JP2001153805A - Method of optimizing color variation of optode by digitization - Google Patents

Method of optimizing color variation of optode by digitization

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JP2001153805A
JP2001153805A JP33504999A JP33504999A JP2001153805A JP 2001153805 A JP2001153805 A JP 2001153805A JP 33504999 A JP33504999 A JP 33504999A JP 33504999 A JP33504999 A JP 33504999A JP 2001153805 A JP2001153805 A JP 2001153805A
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Japan
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color
optode
change
dye
indicator
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JP33504999A
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Japanese (ja)
Inventor
Koji Suzuki
鈴木  孝治
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Kanagawa Academy of Science and Technology
Japan Science and Technology Agency
Original Assignee
Kanagawa Academy of Science and Technology
Japan Science and Technology Corp
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  • Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a novel method of optimizing optode, which can precisely quantify and simply measure even by a visual observation, and an optimized optode by the method. SOLUTION: A color variation is optimized by digitizing a color variation of optode and plotting on a chromaticity coordinate system. The color variation of optode is selected so that a gray point may be included in a triangle formed by three points, which are a one end, an opposite end and a corresponding coordinate position of a shielding indicator when the color variation of optode is expressed as a chromaticity coordinate QxQy of complementary colors, or a position of the shielding indicator on the chromaticity coordinate QxQy of the complementary colors may lie on a line formed by two points, which are a position of a chemical species to measure optode at a detection point and the gray point on the chromaticity coordinate QxQy of the complementary colors, or the color variation of optode by a change in a concentration of the chemical species to measure it may move in circles about the gray points of each coordinate on a (xy) chromaticity coordinate or a (a*) (b*) chromaticity coordinate.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、デジタルカラーア
ナリシス(DCA)に基づくオプトードの新規な設計方
法、その方法で設計されたオプトードに関する。より詳
細には、本発明は、オプトードの色の変化を数値化し
て、当該変化を色のxy色度座標系、a 色度座標
系又は補色のQxQy色度座標系に表すことによりオプ
トードの最適化を数値情報によって行う方法、その方法
によって得られるオプトード組成物、測定材料に関す
る。さらに詳細には、本発明は、測定化学種の特定の濃
度範囲において色のない灰色となるオプトードを設計す
る方法、及び測定化学種の広い濃度範囲において色が鮮
やかに変化し得るオプトードを設計する方法、並びにこ
れらの方法で設計されたプトード組成物、測定材料に関
する
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a digital color
Novel design method of optode based on analysis (DCA)
Law, an optode designed in that way. More details
Specifically, the present invention numerically converts the color change of an optode.
The change is represented by the xy chromaticity coordinate system of the color, a*b *Chromaticity coordinates
System or complementary color QxQy chromaticity coordinate system
How to optimize toads with numerical information
Composition and measurement material obtained by
You. More specifically, the present invention relates to the determination of a particular concentration of a measured species.
Design optodes that are colorless and gray in the range of degrees
Method and the color in a wide concentration range of the measured species.
How to design optodes that can change quickly, and how
For the todo compositions and measurement materials designed by these methods
Do

【0002】[0002]

【従来の技術】一般にセンサーとは、外界の物理量ある
いは化学量をとらえて電気化学的信号などに変換して検
知するものであるが、センサーの認識情報を変換する方
法は、電気化学的な変換と光学的な変換の2種類に大別
される。電気化学的センサーもオプティカルセンサー
も、分析対象を認識し、ある信号に変換して検出すると
いう基本的に同じ概念に基づいている。電気化学的な変
換については、イオン選択性電極(ISE)や酵素電極
などに代表される膜電位や酸化還元電流によるものが多
く報告されている。オプティカルセンサーは、吸光、蛍
光、化学発光といったさまざまな電磁波と物質の相互作
用を利用して検出するセンサーのことである。
2. Description of the Related Art Generally, a sensor captures a physical or chemical quantity of the outside world and converts it into an electrochemical signal for detection. And optical conversion. Both electrochemical and optical sensors are based on the same concept of recognizing an analyte and converting it to a signal for detection. As for the electrochemical conversion, there are many reports on the use of a membrane potential or an oxidation-reduction current represented by an ion-selective electrode (ISE) or an enzyme electrode. Optical sensors are sensors that detect using the interaction of various electromagnetic waves with substances, such as absorption, fluorescence, and chemiluminescence.

【0003】現在までに開発されている多くの化学セン
サーは、電気化学計測素子を用いた電気化学センサー
(electrode)であったが、1978年にSeitz らは、
ベルオキシターゼの触媒作用により過酸化水素とルミノ
ールが反応して生じる化学発光を光ファイバーで取り出
して検出する過酸化水素センサーを初のオプティカルセ
ンサーとして発表した。その後、エレクトロードに対す
る新造語オプトード(opt(r)ode)が用いられるように
なり、研究は急速に進み、1980年以降になるとイオ
ノフオアのイオン抽出に基づくイオン選択性電極の原理
をオプトードに応用した研究が盛んになった。Simons,
鈴木孝治らは、イオノフオアとプロトン選択性クロモフ
オア(色素)を可塑化膜中に包括し、水相中の目的イオン
と膜中の色素に脱着するプロトンとのイオン交換反応に
伴う光シグナル変化を利用した、数多くのイオンに対す
るオプトードを開発した。その際用いられるイオノフオ
アは、原理的にはイオン選択性電極において開発された
イオノフオアが応用可能であると報告した。
Many chemical sensors that have been developed so far have been electrochemical sensors (electrode) using an electrochemical measuring element. In 1978, Seitz et al.
The hydrogen peroxide sensor, which detects the chemiluminescence produced by the reaction of hydrogen peroxide and luminol by the catalytic action of peroxidase with an optical fiber and detects it, was announced as the first optical sensor. Later, the use of the new term opt (r) ode for electrode began to be used, and research progressed rapidly. In 1980 and later, the principle of ion-selective electrodes based on ion extraction of ionophore was applied to optode. Research has flourished. Simons,
Koji Suzuki et al. Included ionophore and proton-selective chromophore (dye) in a plasticized membrane and used the optical signal change caused by the ion exchange reaction between the target ion in the aqueous phase and the proton desorbed to the dye in the membrane. We have developed optodes for many ions. It has been reported that the ionophore used in this case is in principle applicable to the ionophore developed in the ion-selective electrode.

【0004】オプティカルセンサー(オプトード)は、
応答時間や耐久性、ランニングコストなどの点において
問題があると指摘されているが、これらは将来改善され
る可能性が高く、オプティカルセンサーは次世代のセン
シングシステムとして非常に有望である。特に臨床分
野、生医学分野では信頼性、正確さ、簡便性の点から、
多数のオプトードの使用が期待されている。このよう
に、オプティカルセンサーには未だ問題点が残されてい
るとはいえ、電気化学センサーと比較して次の点におい
て優れている。 1.電位測定と違い、原理的にリファレンスを必要とし
ないため微小化が容易である。 2.高性能な光検出器を用いることにより、さらに高感
度な測定が可能となる。 3.多種類の発光試薬や蛍光試薬を直接あるいは改善し
て利用できるため、測定対象となる化学種が多い。 4.応答範囲が広い。 5.電気的・磁気的ノイズの発生や影響がない。 6.光ファイバーなどの光学材料がガラスかプラスチッ
クであるため、電気絶縁性・耐腐食性に優れている。 7.光ファイバーなどにより光情報の伝達が高速かつ低
損失で行われるため、遠距離のリモートセンシングも可
能である。
An optical sensor (optode) is
Although it is pointed out that there are problems in response time, durability, running cost, and the like, these are likely to be improved in the future, and optical sensors are very promising as next-generation sensing systems. Especially in the clinical and biomedical fields, from the point of reliability, accuracy and simplicity,
The use of a large number of optodes is expected. Thus, although the optical sensor still has some problems, it is superior to the electrochemical sensor in the following points. 1. Unlike a potential measurement, a reference is not required in principle, so miniaturization is easy. 2. The use of a high-performance photodetector enables more sensitive measurement. 3. Since various types of luminescent reagents and fluorescent reagents can be used directly or in an improved manner, there are many chemical species to be measured. 4. Wide response range. 5. No electrical or magnetic noise is generated or affected. 6. Since the optical material such as optical fiber is glass or plastic, it has excellent electrical insulation and corrosion resistance. 7. Since optical information is transmitted at high speed and with low loss by an optical fiber or the like, remote sensing over a long distance is possible.

【0005】このように、オプティカルセンサー(オプ
トード)は従来の電気化学センサーに比べて多数の優れ
た点を有しており、多くの応用分野においてその開発が
期待されている。これまで開発されているオプトードの
検出原理は、測定対象物の活量変化に応じた検出素子の
色の変化を分光機器により測定するものであった。しか
し、分光機器による測定は大がかりな装置を必要とする
し、また、スペクトルデータが複雑な場合には、これを
直接定量することは困難であった。したがって、分光機
器を用いることなく、目視でも正確な定量が可能な、よ
り簡便な測定ができるオプトードの開発が望まれてい
る。
[0005] As described above, an optical sensor (optode) has many advantages over a conventional electrochemical sensor, and its development is expected in many application fields. The principle of optode detection that has been developed so far has been to measure a change in color of a detection element according to a change in activity of a measurement object by using a spectroscope. However, the measurement using a spectroscope requires a large-scale apparatus, and when the spectrum data is complicated, it is difficult to directly quantify the data. Therefore, there is a demand for the development of an optode that can perform accurate measurement by visual observation without using a spectroscopic instrument and that can perform simpler measurement.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】オプトードは、視覚的
なものであるが、視覚により確実にセンサーとしての機
能を果たすためには、目的物質の状態の変化に対応して
色調が明確に変化し、かつその色調が視覚により高信頼
性で確実に認識できることが要求される。本発明者ら
は、デジタルカラーアナリシス(DCA)によりオプト
ードの色の変化を数値化し、オプトードの色の変化を定
量化し、色の変化をデジタル情報としてデザインする方
法を検討してきたところ、オプトードの色の変化を数値
化された情報に基づいて最適化する方法を見出した。例
えば、補色の色度座標QxQyにより数値化することに
より、目視によりオプトードの色の変化を明瞭に確認す
ることができるための遮蔽指示薬の選択方法を確立する
ことができることを見出した。したがって、本発明は、
目視でも正確な定量が可能な、より簡便な測定ができる
オプトードを提供するものであり、より詳細には、その
ための新規なオプトードの最適化方法、その方法によっ
て最適化されたオプトードを提供するものである。
The optode is visual, but in order to reliably function as a sensor visually, the color tone must clearly change in response to a change in the state of the target substance. In addition, it is required that the color tone can be visually and reliably recognized with high reliability. The present inventors have studied a method of quantifying the change in the color of the optode by digital color analysis (DCA), quantifying the change in the color of the optode, and designing the change in the color as digital information. A method for optimizing the change of the value based on the quantified information has been found. For example, the present inventors have found that a method of selecting a shielding indicator can be established so that a change in the color of an optode can be clearly confirmed by visualization by digitizing the chromaticity coordinates QxQy of complementary colors. Therefore, the present invention
The present invention provides an optode that can be accurately measured even by visual observation and that can be measured more easily. More specifically, it provides a new optode optimization method and an optode optimized by the method. It is.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、オプトードの
色の変化を数値化して、オプトードの色の変化を色度座
標系にプロットし、当該座標系において色の変化を最適
化する方法に関し、色度座標系を用いて色を数値化する
ことによりオプトードの色の変化を最適化するという新
規な手法に関するものである。本発明は、色度座標系に
おける最適化のより詳細な手法も提供する。本発明は、
オプトードの色の変化を数値化して、オプトードの色の
変化を色度座標系にプロットし、当該座標系においてオ
プトードの色の変化を最適化する方法に関する。より詳
細には、本発明は、オプトードの色の変化を補色の色度
座標QxQyに表したときの一端とその反対側の端、及
び遮蔽指示薬の当該座標の位置の3点により形成される
三角形の内側にグレーポイントが入るようにオプトード
の遮蔽指示薬を選択する方法、及び遮蔽指示薬の補色の
色度座標QxQyにおける位置が、オプトードの測定化
学種の検出点における補色の色度座標QxQyの位置と
グレーポイントの2点から形成される直線上になるよう
に選択することからなる遮蔽指示薬を選択する方法に関
する。また、本発明は、測定化学種の濃度変化によるオ
プトードの色の変化が、xy色度座標又はa色度
座標において各座標のグレーポイントを中心にした円を
描くようになるようにオプトードの色の変化を選択する
方法に関する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a method for quantifying the color change of an optode, plotting the color change of the optode in a chromaticity coordinate system, and optimizing the color change in the coordinate system. The present invention relates to a novel method of optimizing a change in optode color by digitizing a color using a chromaticity coordinate system. The present invention also provides a more detailed approach to optimization in the chromaticity coordinate system. The present invention
The present invention relates to a method for quantifying a change in the color of an optode, plotting the change in the color of the optode in a chromaticity coordinate system, and optimizing the change in the color of the optode in the coordinate system. More specifically, the present invention relates to a triangle formed by three points of one end and the opposite end when the color change of the optode is represented by the complementary chromaticity coordinates QxQy, and the position of the coordinates of the shielding indicator. The method of selecting an optode shielding indicator so that a gray point falls inside the, and the position of the complementary color of the shielding indicator at the chromaticity coordinate QxQy is the position of the chromaticity coordinate QxQy of the complementary color at the detection point of the measurement chemical species of the optode. The present invention relates to a method for selecting a shielding indicator, which is to select a shielding indicator on a straight line formed from two gray points. Further, the present invention is arranged such that the change in the color of the optode due to the change in the concentration of the measured chemical species draws a circle centered on the gray point of each coordinate in the xy chromaticity coordinates or the a * b * chromaticity coordinates. It relates to a method of selecting a color change of an optode.

【0008】また、本発明は、これらの方法により得ら
れるオプトード、指示薬組成物、遮蔽指示薬、測定材
料、及びこれらを用いた測定方法に関する。本発明は、
デジタルカラーアナリシス(DCA)に基づくオプトー
ドの新規な設計方法、その方法で設計されたオプトード
に関するものである。本発明の新規なオプトードの最適
化方法を具体的な例を挙げて以下の実験結果に基づいて
詳細に説明する。
[0008] The present invention also relates to an optode, an indicator composition, a shielding indicator, a measuring material, and a measuring method using these obtained by these methods. The present invention
The present invention relates to a novel method for designing an optode based on digital color analysis (DCA), and an optode designed by the method. The novel optode optimization method of the present invention will be described in detail with reference to specific examples based on the following experimental results.

【0009】従来の光分析においては、光スペクトルや
吸光度などの光学的なシグナルを分光器機で測定し、精
度の高い定量に用いるのが一般的である。このような分
析法をスベクトロフォトメトリーと呼ぶ。スベクトロフ
ォトメトリーではスペクトルが示す特定の値(吸光度な
ど)の変化量を測定するため、スペクトル的に解析が難
しい場合には定量化が困難である。しかし、実際にはス
ペクトルが変化すると、まず私たちの目に「色」の変化
として認識される。このため、「色」そのものを定量化
した測定は知覚に基づいた自然な方法であると言える。
In conventional optical analysis, optical signals such as an optical spectrum and absorbance are generally measured with a spectrometer and used for highly accurate quantification. Such an analysis method is called spectrophotometry. In Spectrophotometry, since the amount of change in a specific value (such as absorbance) indicated by a spectrum is measured, it is difficult to quantify when analysis is difficult in terms of spectrum. However, in reality, when the spectrum changes, it is first perceived as a "color" change by our eyes. For this reason, it can be said that measurement quantifying “color” itself is a natural method based on perception.

【0010】分析化学の分野において、スペクトルでな
く定量化された色情報を最初に利用したのは、1961
年のレイリーら(Reilly, C.N., et al., Anal. Chem.,
32,1218-1232 (1960))による指示薬の色変化の評価で
ある。その後、様々な酸・塩基指示薬、金属指示薬につ
いての評価が行われてきた。これらは主に、通定の終点
での色変わりの割合や迅速さを数値として表し、指示薬
としての性能を判断し評価するものである。しかし、色
を定量化するにあたっては、従来どおりの分光器機によ
り光スペクトルを測定して、このデータをもとにコンピ
ューターで計算する、という煩雑な作業を伴ってきた。
デジタルカラーアナライザー(COLORTRO
TM)は簡便に色を測定でき、さらに定量化のための
計算も迅速に行うことができる。そこで本発明者らは、
COLORTRONTMを用いて色をデジタル情報とし
て扱い、光分析をデジタル化して利用する新しい光分析
法を考えてきた。
In the field of analytical chemistry, the first use of quantified color information rather than spectra was in 1961.
Reilly, CN, et al., Anal. Chem.,
32, 1218-1232 (1960)). Thereafter, various acid / base indicators and metal indicators have been evaluated. These are mainly used to represent the rate and speed of color change at the end point of the routine as numerical values, and to judge and evaluate the performance as an indicator. However, quantifying the color has involved the complicated task of measuring the light spectrum with a conventional spectroscope and calculating the data using a computer.
Digital color analyzer (COLORTRO)
NTM ) can easily measure color and can quickly perform calculations for quantification. Therefore, the present inventors
We have considered a new optical analysis method that uses COLORTRON to treat colors as digital information and digitize and use optical analysis.

【0011】そもそも光は、可視領域のすべての波長が
混合したものであり、その混合の割合によって様々な色
が作り出される。色を表現する場合、3つの値を1組と
した数値で表されることが多い。これを色の三属性とい
い、構成している3つの値を三刺激値という。この三刺
激値に基づいて視覚により認識できる光を合成したり、
座標化する試みがなされている。
In the first place, light is a mixture of all wavelengths in the visible region, and various colors are produced depending on the mixing ratio. When expressing a color, it is often expressed by a numerical value that is a set of three values. These are called three attributes of color, and the three constituent values are called tristimulus values. Based on these tristimulus values, light that can be visually recognized can be synthesized,
Attempts have been made to coordinate.

【0012】例えば、三刺激値としてスペクトルの赤、
緑、青の三原色を組み合わせたものをRGB(Red、
Green、Blue)という。この方式は、光のない
状態に赤、緑、青の色光を加えていくと、その割合によ
ってあらゆる色が表現できるというものであり、この混
色理論を加法混色という。また、CMY(Cyan、M
agenta、Yellow)の組み合わせによる混色
法も知られている。この方式は白色の光から赤、緑、青
の色光を差し引いていくと、その割合によってあらゆる
色が表現できるというものであり、この混色理論を減法
混色という。
For example, as the tristimulus values, the spectrum red,
The combination of the three primary colors of green and blue is represented by RGB (Red,
Green, Blue). In this method, when red, green, and blue color lights are added to a state without light, any color can be expressed by the ratio, and this color mixing theory is called additive color mixing. Also, CMY (Cyan, M
Agent, Yellow) is also known. In this method, when subtracting red, green, and blue light from white light, all colors can be expressed by the ratio, and this color mixing theory is called subtractive color mixing.

【0013】色を三刺激値に基づく座標系の位置として
表す方法としては、色相(H)をxy座標に取り、明度
(B)をz軸方向に取り、彩度(S)を原点からの距離
として表すHSB(Hue色相、Saturation
彩度、Brightness明度)系がある。この方式
では、すべての色はxyz座標系においてダブルコーン
形の立体の中の一点として表されることができる。この
場合、色合いを示すHはスペクトルの順序に従って円周
上に配置される。鮮やかさを示すSは半径の長さで表さ
れ、中心から離れるほど鮮やかであることを示す。明る
さを示すBは上下方向に軸がとられ、上に行くほど明る
くなる。中心を通る軸は無彩色の軸であり、上に行くほ
ど白の割合が高いことを示している。このように、色は
3つの値で表されることから三次元直交座標の中の1点
で表すこともできる。そして、これらの座標が作り出す
空間を色空間(color space)という。
As a method of expressing a color as a position in a coordinate system based on tristimulus values, a hue (H) is set in xy coordinates, a lightness (B) is set in a z-axis direction, and a saturation (S) is calculated from an origin. HSB (Hue hue, Saturation) expressed as distance
Chroma, Brightness). In this way, all colors can be represented as points in a double cone solid in the xyz coordinate system. In this case, H indicating the color is arranged on the circumference according to the order of the spectrum. S, which indicates vividness, is represented by the length of the radius, and the further away from the center, the more vivid. B, which indicates brightness, has an axis in the vertical direction, and becomes brighter as going upward. The axis passing through the center is an achromatic axis, indicating that the percentage of white increases as going upward. Thus, since a color is represented by three values, it can be represented by one point in three-dimensional rectangular coordinates. The space created by these coordinates is called a color space.

【0014】しかし、RBG、CMYやHSBなどの作
る色空間では三刺激値が装置の特性に依存してしまうと
いう問題点がある。これを改善するため、国際照明委員
会(CIE)は、標準観測者の視覚特性データ、光源の
スペクトルデータおよび試料のスペクトルデータに基づ
いて算出されるX、Y及びZの三刺激値からなる「CI
E XYZ」座標系、並びに、それを二次元平面座標系
にした「CIE xyY」座標系を定義した。この座標
系によると装置による差はなくなるのであるが、算定の
方式が困難であり現実的にこの座標系が直接使われるこ
とは少ないが、スペクトルから他の色空間に変換すると
きの中継点として重要である。
However, in a color space created by RBG, CMY, HSB, or the like, there is a problem that tristimulus values depend on device characteristics. To remedy this, the International Commission on Illumination (CIE) has developed an X, Y and Z tristimulus value calculated based on the standard observer's visual characteristic data, the light source spectral data and the sample spectral data. CI
An "EXYZ" coordinate system and a "CIE xyY" coordinate system, which is a two-dimensional plane coordinate system, are defined. According to this coordinate system, there is no difference between the devices, but the calculation method is difficult and this coordinate system is rarely used directly, but as a relay point when converting from a spectrum to another color space. is important.

【0015】「CIE xyY」座標系は、「CIE
XYZ」座標系の三次元の中の1点が全て二次元の位置
で表されていることから、知覚的には分かり易いが、色
の差がグラフ上の距離に対応していないという欠点があ
り、この座標系では色の差を数値化することができなか
った。これを改善するためにCIEは「CIE 197
6L」座標系を定義した。また、CIEは、
赤緑軸(a)、黄青軸(b)及び明るさを表す値
(L)に基づく「CIE 1976L」座
標系を定義した。
The “CIE xyY” coordinate system is based on “CIE xyY”.
Since one point in the three dimensions of the "XYZ" coordinate system is all represented by two-dimensional positions, it is easy to understand perceptually, but has the disadvantage that the color difference does not correspond to the distance on the graph. In this coordinate system, color differences could not be quantified. In order to improve this, CIE stated that "CIE 197
6L * u * v * "coordinate system was defined. In addition, CIE
A “CIE 1976 L * a * b * ” coordinate system based on a red-green axis (a * ), a yellow-blue axis (b * ) and a value (L * ) representing brightness was defined.

【0016】この座標系を用いて、例えば、万能pH指
示薬(pH Universal lndicator)の色の変化を座標系で
示す試みを行った。万能pH指示薬は、色変わりやpK
aの異なる数種のpH指示薬を混合することで測定可能
なpH範囲を広げた混合色素の一種である。具体的に
は、メチルレッド(Methyl Red)、ブロモイトモールブ
ルー(Bromoyhtmol B1ue(BTB))、フェノールフタレイ
ン(Phenolphthalein)を適切な割合で混合したもの
で、各pHにおいてそれぞれの指示薬の色が組み合わさ
れて、各pHにおいて非常に鮮やかな色変わりをする。
従って、目視による簡易な水素イオン濃度の定量に用い
られるのが一般的であるが、この色の変化そのものをC
OLORTRONTMにより測定することにより、新た
な定量化ができないか検討した。
Using this coordinate system, for example, an attempt was made to show the color change of a universal pH indicator in a coordinate system. Universal pH indicator can change color and pK
This is a kind of a mixed dye whose pH range that can be measured is widened by mixing several kinds of pH indicators having different a. Specifically, it is a mixture of Methyl Red, Bromoyhtmol B1ue (BTB), and Phenolphthalein at an appropriate ratio, and the color of each indicator is combined at each pH. It gives a very vivid color change at each pH.
Therefore, it is generally used for simple quantitative determination of hydrogen ion concentration by visual observation.
It was examined whether a new quantification could be made by measuring with OLORTRON .

