂ並びに２０に記載されるように、電子移動クエンティング （消光）はジュロキノン（ＤＱ）によるＺｎ０ＥＰおよびＺｎＴＰＰの三重項状 態では変化されたＤＱの量に依存する酸素感度となる。

励起された三重項状態の電子移動クエンティングにおける一般的な問題は励起さ れた一重項状態のクエンティングからの干渉である。

電子依存反応は励起された三重項状態に対しては発熱的である電子依存反応は不 等式ＢＳ（Ｄ）＞ＥＴ（Ｄ）が常にすべての目的において守られ、ＥＳ（Ｄ）が 増感剤の一重項エネルギーであるので励起された一重項エネルギーよりも発熱的 になろう。励起された一重項状態のクエンティングによって三重項状態の収率が 減少し、１２７０ｎｍのルミネッセンス強度が減少することになる。クエンチャ −（消光剤）は単独で励起した一重項状態を失活させ、三重項状態を失活させな いという情況が起こる場合もある。この問題はクエンチャ−としてベンゾキノン を使用することによってＨ，ＴＰＰの三重積寿命を修正することにおいて遭遇す るものである（実施例３および第１Ｏ図参照）。−重積クエンティング影響を最 小にする最も効果的な方法は非常に短い一重項寿命、好ましくは３ｎｓ以下の増 感剤を選ぶことであろう。テトラフェニルポルフィリン（Ｈｔ　Ｔ　Ｐ　Ｐ　’ 　ｓ）でフェニル基がシュウ素によって置換されたものは（例えば、Ｑ　ｕｉｍ ｂｙ、　Ｄ　。

Ｊ、およびＬｏｎｇｏ、　Ｆ、Ｒ，著、およびＪ　、Ａｍ、Ｃｈｅｍ、Ｓｏｃ、 　９７．１９７５．５１１１頁およびＫｉｍ、　Ｊ　、Ｂ、、　Ｌｅｏｎａｒｄ 、　Ｊ　、Ｊ　およびＬｏｎｇｏ、　Ｆ、Ｒ，著、Ｊ　、Ａｍ、Ｃｈｅｍ、Ｓｏ ｃ、　９４．１９７２．３９８６頁参照）に開示されており、この観点では重要 なものである。これらは−重積酸素の増感剤として有効であって、ｉｎｓかなり 下方の一重項寿命を有している。

ｋｅｔ［Ｏｔ］の調整 式（１）および（２）の関連で述べたように酸素の昇降速度定数ｋｅｔは問題の マトリックス中の分子状酸素の拡散定数に比例し、マトリックス中の分子状酸素 の濃度はマトリックス中の分子状酸素溶解度および酸素の周囲分圧との積に比例 する。式（２）で示されるｋｅｔ［ｏｆ）の量は分子状酸素に対するマトリック スの透過性（拡散定数）と分子状酸素の溶解度の積に比例する。増感剤の寿命即 ち１／ｋＸにおけるマトリックスの影響は通常無視できる。結果として、ある一 定の増感剤の酸素感度は適当な酸素透過性を有するマトリックスを選択すること によって酸素濃度の所望の範囲に調整することができる。

酸素に対するポリマーの透過性は文献に記載されており、これらの表は適当なマ トリックスの選択の貴重なガイドラインである。第４図において［ｏｔ］ｔ／２ の値は種々の増感剤とマトリックスの組み合わせに対して述べられている。

酸素に対し、等しい透過性を有する２つのマトリックスにおける選択においては 、最も酸素溶解度が低いもの（それ故、拡散定数が最も高いものを選ぶべきであ る）、これは酸素濃度の変化に対して最も速い応答を与えるからである。−重積 の酸素の生成と上述したスーパーオキシドの生成との間に競合がある場合、−重 積酸素の生成を非極性のマトリックス中で行なうのが望ましい。

本発明によれば、増感剤の増感している励起状態は他の電子状態から形成され、 はとんどの場合、電磁輻射線の吸収により増感剤の電子基底状態から形成される 。好ましくは、電磁輻射線の波長は１２７０ｎｍ以下で、より好ましくは３００ 〜１１０００ｎの範囲である。

電磁輻射線の波長は問題の増感剤による強い吸収の領域にマツチするように選ば れるのが便利である。従って、輻射線源が１以上のフィルターによって望ましく ない波長の光が除かれるようにするのがよい。

有益なフィルターの具体例は、例えば２１１１７ＩＫＧ５　フィルターに（西ド イツのショット　グラスウェルケ社製）の赤外線を除去するフィルターまたは例 えば２ｘｉＧＧ３８５　フィルター（スコツト社製）の消光剤の直接励起を最小 にするフィルターが挙げられる。増感剤の電磁輻射線は通常の輻射源から選ばれ る。電磁輻射線源から発生する光は固宵のものであってもまた固有のものでなく てもよく、また、連続的なもの、モジュレートされたもの、あるいはパルス化さ れたものであってもよい。パルス化された励起源が価値のあるものである。それ は記録すべき＋２７０ｎｍルミネッセンス強度の時間依存性を可能にするからで ある。時間依存性の動的な分析によって一重項酸素の生成および消失プロセスに ついて別個の情報を与えることができる。干渉を行いそうな物質（即ち、１２７ ０ｎｍのルミネッセンス信号に影響を与える酸素以外の物質）は増感している励 起状態の消光剤（即ち、収量を減少させるが一重項酸素の生成を明らかに増大さ せる）ものとして作用するか、または−重積酸素の消光剤（即ち、−重積酸−素 の消光速度を増加させる）として機能する。これらメカニズムは時間分解された １２７０ｎｍの動的分析によって特徴付けることができる。ＩＵＰＡＣコミッシ ョン、ホトケミストリー”Ｇ　１ｏｓｓａｒｙ　ｏｆ　ｔｅｒｍｓ　ｕｓｅｄ　 ｉｎ　ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ″、パート１．２および３ＥＰＡニユース レターの１９８５年１１月号、１９８６年３月号および１９８６年６月号のそれ ぞれにおいては、本発明方法に有益な異なる光源が述べられている。これらのう ちでレーザーダイオード、アルゴンイオン、カドニウムネオン、Ｃｏｔ、ヘリウ ムネオンのようなガスレザーおよび窒素レザーまたはソリッドステートレザー（ ｎｉｏｄｙｍｉｕｍ（Ｙ　Ａ　Ｇ　ｏｒガラス）またはルビーレザー）およびグ イレザーが挙げられる。また通常の光放射ダイオード、フラッシュライトまたは ディスチャージランプ、および高圧水銀ランプ、中圧水銀ランプ、低圧水銀ラン プならびにアンチモニーキセノン、水銀−キセノン、クオーツーイオダイニン、 タングステン−ハロゲン、共鳴およびキセノンランプらまた有益である。適当な 波長範囲の電磁輻射線のすべての光源は利用することができるから、これらのリ ストは包括的なものと考えるへきでない。

この１２７Ｏｒ＋ｎ＋ルミネツセンスは１２７０ｎｍ当たりに十分な感度を宵す るディテクターによって測定される。所望の波長の光のみが（１，２７０ｍｍ当 たり）が検出器に届くようにするために不適当な波長の光を除去するために１ま たはそれ以上のフィルターを使用してルミネッセンスをフィルターにかけるのが 便利である。好ましくは、このフィルターは例えばＢＰ−１２７０−０８０−Ｂ フィルター（Ｓ　ｐｅｃｔｒｏｇｏｎ社製、Ｎｅｗ　Ｊｅｒｓｅｙ、　Ｕ、Ｓ、 Ａ、）のような干渉フィルターである。検出器（ディテクター）はホトマルチプ ライヤ−デユープ（ＰＭＴ）またはインジウム・ガリウム・ヒソ（ＩｎＧａＡｓ ）、硫化鉛（Ｐｂｓ）またはゲルマニウム（Ｇｅ）から製造されたダイオードの ようなソリッドステートディテクターであってよい。好ましくは、このディテク ターは例えばＦＩＤ　１３９１３ＷＸ　タイプのＩｎＧａＡＳディテクター（Ｆ 　ｕｌｉｔｓｙ　Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、　Ｉ　ｎｃ社製、　Ｃａ １ｉｆｏｒｎｉａ、　）のディテクターである。

