JPS608748A - 蛍光分析的濃度測定方法と測定装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、おる物体の中に含まれているガス、液体な
どの物質の濃度を螢光分析的に測定する方法であって、
これら測定対称物質によυ螢光強度が低下ないし消失す
る螢光指示薬を用いて実施する方法、に関する。　さら
に、この発明は上記方法を実施するための装置であって
、測定対称物質を含んだ物体（以下、試料と称する）が
試料室に置かれ、この試料室へは螢光指示薬が導入され
る構成の装置に関し、この装置においては光源により上
記螢光指示薬の（分子）内部で励起された螢光光線が測
定対象物質によシ減衰ないし消失しうろことが利用され
ている。

〔従来技術〕

ある種の染料の螢光性を、ある物質、たとえばいわゆる
螢光消失剤（以下、消光剤と称する）の添加によシ低下
させうることは既に知られている。　この消光剤の濃度
と螢光強度低下度合とのあいだには、シュテルン（ｓｔ
ｅｒｎ）トフオルマ−（Ｖｏｌｍａｒ）によれば次式、
即ちＬｏ−１−に回　（１） が成立する。

ここに、Ｆｏ：消光剤不存在のときの螢光指示薬の螢光
強度 Ｆ：消光剤が存在するときの螢光指示 薬の螢光強度 に：消光剤と螢光指示薬との各組合わ せごとに固有の、いわゆる消光係 数 ◎：消光剤（英語で゛ゞ茨ｕｅｎｃｈｅｒ　、、と称さ
れているもの）の濃度 である。

Ｆ０値とｋｌｉＩ［とけ糸に導入される螢光指示薬、つ
まり各螢光物質ごとに定まつ九定数であるから、Ｆ＊を
測定すれば、消光剤の濃度がめられる。　Ｆ０値とに値
が未知なら、ば、まず測定操作を行なって検定直線ない
し曲線を作成することによシ上記Ｆ０値とに値を省略、
つまシＦ値を◎値に対してプロットしこれらＦ０値とに
値がグラフ上で算出される。

この分析方法は種々の方面で応用されている。

即ち、例えばアメリカ特許第８６１２８６６号明細＠に
は、血液など種々の試料の中の酸素濃度測定方法が記載
されている。　この方法は、例えばピレン等のある種の
芳香族炭化水素の螢光強度を消光剤としての酸素が式（
１）に従って低下させる、ということに立脚している。

　「バイオケミストリー」誌（Ｂｌｏｃｈｅ’ｙｒＬｉ
ｓｔｒｙ　、第り巻、ｑ乙ｑページ、７７７０年）に記
されている方法にあっては、ピレン酪酸が用いられ局部
的な酸素濃度が螢光消光現象を利用して追跡きれる。

「アナリテイツシエ・ヘミ−」誌（Ａｒ＋ｒ＋Ｉｙｔｉ
ｓｃｈｅＣｈｅｒｎｌｅ、第３／ＩＩ巻、５７７ページ
、／りｇ３年）に記された方法では、ある種の異部環状
化合物系の螢光指示薬を用いハロゲン化物の７蔦ロゲン
イオン濃度が、該イオンの影響を受ける螢光消失現象を
利用して正確に測定される。　ドイツ特許公告公報第２
５０８６８７号明細書には、螢光消失の原理を利用した
血中ガス濃度の光学的測定方法が記されている。　「ア
ナリスト」誌（Ａｎａｌｙｓｔ　、第１０７巻、グ乙５
ページ、７９８２年）には螢光消失現象を利用したその
他の物質濃度測定方法も記されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述の既知方法の全てに共通の欠点は、種々の被測定物
質に対して、螢光指示薬ないし指示物質を特定化せねば
ならないこと、つまり、これら指示薬にそれぞれ７つの
被測定物質のみを対応せねばならないこと、である。　
しかし実際には螢光指示薬が７つの被測定物質以上に対
応、りまシ複数の物質により消光作用を受けることが多
い。

従って本発明の課題は、螢光指示薬を用いて７つ又は複
数の物質の濃度を螢光分析的に測定する方法とそのため
の装置であって、その螢光指示薬を必ずしも被測定物質
ごとに特定化する必要がなく、特に任意の螢光指示薬を
用い同時に複数の物質を測定しうるように構成された方
法及び装置を提供することである。

っまル本発明の課題の７っは、複数の分析量ないし物質
濃度を同時に螢光分析的に、しかも指示薬の特定性がな
い場合においても、測定しうる方法を初めて提供するこ
とであシ、換言すれば複数の撹乱物質ないし消光性物質
が存在する場合であっては７つの物質の濃度だけを測定
しうる方法を提供することである。

〔問題を解決するための手段〕

冒頭に記し九種類の技術における上記課題は、本発明に
よれば次の如くにして即ち、少くとも２種以上の物質の
濃度を同時的に測定するべく、測定対象物質の種類数に
対応した回数の螢光強度測定操作を該物質含有の／りの
試料について行うに当たシ、測定対象物質の少くとも７
種に対して特定化されてはいない螢光指示薬、りまシ測
定対象物質の中の２秒以上により消光させられる螢光指
示薬を少くとも７種用いると共に、この指示薬としては
その螢光強度をそれぞれ消失させる複数の物質（消光剤
）に対し異なった消光係数を有したものとすること、並
びに、導入された螢光指示薬の既知の未消光時の螢光強
度と、測定され九消光後ないし減光後の螢光強度と、既
知ないしは前もってグラフ上で又は計算によ請求めら九
ている消光係数−とを用いて個々の測定対象物質の濃度
及び／又はこれら濃度のあいだの比をめること、 からなる方法によって解決される。