【0017】まず、分光光度計により測定した万能pH
指示薬の吸収スペクトルを測定したが、各pHにおける
吸収スペクトルは最大吸収波長や等吸収点などが判別で
きない複雑なものであり、スペクトル解析により正確な
pH値を読み取るのは困難であることが分かった。一
方、COLORTRONTMによる測定では色が数値と
して認識され、いくつかの方法で数値化され座標系の位
置をきめることができる。例えば、CIExy色空間、
CIEL色空間の色度座標をそれぞれxy色
度図、a平面にプロットした結果を図1及び図2
に示す。いずれの場合にも観測された色変化は1本の検
量線で表されるため、スペクトル解析することなく正確
な定量が可能であることが分かる。つまり、色をデジタ
ル情報として整理し、その際の座標系の選択によりさま
ざまな検量線が得られ、その中から最適なものを選択す
ることで、より正確な定量が可能になることがわかっ
た。
First, the universal pH measured by a spectrophotometer
Although the absorption spectrum of the indicator was measured, the absorption spectrum at each pH was complex, for which the maximum absorption wavelength and the isosbestic point could not be determined, and it was found that it was difficult to read an accurate pH value by spectrum analysis. . On the other hand, in the measurement by COLORTRON , the color is recognized as a numerical value, and the numerical value is converted into a numerical value by several methods to determine the position of the coordinate system. For example, CIExy color space,
FIGS. 1 and 2 show the results of plotting the chromaticity coordinates of the CIEL * a * b * color space on the xy chromaticity diagram and the a * b * plane, respectively.
Shown in In any case, since the observed color change is represented by one calibration curve, it can be seen that accurate quantification can be performed without spectral analysis. In other words, the colors were arranged as digital information, and various calibration curves were obtained by selecting the coordinate system at that time, and it was found that more accurate quantification was possible by selecting the most appropriate one from among them. .

【0018】このように、CIExy色空間やCIEL
色空間の色度座標を用いることにより、色を
デジタル化して示せることがわかったが、得られた検量
線は直線ではなく、種々の形の曲線となり、これをデー
タかして取り扱うことは非常に困難であった。これは、
光についてのこのような三刺激値XYZは、光の持つ情
報量をデジタル化して光の加法混色を考える場合には非
常に便利な値であるが、光の減色混色を考える場合には
デジタル化された量として単純に計算することができな
い量となることを示している。このために、レイリー
(Reilly)らは、補色の三刺激値の色度座標Qx、Qy
を提案している(Reilly, C.N., et al., Anal. Chem.,
32, 1218-1232 (1960); Reilly, C.N., et al., Ana
l. Chem., 32, 1233-1240 (1960))。Qx、Qyの算出
の過程は前述したx、yとほとんど同じであるが、透過
率Tを用いて三刺激値XYZを算出する代わりに、吸光
度Aを用いて補色の三刺激値UVWを計算する点が異な
っている。次の式(1)に補色の三刺激値UVWの計算
式を示す。また、色におけるxy座標系を図3に、補色
のQx、Qy座標系を図4にそれぞれ示す。図面では白
黒で示されているが、本来はカラーで示されるものであ
る。
As described above, the CIExy color space and the CIEL
By using the chromaticity coordinates of the * a * b * color space, it was found that the color could be digitized and shown. However, the calibration curve obtained was not a straight line, but a curve of various shapes. It was very difficult to handle. this is,
Such tristimulus values XYZ for light are very convenient values when considering the additive color mixture of light by digitizing the information amount of light, but are digitized when considering subtractive color mixture of light. This indicates that the calculated amount cannot be simply calculated. To this end, Reilly et al. Describe the chromaticity coordinates Qx, Qy of the tristimulus values of the complementary colors.
(Reilly, CN, et al., Anal. Chem.,
32, 1218-1232 (1960); Reilly, CN, et al., Ana
l. Chem., 32, 1233-1240 (1960)). The process of calculating Qx and Qy is almost the same as that of x and y described above, but instead of calculating the tristimulus value XYZ using the transmittance T, the tristimulus value UVW of the complementary color is calculated using the absorbance A. The points are different. The following equation (1) shows a formula for calculating the tristimulus value UVW of the complementary color. FIG. 3 shows the xy coordinate system of the color, and FIG. 4 shows the Qx and Qy coordinate systems of the complementary colors. Although it is shown in black and white in the drawing, it is originally shown in color.

【0019】[0019]

【数1】 (Equation 1)

【0020】ここで、A(λ)は透過物体の吸光度、P
(λ)は照明光の分光分布である。ただし、式中のk
は、
Where A (λ) is the absorbance of the transmitting object, P
(Λ) is the spectral distribution of the illumination light. Where k in the expression
Is

【0021】[0021]

【数2】 (Equation 2)

【0022】である。これらの値からQx,Qyの値を
次の式(2)及び(3)により求めることができる。 Qx = U/(U+V+W) (2) Qy = V/(U+V+W) (3) 補色の三刺激値から導かれるQx、Qy色度座標は、資
料に吸収される光に着目した座標であるために、同じ値
を示すxy色度座標は測定した色の補色を示しているこ
とになる。よって、xy色度図とQxQy色度図上の色
の分布を比較すると、図3と図4に示すように同じ領域
では互いに補色を示している。QyQy色度座標は、溶
液やフィルム中の色素濃度に関係なく、色素に固有の一
点で表されるという利点がある。もし、色素濃度の異な
る溶液やフィルムの色をxy色度座標にプロットする
と、濃度の増加に伴い色度図の中心から緑へと動いてい
ってしまう。そしてxy色度図上の加法混色と同様に、
QxQy色度図上の任意の2点C、Dの色を減法混色し
た結果できる色の点は、いつでもCとDを結ぶ線分上に
あり、CとDの混合比によって位置が決まる(図4参
照)。
## EQU1 ## From these values, the values of Qx and Qy can be obtained by the following equations (2) and (3). Qx = U / (U + V + W) (2) Qy = V / (U + V + W) (3) Since the chromaticity coordinates of Qx and Qy derived from the tristimulus values of the complementary colors focus on the light absorbed by the material, The xy chromaticity coordinates indicating the same value indicate the complementary color of the measured color. Therefore, comparing the color distributions on the xy chromaticity diagram and the QxQy chromaticity diagram, complementary colors are shown in the same region as shown in FIGS. The QyQy chromaticity coordinate has the advantage that it is represented by a point unique to the dye, regardless of the dye concentration in the solution or film. If the colors of solutions and films having different dye concentrations are plotted on the xy chromaticity coordinates, the color shifts from the center of the chromaticity diagram to green as the density increases. And like the additive color mixture on the xy chromaticity diagram,
The color point obtained by subtractive color mixing of the arbitrary two points C and D on the QxQy chromaticity diagram is always on the line connecting C and D, and the position is determined by the mixing ratio of C and D (see FIG. 4).

【0023】前記した式(1)〜(3)に基づいて、コ
ンピュータソフトMathematicaなどをを利用してQx、
Qyを算出することができる。コンピュータソフトMath
ematicaを用いた一例を図5に示す。
Based on the above equations (1) to (3), Qx,
Qy can be calculated. Computer software Math
An example using ematica is shown in FIG.

【0024】前述のように、シアン(Cyan)、マゼ
ンタ(Magenta)、イエロー(Yellow)は
減法混色の三原色で、これらを様々な割合で混合するこ
とにより、すべての色を再現できる。このため、カラー
印刷のインクの基本の3色にも使われている。この三原
色の色素の特性を調べることにより、混合して任意の色
を作り出すことができると考えられる。そこで、インク
ジェットプリンタ用色素として使われているアシッドブ
ルー1(Acid Blue 1)、アシッドレッド1
4(Acid Red 14)、アシッドイエロー23
(Acid Yellow 23)を用いてその座標系
での表示を検討した。これらの色素は、フルカラー印刷
に対応すべく、色相や色純度が良くなるような最大吸収
波長・吸収ピークの幅を持っている。実際に製品化され
る際には、これらの色素の水溶液に添加物が加えられ、
インクとしての化学的性質や諸特性を満足するように調
製されている。
As described above, cyan, magenta, and yellow are three subtractive primary colors. By mixing these at various ratios, all colors can be reproduced. For this reason, it is also used for the three basic colors of ink for color printing. By examining the characteristics of the three primary colors, it is believed that any color can be created by mixing. Therefore, Acid Blue 1 and Acid Red 1 used as dyes for ink jet printers
4 (Acid Red 14), Acid Yellow 23
(Acid Yellow 23) was used to examine the display in the coordinate system. These dyes have the maximum absorption wavelength and the width of the absorption peak so that hue and color purity are improved in order to support full-color printing. When actually commercialized, additives are added to aqueous solutions of these dyes,
It is prepared so as to satisfy the chemical properties and various properties of the ink.

【0025】単色色素として利用するアシッドブルー1
(シアン)、アシッドレッド14(マゼンタ)、アシッ
ドイエロー23(イエロー)は測定pH範囲において不
変色でなければならないため、そのpH特性をまず調べ
た。アシッドブルー1、アシッドレッド14、アシッド
イエロー23の各々の最大吸収波長、モル吸光係数およ
び測定の際の濃度を次の表1に示す。
Acid Blue 1 used as a monochromatic dye
(Cyan), Acid Red 14 (Magenta), and Acid Yellow 23 (Yellow) must be invariant in the pH range to be measured. The maximum absorption wavelength, the molar extinction coefficient, and the concentration at the time of measurement of each of Acid Blue 1, Acid Red 14, and Acid Yellow 23 are shown in Table 1 below.

【0026】[0026]

【表1】 [Table 1]

【0027】ここでそれぞれの色素濃度は、pH7での
最大吸収波長における吸光度がすべて2となるように定
めた。つまり、(モル吸光係数)×(モル濃度)が一定
となっている。それぞれの色素を、pH1、5、6、
7、8、9、10、13の緩衝溶液に表1に示す濃度と
なるように溶解させた溶液を分光光度計およびCOLO
RTRONTMの透過モードにより測定した。透過モー
ドでの測定の際には外部光源としてハロゲンランプ(PH
L-150;Mejiro precision、Japan)を使用した。COLO
RTRONの測定は連続して3回行い、その平均値を採
用した。COLORTRONによる測定装置及び測定条
件は先の実験と同じで行った。
Here, each dye concentration was determined such that the absorbance at the maximum absorption wavelength at pH 7 was all 2. That is, (molar extinction coefficient) × (molar concentration) is constant. Each of the dyes was adjusted to pH 1, 5, 6,
The solutions dissolved in the buffer solutions of 7, 8, 9, 10 and 13 so as to have the concentrations shown in Table 1 were mixed with a spectrophotometer and COLO.
It was measured by the transmission mode of RTRON . When measuring in transmission mode, use a halogen lamp (PH
L-150; Mejiro precision, Japan) was used. COLO
The measurement of RTRON was performed three times in succession, and the average value was adopted. The measuring apparatus and measuring conditions by COLORTRON were the same as those in the previous experiment.

【0028】これらの色素の分光光度計により得られた
吸収スペクトルを図6〜8に示す。図6はシアンの場合
で、図7はマゼンタの場合であり、図8はイエローの場
合を示している。また、COLORTRONより得られ
たa座標上での特性と観測された色変化を図9に
示す。図9は色の変化を示すものであり、本来カラーで
あるが、カラーの図を図面として白黒で示したものであ
る。この結果、指示薬の測定を行うpH5〜10の範囲
におけるアシッドブルー1(シアン)、アシッドレッド
14(マゼンタ)、アシッドイエロー23(イエロー)
のそれぞれの色変化の大きさΔEはそれぞれ2.90
7、26.656、17.832となった。pH指示薬
のBTB(2×10−5M)およびPhenoIRed
(6×10−5M)のpH5〜10でのΔEは、それぞ
れ72.905、165.3であるから、。アシッドブ
ルー1(シアン)については色変化しないとみなせる
が、アシッドレッド14(マゼンタ)及びアシッドイエ
ロー23(イエロー)については指示薬のΔEに対して
10%以上もの色変化を示すことがわかった。しかしな
がら、a色度図は黄色の領域が他の領域に比べて
引き伸ばされているため、アシッドイエロー23(イエ
ロー)のΔEは見かけ上大きく見積もられており、また
見た目の色もほとんど区別できないことから、アシッド
イエロー23(イエロー)の色変化は許容範囲であると
思われる。アシッドレッド14(マゼンタ)に関して
は、指示薬へ加えたときの影響を考慮する必要がある。
The absorption spectra of these dyes obtained by a spectrophotometer are shown in FIGS. 6 shows the case of cyan, FIG. 7 shows the case of magenta, and FIG. 8 shows the case of yellow. FIG. 9 shows characteristics on a * b * coordinates obtained from COLORTRON and observed color changes. FIG. 9 shows a change in color, which is originally a color, but a color diagram is shown in black and white as a drawing. As a result, Acid Blue 1 (cyan), Acid Red 14 (magenta), and Acid Yellow 23 (yellow) in the pH range of 5 to 10 at which the indicator is measured.
Of each color change is 2.90.
7, 26.656 and 17.832. pH indicator BTB (2 × 10 −5 M) and PhenoIRed
(6 × 10 −5 M) at pH 5 to 10 ΔE is 72.905 and 165.3, respectively. It can be considered that Acid Blue 1 (cyan) does not change color, but Acid Red 14 (Magenta) and Acid Yellow 23 (Yellow) show a color change of 10% or more with respect to ΔE of the indicator. However, in the a * b * chromaticity diagram, since the yellow region is stretched compared to the other regions, the ΔE of Acid Yellow 23 (yellow) is apparently largely estimated, and the apparent color is almost the same. Since they cannot be distinguished, the color change of Acid Yellow 23 (yellow) is considered to be within an allowable range. Regarding Acid Red 14 (magenta), it is necessary to consider the effect when added to the indicator.

【0029】また、シアン(C)、マゼンタ(M)、イ
エロー(Y)、シアン+イエロー(C+Y)、マゼンタ
+イエロー(M+Y)、シアン+マゼンタ(C+M)の
6色について濃度を10段階で変化させ、濃度特性を分
光光度計およびCOLORTRONにより測定した。シ
アン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)について
は表1に示した濃度を最も高い濃度とし、これを1/1
0、2/10、・・・・、9/10に希釈した。シアン
+イエロー(C+Y)、マゼンタ+イエロー(M+
Y)、シアン+マゼンタ(C+M)の2色の混合系につ
いては表1に示した濃度の溶液を同体積ずつ混合したも
のを最も高い濃度とし、同様に希釈した。pHは7とし
た。
The density of six colors of cyan (C), magenta (M), yellow (Y), cyan + yellow (C + Y), magenta + yellow (M + Y), and cyan + magenta (C + M) is changed in ten steps. Then, the density characteristics were measured with a spectrophotometer and COLORTRON. For cyan (C), magenta (M), and yellow (Y), the density shown in Table 1 was set to the highest density, which was 1/1.
0, 2/10,..., 9/10. Cyan + yellow (C + Y), magenta + yellow (M +
For the two-color mixed system of Y) and cyan + magenta (C + M), a solution obtained by mixing the solutions having the concentrations shown in Table 1 in equal volumes was used as the highest concentration and diluted similarly. The pH was 7.

【0030】この濃度特性の結果をa座標上で図
10に示す。こようにa座標上では高濃度になる
ほど原点(グレーポイント(gray point))
から遠ざかるという結果が得られた。これは濃度が大き
くなるほど鮮やかさが増すことを裏付ける結果であっ
た。また、イエローの検量線が長く、シアン+マゼンタ
(C+M)の検量線が短くなっているが、これもa
色度図における当クロマ曲線の歪みと一致している。
FIG. 10 shows the results of the density characteristics on a * b * coordinates. Thus, the higher the density on the a * b * coordinates, the higher the origin (gray point)
The result of getting away from was obtained. This was a result supporting that the higher the density, the more the vividness increased. The calibration curve for yellow is long and the calibration curve for cyan + magenta (C + M) is short, which is also a * b.
* Consistent with the distortion of this chroma curve in the chromaticity diagram.

【0031】次に、ブロモイトモールブルー(Bromoyht
mol B1ue(BTB))をpH5〜10の緩衝溶液に溶解し
て、表2のような濃度となるように3種類の色素と混合
し、分光光度計およびCOLORTRONにより測定を
行った。なお、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロ
ー(Y)色素の最大吸収波長における吸光度は、No.
1〜3では2、No.7〜9では1、No.10〜12
では0.5とした。
Next, Bromoyhtmol Blue (Bromoyht)
mol B1ue (BTB)) was dissolved in a buffer solution having a pH of 5 to 10 and mixed with three kinds of dyes so as to obtain the concentrations shown in Table 2, and the measurement was performed using a spectrophotometer and COLORTRON. The absorbances of the cyan (C), magenta (M), and yellow (Y) dyes at the maximum absorption wavelength are as follows.
In Nos. 1-3, 2; 7 to 9, 1; 10-12
Then, it was set to 0.5.

【0032】[0032]

【表2】 [Table 2]

【0033】この結果の色変化を図11に示す。図11
は色の変化を示すものであり、本来カラーであるが、カ
ラーの図を図面として白黒で示したものである。BTB
(2×10−5M)のように、黄〜青へとa座標
上の原点付近で色変化する指示薬に単色色素を加える
と、色変化を表す曲線はどれもほぼ平行移動し、移動の
方向は指示薬の点と単色色素の点を結ぶ方向と一致して
いる。移動する距離は、指示薬の点と単色色素の点まで
の距離に比例するのではないかと考え、pH7における
BTB単独の点と単色色素の点の間の色差ΔEと、同じ
くBTB単独の点と{BTB+単色色素}の混合系の点
までの色差ΔEの相関関係を調べた。その結果を図12
に示す。その結果両者の相関係数は、r=0.970と
なり、曲線の移動距離がBTBの点と単色色素の点の間
の距離にほぼ比例することが確かめられた。従ってa
座標において原点付近で色変化する指示薬は、単色
色素を加えたときの移動の方向と距離がおおよそ予測で
きるといえる。
FIG. 11 shows the resulting color change. FIG.
Indicates a change in color and is originally a color, but a color diagram is shown in black and white as a drawing. BTB
When a monochromatic dye is added to an indicator that changes color near the origin on the a * b * coordinates from yellow to blue, as in (2 × 10 −5 M), all the curves representing the color change move almost in parallel. The direction of the movement coincides with the direction connecting the point of the indicator and the point of the monochromatic dye. Considering that the moving distance may be proportional to the distance between the point of the indicator and the point of the monochromatic dye, the color difference ΔE between the point of the BTB alone and the point of the monochromatic dye at pH 7, and the same The correlation of the color difference ΔE up to the point of the mixed system of BTB + monochrome dye} was examined. The result is shown in FIG.
Shown in As a result, the correlation coefficient between the two was r = 0.970, and it was confirmed that the moving distance of the curve was almost proportional to the distance between the BTB point and the monochromatic dye point. Therefore a *
It can be said that an indicator whose color changes near the origin in b * coordinates can roughly predict the direction and distance of movement when a monochromatic dye is added.

【0034】次に、加える色素量を変化させたときの違
いについて検討した。BTBとシアン、マゼンタ、イエ
ロー色素の混合溶液No.1〜No.12のうち、N
o.1〜No.6はλmaxにおける吸光度が2(N
o.4〜No.6については2つの色素がそれぞれ吸光
度1)の、比較的高濃度の単色色素を混合しているが、
No.7〜No.12は、No.1〜No.6の半分の
色素濃度となっている。pH5〜10における色変化の
大きさΔEについて、No.1〜No.6とNo.7〜
No.12を比較した。その結果を表3に示す。
Next, the difference when the amount of dye to be added was changed was examined. Mixed solution No. BTB and cyan, magenta, and yellow dyes 1 to No. Out of 12, N
o. 1 to No. 6 has an absorbance at λmax of 2 (N
o. 4-No. For 6, the two dyes are mixed with a relatively high-concentration monochromatic dye, each having an absorbance of 1).
No. 7-No. No. 12 is No. 1 to No. The dye density is half that of 6. Regarding the magnitude of color change ΔE at pH 5 to 10, no. 1 to No. 6 and no. 7 ~
No. 12 were compared. Table 3 shows the results.

【0035】[0035]

【表3】 [Table 3]

【0036】表3より、どの色素についても低濃度で混
合した方が色変化が大きいことが分かる。これは、単色
色素を高濃度で混合した場合、色素の影響が大きく現れ
てBTB自身の色変化が隠されてしまうためと考えられ
る。図11からも分かるように、No.7〜No.12
の色変化の方が視覚的にも分かりやすい。
From Table 3, it can be seen that the lower the concentration of any dye, the greater the color change. This is presumably because, when a single-color dye is mixed at a high concentration, the effect of the dye is large and the color change of the BTB itself is hidden. As can be seen from FIG. 7-No. 12
The color change is easier to understand visually.

【0037】BTB(2×10−5M)のようなa
座標の原点付近で色変化する指示薬について検討した
が、a座標の外側に位置する指示薬に単色色素を
加えた場合に色変化の曲線がどのように移動するのかを
調べるため、フェノールレッド(Phenol Red)(6×1
−5M)について同様の測定を行った。フェノールレ
ッド(Phenol Red)をpH5〜10の緩衝溶液に溶解し
て、表4のような濃度となるように3種類の色素と混合
し、BTBの場合と同様に分光光度計およびCOLOR
TRONにより測定を行った。なお、シアン(C)、マ
ゼンタ(M)、イエロー(Y)色素の最大吸収波長にお
ける吸光度は、No.13〜15では2、No.16〜
18では1とした。
A * b such as BTB (2 × 10 −5 M)
* We examined an indicator that changes color near the origin of the coordinates. To investigate how the color change curve moves when a monochromatic dye is added to the indicator located outside the a * b * coordinates, Red (Phenol Red) (6 × 1
0 -5 M) was subjected to the same measurements for. Phenol Red is dissolved in a buffer solution having a pH of 5 to 10 and mixed with three kinds of dyes so as to have a concentration as shown in Table 4, and a spectrophotometer and a COLOR are used in the same manner as in the case of BTB.
The measurement was performed by TRON. The absorbances of the cyan (C), magenta (M), and yellow (Y) dyes at the maximum absorption wavelength are as follows. 13 to 15; 16 ~
In 18 it was set to 1.

