JPH068797B2 - 改良ナトリウムイオン選択性電極及びその使用方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、臨床化学に関し、更に詳しくは水性液体、例
えば、生物学的液体中のナトリウムイオンを測定するた
めの改良乾式操作ナトリウムイオン選択性電極及びその
使用方法に関する。

〔従来の技術〕

予防健康管理並びに種々の病気の診断及び治療に於て、
患者の体内のある種のイオン（例えば、カチオン）の濃
度を監視することが重要である。心臓病、腎臓病及び高
血圧症の診断及び治療に於て非常に注意するに値する一
つのイオンは、ナトリウムイオンである。

液体中のイオンの濃度を測定するために有用な電極の一
つの形は、ある形の参照電極とイオン選択性膜とから一
般に成る。参照電極は、分析の間検出し得る電位を与え
るために寄与する半電池(half cell)である。イオン選
択性膜は、ガラス又はポリマーバインダー物質から作る
ことができ、イオン選択性キャリアー及び該キャリアー
のための溶剤が含浸されている。イオン選択性キャリア
ーはイオンフォアー(ionophore)としても知られてお
り、所望のイオン（例えば、ナトリウム）を継続的に錯
体化でき、膜界面を越えてイオンを移送できる化合物で
ある。

この技術における重要な進歩は、米国特許第4,214,968
号に記載されている乾式操作電極である。この特許に記
載されている電極は、使用する前に湿潤貯蔵又は予備調
節する必要なく、イオン活性の繰り返し電位差的測定を
与える有利性を有している。この特許には、親水性バイ
ンダー中に分散した固体塩から成る乾燥電解質層を有す
る電極が記載されている。この電解質層は、また、当業
界に於て参照層として知られている。

〔解決すべき問題点〕

米国特許第4,214,968号に記載されているような乾式操
作ナトリウムイオン選択性電極は、相当期間商業的に利
用されている。これは当業界で高度に信頼でき重要な診
断具であるけれども、均一な分析結果を示すスライドを
効率的に製造することは困難であった。一般に、この様
なスライドは広い連続ウェブで製造され、個々のスライ
ド用に適当な幅を有するストリップに切断される。ウェ
ブ中のあらゆる場所からランダムに選択された個々のス
ライド間のナトリウム測定における均質性が、有効に機
能する商業的製品のために必要である。しかしながら、
この様な均質性は常に相当な廃棄品なしには達成されな
い。ウェブの個々のスライド間の均質性を達成できない
理由はわかっていない。この問題のために、かなりの廃
棄製品が発生し、経済的コストを上昇させている。

〔問題点を解決する手段〕

上記の問題点は、水溶性有機ジカルボン酸又はその塩で
pH４〜８に緩衝された乾燥参照層（ｂ）と接触している
乾燥参照電極（ａ）を含んで成り、前記参照層（ｂ）が
ナトリウムイオン選択性膜組成物（ｃ）の片面と接触し
ている、乾式操作ナトリウムイオン選択性電極によって
克服された。

本発明は、また、 Ａ．上記乾式操作ナトリウムイオン選択性電極の膜とナ
トリウムイオンを含有していると思われる液体試料を接
触させる工程、 Ｂ．前記電極を第２の参照電極と接続する工程、及び、 Ｃ．前記両電極と接触するナトリウムイオンによって発
生する電位を検出比較する工程、 を含んで成る水性液体中のナトリウムイオンを電位差的
に測定する方法を提供する。

〔実施態様〕

一般的に言えば、本発明に係る電極は米国特許第4,214,
968号に詳細に記載されている成分及び方法を使用して
製造される。電極の詳細については殆んどこの特許に開
示されているので、本明細書の開示は電極成分の概要に
とどめる。本明細書で使用される、用語「乾式操作」及
び「乾燥した」は、米国特許第4,214,968号に定義され
た意味を有する。

本発明に係る電極はまた、日本特許公報５７(1982)−01
7851号及び同57(1982)−017852号の教示に従って組み立
てることができる。

本発明の電極及び装置は、排水、冷却水、地下水または
食品及び醸造製造用液体を含む水性液体中のナトリウム
イオンの濃度を測定するために使用することができる。
これらは生物学的液体、例えば血清及び尿の分析に特に
有用である。