本発明は次の知見に立脚、即ち、 複数の消光剤の影響を数学的に評価できるためには、上
記の式（１）を拡張すること、つ′！！υ項数を増すこ
とによシ追加の消光剤ないし被測定物質の影響を計算す
ればよく、従って消光剤が２種のときには下記式（２）
を用い、消光剤ないし非特定の螢光指示薬を消光する測
定対象物質の杆類がさらに多い場合には一般式（３）を
用−ればよい、との知見に立脚したものである。

そして式（２）は２つの未知数を含み、式（３）はそれ
以上の未知数（即ち、種々の物質ないし消光剤の濃度、
つまシ◎値）を含んでいるから、これらの式を解くため
には２個の、ないしはそれ以上の数の実測値、一般的に
はｎ個の実測値を必要とする。　これら実測値は、測定
対象物質によシ消光された相異なる２種の螢光指示薬に
ついて螢光強度、りまシＦ値、を測定すれば得られる。

螢光指示薬囚を用いて得られるデータは、である。　式
（４）において、Ｆ’Ａ値は消光剤ないし測定対象物質
が不存在のときの指示薬（３）の螢光強度であシ、ＦＡ
　値は該消光剤ないし物質が存在するときの螢光強度で
あシ、１ｋＡ項は消光剤（Ｑ８）に対する指示薬囚の消
光係数、２ｋＡ項は消光剤（ＱＢ）に対する指示薬囚の
消光係数、（Ｑｌ）と（Ｑｓ）はそれぞれ両消光剤の濃
度である。

螢光指示薬（Ｂｌを用いて得られるデータは、同様にし
て である。　ここに、Ｆ’Ｂ値は消光剤不存在のときの指
示薬ＩＢＩの螢光強度、ＦＢ値は消光剤存在のときの螢
光強度、１ｋＢ項は消光剤（Ｑｌ）に対する指示薬ＩＢ
＋の消光係数、ｇｋＢ項は消光剤（Ｑｓ）Ｋ対する指示
薬ｆＢＩの消光係数、（Ｑ　１）と（Ｑｍ）はそれぞれ
両消光剤の濃度である。

る（Ｑａ）Ｍを式（５）へ代入すると、次式、即ち（Ｑ
ｌ）　＝（”２ｋＢ−β−２ｋＡ）（１ｋＡ、２ｋＢ−
２ｋＡ、１ｋＢ）（６）ないしは 〔Ｑ、〕＝（β・１ｋＡ−α・１ｋＢ）（１ｋＡ−２ｋ
Ｂ　−２ｋＡ−１ｋＢ）　”が得られる。　ここに、１
ｋＡ、２ｋＡ、１ｋＢ、２ｋＢは既知又は算出ずみの定
数でらる。　（α）値とψ）値は消光作用を受けた状態
の螢光強度、即ちＦＡ値及びＦＢ値、によって定まる変
魚値である。　このようにして式＋６）　、　＋７１に
従い測定対象物質ないし消光剤（（ｈ）　、　（Ｑａ）
の濃度がめられるわけである。

測定対象物質ないし消光剤が３種存在している場合には
、３種の螢光指示薬を用いると共に、次の３種のデータ
、即ち Ｆ　’Ａ　Ｆ　’Ｂ ・−ｍ−１！　β−−−１；　γ＝広−１（８）ＦＡ　
ＦＢ　ＦＣ を得なければならない。　従って、合計り穆の消光係数
を伴った次の３式、即ち ｔｌ　＝　１ｋＡ（Ｑｚ）＋２ｋＡ（Ｑａ）＋８ｋＡ（
Ｑｓ）β　＝　１ｋＢ・（Ｑｌ）＋２ｋＢ番（ＱＪ＋８
ｋＢ・（Ｑｓ）　ｔ９）γ＝　１ｋＣ・（Ｑｔ）＋２ｋ
Ｃ・（Ｑｉ）　＋ｓｋｃ・〔Ｑ８〕が導かれる。

この連立方程式は、 のように行列式で表わし、これを適宜の卓上計算機で計
算することによって解くことができる。

ｎ種の物質について未知の濃度をめるためには同様にし
てｎ個の独立した方程式が立てられ消光作用を受けた螢
光強度、りまシＦｎ値、をｎ個測定する必要がある。

〔作用及び発明の効果〕

この方法の利点は、濃度測定対象の例えばコ種の物質が
いずれも２種の螢光指示薬に対し消光作用を及ばず場合
において、非特定のこれら２種の螢光指示薬を用い上記
２種物質の濃度を螢光分析的に測定することが初めて可
能になった、という点にある。

非測定対象の消光性妨害物質が７種混在している場合に
おいて、ただ７種の測定対象物質濃度を測定することも
一つのデータが得られれば可能であって、この２つのデ
ータとは消光作用を受けた２種の螢光指示薬の螢光強度
であｐ。

この場合にはこれら物質濃度の算出は上述の如くにして
行われるが、しかし妨害物質の実際の濃度は算出されず
該物質によ多情光作用を受けた螢光強度が補助的データ
として必要となるＫすぎない。　この場合、本発明方法
は測定対象物質の濃度を妨害物質から識別するに役立つ
ているのであ勺、その特徴は次の通シ、即ち少くとも７
種の非測定対象ないし妨害性物質が存在しこれら）が測
定対象物質に対応した螢光指示薬の螢光強度を消失させ
る作用をなしているとき少くとも７種の測定対象物質の
濃度をめる目的で、上記妨害物質の濃度が対象物質濃度
と同様に測定されそのデータが利用される、という点に
ある。

同様にして非測定対象ないし妨害物質がｎ種存在しても
、これによ多情光作用を受けたｎ種のデータを得ればこ
れら妨害物質の影響を除外することができ、この場合は
測定対象物質（単数）によシ消光された螢光強度と共に
（ｎ＋１）個の方程式の中へ上記妨害物質についての方
程式を組入れることにする。　これら方程式を解くため
には、全ての指示薬−消光剤組合わせについてそれぞれ
消光係数（ｋ）が異なっていることが条件となる。　従
って、測定されるべき濃度データの数は、測定対象及び
妨害物質によシ消光された、かつ上記各方程式を解くの
に必要となる螢光強度データの数である、ということに
なる。