【0038】[0038]

【表4】 [Table 4]

【0039】この結果の色変化を図13に示す。図13
は色の変化を示すものであり、本来カラーであるが、カ
ラーの図を図面として白黒で示したものである。フェノ
ールレッド(Phenol Red)は黄〜赤へとa座標上
の比較的外側を色変化するが、さらに6×10−5
(λmaxにおける吸光度3)という高めの濃度に設定
することで、より外側に位置させた。この場合には、前
述したBTBのときのような単純な結果は得られなかっ
た。前述したBTBの場合と同様にして、曲線の移動距
離とフェノールレッドの点から単色色素の点までの距離
の間に相関関係があるかどうかを調べた結果、図14の
ようになった。相関係数はr=0.658で、相関性は
ないことが分かった。従って、このようなa座標
上の外側で色変化する指示薬の場合、曲線の移動方向や
距離を座標上で図形的に予測することは難しいといえ
る。次に、フェノールレッドとシアン(C)、マゼンタ
(M)、イエロー(Y)色素の混合溶液のpH5〜10
における色変化の大きさΔEを求めた。その結果を図1
5に示す。この図から、a座標上の内側へ移動し
ているものほどΔEが大きく、外側へ移動しているもの
はΔEが小さいという傾向が読み取れる。この傾向は、
BTBとシアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー
(Y)色素の混合において、高濃度の色素を加えたとき
(より外側へ移動するとき)の方がΔEが小さくなると
いう結果と一致している。
FIG. 13 shows the resulting color change. FIG.
Indicates a change in color and is originally a color, but a color diagram is shown in black and white as a drawing. Phenol Red changes its color relatively from yellow to red on the a * b * coordinates relatively outside, but further 6 × 10 −5 M
By setting a higher concentration (absorbance at λmax 3), it was positioned further outside. In this case, a simple result as in the case of BTB was not obtained. In the same manner as in the case of BTB described above, it was examined whether or not there was a correlation between the moving distance of the curve and the distance from the phenol red point to the monochromatic dye point, and the result was as shown in FIG. The correlation coefficient was r = 0.658, indicating no correlation. Therefore, in the case of such an indicator whose color changes outside on the a * b * coordinates, it can be said that it is difficult to graphically predict the moving direction and the distance of the curve on the coordinates. Next, the pH of a mixed solution of phenol red and cyan (C), magenta (M), and yellow (Y) dyes is 5 to 10%.
The magnitude ΔE of the color change was determined. Figure 1 shows the results.
It is shown in FIG. From this figure, it can be seen that there is a tendency that ΔE increases as the position moves inward on the a * b * coordinates, and ΔE decreases as the position moves outward. This trend is
When BTB is mixed with cyan (C), magenta (M), and yellow (Y) dyes, ΔE is smaller when a high-density dye is added (moves outward). I have.

【0040】以上の結果から、一般にa色度座標
上では2つの色素溶液を混合した結果の色を定量的に求
めることはできないことが分かった。これは、L
色空間が三刺激値XYZから導き出されたもので、
光の混色すなわち加法混色の成り立つ色空間であるため
である。光の加法混色においては三刺激値XYZ、L
などの値を加算することで、混合した光の三刺
激値を定量的に求めることができるかもしれないが、色
素溶液の混合のように減法混色の成り立つ系の混色では
これが不可能であるからである。
From the above results, generally, a*b*Chromaticity coordinates
Above, the color obtained as a result of mixing two dye solutions is quantitatively determined.
I found out that I couldn't do it. This is L*a*
b*The color space is derived from the tristimulus values XYZ,
Because it is a color space where light mixture, that is, additive color mixture
It is. In the case of additive color mixing of light, tristimulus values XYZ, L *
a*b*By adding values such as
It may be possible to determine the extreme value quantitatively, but the color
In the case of color mixing in a system where subtractive color mixing is possible, such as mixing elemental solutions
This is not possible.

【0041】この問題を解決するため、本発明者らは、
補色の色度座標QxQyを利用すると、減法混色におい
ても結果を定量的に求めることができるのではないかと
考えた。そこで、BTB又はフェノールレッドとシア
ン、マゼンタ、イエロー色素の混合を行った場合につい
てのQxQyを前記した式(1)〜(3)に基づき計算
ソフトMathematicaで算出した。なお、シア
ン、マゼンタ、イエロー色素については、pH7でλm
axにおける吸光度が0.6となる濃度(それぞれ0.
6×10−5M、4.2×10−5M、2.4×10
−5M)のデータを用いた。算出したQxQyを利用し
たBTBとシアン、マゼンタ、イエロー色素の混合の結
果を図16〜21に、フェノールレッドとシアン、マゼ
ンタ、イエロー色素の混合の結果を図22〜27に示
す。
To solve this problem, the present inventors
By using the chromaticity coordinates QxQy of the complementary colors, it was thought that the result could be quantitatively obtained even in the subtractive color mixture. Therefore, QxQy in the case where BTB or phenol red was mixed with cyan, magenta, and yellow dyes was calculated by the calculation software Mathematicala based on the above-described equations (1) to (3). In addition, cyan, magenta, and yellow dyes have λm
concentration at which the absorbance at ax is 0.6 (each of which is 0.
6 × 10 −5 M, 4.2 × 10 −5 M, 2.4 × 10
-5 M). 16 to 21 show the results of mixing BTB and cyan, magenta, and yellow dyes using the calculated QxQy, and FIGS. 22 to 27 show the results of mixing phenol red and cyan, magenta, and yellow dyes.

【0042】図16はBTBにシアンを混合した場合の
pH5〜10における色変化をQxQy座標で示したも
のである。図17はBTBにマゼンタを混合した場合の
pH5〜10における色変化をQxQy座標で示したも
のである。図18はBTBにイエローを混合した場合の
pH5〜10における色変化をQxQy座標で示したも
のである。図19はBTBにシアン+マゼンタを混合し
た場合のpH5〜10における色変化をQxQy座標で
示したものである。図20はBTBにシアン+イエロー
を混合した場合のpH5〜10における色変化をQxQ
y座標で示したものである。図21はBTBにマゼンタ
+イエローを混合した場合のpH5〜10における色変
化をQxQy座標で示したものである。また、図22は
フェノールレッドにシアンを混合した場合のpH5〜1
0における色変化をQxQy座標で示したものである。
図23はフェノールレッドにマゼンタを混合した場合の
pH5〜10における色変化をQxQy座標で示したも
のである。図24はフェノールレッドにイエローを混合
した場合のpH5〜10における色変化をQxQy座標
で示したものである。図25はフェノールレッドにシア
ン+マゼンタを混合した場合のpH5〜10における色
変化をQxQy座標で示したものである。図26はフェ
ノールレッドにシアン+イエローを混合した場合のpH
5〜10における色変化をQxQy座標で示したもので
ある。図27はフェノールレッドにマゼンタ+イエロー
を混合した場合のpH5〜10における色変化をQxQ
y座標で示したものである。
FIG. 16 shows the color change at pH 5 to 10 when BTB is mixed with cyan by QxQy coordinates. FIG. 17 shows the color change at pH 5 to 10 when magenta is mixed with BTB by QxQy coordinates. FIG. 18 shows the color change at pH 5 to 10 when BTB is mixed with yellow, using QxQy coordinates. FIG. 19 shows the color change at pH 5 to 10 when BTB is mixed with cyan + magenta by QxQy coordinates. FIG. 20 shows the color change at pH 5 to 10 when BTB is mixed with cyan + yellow.
This is indicated by the y coordinate. FIG. 21 shows color changes at pH 5 to 10 when BTB is mixed with magenta + yellow by QxQy coordinates. FIG. 22 shows a case where phenol red is mixed with cyan at pH 5-1.
The color change at 0 is shown by QxQy coordinates.
FIG. 23 shows the color change at pH 5 to 10 when magenta is mixed with phenol red on QxQy coordinates. FIG. 24 shows the color change at pH 5 to 10 when phenol red and yellow are mixed by QxQy coordinates. FIG. 25 shows the color change at pH 5 to 10 when phenol red and cyan + magenta are mixed by QxQy coordinates. FIG. 26 shows the pH when phenol red is mixed with cyan + yellow.
The color change in 5 to 10 is shown by QxQy coordinates. FIG. 27 shows the color change at pH 5 to 10 when phenol red and magenta + yellow are mixed, as QxQ.
This is indicated by the y coordinate.

【0043】まず、BTBやフェノールレッドのような
pH指示薬は、pHに応じてブロトン付加型と脱ブロト
ン型の2つの化学種が様々な割合で混合して色を呈す
る。その際の化学構造の変化と吸収スペクトルの変化を
図28、図29に示した。このため、pH指示薬の変色
過程は2つの色の減法混色と考えられ、QxQy色度座
標上では1本の直線で表される結果となったと考えられ
る。BTBとシアンの混合(図15参照)に関しては、
各pHにおいて混合した結果の点が、それぞれBTBの
点とシアンの点を結んだ直線上に同じ比で位置し、混合
した結果の色変化も直線で表されている。このことか
ら、BTBとシアン色素の混合によって作られる色は、
BTBの両端の2点とCyanの点の3点を頂点とする
三角形の内部に存在することが分かる。BTBとイエロ
ーの混合(図17参照)、BTBとシアン+イエローの
混合(図19参照)についてもほぼ同じことがいえる。
First, a pH indicator such as BTB or phenol red exhibits a color by mixing two chemical species of a broton addition type and a debroton type at various ratios depending on the pH. Changes in the chemical structure and the absorption spectrum at that time are shown in FIGS. 28 and 29. For this reason, the discoloration process of the pH indicator is considered to be a subtractive color mixture of the two colors, and it is considered that the result was represented by one straight line on the QxQy chromaticity coordinates. Regarding the mixture of BTB and cyan (see FIG. 15),
The points resulting from mixing at each pH are located at the same ratio on a straight line connecting the BTB point and the cyan point, and the color change resulting from the mixing is also represented by a straight line. From this, the color created by mixing BTB and cyan dye is
It can be seen that the BTB exists inside a triangle having three vertices of two points at both ends of the BTB and a point of Cyan. The same can be said for the mixture of BTB and yellow (see FIG. 17) and the mixture of BTB and cyan + yellow (see FIG. 19).

【0044】しかし、BTBとマゼンタの混合(図16
参照)に関しては、混合した結果の色変化が直線で表さ
れない。これは先に単色色素の色変化について検討した
ように、マゼンタ色素が測定pHの範囲でΔEが26.
656と大きく、色変化してしまい、マゼンタ色素の点
をQxQy色度座標上に単一の点で表せないためであ
る。この影響でBTBとシアン+マゼンタの混合(図1
8参照)、BTBとマゼンタ+イエローの混合(図20
参照)においても混合した結果の色変化が曲線になって
しまっている。
However, mixing of BTB and magenta (FIG. 16)
), The color change as a result of mixing is not represented by a straight line. This is because the magenta dye had a ΔE of 26.
This is because the color changes as large as 656, and the point of the magenta dye cannot be represented by a single point on the QxQy chromaticity coordinates. Due to this effect, a mixture of BTB and cyan + magenta (FIG. 1)
8), a mixture of BTB and magenta + yellow (FIG. 20)
), The color change as a result of mixing is a curve.

【0045】フェノールレッドとシアン、マゼンタ、イ
エロー色素の混合に関してもBTBのときと同様な傾向
が見られるのではないかと予想したが、結果的にはマゼ
ンタ色素のpH特性による影響は観測されなかった。む
しろどの色素の場合にも、高pH領域で理論からずれる
結果が見られた。これは、調製したフェノールレッド溶
液が高濃度で、図28からも分かるようにpH8〜10
においてはλmaxにおける吸光度が2〜3と非常に大
きな値となっており、分光光度計の測定適正吸光度
(0.5〜1.0程度)を大幅に超えてしまっているた
めであると考えられる。つまり、シアン、マゼンタ、イ
エロー色素の影響というよりも、高pHにおけるフェノ
ールレッドの吸収スペクトルの測定に大きな誤差があっ
たため、正確なQxQyが算出できなかったのではない
だろうかと考えられる。
It was expected that the same tendency as in the case of BTB would be observed with respect to the mixture of phenol red, cyan, magenta, and yellow dyes. . Rather, in any of the dyes, results deviated from the theory in the high pH range. This is because the prepared phenol red solution has a high concentration and has a pH of 8 to 10 as can be seen from FIG.
In, the absorbance at λmax is a very large value of 2 to 3, which is considered to be because the absorbance (approximately 0.5 to 1.0) exceeds the appropriate absorbance measured by the spectrophotometer. . In other words, rather than the influence of the cyan, magenta, and yellow dyes, there was a large error in the measurement of the absorption spectrum of phenol red at a high pH, and it is thought that accurate QxQy could not be calculated.

【0046】以上のことから、混合される単色色素とし
て選ばれるのにふさわしいシアン、マゼンタ、イエロー
色素は測定環境下において色変化をしないこと、そして
QxQyを算出するための吸収スペクトルデータは、適
切な吸光度を示す濃度で測定することが必要であること
もわかった。また、どのような単色色素を混合すればグ
レーポイントを通る色変化を実現できるかということを
考えると、図15〜図26のすべての場合において、B
TBあるいはフェノールレッドの色変化の直線の両端と
単色色素の点の作る三角形の内部にグレーポイントが存
在する場合には、適切な割合で混合することにより実現
できると考えられる。つまり、そのような三角形が作図
できるような色度座標を持つ単色色素を選べばよいこと
になる。即ち、色変化をQxQy座標系を用いて表現す
ることにより、指示薬に単色色素を加えた場合の色変化
の挙動を系統的に把握することができることがわかっ
た。この結果をふまえて分析化学における遮蔽指示薬の
理論をオプトードへの応用を検討した。
From the above, cyan, magenta, and yellow dyes suitable for being selected as mixed monochromatic dyes do not change color under the measurement environment, and the absorption spectrum data for calculating QxQy is appropriate. It was also found that it was necessary to measure at a concentration showing the absorbance. Considering what kind of monochromatic dyes can be mixed to achieve a color change passing through the gray point, in all cases in FIGS.
If there is a gray point between the ends of the straight line of the color change of TB or phenol red and the triangle formed by the points of the monochromatic dye, it can be realized by mixing them in an appropriate ratio. In other words, it is only necessary to select a single color pigment having chromaticity coordinates such that such a triangle can be drawn. That is, it was found that by expressing the color change using the QxQy coordinate system, the behavior of the color change when a monochromatic dye was added to the indicator can be systematically grasped. Based on these results, we applied the theory of shielding indicators in analytical chemistry to optode.

【0047】分析化学の分野において、目に見える色変
化の質に着目して開発されたものに遮蔽指示薬がある。
これは、指示薬に単色色素を混合した混合指示薬の一種
で、変色過程の一点で色が消失した灰色(gray)を
呈し、その前後で非常に鋭敏かつ鮮明に変色する。この
ため、主に酸塩基滴定や金属滴定の当量点を精度良く知
るのに使われている。遮蔽指示薬は、基準の指示薬(p
H指示薬、金属指示薬など)に1種類以上の単色色素を
混合した混合指示薬の一種である。混合する単色色素
は、基準の指示薬のある特定の色と補色の関係にある色
を持つものが選ばれる。これにより、変色過程の一点で
色が消失した灰色(gray)を呈し、その前後で非常
に鋭敏かつ鮮明に変色するため、見た目に分かりやすい
色変化を実現することができる。
In the field of analytical chemistry, shielding indicators have been developed focusing on the quality of visible color change.
This is a kind of a mixed indicator in which a monochromatic dye is mixed with the indicator, and exhibits a gray in which the color disappears at one point of the discoloration process, and the color changes very sharply and sharply before and after that. For this reason, it is mainly used to accurately determine the equivalent point of acid-base titration or metal titration. The shielding indicator is a reference indicator (p
H indicator, metal indicator, etc.) and one or more monochromatic dyes. The monochromatic dye to be mixed is selected to have a color complementary to a specific color of the reference indicator. As a result, at one point in the discoloration process, the color changes to gray, in which the color disappears, and the color changes very sharply and sharply before and after the change, so that it is possible to realize a color change that is easy to see visually.

【0048】前述してきた実験結果から、オプトードが
目的の一点で灰色(グレー)になるようにするために
は、QxQy座標系におけるグレーポイントは、Qx=
0.3101及びQy=0.3163であるから、指示
薬のQxQy座標系における変化と単色色素のQxQy
の値から算出される混合指示薬系のQxQyの値が、目
的の一点でQxQy座標系におけるグレーポイントの
値、即ちQx=0.3101及びQy=0.3163の
値又はそれに近い値になるようにオプトードを設計すれ
ばよいことになる。また、指示薬に対する遮蔽指示薬を
選択する場合には、目的の一点においてグレーポイント
の値又はそれに近い値を得ることができるQxQy座標
系の値を有する遮蔽指示薬を選択すればよいことにな
る。本発明者らのこの新規なコンセプトをオプトードに
おいて確認するために、Na定量用のオプトード及び
Li定量用のオプトードを用いて実験した。
From the experimental results described above, in order for the optode to be gray at one target point, the gray point in the QxQy coordinate system should be Qx =
Since 0.3101 and Qy = 0.3163, the change in the QxQy coordinate system of the indicator and the QxQy of the monochromatic dye
So that the value of QxQy of the mixed indicator system calculated from the value of is the gray point value in the QxQy coordinate system at one target point, that is, the value of Qx = 0.3101 and the value of Qy = 0.3163 or a value close thereto. You just have to design the optode. Further, when selecting a shielding indicator for the indicator, it is only necessary to select a shielding indicator having a value of the QxQy coordinate system that can obtain a gray point value or a value close to the gray point at a target point. To confirm our novel concept in optodes, we experimented with optodes for Na + quantification and optodes for Li + quantification.

【0049】イオンセンサーは、特定のイオンに選択的
応答し、イオンの濃度や活量を測定するデバイスであ
る。イオンの認識には、イオン交換体(charged ionoph
ore)による電荷−電荷相互作用を利用する方法や、中
性イオノフォア(neutral ionophore)による電荷−双
極子作用を利用する方法などがある。これらのイオンフ
ォアは可塑性PVC(poly vinyl chloride)膜のよう
な油相におかれ、試料溶液との界面において上記の相互
作用に基づいて認識が行われる。イオン選択性電極の応
答は、油水界面での電荷分離による膜電位の寄与に支配
される。この原理に基づいて中性イオノフォアをオプト
ードに応用する際には、イオノフォアのイオン抽出の際
に劇的に色変わりする検出素子を油相に存在させれ必要
がある。シモン(Simon)らは、その検出素子としてプ
ロトン化することでプラスの電荷を帯び色変わりをもた
らす脂溶性カチオン性色素を用いたオプトードを開発し
た。これに対して本発明者らは脱プロトン化することで
マイナスの電荷を帯びて色変わりをもたらす脂溶性アニ
オン性色素を用いたオプトードを開発した。
An ion sensor is a device that selectively responds to a specific ion and measures the concentration and activity of the ion. Ion exchangers (charged ionoph
ore) and a method using a charge-dipole action by a neutral ionophore. These ionophores are placed in an oil phase such as a plastic PVC (poly vinyl chloride) membrane, and recognition is performed at the interface with the sample solution based on the above-described interaction. The response of the ion-selective electrode is governed by the contribution of the membrane potential due to charge separation at the oil-water interface. When a neutral ionophore is applied to an optode based on this principle, it is necessary that a detection element that changes color dramatically during ion extraction of the ionophore be present in the oil phase. Simon and colleagues have developed an optode that uses a lipid-soluble cationic dye that becomes positively charged and changes color when protonated as a detector. On the other hand, the present inventors have developed an optode using a fat-soluble anionic dye which takes on a negative charge and changes color by being deprotonated.

【0050】今回の実験では、脂溶性アニオン性色素に
基づくオプトードを、油相を可塑化PVC膜としたセン
シングプレートとして作製し、Naがイオノフォアと
1:1錨体を形成するオプトードを用いた。油相のイオ
ノフオアが水相に分配されNaと錯形成すると、同時
に油相の脂溶性アニオン性色素も水相に分配され脱プロ
トンして色が変わる。イオン−イオノフオア錯体と脱ブ
ロトンした色素は会合してイオン対となり、油相に抽出
されるため、pHが一定のもとではカチオンの濃度変化
に応じた色変化が測定される。イオノフォアとしては、
本発明者らが開発した16−クラウン−5誘導体である
次式(I)で示されるDD16C5を用いた。
In this experiment, an optode based on a fat-soluble anionic dye was prepared as a sensing plate using a plasticized PVC membrane as an oil phase, and an optode in which Na + formed a 1: 1 anchor with an ionophore was used. . When the ionophore in the oil phase partitions into the aqueous phase and forms a complex with Na + , the lipophilic anionic dye in the oil phase also partitions into the aqueous phase, deprotonates, and changes color. Since the ion-ionophore complex and the deprotonated dye associate with each other to form an ion pair and are extracted into the oil phase, the color change according to the concentration change of the cation is measured at a constant pH. As an ionophore,
DD16C5 represented by the following formula (I), which is a 16-crown-5 derivative developed by the present inventors, was used.

【0051】[0051]

【化1】 Embedded image

【0052】クラウンエーテルはアルカリ金属イオンと
錯形成しやすく、特に16クラウンはNaのイオン半
径と空孔径が合致する。DD16C5はこれを基本骨格
とすることで主にNaよりもイオン径の小さいLi
と錯形成するのを防ぎ、これにKやRbといったク
ラウン環の空孔よりも大きいイオンとの錨形成(イオ
ン:イオノフオア=1:2)を妨害するように、立体障
害性サブユニットであるデカリノ基を導入している。脂
溶性アニオン性色素には、本発明者らが合成した、α−
ナフトールフタレインにアルキル側鎖を導入して脂溶性
を高めた次式(II)で示されるKD−A5を利用した。
The crown ether easily forms a complex with an alkali metal ion. Particularly, in the case of 16 crown, the ionic radius of Na + matches the vacancy size. DD16C5 small ionic diameter than primarily Na + by this as a basic skeleton Li +
With sterically hindered subunits to prevent complex formation with ions larger than the crown ring vacancy such as K + and Rb + (ion: ionophore = 1: 2). A certain decalino group is introduced. Lipid-soluble anionic dyes, α- synthesized by the present inventors,
KD-A5 represented by the following formula (II), in which an alkyl side chain was introduced into naphtholphthalein to increase fat solubility, was used.

【0053】[0053]

【化2】 Embedded image

【0054】また、膜系の色素として用いた次式(II
I)で示されるKD−S1は、溶液系で利用したディス
パースレッド1(Disperse Red 1)にア
ルキル側鎖を導入して脂溶性を高めた色素である。
Further, the following formula (II)
KD-S1 represented by I) is a dye having an increased lipid solubility by introducing an alkyl side chain into Disperse Red 1 used in a solution system.

【0055】[0055]

【化3】 Embedded image

【0056】まず、遮蔽指示薬の考え方に基づく色変化
をオプトードフィルムで実現させるため、溶液系におい
て予備実験を行った。基準の指示薬としてはBTB、遮
蔽色素として働く単色色素はDR1を用いた。BTBは
pHの変化に応じて黄(430nm)〜青(660n
m)へと変色し、変色途中で緑を示す。DR1(500
nm)は赤の単色色素であり、BTBの緑と補色の関係
にあるため、適切な割合で混合すると無彩色の灰色を作
り出すことができる。そこで、BTBとDR1の混合比
をさまざまに変えて、グレーポイントを通るような色変
化を実現することができないか測定を行った。そのとき
の色変化をa座標上にブロットした結果を図30
に示す。この図から、BTB:DRI=2:1で混合し
たとき、pH8において灰色になる混合色素系を作製す
ることができた。
First, a preliminary experiment was carried out in a solution system in order to realize a color change based on the concept of a shielding indicator with an optode film. BTB was used as a reference indicator, and DR1 was used as a monochromatic dye acting as a shielding dye. BTB is yellow (430 nm) to blue (660 n) depending on the change in pH.
m) and shows green in the middle of the discoloration. DR1 (500
nm) is a red monochromatic pigment, and has a complementary color relationship with BTB green, so that an achromatic gray can be created by mixing at an appropriate ratio. Therefore, the mixing ratio of BTB and DR1 was changed variously, and it was measured whether a color change passing through the gray point could be realized. FIG. 30 shows the result of blotting the color change at that time on a * b * coordinates.
Shown in From this figure, it was possible to produce a mixed dye system which became gray at pH 8 when mixed at BTB: DRI = 2: 1.