本発明において使用される好ましい増感剤は（１）光分解（光酸化を含む）に対 し高い安定性および（２）大きな光学的消失係数を有する化合物である。光化学 安定性は連続的ルミネーションの間、長い時間機能することができる一重項酸素 測定系を製造するためには望ましいものである。大きな光学的消失係数は短い光 学的光路長さを有する大きな光学的密度を得るために望ましいものである。即ち 、酸素濃度の変化に迅速に応答する測定計を与える薄い相のマトリックスを得る ために望ましいものである。増感剤が比較的低い光消失係数であると、比較的高 い増感剤濃度を適応することによってもちろん保証することができる。しかしな がら、はとんどの実際的な目的においては、特にポリマーマトリックスに関連に おいては、マトリックス中に溶解する最大量に近い増感剤濃度が使用されること になろう。

一般に、増感剤の有益なりラスはポルフィリンおよびポルフィリン関連化合物、 例えばメタルフリーポルフィリン、メタロポルフィリン類、フタロシアニン類、 メタロフタロシアニン類およびそれらの誘導体が挙げられる。有益なポルフィリ ン類の具体例としてはオクタアルキルポルフィリン類、テトラフェニルポルフィ リン、テトラベンゾポルフィリンおよびそれらの置換された誘導体が挙げられる 。特に、フッ素化（部分的または全体）誘導体は光酸化に対し安定であるから有 益である。さらにまた、テトラベンゾポルフィリン（ｑ、−ＴＢｐ）のＺｎ（Ｉ Ｉ）錯体はＨｅ−Ｎｅレザーの波長において１０　’Ｍ”ｃｍ−’に近い消失係 数を宵することが見出されている。この化合物（ＺｎＴＢＰ）以外に他のメタロ （Ｉ（、−ＴＢＰ）の金属錯体だけでなく、フロオロー、クロロ−、ブロモ−、 アルキル−およびアリール（フェニル置換体）の誘導体は一重項酸素増感剤とし て使用できる魅力的な候補と考えられる。さらにテトラベンゾポルフィリン（ポ ルフィリン類がｔ−ブチル基で置換されているものおよびメソ−（テトラアリー ル）−テトラベンゾポルフィリン類は合成が容易で、好ましい溶解特性ををする 。ポルフィリンおよび特にこれらの金属錯体はそれ故に一重項酸素増感剤として 有益である。１２７０ｎｍルミネッセンス強度が酸素濃度の定量のために使用さ れると、測定される信号（即ち強度）は励起光源の吸収された強度の直接比例す ることになろう。それ故、励起光源の強度または増感剤系統による光吸収効率に おける変化量に対しては、例えば増感剤の漂白との関連において、測定信号を補 正することができるのが好ましい。これは次の基準を満足する増感剤を使用する ことによって達成することができる。

（１）　蛍光を有すること。

（２）その蛍光が１２７０ｎｍから十分に分離されること。

（３）蛍光収量を酸素から独立させるために十分短い寿命が蛍光が有すること。

上述した特性を有する増感剤を用いると、１２７０ｎｍルミネッセンスの測定と 同時に測定される増感剤の蛍光強度は１２７０ｒｖ＋ルミネッセンス信号を補正 することができる信号を与えることができる。

メタロポルフィリン類は＜３ｎｓ、の典型的な蛍光寿命を耳する。

その結果、これら化合物の蛍光収量は液体マトリックス中でさえも酸素と本質的 に独立している。Ｈ！ＴＰＰのフェニル基にブロム（Ｂｒ）を置換するとかなり 蛍光寿命を減少させるので、これら化合物はこの観点において有益なものである 。フリーベースのポルフィリン類（例えば、Ｈ，ＯＥＰ、Ｈ，ＴＰＰおよびＨ， ＴＦＰＰ）はｌＯ〜１５ｎｓ、の蛍光寿命を有する。液体マトリックス中では、 この化合物は酸素依存性の蛍光収量を有するであろうが、酸素透過性の低いマト リックス（例えば、ポリマー類）を使用することによって酸素による蛍光消失（ クエンティング）を減少させることになろう。それ故に、増感剤蛍光による強度 補正は酸素透過性の低いマトリックスを使用するときはすべての蛍光を発するポ ルフィリン類にとって可能なことである。

ポルフィリン関連化合物中で、ポルフィリン類の構造異性体である合成化合物、 即ちポルフィセン類（ｐｏｒｐｈｙｃｅｎｅｓ）が有用である。

この種の化合物はｒＥ、Ｖｏｇｅ１等著、（Ａｎｇｅｗ、Ｃｈｅｍ、　９８．１ ９８６．２６２頁）」に記載されており、光酸化に対して非常に安定であると報 告されている。

他のメタロポルフィリン類およびメタロフタロンアニン類（上述したＺｎＴＢＰ 以外）はＺｎ（ＩＩ）、Ｆｄ（Ｉ［）、ＰＬ（ＩＩ）、ＲＬＩ（Ｉ［）および０ ｓ（ＩＩ）から選ばれた金属錯体を含む。

他の可能性ある有益な増感剤はＲｕ（ＩＩ）、０ｓ（Ｉｔ）、Ｉｒ（Ｉｎ）およ びＲｈ（ＩＩＩ）のような遷移金属のｔｒｉｓα−ジイミン錯体であってＢａｃ 。

ｎおよびＤ　ｅｍａｓのＵＫ特許出願第２，１３２，３４８Ａに記載されている 。

ローズベンガル、エリスロシン（ｅｒｙｔｈｒｏｓ　ｉｎ）、エオシン（ｅｏｓ 　１ｎ）Ｓフルオレセイン（ｆ　１ｕｏｒｅｓｃｅｉｎ）およびメチレンブルー のような種々の染料もまた有用である。

多環式芳香族化合物、例えばピレン、ナフタレン、アントラセンまたはデカニレ ンまたはそれらの誘導体もまた可能な増感剤である。

上述したように、増感剤の増感している励起状態の寿命の減少は異なったメカニ ズムによって起きることができる。増感剤の増感している（活性化）励起状態の 寿命をエネルギー移動プロセス（発熱プロセスであるのが好ましい）によって中 間分子のクエンティングにより減少させることができる。この種のプロセスによ って増感している励起状態を失活させる消光剤の具体例は置換されたボリレン、 例えばテトラフェニルブタジェンが挙げられる。

上記中間分子消光（クエンティング）は電子移動プロセスをも含むことができ、 このプロセスは発熱的電子移動プロセスのが好ましい。

増感剤の増感している励起状態を酸化することができる電子アクセプターはキノ ン類（例えば、ベンゾキノンまたはジュロキノンまたは置換されたキノン類）で あって、好ましくはハロゲン置換キノン類である。電子移動プロセスによる中間 分子消光は、しかしながら、消光剤が増感剤の増感した励起状態を減少させるこ とのできる電子ドナーである場合でも起こる。上述したところから理解できるよ うに、増感剤とサンプルとの拡散接触は増感剤を分子状酸素を含むサンプル中に 添加し、この増感剤をサンプル中に溶解することによって達成することができる 。また、増感剤が埋め込まれたマトリックスとサンプルとを接触させることによ っても達成することができる。

望ましくは、サンプルと増感剤を含むマトリックス間に酸素透過性膜を挿入して もよい。生物学的オリジナルのサンプルの測定においては酸素以外の化合物の干 渉を避けるために膜分離は有益なものであって、また、血液酸素濃度のインビボ モニタリングのような流れているサンプルの酸素濃度を連続的に長い期間監視す るときにも有益である。