少くとも７種の物質に対し特定化された指示薬が用いら
れる場合には、上記の式（６）及び（７）は極めて簡単
な形に変形される。　りま多情光係数のうちの７つがゼ
ロ（０）になシ、分数はただ３項からなることになる。

これに反し、消光性物質２種の濃度比をめたい場合には
式（６）と（７）とを組合わせて下記の式（１１）が適
用される。

〔Ｑ、〕　β轡１ｋＡ−α・１ｋＢ それ自体が螢光指示薬物質となるものは、その状態が例
えば溶液又は化合物その他の種々の状態であろうとも、
螢光指示薬として用いることができ、又、これら螢光指
示薬がその種々の状１ｃおいて測定対象物質ないし消光
剤に対し相異なる消光係数をもつ、という構成が可能で
ある。　秤々の状態で存在し、従って種々の物質に対し
相異なった消光係数をもつ螢光指示薬ないしは指示薬物
質は、本発明方法においては互に無関係に導入しうる螢
光指示薬と見なされるべきである。

上記方法の実施態様次第では、その相ないし物質状態が
測定対象物質の相ないし状態と同じである螢光指示薬、
が用いられる。　測定対象物質とは異なる相で、ないし
はこれから分離して螢光指示薬が存在している場合には
、測定対象物質を指示薬相の中へ拡散きせるのが好都合
なこともあシ、及び／又は、螢光指示薬（複数）を測定
対象物質ないしこれを含有した試料へ同時に添加し、あ
るいは複数の物質溶液又は指示薬膜体へ分割して添加導
入するのが好都合なこともある。　さらに、測定対象物
質と同じ相ないし状態で存在する螢光指示薬を用いるこ
とも可能である。

螢光指示薬をそれ自体の（独自の）相として存在させる
か、又は他の相の中に存在させるか、の選択はそのとき
要請されてｈる条件によってきまる。　指示薬がそれ自
体の相として存在していれば、消光剤が実際１何の妨げ
もなく指示薬へ接近できるから、非常に高感度の測定が
できる。　しかし他方、溶液中に存在している実際１全
ての消光剤が作用を及ばずので（これらと指示薬とのあ
いだの）特定性は小さくなる。

指示薬が他の相に存在していれば一般的に測定の感度は
低下するが、その理由は消光剤が先ず第２ないし他の相
の中へ浸透拡散せねばならず、しかもその相同では少く
とも実際上（例えばポリマー内部では）消光効率が上記
場合よりも低いからであって、このことが信号変換量の
低下、従って感度ないし精度の低下をまねくのである。

しかし、この場合には溶液の特定性が明らかに向上する
のであって、その理由は上記の第２ないし他の相の中へ
侵入しうる物質、つまり普通はガスないし小さい分子の
み、が消光作用を呈しうるに過ぎないからである・ 〔問題を解決するための他の手段〕 本発明方法を実施するための装置として冒頭に記したタ
イプのものは、その特徴的構成要件として、同時に濃度
を測定されるべき物質の種類数に対応した種類数の螢光
指示薬が試料室へ供給されるための構成と、 測定対象物質のうちの少くとも７種に対し特定的に対応
していない、っまシ／種以上の物質から消光作用を受け
る、ものが上記螢光指示薬のうちの少くとも７種として
選定使用さり、るための構成と、 この螢光指示薬の消光係数が該指示薬に消光作用を及ぼ
す物質ごとに異なっているという構成と、 低下ないし消失した螢光強度に対応する各螢光指示薬に
ついての信号が、場合により増幅回路を経て、演算回路
へ送信され、そこで各物質濃度及び／又はそれらの比を
計算するための構成と、を備えている。

〔作用及び発明の効果〕

この装置では、特定化されていない螢光指示薬を使用す
ることによシ、仮に上記諸物質のなかに対象外の妨害物
質が混在してｂる場合であつても、物質濃度ないしその
比を測定することができる。

個々の螢光指示薬についての未消光の螢光強度データが
インプットされ、且つ場合によっては散乱光部分忙対応
し比値を差引いたあとで個々の螢光指示薬の螢光強度測
定データがインプットされるようＫした割算回路が設け
てあれば、そこで計算された商の値を上記演算回路内の
減算回路へインプットでき、しかもこの減算回路内で上
記の商から数値１を差引くことができて好都合である蔭
か、さらに、上記演算回路内に物質濃度゛の値及び／又
はそれらの比を計算するための計算回路が設けておれば
好都合である。

螢光指示薬（複数）のうちの少くとも一部分が有してい
る指示薬物質が、個々の指示薬について種々の状態りま
シ溶液又は化合物として存在し、しかもこれら種々の溶
液又は化合物の状態において該指示薬に対し消光作用を
及ぼす各物質についてそれぞれ異なった消光係数をもっ
ていれけ上記の構成が簡単化できる。

さらに必要に応じ次の如＜Ｋ、即ち 上記螢光指示薬ないし螢光物質（複数）が複数の溶液又
は複数の指示薬膜体に分割して存在させられ、及び／又
は試料室と螢光指示薬とのあいだに反応室が介設され、
この反応室内において消光性物質が非消光性物質へ、又
は逆に非消光性物質が消光性物質へ化学反応により変換
させられ、及び／又は測定ゾンデの尖端に指示薬成分な
いし螢光指示薬が配置され、このゾンデが、対象物質含
有試料の中へ浸漬できるよう、に構成されていれば有利
である。

試料室が同時に反応室でもあるという構成にできる可能
性のほか、試料室の背後に特別の反応室を設けることも
できる。

光源強度の度動による影響を排除する目的で、標準光電
池又は標準指示薬を螢光指示薬と共に用い、場合によっ
ては増侶器を介して、この光電池等を上記計算回路へ接
続してあれば、上記演算処理にとって好都合である。