【0057】この結果を補色の色度座標QxQy上にプ
ロットしてみると図31に示すとおりとなる。図31の
補色のQxQy座標系を用いると、DR1のQxQy座
標系での位置は、明らかにBTBのpH8の点とグレー
ポイントの点を結ぶ直線上に位置していることがわか
る。従って、BTBをpH8で遮蔽したい場合、DR1
は効果的な遮蔽色素として働くことができることがQx
Qy分かる。この結果は本発明のコンセプトがオプトー
ドに応用できることを明確に実証している。この結果を
ふまえ、計算ソフトMathematicaによる計算
で最適な混合比を求めると、BTB:DR1=2:0.
829で混合したとき、pH8でグレーポイントになる
と算出された。実験においてはBTB:DR1=2:1
のときpH8でグレーポイントが実現されており、ほぼ
実験値と計算値は一致したといえる。数値のわずかな差
は、COLORTRONによる測定における不安定さか
ら生じた誤差によるものが大部分であろうと思われる。
When this result is plotted on the chromaticity coordinates QxQy of the complementary color, the result is as shown in FIG. Using the complementary color QxQy coordinate system of FIG. 31, it can be seen that the position of DR1 in the QxQy coordinate system is clearly located on a straight line connecting the point of pH 8 of BTB and the point of the gray point. Therefore, if BTB is desired to be shielded at pH 8, DR1
Qx can act as an effective shielding dye
I understand Qy. This result clearly demonstrates that the concept of the present invention can be applied to optodes. Based on this result, when an optimum mixing ratio is obtained by calculation using calculation software Mathematicala, BTB: DR1 = 2: 0.
It was calculated to be a gray point at pH 8 when mixed at 829. In the experiment, BTB: DR1 = 2: 1
At this time, the gray point was realized at pH 8, and it can be said that the experimental value and the calculated value almost coincided. It is likely that the slight difference in the numbers is due largely to errors resulting from instability in COLORTRON measurements.

【0058】溶液系における予備実験でグレーポイント
を通る色変化を実現できたので、次にこれを可塑化PV
C膜を利用するNa定量用オプトード膜の色変化への
応用を試みた。黄〜緑〜青と変色する色素に赤を加える
と遮蔽が行われることは確認できたが、可塑化PVC膜
に包括させる色素は脂溶性が高くなくてはならないた
め、BTBやDR1は使用することはできない。そこ
で、BTBに代わる色素として、構造が類似していて同
じような色変化をし(λmax=460nm、660n
m)、かつ脂溶性の高いKD−A5を用いることとし
た。また、DR1に代わる色素として、これに長鎖アル
キル側鎖を導入したKD−S1を用いることとした。そ
して、この2種の色素の混合比をさまざまに変えてオブ
ト−ド膜を作製し、Na濃度の測定を行った。このと
きの色変化をa 座標上にブロットした結果を図3
2に示す。色変化を見ると、KD−S1を過剰に加えす
ぎると色変化は緩慢になってしまい、加える量には最適
値が存在することが分かる。そして図32から、KD−
A5:KD−S1=16:1の比で混合したとき最もグ
レーポイントを通る色変化に近づいたことが分かる。し
かし、このオブト−ド膜は膜溶媒にFNDPEを用いて
いるため、FNDPEの色である黄色が常にバックグラ
ウンドとして表れてしまい、色変化の曲線が溶液系のと
きに比べb軸の正の方向、すなわち黄色の領域にずれ
てしまう。従って、測定Na濃度範囲ではあまり効果
的な色変化をするとはとはいえない。
Gray point in preliminary experiment in solution system
The color change passing through
Na using C film+For color change of optode membrane for quantitative analysis
Tried application. Add red to the pigment that changes color from yellow to green to blue
And shielding were confirmed, but plasticized PVC membrane
Pigments must be highly lipophilic
Therefore, BTB and DR1 cannot be used. There
As a dye that replaces BTB,
Make a similar color change (λmax = 460 nm, 660n
m) and use KD-A5 with high fat solubility.
Was. In addition, as a dye that replaces DR1,
KD-S1 into which a kill side chain was introduced was used. So
By changing the mixing ratio of these two dyes variously,
A toad film is prepared and Na+The concentration was measured. This and
Color change*b *Fig. 3 shows the results of blotting on the coordinates.
It is shown in FIG. Looking at the color change, add KD-S1 in excess
The color changes slowly when cut off, so it's perfect for adding
It can be seen that the value exists. And from FIG. 32, KD-
A5: KD-S1 = best when mixed at a ratio of 16: 1.
It can be seen that the color change approaching the ray point is approaching. I
However, this oxide membrane uses FNDPE as the membrane solvent.
Yellow, which is the color of FNDPE,
It appears as a sound, and the curve of color change is
B*Offset in positive direction of axis, i.e. yellow area
Would. Therefore, the measured Na+Not very effective in the concentration range
It cannot be said that the color change is typical.

【0059】色変化をQxQy座標上にプロットした結
果を図33に示す。図33のQxQy座標系によれば、
検出試薬としてKD−A5を用いた場合には、グレーポ
イントがKD−A5の測定Na濃度範囲の端の方に位
置してしまうため、目的の検出位置において遮蔽を行う
ためにはかなり限定された遮蔽指示薬を用いなければな
らないことがわかる。今回の実験で使用した遮蔽用色素
のKD−S1では、目的の検出位置でグレーポイントを
通過するようにすることは困難であることがQxQy座
標の使用により明らかになる。したがって、検出試薬と
してKD−A5を用いた場合に目的の検出位置でオプト
ードが灰色を示すようになるためには、Qx及びQyの
値がもっと大きな遮蔽指示薬を使用する必要があること
がQxQy座標系が示していることになる。
FIG. 33 shows the result of plotting the color change on the QxQy coordinates. According to the QxQy coordinate system of FIG.
When KD-A5 is used as the detection reagent, the gray point is located at the end of the measured Na + concentration range of KD-A5, which is very limited for shielding at the target detection position. It must be understood that a shielding indicator must be used. The use of QxQy coordinates reveals that it is difficult for the shielding dye KD-S1 used in this experiment to pass through the gray point at the target detection position. Therefore, when KD-A5 is used as a detection reagent, in order for the optode to show gray at the target detection position, it is necessary to use a shielding indicator having a larger value of Qx and Qy in the QxQy coordinates. The system will show.

【0060】次に、脂溶性アニオン性色素としてKD−
A5に代えて、KD−A5のナフトール部分が3−メチ
ル−4−ヒドロキシフェニル基であるKD−A4を用い
て同様な実験を行った。この場合には、遮蔽色素KD−
S1を含まないセンシングプレートはNa濃度が大き
くなるに従って黄色〜緑〜青色と変色したが、遮蔽色素
KD−S1を含むセンシングプレートは橙色〜灰色〜紫
色と変色の途中で色味のない灰色を呈し、コントラスト
の大きい鮮やかな色変化をした。デジタルカラーアナリ
シスでの色差ΔEでこれらの応答を比較すると遮蔽色素
を含むセンシングプレートではΔEを増大(感度を増
大)することができる。このため、遮蔽色素を加えるこ
とで、より正確な目視定量が可能なセンシングプレート
を作製できることがわかった。
Next, as a fat-soluble anionic dye, KD-
A similar experiment was performed using KD-A4 in which the naphthol moiety of KD-A5 was a 3-methyl-4-hydroxyphenyl group instead of A5. In this case, the shielding dye KD-
The sensing plate containing no S1 changed its color from yellow to green to blue as the Na + concentration increased, while the sensing plate containing the shielding dye KD-S1 changed its color from orange to gray to purple and turned gray without any color change. It exhibited a vivid color change with large contrast. When these responses are compared with the color difference ΔE in digital color analysis, ΔE can be increased (sensitivity is increased) in the sensing plate containing the shielding dye. Therefore, it was found that by adding a shielding dye, a sensing plate capable of more accurate visual quantification could be produced.

【0061】次に、イオノフォアとしてLiイオンと
1:1錯体を形成する14−クラウン−4誘導体である
次式(IV)で示されるTTD14C4を用いた実験を行
った。
Next, an experiment was conducted using TTD14C4 represented by the following formula (IV), which is a 14-crown-4 derivative which forms a 1: 1 complex with Li + ion as an ionophore.

【0062】[0062]

【化4】 Embedded image

【0063】血中のリチウムイオン濃度の測定は各種疾
患の治療や予防のために非常に重要な問題になってきて
いる。例えば、リチウム塩は躁鬱病の治療や甲状腺機能
の抑制などの医薬品として用いられおり、躁鬱病患者の
治療における血中リチウムイオン濃度は0.75〜1.
25mMであり、1.5mMを超えると中毒に陥り、さ
らに3.5〜4.5mMを超えると死に至ると報告され
ている。このように、リチウム塩の過剰の投与は人体に
有害であり、しかも治療域が狭いので、躁鬱病の治療や
甲状腺機能の抑制などの治療予防のためには体内のリチ
ウムイオン濃度をうまくコントロールしなければならな
い。
Measurement of the lithium ion concentration in blood has become a very important problem for treatment and prevention of various diseases. For example, lithium salts have been used as pharmaceuticals for treating manic depression and suppressing thyroid function, and the lithium ion concentration in blood in treating patients with manic depression is 0.75 to 1.
It has been reported that the concentration is 25 mM, and when it exceeds 1.5 mM, it causes intoxication, and when it exceeds 3.5-4.5 mM, it causes death. As described above, excessive administration of lithium salt is harmful to the human body, and the therapeutic range is narrow. There must be.

【0064】血液の分析によりリチウムイオン濃度を知
ることは可能であるが、家庭における投薬においても患
者自身が簡便にモニタリングできるようにするならば、
扱いが簡単な唾液中のリチウムイオンを測定するのが有
効である。唾液中のリチウムイオン濃度は皿中に比べて
約2倍の濃度で存在していると言われる。すなわち、治
療唾液中りチウムイオン濃度は1.5〜2.5mM程度
である。家庭おける血中リチウムイオン濃度の測定を可
能とするためには、扱いが簡便で、しかも目視でもある
程度定量が可能でなければならない。そこで、色素やイ
オノフオアを固定化した新規なセンシングデバイス(P
VC膜、紙など)を用いて簡便なリチウムイオン濃度の
定量が可能になれば、患者自身がリチウム塩による治療
を過程においてもできるようになる。また、唾液による
リチウムイオンの定量は前記したよう正確な目視定量が
確実にできるものでなければならない。そのためには、
治療濃度域での色を際立たせる必要があり、グレーポイ
ントを通る色変化の考え方を適用するのが有効である。
Although it is possible to know the lithium ion concentration by analyzing the blood, if the patient himself can easily monitor the medication at home,
It is effective to measure lithium ions in saliva, which is easy to handle. It is said that the concentration of lithium ion in saliva is about twice as high as in a dish. That is, the salium ion concentration in the treated saliva is about 1.5 to 2.5 mM. In order to be able to measure the lithium ion concentration in blood at home, it must be easy to handle and quantitatively quantified to some extent visually. Therefore, a new sensing device (P) with immobilized dye or ionophore
If it is possible to easily determine the lithium ion concentration using a VC film, paper, or the like), the patient himself will be able to carry out treatment with lithium salts in the course of the process. In addition, the quantitative determination of lithium ions by saliva must be such that accurate visual quantification can be ensured as described above. for that purpose,
It is necessary to emphasize the color in the therapeutic density range, and it is effective to apply the concept of color change passing through the gray point.

【0065】イオノフォアとして用いるTTD14C4
は、クラウンエーテルの一種であり、アルカリ金属イオ
ンと錯形成しやすく、特に14クラウンはリチウムのイ
オン径と空孔径が合致する。TTD14C4はこれを基
本骨格とし、これにNa、Kといったクラウンの空
孔よりも大きいイオンとの錯形成を妨害するように、立
体障害性サブユニットであるテトラメチル基が導入され
ている。脂溶性カチオン性色素としては、前述したKD
−A5及び本発明者らが開発した次式(V)で示される
KD−M11を用いた。
TTD14C4 used as ionophore
Is a kind of crown ether and easily forms a complex with an alkali metal ion. In particular, in the case of 14 crown, the ion diameter of lithium matches the pore diameter. TTD14C4 has this as a basic skeleton, into which a tetramethyl group, which is a sterically hindered subunit, is introduced so as to prevent complex formation with ions such as Na + and K + which are larger than the vacancy of the crown. Examples of the fat-soluble cationic dye include KD described above.
-A5 and KD-M11 represented by the following formula (V) developed by the present inventors were used.

【0066】[0066]

【化5】 Embedded image

【0067】KD−M11は、一分子中に共役系を介し
てブラスとマイナスのチャージを持つため、通常のpH
に依存したスペクトル変化だけでなく溶媒の性質に依存
したスペクトル変化(最大吸収波長の変化:ソルバトク
ロミズム)も顕著に現れるが、ここでは、pH変化に依
存するスペクトル変化のみを利用した。
Since KD-M11 has a negative charge with a brass via a conjugated system in one molecule, it has a normal pH.
Although not only a spectral change depending on the pH but also a spectral change depending on the nature of the solvent (a change in the maximum absorption wavelength: solvatochromism) appears remarkably, here, only a spectral change depending on a pH change is used.

【0068】まず、これらのイオノフォア及び脂溶性カ
チオン性色素を前記した実験と同様にPVC膜による系
で測定条件の検討を行った。始めに、色素として脂溶性
アニオン性色素KD−A5を用いて検討した。前述した
ようにKD−A5は黄(460nm)〜青(660n
m)へと変色し、変色途中で緑を示す色素であるが、リ
チウムイオンの抽出が充分できず、高感度での応答を得
ることができなかった。低濃度でより大きな応答をさせ
るために、試料溶液のpHを大きくする方法もあるが、
生体試料(pH7.4)の測定への応用を考えると最善
の方法とは言えない。そこで、よりpKaの低い色素を
用いてブロトン脱離を促進させ、応答感度を上げること
とし、pKaが7.7のKD−A5に代わり、pKaが
4.5である脂溶性カチオン性色素KD−M11を用い
ることにした。KD−M11も黄〜緑〜青と変色するた
め、KD−S1によって効果的な遮蔽効果が得られると
考えられる。膜溶媒はNPOE(2−ニトロフェニル
オクチルエーテル)とし、試料溶液のpHを7および9
に変えて実験を行った。この場合、脂溶性アニオン性色
素を用いた場合と応答機構が異なるため、脂溶性アニオ
ン添加剤として次式(VI)で示されるTFPBも加え
た。
First, measurement conditions of these ionophores and fat-soluble cationic dyes were examined in a system using a PVC membrane in the same manner as in the above-mentioned experiment. First, examination was performed using a fat-soluble anionic dye KD-A5 as a dye. As described above, KD-A5 is yellow (460 nm) to blue (660 n).
m), which shows a green color during the discoloration, but the extraction of lithium ions was not sufficient, and a response with high sensitivity could not be obtained. There is also a method of increasing the pH of the sample solution in order to achieve a larger response at a low concentration,
Considering the application to the measurement of a biological sample (pH 7.4), it is not the best method. Therefore, it was decided to use a dye having a lower pKa to promote broton elimination and raise the response sensitivity. We decided to use M11. Since KD-M11 also changes color from yellow to green to blue, it is considered that KD-S1 can provide an effective shielding effect. The membrane solvent is NPOE (2-nitrophenyl)
Octyl ether) and adjust the pH of the sample solution to 7 and 9
The experiment was performed by changing to. In this case, since the response mechanism is different from the case where the fat-soluble anionic dye is used, TFPB represented by the following formula (VI) was also added as a fat-soluble anion additive.

【0069】[0069]

【化6】 Embedded image

【0070】吸収スペクトル及び応答曲線によれば、K
D−M11はKD−A5を用いた場合に比べて低濃度に
おいても格段に良い応答を示した。KD−M11のこの
ときの色変化はきわめて明瞭であり、これをQxQy色
度座標にブロットした結果を図34(pH7の場合)及
び図35(pH9の場合)に示す。図34及び図35の
QxQy座標系による表示によれば、pH7ではKD−
S1を利用して遮蔽できる濃度が10−1Mであり治療
濃度10−3Mには至っていないが、pH9のときには
ちょうど10−3M付近で遮蔽できることが分かる。
According to the absorption spectrum and the response curve, K
DM-M11 showed remarkably good response even at a lower concentration than when KD-A5 was used. The color change of KD-M11 at this time was extremely clear, and the results of blotting the color change on the QxQy chromaticity coordinates are shown in FIGS. 34 (at pH 7) and 35 (at pH 9). According to the display using the QxQy coordinate system in FIGS. 34 and 35, KD-
It can be seen that the concentration that can be shielded using S1 is 10 −1 M and has not reached the therapeutic concentration of 10 −3 M, but it can be shielded at around 10 −3 M when the pH is 9.

【0071】そこで、計算ソフトMathematic
aで混合量を算出し、遮蔽を行った。このときの吸収ス
ペクトルを測定した。この時の色変化はちょうど10
−3M付近で無彩色の灰色を示しており、その前後の色
から際立っていることがわかった。遮蔽指示薬を添加し
ない場合には、10−3M付近では緑を示しているが、
色変化が青から緑へと連続的に起こるためにその前後の
色との差が明確でなかった。つまり、黄緑や青緑などと
10−3Mの緑の区別がつきにくい。しかし、灰色は色
味がないという点で他の色と全く別の性質であるため、
人間の目でも明確に区別することが可能となる。また、
この混合量の場合の変化をQxQy座標上にプロットし
た結果を図36の示す。図36のQxQy座標からも、
ちょうど10−3Mのときプロットがグレーポイントに
重なっていることがわかる。従って、本発明の遮蔽の理
論に基づいて色素を混合すれば、人間の目視で精度よく
定量可能なオプトード膜を作製するための最適化ができ
ることが分る。
Therefore, the calculation software Mathematical
The mixing amount was calculated using a, and shielding was performed. The absorption spectrum at this time was measured. The color change at this time is just 10
Achromatic gray was shown around -3 M, and it was found that the color was prominent from the colors before and after. When no shielding indicator is added, green is shown around 10 −3 M,
Since the color change occurred continuously from blue to green, the difference between the color before and after the change was not clear. That is, it is difficult to distinguish 10-3M green from yellow-green or blue-green. However, gray is completely different from other colors in that it has no color,
It is possible to make a clear distinction even with human eyes. Also,
FIG. 36 shows the result of plotting the change in the case of this mixing amount on the QxQy coordinates. From the QxQy coordinates in FIG.
It can be seen that the plot overlaps the gray point at exactly 10 −3 M. Therefore, it can be seen that if a dye is mixed based on the shielding theory of the present invention, optimization for producing an optode film that can be quantified accurately with human eyes can be performed.

【0072】以上のことから、オプトードの応答機構が
成り立つ系であるPVC膜においては、遮蔽色素を混合
することによって応答機構を変化させることなく色変化
を最適化できることが分かった。しかし、家庭でも利用
できるセンサーへの応用を考えるとPVC膜は扱いが不
便であり、またデジタルカラーアナライザーの測定シス
テムを考えても透過物体よりも反射物体の方が安定した
測定を行える。そこで、最も身近で扱いやすい反射物体
である「紙」を利用して、新規なオプトードデバイスを
構築した。いわゆるドライケミストリーへの応用であ
る。ドライケミストリーとは、検出反応に必要な試薬類
が濾紙やプラスチックフィルムに組み込まれている分析
材料に少量の試料溶液を付着させ、生成する色素量を反
射側光により定量する化学分析法であり、臨床検査分野
を中心に使われている。希釈水溶液中での均一反応と透
過側光を基本として発展してきたウェットケミストリー
との対比からこのように呼ばれている。
From the above, it has been found that in a PVC film which is a system in which an optode response mechanism is established, the color change can be optimized without changing the response mechanism by mixing a shielding dye. However, considering the application to sensors that can be used at home, PVC films are inconvenient to handle, and reflecting objects can perform more stable measurements on reflective objects than on transmissive objects even with a digital color analyzer measurement system. Therefore, a new optode device was constructed using "paper", which is the most familiar and easy-to-handle reflective object. This is an application to so-called dry chemistry. Dry chemistry is a chemical analysis method in which reagents necessary for a detection reaction are attached to an analytical material incorporated in filter paper or a plastic film, and a small amount of a sample solution is attached thereto, and the amount of generated dye is quantified by reflection-side light. It is used mainly in the clinical testing field. It is thus called from a comparison between a homogeneous reaction in a diluted aqueous solution and wet chemistry that has been developed based on light on the transmission side.

【0073】ドライケミストリーの始まりは、集団検査
などで使われる尿検査用試験紙や血糖検査用試験紙など
であり、1950年代に遡る。これらの試験紙類の判定
は目視による半定量にとどまっていたが、反射型分光光
度計の開発や分析材料の改良によって性能が向上し、1
975年以降定量化が可能となった。ドライケミストリ
ー材料は、大きく2種類に分けられる。ひとつは試験紙
法であり、検出試薬系を含浸、乾燥させた濾紙中での反
応と反射側光を基本としている。ふたつめは多層分析フ
ィルムである。多層分析フィルムでは、各種の機能層を
通して検出反応が進行することにより均一透明な薄層中
に色素が生成し、これを反射側光により測定するもので
ある。
The beginning of dry chemistry is a urine test strip or a blood glucose test strip used in a group test or the like, and dates back to the 1950s. Although the judgment of these test papers was limited to visual semi-quantitative analysis, the performance was improved by the development of reflection type spectrophotometer and the improvement of analytical materials.
Quantification has been possible since 975. Dry chemistry materials are broadly divided into two types. One is a test paper method, which is based on the reaction in a filter paper impregnated with a detection reagent system and dried and the reflection side light. The second is a multilayer analytical film. In a multilayer analysis film, a dye is generated in a uniform and transparent thin layer by the progress of a detection reaction through various functional layers, and this is measured by reflection-side light.

【0074】一方、従来のオプトードの応答は、各種の
機能性分子を包括したセンシング層としての油相と、試
料溶液の水相の二層間における溶媒抽出メカニズムに基
づいている。従って、油相のマトリクスに用いる物質や
形状は、センサーの感度や特性を左右する重要なファク
ターである。紙はセルロースを主成分とするため親水性
が高く、そのままの状態では脂溶性の高いイオノフオア
や色素などを保持させることができないばかりか、試料
溶液が浸透してきてしまうことも考えられる。そこで、
紙の表面に塗工液を塗り付けて表面の疎水性を高めたコ
ート紙を利用した。
On the other hand, the response of the conventional optode is based on the solvent extraction mechanism between the oil phase as a sensing layer containing various functional molecules and the aqueous phase of the sample solution. Therefore, the substance and shape used for the oil phase matrix are important factors that affect the sensitivity and characteristics of the sensor. Paper has a high hydrophilicity because it contains cellulose as a main component, so that it is not possible to retain ionophore or pigment having high fat solubility as it is, and that the sample solution may permeate. Therefore,
Coated paper was used in which a coating solution was applied to the paper surface to increase the hydrophobicity of the surface.

【0075】コート紙には各種のものがあるが、オプト
ードの応答機構から、酸によるコンディショニングの必
要性があるため、炭酸カルシウムが影響を受けるような
紙を使用することができない。しかも、硫酸アルミニウ
ムが添加されている紙を用いるとアルミニウムイオンの
影響を受ける可能性もある。そこでこの実験では、顔料
に炭酸カルシウムを用いずカオリン100%とし、これ
に対してSBRを8%のみ加えただけの塗工液で作製さ
れた特別なコート紙を利用した。この紙の紙面pHは6
であった。
Although there are various types of coated paper, it is necessary to perform conditioning with an acid due to the response mechanism of the optode, and therefore, paper in which calcium carbonate is affected cannot be used. Moreover, if paper to which aluminum sulfate is added is used, the paper may be affected by aluminum ions. Therefore, in this experiment, a special coated paper made of a coating liquid containing only kaolin 100% without using calcium carbonate as a pigment and adding only 8% of SBR to the kaolin was used. The paper pH of this paper is 6
Met.

【0076】そして、コート紙のコート層を油相として
ここに各種機能性物質を保持させた。即ち、この表面に
イオノフオア・色素・膜溶媒のTHF溶液をスピンキャ
ストして、センシングペーパーを作製した。約1時間の
真空乾燥の後では、各種物質は非常に良く紙表面に均一
に定着しており、手で触れても紙面の状態に変化はなか
った。ここに試料溶液を滴下すると、水滴が表面張力に
よって半球の状態となり、水分が紙中へ浸透していくこ
ともなかった。イオンの濃度変化に応じた紙表面の色変
化も観察された。このことから、紙表面が油相、試料の
水滴が水相として働き、この二層間で溶媒抽出メカニズ
ムに基づくイオンの抽出が行われていると考えることが
できる。
The coated layer of the coated paper was used as an oil phase to hold various functional substances. That is, a sensing paper was prepared by spin-casting a THF solution of an ionophore, a dye and a film solvent on the surface. After vacuum drying for about 1 hour, the various substances were very well fixed uniformly on the paper surface, and the state of the paper surface did not change even if touched by hand. When the sample solution was dropped, the water droplets became hemispherical due to surface tension, and water did not permeate into the paper. A color change on the paper surface according to the change in ion concentration was also observed. From this, it can be considered that the paper surface functions as the oil phase and the water droplets of the sample function as the water phase, and the extraction of ions between these two layers based on the solvent extraction mechanism is performed.

