JPH09133678A - 流体試料の比重測定方法、試験具および試験片 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流体試料の比重を、従来よりも高感度で測定
する方法の提供。 【解決手段】 流体試料と、少なくとも約５０％が中和
されている酸性または塩基性の高分子電解質ポリマーお
よび高分子電解質と流体試料との相互作用に基づいて検
出可能な応答を発することができるｐＨ指示薬とを一緒
にする工程を含む、該試料の比重を測定するための方法
において、クラウンエーテルイオノフォアを、流体試料
と該ポリマーと該指示薬とが一緒になったものに導入す
る工程を含むことを特徴とする方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体試料の比重測
定に関する。

【０００２】

【従来の技術】流体試料の比重測定は、種々の分野、例
えば醸造、尿分析および浄水の分野で実際に数多く応用
されている。とりわけ尿分析においては、比重が、溶解
した種々の溶質の数、密度、イオン電荷および重量の関
数であるため、尿の比重を測定することにより、流体摂
取量の変動に対応する腎臓の能力を判定することができ
る。例えば、ＮａＣｌ濃度が０．１２Ｍ増加するごと
に、相当する比重における０．００５の変動が起こるこ
とが報告されている。患者の尿中ナトリウム濃度の増大
の検出は、高血圧の危険性および患者の食事制限の指標
として、臨床医にとって関心事となるであろう。

【０００３】比重を迅速かつ低廉に測定する（イオン強
度の関数として）ための現在の技術水準が米国特許第
４，３１８，７０９号明細書に開示されている。この技
術は、少なくとも５０％が中和されている弱酸性または
弱塩基性の高分子電解質ポリマーおよびその高分子電解
質と被験流体試料との間でのイオン交換に対して検出可
能な応答を発することができる指示薬の使用を含む。米
国特許第４，３７６，８２７号明細書では、この技術が
強酸性および強塩基性の高分子電解質にまで拡張されて
いる。米国特許第４，６７０，２１８号明細書には、水
性試料中のイオンの存在を測定するための試験手段であ
って、試料を、イオノフォアおよびそのイオノフォアと
イオンとの間で形成される錯体と相互作用して検出可能
な応答を発することができる指示薬と接触させる工程を
含む手段が開示されている。この系に使用されるイオノ
フォアの例は、一般に「クラウンエーテル」と呼ばれる
環式ポリエーテルである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】開示するものは、流体試
料の比重測定方法に対する改良であって、流体試料と、
少なくとも約５０％が中和されている酸性または塩基性
の高分子電解質ポリマーおよび高分子電解質ポリマーと
流体試料との間のイオン交換によるpHの変化を検出する
ことができる指示薬とを一緒にする工程を含む方法であ
る。この改良は、クラウンエーテルイオノフォアを、流
体試料とポリマーと指示薬とが一緒になったものに導入
する工程を含む。

【０００５】本発明は、クラウンエーテルイオノフォア
を試験系に含めることにより、部分的に中和されている
高分子電解質ポリマーおよび指示薬を使用する水性流体
の比重試験の感度が増大するという発見に基づく。本発
明は、何らかの機構または作動論理に基づくものではな
いが、クラウンエーテルおよび高分子電解質による可溶
性塩の錯化の結果、感度を改善することができる。

【０００６】本発明に使用するのに適した高分子電解質
は、強酸性または強塩基性の高分子電解質、例えばポリ
（スチレンスルホン酸）、ポリ（ビニル硫酸）およびポ
リ（塩化ビニルベンジルアンモニウム）を含む。これら
の電解質は通常、少なくとも約５．５のpHを提供するこ
とができる緩衝剤および本明細書に引用例として含める
米国特許第４，３７６，８２７号明細書に記載の指示薬
と組み合わせて使用される。

【０００７】好ましい高分子電解質ポリマーは、米国特
許第４，３１８，７０９号明細書（本明細書に引用例と
して含める）に記載のような弱塩基性または弱酸性であ
るもの、例えばポリ（アクリル酸）、ポリ（マレイン
酸）、マレイン酸／ビニルメチルエーテルコポリマー、
ポリ（メタクリル酸）、スチレン／マレイン酸コポリマ
ー、ポリ（ビニルアミン）およびポリ（４−ビニルピリ
ジン）である。無水マレイン酸とメチルビニルエーテル
コポリマーであるGantrez （登録商標）Ｓ−９７が、そ
の広いpKa 範囲により、その部分的に中和された形態
で、高分子電解質ポリマーとして使用するのに好まし
い。

