JPH053546B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は乾式操作カリウムイオン選択性電極に
関する。 〔従来の技術〕 種々の疾患の診断及び治療ならびに健康状態の
予防的検査において、患者体内のある種のイオン
（たとえば、陽イオン）の濃度の監視がますます
重要になつてきている。中でもカリウムイオンに
は相当の注意を払う必要がある。血清中のカリウ
ムレベルが高いと筋感応性、呼吸機能及び心筋機
能に変化が起きることが知られている。逆にカリ
ウムレベルが低いと筋感応性及び心筋機能に興奮
性の変化が起きる可能性がある。従つて、血清中
カリウムの測定は、極端に高いまたは低い血清中
カリウムレベルが疑われる場合の重要な診断手段
となつている。 体液中イオン濃度の測定に有用なイオン選択性
電極の１つの型は、既知電位の半電池（参照電
極）と接触した参照溶液を含む電極本体（通常は
ガラスまたはプラスチツク容器）と電極本体の開
口部に配置されたイオン選択性膜とを有するもの
である。イオン選択性膜は、電極を未知溶液に浸
した時に参照溶液と未知溶液の両方に接触するよ
うに取り付けられている。金属プローブは、参照
溶液に不溶なその金属の塩で被覆されており、参
照溶液に浸された時に電極間電位を測定するため
の接点の１つとして作用し、電極に対する参照電
位を提供する。溶液中のイオンに対する電極の感
受性は膜の組成によつて決まる。この型の電極は
当業界において「バレル」電極と称される。 バレル電極中のイオン選択性膜はガラス、固体
難溶性塩またはポリマーから成ることができる。
ポリマー膜は一般に支持マトリツクスとして、イ
オン選択性キヤリヤーのキヤリヤー溶媒中溶液を
含浸させたポリマー結合剤または支持体を含んで
なる。イオン選択性キヤリヤーは連続的に目的の
イオンと複合体をつくり、膜−溶液界面を横切つ
てイオンを輸送し、そして複合体を壊してイオン
を遊離することのできる化合物である。この化合
物は当業界では「イオノフオア」または「イオン
キヤリヤー」とも称される。この型の膜は、キヤ
リヤー、溶媒及びマトリツクスに応じて、特定の
イオン溶液中に存在する可能性のある他のイオン
よりも優先して検出するのに使用できる。 イオン選択性膜に有用なキヤリヤー溶媒はいく
つかの特性を示すものでなければならない。キヤ
リヤー溶媒は膜内で適当なイオン移動度を生じさ
せ、支持マトリツクスと混和性であり且つ充分に
親水性であつて水溶液によつて速やかに湿潤し得
ると同時に水不溶性であつてその水溶液中に浸出
することのないものでなければならない。理想的
には、キヤリヤー溶媒はまた、支持マトリツクス
を可塑化し、実質的に不揮発性であつて保存寿命
を延長できるものである必要がある。 イオン選択性電極技術における重要な進歩は米
国特許第4214968号〔1980年７月29日にバツタグ
リア（Battaglia）らに対して発行〕に記載され
た乾式電極である。この乾式イオン選択性電極が
発見される前は、電極は水溶液中で貯蔵するか、
イオン活動度測定操作に使用する直前に水溶液で
処理しなければならなかつた。「乾式」なる用語
は、試験水溶液のイオン濃度と相関するイオン活
動度の再現性ある電位差測定を可能にし、しかも
湿潤貯蔵または使用前の試験準備の必要のないイ
オン選択性電極に用いられる。 バツタグリアらの実施例中に開示された特定の
イオン選択性電極の１つはバリノマイシンをカリ
ウム選択性キヤリヤーとし、これを種々の溶媒型
化合物に溶解させたカリウムイオン選択性電極で
