JP2000505199A - 水分測定装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 有機溶剤の液相水分を直接測定し、固体の液相水分を間接的に測定する試験装置および試験方法である。この装置および方法に使用する試薬組成物は、基本的に、１．比色指示薬物質、好ましくは第一コバルト塩または第一銅塩、および２．ポリマー水蒸気バリア物質の混合物の乾燥残分からなる。この混合物を基材に配合したものを液体試験サンプルに接触させるか、浸漬し、これから取り出し、試験組成物の変色を標準カラーチャートと相関させて、試験サンプルにおける水分の量を定量する。この方法を固体に適用する場合には、試薬アルコールとして実質的に無水の抽出流体を使用して、固体から水を抽出する必要がある。

Description

【発明の詳細な説明】 水分測定装置および方法 発明の分野 本発明は液体の水分量を直接測定し、かつ固体の水分量を間接的に測定する無 水試薬試験装置および方法に関する。この無水試薬試験装置は、例えば平坦な基 材からなり、流体の水分量に量的に感応する比色試験組成ぶぶの乾燥残分を含有 するものである。また、本発明方法では、この装置を水混和性溶剤に溶解した水 か液体系に懸濁した水に接触させる。固体の水分量を測定する場合には、これら の水を無水溶剤と接触させてから、抽出剤を試験装置に接触させる。 発明の背景 各種の液体や固体における水分の測定は、全体としていえば、完全な化学分析 に含まれるものであり、このような測定の論理的理由および重要性は被試験物質 に特有なものである。ある場合、水分は物質に悪影響を与えるが、別な場合には 、水分はこの物質の特性や価値を高めることがある。例えば、自動車の流動媒体 分野では、エチレングリコール冷却媒体の水分量は混合物の凝固点を劇的に高く するが、ＡＢＳブレーキ液に水が混入すると、自動ブレーキ系の性能に悪影響を 与える。 さらに、化学薬品や食品などの固形物質における水分量は、良くも悪くも、そ の味、性能及び／又は安定性に影響する。したがって、各種の物質における水分 量を測定する、使用が簡単で、安全な上に、合理的な精度をもつ化学的方法およ び試験装置の需要は高い。本発明による試験は、液体の水分量を直接測定する場 合の条件、そして水混和性溶剤で抽出できる固体の水分量を間接的に測定する場 合の条件を満たすものである。 上記のように、特に重要な対象は、アンチロックブレーキ系（ＡＢＳ）に使用 する流体における水分量である。通常、このような流体は、ベース液体としてト リエチレングリコールモノメチルエーテルなどのグリコール誘導体を使用してい る。ある期間が経過すると、これら流体は水分を吸収するため、流体の沸点が低 下する。特に、暖かい時期にこれが発生すると、また下り坂で長くブレーキをか けた場合、流体が沸騰し、ブレーキが完全に故障することになる。このように、 流体を水分量について試験して、水による汚染が所定のレベルに達した時点でこ れを廃棄することが必要になってきている。 従来技術の説明 水の分析の場合、蒸気相（湿度）における水分について試験するか、あるいは 別な液体か固体物質の成分として液相における水分について試験するのが一般的 である。おそらく、湿度試験が最も一般的な含水量測定方法であ る。通常、この測定は、湿度計として知られている計器や、紙基材に含浸され、 水蒸気に感応して発色する無機金属塩を使用する簡単な化学試験装置を使用して 行なわれている。金属塩装置は、使われ始めたのが１９４０年代であり、それ以 降数多くの特許や文献の対象になってきた。特許文献としては、ＵＳＰ２，４６ ０，０６５とＵＳＰ２，２６０，０７４との間に集中している。特に、ＵＳＰ４ ，０３４，６０９はこのような塩を使用して、湿度をデジタル表示する高度な装 置を開示し、特許請求の範囲に記載している。そして、第３欄、４８〜６４行で 多くの特許文献やその他の文献に言及している。 その次に分析化学実験室で使用よく使用されている試験は、化学試験試薬系や 、あるいは場合によっては試薬系の反応を測定する表示計器を使用して、各種の 固体物質や液体物質における液体水分量を測定する試験である。通常、水分試験 の対象になるサンプル物質は、例えば、粒子、有機化学薬品、溶剤、油類、生物 学的物質などである。このタイプの化学的水試験は、さらに被試験物質の水分量 を測定するために使用する実際の技術にしたがって分類することができる。本発 明は、サンプルの液体水分量を測定する比色的な化学的方法に関する。