【0077】このことから、ここで作製したセンシング
ペーパーにおいても従来のオプトードの応答機構が成り
立っていることがわかり、前記したPVC膜のときと同
様な測定条件の最適化を行った。色素はKD−M11、
イオノフォアはTTD14C4でPVC膜のときと同様
の分子を利用した。KD−M11は脂溶性カチオン性色
素であるため、測定前の初期状態として色素を完全にブ
ロトン化させておく必要がある。しかし、膜作成時には
脂溶性アニオン添加剤TFPBのカウンターカチオンで
あるNaとイオン対を形成しているため、測定前に強
酸などでコンディショニングする必要がある。PVC膜
の場合には、膜を強酸に浸すことでNaとHとを容
易に交換させることができた。しかし、紙を利用する場
合に同様の方法でコンディショニングすると、紙中に含
まれる炭酸カルシウムが酸と反応して二酸化炭素を放出
し、硫酸カルシウムに変化してしまう。そして、生成し
たCa2+が妨害イオンとしてLiの測定に影響を及
ぼすことが考えられる。
From this, it was found that the response mechanism of the conventional optode was established also in the sensing paper manufactured here, and the same measurement conditions as in the case of the PVC film were optimized. The dye is KD-M11,
The ionophore utilized the same molecules as in the TTD14C4 PVC membrane. Since KD-M11 is a fat-soluble cationic dye, the dye must be completely brotonized as an initial state before measurement. However, at the time of film formation, since an ion pair is formed with Na + which is a counter cation of the fat-soluble anion additive TFPB, it is necessary to perform conditioning with a strong acid or the like before measurement. In the case of a PVC membrane, Na + and H + could be easily exchanged by immersing the membrane in a strong acid. However, if conditioning is performed in the same manner when using paper, the calcium carbonate contained in the paper reacts with the acid to release carbon dioxide and change to calcium sulfate. Then, it is considered that the generated Ca 2+ affects the measurement of Li + as an interfering ion.

【0078】そこで、炭酸カルシウムが含まれておらず
紙面pHも低い特別なコート紙を利用すると同時に、測
定前に酸によるコンディショニングの必要がないよう、
紙上にスピンキャストする前にあらかじめTFPBのN
とHを交換させておくこととした。その方法は、
等モルのKD−M11とTFPBを適切な有機溶媒に溶
解させ、強酸で分液抽出した後有機層を濃縮して、ブロ
トン化したKD−M11のカチオンKD−M11−H
とTFPBのイオン対を作製するというものである。
この状態で紙上にスピンキャストすれば、コンディショ
ニングすることなく測定を開始することができる。以下
の実験結果はすべて、この方法で行ったものである。
Therefore, a special coated paper which does not contain calcium carbonate and has a low paper surface pH is used, and at the same time, it is not necessary to perform conditioning with an acid before measurement.
Before spin casting on paper,
It was decided to exchange a + and H + . The method is
Equimolar amounts of KD-M11 and TFPB are dissolved in an appropriate organic solvent, and the mixture is separated and extracted with a strong acid. The organic layer is concentrated, and the cation KD-M11-H + of brotonized KD-M11 is obtained.
Is that making the ion pair - and TFPB.
If spin casting is performed on paper in this state, measurement can be started without conditioning. The following experimental results were all performed by this method.

【0079】上記の方法で作製したリチウムイオンセン
シングベーパーについて、試料溶液のpHを7.4およ
び8に変えて測定を行った。COLORTRONにより
pH7.4及びpH8のときの反射スペクトルを測定し
た。この結果から、Liの濃度変化に応じて反射スペ
クトルが定量的に変化しており、オプトードの応答理論
を適用しても問題はないことがわかった。また、このと
きの色変化を観察した。QxQy座標上の変化を図37
(pH7.4の場合)及び図38(pH8の場合)に示
す。QxQy座標の結果から、KD−S1で遮蔽可能な
濃度はpH7.4では10−2Mであり、pH8ではち
ょうど10−3Mであることがわかる。
With respect to the lithium ion sensing vapor produced by the above method, the measurement was performed while changing the pH of the sample solution to 7.4 and 8. The reflection spectrum at pH 7.4 and pH 8 was measured by COLORTRON. From these results, it was found that the reflection spectrum was quantitatively changed in accordance with the change in the Li + concentration, and that there was no problem even if the Optod response theory was applied. Further, the color change at this time was observed. FIG. 37 shows changes on the QxQy coordinates.
(In the case of pH 7.4) and FIG. 38 (in the case of pH 8). From the results of the QxQy coordinates, it can be seen that the concentration that can be shielded by KD-S1 is 10 −2 M at pH 7.4 and exactly 10 −3 M at pH 8.

【0080】そこで、PVC膜のときと同様に、pH8
の場合について混合するKD−S1の割合を算出し、遮
蔽を行った。このときの反射スペクトルを同様に測定
し、色変化を観察した。やはりPVC膜のときと同様
に、10−3Mで無彩色の灰色を示しており、その前後
の色から際立っていることが確認された。また、QxQ
y座標上にブロットした結果を図39に示す。図39の
QxQy座標からも、ちょうど10−3Mのときにプロ
ットがグレーポイントに重なっていることが確かめられ
た。以上のことから、PVC膜で遮蔽を行ったときの本
発明の理論がそのままセンシングペーパーへも応用する
ことができることが確かめられた。
Therefore, as in the case of the PVC film, the pH 8
The ratio of KD-S1 to be mixed in the case of was calculated and shielding was performed. The reflection spectrum at this time was measured in the same manner, and the color change was observed. Again, as in the case of the PVC film, achromatic gray was shown at 10 −3 M, and it was confirmed that the color was prominent from the colors before and after that. Also, QxQ
FIG. 39 shows the result of blotting on the y coordinate. Also from the QxQy coordinates in FIG. 39, it was confirmed that the plot overlapped the gray point at exactly 10 −3 M. From the above, it was confirmed that the theory of the present invention when shielding with a PVC film can be applied to sensing paper as it is.

【0081】これまでに色相に着目した色変化の最適化
を行なってきた。そこで次に、色相は同じままでより大
きな色の差を与えるように膜中の色素濃度を最適化する
こととした。我々の目に感じる色の差を表すパラメータ
ーとしては色差ΔEがあり、これは次式(4)で与えら
れる。
Up to now, the optimization of the color change focusing on the hue has been performed. Then, next, it was decided to optimize the dye concentration in the film so as to give a larger color difference while maintaining the same hue. There is a color difference ΔE as a parameter representing a color difference felt by our eyes, which is given by the following equation (4).

【0082】[0082]

【数3】 (Equation 3)

【0083】この値を利用すると色素の濃度を変化させ
た場合に、どの濃度で最大のΔEを与えるかを求めるこ
とができる。具体的には、以下のように縦軸、横軸をと
る。 ・縦軸 : ΔlogCLi+/ΔE (試料濃度の対数の変化量ΔlogCLi+に対する色
差の変化量ΔEの逆数) ・横軸 : Cdye/Cdye,0 (実験した色素濃度Cdye,0に対する色素濃度C
dyeの比) そして、縦軸の最小値を与える横軸の値が最適色素濃度
を与えるというものである。
Using this value, it is possible to determine which density gives the maximum ΔE when the density of the dye is changed. Specifically, the vertical and horizontal axes are as follows. • Vertical axis: ΔlogC Li + / ΔE (reciprocal of color difference variation ΔE with respect to logarithmic variation ΔlogC Li + of sample concentration) • Horizontal axis: C dye / C dye, 0 (dye density relative to experimental dye density C dye, 0) C
( Dye ratio) The value on the horizontal axis that gives the minimum value on the vertical axis gives the optimum dye density.

【0084】そこで、遮蔽する前のセンシングパーパー
の色変化(pH8)のデータを利用し、10−2M〜1
−4MのLiの濃度範囲において上記のグラフを作
成した結果を図40に示す。ここで、色素濃度を変化さ
せたときの色差を理論上で計算する際には、COLOR
TRONの測定により得られた反射スペクトルを吸収ス
ペクトルに変換してから、Lambert−Beer則
が成り立つことを仮定して色素濃度を2倍、3倍、・・
・と変化させるのに伴い、吸光度も2倍、3倍、・・・
と変化させた。その結果、Cdye/Cdye,0
3.34のとき、ΔlogCLi+/ΔEが最小となる
ことが分かった。つまり、このデータを測定したときの
色素濃度の3.34倍の色素濃度のとき、最大の色変化
を与えるということになる。そこで、COLORTRO
Nで3.34倍にしたときの色変化をシミュレーション
した結果を図41に示した。なお、図41は本来はカラ
ーであるが、ここでは白黒として示されている。このこ
とから、色素濃度についても本発明の理論に基づいてセ
ンサ−構築にあたっての最適化が行えることがわかっ
た。
Therefore, the data of the color change (pH 8) of the sensing paper before shielding is used, and 10 −2 M to 1
FIG. 40 shows the result of creating the above graph in the concentration range of 0 −4 M Li + . Here, when theoretically calculating the color difference when the dye concentration is changed, COLOR
After converting the reflection spectrum obtained by the measurement of TRON into an absorption spectrum, assuming that the Lambert-Beer rule is satisfied, the dye concentration is doubled, tripled, and so on.
・ With the change, the absorbance is doubled, tripled, etc.
Was changed. As a result, when C dye / C dye, 0 was 3.34, it was found that ΔlogC Li + / ΔE became the minimum. In other words, the maximum color change is given when the dye concentration is 3.34 times the dye concentration when this data is measured. So, COLORTRO
FIG. 41 shows the result of simulating the color change when N was increased by 3.34 times. Although FIG. 41 is originally color, it is shown here as black and white. From this, it was found that the dye concentration can be optimized based on the theory of the present invention when constructing the sensor.

【0085】唾液中のLiを測定する際に最も妨害と
なるのは、NaおよびKである。そこで、これらに
対する選択性を調べた。その結果を図42に示す。縦軸
には、吸収スペクトルを利用する場合の規格化吸光度の
考え方に基づき、センシングペーパーの総色差に対する
色差の比をとった。その結果、Kに対してはほとんど
応答せず、Naに対しても約100倍の選択性を示し
た。唾液中のNaおよびK濃度は共に約20mM
(2×10−2M)であるので、このセンシングペーパ
ーはNaおよびKの妨害はほとんど受けないと考え
てよい。このときの色変化を図43に示す。なお、図4
3は本来はカラーであるが、ここでは白黒として示され
ている。このことから、本発明のセンシングペーパーは
高濃度のNa以外にはほとんど応答していないことが
分かる。
The most disturbing factors in measuring Li + in saliva are Na + and K + . Therefore, the selectivity for these was examined. The result is shown in FIG. The vertical axis shows the ratio of the color difference to the total color difference of the sensing paper based on the concept of the normalized absorbance when the absorption spectrum is used. As a result, it hardly responded to K + and showed about 100-fold selectivity for Na + . Na + and K + concentrations in saliva are both about 20 mM
(2 × 10 −2 M), it can be considered that this sensing paper is hardly affected by Na + and K + . FIG. 43 shows the color change at this time. FIG.
3 is originally color, but is shown here as black and white. This indicates that the sensing paper of the present invention hardly responds to anything other than high-concentration Na + .

【0086】従来のPVC膜は応答時間が長いことが問
題であった。そこで、今回作製したセンシングペーパー
の応答時間について調べてみた。PVC膜の応答ブロフ
ァイルを図44に、センシングペーパーの応答ブロファ
イルを図45に示す。PVC膜では早くても安定するの
に5〜10分かかっているが、センシングペーパーは9
0秒でほぼ安定に達していることがわかる。
The conventional PVC film has a problem that the response time is long. Therefore, the response time of the sensing paper produced this time was examined. FIG. 44 shows the response profile of the PVC membrane, and FIG. 45 shows the response profile of the sensing paper. It takes 5 to 10 minutes to stabilize at the earliest with PVC membrane, but 9
It can be seen that it has almost reached stability at 0 seconds.

【0087】これまでは、目的の検出点において灰色に
なるような遮蔽色素の利用について検討してきたが、こ
の場合には検出、定量が目視によっても明確にできる点
は目的の検出点のみということになる。前述してきたリ
チウムイオン濃度のように濃度が特定の範囲に入ってい
るか否かという場合には極めて有効な手段となるが、よ
り幅広くイオン濃度などを検出した場合には不向きとな
る。そのような例としては、万能pH指示薬がある。万
能pH指示薬は広いpH範囲を色の変化により知ること
ができるものである。前述してきたように、万能pH指
示薬の各pHにおける分光光度計により測定した吸収ス
ペクトルは、最大吸収波長や等吸収点などが判別できな
い複雑なものであり、スペクトル解析により正確なpH
値を読み取るのは困難であったが、万能pH指示薬の色
の変化をデジタル化(数値化)し、これを例えば、CI
Exy色空間、CIEL色空間の色度座標に
それぞれプロットしてみると、図1及び図2に示される
ように円のような曲線がみられた。
Until now, the use of a shielding dye that turned gray at the target detection point has been studied. In this case, the only point at which the detection and quantification can be clarified visually is that only the target detection point is used. become. This is an extremely effective means when it is determined whether or not the concentration is within a specific range as in the case of the lithium ion concentration described above. An example of such is a universal pH indicator. A universal pH indicator can indicate a wide pH range by a change in color. As described above, the absorption spectrum measured by the spectrophotometer at each pH of the universal pH indicator is a complex one whose maximum absorption wavelength, iso-absorption point, etc. cannot be determined, and accurate pH
Although it was difficult to read the value, the change in color of the universal pH indicator was digitized (digitized),
When plotted on the chromaticity coordinates of the Exy color space and the CIEL * a * b * color space, a curve like a circle was observed as shown in FIGS.

【0088】図1に示すxy色度座標ではグレーポイン
トがxが約0.31でyが約0.32付近であるから、
万能pH指示薬が描く曲線はグレーポイントを中心にし
た円形のものであることがわかった。図2のa
度座標においても同様なことがわかる。図2のa
色度座標ではにaとbとが0の点がグレーポイント
であるから、図1と同様にグレーポイントを中心にした
円形になっていることがわかる。そもそも、これらの座
標系は色の変化を座標で示そうとしたものであり、座標
系を大きく動けば大きな色の変化があるということにな
る。そして、その変化の中心となる点が、色のない灰色
の点(グレーポイント)であることを図1及び図2の結
果が示していることになる。
In the xy chromaticity coordinates shown in FIG. 1, since the gray point is such that x is about 0.31 and y is about 0.32,
The curve drawn by the universal pH indicator was found to be circular with the gray point at the center. The same can be seen from the a * b * chromaticity coordinates in FIG. A * b * in FIG.
Since the point where a * and b * are 0 in the chromaticity coordinates is the gray point, it can be seen that the point is a circle centered on the gray point as in FIG. In the first place, these coordinate systems are intended to indicate a change in color by coordinates, and a large movement in the coordinate system indicates a large change in color. The results of FIGS. 1 and 2 show that the point that becomes the center of the change is a gray point without color (gray point).

【0089】このように、デジタルカラーアナリシス
(DCA)では、三次元あるいは二次元の座標系によっ
て色を表示することができるため、直感的な色の変化を
座標系の位置から正確に把握することができるようにな
る。この理論を利用して、目的物質の濃度に応じた見た
目にわかりやすい色変化を示すオプトードを開発するこ
とが可能となる。この理論に基づいて本発明者らは、イ
オン−イオノフォア錯体の抽出における応答特性に近似
できるTMA抽出をもとに、色変化の過程で多くの色
相が現れるための変色色素の組み合わせについて検討し
た。
As described above, in the digital color analysis (DCA), colors can be displayed in a three-dimensional or two-dimensional coordinate system, so that intuitive color changes can be accurately grasped from the position of the coordinate system. Will be able to By utilizing this theory, it is possible to develop an optode that shows a visually apparent color change according to the concentration of the target substance. Based on this theory, the present inventors examined a combination of discoloring dyes for producing many hues in the process of color change, based on TMA + extraction, which can approximate the response characteristics in the extraction of an ion-ionophore complex. .

【0090】脂溶性カチオン性色素であるLCD−2
は、pH値が大きくなると紫色〜黄色へと変色し、KD
−M11はpH値が大きくなると黄色〜青色へと変色す
る色素である。LCD−2とKD−M11をそれぞれ用
いた場合の吸収スペクトルを測定し、そしてこれらの応
答曲線を図46に示す。応答曲線よりpKaと相関を持
つ総合抽出係数κを見ると、LCD−2を用いた場合の
総合抽出係数κは10−1.3(5.01×10−2
と非常に低いため、本来S字カーブを示すはずの応答曲
線が一部分しか現れなかった。そして図47に示したa
色空間座標および膜の色変化の結果からもわかる
ように、低pH域ではpH1以外は紫色を示さず、pH
2で無色を示した。また、KD−M11を用いた場合の
総合抽出係数κは10−8.8(1.58×10−9
であり応答曲線はきれいなS字カーブを示したものの、
図47に示したa色空間座標および膜の色変化の
結果を見ると、pH1〜pH6付近は黄色を示し色変化
が見た目にわかりにくくなった。
LCD-2 which is a fat-soluble cationic dye
Changes from purple to yellow when the pH value increases, and KD
-M11 is a pigment that changes color from yellow to blue when the pH value increases. Absorption spectra were measured using LCD-2 and KD-M11, respectively, and their response curves are shown in FIG. Looking at the total extraction coefficient κ having a correlation with pKa from the response curve, the total extraction coefficient κ when LCD-2 is used is 10 −1.3 (5.01 × 10 −2 ).
Therefore, only a part of the response curve, which should originally show an S-shaped curve, appeared. And a shown in FIG.
* B * As can be seen from the results of the color space coordinates and the color change of the film, in the low pH range, except for pH 1, no purple color was exhibited.
2 indicated colorless. The total extraction coefficient κ when KD-M11 is used is 10 −8.8 (1.58 × 10 −9 ).
Although the response curve showed a beautiful S-shaped curve,
Looking at the results of the a * b * color space coordinates and the color change of the film shown in FIG. 47, yellow was observed around pH1 to pH6, and the color change became difficult to see visually.

【0091】この2つの色素を混合した場合について見
ると、それぞれの総合抽出係数κおよび色の変化から紫
色〜無色〜黄色〜緑色〜青色という色変化を示すことが
予想されるが、図48に示したa色空間座標およ
び膜の色変化の結果を見ると、pH1ですでに無色を、
pH3〜pH7付近で黄色を示し、低pHおよび中pH
域において見た目にわかりにくい色変化となることがわ
かった。
Looking at the case where these two dyes are mixed, it is expected that the color changes of purple-colorless-yellow-green-blue are shown from the change of each total extraction coefficient κ and the color. Looking at the results of the a * b * color space coordinates and the color change of the film, the colorless
Shows yellow around pH 3-7, low and medium pH
It was found that the color change was difficult to see in the region.

【0092】脂溶性カチオン性色素であるKD−M9は
膜の極性が高い場合pH値が大きくなると黄色〜赤色へ
と変色し、KD−M13はpH値が大きくなると黄色〜
青色へと変色する色素である。KD−M9とKD−M1
3を用いた場合の吸収スペクトルを測定し、そしてこれ
らの応答曲線を図49に示した。応答曲線よりpKaと
相関を持った総合抽出係数κを見ると、KD−M9を用
いた場合の総合抽出係数κは10−11.7(2.00
×10−12)であり、図50に示したa色空間
座標および膜の色変化の結果からもわかるようにpH1
〜pH10付近で黄色を示し、見た目に分かりやすい色
変化は得られなかった。さらに高pH域では赤色ではな
く紫色がかった色を示した。そこで、膜溶媒にNPOE
−OHを用い膜の極性を高くすることで総合抽出係数κ
を大きくし、さらに高pH域で赤色が現れるように試み
た。その結果、膜溶媒にNPOEを用いた先の実験とほ
とんど変わらない結果となり、変色pH域もpH11〜
12と非常に高く、高pH域で赤色を示さなかった。
KD-M9, which is a lipid-soluble cationic dye, changes color from yellow to red when the pH value increases when the polarity of the membrane is high, and KD-M13 changes from yellow to red when the pH value increases.
It is a pigment that changes color to blue. KD-M9 and KD-M1
Absorption spectrum was measured using No. 3 and their response curves are shown in FIG. Looking at the total extraction coefficient κ having a correlation with pKa from the response curve, the total extraction coefficient κ when KD-M9 is used is 10 −11.7 (2.00
× 10 −12 ). As can be seen from the results of a * b * color space coordinates and film color change shown in FIG.
It showed a yellow color at around pH 10 and did not give an easily understandable color change. Furthermore, in the high pH range, the color was purple instead of red. Therefore, NPOE is used as the membrane solvent.
-OH to increase the polarity of the membrane to increase the overall extraction coefficient κ
Was increased, and an attempt was made to make red appear in a high pH range. As a result, the result was almost the same as the previous experiment using NPOE as the membrane solvent, and the discoloration pH range was pH 11 to 11.
It was as high as 12 and did not show red color in the high pH range.

【0093】また、KD−M13を用いた場合の総合抽
出係数κは10−11.0(1.00×10−11)で
あり、図50に示したa色空間座標および膜の色
変化の結果を見るとこれもpH1〜pH10付近で黄色
を示し、見た目に分かりやすい色変化は得られなかっ
た。以上の結果からこれらの色素を混合した場合につい
て考えると、KD−M9およびKD−M13の総合抽出
係数κが非常に高いため低pH域での変色が見た目にわ
かりにくくなり、さらに2つの値が大変近いため色素の
変色がほぼ同時におこることが予想され、色変化の過程
で多くの色相が現れなかったと考えられる。
The total extraction coefficient κ when KD-M13 is used is 10 −11.0 (1.00 × 10 −11 ), and the a * b * color space coordinates and film thickness shown in FIG. Looking at the results of the color change, the color change also showed yellow around pH 1 to pH 10, and a visually apparent color change was not obtained. From the above results, considering the case where these dyes are mixed, the total extraction coefficient κ of KD-M9 and KD-M13 is extremely high, so that discoloration in a low pH range is hardly apparent, and two more values are obtained. It is very close and it is expected that the discoloration of the dye will occur almost simultaneously, and it is considered that many hues did not appear in the process of color change.

【0094】脂溶性カチオン性色素であるKD−C4
は、pH値が大きくなると赤色〜黄色へと変色する色素
である。KD−C4を用いた場合の吸収スペクトルを測
定し、この応答曲線を図51に示す。応答曲線を見る
と、pKaと相関を待った総合抽出係数κは10
−5.2(6.31×10−6)であった。そこで、総
合抽出係数κが10−8.8(1.58×10−9)で
あったKD−M11と混合した場合について考えると、
それぞれの総合抽出係数κおよび色変化から赤色〜橙色
〜黄色〜緑色〜青色という色変化を示すことが予想され
る。
KD-C4 which is a fat-soluble cationic dye
Is a pigment that changes color from red to yellow when the pH value increases. The absorption spectrum when KD-C4 was used was measured, and this response curve is shown in FIG. Looking at the response curve, the total extraction coefficient κ waiting for correlation with pKa is 10
−5.2 (6.31 × 10 −6 ). Therefore, considering the case of mixing with KD-M11 having a total extraction coefficient κ of 10 −8.8 (1.58 × 10 −9 ),
From each of the total extraction coefficient κ and the color change, it is expected to show a color change of red-orange-yellow-green-blue.