ある。有用な溶媒としては、フタル酸エステル、
セバシン酸エステル、芳香族及び脂肪族エーテ
ル、燐酸エステル、混合芳香族脂肪族燐酸エステ
ル、アジピン酸エステルならびにこれらの混合物
が挙げられる。バリノマイシンをイオノフオアと
するカリウム選択性電極において特に好ましいキ
ヤリヤー溶媒として開示されているのはブロモフ
エニルフエニルエーテル及びある種のトリメリト
酸エステルである。 乾式イオン選択性電極はまた、1982年１月29日
に刊行された富士の日本特許公報57−17851号及
び57−17852号にも記載されている。各公報の実
施例１において、バリノマイシン、ポリ塩化ビニ
ル及びキヤリヤー溶媒としてフタル酸ジオクチル
を含むK⁺選択性電極が記載されている。しかし
ながら、このフタル酸エステルをキヤリヤー溶媒
として用いて製造した電極はあるいは使用条件下
ではカリウムイオン測定精度が低いことが観察さ
れている。 さらに、バツタグリアらの特許の開示に従い、
この特許に教示された好ましいキヤリヤー溶媒を
用いて製造したカリウムイオン選択性組成物及び
この組成物を含む電極もまた、ある使用条件下で
はカリウムイオン測定精度が望ましくないほど低
いことが判明した。また、このような組成物及び
電極は周囲温度の変動に敏感で分析結果の精度を
悪化させることが多いことも観察されている。こ
の低い精度は貯蔵期間が長くなるとますます悪化
する。 さらに、公知の乾式カリウムイオン選択性電極
がしばしば不斉電位を示すことも観察されてい
る。イオン選択性膜の不斉電位はその横断面の均
一性に関係する、操作において規定されるパラメ
ーターである。これは、膜の両面を同一試験サン
プルに暴露した時に膜を横切つて発生する電位で
ある。この電位がゼロでない場合、膜はその両面
間に組成の違いを有する、すなわち、不斉であ
る。 不斉は膜の動力学的状態を反映するので、電位
の経時的変化がしばしば観測される。電位変化が
イオン測定の間にほとんど見られないほど遅い速
度で起きる場合には、不斉はイオン測定計算結果
において補正できる。こういう状況は一般にイオ
ン選択性ガラス膜の場合に見られる。しかしなが
ら、不斉電位変化がイオン測定の間に見られるほ
ど速い場合には、精度は不利な影響を受ける。こ
の問題は液体キヤリヤー溶液を含む膜を有するカ
リウムイオン選択性電極においてしばしば見られ
る。 いくつかのカリウム電極においては、不斉電位
の大きな変化が全てイオン測定に使用する前に起
こつてしまえるように、イオン選択性組成物を状
態調整溶液中に数時間（18時間またはそれ以上）
浸漬することによつて不斉を軽減できる場合もあ
る。しかしながら、乾式イオン選択性電極は湿潤
貯蔵または状態調整によつて望ましくない影響を
受けると考えられるので、このような状態調整期
間は乾式イオン選択性電極の場合には不可能であ
る。 〔発明の目的〕 従つて、本発明の目的は、公知の組成物より正
確で、温度変動に対して過敏でなく且つ不斉電位
が小さい、改良されたカリウムイオン選択性電極
を提供することにある。 〔発明の構成〕 本発明に従えば、(a)塩及び親水性ポリマー結合
剤をそれらの溶媒に溶解させた溶液の乾燥残留物
からなる乾燥内部参照要素並びに (b)分析すべきサンプルと物理的に接触させるた
めの領域において均一な厚さを有する疎水性イオ
ン選択性膜を含んでなる、前記参照要素と物理的
に接触する、乾式カリウムイオン性電極であつ
て、前記イオン選択性膜がフタル酸ジイソデシ
ル、セバシン酸ビス（２−エチルヘキシル）又は
