JPS5883249A - 電極 - 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】 本発明は液状試料のカリウムイオン含有量を測定するた
めの電極に−するものである。

この種の電極は共通的にイオン特定的成分を組入れた膜
を含んでいる。イオン特定的成分として数多くの物質が
用いられてきてお）、例えば、パリノマイシンのような
抗生物質が含まれる。よシ最近では、木材らの１９？９
年のＪ、Ｅｌａｅｔｒｏａ−ｓａｌ！ｔ、Ｃｋｇｍ、９
５　、９１〜ｌ　０１、Ｋ於て、ビス−及びポリ−クラ
ウンエーテルの群の一つを含む電極膜が記載されている
。用いられたビスクラウンエーテルの四つは次の式 を、もち、式中、舊はｌ、８、ｉｔたは７であつえ。

各々のクラウンエーテルは、ジブチルフタレート及びポ
リ塩化ビニル（ＰＶＣ）と−緒にテトラヒドロフランの
中に溶解される。木材らの論文は、９７頁に於て、鎖（
ＩＩを隔てる）が長すぎたシ短かすぎるビス−クラウン
エーテルは２個の隣シ合うクラウンエーテル環とイオン
との間の高度の相互反応を達成することが困離であシ、
２個のクラウンエーテル環を連ぐ鎖の適当な長さがそれ
ゆえ、安定な２：１複合物を形成するのに必要である。

ここで評価される対ナトリウム選択率はビス（クラウン
エーテル＞Ｃ％−５＞がこれらのビス（クラウンエーテ
ル）類のなかで最も安定なｚ：１複曾物を形成すること
を暗示しているかもしれない。

一般的にいえば、本発明は液状試験試料のカリウムイオ
ン含量測定用の電極の改善を特徴としている。その改良
はこの種の電極の膜の中にイオン特定的成分として次式
の化合物が存在することであシ、 式中、Ｒ，、Ｒ，、ＲいＲ４ｂ　Ｒｓ　ｈ　Ｒ＊　＊　
Ｒｖ　％及びＲ・の各々は水素または１個から２０個の
炭素原子好ましくは１個から５個の炭素原子を含むアル
キル基であシ、ｐば０ま九はｌであ）、１とｒの各々は
独立に１．２、または８であシ、外はｉｔたはｌより大
きく、ただしｐが１であるときに％が８または８よ）大
きいことを条件とする。

個々の具体例に於ては、一般式中の−げは１４より大き
くなく、８とｒは２であシ、νはｌメチルベンゾ−１５
−クラウン−５）ドデカンジオエートである。好ましく
は、膜はさらにプラスチック物質と非揮発性可塑剤とを
含み、これは好ましくはジベンジルビメレートである。

膜は好ましくはまたアニオン排除剤、最も好ましくはテ
トラフェニルボレート塩＜ｒｐｓ）、及びイオン輸送増
強剤、最も好ましくはジビクリルアミン塩ＣＤＰＡ）、
も含む。

本発明の膜を含む電極は液体、特に血液及び尿のカリウ
ムイオン含有量の正確な測定を提供するものである。こ
の膜はまた長寿命を示して有利である。さらに％恐らく
は最も重要なことには、膜の偏差（ｄｒｉｆｔ）安定性
がきわめて良好であ）、すなわち、分析前後の一つの標
準物の測定電気電位の間の差がきわめて小さく、従って
偏差関連の測定娯差が最小になる。

本発明の他の目的、特徴、及び利点は好ましい具体例の
以下の詳細記述から付属図面と一緒に考えて画業熟練者
にとって明らかである。

図示の電極集合体はスパツイアニイらの米国特許第４，
２８８，１８６号明細書に示され説明されているのと同
じであり、ここで引用し組入れているものである。

本発明の好ましい具体化に於て、ｌ［８０は有機質のプ
ラスチック質マトリックス、ポリ塩化ビニルから成シ、
式 のイオン選択性化合物ビス−（４′−メチルベンゾ−１
５−クラウン−５）ドデカンジオエートな含んでいる。