【０００８】高分子電解質ポリマーは、どれを選択する
かにかかわらず、塩カチオンに応答して陽子を放出して
pHの低下を生じさせることができるよう、少なくとも約
５０％が中和されているべきである。また、高分子電解
質ポリマーと、通常は尿である流体試料との間のイオン
交換に対して検出可能な応答を発することができる指示
薬が含まれる。好適な指示薬には、ブロモチモールブル
ー、アリザリン、ブロモクレゾールパープル、フェニル
レッドおよびニュートラルレッドがある。ブロモチモー
ルブルーが好ましいｐＨ指示薬である。

【０００９】本発明に使用するのに適したクラウンエー
テルイオノフォアは、電子リッチであり電子を供与する
酵素原子を含み、それらの分子構造のため、特定のカチ
オンと錯化することができるすべての大環式ポリエーテ
ルを含む。特定のクラウンエーテルの独特な大きさおよ
び幾何学形状のため、それらは種々のイオンと錯化する
のに適合性である。そのような錯化の際、クラウンエー
テル中の電子リッチの酸素原子が、電子に不足したカチ
オンに対して配向し、同時に、鎖の炭素原子セグメント
がそのカチオンから外の方向に同時に突出して、クラウ
ンエーテル／カチオン錯体を形成する。この錯体は、そ
の中心が帯電し、その外周が疎水性である。

【００１０】本発明に使用するのに適したクラウンエー
テル類の例は、ジベンゾ−１６−クラウン−５−オキシ
酢酸（以下、「クラウンＡ」という）、ジシクロヘキサ
ノ−１６−クラウン−５−オキシ酢酸（以下、「クラウ
ンＢ」という）およびナフト−１５−クラウン−５（以
下、「クラウンＣ」という）である。

【００１１】

【化１】

【００１２】イオノフォアとして本発明に使用するのに
適したさらなるクラウンエーテルには、ジベンゾ−１８
−クラウン−６、１８−クラウン−６、１５−クラウン
−５、２１−クラウン−７、〔２．２．２〕クリプテー
ト、１２−クラウン−４、ベンゾ−１８−クラウン−
６、デシル−１８−クラウン−６、２，６−ジメチルピ
リジン−１８−クラウン−６、２，６−ジメチル−安息
香酸−１８−クラウン−６、 sym−ヒドロキシ−ジベン
ゾ−１６−クラウン−５およびヒドロキシメチル−１８
−クラウン−６、１，１０−ジアザ−１８−クラウン−
６、２，２−ビス〔（１２−クラウン−４）メトキシカ
ルボニル〕−オクタデカンならびにモノアザ−１８−ク
ラウン−６−Ｎ−酢酸がある。

【００１３】本発明の一つの態様は、尿中の比重を検出
するための分析試験片であって、好適な高分子電解質ポ
リマー、指示薬およびクラウンエーテルを含浸させた吸
収性担体を含む分析試験片に関する。試験片の吸収性担
体は、好ましくはろ紙である。吸収性担体として適した
他の材料には、米国特許第３，８４６，２４７号明細書
に記載されているようなフェルト、多孔質セラミック片
および紡織もしくは艶消しのガラス繊維である。同様に
適しているものは、米国特許第３，５５２，９２８号明
細書に記載されているような木、布、スポンジ材料およ
び粘土質である。あるいはまた、吸収性担体は、非孔質
材料、例えばポリマー膜またはガラスであることもでき
る。試験片を調製する際、その試験片を、有機溶剤、例
えばテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、トルエンまたはエ
タノール中のクラウンエーテル溶液で含浸する。乾燥
後、試験片を、高分子電解質ポリマーの水溶液である第
二の溶液に浸漬する。乾燥後、試験片をさらに一度、指
示薬を適用するために浸漬するが、この指示薬は通常は
極性有機溶剤と水との混合液から適用される。以下の表
は、第一の有機溶剤がＴＨＦであって高分子電解質ポリ
マーがGantrez （登録商標）であり、第二の有機溶剤が
イソプロパノールであって指示薬がブロモチモールブル
ー（ＢＴＢ）である、このタイプの３浸漬試験片を調製
するための成分の好適範囲および許容可能範囲を示す。

