JPS63201566A - ナトリウム，カリウムイオンの簡易定量 - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、水に溶けているナトリウムイオンやカリウム
イオンの選択的かつ迅速簡単な簡易定量分析法及びそれ
に用いるところの定量分析用試験片に関するものである
。

（従来の技術とその限界） ナトリウム、カリウムイオンは生体体液中の主要成分と
して、生命維持に不可欠な金属イオンであり２体液中の
ナトリウム、カリウムイオン濃度はヒトの健康状態を判
定する重要な指標として臨床検査の主要分析項目となっ
ている。また。

ナトリウムイオンは血圧を左右する因子であるため、高
血圧患者の飲食物に含まれるナトリウムイオンや尿中の
ナトリウムイオンの濃度測定は血圧の管理１．その重要
性が指摘されている。

従来、血液や尿など体液中のナトリウム、カリウムイオ
ンの濃度は、イオン電極法、または炎光法、原子吸光法
など実験室で高価な分析機器を用いる方法で測定される
のが普通であった。したがって、たとえばＰＨ試験紙で
、Ｈを測定するように誰でも又どこでも簡単に測定でき
るようなナトリウム。

カリウムイオンの測定法の開発が強く要望されていた。

このような要求をみたす方法として、たとえばクラウン
エーテルと指示薬を組み合わせ、イオン対溶媒抽出の原
理（住吉、中原、上野；　Ｔａ１ａｎｔａ、　２４．７
６３（１９７７）　）を応用した血清中のカリウムイ゛
オン測定用の試験紙が開発されている。

しかしこの試験紙のカリウムイオン濃度２〜１２ミリ当
量／１　；　ｔ、（０，０８〜０．４７ダ／１；　ｔ、
）の範囲での変色は微妙です あり、従って反射光度計を用いその変色度からカシつム
イオン濃度を求める必要があった。

また、高血圧患者の尿中の食塩濃度を０．６〜１．６％
の範囲で、また食餌中に含まれている食塩を０．８〜１
，４％の範囲で測定できるソルトペーパーが開発されて
いるが、これは硝駿銀と吸着指示薬を組み合わせてつく
られた塩化物イオン濃度測定用の試験紙である。すなわ
ち、塩化合物イオン濃度を測定し、これをもって塩化ナ
トリウム濃度とするわけであるが。

コルビン酸ナトリウムなどが共存してもこれらに由来す
るナトリウムイオンは上記方法では定量されないことに
なる。

従って、これらの尿または食品中のナトリウムやカリウ
ムイオンを直接かつ選択的に定量できる簡易分析法の開
発が強くのぞまれているわけである。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明音らは、前記した従来技術の限界を克服すべく鋭
意検討をすすめてきた。すなわち本発明哲らは過去１０
年間にわたり、クラウン化合物に発色団を導入したクラ
ウン色素試薬を開発し、これを用いてアルカリ金属イオ
ンを溶媒抽出比色法により定量することに成功した（高
木、上野；　Ｔｏｐｉｃｓｉｎ　Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｃｈ
ｅｍｉｓｔｒｙ、　１２１．３９（１９８４）　）。こ
の定量法に用いられるクラウン色素試薬は、試薬に導入
された色素の発色団に共役した位置に解離性のプロトン
をもち、このプロトンの解離にともない明瞭な色調の変
化を示し１次式〇に示すような平衡によって、アルカリ
金属イオン（Ｍ＋）が存機溶媒相に抽出されると同時に
有機相の変色を伴うものである。

（ＨＲ）。＋（”　）　ｗ　＝　（Ｍ　Ｒ）。＋（Ｈ”
）Ｗ・・・■ここに（）。は有機相の、（）Ｗは水相の
溶存種、ＨＲは遊離のクラウン色素、ＭＲはアルカリ金
属錯体を示す。

上記の定量法におけるナトリウム、又はカリウムイオン
に対す゛る選択性はクラウン環の大きさのけか１発色団
の分子構造、導入の位置などによっても左右され、たと
えば以下の構造式■、■の試薬はカリウムに（日本特許
　第１０８２０４５号）、そして構造式■、■、■、■
の試薬はナトリウムに選択的であることが報告されてい
る（片山、福田、高木、　Ａｎ−ａｌ、Ｃｈｉｍ　Ａｃ
ｔａ、　１８５２９５（１９８，６）　）。

本発明音らは、これらのクラウン色素試薬によるナトリ
ウム、カリウムイオンの抽出比色法が、もし薄膜上で実
現出来ればナトリウム、カリウムイオンの簡易定量法が
可能になることに思いつき、該クラウン色素試薬自体の
ほか抽ＬＩｌｌｌ溶媒。