〔実施例〕

第１〜２図は、液体又は気体試料中にコ種の拡散性物質
が含有されている、という普通の場合に本発明方法を実
施するための簡単な装置を示している。　試料室（社）
には外部螢光指示薬（２１Ａ）、（ｇＩＢ）が配置され
ている。　光源（２２Ａ）。

（２２Ｂ　）は螢光指示薬（２１Ａ）　、　（ｇｌＢ）
に、螢光を発生させ、この螢光光線の強度は光センサ（
２８Ａ）。

（２８Ｂ）によって測定される。　消光剤ないし測定対
象物質が存在しないとき螢光強度（Ｆ５）は特別、に高
い値を示し、得られるデータは式（２）における値（Ｆ
’Ａ）　と（Ｆ’Ｂ）である。　次に測定操作として、
消光性対象物質含有試料が試料室（２０）内へ導入され
、もしくは該室に流通させられる。

これに続いて消光性物質が試料室翰から螢光指示薬（２
１Ａ）、（ＢＩＢ）の中へ拡散していく（例えば、酸素
、二酸化イオウ、２−ブロム−２−クロル−１，１，１
−）ＩＪフルオロエタン（以下ハロタンと称する）等々
である。）。　これら消光性物質は上記指示薬の螢光強
度を可逆的に低下かくして、両指示薬（２１Ａ）、（２
１Ｂ）の螢光強度（ＦＡ）、（ＦＢ）が測定きれ、従っ
て、上記値（Ｆ’Ａ）。

（ＦｏＢ）と消光係数（ｋ）とがわかっていれば上記消
光性物質の濃度を計算することができるのである。　励
起用光線（財）と螢光光線霞とのあいだの識別をよシよ
く行うためには光学的フィルター又は干渉ツーイルター
（４）、＠を設けることができる。

試料室がとじては、７度づつ取替える測定室のほか貫流
式の測定セルであってもよい。　本発明方法と装置の利
点の７つは個々の試料だけでなく、貫流中の試料をも測
定できることである。

光源としては連続的な又はパルヌ化された光線を発生す
る熱電気式、電子式、レーザ一式、又は発光ダイオード
式の装置を用いることができる。

上記の如く忙用いられる螢光指示薬は普通、。

消光剤を感知する物質の溶液、又は場合によシる薄膜に
含まれた指示薬物質、のかたちをとる。

あるいはこれに代え、螢光指示薬として作用゛する物質
が担体物質と共有結合されていてもよい３指示薬として
は、あらゆる種類の螢光指示薬ないしは指示薬物質が場
合如よυ別々の母剤に含有された状態で用いられ、要す
るに外部物質から螢光消失作用を受けるものである。　
望ましくは、これら指示薬が強螢光性かつ安定なもので
あることを要する。　−例として下記の指示薬−消光剤
組合わせを挙げておく。　即ち、ピレン酪酸□−酸素 クロロライル□コ酸化イオウ 硫酸キニーネ□塩素イオン 硫酸アクリジン□臭素イオン インドール□ＨＩＩＯ露 ベンツ（ｇｈｉ）ペリレン□ハロタン（前出）などであ
る。

光センサ（２８Ａ）、（２８Ｂ）は消光剤濃度に依存し
た螢光強度の測定に供せられる。　光測定器ないしセン
サとしては光電管、光電変換増幅器、又はフォトダイオ
ードを備えることができる。

得られた測定データはさらに増幅回路内で増幅されてか
らアナログ又はデジタル計算回路ないし演算回路■、又
は表示装置■へ供給されるのが普通である。　計算回路
陣内では測定対象物質の濃度が、入力ずみの方程式を用
いて計算される。

〔別実施例〕

第８図は、光学的に透明な気体ないし液体等の流体に含
有されている３種の物質を連続測定する装置を略示して
いる。　０字管状の試料室［相］を通シ３個の螢光指示
薬（２１Ａ）、（２１Ｂ１．（２１Ｃ）の前を矢印（財
）方向に測定対象物質が貫流し、これら指示薬は光源（
社）の光線（３Ｄにより、場合によってはフィルタ（４
）を通ったあとの光線により励起されて螢光を発する。

　指示薬（２１Ａ）　、　（２１Ｂ＞　。

（２１Ｃ）から発せられた螢光光線＠は、場合によって
はフィルターにかけられたあとで光センサ（２８Ａ）　
、　（２８Ｂ３　、　（２８Ｃ）で測定される。　得ら
れたデータ信号は増幅回路（ハ）で増幅され、式１８）
　、　１９＋。

（ｌＯ）を用い計算回路■で計算される。　上Ｐ、デー
タは次いでアナログ又はデジタル表示装置（至）上に表
示され又はプリントされる。　消光剤濃度の比をめるに
は式ａαが用いられる。

ここで注意されるべきことは、上記の生の測定データ、
つまり測定された螢光強度（Ｆｌから、一定値（ＦＳ）
を差引き較正された測定データとすることが実際上好ま
しいことが多いという点である。　上記一定値（ＦＳ）
は外乱要素としての螢光ないしノイズ光線を考慮したも
のであり、これらノイズ光線は光散乱現象に起因して螢
光検出糸へ入ったものである。　ノイズ光線部分（ＦＳ
）の計算にあたっては先ずこれを考慮に入れてシュテル
ン骨フォルマー（Ｓ　ｔｅｒ？Ｖｏ１ｍｅｒ　）の式を
変形する。　即ち シュテルン・フォルマ一式ハ ０ −−１　＝　ｋ（Ｑ） Ｆ’＝１’−ＦＳ Ｆ＝Ｉ　−ＦＳ で表わされ、ここに、Ｉｏ、　Ｉは測定された生の光強
度（つまジ螢光光線＋ノイズ光線）であり、従って となる。　３点較正法によれば次の３つの較正値、即ち （Ｑ’ｌＯ＝　ｏ→ｌ０ （Ｑ：）　ｒ　→１１ 〔Ｑ〕２　→Ｉ９ が得られ、従って未知数が２つ（ｋ　、　ＦＳ　）の２
つの各式、即ち ０−ＦＳ Ｉｉ　−ＦＳ　−１＝ｋ（ｃ＋）ｉ が得られる。