このイオン選択性化合物は可塑剤ジベ７ジルピメレート
中Ｋｉｌ解され、この可塑剤はまたＴＰＢ及びＤＰＡも
含有している。膜物質はすべて揮発性溶剤テトラヒドロ
フラン中に可溶である。

膜の支持体を提供するＰＶＣの量は膜の電気化学的性質
を妨げることなく支持体を提供するように調節される。

膜は重量で８から８（ｌ好ましくハｉ　ｆｉカラ２　ｏ
＊ｃｏｐｖｃ−ｂ−ら成）、ｌミル（０，０２５ｍ）よ
シ大きく好ましくは８から１２ミル（０，２から０．８
■）の厚さである。

イオン特定的化合物ビス−（４′−メチルベンゾ−１５
−クラウン−５）−ドデカンジオエートを製造する際の
第一段階は、ランガロらの１９７６年のＪ、Ａｙｎ、Ｃ
ｋａｔｍ、Ｓａｅ、（Ｊ　８　、５１９８　Ｋ記載の方
法に従って次の過多に４’−ホルミルベンゾ−１５−ク
ラウン−５を製造することである。

２Ｊの窒素パージし九爲−プタノールの中に溶解した８
、４−ジヒドロキシベンズアルデヒド〔Ｔｒ省ｄｏｍＦ
１％ｈａ社にューヨーク州、ハウプ々−り）カタログ番
号８７５２０）５９．４ｆ１７）溶液を水２５−に溶か
したＮａＯＨ８４，４ｆ　（０，８６モル）と−緒に装
填し、還流加熱し、攪拌しながら９９．４ｆ（０，４８
モル）のビス（８−（２−クロロエトキシ）エチル）エ
ーテル（ＰａｒｉｓｈＣｈｅｍｉｃａ１社（０ｒａｔｐ
＋、Ｕｔ、）カタログ番号１４０１〕を次に滴状で１０
分から１５分の間にわたって添加する。２４〜８６時間
の還流後に混合物を室温へ冷却し、ｆ３ＮＨｃｌ　　で
以て酸性化し、濾過し、固形はメタノールで洗滌し、合
わせたＦ液をＢｕｅｈｉ　−Ｂｒｉｎｋｍａｎ回転蒸発
器を使用してｎ−プタノールが検出できなくなるまで蒸
発させる。

残渣を８００＋ｗｊの塩化メチレン中に溶かし、次に１
５０１の水（８回）、１５０１の５チムＣ０ｓ（８回）
、で以て洗滌し、無水硫酸ナトリウム上で乾燥し、乾個
させえ。この油状の暗かっ色残渣を次に熱へブタンで以
て抽出し、これは冷却すると白色結晶を生ずる。

４：１のへブタン−トルエンからの再結晶によす４′−
ホルミルベンゾ−１５−クラウン−５を生されている通
りにエタノール中で水素化硼素ナトリウムで以て還元さ
れて、式の）の化合物をつくるのに必要とされる試薬の
一つである４′−ヒドロキシメチルベンゾ−１５−クラ
ウン−５を生ずる。

もう一つの試薬、ドデカンジオイルクロライド、はＪ、
Ｏｒｇ、Ｃｈ＃ｍ、　２８　、１４９５　（１９５８）
Ｋ記載の方法に従って、塩化チオニルをドデカンジオイ
ン酸（Ｃ１Ｊ、Ｏａ　、　Ａｌｄｒｉｃｋ　Ｃｈｅｍｉ
ｃａ１社（ビスコンシン州ミルウオーキー）カタログ番
号Ｄ１００−９）と反応させることＫよって得られる。