緩衝剤、薄膜担体などについても種々研究を重ねた結果
、これらの最適の組み合わせ、および薄膜の構成条件を
見出し。

本発明を完成した。

すなわち本発明はナトリウムまたはカリウムイオンに選
択的なりラウン色素試薬、難揮発性緩衝剤及び難揮発性
抽出溶媒の王者の混合物を担体となる高分子化合物と混
合して薄膜状となした試験片、又はこの王者の混合物を
多孔性高分子薄膜に含浸させた試験片を用いて、この薄
膜状試験片に接触する水溶液中のナトリウムまたはカリ
ウム濃度を試験片の呈色反応によって定量する方法＋５
−するものであり、更にはそれに使用する定量分析用試
験片に関するものである。

〔発明の構成コ （問題点を解決するための具体的手段）以下１本発明の
アルカリイオン定量用呈色試験片の各構成要素について
説明する。

１、クラウン色素試薬 カリウムイオンに選択的なりラウン色素試薬としては先
に述べた化合物（１）、■のほか、この色素の呈色色調
を改良した次の化合物（７）、■もまた使用できる。

これらの試薬はいずれも色素自身のクロロホルム溶液は
黄褐色であるが、カリウムを含むＰＨ１０〜１２の水溶
液に接触すると、水相に分配した試薬のプロトンが解離
しカリウムと錯体を形成して有機相に抽出されると赤褐
色に変り、そのため肉眼によっても水溶液中のカリウム
の有無やカリウムの抽出状態を観察することができる。

カリウムイオンに対する選択性は既出の式■の平衡定数
（抽出定数）で比較することができる。たとえば化合物
（υ及び■のカリウムとナトリウムイオンに対する抽出
定数の比（Ｎ　ａ　／　Ｋ　）はそれぞれ０．００３５
ｔｄよび０．ＯＯ７９１’ある。従って適当な条件を選
べば、数百モル倍のナトリウムイオンが共存しても、そ
の影響を受けることなくカリウムイオンを定量すること
ができ、従ってたとえば、血清中や土壌、肥料抽出液中
のカリウムイオンの定量に応用することができろ。

次にナトリウムイオンに選択的な試薬としては化合物■
。

（６）、■及び■があり、これらの抽出定数の比（Ｎ　
ａ　／　Ｋ　）はそれぞれ、１６，５．５及び５である
。そのため等モルのカリウムが共存しても、その影響を
受けることなくナトリウムイオンを定量することができ
、従って尿、血液２食品中のナトリウムイオンの定量に
応用することができる。

以上に９代表的なりラウン色素試薬を示したが１本発明
はこれらの試薬に限定されるものではない。すなわち発
色団をもつクラウン色素試薬で、ナトリウムまたはカリ
ウムを選択的に抽出し変色するものはいずれもこの目的
に使用することができる。

２、緩衝剤 １、に述べたようなりラウン色素試薬によるアルカリ金
属イオンの溶媒抽出はＰＨ１０〜１２付近で行なわれる
ため２本発明による薄膜状試験片の試薬の構成要素の一
つとしてＰＨ１０〜１２の緩衝剤を必要とする。ところ
で通常の溶媒抽出では緩衝剤としては水溶液が用いられ
るが、薄膜への応用を考える場合、水溶液は蒸発の可能
性があるため不適当であり、従って難揮発性液体ないし
固体微粉末が望ましい。そのためには例えば、ト、リエ
タノールアミン（Ｐ／／１０）もしくは高分子量第４ア
ンモニウム水酸化物（Ｐ／／１２）のような難揮発性液
体、又はＥＤＴＡ３〜４リチウム塩のような固体粉末な
どがこの目的番こ適している。

後者のＥＤＴＡリチウム塩はリチウムとの結合比により
Ｐ／／９，５（３Ｌｉ塩）〜Ｐ／／１１（４Ｌｉ塩）の
緩衝剤となる。なおＰＨ＝１１を示すＥＤＴＡリチウム
塩はまた。共存する重金属、アルカリ土類金属のマスク
剤としても有効である。

３、抽出溶媒 １、で述べたクラウン色素試薬によるアルカリ金属イオ
ンの溶媒抽出では、生成した錯体が一種の分子内イオン
対構造をとっているため、クロロホルムや１，２−ジク
ロロエタンのような誘電率の比較的大きい溶媒を用いな
いと。

抽出率を高くすることができない。しかしながら、この
ような溶媒は揮発性が大きいので薄膜法に応用すること
は困難であり、薄膜状の試薬の構成要素としては、誘電
率が大きり、シかも難揮発性の液体が望ましい。その目
的のためには例えば、０−ニトロフェニールオクチルエ
ーテル、〇−ニトロフエニールフエニールエーテ／ｌ／
、　アルイハフェニルホスホン酸ジーｎ−オクチルエス
テルなどが適している。

４、薄膜担体 上記３成分を薄膜状に成型するためには、原理的には次
の二つの方法をとることができろ。

第一の方法は、ポリ塩化ビニールのような平板上に薄膜
し 状に展開段たのち、テトラヒドロフランを蒸発させて半
透明〜透明な薄膜とする。緩衝剤としてＥＤＴＡリチウ
ム塩などの固体粉末を用いればそれは微粉末状に分散し
た状態となる。なお、高分子担体としては、溶媒蒸発法
で薄膜に成型可能なものであればポリ塩化ビニル以外の
ものでも使用することができる。