本発明の電極は再現性のある参照電位を示す内部参照電
極を含み、この電位に対してイオン選択性電極と試験で
測定される溶液との間の界面で生ずる電位が測定され
る。

一般に、参照電極は、適当な導電性金属（例えば、銀、
水銀、白金またはニッケル）の導電性金属層を含む。こ
の導電層は、導電層の金属と共に固定界面電位を確立す
る導電層中の金属の不溶性塩から実質的になる金属塩層
と接触する。好ましくは、金属塩層は、金属の酸化生成
物、例えば、ハロゲン化銀またはハロゲン化水銀である
金属の塩を含む。このような層及びこれを製造する技術
は公知であり、米国特許第4,214,968号に更に詳細に記
載されている。有用な金属／金属塩電極には、銀／ハロ
ゲン化銀及び水銀／塩化水銀電極が含まれる。他の有用
な参照電極は当該技術分野で公知である。銀／ハロゲン
化銀参照電極が、本発明を実施する上で好ましい。

本発明のナトリウムイオン選択性電極は、また、前記参
照電極と接触している乾燥電解質又は乾燥参照層からな
る。一つの実施態様に於て、乾燥参照層は、塩及び緩衝
剤（後記する）の乾燥残渣並びに任意の補助剤を含む
が、バインダーはない（例えば、米国特許第4,571,293
号参照）。

好適な実施態様によれば、参照層は１種または２種以上
の乾燥親水性バインダー物質、適当な緩衝剤（後記）及
び該バインダー物質中に均一に分布している塩から成る
乾燥親水性層である。好ましくは、塩のアニオンは参照
電極の金属塩層の塩に共通し、塩のカチオンの少なくと
も一部はナトリウムである。この実施態様に於て、乾燥
参照層は、バインダー物質及び塩の溶剤中の、塩、緩衝
剤及び適当な親水性バインダー物質（天然または合成物
質）の溶液の乾燥残渣である。乾燥参照層の各成分の量
及び種類並びに製造方法は、米国特許第4,214,968号及
び日本特許公報５８(1983)−102146号の教示を顧慮し
て、当業者によって容易に定められる。

前記参照層は、また、該層を４〜８のpHに緩衝する１種
または２種以上の水溶性有機ジカルボン酸を含むこと
が、本発明の実施にとって必須である。好ましくは、該
層は4.5〜6.5のpHに緩衝される。前記した有機ジカルボ
ン酸は、飽和又は不飽和の有機主鎖に結合した２個のカ
ルボキシル基を含む。例えば、酸性基は、得られる化合
物が水溶性である限りに於て、脂肪族、脂環族、芳香族
及びヘテロ環基に結合することができる。これらの化合
物は一般に、３〜８個の炭素原子、及び所望の緩衝効果
を与える適当なpKa値を有している。代表的なジカルボ
ン酸には、マレイン酸、リンゴ酸、マロン酸、グルタル
酸、ジメチルグルタル酸、グルタコン酸、コハク酸、ス
ベリン酸、フタル酸及び当業者に公知の他のジカルボン
酸が含まれる。緩衝化合物は、遊離酸又はその塩（例え
ばアルカリ金属又はアンモニウム）として使用するこが
できる。好ましいジカルボン酸は飽和又は不飽和であ
り、３〜６個の炭素原子を有する。コハク酸が、本発明
を実施する上で最も好ましい。ジカルボン酸である。一
般的に、ジカルボン酸は、乾燥参照層中に少なくとも0.
2ｇ／m²、好ましくは0.5〜３ｇ／２m²の量で存在する。

前記乾燥参照層は、ナトリウムイオン選択性膜組成物と
接触している。この組成物は、参照層の上に直接ラミネ
ート、被覆、又は他の方法で適用される。

米国特許第4,214,968号及びこれに示された引用例に記
載されたものを含む、種々のナトリウムイオン選択性膜
組成物が、本発明の実施に使用できる。一般的に、該組
成物は、ナトリウムイオンのためのイオノフォア、該イ
オノフォアを溶媒和し得る化合物、及び１種又は２種以
上のバインダー物質からなる支持マトリックスから成
る。該マトリックスは、イオノフォア及び溶剤と組合わ
さって、そこを通過するナトリウムイオン易動性を生ず
るのに十分な浸透性の薄い皮膜を形成し得る任意の物質
とすることができる。有用な物質には、多孔性ガラス、
圧縮繊維、並びに、ポリ（塩化ビニル）、カルボキシル
化ポリ（塩化ビニル）、ポリ（スチレン−共−スチレン
スルフォン酸）、ポリ（塩化ビニル−共−スチレンスル
フォン酸）、又は、ポリ（塩化ビニル−共−スチレンカ
ルボキシル酸）のような、合成及び天然ポリマー物質が
含まれる。ポリ（塩化ビニル）は、本発明の実施に於て
好適なバインダー物質である。