ビス−（４′−メチルベンゾ−１５−クラウン−５）−
ドデカンジオエートは２モルの１−ヒドロキシメチルベ
ンゾ−１５−クラウン−５を１モルのドデカンジオイル
クロライド及び２モルのトリエチルアミンと塩化メチレ
ン中で反応させることによって、木材らの上記論文の方
法に従って得られる。

式 の可塑剤ジペンジルビメレートは２モルのベンジルアル
コールを１モルのビスロイルクロライドと塩化メチレン
中で還流させながら反応させることによってつくられる
。

膜をつくるには、１．４０ｆ／ｃｃの密度をもつ粉末状
の高分子量ポリ塩化ビニルポリマー（ビスコンシン州ミ
ルウオーキーのＡｌｄｒｔｅｈ　Ｃｈｍｔｎｉｃａ１社
カタログ番号１８９５６−１）０．１！１４ｔを５１の
テトラヒドロ７ラン中に＃ｌ解する。この溶液へ次に１
．００ｆの非揮発性の溶剤可塑剤ジベンジルピメレート
を５０４のイオン選択性化合物ビス−（４／−メチルベ
ンゾ−１５−クラウン−５）テトラデカンジオエートと
一緒に添加する。また、イオン選択性化合物に対するモ
ル比に於てそれぞれ０．１　：　１と４：１のモル比で
、ＤＰＡのカリウム塩とＴＰＨのカリウム塩が添加され
る。ＴＰＢは大きなアニオンを含み従ってＣｔ−のよう
な小さいアニオンが妨害をおこすのを防ぐことが知られ
ているので添加される。この場合には、意外にもその上
に改善された応答勾配（ｒｅｓｐｏｎｓｅ　５ｌｏｐｅ
）をなすことが見出された。ＤＰＡは膜の輸送性質を増
強することが見出され、また電極電位の安定性増強とい
う意外な利点も提供する。

膜はスパンイアニイらの上記特許に１載の通りに、この
ようにして形成させた溶液からつくられる。このような
膜は次の第１表の第１０行に示される通り、良好な機械
強度と良好な分析性能を示した。勾配はネルンストＷＫ
近（，５Ｂ、ＯｍＶでめシ、血清と水溶液両者に於ける
偏差はきわめて僅かである。ナトリウムに比較してカリ
ウムの選択係数はｉ、ａｘｉｏ−ｓであった。

第１六に表示した各膜の偏差は偏差と検量線作製との相
関概念を基として決定される。

すべてのイオン特定的電極測定に於て電極は分析使用前
に検量されねばならない。すべての場合に於て、少くと
も２点の検量が実施され、この場合には、二つの内部標
準が使用された。一つの標準、Ｂ、は４０ミリモル／Ｅ
のｔを會み、第二の標準、Ａ、は４ミリモル／Ｉのに＋
を含んでいる。分析に先立って、カリウム電極をこれら
の２個の標準で以て検量する。各々の標準について電極
はに＋の濃度の対数に比例した電位を示す。ネルンスト
の弐に従って、＃度の対数と電位とは直線的に相関する
。濃度で１０倍の変化に対する電位差が２５℃に於て５
　Ｑ　ｌ　ｍＶである。未知試料のカリウムの測定は試
料中の電極によって示される電位を直線的検量グラフと
比較することＫよって実施される。

偏差の概念は、分析後に電極電位を標準の一つ（この場
合には標準Ａ）Ｋ対して再測定するときに出てくる。分
析前後の標準Ａ電位の間の差が偏差であシ、この数値の
絶対値が大きいほどこの点で電極性能が劣るのであ夛、
得られる測定誤差はより大きい。

第１表には示していないが、上述の膜と電極とを用いて
一つの追加測定を行なった。電極は尿中のカリウムイオ
ン濃度を測定するために用い、血清について得られた同
じ精度範囲の結果が得られた。これは、尿がＰＶＣ７９
トリックス中で化学的にパリノマイシンを妨害しである
場合には極端に不正確な測定をも九らす化合物を含むこ
とが知られているので予想外であった。理由は未だ不明
ではあるが、ここで記述する膜の場合に尿のカリウム測
定がきわめて正確であるので、その種の妨害は明らかに
存在しない。