このようにして、ノイズ光線部分（ＦＳ）と消光係数を
各センサ（各消光剤）ごとに較正計算できる。

本発明装置についての説明により本発明における測定原
理が理解ざｈやすくなるであろう。

必要ならば、種々の装置についての要請に応じて他の構
造要素を利用することができる。　例えば光源から螢光
指示薬へ光線を導き、又、指示薬から光センサへ光線を
導くために導光部材を設けることが必要となるかも知れ
ない。　指示薬膜体に対しいわゆるイオンキャリアを添
加することで消光剤が上記、膜体ないし指示薬の中へ拡
散浸透しやすくし、あるいは消光剤の指示薬選択性をも
たらすことが可能である。

測定データを検出確認し、又は処理封部濃度値の計算の
ためＫは種々の可能性がある。　２種の測定データが必
要とされる多くの場合に可能なことは、 （ＪＬ）　２種の異なった指示薬物質を含有した螢光指
示薬の螢光強度（ＦＡ）、（ＦＢ）を消光剤ないし測定
対象物質の存在下に測定し、次いで消光剤（Ｑ−＋）　
、　（Ｑｇ）の濃度を式＋６１　、　＋７１で計算、又
はグラフ上でめること、 （ｂｌ　それぞれ指示薬物質が種々の溶媒ないしポリマ
ー膜中などの異った母剤中に含有された２種の螢光指示
薬について螢光強度（ＦＡ）　。

（ＦＡ’）を測定すること。　指示薬物質の消光係数（
ｋ）は該物質が含有はれている母剤ないし溶媒によシ変
るから、やはシ式（６）　、　＋７１を用い、ないしは
グラフ上で２種消光剤の濃度をめることができる。　そ
のあと値（ＦＡ’）を値（ＦＢ’）に等しいものとして
扱う。

２種よシも多い物質がある場合、ないしは−秤よりも多
い母剤ないし溶液の中に指示薬物質が存在する場合にも
上述の諸事項があてはまる。

本発明方法は種々の分野、構成、及び幾何学的配置、に
ついて適用できる。

螢光指示薬ないし指示薬物質と消光剤とのあいだの交互
作用は均質な溶液中、っまり測定対象物質含有溶液と指
示薬含有溶液とを混合すること姉よシ均質化した溶液（
例えば後記試験例１と２の場合のように椀状容器の中に
おける測定）の中で現出する。

螢光指示薬と測定対象物質とのあいだの交互作用は、該
指示薬が該物質と同じ相の中には存在しないとき、かつ
、消光性物質が測定対象物質含有試料の中から指示薬な
いし指示薬物質の中へ浸透していく場合（例えば第１〜
８図のように膜状センサでガス濃度を測定する場合）、
にも現出する。

螢光指示薬がスペクトル的に異なった複数の光線を発生
する場合は、これら指示薬を７種の溶液又は膜体の中に
存在させられるほか、複数の溶液又は膜体の中に分割し
て存在させることもできる。

この場合には複数の膜体を重ね合わせ、又は並置できる
。　選択性を向上させるには、指示薬ないし指示薬単位
体を浸透選択性の付加的膜体で被覆できる。

本発明の一実施例にあっては、これらの指示薬単位体上
のところに反応室を付加配置することができ、これら反
応室内で消光性物質が非消光性に変わり、あるいは逆に
非消光性物質が消光性に変わるので、非消光性物質を間
接的に調査ないし測定することができる。

本発明で螢光指示薬と称するときは指示薬物質自体のほ
か担体物質上に存在する指示薬物質をも意味している。

光源＠の光線強度変動（の影響）を除くために、標準光
電池（３３１（第８図）を設けることができ、この光電
池は光源＠の強度を検出するものであシ、増幅回路（２
８）へ接続されているので光源＠の変動を補償、つまり
該変動が螢光強度の変動として現出することのないよう
にする。

本発明の用途は多岐にわたるから、非眼定的意味でその
数例を挙げておく。　即ち、（ａｌ　工業的排ガス中又
は環境測定装置中の酸素と２酸化イオウとの同時的測定
。

（ｂｌ　ＳＯｘ又はＮＯｘなどの自動車排気ガスが外乱
成分として存在している場合の、道路トンネル内の酸素
濃度測定。

（０）麻酔処理のあいだの麻酔ガス中に含有されている
消光性酸素及びハロタン（前出）の同時的測定。

（４１排水中の塩化物及び亜硫酸塩の連続測定。

以下試験例に基いて本発明をさらに詳しく説明するが、
これら試験例により本発明方法の精度の良さが明らかに
なるであろう。

試験例１： 〔均質溶液中の２種の消光剤（塩化物と臭化物）の同時
的かつ定量的測定〕 原理： 螢光指示薬としてのキニーネとアクリジンとが臭化物と
塩化物とによシそれぞれ異なった消光作用を受ける。

１−クロル−２，４ジニトロベンゼン（分子量、２０．
２．ｓ乙）！；、７２３ｍｇと、ペンザールアセトフエ
ノンジプロマイド（分子量３乙ｇ、０ざ）ダ、３０．２
ｍｇとを秤取混合し、酸素雰囲気中で燃焼させた。　燃
焼排ガスは７％硫酸ヒドラジン溶液３　ｔｎｌに吸収さ
せた。