【0095】まず、KD−M11とKD−C4の色素混
合比が1:1(吸光度比)の場合においては、図52に
示したa色空間座標および膜の色変化の結果を見
ると、pH6〜10付近で黄色を示し、pH11付近で
緑色を示し始めるため、中pH域において見た目にわか
りにくい色変化となった。次に、KD−M11とKD−
C4の色素混合比が3:2(吸光度比)の場合において
は、図53に示したa色空間座標および膜の色変
化の結果を見ると、低pH域で赤色、pH8付近で緑色
を示しており、色素混合比が1:1(吸光度比)の場合
に比べ中pH域における色変化が見た目にわかりやすく
なった。そしてKD−M11とKD−C4の色素混合比
が2:1(吸光度比)の場合においては、pH7付近で
緑色を示しているものの低pH域で赤色でなく橙色を示
し、色素混合比が3:2(吸光度比)の場合に比べ低p
H城での見た目の色変化がわかりにくくなった。以上の
ことから、KD−M11とKD−C4の色素混合比が
3:2(吸光度比)となる場合に最も見た目にわかりや
すい色変化が得られたことになる。なお、これらの実験
で用いた色素の化学式を次に示しておく。
First, when the mixing ratio of the dyes of KD-M11 and KD-C4 is 1: 1 (absorbance ratio), the results of a * b * color space coordinates and film color change shown in FIG. 52 are shown. And began to show yellow near pH 6-10 and green near pH 11, resulting in a color change that was hard to see in the middle pH range. Next, KD-M11 and KD-
In the case where the C4 dye mixture ratio is 3: 2 (absorbance ratio), the results of a * b * color space coordinates and film color change shown in FIG. The color change was green, and the color change in the middle pH range became visually apparent as compared with the case where the dye mixing ratio was 1: 1 (absorbance ratio). When the mixture ratio of the dyes of KD-M11 and KD-C4 is 2: 1 (absorbance ratio), the color mixture shows green near pH 7 but shows orange instead of red in the low pH range, and the dye mixture ratio becomes 3 : 2 (absorbance ratio), lower p
The color change in the appearance at H Castle became difficult to understand. From the above, it can be seen that the most visually recognizable color change was obtained when the dye mixture ratio of KD-M11 and KD-C4 was 3: 2 (absorbance ratio). The chemical formulas of the dyes used in these experiments are shown below.

【0096】[0096]

【化7】 Embedded image

【0097】以上の実験結果より、色変化の過程で最も
多くの色相を現し、見た目にわかりやすい色変化を示す
色素の組み合わせはKD−M11およびKD−C4であ
った。そして、色変化の過程で多くの色相を表すような
色素の混合条件としては、 混合する色素のpKaが3〜4程度異なること。 pKaの低い色素は深色〜浅色へ変化すること。 pKaの高い色素は浅色〜深色へ変化すること。 混合する色素の浅色側の色相がほぼ同じであるこ
と。 混合する色素の深色側の色相が目視できるくらい異
なること。 が必要となることがわかった。
From the above experimental results, KD-M11 and KD-C4 were the combinations of dyes that exhibited the most hues in the process of color change and showed a color change that was easy to see. The mixing conditions of the dyes that represent many hues in the process of color change are that the pKas of the mixed dyes differ by about 3 to 4. A dye having a low pKa changes from a deep color to a light color. A dye having a high pKa changes from a pale color to a deep color. The hues on the lighter side of the dyes to be mixed are almost the same. The hue on the deep color side of the dye to be mixed is visually different. Turned out to be necessary.

【0098】以上の結果に基づいて、PVC膜のアンモ
ニウムイオンに対する御への応用を検討した。イオノフ
ォアにTD19C6、色素に脂溶性カチオン性色素KD
−M11およびKD−C4混合色素を用いてアンモニウ
ムイオンに対する応答を調べた。このときのアンモニウ
ムイオン溶夜はpH6のものを用いて行った。図54に
示す応答曲線を見ると、10−4Mから10−2Mの濃
度範囲で最もよく応答しているが、図55に示したa
色空間座標を見ると検量線の始点がa値=0付近
にあり、橙色を示している。これは膜の色変化の結果か
らもわかり、アンモニウムイオンの濃度が高くなるにつ
れ橙色〜黄色〜緑色〜青色の色変化となった。
Based on the above results, application of the PVC film to ammonium ions was examined. TD19C6 for ionophore, KD for fat-soluble cationic dye
Response to ammonium ion was examined using -M11 and KD-C4 mixed dyes. The ammonium ion dissolution at this time was carried out using one having a pH of 6. Looking at the response curve shown in FIG. 54, the response is best in the concentration range of 10 −4 M to 10 −2 M, but the a * shown in FIG.
Looking at the b * color space coordinates, the starting point of the calibration curve is near a * value = 0, indicating orange. This can be seen from the result of the color change of the film, and the color changed from orange to yellow to green to blue as the concentration of ammonium ion increased.

【0099】前記した脂溶性カチオン性色素KD−M1
1およびKD−C4混合色素の色変化は赤色〜橙色〜黄
色〜緑色〜青色となり、色変化の過程で赤色が現れてい
るにも関わらず、イオノフォアTD19C6を含む膜で
は色変化の過程で赤色が得られなかった。この理由とし
ては、イオノフォアの構造上の問題がまず考えられる。
そこで、TD19C6と構造が異なるTTD14C4を
用いてリチウムイオンに対する応答を調べた。
The above-mentioned fat-soluble cationic dye KD-M1
The color change of 1 and KD-C4 mixed dyes is red-orange-yellow-green-blue, and despite the appearance of red in the process of color change, in the film containing the ionophore TD19C6, the color change in the process of color change Could not be obtained. This is probably due to the structural problem of the ionophore.
Therefore, the response to lithium ions was examined using TTD14C4 having a different structure from TD19C6.

【0100】イオノフォアにTTD14C4、色素に脂
溶性カチオン性色素KD−M11およびKD−C4混合
色素を用いてリチウムイオンに対する応答を調べた。こ
のときのリチウムイオン溶液はpH6およびpH7のも
のを用いて行った。まず、KD−M11、KD−C4の
各色素を含むオプトードフィルムを作製し、各々の吸光
スペクトルを測定し、これらの色素が単独の場合の、p
H6リチウムイオン溶液における応答曲線を調べた結果
を図56に示す。図56に示される応答曲線の結果を見
ると、KD−C4の膜では10−6〜10−2Mの範囲
の低濃度にかけて傾きが最も大きく、吸光度が変化し、
このとき赤から黄色へと変色する。一方、KD−C4よ
りもpKaの高いKD−M11の膜では10−4〜1M
の範囲の高濃度にかけて傾きが最も大きく、黄色から
緑、青へと変色する。これはこの濃度範囲において膜の
色変化の度合いが最も大きいことを示しており、実際の
色変化の結果からもわかる。
The response to lithium ions was examined using TTD14C4 as an ionophore and a mixed dye of a fat-soluble cationic dye KD-M11 and KD-C4 as a dye. At this time, the lithium ion solution having a pH of 6 or 7 was used. First, an optode film containing each of the dyes KD-M11 and KD-C4 was prepared, and the absorption spectra of the respective dyes were measured.
FIG. 56 shows the result of examining the response curve of the H6 lithium ion solution. Looking at the results of the response curve shown in FIG. 56, the slope of the KD-C4 membrane is largest at low concentrations in the range of 10 −6 to 10 −2 M, and the absorbance changes.
At this time, the color changes from red to yellow. On the other hand, in the film of KD-M11 having a higher pKa than that of KD-C4, 10 −4 to 1M
The gradient is greatest at high densities in the range, and the color changes from yellow to green and blue. This indicates that the degree of color change of the film is the largest in this concentration range, and can be seen from the result of the actual color change.

【0101】以上のようにして得られた各色素を含むオ
プトードフィルムの測定結果から、混合色素の色変化の
シミュレーションをした。即ち、各色素のスペクトルデ
ータから色素を混合した場合のLの値を算出
し、色変化のようすをa 座標上にプロットして、
色素の混合比を変えて色変化のようすをシミュレーショ
ンしたものを作成した。また、リチウムイオン濃度が1
−6Mのときを色変化の始点、1Mのときを終点とし
て始点から終点までの色相角の変化Δhabを求める
と、 色素の混合比 Δh ab (KD−C4/KD−M11) 9/2 187.0° 3/1 194.7° 2/1 182.2° 3/2 166.0° となり、KD−C4とKD−M11の混合比が3:1の
モル比のときに最も色相の変化が大きく現れることがわ
かった。
The dye containing each dye obtained as described above
From the measurement results of the putod film, the color change of the mixed dye
I did a simulation. That is, the spectral data of each dye
L when the dye is mixed from the*a*b*Calculate the value of
And change the color*b *Plot on the coordinates,
Simulate the appearance of color changes by changing the mixing ratio of dyes
Was created. In addition, when the lithium ion concentration is 1
0-6M is the start point of the color change, 1M is the end point
Change of hue angle from start point to end pointabAsk for
When, Mixing ratio of dye Δh ab  (KD-C4 / KD-M11) 9/2 187.0 ° 3/1 194.7 ° 2/1 182.2 °3/2 166.0 ° And the mixing ratio of KD-C4 and KD-M11 is 3: 1.
It can be seen that the change in hue is largest at the molar ratio.
won.

【0102】次に、実際に色素を混合した場合のpH6
リチウムイオン溶液におけるオプトードフィルムの応答
を調べた。その結果を図58に示す。KD−C4とKD
−M11の混合比はシミュレーションの結果をふまえ、
3:1のモル比とした。このときの色変化をa
標上にプロットすると、KD−M11のみ、KD−C4
のみの場合と比較して色相の変化が幅広くなっており、
見た目にも鮮明でわかりやすい色変化となっている。図
58に示した応答曲線より10−4M〜10−3Mの低
濃度範囲と、10 M〜1.0Mの高濃度範囲におけ
る傾きが大きくなっている。これはこの濃度範囲におい
て膜の色変化の度合いが最も大きいことを示しており、
色変化の結果からもわかる。また、膜の色変化は低濃度
において赤色を示しイオン濃度が高くなるにつれ赤色〜
橙色〜黄色〜黄緑〜緑色〜青緑色〜青色という色変化が
得られ、より広い濃度範囲で目視定量を行うことができ
ることがわかった。また、色変化の始点から終点までの
色差ΔE、および色相角の変化Δhab、そして、ダイ
ナミックレンジについて単独の色素の場合と混合色素の
場合を比較すると、いずれも混合色素の方が大きくなっ
ている。特に色相角については大幅に改善されたことが
わかる。
Next, when the dye is actually mixed, the pH 6
The response of optode films in lithium ion solution was investigated. FIG. 58 shows the result. KD-C4 and KD
The mixture ratio of -M11 is based on the result of the simulation,
The molar ratio was 3: 1. When the color change at this time is plotted on a * b * coordinates, only KD-M11, KD-C4
The change in hue is wider than in the case of only
The color change is clear and easy to understand. A low concentration range of 10 -4 M to -3 M than the response curve shown in Figure 58, 10 - 1 slope in the high concentration range of M~1.0M is large. This indicates that the degree of color change of the film is the largest in this concentration range,
It can be seen from the result of the color change. In addition, the color change of the film is red at low concentrations, and becomes red to red as the ion concentration increases.
Color changes of orange-yellow-yellow-green-green-blue-green-blue were obtained, and it was found that visual quantification could be performed in a wider concentration range. Further, the color difference ΔE from the point where the color change end point, and the change in hue angle Delta] h ab, and, when comparing the case where the dye mixture of the single dyes for dynamic range, both become greater in the dye mixture I have. In particular, it can be seen that the hue angle was greatly improved.

【0103】前述したように、唾液中のリチウムイオン
を測定する際に最も妨害となるのはナトリウムイオンお
よびカリウムイオンである。そこでこの系における妨害
イオンに対する選択性を調べた。pH6における各イオ
ンの応答曲線を、図57に示す(縦軸は色差ΔE)。こ
れによると、カリウムイオンに対してはあまり強く応答
おらず、ナトリウムイオンに対しても100倍またはそ
れ以上の選択性を示した。また、ΔEtotalという
始点から終点までの色差に対する色差ΔEをみてみる
と、Naに対して約1000倍、Kに対して約50
00倍と良い選択性を示すことがわかった。唾液中のナ
トリウムイオンおよびカリウムイオンの濃度は共に約2
0mM(2・10−2M)であるため、ほとんど妨害を
受けないものと考えられる。色変化の結果からも、ナト
リウムイオンおよびカリウムイオンともに10−5M〜
1.0Mの濃度範囲における色変化は赤色〜橙色であ
り、高濃度のナトリウムイオン以外にほとんど応答して
いないことがわかる。
As described above, sodium ions and potassium ions interfere most when measuring lithium ions in saliva. Therefore, the selectivity for interfering ions in this system was investigated. The response curve of each ion at pH 6 is shown in FIG. 57 (the vertical axis is the color difference ΔE). According to this, it did not respond so strongly to potassium ions, and showed 100-fold or more selectivity to sodium ions. Looking at the color difference ΔE with respect to the color difference from the start point to the end point, ΔE total, it is about 1000 times for Na + and about 50 times for K + .
It turned out to show good selectivity of 00 times. The concentration of both sodium and potassium ions in saliva is about 2
Since it is 0 mM (2 · 10 −2 M), it is considered that there is almost no interference. From the results of the color change, both sodium ions and potassium ions were 10 −5 M or more.
The color change in the concentration range of 1.0 M is from red to orange, and it can be seen that there is almost no response except for the high concentration of sodium ions.

【0104】次に、混合色素のpH7のリチウムイオン
溶客液における結果を見ると、図59に示されるように
(縦軸は色差ΔE)、pHが1変化すると応答曲線のS
字カーブもリチウムイオン濃度に対して約1桁分平衡移
動していることがわかる。ここで測定化学種Coの活量
Coについての理論式にこのケースを当てはめてみ
る。目的イオンは一価、イオン−イオノフォア錯体は
1:1であるとすると、次の式(5)のようになる。
Next, looking at the results of the mixed dye in the lithium ion solution at pH 7, as shown in FIG. 59 (the vertical axis is the color difference ΔE), when the pH changes by 1, the response curve S
It can be seen that the curve also moves equilibrium by about one digit with respect to the lithium ion concentration. Here, this case will be applied to a theoretical formula for the activity a Co of the measured chemical species Co. Assuming that the target ion is monovalent and the ion-ionophore complex is 1: 1, the following equation (5) is obtained.

【0105】[0105]

【数4】 (Equation 4)

【0106】(5)式中のΚは総合抽出定数である。
(5)式の左辺が一定、すなわち吸光度が一定のときは
SiRo、aCHR も一定となり、またこのとき系
内の平衡を保つためにaSoも一定でなければならな
い。従って、ある一定の吸光度に対応するイオン濃度a
i+は、aH+が10倍変化(pHが2だけ変化)す
ると同様に10倍変化する。つまり2桁シフトする。
以上のことから、pHが1変化するとS字カーブもリチ
ウムイオン濃度に対して約1桁分平衡移動することは理
論に一致した傾向を示しているといえる。
In the equation (5), Κ is a total extraction constant.
(5) the left side of the equation is constant, i.e. a Siro when absorbance is constant, also a CHR o becomes constant, also must be constant even a So. to balance in this case system. Therefore, the ion concentration a corresponding to a certain absorbance a
i + is, a H + 10 2 times the change (pH changes only 2) Then likewise varies 10 twice. That is, it is shifted by two digits.
From the above, it can be said that when the pH changes by 1, the S-curve moves equilibrium by about one digit with respect to the lithium ion concentration, indicating a tendency consistent with the theory.

【0107】そして、低濃度のアンモニウムイオンでは
赤色を示さなかったのに対し、低濃度のリチウムイオン
では赤色を示した理由としては、TTD14C4の空孔
がTD19C6の空孔より、小さいため脂溶性アニオン
TFPBのイオンペアであるナトリウムイオンと錯形成
しにくく、さらにTTD14C4の酸素原子の数がTD
19C6に比べて少ないことから、ナトリウムイオンと
の結合定数も小さくなるためと考えられる。従って、用
いるイオン認識素子(イオノフォア)の選択も重要であ
り、他の膜構成成分と相互作用しないものを選らんで使
用することが好ましいことがわかる。
The reason that the low concentration ammonium ion did not show a red color while the low concentration lithium ion showed a red color was that the vacancy of TTD14C4 was smaller than that of TD19C6, It is difficult to form a complex with sodium ion which is an ion pair of TFPB, and the number of oxygen atoms of TTD14C4 is TD
It is considered that the binding constant with sodium ions is also small since it is smaller than that of 19C6. Therefore, it is also important to select an ion recognition element (ionophore) to be used, and it is understood that it is preferable to select and use an element that does not interact with other membrane components.

【0108】このように、本発明のイオンオプトードで
は、適当な色素を組み合わせることにより、目的イオン
濃度の変化にともない多くの色相が現れ、このような色
変化は目視定量において有利であることがわかった。ま
た、変色色素KD−C4、KD−M11を単独で用いた
場合、測定可能な濃度範囲はそれぞれ10−6〜10
−2Mおよび10−4M〜1Mであったが、混合色素の
場合、10−6〜1Mという広い範囲での目視定量が可
能になることもわかった。したがって、デジタルカラー
アナライザーを用いることで、色見本による検量が可能
となるばかりでなく、さらに、色空間座標による正確な
定量や色素の混合における最適化を行うことが可能であ
ることがわかった。
Thus, with the ion optode of the present invention,
Can be combined with an appropriate dye to
Many hues appear as the density changes,
The change was found to be advantageous in visual quantification. Ma
In addition, the discoloring dyes KD-C4 and KD-M11 were used alone.
In each case, the measurable concentration range is 10-6-10
-2M and 10-4M to 1M, but of the mixed dye
Case 10-6Visual quantification in a wide range of up to 1M possible
It turned out that it would work. Therefore, digital color
Calibration by color sample is possible by using an analyzer
Not only that, but also accurate
Quantification and optimization of dye mixing
I found out.

【0109】これまでの実験においてデジタルカラーア
ナライザー(例えば、COLORTRONTM)を用い
てきたが、このデジタルカラーアナライザーでどのくら
い細かく濃度を判別することができるかを調べてみた。
測定された色変化に基づいて、QxQy座標にブロット
した結果を図60に示す。測定された色変化から、見た
目に観測される色は10倍オーダーの違いは読み取れる
ものの、10−4M、10−3Mオーダーの細かいとこ
ろはほとんど判別がつかない。しかし、図60から、1
−3Mより小さい濃度ではデータにぱらつきが見られ
るものの、10 −3M以上の濃度では定量的に違いが観
測されている。よって、細かく正確な値を知りたい場合
には、デジタルカラーアナライザーを使えば1mMのオ
ーダーで濃度を測定できることが分かった。デジタルカ
ラーアナライザーは大きさがコンパクトで、扱いも非常
に簡便であるので、家庭に持ち込むことも容易であると
考えられる。よって、目視による定量とともにデジタル
カラーアナライザーによる定量を併用すれば、家庭でも
正確な測定を実現できる。
In the previous experiments, the digital color
Narizer (for example, COLORTRONTM)
But how much does this digital color analyzer
We examined whether the density could be determined finely.
Blot to QxQy coordinates based on measured color change
The results obtained are shown in FIG. Seen from the measured color change
The color observed in the eyes can be read 10 times difference
Although 10-4M, 10-3M-order fine cousin
Is almost indistinguishable. However, from FIG.
0-3At concentrations lower than M, data fluctuates
Although 10 -3There is a quantitative difference at concentrations above M
Has been measured. Therefore, if you want to know the exact value
If you use a digital color analyzer,
It turned out that the concentration could be measured with a reader. Digital camera
The color analyzer is compact in size and very easy to handle
And it is easy to bring it home.
Conceivable. Therefore, along with visual quantification, digital
Use at home with a color analyzer
Accurate measurement can be realized.

【0110】このように本発明は、オプトードの色の変
化を数値化してその最適化のための新規な技術的思想を
提供するものである。したがって、本発明は本発明の技
術的思想に基づいて、オプトードの色の変化を数値化し
て目的に合致したオプトードの最適化がなされたものを
全て包含するものである。本発明の色の変化の数値化の
手段としては、デジタルカラーアナライザーによる方法
が好ましいが、色の要素を分析して数値化できるもので
あれば特に制限はない。数値化のための座標系として
は、オプトードの目的に合わせて適宜選択することがで
きるが、xy色度座標、a色度座標又は補色の色
度座標QxQyなどが好ましい。
As described above, the present invention provides a new technical idea for optimizing the optode color change by quantifying the change. Therefore, the present invention includes all the optodes that have been optimized according to the purpose by quantifying the color change of the optode based on the technical idea of the present invention. As a means for quantifying color change of the present invention, a method using a digital color analyzer is preferable, but there is no particular limitation as long as color elements can be analyzed and quantified. The coordinate system for digitization can be appropriately selected according to the purpose of the optode, but xy chromaticity coordinates, a * b * chromaticity coordinates, or chromaticity coordinates QxQy of complementary colors are preferable.

【0111】本発明のオプトードとしては、前記の例で
は主としてイオノフォアと色素との組み合わせを挙げて
きたが、これに限定されるものではなく、指示薬そのも
のが色素であるものであってもよい。また、より複雑な
成分からなるものであってもよい。本発明のオプトード
は色の変化により測定化学種の濃度や状態を検出し、定
量し、及び/又は同定できるものであればよい。測定化
学種としては、イオンが好ましいがこれに限定されるも
のではない。好ましい測定化学種としては、Na、L
などの金属イオン、H、OH、ハロゲンイオン
などの非金属イオンが挙げられる。また、測定化学種が
有機化合物、好ましくは生理活性有機化合物であっても
よい。本発明のオプトードに使用される色素としては、
例に挙げた脂溶性カチオン性色素や脂溶性アニオン性色
素などが好ましいが、これらに限定されるものではな
い。使用される色素は1種でも2種以上を組み合わせて
使用してもよく、また色素自体ではないが色素の補助を
する物質と組み合わせて使用することもできる。
In the above examples, the optode of the present invention mainly includes a combination of an ionophore and a dye. However, the present invention is not limited to this, and the indicator itself may be a dye. Further, it may be composed of more complicated components. The optode of the present invention may be any as long as it can detect, quantify, and / or identify the concentration or state of a measured chemical species by a change in color. The measurement chemical species is preferably, but not limited to, an ion. Preferred measurement species include Na + , L
metal ions such as i +, and non-metal ions such as H + , OH and halogen ions. Further, the chemical species to be measured may be an organic compound, preferably a bioactive organic compound. As the dye used in the optode of the present invention,
The lipid-soluble cationic dyes and lipid-soluble anionic dyes mentioned in the examples are preferable, but not limited thereto. The dyes used may be used alone or in combination of two or more. In addition, the dyes may be used in combination with a substance that assists the dye, not the dye itself.