もちろん、増感剤自身がマトリックス中に埋め込む必要なく使用することができ る物理的／化学的特性を有するならば、そしてサンプル中に溶解させることなく 使用することができる特性を有するならば、これもまた本発明の範囲内に属する 。

上述したように、増感剤が埋め込まれているマトリックス中のＯＨ基の存在は避 けるのが好ましい。それはそれらＯＨ基が一重項酸素の寿命を減少させるのに非 常に効果的であるからである。上述したように、測定には一重項酸素の寿命が重 要であるので、ガイドラインとして問題のマトリックス中の一重項酸素の寿命を 用いて有益なマトリックスを選択するのがよい。

好ましくはマトリックスは有機溶媒またはポリマーからなる。適当な有機溶媒の 具体例としてベンゼン、トルエンキンレン等の芳香族溶媒および同等の化合物が 挙げられる。他の有益な溶媒の具体例として、アセトン、アセトニトリルおよび 例えばクロロベンゼン、ブロモベンゼンおよびヘキサブロモベンゼンのようなハ ロゲン化芳香族分子等のハロゲン化溶媒、メチレンクロライド、クロロホルム、 カーボンテトラクロライド、クロロフルオロカーボン類（例えば、ＣＦｌｌ、Ｃ Ｆ　ｔ　ｔ　３）およびテトラクロロエチレン等が挙げられる。

有益なポリマーの具体例としてポリビニルクロライド（ＰＶＣ）および可塑化ｐ ｖｃ、ポリカーボネート・シリコーンコポリマー類、シリコーンラバー類、ポリ マーメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦ Ｅ）、セルロースアセテート、ポリスチレンおよびポリウレタンが挙げられる。

有益なマトリックス成分として上述した具体例は、単なるガイドラインとしての ものであり、すべてを包含するものではない。

分析される酸素含有サンプルは生物学的オリジン、例えば血液のような液体サン プルであって、０または０よりわずか上方、即ち数ｉｘＨｇから数１００　ｘｘ Ｈｇ、即ち約８００　ｘｉＨｇ、好ましくは４００ｍｚ　Ｈｇまで、より好まし くは１５　ＯｘｎＨｇ、最も好ましくは１２「■Ｈｇまでの範囲の酸素分圧に対 応する生理学的レベルにある分子状酸素を有するものでか好ましい。従って、増 感剤／マトリックスの組み合わせはすべての生理学的範囲内で変化する酸素分圧 の測定を許すものが好ましい。この好ましい増感剤／マトリックスの組み合わせ は１０−２００１１１ｘＨｇ、好ましくは２０〜１２０ｘｘＨｇ、特に３０〜１ ２０ｘＲＨＨの範囲の［ｏｆ］１／２の範囲の値を示す組み合わせである。

この酸素含有サンプルは生理学的オリジンの酸素含有ガスであってもよく、これ は本発明方法を経皮的測定、経皮的酸素測定または呼吸ガスの測定に適用すると きに生ずる。

本発明によりサンプル中の分子状酸素の濃度を測定する好ましいシステムは、電 子の基底状態から励起された１ｂｇの状態（励起された一重項状態）までサンプ ルの酸素分子を励起するための手段、励起された酸素分子の１２７０ａｍルミネ ッセンス特性を測定する手段、およびこの１２．７０ａｍルミネッセンス特性と サンプル中の分子状酸素の濃度とを交換させる手段と含むことができる。好まし くは、電子の基底状態から励起された１ｂｇの状態（励起された一重積状＠）で サンプル中の酸素分子を励起させる手段は、電磁輻射線源（好ましく　ハＩ　２ ７　Ｏｒ＋ｍ以下、好ましくハ３００−１０００ａｍ範囲ノテある電磁輻射線で あるもの（と増感剤）マトリックス中に埋め込まれていてもよい）からなり、上 記増感剤はサンプルと拡散接触するように好ましくは１２７０＋＋ａ＋ルミネツ センス特性（励起された酸素分子）を測定する手段はディテクターであって、フ ィルターによって確保されていてよ＜、１２７０ａｍの波長においてルミネッセ ンス特性を測定することができ、かつまた増幅回路に接続されていてもよい。

＋２７０ａｍ特性とサンプル中の分子状酸素濃度とを相関させる手段は、適当な 信号データプロセッシング比較手段であって、電子コンバータまたはアンプとコ ンピュータまたはマイクロプロセッサ手段とを組み合わせたようなものからなる 。そして、相関を行うために標準のルミネッセンス／酸素濃度値を貯蔵するデー タ貯蔵手段を含む。この相関手段はまた単に標準曲線からなることもできる。

サンプル中の分子状酸素の濃度を測定する好ましい装置は増感剤を埋め込んだマ トリックスを備え、このマトリックスが増感剤の増感された電子状態を形成する 外部電磁複写線源からの複写線励起複写線を受けるように配置され、またテスト 中はサンプルが増感剤と拡散接触してサンプルの酸素分子が増感している電子状 態にあり、増感剤によって励起された一重項状態に励起されるようになる地域を 有し、さらに１２７０ａｍ測定手段に対し励起された一重項状態の酸素分子から 複写線を等価させる伝達路を備える。好ましくは増感剤が埋め込まれるマトリッ クスはガラスカバースリップのような支持体上に位置するのがよい。

このサンプルが増感剤と拡散接触状態にある地域は本発明にかかる装置の表面部 分または本発明にかかる装置によって区画されるサンプル収納室であってよい。

例えば、上記サンプル収納室は通常自動化分析機に見られるようなサンプル導入 手段および排出手段を備える容器であってよい。この収納室の他の形態が考えら れてよく、例えば、吸収性繊維、多孔質構造（マトリックスに隣接して配置して いる）であってもよいし、進退表面によって同程度に基底される構造的部分であ ってもよい。後者の形態は侵入的経皮的酸素測定に適用する装置を意図したもの である。

特に侵入式インビボ酸素測定との関連においては、テスト中のサンプルは増感剤 と拡散接触状態にある地域は装置の表面部分であるのが好ましい。

［図面の簡単な説明］ 本発明を添付図面を参照してさらに詳細に説明する。第１図は本発明にかかるシ ステムの全体を示す外面的な斜視図である。

第２ａ図は第１図のシステムのテストセルの第１具体例を示す斜視図である。

第２ｂ図はテストセルの第２具体例を示す斜視図である。

第３図は第２ａ図に示すセルと更に第１図の構成部分からなる測定ユニットの詳 細を示す斜視図である。

第４図は第３図の測定ユニットの一部を分解した状態を示す斜視図である。

増感剤と分子状酸素の特定の電子状態を示す外面図である。

第６図は一重項酸素の放出スペクトルの強度分布を示すグラフである。第７図は 式 の関係を示すグラフである。

第８図、第９図および第１０図は下記の実施例１ないし３に従って得られる結果 を示すグラフである。

図面の簡単な説明 第１図において、本発明にかかるシステムのテストベンチの具体例はその全体を 番号２０で示す。このシステム２０は以下の実施例工ないし３において使用され る。システム２０の本質的部分はレンズ・スペクトロフルオロホトメーター　Ｒ Ｆ５４０（島津製作所製、日本国京都在）である。このレンズＲＦ５４０は励起 部分と放出部分とサンプルコンパートメント部分とからなる。第１図において、 部材１〜５はレンズＲＦ５４０の励起部分の通常の部品である。また部材１０〜 １３はレンズＲＦ５４０の放出部分の通常の部品である。部材６〜９および１４ 〜１９は本発明のために提供されたもので、部材６〜９および１５〜Ｉ６ならび にＩ９はレンズＲＦ５４０のサンプルコンパートメント部分に配置されている。