反応ガス吸収後のフラスコ内容物を、：ｉｏｍｌのメス
フラスコへ、指示薬添加することなく、注入した。　こ
の母液ざｔｓｌづつをピペットアップして１０＊ｔのメ
スフラスコ一つへそれぞれ注入した。　１０ｍ１メスフ
ラスコの一方へは２．０×１０−６モル濃度で／Ｎ硫酸
に硫酸キニーネを溶解させた溶液（第１指示薬）７＝／
を添加し、他方の１０ｔｔｔｔメスフラスコへは、／、
ＯＸ　／　Ｏモル゛濃度で／Ｎ硫酸にアクリジンを溶解
させた溶液（第２指示薬）／元ｔを添加した。　次いで
これら１０ｖｔｌメスフラスコへ水を添加し内容量をそ
れぞれ／　Ｏｙｘｌとした。　ハロゲン化物を含有しな
い標準溶液を２種調製したのち、その標準螢光強度（Ｆ
’Ａ）　、　（Ｆ’Ｂ）を７００に合わせた。

（硫酸キニーネが指示薬である方の）上記試料の相対的
ＦＡ値は７乙、／であり、（アクリジンが指示薬である
方の）上記試料の相対的ＦＢ値もやけｆ）７乙、／であ
った。

これらの測定結果を演算するに要する消光係数（ｋ）は
前もってめてあυ、その詳細は第１表の通シである。

第１表：　下記試験（結果計算）例で用いられる指示薬
、即ち硫酸キニーネ及びア クリジンの硫酸溶液、の吸光係数 指示薬　ＣＩ　Ｂｒ− ０、／　Ｎ　Ｈ１ｌＳＯ４中　１ｋＡ＝　１ｋＢ＝０．
７　Ｎ　Ｈ１ｌＳＯ４中　１ｋＡ＝　２ｋＢ＝のアクリ
ジンＩＢＩ　タ、ｔ　３０１１．２演算：　次の結果が
得られた。

ＦｏＡ−ｔ０Ｂ＝１００ ＦＡ＝ＦＢ＝７ん／ ａ　＝　（Ｆ’λ／ＦＡ）−１＝０．３／！；Ｏｇβ＝
　（Ｆ’Ｂ／ＦＢ）　−１＝　０．３　／　５０乙−ｒ
′ これらデータと、シュチル拳フォルマー係数（ｋ）を式
＋６１　、１７１に代入すると、消光剤としての塩化物
と臭化物のモル濃度として次の値、即ちＣ１＝／、０２
り４ｍＭ（ミリモル）＝Ｏ０り／２２乙ｇ　／　２　ｊ
　Ｍｌ全試料容量 Ｂｒ　＝／、００３６ｍＭ（ミリモル）＝２．００１１
ｇｍｇ／２！；ｍｌ全試料容量 が得られる。

ハロゲン化物のｍｇ単位での含有量をめるには、試料中
の消光剤のモル濃度に分子量と全試料容量−とを乗じ１
０００で割らねばならない。

Ｍｆ／全試料容量の単位で得られた分析値を秤取量（り
）で割ｐ１その商に７００を乗じるとハロゲン化物の相
対的％値が出る。　この試験例では次の値が得られた。

秤取量：り、９’７２３り 塩化物：実測値り、３ｇ％、計算値り、２２％臭化物：
実測値２０．１．７％、計算値２０．ｊｔ！ｒ％試験例
２試 験物２溶液中の３種の消光剤（塩化物、臭化物、沃化物
）の同時的かつ定量的測定〕 原理： 螢光指示薬としてのキニーネ、アクリジン及びハルマン
（天然物質の７種、ドイツ語Ｈａｒｍａｎ　、英語ｈａ
ｒｍａｎｅ　）の螢光が硫酸溶液中において（測定対象
）物質、即ち、塩化物、臭化物及び沃化物によシ異なっ
た消光作用を受ける。

上Ｅ、？ＩＪの消光剤の同時的螢光分析は、３種のハロ
ゲン化カリウム溶液を用いて行なった。

そのため先ず消光係数をめ、（消光剤を）追加した場合
の、「全消光係数」における加成性関係を調べた。　第
２表はその結果を示す。

第２表：　溶液中に同時に存在するハロゲン化物に対す
るイオンごとの消光係数と 全消光係数 ハロゲン化物 の全濃度　ハロゲン化物　ｋｌａｌ ｍＭ（ミリモル） Ｉ　ＫＧ６　／３３ １　ＫＢｒ　／７ｇ Ｉ　ＫＩ　、２り３ ２　ＫＣｎ＋ＫＢｒ　３１０ ２　ＫＣＩ　−ト）・Ｋｌ　３７７ ２　ＫＢｒ　＋　Ｋｌ　４１．２／ Ｂ　ＫＣＡ！＋ＫＢｒ　＋ＫＩ　５　！；　７注、ｆａ
ｌ・・・全消光係数は消光剤が同濃度づつ存在するとき
の値である。

第２表に見られる通り全消光係数の加成性関係は、単独
でイオン特定的に測定されたｇＡ数から与えられる。　
従って、個々のイオンないし物質の消光係数寄与分は他
の消光剤の存在とは無関係である。

３種のハロゲン化物を同時測定するべく３個の１０ｔｔ
ｔｌメスフラスコに、／、００×ＩＯ”Ｒ（−Ｋ　ｃ／
　、　−ＫＢｒ　、　−ＫＩ浴溶液それぞれ／　ｔｎｉ
づつピペットアップして注入した。　指示薬としての硫
酸キニーネ、アクリジン及びハルマン（前出）の溶液は
／Ｎ硫酸を用いて調製し、これら３種の指示薬溶液を各
／　梯／　ｔｙｌづつそれぞれ上記メスフラスコへ加工
た。　次に上Ｅメスフラスコ内容量を標線のところまで
蒸溜水で増したあと、それぞれの標準溶液（指示薬溶液
／１ｔｔｌ／水／　ｏ　ｔｓｌ　）の螢光強度（Ｆｏ）
に対する（相対的）螢光強度（Ｆｌを測定した。　そし
て上記の標準螢光強度（Ｆｏ）を７００に合わせたあと
測定操作を行なった。　個々の指示薬についてめ全消光
係数は第８図の通りである。