【0112】本発明の方法におけるオプトードの色の変
化を補色の色度座標QxQyに表したときの一端とその
反対側の端とは、通常はオプトードの測定限界の一端と
他端であるが、必ずしも測定限界でなくともよい。測定
の対象となる範囲を包含している任意の測定範囲の一端
と他端とすることも可能である。本発明で方法において
説明してきた「グレーポイント」は厳密には座標系の1
点であるが、本発明においてはこのような厳密な意味で
グレーポイントを使用しているのではなく、グレーポイ
ントの近傍を含めて「グレーポイント」という用語を使
用している。目視により灰色又は灰色に近い色と認識で
きる範囲が本発明でいう「グレーポイント」である。し
たがって、本発明のオプトードの測定化学種の検出点に
おける補色の色度座標QxQyの位置とグレーポイント
の2点から形成される直線というのも、厳密な意味での
直線ではなく、検出点自体もある範囲を有しており、か
つ、前述してきたようにグレーポイントも近傍を含めた
範囲を有していることから、座標系の中で唯一のもでは
なく、このような範囲の中に入る複数の直線が存在する
ことになる。
One end when the color change of the optode in the method of the present invention is represented by the chromaticity coordinate QxQy of the complementary color and the opposite end are usually one end and the other end of the measurement limit of the optode. It does not necessarily have to be the measurement limit. One end and the other end of an arbitrary measurement range including the range to be measured may be used. The "gray point" described in the method of the present invention is strictly one of the coordinate systems.
In this regard, the present invention does not use the gray point in such a strict sense, but uses the term “gray point” including the vicinity of the gray point. The range that can be visually recognized as gray or a color close to gray is the “gray point” in the present invention. Therefore, the straight line formed from the two points of the chromaticity coordinates QxQy of the complementary color and the gray point at the detection point of the measurement chemical species of the optode of the present invention is not a straight line in a strict sense, and the detection point itself is not a straight line. Since it has a certain range and the gray point also has a range including the neighborhood as described above, the gray point is not the only one in the coordinate system and falls within such a range. There will be multiple straight lines.

【0113】本発明のオプトードに使用されるイオノフ
ォアとしては、クラウンエーテル誘導体を例示してきた
が、これに限定されるものではない。特定のイオン種を
選択的に補足することができる化学種であれば特に制限
はない。好ましい本発明のイオノフォアとして、クラウ
ンエーテル又はその誘導体が挙げられ、リチウムイオン
に対してはTTD14C4が特に好ましい。本発明のオ
プトードの支持体としては、PVC膜やコート紙が例示
されてきたが、これらに限定されるものではない。例え
ば、紙や高分子膜などが挙げられるが、オプトードの成
分や色素などの成分と親和性があり、材料として安価で
物理的な強度を有しており、疎水性であるものが好まし
い。例示してきたコート紙のように、親水性材料を加工
して本発明の支持体として使用することも可能である。
As the ionophore used in the optode of the present invention, a crown ether derivative has been exemplified, but the ionophore is not limited to this. There is no particular limitation as long as it is a chemical species that can selectively supplement a specific ionic species. Preferred ionophores of the invention include crown ethers or derivatives thereof, with TTD14C4 being particularly preferred for lithium ions. Examples of the support of the optode of the present invention include a PVC film and a coated paper, but are not limited thereto. For example, paper, a polymer film, or the like can be used, and a material that has affinity for components such as an optode component and a dye, is inexpensive, has physical strength as a material, and is hydrophobic is preferable. Like the coated paper described above, a hydrophilic material can be processed and used as the support of the present invention.

【0114】本発明の指示薬組成物は、オプトード及び
遮蔽指示薬からなるものの意味で使用されているが、本
発明においては当該指示薬組成物を広い意味でオプトー
ドと称することもある。このように本発明におけるオプ
トードとは、オプトードとしての機能を有する成分に限
定されるものではなく、いわゆるオプトードと当該オプ
トードの機能を補助する成分を含めて、単にオプトード
という。本発明の遮蔽指示薬は、1種類の色素であって
もよいが、2種類以上の色素を組み合わせて使用しても
よい。遮蔽指示薬に使用される色素は単色色素が好まし
いが、これに限定されるものではない。単色色素として
は、測定環境下で変色を起こすような構造変化がないも
のが好ましい。このような色の変化に寄与するのはpH
の変化による色素のプロトンの脱着が多いので、単色色
素にはブロトン脱着サイトのない色素を選ぶのが好まし
い。本発明のオプトード又は指示薬組成物を用いて目的
化学種を測定する方法としては、通常の測定方法を適用
することができる。本発明のオプトード又は指示薬組成
物は色の変化が大きくなっているので、目視によって十
分測定可能であるが、光学機器を用いて自動測定するこ
ともできる。また、目的化学種としては、前記した測定
化学種を例示することができる。
The indicator composition of the present invention is used in the sense of comprising an optode and a shielding indicator. In the present invention, the indicator composition may be referred to as an optode in a broad sense. As described above, the optode in the present invention is not limited to a component having a function as an optode, but is simply referred to as an optode, including a so-called optode and a component that assists the function of the optode. The shielding indicator of the present invention may be a single type of dye, or may be a combination of two or more types of dyes. The dye used for the shielding indicator is preferably a monochromatic dye, but is not limited thereto. As the monochromatic dye, those having no structural change that causes discoloration under the measurement environment are preferable. It is pH that contributes to such color change
It is preferable to select a dye having no broton desorption site as the monochromatic dye because proton desorption of the dye is often caused by the change of the dye. As a method for measuring a target chemical species using the optode or the indicator composition of the present invention, a usual measurement method can be applied. Since the optode or indicator composition of the present invention has a large change in color, it can be sufficiently measured visually, but can also be automatically measured using an optical instrument. Examples of the target chemical species include the measurement chemical species described above.

【0115】本発明の測定化学種の濃度変化によるオプ
トードの色の変化が、xy色度座標又はa色度座
標において各座標のグレーポイントを中心にした円を描
くようになるようにオプトードの色の変化を選択する方
法における、円としては厳密な意味での円ではなく、グ
レーポイントを取り囲み、座標系の特定の部分に集中す
るのではなく、座標系の広い範囲に分布するような曲線
という意味である。座標系の特定の位置に検出線が集中
するということは色の変化が特定の色の部分に集中して
いるということであるから、そうではなく、広く分布し
ているという意味で円という表現を用いているのであ
る。そして、グレ−ポイントから遠くになれば色も鮮や
かになるので、グレーポイントから離れた分布が好まし
い。
The change in the color of the optode due to the change in the concentration of the measured chemical species of the present invention is such that a circle centered on the gray point of each coordinate is drawn in the xy chromaticity coordinates or a * b * chromaticity coordinates. In the method of choosing the color change of the optode, the circle should not be a strict circle, but should surround the gray point and be distributed over a wide area of the coordinate system instead of being concentrated in a specific part of the coordinate system. Means a simple curve. The fact that the detection line is concentrated at a specific position in the coordinate system means that the color change is concentrated on the specific color part, so it is not so, and it is expressed as a circle in the sense that it is widely distributed It is using. Since the color becomes more vivid as the distance from the gray point increases, a distribution away from the gray point is preferable.

【0116】さらに、本発明は検体中のリチウムイオン
濃度が適正な濃度範囲である場合には灰色になるよう
に、オプトード及び遮蔽指示薬を含有してなる検体中の
リチウムイオン濃度測定用材料に関する。より具体的に
は、オプトードがTTD14C4のイオオフォア及び色
素KD−M11からなり、遮蔽指示薬がKD−S1であ
るリチウムイオン濃度測定用材料が好ましい。さらに、
コート紙などに固定化されたリチウムイオン濃度測定用
材料が好ましい。本発明の当該リチウムイオン濃度測定
用材料は、唾液によりリチウムイオンの血中濃度を知る
ことができるものであり、かつ、適正なリチウムイオン
濃度の場合には色のない灰色を呈するものであることか
ら、目視により特別の技術を要することなく正確にリチ
ウムイオン濃度を把握することができるので、家庭で個
人が簡便に使用することもできる。また、本発明のイオ
ンフォアがTTD14C4であり、色素がKD−M11
及びKD−C4からなるオプトードは、リチウムイオン
濃度を広い範囲に亘って鮮やかな色の変化により表示で
きるものであり、これを紙や高分子膜などの支持体に固
定化したものは、前記した本発明のリチウムイオン濃度
測定用材料と同様に家庭で個人が簡便に使用することが
できる。
Further, the present invention relates to a material for measuring a lithium ion concentration in a specimen, which contains an optode and a shielding indicator so that the lithium ion concentration in the specimen is gray when the concentration is in an appropriate concentration range. More specifically, a material for measuring a lithium ion concentration in which the optode comprises an ionophore of TTD14C4 and the dye KD-M11 and the shielding indicator is KD-S1 is preferable. further,
A material for measuring lithium ion concentration immobilized on coated paper or the like is preferable. The material for measuring the lithium ion concentration of the present invention can be used to determine the blood concentration of lithium ions from saliva, and has a gray colorless color when the lithium ion concentration is appropriate. Therefore, since the lithium ion concentration can be accurately grasped visually without requiring any special technique, it can be easily used by individuals at home. The ionophore of the present invention is TTD14C4, and the dye is KD-M11.
The optode comprising KD and KD-C4 can display the lithium ion concentration over a wide range by vivid color change. The optode immobilized on a support such as paper or a polymer film is described above. Like the lithium ion concentration measuring material of the present invention, it can be easily used by individuals at home.

【0117】前記してきた例では、本発明のオプトード
の最適化方法をリチウムイオン濃度の測定への応用を例
示してきたが、本発明の方法は例示してきたリチウムイ
オン濃度の測定に限定されるものではなく、各種の測定
化学種に応用できるものであり、今後は、人体中の他の
イオンや分子の定量へも応用して、自分の健康状態を総
合的にチェックできる簡便なセンシングデバイスの開発
が期待される。
In the examples described above, the application of the optode optimization method of the present invention to the measurement of lithium ion concentration has been exemplified. However, the method of the present invention is limited to the measurement of the lithium ion concentration described above. Instead, it can be applied to various types of measurement chemical species, and in the future, it will be applied to the quantification of other ions and molecules in the human body to develop a simple sensing device that can comprehensively check one's own health condition. There is expected.

【0118】[0118]

【実施例】次に実施例により本発明をさらに詳細に説明
するが、本発明はこれらの実施例や具体的な説明に限定
されるものではない。
Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples and specific description.

【0119】実施例1(COLORTRONTMによる
万能pH指示薬の色変化の定量化) 万能pH指示薬(メルク社製)0.2mlを、0.05
M クエン酸/NaOH(pH4、5、6)、0.05
M NaHPO/NaHPO(pH7)及び
0.05M ほう酸/0.05M KCl/NaOH
(pH8、9、10)からなる各pHの緩衝溶液10m
lに溶解させ、蓋付きセルに入れて分光光度計およびC
OLORTRONTMの透過モードにより測定した。透
過モードでの測定の際には外部光源としてハロゲンラン
プ(PHL−150;Mejiro Precision,Japan)を使用し
た。測定は連続して3回行い、その平均値を採用した。
分光光度計により測定した各pHの万能pH指示薬の吸
収スペクトルは最大吸収波長や等吸収点などが判別でき
ない複雑なものであり、スペクトル解析により正確なp
H値を読み取るのは困難であることが分かった。COL
ORTROMTMによる測定では色は、いくつかの方法
で数値化される。その中でもよく使われるCIExy色
空間、CIEL色空間の色度座標をそれぞれ
xy色度図、a平面にブロットした結果をそれぞ
れ図1、図2に示す。いずれの場合にも観測された色変
化は1本の検量線で表されるため、スペクトル解析する
ことなく正確な定量が可能であることが分かる。
Example 1 (Quantification of color change of universal pH indicator by COLORTRON ) 0.2 ml of universal pH indicator (manufactured by Merck) was added to 0.05
M citric acid / NaOH (pH 4, 5, 6), 0.05
M Na 2 HPO 4 / NaH 2 PO 4 (pH 7) and 0.05 M boric acid / 0.05 M KCl / NaOH
10 m buffer solution of each pH consisting of (pH 8, 9, 10)
and placed in a cell with a lid, and the spectrophotometer and C
It was measured by the transmission mode of OLORTRON . At the time of measurement in the transmission mode, a halogen lamp (PHL-150; Mejiro Precision, Japan) was used as an external light source. The measurement was performed three times in succession, and the average value was adopted.
The absorption spectrum of the universal pH indicator at each pH measured by a spectrophotometer is a complex one whose maximum absorption wavelength, iso-absorption point, etc. cannot be discriminated.
It turned out to be difficult to read the H value. COL
Color is quantified in several ways in ORTROM measurements. Among them, the chromaticity coordinates of the commonly used CIExy color space and CIEL * a * b * color space are respectively plotted on an xy chromaticity diagram and a * b * plane, and the results are shown in FIGS. 1 and 2, respectively. In any case, since the observed color change is represented by one calibration curve, it can be seen that accurate quantification is possible without spectral analysis.

【0120】実施例2(BTBと色素を混合した場合の
色変化) ブロモイトモールブルー(Bromoyhtmol B1ue(BTB))
(純正化学社製)を、pH5〜10の緩衝溶液に溶解し
て、表2のような濃度となるように3種類の色素と混合
し、分光光度計およびCOLORTRONTMにより実
施例1と同様な方法により測定を行った。使用した緩衝
液は、0.05M KCl/HCl(pH1)、0.0
5M Tris/HCl+0.1M TMACl(pH
5、6、7、8、9、10)、0.05M KCl/N
aOH(pH13)である。なお、pH5〜10の緩衝
溶液には、イオン強度の違いによる影響を考慮して高濃
度のTMACl(tetramethylammonium chloride)を加
えた。結果を図11及び図12に示す。
Example 2 (Color change when BTB and dye are mixed) Bromoyhtmol B1ue (BTB)
(Manufactured by Junsei Chemical Co., Ltd.), was dissolved in a buffer solution of pH 5 to 10, mixed with three types of dyes such that the concentration as shown in Table 2, similar to Example 1 by spectrophotometer and Colortron TM The measurement was performed by the method. The buffer used was 0.05M KCl / HCl (pH 1), 0.0M
5M Tris / HCl + 0.1M TMACl (pH
5, 6, 7, 8, 9, 10), 0.05M KCl / N
aOH (pH 13). The buffer solution of pH 5 to 10 was added with high concentration of TMACl (tetramethylammonium chloride) in consideration of the influence of the difference in ionic strength. The results are shown in FIG. 11 and FIG.

【0121】実施例3(フェノールレッドと色素を混合
した場合の色変化) BTBに代えてフェノールレッド(純正化学社製)を用
いて実施例2と同様に行った。結果を図13、図14及
び図15に示す。
Example 3 (Color change when phenol red and a dye are mixed) The same procedure as in Example 2 was carried out except that phenol red (manufactured by Junsei Chemical Co., Ltd.) was used instead of BTB. The results are shown in FIG. 13, FIG. 14 and FIG.

【0122】実施例4(BTBと色素を混合した場合の
色変化のQxQy座標化) 実施例2で得られたBTBと各色素を混合した場合の色
変化のデータに基づいて、計算ソフトMathemat
icaにより補色の色度座標QxQyの値を算出した。
結果を図16〜図21に示す。
Example 4 (Formation of QxQy Coordinates of Color Change when BTB and Dye are Mixed) Based on the data of color change when BTB obtained in Example 2 and each dye are mixed, calculation software Mathematical
The value of the chromaticity coordinates QxQy of the complementary color was calculated by ica.
The results are shown in FIGS.

【0123】実施例5(フェノールレッドと色素を混合
した場合の色変化のQxQy座標化) 実施例3で得られたフェノールレッドと各色素を混合し
た場合のデータに基づいて、計算ソフトMathema
ticaにより補色の色度座標QxQyの値を算出し
た。結果を図22〜図27に示す。
Example 5 (Formation of QxQy Coordinate of Color Change When Phenol Red and Dye are Mixed) Based on the data obtained when the phenol red and each dye are mixed in Example 3, calculation software Mathema
The value of the chromaticity coordinates QxQy of the complementary color was calculated by tica. The results are shown in FIGS.

【0124】実施例6(溶液系におけるBTBと色素D
R1との混合) 各pHの緩衝液に、BTBを2×10−5Mと、DR1
(Aldrich社製)を2×10−5Mおよび1×10−5
M溶解させた試料溶液(緩衝液:エタノール=1:1)
を調製し、蓋付きセルに入れて分光光度計およびCOL
ORTRON の透過モードにより実施例1と同様に
測定した。ここで使用した緩衝液は、0.05M クエ
ン酸/NaOH(pH4、5、6)、0.05M Na
HPO/NaHPO(pH7)、0.05M
ほう酸/0.05M KCl/NaOH(pH8、9、
10)及び0.05M NaHPO/NaOH(p
H11)である。結果を図30及び図31に示す。
Example 6 (BTB and dye D in solution system)
Mixing with R1) In a buffer at each pH, add 2 × 10 −5 M BTB and DR1
(Manufactured by Aldrich) at 2 × 10 −5 M and 1 × 10 −5 M
M dissolved sample solution (buffer: ethanol = 1: 1)
Was prepared and placed in a cell with a lid.
It was measured as in Example 1 by a transmission mode ORTRON T M. The buffer used here was 0.05 M citric acid / NaOH (pH 4, 5, 6), 0.05 M Na
2 HPO 4 / NaH 2 PO 4 (pH 7), 0.05M
Boric acid / 0.05M KCl / NaOH (pH 8, 9,
10) and 0.05 M NaH 2 PO 4 / NaOH (p
H11). The results are shown in FIGS.

【0125】実施例7(膜系におけるイオノフォアと色
素との混合) 膜剤としてポリビニルクロライド(PVC)(SIGMA社
製)を用い、膜溶媒として2−フルオロ−2’−ニトロ
ジフェニルエーテル(FNDPE)を用いた。色素KD
−A5、KD−S1およびイオノフォアDD16C5を
次の表5のような混合比でPVC、FNDPEとともに
THFに溶解させ、スピンコーターに固定したプラスチ
ック板(OHPシート)上に滴下し、4000rpmで
5秒間回転させて薄膜を作製した。
Example 7 (Mixing of ionophore and dye in membrane system) Polyvinyl chloride (PVC) (manufactured by SIGMA) was used as a membrane agent and 2-fluoro-2'-nitrodiphenyl ether (FNDPE) was used as a membrane solvent. Was. Dye KD
-A5, KD-S1 and ionophore DD16C5 were dissolved in THF together with PVC and FNDPE at a mixing ratio as shown in Table 5 below, dropped on a plastic plate (OHP sheet) fixed to a spin coater, and rotated at 4000 rpm for 5 seconds. This produced a thin film.

【0126】[0126]

【表5】 [Table 5]

【0127】これを分光光度計のセルに入る大きさに切
った後、10−5M〜1MのNa溶液に順次浸してい
き色変化が安定してから吸収スペクトルを測定した。そ
の後直ちに膜をセルから取り出し、軽く水分を拭き取
り、下にテフロンシートをひいてCOLORTRON
TMの反射モードにより膜の色を測定した。結果を図3
2及び図33に示す。
[0127] After cutting to size into the cells of a spectrophotometer is sequentially immersed in will color change Na + solution of 10 -5 M~1M is the absorption spectrum was measured from the stable. Immediately after that, remove the membrane from the cell, wipe off the moisture gently, place a Teflon sheet underneath, and
The color of the film was measured by the reflection mode of TM . Fig. 3 shows the results.
2 and FIG.

【0128】実施例8(PVC膜におけるリチウムイオ
ンの測定) 膜剤PVC32.3wt%、膜溶媒NPOE(2−ニト
ロフェニル オクチルエーテル(同仁化学社製))6
4.5wt%、及び指示薬KD−A5又はKD−M11
が3.2wt%からなる膜組成物に遮蔽色素KD−S
1、及びイオノフォアTTD14C4を色素に対して1
00モル%を加えた。この再に、指示薬としてKD−M
11を用いた場合には、TFBPを色素に対して100
モル%さらに加えた。得られた各組成物をTHFに溶解
させ、スピンコーターに固定したプラスチック板(OH
Pシート)上に滴下し、4000rpmで5秒間回転さ
せて薄膜を作製した。真空乾燥させた後、これを分光光
度計のセルに入る大きさに切った後、10−5M〜1M
のLi溶液に順次浸していき色変化が安定してから吸
収スペクトルを測定した。その後直ちにセルから取り出
し、軽く水分を拭き取った後、下にテフロンシートをひ
いてCOLORTRONTMの反射モードにより膜の色
を測定した。結果を図34〜図36に示す。
Example 8 (Measurement of Lithium Ion in PVC Membrane) Film agent PVC: 32.3 wt%, membrane solvent: NPOE (2-nitrophenyl octyl ether (manufactured by Dojindo)) 6
4.5 wt%, and indicator KD-A5 or KD-M11
Is contained in a film composition comprising 3.2 wt% of a shielding dye KD-S.
1 and the ionophore TTD14C4 to the dye
00 mol% was added. Again, KD-M as an indicator
When 11 was used, TFBP was added to the dye at 100
Mole% was further added. Each of the obtained compositions was dissolved in THF, and a plastic plate (OH) fixed to a spin coater was used.
(P sheet) and rotated at 4000 rpm for 5 seconds to produce a thin film. After vacuum drying, this is cut into a size that fits into the cell of the spectrophotometer, and then 10 −5 M to 1 M
Was sequentially immersed in a solution of Li + and after the color change was stabilized, the absorption spectrum was measured. Immediately after that, the film was taken out of the cell, and after wiping off the water lightly, a Teflon sheet was placed under the cell, and the color of the film was measured by a reflection mode of COLORTRON . The results are shown in FIGS.

【0129】実施例9(センシングペーパーにおけるリ
チウムイオンの測定) まず、KD−M11とTFPBを等モル、クロロホルム
に溶解させ、これを0.1M HCl溶液で分液抽出し
て油相中のTFPBのカウンターカチオンであるNa
をHと交換させ、プロトン化したKD−M11とTF
PBのイオン対を作製した。このKD−M11・TFP
Bイオン対、KD−S1およびTTD14C4をNPO
EとともにTHFに溶解させ、スピンコーターに固定し
たコート紙上に滴下し、実施例8と同様な方法でスピン
キャストした。このときの混合比は、NPOEが95.
2wt%、KD−M11が4.7wt%、TFPBがK
D−M11に対して100モル%、TTD14C4がK
D−M11に対して100モル%であった。真空乾燥さ
せた後、これに10−5M〜1MのLi溶液を数滴滴
下し、2分間放置して色変化が安定してから試料を拭き
取り、直ちにCOLORTRONTMの反射モードによ
り紙の色を測定した。結果を図37〜図39に示す。
Example 9 (Measurement of Lithium Ions in Sensing Paper) First, KD-M11 and TFPB were dissolved in chloroform in an equimolar amount, and this was separated and extracted with a 0.1 M HCl solution to extract TFB in the oil phase. Na + which is a counter cation
Is replaced with H +, and protonated KD-M11 and TF
An ion pair of PB was prepared. This KD-M11 TFP
B ion pair, KD-S1 and TTD14C4
E was dissolved in THF together with E, dropped on coated paper fixed to a spin coater, and spin-cast in the same manner as in Example 8. At this time, the mixing ratio of NPOE was 95.
2 wt%, KD-M11 4.7 wt%, TFPB K
100 mol% based on D-M11, TTD14C4 is K
It was 100 mol% based on D-M11. After vacuum drying, a few drops of a 10-5 M to 1 M Li + solution are dropped, and the sample is left for 2 minutes to stabilize the color change, and the sample is wiped off. Immediately, the color of the paper is measured by the reflection mode of COLORTRON ™. Was measured. The results are shown in FIGS.

【0130】実施例10(色素KD−C4の合成) ニュートラルレッド約0.4gを500mlの水に溶か
し、そこへ適量のNaOH水溶液およびクロロホルムを
加えて振とうし、脱塩したニュートラルレッドをクロロ
ホルム層へ抽出し、減圧留去した。この中にトリエチル
アミン約0.3g及びクロロホルムを加え、室温で攪拌
した。さらにステアロイルクロライド約0.9gを加
え、一晩反応させて、ニュートラルレッドのアミノ基の
ステアロイル基が導入された目的のKD−C4を得た。
Example 10 (Synthesis of Dye KD-C4) About 0.4 g of neutral red was dissolved in 500 ml of water, an appropriate amount of an aqueous NaOH solution and chloroform were added thereto, and the mixture was shaken. And evaporated under reduced pressure. About 0.3 g of triethylamine and chloroform were added thereto, and the mixture was stirred at room temperature. Further, about 0.9 g of stearoyl chloride was added and reacted overnight to obtain the desired KD-C4 into which neutral amino red stearoyl group was introduced.