このシステム２０を以下に詳述する。励起ソースｌは１５０Ｗのキセノンアーク を含み、励起ソースｌの楕円形ミラーによって拡張された光を放出する。この光 は凹面鏡２に至り、さらに第１スリットアフセンブリ−３のスリット３ａを通し て凹面回折格子４に至り、上記第１スリツトアツセンブリー３のスリット３ｂを 通して前方に進む。この第１スリツトアツセンブリー３と回折格子４はオフ−ブ レーン（ｏｆｆ−ｐｌａｎｅ）タイプのモノクロメータ−を構成する。このモノ クロメータ−から、上記光は一対の光収束レンズ５を通して通り、収束された光 は一対のフィルター６を通過し、この第１フイルターは２　ｍｍＫ　Ｇ５　（Ｓ 　ｃｈｏｔｔ）フィルターであって、光から赤外線を遮断する。また第２のフィ ルターは２　ｍｍＧ　Ｇ　３８５　（Ｓ　ｃｈｏｔｔ）であって紫外線を除外す る。このフィルター６から光はチョッパーディスク７を通る。

それに隣接して２つのスロットを設けた光学的スイッチ０ＰＢ８０４（ＴＲＷ　 Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社製、Ｔａｘａｓ、Ｕ、Ｓ　、Ａ、）８が配置されてい る。このスロットを設けられた光学スイッチは増幅回路１７の２つのインプット に接続される。上記チョッパーディスク７は電気モーター１９によって回転させ られる。上記増幅回路１７はスロットを設けたスイッチ８から電気信号を受ける 。この信号はスロットを設けたスイッチ８のスロットにチョッパーディスク７が 存在するかまたは存在しないことを示す。チョッパーディスク７および光ビーム に対してスロットを設けたスイッチ８を配置することにより、これら信号は光の ディスク７の通過および非通過を表わす。５ＵＰＲＡＳＩＬの蛍光セル（Ｈｅｌ 　１ｍａ）　９は酸素を含むサンプルを含み、チョッパー７を通った光によって 照射される。コントロールのために、蛍光セル９内に含まれるサンプルから放出 された光は上記レンズ５と同一のタイプの光収束レンズ１０を通される。その後 光は第２の放出スリットアッセンブリー１１のスリットｌｌａを通って凹面回折 格子１２に至り、また第２スリツトアツセンブリー１１のスリット１１ｂを通っ て凹面鏡１３に至り、レッド官能性ホトバルチプライヤ−１４（タイプＲ９２８ 、浜松・ホトミックスＫＫ、日本）によって上記信号は集められる。システム２ ０の部材ｌＯ〜１４はともに増感剤によって発生するルミネッセンスを測定する 目的を果たす光放出コントロールシステムを構成する。そしてこのルミネッセン スは増感剤の活性を制御するために使用される。サンプルの１２７０ｎｍルミネ ッセンスの測定のためには、蛍光セル９内のサンプルのルミネッセンスは干渉フ ィルター１５（タイプＢＰ−１２７０−０８Ｑ　−ｆ３　、　Ｓ　ｐｅｃｔｒｏ ｇｏｎ著製）を通る。このフィルターは１２６５ｎｍにおいて最大透過率（７３ ％）を有し、かつ８０ｎｍのフルワイド−アット−ハーフ−マキシム（ＰＷＨＭ ）を有する。この得られるルミネッセンスはＩｎＧａＡｓダイオード１６によっ て検出され、このダイオードはＦｕｊｉｔｓｕ　１３　Ｓ　Ｉ　ＷＸのタイプで あって、アルミニウム容器内に収納されている。このダイオ−トングナルは増幅 回路１７の第３インプツトに伝達される。この増幅回路はロックイン・増幅器（ １０ｍＶ／ｐＡ）を構成しており、ＩｎＧａＡｓダイオード１６から受ける測定 信号とスロットを設けたスイッチ８から受ける電気信号とを相関させ、照射され たサンプルのルミネッセンス信号と照射されないサンプルのルミネッセンス信号 との差の信号を得るようになっている。この信号（シグナル）レコーダタイプ（ ラジオメーターＲＥＣ８０タイプ）１８に伝達される。

第２ａ図は５ＵＰＲＡＳ　Ｉ　Ｌの蛍光セル９（第１図に示す）の詳細を示し、 このセルは測定される酸素含有サンプルを収納する。この蛍光セル９はＩイｅ１ １ｍａの標準蛍光セル（タイプ１０１９Ｓ＊、５×５ｍｍ）１０１　ＱＳ＊）の 修正形であって、標準セルは蛍光セル９の底部分２９を構成している。本発明の 目的のためには、この底部分２９には人口チューブと出口チューブ２５および２ ６が設けられている。

入口チューブ２５を通して、増感剤の溶液、すなわち消光剤（クエンチャ−」と 予備混合されることもある増感剤が適当なマトリックスに入れセル９の内部に、 底部分２９および少なくとも出口排出チ。

−ブ２６の一部分を満たすことができるに十分な量だけ供給される。

この入口および出口チューブ１５および２６はそれぞれ、ガラス線２７および２ ８によって封鎖されている。測定される分子状酸素を含むガスは増感剤を含む溶 液を通して入口チューブ２５からバブリングされる。他方、ガラス線２８はセル ９内の圧力が増加しないように除かれる。増感剤を含む溶液がガスによって飽和 されると、ガラスストッパー２８を出口チューブ２６に位置させ、続いてガラス トッパー２７を入口チューブ２５に位置させる。その後、このサンプル含有セル を照射させる。

第２ｂ図は第１図に示すテストベンチに対応するものとして使用できる他のテス トセルを示している。このテストセルは島津（株）によって製造された固体サン プルホルダー２０４−２６８３６−０１内に配置される。円筒状本体３０は内部 孔３１．３２をそれぞれ有し、この内部孔はそれぞれ入口チューブ３３および出 口チューブ３４に接続している。この円筒本体３０は外ねじ即ち雄ねじを有しか ユ　っＯ−リング３７を有する突出リング３６を備える。他方、固定リング３８ は内ねじ即ち雌ねじ３９を備え、上記リング３６の外ねじと適合するようのにな っている。プローブ３５はＩＨＦによりエツチングされた１９ｍｍ直径のマイク ロスコープ・グラススリップ（Ｃｈａｎｃｅ　Ｐｒｏｐｐｅｒ　Ｌｔｄ、　、社 製、Ｗｅｓｌｅｙ、　Ｅ　ｎｇｌａｎｄ）であって、その表面の一つにはマトリ ックス成分と増感剤の混合物が設けられており、上記円筒本体３０と固定リング ３８の間に配置し、固定リング３８の貫通孔４１を介してイルミネーションに付 するようになっている。この酸素含有サンプルは入口チューブ３３を通して通過 し、更に内側孔３１を通り、円筒本体３０の盲孔４０とプローブ３５によって規 定されるスペース収納され、サンプルとプローブ３５とが拡散接触するようにな っている。酸素含有サンプルの酸素含有量とマトリックスの酸素含有量とが平衡 になると、サンプルは内部孔３２および出口チューブ３４を通してテストセルか ら排出される。このプローブ３５を通過する酸素含有サンプルの流れは連続的で あってもまたは間欠的であってもよい。

第３図は第１図に示す測定ユニットを示すもので蛍光セルに９はＤＥＬＲＩ　Ｎ から製造されたブラックブロック５０の凹部５９内に受けられる。蛍光セル９内 に含まれるサンプルはブロック５ｏのチャンネル５１を通して照射され、このチ ャンネル５１は上記チョッパーディクス７によって覆われることになる。第３図 において、上述した部材８．１５．１６．１９は同様に示されている。上記ダイ オード１６によって得られる信号はマルチコアケーブル６ｏを通して増幅回路１ ７（図示せず）に伝達される。

第４図は第１図および第３図に示した測定ユニットを示し、この図面では１２７ ０ｎｍ官能性ダイオード１６が分解され、ダイオード部分１６ａとコンテナ部分 ＋６ｂが示されている。また蛍光セル９も取り出されている。ブラックブロック ５０の開ロア０を通して、サンプル中の増感剤の蛍光が放出される。第４図にお いて、上述した部材７．８．１５．１６、Ｉ９．６０はそれぞれ示されている。