第８表：　均質溶液中の塩化物、臭化物、沃化物を同時
測定するための消光係数 ３種の相対的螢光強度データ（ＦＡ、ＦＢ、ＦＣ）は次
の如くであった。

ＦＡ−１，ｕ、３　、ＦＢ＝Ｓｇ、ｌｌ　、ＦＣ＝ｇ／
、ｇＦ　’Ａ　＝　Ｆ　’Ｂ　’＝　／Ｆ　”ＣＩ主１
００（標準螢光強度）α＝　（Ｆ’Ａ／ＦＡ）　−／　
＝　０．３３３２　／β＝　（Ｆ’Ｂ／ＦＢ）　−／　
＝　０．７　／　２　ｊ　３γ＝　（Ｆ’Ｃ／ＦＣ）−
／　＝　０．２２２１Ｉり式（８）〜ａＯ１で計算した
結果は次の通夛である。

行列式の値＝７２Ｓり３２２．２ 小行列式１の値＝７２４２６ｇ３り ｌｌ　’Ｂ　／／　＝７７ｇ≦、４！　３　／／／　８
　ｌ　＝＝７７７乙、／乙／ 第ｉ番目の未知数を計算するべく行列式の第１番目の列
を弐（１０１の左辺で置換する。

こり、によシ得られたハロゲン化物溶液の濃度は、 Ｃ，ＣＩ　）　＝　／、０００　ｍＭ （Ｂｒ　）　＝　７．００３　ｍＭ （Ｉ　）　＝　／、００２ｍＭ である。

このように算出ばれた濃度は、実際にピペットアップさ
ｈ全濃度（／、０００ｍＭ（ミリモル））と極めてよく
一致している。

試験例８： 〔麻酔ガス中の酸素とハロタン（前出）の連続的同時測
定〕 原理： ある種の芳香族炭化水素の螢光は、酸素およぴハロタン
（麻酔ガス）によシ消失させられる。

第２図に略示されている如き測定装置において、酸素２
０％とハロタンク、７％含有のガスによる消光現象を測
定した。　螢光指示薬（２１Ａ）。

（２１Ｂ）はデカリンないしはベンゾ（ｇｈｉ）ペリレ
ンの溶液、又は、架橋シリコーンないしは高度可塑化ポ
リ塩ビニル中に含まれた異部環状化合物である。　予備
試験により第４図示のように、各消光係数、即ち ｘｋＡ（第１消光剤０．による指示薬（ｇｌＡ）の消光
）、２ｋＡ（第２消光剤ハロタンによる指示薬（２１Ａ
）の消光）、 １ｋＢ　（Ｏｓによる指示薬（２１Ｂ）の消光）、及び
２ｋＢ　（ハロタンによる指示薬（２１Ｂ）の消光）を
実験的かつ式（１）を用いてめた。　第４図では横軸に
０８及びハロタンの濃度〔Ｑｌ〕、〔Ｑ１〕が、縦軸に
は標準螢光強度を相対螢光強度で割った商から１を差引
いた値が、それぞれとっである。

図中の直線の傾斜は０雲及びハロタンによる第１指示薬
の消光係数に対応している。

第１及び第２指示薬の消光係数を第２表に示す。

第４表：　芳香族法化水素系螢光指示薬の、酸素とハロ
タンとによる消光係数 一方、次の測定データが得られた。

Ｆ’Ａ／　ＦＡ　＝　７．０７３　＋従って（Ｚ＝０．
０７３Ｆ’Ｂ／ＦＢ　＝　７．／ｇｏ　ｉ従ッテβ＝０
．１ｇ。

これら（α）、ψ）値と第４表の消光係数とを式＋６１
　、　＋７１　Ｋ代入して、０ｓ（（ｈ：）とハロｐ　
ン（ｑｉ）の濃度としてそれぞれＯ，／タタタと０．０
　＋　３という値、即ち／り、タン％とｑ、３％、が得
られた。　これらデータは実際の酸素濃度およびハロタ
ン濃度と非常によく一致している。