【００１４】

【表１】

【００１５】

【実施例】以下の実施例によって本発明をさらに説明す
る。

【００１６】実施例Ｉ 本実施例に使用した試薬片は、次のようにして調製し
た。ろ紙（Alhstron社の２０４グレード）を、上記表に
示したようなクラウンエーテルおよび指示薬溶液に順次
浸漬し、各浸漬工程ののち、１００℃で１０分間乾燥さ
せた。得られた試薬紙を、その背面に両面接着剤を塗布
し、それをポリスチレンの取っ手に付けることにより、
試薬片に組み込んだ。クラウンＡ（ジベンゾ−１６−ク
ラウン−５−オキシ酢酸）、クラウンＢ（ジシクロヘキ
サノ−１６−クラウン−５−オキシ酢酸）およびクラウ
ンＣ（ナフト−１５−クラウン−５）を使用する配合物
を、ＢＴＢのみを含む対照ならびにＢＴＢおよびGantre
z ポリマーを含む対照とともに調製した。このようにし
て調製した試験片を、１．０００および１．０２５の所
定の比重を有する水に浸漬し、浸漬してから６０秒後
に、Bayer Diagnostics社のClinitek（登録商標）−２
００⁺ 反射分光光度計を使用して、色の変化（反射率の
変化として）を５９０nmで測定した。この実験の結果を
表１にまとめる。

【００１７】

【表２】

【００１８】クラウンエーテルおよびＢＴＢを含む配合
物は、１．０００ＳＧ〜１．０２５ＳＧの試験流体の小
さな△％Ｒによって示されるように、有意なカチオン応
答を示さなかった。カチオン応答は、塩の存在において
出る色であるため、クラウンエーテルの存在において見
られたカチオン応答における有意な減少は、これらのク
ラウンエーテルが、カチオンにさらされたとき、pHの変
化をもたらさないことを証明する。これに基づくと、ク
ラウンエーテルそのものはイオンを検出しないため、ク
ラウンエーテルが比重試験の感度を高めるとはだれも予
想しないであろう。

【００１９】実施例II この実施例に使用した比重試薬試験片は、ろ紙（Alhstr
on社の２０４グレード）の連続浸漬によって調製した。
第一の浸漬は、クラウンエーテルを含有するテトラヒド
ロフラン（ＴＨＦ）混合物と、クラウンエーテルを用い
ないＴＨＦの対照配合物とで実施した。第二の浸漬溶液
は、Gantrez ポリマーを２４．２g/L 含有する、ポリマ
ーを加える前に１０Ｎ ＮａＯＨでpHを７．８に調節し
ておいた水であった。最後の浸漬は、イソプロパノール
５０％および水５０％中にブロモチモールブルー（ＢＴ
Ｂ）を１．０g/L 含有する混合物で実施した。クラウン
Ａ、クラウンＢおよびクラウンＣを使用する配合物（前
記）を調製した。このようにして調製した試験片を蒸留
水（ＳＧ１．０００）および１．０２５の所定の比重を
有する水に浸漬し、前記のように色の変化を測定した。
この実験の結果を表２にまとめる。

【００２０】

【表３】

【００２１】表２から、ＳＧ１．０２５で見られた５９
０nmでの％Ｒがクラウンエーテル濃度の増大とともに増
大すると判断することができる。クラウンエーテルが２
〜１０g/L の間にＳＧ１．０００の試料とＳＧ１．０２
５の試料間の最大差異が観察された。クラウンエーテ
ル、Gantrez ポリマーおよびＢＴＢ染料を含む最適な配
合が、比重１．０００の流体と、比重１．０２５の流体
との間で４７％Ｒまでの差を生じさせた。イオン性イオ
ノフォア（クラウンＡ＋Ｂ）および中性イオノフォア
（クラウンＣ）のいずれもカチオン応答を増大させた。

【００２２】Gantrez なしでＢＴＢを用いて測定した場
合、クラウンＡ、ＢおよびＣがカチオン応答を低下させ
たため、Gantrez およびＢＴＢを含有する試薬にクラウ
ンエーテルを加えた結果として見られたカチオン応答の
増大は予想外であった。過剰なクラウンエーテルＡ（＞
２０g/L ）の添加はカチオン応答を低下させた。これ
は、使用するクラウンエーテルごとに最適な濃度を決定
しなければならないことを表す。クラウンＡの場合、こ
れは約５．０g/L であろう。クラウンＢの浸漬溶液の最
適濃度は約１０．０g/L であり、クラウンＣの浸漬溶液
の最適濃度は約２．０g/L である。変動を増すことなく
ＳＧ１．０００試料とＳＧ１．０２５試料との間のより
大きな△％Ｒによって示されるような試験精度の改善の
ため、このカチオン応答の増大は望ましい。