第５図は増感剤と酸素分子の関連する電子状態の関係を示したもので、Ｓ、、Ｓ 、およびＳ、はそれぞれ基底状態、第１励起−重項状態および第２励起−重項状 態の増感剤の状態を示す。またＴ、およびＴ２は増感剤の第１励起王重項状態お よび第２励起三重項状態を示す。各電子状態間の放射性遷移は直線矢印で示され 、非放射性遷移は波矢印で示されている。酸素分子の電子基底状態および励起さ れた一重項状態は３Σｇおよび１△ｇで示される。

第６図の上方部分は酸素存在下における照射された増感剤含有マトリックスから 得られる典型的な１２７０ｎｍ放射（発光）スペクトロを示す。発光が測定され た波長はＸ軸におけるｎｍ値で表わされている。サンプルの発光強度（放射強度 ）はＹ軸に示されている。第６図の下方部分は酸素不存在下におけるマトリック スから得られるスペクトロを示す。以下本発明を実施例に基づいて更に詳細に説 明する。

すべての化学物質は特に言及しない限り更に精製することなく受け入れたまま使 用されている。

増感剤および消光剤 テトラフェニルポルフォリン（Ｈ２ＴＰＰ）、亜鉛−テトラフェニルポルフォリ ン（ＺｎＴＰＰ）、オクタアセチルポルフィリン（Ｈ，０ＥＰ）および亜鉛−オ クタエチルポルフィリン（ＺｎＯＥＰ）はポルフィリンプロダクツ（米国）から 供給された。

Ｆｌｕｋｅからのジュロキノンおよびベンゾキノンは昇華および再結晶により使 用前に精製された。テトラフェニルブタジェン（ＴＰＢ）はシンチレーションブ レイドであった。

マトリックス成分 トルエン（Ｕｖａｓｏｌ）はＭｅｒｃｋから供給された。ＢＲＥＯＮ　Ｓ　１１ Ｍ Ｏ／１０タイプのＰＶＣはＢＰ−Ｋｅｍｉから供給された。Ｌ、Ｒ。

３３２０タイプのポリカーボネートシリコーンはＧｅｒ＋ｅｒａｌ　Ｅｌｅｃｔ ｒｉｃから供給された。Ｄ　ｅｓｍｏｐａｎタイプのポリウレタン！′！Ｂ　ａ ｙｅｒ力Ｘら供給された。低粘度および中間粘度タイプのセルロースアセテート はＳ　ｅｒｖａから供給された。テトラヒドロフラン（Ｔ　ＨＦ　Ｘｐ、ａ、］ よＭｅｒｃｋから供給された。安定剤および他の不純物は塩基性アルミナを充填 したカラムを通してテトラヒドロフランを通過させることによって除去した。

酸素源 θり定される酸素は０２／　Ａ　ｒのガス混合物の形態（デンマークのＳｔｒａ ｎｄｍｏｌｌｅｎ　Ｉ　ｎｄｕｓｔｒｉｇａｓ　Ａ／　Ｓ社製）であった。酸素 の実際の濃度は一気圧におけるＯ３溶解度から測定された空気吹き込みサンプル の用語は周囲雰囲気の空気によって飽和されたサンプルを意味する。

方法 すべての実験は室温において行なわれた。溶液は和らげた光で調製された。そし てそれらは室温で暗室中で貯蔵された。実施例１１２および３において、調査す べきサンプルは５Ｘ５ｍｍＳＵＰＲＡＳＩ■、蛍光セル（Ｈｅｌｌｍａ）内に収 納された（第２ａ図参照）。

サンプル励起の原理および得られるルミネッセンスの検出は第１図に示すように して行った。

（実施例１） 一重項酸素の形成のための増感剤として亜鉛−オクタエチルポルフィリン（Ｚｎ ＯＥＰ）を使用する。

次の実験は一重項酸素形成のための増感剤としてＺｎ０ＥＰを利用し、適当な消 光剤によってＺｎ０ＥＰの増感している励起された励起状態の寿命の修正の可能 性について実験し、測定される酸素濃度範囲にわたって十分なサイズ変化が与え られる範囲内の寿命が（ライフタイム）が得られるようにした。

Ｉａ）ＺｎＯＥＰ ＺｎＯＥＰはトルエンに溶解し、２．３Ｘ１０−’Ｍ　Ｚｎ０ＥＰの溶液を得た 。この溶液を５ＵＰＲＡＳ　Ｉ　Ｌの蛍光セル（第２ａ図参照）に入れ、Ｏｔ　 ／　Ａ　ｒの異なる酸素濃度のガス混合物を第２ａ図に示すセルを通してバブリ ングし、このようにして、Ｚｎ０ＥＰ溶液をプｊスで飽和させる。＋２７０ｎｍ ルミネッセンスの励起および測定（よ第１図に示すようにして行った。使用する Ｏａ／Ａｒの酸素濃変心よ０％、１％、１０％、２０．９％（雰囲気の固有の酸 素濃度、０．ａ度）および１００％のそれぞれである。この＋２７０ｎｍルミネ ッセンス信号（ｐＡ中）変化する酸素濃度に対応し、第８図の上部曲線のよう（ こ示される。この曲線かられかるように１２７０ｎｍルミネッセンス信号は約１ ％０２に対応する酸素濃度において飽和され、非常に高し）酸素感度を示す。空 気吹き込みサンプル（２０，９％０２）ｈＡら得らＡする１２７０ｎｍのルミネ ッセンス信号は他の信号のマグニチュード力Ｘら期待されるものよりも低い。上 述したように、この減少はスーノクーオキドの形成のためであると思われる。

ｌｂ）　テトラフェニルブタジェンと混合されたＺｎ０ＥＰ上記Ｚｎ０ＥＰ溶液 の酸素感度を減少させ、そしてこの溶液を酸素の比較的高い濃度の測定に有効ダ ものとするために、増感してし）る（活性化）励起状態の寿命はテトラフェニル ブタジェンの添加（こよつて減少した。２．３Ｘ１０−’モルＺｎ０ＥＰ溶液は テトラフェニルブタジェンによって飽和され、テトラフェニルブタジェンによっ て半分飽和されたＺｎ０ＥＰ溶液を希釈して得る。テトラフェニルブタジェン含 有溶液はその後Ｏｔ　／　Ａ　ｒガス混合物（上述したと同一の酸素濃度）によ って飽和される。得られる１２７．Ｏｎｍルミネッセンス信号（ｐＡ）は第８図 の中間曲線のように示される。酸素感度は減少し、すなわちＩ　２７０　（ｎｍ ）のルミネッセンス信号は全体の濃度範囲内において酸素濃度の増加とともに増 加する。したがって、テトラフェニルブタジェンの添加によってＺｎ０ＥＰの一 重項酸素活性化励起状態の寿命を減少させる。また約０〜７６０　ｍｍＨｇ（０ 〜１００％）に対応の範囲において酸素濃度を測定するためにＺｎ０ＥＰ／テト ラフエニルブタジエン増感剤を使用することができる。

Ｉｃ）　ジュロキノンと混合したＺｎ０ＥＰＺｎＯＥＰの活性化励起状態のため の消光剤としてジュロキノンを使用する効果を調査した。ジュロキノンをＺｎ０ ＥＰ）ルエン溶液に添加して１．ｌＸ１０−’モルのジュロキノン全体濃度を得 た。

上述しｒ二Ｏ、／　、Ａ　ｒガス混合物を使用して、得られる＋２７０ｎｍルミ ネッセンス信号（ｐＡ中）は第８図の曲線カーブのように示される。

これより酸素感度は純粋なＺｎ０ＥＰ溶液に比してさらに減少し、またテトラフ ェニルブタジェンにより半分飽和されたＺｎ０ＥＰ溶液に比しても減少している ことがわかる。