アジピン酸ジイソデシルに溶解させたバリノマイ
シンを分布させた疎水性ポリマー結合剤を含んで
なる乾式操作カリウムイオン選択性電極が提供さ
れる。 〔発明の効果〕 前記イオン選択性組成物は試料中のカリウムイ
オンに対して他の陽イオンより高い選択性を示す
と同時に、意外にも、カリウムイオン測定におけ
る精度が改良され、しかも周囲温度の変動に対す
る感受性が低い。さらに、これらの組成物は長期
間にわたつて改良された特性を示すため、保存寿
命が長い。 これらの組成物に認められる別の意外な利点は
不斉膜を形成する傾向が低いことである。この特
性が分析精度を更に改良する。 発明の作用 本発明に有用なカリウムイオン選択性組成物は
カリウムキヤリヤーとしてバリノマイシンを含
む。バリノマイシンは、たとえばカリフオルニア
州ラジヨラ（La Jolla）のカルバイオケム
（Calbiochem）を含む多数の入手源から商業的に
入手できる。 バリノマイシンは、以下に詳述する１種または
それ以上の特殊な有機キヤリヤー溶媒によつて溶
媒和される。組成物のマトリツクスもイオノフオ
アを溶媒和することができるが、別のキヤリヤー
溶媒も組成物中に含ませる。このようなマトリツ
クスは、キヤリヤー溶媒中のバリノマイシンに結
合したカリウムイオンの輸送が可能なものでなけ
ればならない。たとえば、多孔質ガラス支持体を
マトリツクスとして使用できる。その実施態様に
おいては、バリノマイシンはキヤリヤー溶媒中に
溶解させ、得られた溶液を多孔質ガラスマトリツ
クス中に吸収させてイオン選択性膜を形成する。
他の好ましい実施態様においては、バリノマイシ
ンの溶液を疎水性結合剤、たとえば、疎水性ポリ
マー結合剤のマトリツクス中に分散させる。「疎
水性」とは実質的に水不溶性であることを意味す
る。この結合剤分散液を塗布し、乾燥させて、本
発明に有用なカリウム選択性膜を形成する。 本発明の実施に有用なキヤリヤー溶媒は、前述
の如く、フタル酸ジイソデシル、セバシン酸ビス
（２−エチルヘキシル）及びアジピン酸ジイソデ
シルの中から選ばれたジカルボン酸ジエステルで
ある。 特に好ましい組成物はバリノマイシンとキヤリ
ヤー溶媒としてフタル酸ジイソデシルを含む。 これらのキヤリヤー溶媒は全て市販されてい
る。たとえば、フタル酸ジイソデシルはニユーヨ
ーク州バツフアロー（Buffalo）のアツシユラン
ド・ケミカル社（Ashland Chemical，Co.）か
ら入手可能である。 膜組成物は、支持マトリツクスとして作用する
１種またはそれ以上の結合剤中にキヤリヤー溶媒
とバリノマイシンを混合することによつて形成で
きる。有用な結合剤としては、バリノマイシン及
びキヤリヤー溶媒と一緒になつて膜界面を横ぎる
イオン移動度を生じさせるのに充分な透過性を有
する薄いフイルムを形成し得る天然または合成の
疎水性ポリマーが挙げられる。有用なポリマーと
しては次のものが挙げられる：(1)ポリ塩化ビニ
ル、(2)ポリ塩化ビニリデン、(3)ポリアクリロニト
リル、(4)ポリウレタン類、特に芳香族ポリウレタ
ン類、(5)塩化ビニルと塩化ビニリデンとのコポリ
マー、(6)ポリビニルブチラール、(7)ポリビニルホ
ルマール、(8)ポリ酢酸ビニル、(9)酢酸ビニルと塩
化ビニルとのコポリマー、(10)シリコーンエラスト
マー類、ならびに(11)ビニルアルコール、セルロー
スエステル及びポリカルボネートのコポリマー
類。他の有用なポリマーとしては、ポリ塩化ビニ
ルのカルボキシル化ポリマーならびにこれらの混
合物及びコポリマーが挙げられる。好ましい結合