本発明のその他の具体化は付属の特許請求の範囲の中に
ある。例えば、イオン特定的物質は一般弐〇）の中に入
る形態のいかなるものでもあシ得る。

好ましい具体化とは“舊”Ｋ於てのみ、すなわち２個の
墳を隔てる鎖の長さのみが異なる二つのこの種の構造は
第１表の１〜８行に示される分析的結果を与える。その
他のものもつくられたがそれらは２が１′２と１４であ
る。

鎖長°算１は上述の反応に於けるドデカンジオイルクロ
ライドの代夛に適切な二酸クロライドを用イテイオン選
択性化合物をつくることＫよって変えられる。例えば、
所望の３が８である場合には、化合物はセバコイルクロ
ライド、ＣＩＱＣ（ＣＨ＊　）ｍＣＯＣＩ、を用いてつ
くられ：算が９である場合には、ウンデカンジオイルク
ロライド、ＣＩＣ０ＣＣＨ，）。

ｃｏｃｔ、が使用される。鎖長“％”は８またはそれよ
プ大きく、そして１４よシ大きくないことが好ましい。

８またはそれよ〕大きい鎖長は高分子量を提供し、これ
は親油性及び疎水性を増すことにな夛、良好な安定性（
小偏差）と膜からの浸出傾向の減少をもたらし、膜寿命
の延長をもたらすことＫなる。

イオン選択性化合物はまえ弐〇）中のＲ，−Ｒ・によっ
て示される位置のいずれに於ても側鎖をもつこともでき
る。例えば、分子の半分のそれぞれにある４′メチル基
へメチル基を付加することができる。例として、式 をもつ化合物は以下に示す反応順序に従ってつくられる
。

ベンゾ−１５−クラウン−５ ４′−アセチルペンｌ−１ｓ−クラウン−５１ ４′−ヒドロキシエチルベン／−１５−クラウン−５ビ
ス−（４′−エチルベンゾ−１５−クラウン−５）セバ
ケート 環の間にある長鎖と同じく、アルキル側鎖は分子嚢を増
しそれによって安定性と膜寿命を増すのに有利に役立つ
。

式＠）Ｋ於て示すように、環中の酸素の数は４個から６
個の範囲にある。例えば、化合物は各々の環の中Ｋｓ個
の酸素原子をもっている。

この化合物は、ビス（Ｓ　−（Ｓ、−クロロエトキシ）
エチル）エーテルに対し”Ｃ１，１４−ジＩロロー８　
、６　、ｇ、　ｌ　Ｂ−テトラオキサテトラデカンを置
きかえてビス−（４′メチルベンゾ−１５−クラウン−
５）ドデカンジオエートをつくる上述の方法（ベダーセ
ン（１９６？）、Ｊ、に翫Ｃｋｇ惰、Ｓａｃ。

炙９，７０１？）に従ってつくられる。

化合物（５）を用いてつくった膜は比較的よくない分析
性能を示し、従ってビス−４′メチルベンゾ−１５−ク
ラウン−５）ドデカンジオエートよシ好ましくない。

イオン特定的化合物はまたジエステルよシむしろジケト
ンであり得る、すなわち、一般式“ｐ“は１よ〕むしろ
０であシ得る。化合物がジケトンであるときには、謡が
８まえはそれより大きいことは必要ではない。なぜなら
ば、この二つの酸素原子が存在しないことは望ましい疎
水性を提供し、従って膜寿命の改善を提供する。さらＩ
ＩＣ，ｓが小さい（例えば８よシ小さい）化合物につい
ては、このジケトンは相当するジエステルに比べて非常
に改善された偏差特性を提供する。