結果として、Ｚ　ｎ　ＯＥ　Ｐ　／ジュロキノン増感剤は０〜７６０ｍｍＨｇ（ ０〜１００％０２に対応）の酸素濃度を測定するために使用することができる。

実際の感度はＺｎＴＰＰが増感剤として使用され、異なるジュロキノン濃度によ るクエンチングに付されｆこ実施例以下の実施例２ｂおよび２ｃに例示されるよ うにジュロキノン濃度に依存するであろう。

（実施例２） 一重項酸素の形成のための増感剤として亜鉛テトラフェニルポルフィリン（Ｚｎ ＴＰＰ）の使用。

２ａ）ＺｎＴＰＰ 実施例１の実験に対応するが、Ｚｎ０ＥＰの代わりにＺｎＴＰＰを使用した。３ ．４　Ｘ　Ｉ　Ｏ−’ＺｎＴＰＰのトルエン溶液を０２　／　Ａ　ｒガス混合物 （実施例１で述べた酸素濃度）に付した。得られる１２７０ｎｍルミネッセンス 信号は第９図の上部曲線を描いた。ここから、酸素感度は実施例１ａのＺｎ０Ｅ Ｐ溶液で得られる酸素感度よりも高く、すなわち最大ルミネッセンス信号は０． １％と低い酸素濃度において得られる。減少された１２７０ｎｍルミネッセンス 信号（空気吹き込みサンプル（２０９％０．）から得られる）は予想されるより も低く、実施例１ａのＺｎ０ＥＰと同様にこの比較的低い信号はスーパーオキシ ドの形成のためと思われる。

２ｂ）　１．９Ｘ１０−３モルジュロキノンと混合争たＺｎＴＰＰジュロキノン をＺｎＴＰＰ溶液に添加し１．９Ｘ１０−３モルジュロキノン最終層度を得る。

得られる溶液を０２　／　Ａ　ｒガス混合物（実施例１ａで述べた酸素濃度）に する。得られる＋２７０ｎｍルミネッセンス信号は第９図の中間曲線を描く。こ れから、酸素感度はジュロキノンの添加によって減少し、０〜７６０　ｍｍＨｇ （０〜１００％に対応）の酸素濃度を測定するに有用な溶液となることがわがる 。

２’ｃ）　９，６Ｘ１０−’モルジュロキノンとの混合したＺｎＴＰＰンユロキ ノンの濃度増加の効果を調査した。９．６ＸＩＯ−３モルのジュロキノンの最終 の濃度を有する溶液を調製し、該溶液を実施例１で述べた濃度の酸素濃度測定の ために使用した。得られる１２７０ｎｍルミネッセンス信号は第９図の下方曲線 を描いた。これから、ジュロキノン濃度の増加の効果は酸素感度を更に減少させ 、１２７０ｎｍルミネッセンス信号のマグニチュード（強度）をも減少させるこ とがわかる。従って、ＺｎＴＰＰ溶液中のジュロキノン濃度を変えるこ七によっ て、特定の測定目的に酸素感度範囲を調製することが−重積酸素の形成のための 増感剤としてテトラフェニルポルフィリン（Ｈ，ＴＰＰ）の使用 増感剤としてＨＩＴＰＰを使用して実施例１および２の実験と同様に実験を行っ た。５．４ＸＩＯ−’モルＨ，ＴＰＰのトルエン溶液をＯｔ　／　Ａ　ｒガス混 合物（酸素濃度は実施例１に述べたものとする）によって飽和した。実施例１ａ および２ａのＺｎ０ＥＰおよびＺｎＴＰＰ溶液において観測されるものと反対に 、空気吹き入れを行ったサンプルからのルミネッセンス信号には減少は観測され ない。上述したところに従うと、これはスーパーオキシドの形成が避けられてい ることを意味する。スーパーオキシドが形成されない技術は上述の理論的エネル ギー考察とよく一致する。それは三重積状態の酸化ボテンシャル（ＨＩＴＰＰ） は−０，４８Ｖｖｓ、Ｓ　ＣＥであって、マトリックス中の酸素の予測される還 元レインよりも高くなっているからである。１２７０ｎｍルミネッセンス信号は 第１Ｏ図の上部曲線として得られる。第１０図の上部曲線かられかるように酸素 感度は高い。

それは最大の１２７０ノナメーター（ｎｍ）のルミネッセンス信号が１％の酸素 濃度においてすでにほとんど得られているからである。

Ｈ，ＴＰＰトルエン溶液に１．０ＸＩＯ−’モル濃度のベンゾキノンを添加する ことにより、酸素感度を減少させることを試みた。第１Ｏ図の下方曲線から分か るように、この酸素感度の減少は得られなかった。ベンゾキノンの添加によって 得られるものは１２７０ノナメーター（ｎｍ）のルミネッセンス強度の減少で、 酸素感度には有意量の効果がない。

（実施例４） 適当な増感剤／マトリックスシステム 上述したように、マトリックスの酸素透過性および増感剤の活性化励起状態の寿 命は特定の分子状酸素の測定に関して一定の増感剤／マトリックスシステムの有 用性を決定する。

本実施例においては、＊リンコラ＊強度の変化（増感剤リン光において）は変化 する増感剤／マトリックスシステムの［０＝］１／１の値を確立するために使用 される。この［０，］、／２の値は最大ルミネッセンス収量（ψｍａχ）の５０ ％が得られるところにおける酸素濃度であり、かつまた増感剤の活性化励起状態 の５０％クエンチングが得られるところにおける酸素濃度でもある。結果として ［Ｏ７］濃度の値は結果として増感剤リン光の５０％クエンチングに至るＯ、値 はｐｄ（ＩＩ）−（すなわち増感剤の活性化励起状態のリンコラ）は１２７０ｎ ｍ−重積酸素ルミネッセンスの［０，］、／２の値に等しい。

増感剤とマトリックスの種々の組合わせが酸素クエンチングの効果に関して調査 され１こ。ポルフィリンのｐｄ（ＩＩ）およびＰｔ（ＩＩ）錯体は室温において 強いリン光を有するので選ばれた。パラジウムテトラフェニルポルフィリン（Ｐ ｄＴＰＰ）、プラチナテトラフェニルポルフィリン（ＰｔＴＰＰ）およびそれら のフッ素置換誘導体即ちパラジウム（■）テトラ（ペンタフルオロフェニル）ポ ルフィリン（ＰｄＴＦＰＰ）およびブラチナン（ＩＩ）−テトラ（ペンタフルオ ロフェニル）モルフィリン（ＰｔＴＦＰＰ）の酸素によるリン光りエンチングを 調査した。使用したマトリックスはＰＶＣ，）リカーボネート／シリコーン、ポ リウレタンおよびセルロースアセテート（上述したタイプ）であった。上記使用 したＰｄＴＰＰはＡ　１ｄｒｉｃｈから供給され、ＰｔＴＰＰはＥａｓｔｗｏｏ ｄ　ａｎｄ　Ｇｕｔｅｒｍａｎ著Ｊ　、Ｍｏ１．５ｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、３ ５　。

３５９−３７５（１９７０）に記載のようにして調製した。ＰｄＴＦＰＰは５ｐ ｅ１１ａｎｅ等著１ｎｏｒｇ、Ｃｈｅｍ、１９，３８６−３９１（１９８０）記 載のようにして調製した。ＰｔＴＦＰＰはＫａｈｉｌ等、ｉｎＷ。

８７１０００２３、ｏｐ、ｃｉｔに記載のようにして調製した。

マトリックス中の増感剤の濃度は各々の場合増感剤２ｉ９バーマトリツクスｌｏ ｏｇであった。マトリックス成分は問題の増感剤と混合し、得られる混合物１０ ０ｇを１０ｍＣの純粋テトラヒドロフラン（Ｌ　１ｃｈｒｏｓｏｌｖ”　、西ド イツのＭｅｒｋｅ　Ｄａｒｍｓｔａｄｔ、から供給ＸＴ　ＨＦ）中に溶解した。