有用なイオノフォアには、ヨーロッパ特許出願第111,81
7号、米国特許第4,476,007号、及び同第4,505,800号に
記載されたもののようなヘミスフェランド(hemispheran
ds)、米国特許第4,504,368号に記載されたもののような
クラウンエーテル、モネンシン(monensin)及びそのエス
テル（例えば、メチルモネンシン、並びに、米国特許第
4,214,968号に記載されたような当該技術で公知の他の
物が含まれる。好ましいイオノフォアは、ヘミスフェラ
ンド、クラウンエーテル及びモネンシンであり、モネン
シンのエステルが更に好ましく、メチルモネンシンが最
も好ましい。

イオノフォアは、イオノフォアを少なくとも部分的に溶
媒和し、ナトリウムイオン易動性を与え得る１種又は２
種以上の有機溶剤によって溶媒和される。もし、疏水性
のバインダーが支持マトリックスとして使用されるなら
ば、溶剤は、バインダーと親和性でなくてはならない。
該溶剤は、ときには当該技術分野で、キャリアー溶剤と
呼ばれる。有用な溶剤には、フタレート、セバケート、
芳香族及び脂肪族エーテル、ホスフェート、芳香族脂肪
族混合ホスホネート、アジペート、硝化エーテルもしく
はエステル又はそれらの混合物、並びに当該技術分野で
公知の他の物質が含まれる。

疏水性バインダー物質、イオノフォア及び溶媒和溶剤を
含む膜は、公知の皮膜被覆又は注型技術を使用して製造
される。任意の補助剤を含む各膜成分の量は、上記参考
文献の開示から容易に定められる。

本発明の電極は、電極の１個又は２個以上の層が、電極
の残り部分を支持するために十分な機械的強度を有する
ことを意味する、自己支持性（又は自立性）である。し
かしながら、好ましくは、電極には更に、直接に又は介
在する接着改良層によって、本明細書に記載した電極の
他の必要な部分を支えることが出来る物質から成る支持
体が含まれる。この支持体は多孔性又は非孔性であり、
木材、セルロース、セラミック、金属、ガラス、濾紙、
ポリマーもしくはガラス繊維、又はポリマーフィルムを
含む。該支持体は好ましくは、非孔性ポリマーフィルム
から製造される。

ナトリウムイオン活性は、本発明の電極で、下記に示さ
れる電池配置における試験すべき液体（試験液体）と参
照液体との間の電位における定常状態差異を測定するこ
とによって測定できる。

参照電極１／試験液体／／膜／／参照液体／参照電極２ 試験液体のイオン活性を求めるために必要な計算は、公
知のネルンスト(Nernst)式から誘導され、当業者に知ら
れている。

本発明の電極は、その構造の中に、第２参照電極、電位
差表示装置（例えば、静電電位計又は電位差計）及び付
属する配線以外の、電位差測定のために必要な全ての構
成要素を実質的に包含している。使用に際し、使用者
は、単に電極の膜を試験流体のサンプル（例えば、200
μ未満）と接触させ、電極を電位差表示装置に接続す
るだけである。流体を膜と接触することは、適当などん
な方法でも出来るが、好ましくは、試験流体のサンプル
を適当な分配手段で膜に施すことである。標準カロメル
電極のような分析に使用する第２参照電極はよく知られ
ている。同様に静電電位計もよく知られている。

別法として好ましくは、本発明の２個又はそれ以上の電
極が、当該技術でときには知られている単一のデバイ
ス、スライド又は試験チップを形成するフレーム中に装
填又はマウントされる。電極の一つは試験流体と接触し
て使用され、一方、もう一つの電極は参照溶液が接触し
ている第２参照電極として使用される。このようなデバ
イスは、米国特許第4,171,246号に更に詳細に記載され
ている。このようなデバイスは、一般に、紙片、標準ク
ロマトグラフ片、多孔性ポリマーフィルム片、天然又は
合成糸又は繊維等々で作られた毛細管ブリッジを含む、
電極間に液体連絡を作る手段からなる。本発明を実施す
るのに有用な参照液体は、当該技術分野で公知であり、
商業的に利用できる。

好適な実施態様に於て、乾式操作ナトリウムイオン選択
性電極は、その上に、層を４〜８のpHに緩衝する水溶性
有機ジカルボン酸又はその塩の乾燥残渣、ナトリウム塩
及び新水性バインダー物質を含む乾燥参照層であって、
該層がモネンシンのエステル、該エステルを溶媒和し得
る化合物及びカルボキシル基を有する疎水性バインダー
物質から成るイオン選択性膜体（ｃ）の片面と接触して
いる乾燥参照層（ｂ）と接触している乾燥銀／ハロゲン
化銀参照電極（ａ）を有する非孔性支持体を含む。

実施例 以下に、本発明の実施例を説明するが、本発明の技術的
範囲をこれらの実施例に限定するものでないことはいう
までもない。

実施例１：乾式操作ナトリウムイオン選択性電極及びナ
トリウム分析 これは、従来技術の電極と比較して、本発明で得られ
る、改良された性能の均質性を示す比較の実施例であ
る。