ここで言 及した従来技術はこのような化学的方法に制限され、また従来技術を説明するさ い計器などについては触れていない。 液相水分を測定する化学的方法は２０世紀初頭に使わ れ始めたものであるが、最も普及し、かつ正確な化学的方法はいわゆるカールフ ィッシャー法に基礎をおく方法である。この方法は、導入されたのが１９３５年 で、Ｍｉｔｃｈｅｌｌ、Ｓｍｉｔｈが上梓した、“Ａｑｕａｍｅｔｒｙ”を書名 とする古典的な著書（Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ、Ｉｎ ｃ．Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ、１９４８）をはじめとするいくつかの著書の対象になっ ている。この古典的な著書には、カールフィッシャーの方法論や、炭化水素系ガ スの気相水分を測定するために無機金属塩を使用することをはじめとする他の化 学的方法論の技術的な詳細を含む水分測定の背景と歴史とが手際よくまとめられ ている。 近年になって、ＷｉｌｌｉａｍｓなどがＵＳＰ５，２２４，２７３において、 第１の水蒸気バリア物質を水蒸気感応層の一方の側に設け、水蒸気透過性プラス チック物質からなる第３の層を設けた、多層湿度空気センサーを開示し、特許請 求の範囲に記載している。この密封系を使用する場合には、水分を含む空気に暴 露する。この空気が、水蒸気透過性層を透過して、湿度検出層に達し、水蒸気へ の暴露程度に応じて発色する。 最後に、ＨａｓｗｅｌｌがＵＳＰ５，５２０，０４１において、Ｗｉｌｌｉａ ｍｓなどによる塩化第一コバルトを用いた湿度検出装置を使用した医療サンプル 系を開示している。また、Ｈａｓｗｅｌｌは、Ｓｎｅｌｌｉｎｇを発明者とし、 水分を吸収し、染料を活性化して、大 気中に存在する水分を視覚的に表示する組成物を開示しているＵＳＰ２，２１４ ，３５４に言及している。 発明の要約 本発明は、各種の液体や固体に存在する水分の量を測定する、使用が簡単で、 使い捨て式の浸漬読み取り試験装置に関する。固体の液相水分量を測定するため に使用する場合、まず、試験サンプルを無水アルコールなどの水混和性無水溶剤 で抽出してから、試験装置にこの溶剤水溶液を接触させる。試験装置それ自体は 、本質的に、液体サンプル吸収基材材質からなり、感水性試薬系の乾燥固形分を 含むものである。この感水性試薬系を使用する場合、被試験サンプルに接触させ 、これから取り出して、発色した色をカラーチャートや他の水分濃度の指標、あ るいはアルゴリズムと比較して、サンプルに存在する水分量の定量値を求める。 この試薬系は、（１）水に感応して、サンプルに存在する水分の量に比例する色 変化を与える化学的指示薬物質、および（２）処理中および使用中、指示薬物質 を保護する機能をもつ水蒸気を遮断する高分子物質からなる。 好適な実施態様の説明 試薬試験紙として知られている浸漬読み取り試験装置は、過去３０年から４０ 年もの間、各種の用途で、特に医療の分野で使用されているものである。リトマ ス試験紙などの一部のより簡単な試薬試験紙はさらにさかのぼ ることができる。このような試験装置は、通常、吸収基材を使用している。この 基材は、紙や、その他の平坦な合成液体吸収繊維体や膜からなり、この基材に比 色試薬系を含浸してから、乾燥する。得られたものをプラスチックハンドルに取 り付けるか、そのまま使用して、被試験流体に接触させ、流体から取出し、色の 変化を読み取り、意味を読み取る。 本装置の正確な作用機序についてはよくわかっていないが、最も簡単な構成で は、本発明による試薬系は２つの必須成分からなる。第１の成分は、水分の存在 に感応して、存在する水分の量に比例して変色するか、あるいは色強度が単に強 くなる感水性指示薬物質である。ここで使用する“変色”には、ブルーからピン クへの変化などのある色から別な色への変化や、あるいは同じブルーでも淡いブ ルーからより青みのつよいブルーへの変化が含まれるものとする。いずれにせよ 、変色は被試験サンプルに存在する水分の量に比例しなければならない。 本発明の指示薬物質は、基本的には、色が水分の存在に感応する金属塩である 。臭化第一コバルト（Ｂｒ2Ｃｏ）、塩化第一コバルト（Ｃｌ2Ｃｏ）、ヨウ化第 一コバルト（Ｉ2Ｃｏ）、臭化第一銅（Ｂｒ2Ｃｕ）、塩化第一銅（Ｃｌ2Ｃｕ） 、ヨウ化第一銅（Ｉ2Ｃｕ）、チオシアン酸第一コバルト［Ｃｏ（ＣＮＳ）2］な どのハロゲン化第一コバルト、ハロゲン化第一銅、チオシアン酸第一コバルトや チオシアン酸第一銅である。