剤はポリ（塩化ビニル−コ−酢酸ビニル）（重量
比90：10）である。１種またはそれ以上の結合
剤、バリノマイシン及び１種またはそれ以上の前
述のキヤリヤー溶媒を含む膜は、従来のフイルム
塗布または流延法を用いて製造する。 膜は、所望のフイルム特性を有するように、ガ
ラス転移温度Tgが約−50℃より高いことが好ま
しい。Tgは、適当な任意の簡便な方法で測定で
きる。たとえば、このような方法の１つは、テク
ニツクス・アンド・メソズ・オブ・ポリマー・エ
バリユーシヨン（Techniques and Methods of
Polymer Evalution）、第２巻、マーセル・デツ
カー社（Marcel Dekker，Inc.）、ニユーヨーク、
1970年に記載されているような差動走査熱量法で
ある。好ましくは、膜は約−50〜約−20℃のTg
を有する。 膜は前記成分を広範囲の濃度または量で含む。
バリノマイシンの所要量は使用するキヤリヤー溶
媒及び他の因子によつて決まる。好ましい膜は疎
水性結合剤中にキヤリヤー溶媒とバリノマイシン
が分散されているものである。これらの膜におい
ては、バリノマイシンの所要量は約0.1g／m²〜
2.0g／m²が有用であり、約0.2g／m²〜0.8g／m²が
好ましい。 キヤリヤー溶媒はバリノマイシンを溶媒和させ
るのに充分な量で存在する。従つて、キヤリヤー
溶媒の量は選ばれる溶媒の種類に応じて変化す
る。一般に、種々の貯蔵条件下において溶媒和が
保たれるように溶媒はバリノマイシンをちようど
溶媒和するのに必要な量よりも多量に用いる。重
量に基づき100〜500％過剰が有用である。通常、
キヤリヤー溶媒の所要量は約約２ｇ／m²〜24g／
m²、好ましくは約5g／m²〜約20g／m²であろう。 存在する疎水性ポリマーマトリツクスの量は、
所望の膜厚さとバリノマイシン−溶媒分散液を支
持する必要性の程度によつて決まる。膜は一般に
約2μm〜約20μmの厚さを有する。ポリマー所要
量は通常は約２〜24g／m²、好ましくは約３〜約
12g／m²である。 前述の膜組成物は、マトリツクス、バリノマイ
シン及びキヤリヤー溶媒の他の場合によつては界
面活性剤及び可塑剤のような他の成分を当業者に
公知の量で含む。 前述の通り、界面活性剤は前記膜の有用な成分
である。界面活性剤は膜組成物の被覆性
（coatability）の改良及びマトリツクスまたはキ
ヤリヤーによるバリノマイシンの溶媒和の改良を
含む種々の機能を果たす。有用な界面活性剤とし
てはアルキルアリールポリエーテルアルコールの
ような非イオン性界面活性剤、たとえば、(1)ロー
ム・アンド・ハース社（Rohm and Haas Co.）
から入手可能なトリトン^TM類（Tritons^TM）、(2)オ
リン・マチーソン社（Olin Mathieson Corp.）
から入手可能な（ｐ−イソノニルフエノキシ）−
ポリグリシドール〔サーフアクタント10G^TM
（Surfactant 10G^TM）、(3)アトラス・ケミカル・
インダストリーズ（Atlas Chemical Industries）
から入手可能なポリオキシエチレン(20)オレイルエ
ーテル〔ブリジ98^TM（Brij98^TM）〕、ポリオキシエ
チレンソルビタンモノラウレート〔トウイーン
20^TM（Tween 20^TM）〕及びスパン80^TM
（Span80^TM）、(4)ダウ・コーニング（Dow
Corning）から入手可能なポリ（ジメチル−コメ
チルフエニルシロキサン）（DC−510^TM）、(5)E.I.