この得られる溶液をＣｈａｎｃｅ　Ｐｒｏｐｐｅｒ　Ｌｔｄ、から供給されたフ ッ化水素でエツチングされた円形１９ｍｍ形のマイクロスコープクラスカバース リップの表面に取り付ける。このカバースリップは増感剤／マトリックスを担持 しており、プローブと言われる。このプローブを第２図すに示すテストセットア ツプに配置し、これを介して変化する酸素濃度の酸素含有流体（すなわち液およ びガス）を通した。このプローブは島津社製ＲＦ５４０のスベクトロフルオロフ ォトメーターによって励起させｆ二。このスペクトロフルオロメーターは実施例 １〜３において使用したものと同様である。

このホトメーターの光はＧＧ３８５のフィルターによってλｅＸの波長を除外し 、得られるリン光強度をλｅｍの波長において測定した。

問題のポルフィリンに対して使用された波長λｅｘ、λｅｍの各々は以下の第１ 表に特定されている。５０％リン光クエりチング［０，］、／。

に対応する周囲酸素濃度を第１表に示す。ただし、ポリカーボネート／シリコー ンおよびポリウレタンの信頼できる０２透過度は利用できないので、ＰｖＣおよ びセルロースアセテートの０．透過度のみが述べられている。

第　１　表 ５０％消光［０，］、／ｌにおける周囲酸素濃度ポリマー（バリア中のＯ２透過 度文献値）ＰｄＴＰＰ　５２５７００　−６１　−８　＜８　＜８ＰｔＴＰＰ　 ５１１　６６７　−３８　−２３　−３８Ｐ　ｄＴ　Ｆ　Ｐ　Ｐ　５５６　６７ ２　−３４　−８ＰｔＴＦＰＰ　５４２　６５２　−４６０　−３８　−３８　 −３８１バリアー１０−ＩｏｍＱ、ｃｓ　Ｔ　Ｐ）　・ｃｍ″／　ｓｅｃ−ａｍ ”　・ｃｍＨｇ。

γ−増感している（活性化）励起状態寿命ポリカーボネート／シリコーンおよび ＰＶＤ中のＰｄＴＰＰに対して得られるＦ３ｍｍＨｇおよび６１ｍｒｎＨｇの［ ｏｔ］＋／ｌｔの値は１　、５　ｍ＋ｎＨｇより小さいトルエン中のＰｄＴＰＰ の［ｏｔｌ＋／ｌと比較することができる。比較的低い酸素透過度のＰｖＣと比 較的高い酸素透過度のセルロースアセテートにおける実験の結果を比較すると、 比較的低い酸素透過度のマトリックス（ＰＶＣ）は最高の［０１］、／２の値と なり、一般にマトリックスの酸素透過度はある一定の増感剤のための酸素クエン チングの効果の重要なパラメーターであることがわかる。更に、第１表の結果か ら増感剤の活性化励起状態の寿命は重要で、即ち、より短い活性化励起状態の寿 命の増感剤（Ｐ　ｔＴ　Ｐ　ＰおよびＰｔＴＦＰＰ）は比較的高い［Ｏｔ］＋／ ２の値となるが、他方、比較的長い活性化励起状態の寿命の増感剤は比較的低い ［Ｏｄ、／ｌの値となる。

室温における（ψｅｔ）および（Ｈ２０ＥＰ）の活性化励起状態の寿命（三重状 態の寿命の場合）はモルフィリン類およびＺｎ（ＩＩ）錯体のポルフィリン類に は典型的である事実および第１表の結果１÷基づいて、上述の結果は一重項酸素 形成（ψｅｔ）の収量が約３８＋ｎｍＨｇの酸素濃度に対して０，５であるから オクタエヂルボルフィリン（Ｈ，０ＥＰ）、テトラフェニルポルフィリン（Ｈ， ＴＰＰ）、テトラ（ペンタフルオロフェニル）ポルフィリン（ＨｚＴ　Ｆ　Ｐ　 Ｐ　）、テトラベンゾポルフィリン（Ｈ，ＴＢＰ）およびアルキル並びにアリー ル置換テトラベンゾポルフィリン類、更にこれらのＺｎ（ＩＩ）錯体はＴ　Ｖ　 Ｃで構成されるマトリックスと組み合わせて使用すると有利であることがわかる 。

同様に臭素で置換されたテトラフェニルポルフィリン類およびその金属錯体は例 えばマトリックスとしてセルロース：アセテートを使用するとき有用であると期 待される。さらにまた、第１表の結果から従来方法のルミネッセンスクエンチン グ法にしたがって酸素濃度を測定する場合の使用における増感剤／マトリックス システムの選択のためのガイドラインとしても有用であることがわかる。

シス上にＰｄＴＰＰＰを適用した）。Ｓ　ｐｅｔ　１ａｎｅ等著のｏｐ、ｃｉｔ 、に記載されたように調製したＰｄＴＦＰＰ　１５ｇとＰＶＣＩ　９９．５ｊＩ ｇ（デンマークのＢＰ−ＫｅｍｉからのＢＲＥＯＮ）およびテトラヒドロフラン （西ドイツメルク社製のＬ　ｉ　ＣｈｒｏｓｏｌｖＴＭ）　１　、５　ｒｈＱの 溶液を回転するマイクロスコープグラスカバースリップ（直径＋　２＋ｕｎＳＣ ｈａｎｃｅ　Ｐｒｏｐｐｅｒ　Ｌｔｄ、から供給）上に乾燥溶液ＩＯマイクロリ ッターを滴下することによって取り付ける。回転スピードは１１０〜１２０回転 ／量に維持する。カバースリップ上への溶液添加後２時間以内に溶液を担持する このカバースリップをオーブン内に入れ、９０℃で４０分間加熱し、ＰＶＣ溶液 を硬化させる。得られる２７０層（ＰｄＴＰＰＰを含有）の厚みは約２ｍｍであ った。

−目　臣　’；１３　’Ａ　’９　：ｌ　口　二２０ｙｊ′Ｌ＠　％ 儂ｌ　％ 回父千％ 国際調査報告　９ｏ７．。７８８．。。、８゜ｌ″””””−”””””６′” 　ＰＣＴ／ＤＫ８８１０ＯＩ８＋

Claims (42)