【００２３】表３には、Gantrez およびＢＴＢ染料を含
有する標準配合物にクラウンエーテルを加えた場合に得
ることができる標準曲線を表すデータを示す。

【００２４】

【表４】

【００２５】表３から、信号が試料の比重に比例するこ
と、また、その比例がクラウンエーテルを添加した配合
物とクラウンエーテルを添加していない配合物とで一貫
していることが明らかにわかる。いずれの場合にも、信
号（％Ｒの点で）は、クラウンエーテルを含有しない試
薬の場合よりも含有する試薬の場合のほうが大きい。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体試料と、少なくとも約５０％が中和
   されている酸性または塩基性の高分子電解質ポリマーお
   よび該高分子電解質ポリマーと流体試料との相互作用に
   基づいて検出可能な応答を発することができるｐＨ指示
   薬とを一緒にする工程を含む、流体試料の比重を測定す
   るための方法において、 クラウンエーテルイオノフォアを、流体試料と該ポリマ
   ーと該指示薬とが一緒になったものに導入する工程を含
   むことを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 該クラウンエーテルが、ジベンゾ−１６
   −クラウン−５−オキシ酢酸、ジシクロヘキサノ−１６
   −クラウン−５−オキシ酢酸、ナフト−１５−クラウン
   −５、ジベンゾ−１８−クラウン−６、１８−クラウン
   −６、１５−クラウン−５、２１−クラウン−７、
   〔２．２．２〕クリプテート、１２−クラウン−４、ベ
   ンゾ−１８−クラウン−６、デシル−１８−クラウン−
   ６、２，６−ジメチルピリジン−１８−クラウン−６、
   ２，６−ジメチル−安息香酸−１８−クラウン−６、 s
   ym−ヒドロキシ−ジベンゾ−１６−クラウン−５、ヒド
   ロキシメチル−１８−クラウン−６、１，１０−ジアザ
   −１８−クラウン−６、２，２−ビス〔（１２−クラウ
   ン−４）−メトキシカルボニル〕−オクタデカンまたは
   モノアザ−１８−クラウン−６−Ｎ−酢酸である、請求
   項１記載の方法。
3. 【請求項３】 該クラウンエーテルが、ジベンゾ−１６
   −クラウン−５−オキシ酢酸、ジシクロヘキサノ−１６
   −クラウン−５−オキシ酢酸またはナフト−１５−クラ
   ウン−５である、請求項２記載の方法。
4. 【請求項４】 該高分子電解質ポリマーが弱塩基性また
   は弱酸性である、請求項１記載の方法。
5. 【請求項５】 該流体試料が尿である、請求項１記載の
   方法。
6. 【請求項６】 該ｐＨ指示薬がブロモチモールブルーで
   ある、請求項１記載の方法。
7. 【請求項７】 該高分子電解質ポリマーが無水マレイン
   酸とメチルビニルエーテルとのコポリマーである、請求
   項１記載の方法。
8. 【請求項８】 少なくとも約５０％が中和されている酸
   性または塩基性の高分子電解質ポリマー、高分子電解質
   ポリマーと流体試料との相互作用に基づいて検出可能な
   応答を発することができるｐＨ指示薬およびクラウンエ
   ーテルイオノフォアをその中に吸収させた吸収性担体を
   含むことを特徴とする、流体試料の比重を測定するため
   の試験具。
9. 【請求項９】 該吸収性担体がろ紙である、請求項８記
   載の試験具。
10. 【請求項１０】 該高分子電解質ポリマーが弱塩基性ま
    たは弱酸性である、請求項８記載の試験具。
11. 【請求項１１】 該クラウンエーテルが、ジベンゾ−１
    ６−クラウン−５−オキシ酢酸、ジシクロヘキサノ−１
    ６−クラウン−５−オキシ酢酸またはナフト−１５−ク
    ラウン−５である、請求項８記載の試験具。
12. 【請求項１２】 少なくとも約５０％が中和されている
    無水マレイン酸とメチルビニルエーテルとのコポリマー
    である高分子電解質ポリマー、ブロモチモールブルーお
    よびジベンゾ−１６−クラウン−５−オキシ酢酸、ジシ
    クロヘキサノ−１６−クラウン−５−オキシ酢酸および
    ナフト−１５−クラウン−５からなる群より選択される
    クラウンエーテルイオノフォアをその中に吸収させたろ
    紙を含むことを特徴とする、尿の比重を測定するための
    試験片。