デユポン（E.I.Dupont）から入手可能なゾニル
FSN^TM（Zonyl FSN^TM）、ならびに3M社
（3MCo.）から入手可能なフルオロケミカル界面
活性剤FC134^TMが挙げられる。界面活性剤は代表
的には0.03g／m²〜0.15g／m²で存在する。 前記膜は、たとえば、1982年１月29日に刊行さ
れた前述の日本特許公報第57−17851号及び第57
−17852号公報に記載された乾燥イオン選択性電
極を含む種々の乾式電極構造に有用である。 特に好ましい一実施態様において、前記膜は前
述の米国特許第4214968号に記載された乾式イオ
ン選択性電極に用いられる。この実施態様におい
ては、 (a) 塩及び親水性ポリマー結合剤をそれらに対す
る溶媒に溶解させた溶液の乾燥残渣を含んでな
る乾燥内部参照要素、ならびに (b) この参照要素と物理的に接触して、分析サン
プルと物理的に接触させるための領域中に、前
記ジエステルキヤリヤー溶媒中に溶解したバリ
ノマイシンが疎水性結合剤中に分布している所
定の均一厚さの疎水性イオン選択性膜 を含んでなる乾式イオン選択性電極が提供され
る。本発明のこの実施態様において、電極は米国
特許第4214968号（前述）に記載された方法及び
成分を用いて製造する。本明細書中で用いた用語
「乾式」、「乾燥」及び「均一」はこの特許中で定
義された意味を持つ。乾燥内部参照要素中への親
水性結合剤の使用は任意であるが好ましい。 本発明の組成物を用いる電極は、水溶液、たと
えば、全血、細胞内液、血清及び尿のような生物
学的液体中のカリウム濃度の測定に使用できる。
一般に、分析すべき溶液の一部分を、カリウムイ
オン濃度に関する電位差測定をすることのできる
前述のイオン選択性電極と接触させる。次いで、
水溶液の一部分と参照電極との間の電位差を測定
する。このような電極のカリウムイオン選択性膜
上にピペツトまたはその他の適当な手段で水溶液
１滴をスポツトするのが好ましいが、電極と水溶
液とを接触させる他の方法も認められる。 〔実施例〕 以下の実施例を、本発明の実施を説明するため
に記載する。 これらの実施例中で用いた乾式電極は前に引用
したバツタグリアらの特許に記載された型のもの
であつて、この特許に記載された方法によつて製
造した。一般に、各電極は次の配列順で層を有す
るポリエステル支持体を含んでなるものであつ
た：(1)銀／塩化銀参照電極、(2)ゼラチン、KCl、
グリセロール及びオリン・サーフアクタント
10G^TM（Olin Surfactant 10G^TM）を含んでなる電
解質層、ならびに(3)膜層。 膜層は支持マトリツクスとしてポリ（塩化ビニ
ル−コ−酢酸ビニル）（重量比90：10）、前述のキ
ヤリヤー溶媒、バリノマイシン及び界面活性剤
DC−510^TMを含んでいた。 例 １ フタル酸ジイソデシルをキヤリヤー溶媒とする
精度の改良されたカリウムイオン選択性電極 この例は、前述の米国特許第4214968号（バツ
タグリアら）に記載された従来の乾式カリウムイ
オン選択性電極の状態に比べて本発明の乾式カリ
ウムイオン選択性電極の改良された精度を説明す
る例である。 電極は第表中に示した試料のアリコート10μ
をスポツトすることによつて試験し、電位は標
準対照生理的塩溶液10μをスポツトした、同一
カリウム電極から成る参照電極に対して測定し
た。電位は、ニユーヨーク州ロチエスター
（Rochester）のイーストマン・コダツク社
（Eastman Kodak Co.）から入手可能なエクタ
ケム^TMＥ−400（EKTACHEM^TMＥ−400）臨床分
析器を用いて評価した。電位は各試料に対して数
個の電極について測定し、ミリボルト表示の標準
偏差を求めた。 試験１及び２において試験した試料は２種の血
清基材較正物質と混合血清から得られる「血清」
試料、ならびに水中0.1MKC及びポリビニルピ
ロリドン（5g／）の溶液から得られる「生理
的塩溶液」試料であつた。27回の「血清」反復試
験と９回の「生理的塩溶液」反復試験を行なつ
た。試験３及び４においては150個の「血清」反
復試験試料を３種の血清対照液から得た。各試験
において、２種の異なる周囲温度（20℃及び
30℃）においてエクタケム^TM分析器から得られた
K⁺濃度データを用いてmV電位を計算し、標準
偏差（σmV）を求めた。各試験における参照液