【特許請求の範囲】
1. １．サンプル中の分子状酸素の濃度を測定するにあたり、サンプル中の酸素分子 を電子基底状態から励起された１Δｇの状態（励起された一重項状態）に励起し 、その励起された酸素分子の１２７０ｎｍルミネッセンス特性を測定し、測定さ れたルミネッセンス特性とサンプル中の分子状酸素の濃度とを相関させることを 特徴とする分子状酸素の酸素濃度の測定方法。
2. ２．上記１２７０ｎｍルミネッセンス特性が１２７０ｎｍルミネッセンス強度で ある請求項１記載の方法。
3. ３．酸素分子の励起を分子状酸素を電子基底状態から励起された一重項状態に励 起可能な励起された電子状態（活性化励起状態）を有する増感剤を使用して行い 、この増感剤を上記サンプルと拡散接触させる請求項１または２記載の方法。
4. ４．増感剤の励起された状態のエネルギーが０．９８ｅＶより高い請求項３記載 の方法。
5. ５．増感剤の励起された状態の酸化ポテンシャルが分子状酸素をスーパーオキド に変換できない増感剤を本質的に与える大きさである請求項３または４記載の方 法。
6. ６．増感剤の励起された状態の酸化ポテンシャルが−０．７Ｖ（ｖｓ．ＳＣＥ） より高い請求項５記載の方法。
7. ７．増感剤がマトリックス中に埋め込まれている請求項３〜６のいずれかに記載 の方法。
8. ８．増感剤およびそれが存在するマトリックスを増感剤の励起状態の寿命および マトリックスの酸素透過度を修正するように選び、それによって測定される酸素 濃度範囲にわたって十分なサイズ変化のルミネッセンス特性が得られるようにす る請求項３〜７のいずれかに記載の方法。
9. ９．増感剤およびそれが存在するマトリックスが測定される特定の最大周囲酸素 濃度に適合させ、最大５０・［Ｏ２］１／２のマトリックス酸素濃度、好ましく は２０・［Ｏ２］１／２の最大酸素濃度、最も好ましくは最大１０・［Ｏ２］１ ／２の酸素濃度がマトリックスと特定の最大周囲酸素濃度のサンプルとを接触さ せるときに得られるようにする請求項８記載の方法。
10. １０．上記増感剤が分子状酸素を電子の基底状態から励起された一重項状態に励 起可能な励起状態を有する増感剤と増感剤の励起状態の寿命を減少させるように 増感剤の励起状態を失活させることのできるクエンチャー（消光剤）からなり、 このクエンチャーが上記増感剤と拡散接触状態にあることを特徴とする請求項３ 〜９のいずれかに記載の方法。
11. １１．増感剤の励起された状態が電磁輻射線の吸収により増感剤の他の電子状態 から形成される請求項３〜１０のいずれかに記載の方法。
12. １２．上記電磁輻射線が１２７０ｎｍ以下、好ましくは３００〜１０００ｎｍの 範囲の波長である請求項１１記載の方法。
13. １３．増感剤がポルフィリンおよびメタルフリーのポルフィリン類、メタロポル フィリン、フタロシアニン類、メタロフロタシアニンおよびその誘導体であるよ うなポルフィリン関連化合物から選ばれる請求項３〜１２のいずれかに記載の方 法。
14. １４．増感剤がＺｎ（ＩＩ），Ｐｄ（ＩＩ），Ｐｔ（ＩＩ），Ｒｕ（ＩＩ）およ びＯｓ（ＩＩ）の錯体のような遷移金属錯体から選ばれる請求項１２記載の方法 。
15. １５．増感剤がＲｕ（ＩＩ），Ｏｓ（ＩＩ），Ｉｒ（ＩＩ）およびＲｈ（ＩＩＩ ）のような遷移金属のトリス−α−ジイミン−錯体から選ばれる請求項３〜１２ のいずれかに記載の方法。
16. １６．増感剤がローズベンガル、エリスロシン、エロシン、フルオレシンおよび メチレンブルーのような染料から選ばれる請求項３〜１２のいずれかに記載の方 法。
17. １７．増感剤がピレン、ナフタレン、アントラセンまたはデカシクレンまたはそ れらの誘導体のような多環式芳香族化合物である請求項３〜１２のいずれかに記 載の製法。
18. １８．増感剤の励起された励起状態の寿命が中間分子クエンチングによって減少 させる請求項１０記載の方法。
19. １９．分子間クエンチングがエネルギー移動プロセスで、好ましくは発熱性エネ ルギー移動プロセスである請求項１８記載の方法。
20. ２０．クエンチャーが置換されたポリエンである請求項１９記載の方法。
21. ２１．分子間クエンチングが電子移動プロセスで、好ましくは発熱的電子移動プ ロセスである請求項１８記載の方法。
22. ２２．クエンチャーが増感剤の励起状態を酸化可能な電子アクセプターである請 求項２１記載の方法。
23. ２３．請求項がベンゾキノンまたはジュロキノンのようなキノン類または置換さ れたキノン類、好ましくはハロゲン置換キノンである請求項２０記載の方法。
24. ２４．上記クエンチャーが増感剤の励起状態を減少させることのできる電子ドナ ーである請求項２２記載の方法。
25. ２５．増感剤の活性化励起状態が励起された三重項状態である請求項３〜２４の いずれかに記載の方法。
26. ２６．増感剤の活性化励起状態が励起された一重項状態である請求項３〜２４の いずれかに記載の方法。
27. ２７．増感剤が分子状酸素を含有するサンプル中に添加される請求項３〜２６の いずれかに記載の方法。
28. ２８．増感剤とサンプルとの拡散接触が増感剤を含むマトリックスと測定される 分子状酸素を含むサンプルとを分離する膜を介して行なわれる請求項３〜２５の いずれかに記載の方法。
29. ２９．マトリックスが有機溶媒またはポリマーである請求項７〜２８のいずれか に記載の方法。
30. ３０．増感剤が埋め込まれるマトリックスが励起された一重項酸素のルミネッセ ンス強度を最大にするためにＯＨ基を実質的に含まない請求項７〜２８のいずれ かに記載の方法。
31. ３１．分子状酸素が生物学的サンプル内に含まれ、その酸素濃度が数百ｍｍＨｇ 、即ち約８００ｍｍＨｇ、好ましくは４００ｍｍＨｇ、より好ましくは１５０ｍ ｍＨｇ、最も好ましくは１２０ｍｍＨｇまでの酸素分圧に対応する生理学的レベ ルに酸素濃度がある請求項１〜３０のいずれかに記載の方法。
32. ３２．サンプル中の酸素分子を電子の基底状態から励起された１Δｇの状態（励 起された一重項状態）に励起する手段と、励起された酸素分子の１２７０ｎｍル ミネッセンス特性を測定する手段と、この１２７０ｎｍルミネッセンス特性とサ ンプル中の分子状酸素の濃度とを相関させる手段とからなるサンプル中の分子状 酸素濃度の測定システム。
33. ３３．サンプル中の酸素分子を電子の基底状態から励起された１Δｇ状態（励起 された一重項状態に励起させる手段が電磁輻射線源である輻射線源とマトリック スに埋め込まれることもある増感剤とからなり、この増感剤が上記サンプルと拡 散接触状態にある請求項３２記載のシステム。
34. ３４．増感剤が上記請求項４〜１０または１３〜２６のいずれかに記載された増 感剤である請求項３３記載のシステム。
35. ３５．増感剤が請求項２９または３０のいずれかのマトリックスに埋め込まれて いる請求項３３または３４記載のシステム。
36. ３６．増感剤とそれが存在するマトリックスが増感剤の励起状態の寿命およびマ トリックスの酸素透過度を修正するように選ばれ、それによって測定される酸素 濃度にわたって十分な大きさの変化のルミネッセンス特性が得られるようになっ ている請求項３２記載のシステム。
37. ３７．増感剤とサンプルとの拡散接触が増感剤とサンプルとの界面または増感剤 を含むマトリックスと測定される分子状酸素を含むサンプルとを分離する膜を介 して行なわれるようになっている請求項３３記載のシステム。
38. ３８．電磁輻射線が１２７０ｎｍ以下、好ましくは３００〜１０００ｎｍの範囲 の波長である請求項３２〜３７のいずれかに記載のシステム。
39. ３９．励起された酸素分子の１２７０ｎｍルミネッセンス特性を測定する手段が フィルターでカバーされることあるディテクターからなり、かつ約１２７０ｎｍ の波長においてルミネッセンス特性を測定することができ、さらに選択的に増幅 回路に接続される請求項３２記載のシステム。
40. ４０．１２７０ｎｍルミネッセンス特性とサンプル中の分子状酸素の濃度を相関 させる手段が信号またはデータプロセスシング手段である請求項３２記載のシス テム。
41. ４１．増感剤が埋め込まれたマトリックスを備え、そのマトリックスがその増感 剤が外部電磁輻射線源からの励起輻射線を受けるように配置され、それによって 増感剤の活性化電子状態が形成されるようになっており、 テスト中のサンプルが増感剤と拡散接触するような地域を有し、その地域が活性 化電子状態の増感剤によってサンプル中の酸素分子が励起された一重項状態に励 起されるようになっており、１２７０ｎｍルミネッセンス測定手段に向かって励 起された一重項状態の酸素分子からの輻射線を伝達する伝達路を有することを特 徴とするサンプル中の分子状酸素の相関を行う装置。
42. ４２．増感剤が埋め込まれるマトリックスが支持体上に位置している請求項４１ 記載の装置。