【図面の簡単な説明】

第１〜８図は揮々の測定装置の説明図であり、第４図は
消光係数算出のためのグラフである。 ＠）・・・・・・試料室、（２１Ａ）、（２１Ｂ）、（
２１Ｃ）・・・・・・螢光指示薬、＠・・・・・・光源
、■、＠・・・・・・光オ幕フィルタ、（２８）・・・
・・・増幅回路、凶・・・・・・演算回路、（Ｆｌ　、
　（Ｆ’）・・・・・・計算強度。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■　気体、液体等の流体試料中に含有されている物質の
   濃度を螢光指示薬を用いて測定する方法であって、この
   螢光指示薬の螢光強度が上記物質によフ低下ないしは消
   失させられる　′ものである螢光分析的濃度測定方法に
   おいて、■少くとも２種以上の物質の濃度を同時的に測
   定するべく、測定対象物質の種類数に対応し　４た回数
   の螢光強度測定操作を該物質含有の／　゛つの試料につ
   いて行うに当たり、測定対象物　う質の少くとも７種に
   対して特定化されてはいない螢光指示薬、つまり測定対
   象物質の中の　１２種以上によシ消光させられる螢光指
   示薬を少くとも７種用いると共に、この指示薬とし　（
   てはその螢光強度をそれぞれ消失させる複数　■の物質
   （消光剤）に対し異なった消光係数を有したものとする
   こと、並びに、 導入された螢光指示薬の既知の未消光時の螢光強度と、
   測定された消光後ないし減光後の螢光強度と、既知ない
   しは前もってグラフ上で又は計ｔによ請求められている
   消光係数、とを用いて個々の測定対象物質の濃度及び／
   又はこれら濃度のあいだの比をめること、 を特徴とする方法。 前記の測定対象物質が少くとも／穏であり、これが少く
   とも７種の非測定対象ないし妨害物質と共存していると
   共に、測定対象物質に対応した螢光指示薬の螢光強度を
   上記妨害物置が消失させるものである場合において、こ
   れら妨害物質の濃度も測定対象物質の濃度と同様にして
   測定し、そのデータを測定対象物質濃度算出のために用
   いる特許請求の範囲第０項に記載の方法。 ｍｌ記の物質濃度算出に先立ち、各螢光強度データから
   ノイズ光線に起因する部分を差引く特許請求の範囲第０
   項又は第０項に記載の方法。 ■　ｇｉＪ記の螢光指示薬が測定対象物質とは異なる相
   に存在、ないしは該物質から分離して存在している場合
   において、測定対象物質を指示薬相の中へ拡散させる特
   許請求の範囲第０項から第０項までのいずれかに記載の
   方法。 ■　前記の螢光指示薬の全てを、測定対象物質ないしは
   これを含有した試料の中へ同時に添加する特許請求の範
   囲第０項から第０項までのいずれかに記載の方法。 ■　前記の複数の螢光指示薬を秤類別に分けて導入する
   特許請求の範囲第０項から第０項までのいずれかに記載
   の方法。 ■　測定対象物質含有の試料を収容する試料室を備え、
   この試料室に螢光指示薬が配置され、ないしは消失させ
   られるよう構成されている物質濃度の螢光分析的測定装
   置において、上記螢光指示薬の少くとも７種として、測
   定対象物質の少くとも７つに対し特定的に対応していす
   、／拙以上の物質から消光作用を受けるものが選定使用
   されるための構成と、上記螢光指示薬の消光係数が、こ
   れら指示薬に消光作用を及ぼす物質ごとに異なっている
   という構成と、 低下ないし消失させられ念螢光強度に対応する各螢光指
   示薬についての信号が増幅回路はを経てないしは経ずに
   演算回路■へ送信され、そこで各物質濃度及び／又はそ
   り、らのあいだの比などが計算されるための構成、 とを備えたことを特徴とする装置。 ■　前記の演算回路（支）か割算回路を備えていて、個
   々の螢光指示薬の未消光の螢光強度（Ｆｏ）を示す測定
   データが上記割算回路へインプットされ、さらに、各指
   示薬（２１Ａ）、（２１Ｂ）、（２ＩＣ）の螢光強度ｊ
   Ｆｌを示す測定データも、これらから散乱光に起因する
   値か差引かれたのち、ないしは差引かれずにそのまま、
   上記割算回路へインプットされる構成であり、 前記演算回路四が減算回路を備えていて、商の値（Ｘ−
   ０）がこの減算回路へインプットされ該値から数値／が
   差引かれる構成であシ、さら釦。 ｍＩ記演算回路（２）が計算回路を備えていて、前記の
   各測定対象物質の濃度及び／又はそれらのあいだの比が
   この計算回路で計算される構成である特許請求の範囲第
   ０項に記載の装置。 ■　前記螢光指示薬Ｃ２１Ａ）、（２１Ｂ）、（２１Ｃ
   ）の少くとも一部が含んでいる指示薬物質が、種々の母
   剤ないし溶液もしくは化合物の中に含まれ、この指示薬
   物質がこれに対し消光作用を及ぼす各物質に対し上記溶
   液ないし化合物内でそれぞれ相異なった消光係数を示す
   ものである特許請求の範囲第０項又は第０項に記載の装
   置。 ０　前記の螢光指示薬ないし指示薬物質が複数の溶液な
   いし指示薬膜体に分かれて存在させられている特許請求
   の範囲第０項から第０項までのいずれかに記載の装置。 ■１１１記の試料室（イ））と螢光指示薬（２１Ａ）、
   　（２１Ｂ）。 （２１Ｃ）とのあいだに反応室が設けられ、この反応室
   内での化学反応によシ、消光性物質が非消光性に変化な
   いしは非消光性物質が消光性に変化させられる構成であ
   る特許請求の範囲第０項から第０項までのいずれかに記
   載の装置。 ■　前記の指示薬物質ないし螢光指示薬が測定用ゾンデ
   の中に存在させられ、このゾンデが、測定対象物質含有
   試料の中へ浸漬させられ得る特許請求の範囲第０項から
   第０項までのいずれかに記載の装置。 ■　前記の複数の指示薬物質、螢光指示薬、反応室ない
   し指示薬用の選択透過性膜体等並置されている特許請求
   の範囲第０項から第０項のいずれかに記載の装置。 （９ｆｎ前記の複数の指示薬物質、螢光指示薬、反応室
   ないし指示薬用の選択透過性腺体等が重なシ合って配置
   されている特許請求の範囲第０項から第０項のいずれか
   に記載の装置。 ［相］　前記の光源＠と試料室［株］との間ないしは試
   料室■と螢光指示薬（２１Ａ）　、　（２１Ｂ）　、　
   （２１Ｃ）との間に、光学的選択性を高めノイズを抑制
   するための光線フィルタ（４）、＠が設けられている特
   許請求の範囲第０項から第０項までのいずれかに記載の
   装置。 ［相］　前記光源の強度が変動することによる影響を排
   除するべく標準光電管（３３）ないしは標準指示薬が＠
   記の螢光指示薬のところに設けられ、これら光電管等が
   増幅回路（社）を介し又は介さずに演算回路斡へ接続さ
   れている特許請求の範囲第０項から第０項までのいずれ
   かに記載の装置。 ０　前記の螢光指示薬が測定対象物質と同じ相ないし物
   質の中に存在させられている特許請求の範囲第０項から
   第［相］項までのいずれかに記載の装置。