なお、本発明には、 同様に水分に感応する他の金属塩も使用することができる。通常、これら指示薬 は、存在する水分の濃度に感応する量で使用するが、液相サンプル溶液における 約５％程度の水分に感応する量が好ましく、含浸溶液に使用する場合、ハロゲン 化金属として約４０ｍｇ／ｍｌ〜約１００ｍｇ／ｍｌである。いうまでもないこ とだが、基材中の実際の指示薬の量は、基材の大きさ、吸収性や容積に依存する ものである。水分に応じて最良の色変化を与えるか、同じ溶液における、あるい は同じ溶液による色の干渉を排除できる金属塩の組合せも有利に使用することが できる。 本試薬組成物の第２必須成分は、水蒸気バリア物質である。この成分は、装置 をサンプル流体に接触させたり、あるいは浸漬した場合に、サンプル溶液中の水 分を指示薬物質と反応させることを目的とするが、試験装置をサンプル溶液から いったん取り出し、発色を終了させ、外気中で意味を読み取るさいに、外気や環 境中の水蒸気が指示薬と反応することを未然に防止するのも目的のひとつである 。これは、装置を実地試験に使用し、非常に高い湿度レベルに暴露される場合に 、特に重要である。 水蒸気バリア物質としては、実質的に無水な溶剤に可溶で、水溶性が非常に低 いポリマー物質を使用する。水蒸気バリア物質として特に好ましいのは、分子量 が約４００〜約３５，０００のポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコ ールであるが、より好ましい分子量は 約４００〜約２，０００である。本発明で有利に使用できる他のバリア物質はポ リ（塩化ビニル）（ＰＶＣ）、ポリ（ビニルピロリドン）（ＰＶＰ）である。本 発明組成物を調製するさいには、これら各種の水蒸気バリア物質の組合せも有利 に使用できる。 本発明の試験組成物を配合する基材は、基本的に、吸収性や吸水性をもつ材料 を平坦かつ薄く形成したシートやロールである。フィルターペーパ、ポリエステ ル、ガラス繊維、膜などの天然繊維状物質や合成繊維状物質などでこの基材を構 成するのが有利である。通常の方法で試験組成物を基材に配合、含浸すればよい が、本試験装置は水分測定を対象とするため、原料をいずれも確実に無水状態に おき、かつ処理を約２５％未満の相対湿度環境で行なうことができるように予め 留意する必要がある。 試薬系を基材に配合した後、適当な大きさの基材領域を水分および溶剤に対し て不透過性のプラスチック材質からなるストリップに取り付けるのが好ましい。 なお、このストリップは、基材および試薬の被試験サンプルへの含浸を容易にす るハンドルとして機能する。このハンドルの場合、実際の試験試薬が、分析者の 指からの水分が試薬領域に接触することによって汚染されたり、駄目になるのを 防止する機能をもつものでもある。 本装置を使用して、液体試験サンプルの水分について試験する方法はきわめて 簡単である。すなわち、試験装置を被試験流体に浸漬してから、次にこれを流体 から取 り出し、所定の時間が経過した後、通常は１分未満の時間が経過した後、許容で きる無水溶剤において標準的なセットの水分濃度を使用して作成したカラーチャ ートを対照として、試験領域の色を比較するするだけでよい。別な使用法も可能 で、この場合には、反射率装置を使用して、ストリップに発色した色を測定し、 被試験サンプルにおける水分濃度によりこの色の意味を読み取る。 既に説明したように、食品などの固体材料を水分について試験する場合には、 まず、サンプルを粉砕してから、無水の水混和性溶剤を使用して、これから水を 抽出する必要がある。いうまでもなく、サンプルおよび試験領域を環境湿度によ る汚染から保護する必要がある。 以下、実際の処理条件および試験パラメータを例示するが、本発明はこれら実 施例に制限されるものではない。 実施例 実施例１ ５ｍｌの試薬エチルアルコールに５００ｍｇのヨウ化第一コバルト（ＣｏＩ2 ）および０．２ｍｌのポリエチレングリコール（分子量４２５）を溶解すること によって第１試薬組成物を調製した。この混合物にＷｈａｔｍａｎ Ｆ３２２− ０２紙を浸漬し、１１０℃で１０分間乾燥した。混合物浸漬時、この紙は色が濃 い青緑色であり、乾燥後の色は淡い黄緑色であった。乾燥紙を０．２×０．２イ ンチの寸法に切断し、両面接着テープを使用 して、程よい硬さの、寸法が３．２５×０．２インチのプラスチックシートから なるストリップの端部に接着した。これら処理はすべて相対湿度が１０％未満の 室内で行なった。