ｐ＝ｏで詔がそれぞれ５、ｌＯ５及び１２に等しい三つ
の化合物をつく）膜に使用した。これらの化合物は次の
反応順序に従ってつくられる：ベンゾー１５−クラウン
ー５ 算＝１２である化合物（６）を使い、次の諸成分を使用
して膜をつくった。

１、Ｏｆ　　　　ジベンジルビメレーシ・０．０５９　
　　イオン選択性化合物ｏ、ｗｏｔ　　　ｐｖｃ ０．０９６　ｆ　　　テトラフェニルボレート塩（ＫＴ
ＰＢ）０．０１０　？　　　ジビクリルアミン塩ＣＫＤ
ＰＡ）６ＩＩＪ　　　　　　テトラヒドロフランこの膜
は５ｆ＄ＸＶの勾配と良好な分析性能を示し、血清に於
ける偏差は約−１ｔｍＶであった。

％−５である化合物（６）を用いてつくった別の膜は次
の諸成分を含んでいた。

１、Ｏｆ　　　　　ジベンジルピメレート０．５２　　
　　イオン選択性化合物 ０．２０１　　　　ＰＶＣ Ｏ，０６４ｔ　　ＫＴＰＥ ０．０１０ｆ　　　ＫＤＰＡ ４１Ｉｊ　　　　　　テトラヒドロフランこの膜の性質
を、イオン選択性化合物がビス−４′−メチルベンゾ−
１５−クラウン−５）−ビスレート、すなわち弐〇）に
於てｐが１で霊が５であシ、従ってこの化合物は本発明
の範８に入らないということを除いて、同様につくった
膜の性質と比較した。

上記比較に於て、ジケトンを含む膜は５ａ６ｍＶの勾配
を生じ、水溶液中の標準Ａの偏差が約（ＪｍＶであるこ
とを示し血清中の標準Ａの偏差が約−１ｒｌＬＶである
ことを示した。対照のために、ジエステルを含む膜は同
じ勾配（５６，９ｍＶ）を生ずるが水溶液中の標準Ａの
偏差が約−８ｍＶであ夕血清中の標準Ａの偏差が約−８
０ｍＶであることを示した。

上述の非選択的膜物質が好ましいけれども、任意の適当
なプラスチックマトリックス、非揮発性溶剤可塑剤、及
び揮発性溶剤を使用することができる。例えば、一つの
適当な別の可１剤は２−二トローｐ−サイメンである。

使用はできるがしかし作用が低く特に血清中で作用の低
い他の可塑剤（大部分は水溶液中で許容可能な結果を与
える）は次のものが挙げられる：すなわち、ジグチルフ
タレート、ジオクチルアジイード、！−ニトローｐ−サ
イメン、Ｏ−ニトロフェニルフェニルエーテル、ジフェ
ニルエーテル、）　ＩＪ　（２−エチルへ中シル）ホス
フェート、ジベンジルマロ４−）％Ｏ−ニトロフェニル
オクチルト、ジ（８，５−ジメチルベンジル）ビメレー
ト、ジエチルメチルマロネート、４−エチルニトロベン
ゼン、ニトロベンゼン、並びにニスコツレックス２２８
及び２５０のジベンゾエートにュージャージー州セーダ
ーグローブのＥａｓｔ　（：ｏａａｔＣｈｕｎｉｃａｌ
ｓ社）、である。

同様ＶＣ，ＴＰＢは好ましいアニオン排除剤であるが、
その他の適当化合物、例えばピクリン酸、を使用するこ
とができる（ピクリン酸のような潜在的爆発性化合物を
取扱うＫは注意がなされるべきである）。そして、アニ
オン排除剤は性能を改善するがそれほど正確な結果を必
要としない状況では必要ではない。諸物質の割合も同様
に変えることができる。プラスチック物質は一般には重
量で膜の８１から８０−から成る。イオン選択性化合物
は一般には重電で膜の約１−と１５９１の間から成シ、
約８〜６−が好ましい。可塑剤は一般には重量で膜の約
５５弧と８０−の間から成シ、約７５−が好ましい。