第二の方法は微細孔を持つ高分子薄膜に前記３成分混合
液を含浸担持させろ方法である。たとえば、メンブラン
フィルタ−と呼ばれる高分子薄膜は、厚さ０．１〜０．
２朋の高分子薄膜に孔径数ミクロン程度の一定の孔径を
もった微細孔が多数開いており、その細孔の占める面積
は膜面積の７５％にも達するが、このような、メンブラ
ンフィルタ−に前記３成分の混合物を溶かした揮発性溶
媒液をそのまま含浸させ、溶媒を蒸発させて、薄膜状の
試薬片とすることができる。

この目的にはメンブランフィルタ−に限らず細孔密度の
高い高分子薄膜はいずれも利用することができる。たと
えば、テフロンやポリプロピレンの多孔性薄膜などもこ
の目的に用いることができる。

以下１本発明を実施例により更に詳しく説明するが１本
発明の技術思想を逸脱しない限り本発明は、これら実施
例に同等限定されるものではない。

実施例１ 構造式■の試薬　０．０１５ダ、０．２Ｍ　　ＥＤＴＡ
　　３．８リチウム塩水溶液２．１　ｔＲｔ　ｒオルト
ニトロフェノールオクチルエーテル２．１ｇ及びポリ塩
化ビニル粉末０．９ｇをテトラヒドロフラン６０ｘｌに
溶かし、均一溶液としたのち、清浄なガラス板に展開し
２次いでテトラヒドロフランを蒸発させると、淡黄色の
透明なフィルムが得られる。このものを１辺５Ｈの正方
形状に切りはなし塩化カリウム水溶液に浸すと、１０〜
１５分後化は橙色に変色する。２〜ｌＱｍｅｑ／　１　
ｉ　Ｌ、のカリウムの濃度に応じ、対応する橙色の濃淡
によって５段階程度に判別できる。

実施例２ の し、溶液を十分含浸させた今ち引き上げて溶媒を蒸発さ
せると、半透明の試験片が得られる。このものは実施例
１と同様にカリウムの定量に使用することができる。

実施例３ 実施例１において、０，２Ｍ　　ＥＤＴＡ３．８リチウ
ム塩水溶液の代りにＩＭ＋−リエタノールアミン水溶液
２，１ｔｐｔｌを用いてカリウム定量用の試験片をつく
る。

実施例４ 実施例１において、ＥＤＴＡリチウム塩を添加せずに。

試験片を作成し９次いで用にのぞみ試験すべき溶液に０
．２Ｍ　　ＥＤＴＡ３．３リチウム塩を０．ｌｌｌｔ滴
下したのち、これに上記の試験片を浸して呈色を観察す
ることもできろ。

実施例５ 実施例１において、クラウン色素試薬の量を０．０３１
に増加して、同様に試験片を作成する。このものは高濃
度のカリウム（１０〜１００ｍｅｑ／１　：　ｔ、）　
　の定量に適している。試料中のカリウムイオン濃度範
囲に応じて、試験片に含まれるクラウン色素試薬の濃度
を加減することにより。

より明瞭な変色を観察することができる。

実施例６ 構造式■　の試薬０．０４５Ｍ、０．２Ｍ　　ＥＤ１’
Ａ４リチウム塩水溶液１．６ダｇ１．０．２Ｍシシチラ
ミンＯＨ（同仁化学製、高分子量アンモニウム水酸化物
）水溶液１．Ｏｇｔ、オルトニトロフェノールオクチル
エーテル２．１ｇ及びポリ塩化ビニル粉末０，９　ｆを
テトラヒドロフラン６０ｔｘｌに溶かし。

均一溶液としたのち、実施例１と同様の方法で処理する
と黄色透明なフィルムが得られる。次いでこれを切断し
て試験片と成し１食塩水溶液に浸すと１０〜１５分後に
橙色１こ変色する。この試験片はその変色により、ｏ、
２〜２％の食塩の濃度に応じ５段階程度に判別できる。

以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　ナトリウム又はカリウムイオンに対し選択的に発色
   するクラウン色素試薬、難揮発性緩衝剤及び難揮発性抽
   出溶媒の混合物を担持する膜状担体を用いることを特徴
   とするナトリウム又はカリウムの定量分析法。 ２　ナトリウム又はカリウムイオンに対し選択的に発色
   するクラウン色素試薬、難揮発性緩衝剤及び難揮発性抽
   出溶媒の混合物を膜状担体に保持させたことを特徴とす
   るナトリウム又はカリウムの定量分析用試験片 ３　第２項において該混合物を担体高分子化合物と混じ
   、揮発性溶媒に溶解し、平板上にキャストし次いで溶媒
   を蒸発させたことから成るナトリウム又はカリウムの定
   量分析用試験片 ４　第２項において該混合物を多孔性薄膜状担体に含浸
   担持させたことから成るナトリウム又はカリウムの定量
   分析用試験片