本発明の乾式操作ナトリウムイオン選択性電極は、下記
構成及び成分を有し、米国特許第4,214,968号に記載さ
れた方法に従って製造された。

３個の対照電極を、次の相違点がある以外は同様にして
製造した：即ち対照Ａは参照層にコハク酸を含ませず、
対照Ｂはコハク酸の代わりにクエン酸（pH5.5）を含ま
せ、そして対照Ｃはコハク酸の代わりに燐酸（pH5.5）
を含ませた。各電極の参照層のpHは、水酸化ナトリウム
を使用して所望の値に調節した。

これらの電極は、幅約３０cmの製造工程にある個々の連
続ウェブから製造した。電極を製造した各ウェブは、そ
の全幅に亙ってその性能の均質性について試験した。こ
れは、ウェブの２箇所の異なった位置から製造した個々
の電極をランダムに選択し、電極の膜上に種々の量のナ
トリウムイオン（９０〜210ミリ当量／）を含有する
再構成ウシ血清アルブミンベースのリオフィレート(ly
−ophilate)のサンプル１０μを点着することによっ
て行なった。いくつかの電極は、製造後直ちに試験した
（新鮮）。全ての電極は、２１℃及び５０％相対湿度で
２週間貯蔵（熟成）した後試験した。

次いでナトリウムイオン濃度を、標準EKTACHEM臨床化学
アナライザー及びキャリブレーションカーブを使用する
標準計算を使用して、各試験について測定した。

２箇所の異なる位置での予想ナトリウムイオン濃度（me
q／）及び各電極の差（Δmeq／）の結果を、下記第
１表に示す。本発明の電極は、対照電極に比較して、そ
の性能に於て著しく改良された均質性を示すことがデー
タから明らかである。一般的に予想値に対する差異が約
１％未満であるのが望ましい。

実施例２ これは、電極に塩化ナトリウムの水溶液(0.1モル濃度）
の１滴を点着した後、実施例１に示した比較電極から放
出された酸における差異を示す比較実施例である。酸放
出を測定するために使用されたpH測定は、液体の滴中に
平面組合せ(fl−at combination)pH電極を置くことによ
って行った。対照は、実施例１で同定したものと同一で
ある。

第１図は、異なった緩衝剤を含有する参照層を有する比
較電極から数分間で放出した酸の量を示す。各電極参照
層に対し２個のレプリカを作ったが、各対照層のレプリ
カは区別することが出来なかった。本発明の電極は対照
電極よりも著しく少ない酸を放出したことが分かる。本
発明で得られた改良のメカニズムは分からないが、ある
方法で中和されない電極から放出した酸が、従来技術で
製造された電極にみられる不均質性に寄与していると思
われる。

〔発明の効果〕

本発明は、より効率的にそして再現性よく製造でき、そ
れによって著しい廃棄品の発生を解決することが出来る
ナトリウムイオンの分析のために有用な乾式操作電極を
提供する。特に、電位差スライドを製造するために使用
されるウェブの個々のストリップの間の不均質性は、本
発明により実質的に減少される。これらの有利性は、参
照層（ある時は電解質層と呼ばれる）を水溶性有機ジカ
ルボン酸又はその塩で緩衝することによって達成され
る。他の緩衝剤、例えば、ホスフェート又はクエン酸の
存在は、同じ結果を与えない（実施例参照）。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例２に示した比較参照層の時間に対するpH
の変化の曲線を示すグラフ図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水溶性有機ジカルボン酸又はその塩でpH４
   〜８に緩衝された乾燥参照層（ｂ）と接触している乾燥
   参照電極（ａ）を含んで成り、前記参照層（ｂ）がナト
   リウムイオン選択性膜組成物（ｃ）の片面と接触してい
   る、乾式操作ナトリウムイオン選択性電極。
2. 【請求項２】Ａ．水溶性有機ジカルボン酸又はその塩で
   pH４〜８に緩衝された乾燥参照層（ｂ）と接触している
   乾燥参照電極（ａ）を含んで成り前記参照層（ｂ）がナ
   トリウムイオン選択性膜組成物（ｃ）の片面と接触して
   いる、乾式操作ナトリウムイオン選択性電極の膜とナト
   リウムイオンを含有していると思われる液体試料を接触
   させる工程、 Ｂ．前記電極を第２の参照電極と接続する工程、及び、 Ｃ．前記両電極と接触するナトリウムイオンによって発
   生する電位を検出比較する工程、 を含んで成る水性液体中のナトリウムイオンを電位差的
   に測定する方法。