ＴＰＢ塩を使用する場合には、イオン選択性化合物に対
するそのモル比は約０．５　：　ｌと５：１の間であり
、４：１が好ましい。ＤＰＡのイオン選択性化合物に対
するモル比は約０．１：１と０．８：１の間であ）、ｏ
、ｇｓが好ましい。これらのあとの二つの成分はカリウ
ム塩の形態で使用される必要はなくその他の妨害性のな
い塩のどれでもよい。

【図面の簡単な説明】 図は本発明を具体化する電極集合体の断面図であり、８
０は膜である。 特許出願人　　ツバ・バイオメディカル・コーポレーシ
ョン （外会名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 α）試験すべき液状試料中のカリウムイオン含有量を測
   定するための、イオン選択性成分を内部に組入れた膜か
   ら成る電極に於て、このイオン特定成分が式 の化合物（式中、Ｒｔ　、　Ｒ＊　−Ｒｓ　、Ａ’　ａ
   　、Ｒ＊　−Ｒ＊　、Ｒｔ、及びＲ・の各々は水素また
   は１個と約２０個の間の炭素原子を含むアルキル基であ
   Ｌ　ｐは０またはｌであＬｎはｌ＠またはそれよシ多く
   、セして１とｒとの各々は独立に１，２または８であり
   、但しｐが１であるときに聾が８またはそれより大きい
   ことを電性とする）から成ることを特徴とする上記電極
   。 （２）ｎが１４より大きくない特許請求の範囲第１項に
   記載の電極。 （８）＃が２であＦ）ｒが２である特許請求の範囲第２
   項に記載の電極。 （４）ｐが１であＪ）ｓが少くとも８であって１４より
   大きくない特許請求の範囲第８項に記載の電極。 （５）ｐが０である特許請求の範囲第８項に記載の電極
   。 （６）Ｒ１Ｒｍの各々が水素であり、１とデの各々が２
   であシ、偽が８．９．１Ｏ１１２、またはＩＱ”ある特
   許請求の範囲第４項一記載の電極。 （７）膜がプラ子チック物質と非揮発性の溶剤可塑剤と
   からさらに成る特許請求の範囲第１項に記載の電極。 但）プラスチック物質がポリ塩化ビニルであル上記の溶
   剤可塑剤がジブチルフタレートである特許請求の範囲第
   ７項に記載の電極。 （９）膜がジビクリルアミンの塩をさらに含む特許請求
   の範囲第８項に記載の電極。 ００）　　上記の膜がアニオン排除剤をさらに含む特許
   請求の範囲第９項に記載の電極。 Ｑｌ）　　上記のアニオン排除剤がテトラフェニルポレ
   ートの塩である特許請求の範囲第１０項に記載の電極。 Ｃｌ２）　　イオン選択性化合物が重量で上記膜の約１
   １ｉ〜１５％をなし、可塑剤が重量で上記膜の約５５％
   〜８０−をなし、ポリ塩化ビニルが重量で上記膜の約ｌ
   ロー、〜８０チをなし、テトラフェニルボレートの塩と
   イオン選択性化合物とのモル比が０．５：１と５＝１の
   間であシ、ジビクリルアミン塩とイオン選択性化合物と
   のモル比が０．１：１と０．８　：　１の間である、特
   許請求の範囲第１１項に記載の電極。 （ト）イオン選択性成分が式 （式中、ｎが５、ｉｏ、または１ｚである）を有する特
   許請求の範囲第５項に記載の電極。 （至）イオン選択性成分がビス−（４−メチルベンゾ−
   １５−クラウン−５）ドデカンジオエートである特許請
   求の範囲第６項に記載の電極。