体はポリビニルピロリドン5g／、Na⁺140mM、
K⁺4.5mM、Cl^-108mM及びHCO₃ ^-25mMを含み、
蛋白質を含まないPH９の生理的塩溶液であつた。 得られたデータを第表に示す。σmV値が小
さいほど電極のK⁺測定精度は高い。従来の電極
の状態はキヤリヤー溶媒としてトリメリト酸トリ
イソデシル（粘度360cps；５mmHgにおける沸点
170℃より高）を用いて作つた。本発明の電極は
キヤリヤー溶媒としてフタル酸ジイソデシルを用
いて作製した。

【表】 これらのデータからわかるように、本発明の電
極は従来の電極の状態よりも分析結果の精度が改
良されている。この改良は特に比較的高い周囲温
度において顕著である。 例 ２ 不斉電位の低いカリウムイオン選択性電極 これは、従来のカリウムイオン選択性電極の状
態と比較して、本発明に従つて製造したカリウム
イオン選択性膜によつて示される低下した不斉電
位を説明する例である。 例１に記載した手法に従つて２種の乾式イオン
選択性電極（対照及び本発明）を製造した。電極
製造後、各電極から各膜をはがし、これをプレキ
シグラス濃淡電池の中央において、電池の２つの
40ml区分室の間に隔壁を形成するように支持し
た。各区分室中に測定電極として使用するために
陽極酸化Ag／AgCl線を入れた。電極を湿らせる
が膜は湿らさないように各電池区分室の底部に例
１に記載した生理的塩溶液約10mlを入れた。添加
の３分後、生理的塩溶液をさらに30ml、各区分室
に加え、電極について不斉電位を測定した。生理
的塩溶液は22℃または32℃であつた。新しい膜片
を各試験に用いた。得られたデータを第１図に示
したようなグラフ型でプロツトした。理想的に
は、不斉電位はできる限りゼロに近いことが望ま
しい。この図は、不斉電位の絶対値が従来の膜の
状態に比べて本発明の膜においてかなり小さいこ
とを示している。さらに、比較的高い周用温度
（32℃）によつて引き起こされる不斉電位の変化
は、従来の膜の状態よりも本発明の膜の方が小さ
い。 例 ３ 温度安定性の改良されたカリウムイオン選択性
電極 これは、従来のカリウムイオン選択性電極の状
態と比較して、本発明のカリウムイオン選択性電
極によつて示される改良された温度安定性を説明
する例である。 本発明の電極にキヤリヤー溶媒としてフタル酸
ジイソデシル16g／m²を含ませ且つ対照電極にト
リメリト酸トリイソデシル12g／m²を含ませた以
外は例１と同様な手法で２種の電極（対照及び本
発明）を製造した。 電極を、常用の促進保存条件下において種々の
保存または貯蔵温度（24℃、38℃、45℃、52℃及
び60℃）に暴露し、試験するまで凍結させた。試
料源として市販の混合ウシ血清を用いて温度70
℃、相対温度50％において各電極をK⁺濃度につ
いて試験した。これらの試験の結果を第２図に示
す。第２図のデータは、本発明の電極によつて示
される温度安定性が全保存温度において従来の電
極の状態よりも改良されていることを示してい
る。本発明の電極は５日間までの貯蔵後にはK⁺
測定においてほとんど変化を示さないが、従来の
電極の状態はかなりの変化を示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の組成物を用いて製造した膜
及び従来の膜の状態に関する不斉電位（mV）対
時間（秒）のプロツトを示すグラフ図であり、第
２図は、本発明の組成物を用いる電極及び従来の
電極の状態に関する、種々の保存温度におけるカ
リウムイオン濃度（mV）対時間（日数）のプロ
ツトを示すグラフ図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (a) 塩及び親水性ポリマー結合剤をそれらの
   溶媒に溶解させた溶液の乾燥残留物からなる乾
   燥内部参照要素並びに (b) 分析すべきサンプルと物理的に接触させるた
   めの領域において均一な厚さを有する疎水性イ
   オン選択性膜を含んでなる、前記参照要素と物
   理的に接触する、乾式カリウムイオン性電極で
   あつて、前記イオン選択性膜がフタル酸ジイソ
   デシル、セバシン酸ビス（２−エチルヘキシ
   ル）又はアジピン酸ジイソデシルに溶解させた
   バリノマイシンを分布させた疎水性ポリマー結
   合剤を含んでなる乾式操作カリウムイオン選択
   性電極。