これらストリップを乾燥剤とともにキャップで密封したビンに 保存した。 ポリプロピレングリコールを使用しなかった以外は、上記と同様にして第２組 成物を調製した。上記と同様にして、試薬ストリップを作成し、乾燥剤とともに ビンに保存した。この第２のストリップを作成するさいには、数秒間で、紙の色 がピンクに変色し始め、乾燥後、ストリップは暗い灰色になっていた。乾燥オー ブンから取り出した時点で、このストリップは淡い黄緑色であったが、ピンクと 赤の汚れが認められた。 ポリマーを配合したストリップを次に、水分がそれぞれ０％、１％、２％、３ ％、４％および５％のブレーキ液サンプル（ＤＯＴ３、４）に浸漬した。これら ストリップは、ブレーキ液の水分量に応じてグレーグリーンから淡いオリーブグ リーンに変色した。ポリマーを配合しなかったストリップは黄色気味の緑色に変 色し、一連の標準カラーブロックには使用できなかった。これら両者の反応スト リップを相対湿度がほぼ２５％の雰囲気に暴露したところ、ポリマー配合ストリ ップは６時間経過してももとのままであったが、ポリマーを配合しなかったスト リップは３時間で大きく変色した。 実施例２ ポリプロピレングリコールの代わりにポリエチレングリコール（分子量３５， ０００）を使用した以外は、実施例１に準じた。処理し、水分量の異なるブレー キ液に浸漬したところ、ストリップが実施例１同様に反応した。 実施例３ 試薬エチルアルコールに異なる濃度のＡｌ（ＮＯ3）3×９Ｈ2Ｏを溶解し、水 分量をそれぞれ１％、３％および５％にした。実施例１の気相バリアを含むスト リップを用いて、サンプルを試験した。グレーグリーンから淡いグリーンに変色 したが、これは溶液の水分に水和硝酸アルミニウムが作用したためである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミドフェディフ，バリース イワーノヴィ ッチ ロシア連邦 142292，モスクワ リージョ ン，ヴイ―29，プッシーノ，アパートメン ト 26

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．吸収性基材からなり、この基材に本質的に下記のものからなる試薬組成物の 乾燥残分を配合した、有機溶剤の液相水分を測定する試験装置。 Ａ．コバルト塩および銅塩からなる群から選択される、水分の存在に量的に感 応する比色指示薬物質、および Ｂ．指示薬物質と雰囲気中の水分との接触反応を防止できる有効量のポリマー 水蒸気バリア物質。 ２．上記指示薬物質をハロゲン化第一コバルト、ハロゲン化第一銅、チオシアン 酸第一コバルト、チオシアン酸第一銅、およびこれらの組合せからなる群から選 択する請求項１の試験装置。 ３．上記ポリマー物質をポリエチレングリコールおよびポリプロピレングリコー ルからなる群から選択する請求項１の試験装置。 ４．上記指示薬物質を塩化第一コバルトおよびヨウ化第一コバルトからなる群か ら選択する請求項２の試験装置。 ５．上記指示薬物質がヨウ化第一コバルトである請求項４の試験装置。 ６．水分を含む開放雰囲気中で使用できる、有機溶剤の液相水分を定量する比色 方法において、 Ａ．上記溶剤における水分の存在に量的に感応する比色指示薬を含有する試験 組成物の乾燥残分を含む流体吸収基材および上記指示薬物質と雰囲気中の水分と の反応を防止できるポリマー水蒸気バリア物質の有効量から本 質的になる浸漬読み取り試験装置を所定の時間上記溶剤に接触させ、 Ｂ．上記溶剤と上記試験装置との接触を断ち、上記開放雰囲気中で上記指示薬 を発色させ、 Ｃ．上記指示薬の発色度を測定し、そして Ｄ．相互に関係する手段を使用して、上記指示薬の発色度から溶剤中の水分の 量を測定することからなる比色方法。 ７．上記比色指示薬をハロゲン化第一コバルト、ハロゲン化第一銅、チオシアン 酸第一コバルト、チオシアン酸第一銅、およびこれらの組合せからなる群から選 択する請求項６の方法。 ８．上記ポリマー水蒸気バリア物質をポリエチレングリコールおよびポリプロピ レングリコールからなる群から選択する請求項６の方法。 ９．上記比色指示薬を塩化第一コバルト、ヨウ化第一コバルトおよびこれらの組 合せからなる群から選択する請求項８の方法。 １０．上記比色指示薬がヨウ化第一コバルトである請求項９の方法。 １１．有機溶剤サンプルが、固体の含水物質をこのサンプルで抽出した結果生じ るものである請求項６の方法。 １２．有機溶剤が無水アルコールである請求項１１の方法。