【0131】実施例11(混合色素を用いたイオンオプ
トード) リチウムイオノフォア(TTD14C4)、脂溶性カチ
オン性色素(KD−M11及びKD−C4)、脂溶性ア
ニオン(Tetrakis[3,5-bis(trifluoromethyl)-Phenyl]b
orate,sodium salt,dihydrate)、膜溶媒(2-Nitrophen
yloctylether)をテトラヒドロフラン(THF)に溶解
させてOHPシート上でスピンキャストし、オプトード
膜を作製した。このオプトード膜を吸光度測定用セルに
入れ、10−6M〜1.0MのLi溶液(pH6)に
浸してダブルビーム型分光光度計により色素の最大吸収
波長における吸光度の経時変化を測定した。吸光度が一
定になるのを確認した後、吸光スペクトルを記録した。
また、この膜をセルより取り出し軽く水気を取った後、
白色のテフロン板上に乗せ、分光測色計(COLORT
RONTM)により膜の色を測定した。
Example 11 (Ion optode using mixed dye) Lithium ionophore (TTD14C4), fat-soluble cationic dye (KD-M11 and KD-C4), fat-soluble anion (Tetrakis [3,5-bis (trifluoromethyl) ) -Phenyl] b
orate, sodium salt, dihydrate), membrane solvent (2-Nitrophen
yloctylether) was dissolved in tetrahydrofuran (THF) and spin-cast on an OHP sheet to produce an optode film. This optode film was placed in a cell for measuring absorbance, immersed in a 10 −6 M to 1.0 M Li + solution (pH 6), and the change in absorbance with time at the maximum absorption wavelength of the dye was measured with a double beam spectrophotometer. After confirming that the absorbance was constant, the absorbance spectrum was recorded.
Also, after taking out this membrane from the cell and gently removing moisture,
Place it on a white Teflon plate and use a spectrophotometer (COLORT
The color of the film was measured by RON ).

【0132】実施例12(応答曲線の作製) 各試料溶液における色変化をデジタルカラーアナライザ
ー(COLORTRONTM)により測定し、0.1M
HClの色変化を0、0.1MNaOHの色変化を1
としたときの各試料溶液における色変化の度合い(色差
ΔE)を求めた。そして、これを各資料溶液のイオン濃
度に対してプロットした。
Example 12 (Preparation of Response Curve) The color change in each sample solution was measured with a digital color analyzer (COLORTRON ), and 0.1 M
HCl color change is 0, 0.1M NaOH color change is 1
, The degree of color change (color difference ΔE) in each sample solution was determined. This was plotted against the ion concentration of each sample solution.

【0133】[0133]

【発明の効果】本発明のオプトードの色の変化を数値化
された情報に基づいて最適化する方法により、分光機器
を用いることなく、目視でも正確な定量が可能な、より
簡便な測定ができるオプトードを単なる思考錯誤による
実験の繰り返しでなく、数値化により合目的的に設計す
ることができる。本発明の方法で設計されたオプトード
は、目視でも簡便にかつ正確な定量が可能であり、分光
機器のような大がかりな装置を必要とせず、家庭や個人
が簡便に使用することができる測定材料を提供するもの
である。例えば、血中のリチウムイオンの測定を本発明
のオプトードを行えば、唾液により特別名装置も特別の
判別技術も要することなく、簡便かつ正確に行うことが
できる。したがって、本発明は、目視でも正確な定量が
可能な、より簡便な測定ができるオプトードを提供する
ものであり、より詳細には、そのための新規なオプトー
ドの最適化方法、その方法によって最適化されたオプト
ードを提供するものである。
According to the method of the present invention for optimizing the color change of the optode based on the digitized information, it is possible to carry out a simpler measurement, which enables accurate quantification even by visual observation without using a spectroscopic instrument. The optode can be designed purposefully by quantification, not by repeating experiments by mere thought and error. The optode designed by the method of the present invention can be easily and accurately quantified visually, does not require a large-scale device such as a spectroscopic instrument, and is a measurement material that can be easily used by homes and individuals. Is provided. For example, if the optode of the present invention is used to measure lithium ions in blood, it can be simply and accurately performed using saliva without the need for a special device or a special discrimination technique. Therefore, the present invention provides an optode that can be accurately measured even by visual observation and that can be measured more easily, and more specifically, a novel optode optimization method for that purpose, and an optode optimized by the method. Optodes.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1は、万能pH指示薬の各pHにおける色の
変化をxy色度図にプロットした結果を示す。
FIG. 1 shows the results of plotting the color change at each pH of a universal pH indicator on an xy chromaticity diagram.

【図2】図2は、万能pH指示薬の各pHにおける色の
変化をa平面にプロットした結果を示す。
FIG. 2 shows the results of plotting the color change at each pH of the universal pH indicator on the a * b * plane.

【図3】図3は、色におけるxy座標系を示す。FIG. 3 shows an xy coordinate system for colors.

【図4】図4は、色における補色のQx、Qy座標系を
示す。
FIG. 4 shows Qx and Qy coordinate systems of complementary colors in colors.

【図5】図5は、コンピュータソフトMathematica利用
してQx、Qyを算出する例を示す。
FIG. 5 shows an example of calculating Qx and Qy using the computer software Mathematica.

【図6】図6は、シアン色素の分光光度計により得られ
た吸収スペクトルを示す。
FIG. 6 shows an absorption spectrum obtained by a cyan dye spectrophotometer.

【図7】図7は、マゼンタ色素の分光光度計により得ら
れた吸収スペクトルを示す。
FIG. 7 shows an absorption spectrum obtained with a magenta dye spectrophotometer.

【図8】図8は、イエロー色素の分光光度計により得ら
れた吸収スペクトルを示す。
FIG. 8 shows an absorption spectrum obtained with a yellow dye spectrophotometer.

【図9】図9は、アシッドブルー1(シアン)、アシッ
ドレッド14(マゼンタ)、アシッドイエロー23(イ
エロー)による色の変化をa座標上での特性と観
測された色変化を示す。図中の色の変化は本来カラーで
あるが、カラーの図を図面として白黒で示したものであ
る。
FIG. 9 shows the change in color due to Acid Blue 1 (cyan), Acid Red 14 (Magenta), and Acid Yellow 23 (Yellow) on the a * b * coordinates and the observed color change. . The color change in the figure is originally a color, but the color figure is shown in black and white in the drawing.

【図10】図10は、シアン、マゼンタ、イエロー及び
これらの混合色の濃度特性の結果をa座標上で表
したものである。
FIG. 10 shows the results of density characteristics of cyan, magenta, yellow, and a mixed color thereof on a * b * coordinates.

【図11】図11は、シアン(C)、マゼンタ(M)、
イエロー(Y)色素及びこれらの混合色素をBTBに混
合した場合の色の変化をa座標上での特性と観測
された色変化を示す。図中の色の変化は本来カラーであ
るが、カラーの図を図面として白黒で示したものであ
る。
FIG. 11 shows cyan (C), magenta (M),
The change in color when the yellow (Y) dye and these mixed dyes are mixed with BTB is shown by the characteristics on the a * b * coordinates and the observed color change. The color change in the figure is originally a color, but the color figure is shown in black and white in the drawing.

【図12】図12は、BTB単独の点と単色色素の点の
間の色差ΔEと、同じくBTB単独の点と{BTB+単
色色素}の混合系の点までの色差ΔEの相関関係を調べ
た結果を示す。
FIG. 12 shows a correlation between a color difference ΔE between a point of BTB alone and a point of a single color dye, and a color difference ΔE between a point of BTB alone and a point of a mixed system of {BTB + single color dye}. The results are shown.

【図13】図13は、シアン(C)、マゼンタ(M)、
イエロー(Y)色素及びこれらの混合色素をフェノール
レッドに混合した場合の色の変化をa座標上での
特性と観測された色変化を示す。図中の色の変化は本来
カラーであるが、カラーの図を図面として白黒で示した
ものである。
FIG. 13 shows cyan (C), magenta (M),
The change in color when a yellow (Y) dye and a mixed dye thereof are mixed with phenol red is shown as characteristics on a * b * coordinates and the observed color change. The color change in the figure is originally a color, but the color figure is shown in black and white in the drawing.

【図14】図14は、フェノールレッド単独の点と単色
色素の点の間の色差ΔEと、同じくフェノールレッド単
独の点と{フェノールレッド+単色色素}の混合系の点
までの色差ΔEの相関関係を調べた結果を示す。
FIG. 14 is a correlation between a color difference ΔE between a point of phenol red alone and a point of a single color dye, and a color difference ΔE between a point of phenol red alone and a point of a mixed system of {phenol red + single color dye}. The result of examining the relationship is shown.

【図15】図15は、フェノールレッドとシアン
(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)色素の混合溶
液のpH5〜10における色変化の大きさΔEを求め、
その結果をa座標上で表したものである。
FIG. 15 shows a magnitude ΔE of a color change of a mixed solution of phenol red and cyan (C), magenta (M), and yellow (Y) dyes at pH 5 to 10,
The results are shown on a * b * coordinates.

【図16】図16は、BTBとシアン(C)色素の混合
の結果をQxQy座標で表したものである。
FIG. 16 shows the result of mixing BTB and cyan (C) dye in QxQy coordinates.

【図17】図17は、BTBとマゼンタ(M)色素の混
合の結果をQxQy座標で表したものである。
FIG. 17 shows the result of mixing BTB and magenta (M) dye in QxQy coordinates.

【図18】図18は、BTBとイエロー(Y)色素の混
合の結果をQxQy座標で表したものである。
FIG. 18 shows a result of mixing BTB and a yellow (Y) dye in QxQy coordinates.

【図19】図19は、BTBとシアン(C)+マゼンタ
(M)色素の混合の結果をQxQy座標で表したもので
ある。
FIG. 19 shows the result of mixing BTB and cyan (C) + magenta (M) dyes in QxQy coordinates.

【図20】図20は、BTBとシアン(C)+イエロー
(Y)色素の混合の結果をQxQy座標で表したもので
ある。
FIG. 20 shows the result of mixing BTB and cyan (C) + yellow (Y) dyes represented by QxQy coordinates.

【図21】図21は、BTBとマゼンタ(M)+イエロ
ー(Y)色素の混合の結果をQxQy座標で表したもの
である。
FIG. 21 shows the result of mixing BTB and magenta (M) + yellow (Y) dyes in QxQy coordinates.

【図22】図22は、フェノールレッドとシアン(C)
色素の混合の結果をQxQy座標で表したものである。
FIG. 22 shows phenol red and cyan (C).
The result of the mixing of the dye is represented by QxQy coordinates.

【図23】図23は、フェノールレッドとマゼンタ
(M)色素の混合の結果をQxQy座標で表したもので
ある。
FIG. 23 shows a result of mixing phenol red and a magenta (M) dye in QxQy coordinates.

【図24】図24は、フェノールレッドとイエロー
(Y)色素の混合の結果をQxQy座標で表したもので
ある。
FIG. 24 shows the result of mixing phenol red and yellow (Y) dyes in QxQy coordinates.

【図25】図25は、フェノールレッドとシアン(C)
+マゼンタ(M)色素の混合の結果をQxQy座標で表
したものである。
FIG. 25 shows phenol red and cyan (C).
The result of mixing + magenta (M) dye is represented by QxQy coordinates.

【図26】図26は、フェノールレッドとシアン(C)
+イエロー(Y)色素の混合の結果をQxQy座標で表
したものである。
FIG. 26 shows phenol red and cyan (C).
The result of mixing + yellow (Y) dye is represented by QxQy coordinates.

【図27】図27は、フェノールレッドとマゼンタ
(M)+イエロー(Y)色素の混合の結果をQxQy座
標で表したものである。
FIG. 27 shows the result of mixing phenol red and magenta (M) + yellow (Y) dyes in QxQy coordinates.

【図28】図28は、BTBのpHに応じたブロトン付
加型と脱ブロトン型の2つの化学種が様々な割合で混合
して色を呈する際の化学構造の変化と吸収スペクトルの
変化を示したものである。
FIG. 28 shows a change in the chemical structure and a change in the absorption spectrum when two chemical species of a broton addition type and a de-broton type are mixed at various ratios to give a color according to the pH of BTB. It is a thing.

【図29】図29は、フェノールレッドのpHに応じた
ブロトン付加型と脱ブロトン型の2つの化学種が様々な
割合で混合して色を呈する際の化学構造の変化と吸収ス
ペクトルの変化を示したものである。
FIG. 29 shows the change in the chemical structure and the change in the absorption spectrum when two species of a broton addition type and a debrotonization type are mixed at various ratios to give a color according to the pH of phenol red. It is shown.

【図30】図30は、BTBとDR1の混合比をさまざ
まに変えて測定を行ったときの色変化をa座標上
にブロットした結果を示すものである。
FIG. 30 shows the results of blotting the color change on the a * b * coordinates when the measurement was performed with variously changing the mixing ratio of BTB and DR1.

【図31】図31は、BTBとDR1の混合比をさまざ
まに変えて測定を行ったときの色変化を補色のQxQy
座標上にブロットした結果を示すものである。
FIG. 31 is a graph showing complementary color changes QxQy obtained when measurement is performed with variously changing the mixing ratio of BTB and DR1.
It shows the result of blotting on coordinates.

【図32】図32は、KD−A5とKD−S1の混合比
をさまざまに変えてNa濃度の測定を行ったときの色
変化をa座標上にブロットした結果を示すもので
ある。
FIG. 32 shows the results of blotting the color change when measuring the Na + concentration on the a * b * coordinates when the mixing ratio of KD-A5 and KD-S1 was variously changed. is there.

【図33】図33は、KD−A5とKD−S1の混合比
をさまざまに変えてNa濃度の測定を行ったときの色
変化を補色のQxQy座標上にブロットした結果を示す
ものである。
FIG. 33 shows the results of blotting the color change when measuring the Na + concentration on various QxQy coordinates of the complementary colors by changing the mixing ratio of KD-A5 and KD-S1 variously. .

【図34】図34は、pH7における、QxQy座標上
にブロットしたLi濃度の測定を行ったときのKD−
M11の検量線とKD−S1のQxQy座標上のブロッ
トとの関係を示すものである。
FIG. 34 shows KD- at the time of measuring Li + concentration blotted on QxQy coordinates at pH7.
FIG. 9 shows the relationship between the calibration curve of M11 and the blot on the QxQy coordinates of KD-S1.

【図35】図35は、pH9における、QxQy座標上
にブロットしたLi濃度の測定を行ったときのKD−
M11の検量線とKD−S1のQxQy座標上のブロッ
トとの関係を示すものである。
FIG. 35 shows the KD- at the time of measuring the Li + concentration blotted on the QxQy coordinates at pH9.
FIG. 9 shows the relationship between the calibration curve of M11 and the blot on the QxQy coordinates of KD-S1.

【図36】図36は、pH9において、KD−M11と
KD−S1の混合比を最適化したときのLi濃度の測
定を行ったときの色変化を補色のQxQy座標上にブロ
ットした結果を示すものである。
FIG. 36 shows the results of blotting the color change when measuring the Li + concentration when the mixing ratio of KD-M11 and KD-S1 was optimized at pH 9 on the complementary color QxQy coordinates. It is shown.

【図37】図37は、センシングペーパでのpH7.4
における、QxQy座標上にブロットしたLi濃度の
測定を行ったときのKD−M11の検量線とKD−S1
のQxQy座標上のブロットとの関係を示すものであ
る。
FIG. 37 shows pH 7.4 on sensing paper.
, The calibration curve of KD-M11 and the KD-S1 when the Li + concentration was blotted on the QxQy coordinates.
3 shows the relationship with the blot on the QxQy coordinate of the graph.

【図38】図38は、センシングペーパでのpH8にお
ける、QxQy座標上にブロットしたLi濃度の測定
を行ったときのKD−M11の検量線とKD−S1のQ
xQy座標上のブロットとの関係を示すものである。
FIG. 38 shows the calibration curve of KD-M11 and the Q of KD-S1 when measuring Li + concentration blotted on QxQy coordinates at pH 8 on sensing paper.
It shows the relationship with the blot on the xQy coordinates.

【図39】図39は、センシングペーパでのpH8にお
いて、KD−M11とKD−S1の混合比を最適化した
ときのLi濃度の測定を行ったときの色変化を補色の
QxQy座標上にブロットした結果を示すものである。
FIG. 39 is a graph showing the change in color when the Li + concentration is measured when the mixing ratio of KD-M11 and KD-S1 is optimized at pH 8 on the sensing paper on the QxQy coordinate of the complementary color. It shows the result of blotting.

【図40】図40は、センシングパーパーの色変化(p
H8)のデータを利用し、10 M〜10−4MのL
の濃度範囲において色素の濃度の変化をグラフ化し
た結果を示すものである。
FIG. 40 is a diagram showing a color change (p
Utilizing the data of the H8), 10 - 2 M~10 -4 M of L
It is a figure which shows the result of having plotted the change of the density | concentration of dye in the density range of i + .

【図41】図41は、図40に示すデータを測定したと
きの色素濃度の3.34倍の色素濃度のときの色変化を
シミュレーションした結果を示すものである。なお、図
中の色変化は本来はカラーであるが、ここでは白黒とし
て示されている。
FIG. 41 shows a result of simulating a color change at a dye density 3.34 times the dye density when the data shown in FIG. 40 was measured. Although the color change in the figure is originally a color, it is shown here as black and white.

【図42】図42は、Li、NaおよびKの各イ
オン濃度(横軸)と、センシングペーパーの総色差に対
する色差の比(縦軸)との関係を示したものである。
FIG. 42 shows the relationship between the respective ion concentrations of Li + , Na +, and K + (horizontal axis) and the ratio of the color difference to the total color difference of the sensing paper (vertical axis).

【図43】図43は、Li、NaおよびKの各イ
オンにおけるセンシングペーパーの色変化を示したもの
である。なお、図中の色片かは本来はカラーであるが、
ここでは白黒として示されている。
FIG. 43 shows a change in color of the sensing paper with respect to each of Li + , Na +, and K + ions. In addition, although the color piece in the figure is originally a color,
Here, it is shown as black and white.

【図44】図44は、PVC膜における応答時間の応答
ブロファイルを示したものである。
FIG. 44 shows a response profile of response time in a PVC membrane.

【図45】図45は、センシングペーパーにおける応答
時間の応答ブロファイルを示したものである。
FIG. 45 shows a response profile of response time in sensing paper.

【図46】図46は、PVC膜におけるLCD−2とK
D−M11をそれぞれを用いた場合の応答曲線を示す。
FIG. 46 shows LCD-2 and K in PVC film.
The response curve in the case of using each of D-M11 is shown.

【図47】図47は、PVC膜におけるLCD−2とK
D−M11のそれぞれのa色空間座標によるプロ
ットを示す。
FIG. 47 shows LCD-2 and K in a PVC film.
Shows a plot by each of a * b * color space coordinates of D-M11.

【図48】図48は、PVC膜におけるLCD−2とK
D−M11とを混合した場合についてのa色空間
座標によるプロットを示す。
FIG. 48 shows LCD-2 and K in PVC film.
3 shows a plot of a * b * color space coordinates for the case where D-M11 was mixed.

【図49】図49は、PVC膜におけるKD−M9とK
D−M13のそれぞれを用いた場合の応答曲線を示す。
FIG. 49 shows KD-M9 and K in PVC membrane.
The response curve when each of D-M13 is used is shown.

【図50】図50は、PVC膜におけるKD−M9とK
D−M13のそれぞれのa色空間座標によるプロ
ットを示す。
FIG. 50 shows KD-M9 and K in PVC membrane.
Shows a plot by each of a * b * color space coordinates of D-M13.

【図51】図51は、PVC膜におけるKD−C4を用
いた場合の応答曲線を示す。
FIG. 51 shows a response curve when using KD-C4 in a PVC film.

【図52】図52は、PVC膜におけるKD−M11と
KD−C4とを混合した場合(1:1)についてのa
色空間座標によるプロットを示す。
FIG. 52 shows a * for the case where KD-M11 and KD-C4 in a PVC film are mixed (1: 1) .
b * shows a plot by the color space coordinates.

【図53】図53は、PVC膜におけるKD−M11と
KD−C4とを混合した場合(3:2)についてのa
色空間座標によるプロットを示す。
FIG. 53 shows a * for the case where KD-M11 and KD-C4 in a PVC membrane are mixed (3: 2) .
b * shows a plot by the color space coordinates.

【図54】図54は、PVC膜におけるpH6での、イ
オノフォアにTD19C6、色素に脂溶性カチオン性色
素KD−M11およびKD−C4の混合色素を用いてア
ンモニウムイオンに対する応答曲線を示す。
FIG. 54 shows a response curve to ammonium ions at pH 6 in a PVC membrane using TD19C6 as an ionophore and a mixed dye of a fat-soluble cationic dye KD-M11 and KD-C4 as a dye.

【図55】図55は、PVC膜におけるKD−M11と
KD−C4の混合色素を用いてアンモニウムイオンに対
するa色空間座標によるプロットを示す。
FIG. 55 shows a plot of a * b * color space coordinates for ammonium ions using a mixed dye of KD-M11 and KD-C4 in a PVC film.

【図56】図56は、PVC膜におけるpH6での、イ
オノフォアにTTD14C4、色素に脂溶性カチオン性
色素KD−M11とKD−C4とをそれぞれ用いた場合
のリチウムイオンに対する応答曲線を示す。
FIG. 56 shows a response curve to lithium ions when TTD14C4 is used as the ionophore and fat-soluble cationic dyes KD-M11 and KD-C4 are used as the ionophore at pH 6 in the PVC membrane.

【図57】図57は、PVC膜におけるpH6での、イ
オノフォアにTTD14C4、色素に脂溶性カチオン性
色素KD−M11およびKD−C4の混合色素を用いた
場合のLi、Na及びKに対する応答曲線を示
す。
FIG. 57 shows Li + , Na +, and K + at pH 6 in a PVC membrane when TTD14C4 is used as the ionophore and a mixed dye of the lipid-soluble cationic dyes KD-M11 and KD-C4 is used as the dye. The response curve is shown.

【図58】図58は、PVC膜におけるKD−M11と
KD−C4の混合色素を用いた場合のリチウムイオンに
対するa色空間座標によるプロットを示す。
FIG. 58 shows a plot using a * b * color space coordinates for lithium ions when using a mixed dye of KD-M11 and KD-C4 in a PVC film.

【図59】図59は、PVC膜における、イオノフォア
にTTD14C4、色素に脂溶性カチオン性色素KD−
M11とKD−C4との混合色素を用いた場合のリチウ
ムイオンに対する、pH6及びpH7での応答曲線を示
す。
FIG. 59 shows TTD14C4 as an ionophore and a lipophilic cationic dye KD- as a dye in a PVC membrane.
3 shows response curves at pH 6 and pH 7 for lithium ions when a mixed dye of M11 and KD-C4 is used.

【図60】図60は、リチウムイオンのセンシングペー
パーにおける、デジタルカラーアナライザーで測定され
た色変化に基づいて、QxQy座標にブロットした結果
を示す。
FIG. 60 shows a result of blotting on QxQy coordinates based on a color change measured by a digital color analyzer in a lithium ion sensing paper.

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Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 オプトードの色の変化を数値化して、オ
プトードの色の変化を色度座標系にプロットし、当該座
標系においてオプトードの色の変化を最適化する方法。
1. A method of quantifying an optode color change, plotting the optode color change in a chromaticity coordinate system, and optimizing the optode color change in the coordinate system.
【請求項2】 当該座標系におけるオプトードの色の変
化が、座標系のグレーポイントとの関係に基づくもので
ある請求項1に記載の最適化する方法。
2. The optimization method according to claim 1, wherein the change in the color of the optode in the coordinate system is based on a relationship with a gray point in the coordinate system.
【請求項3】 色度座標系が、xy色度座標、a
色度座標又は補色の色度座標QxQyである請求項1又
は2に記載の方法。
3. The chromaticity coordinate system includes xy chromaticity coordinates, a * b *
3. The method according to claim 1, wherein the chromaticity coordinates are complementary chromaticity coordinates QxQy.
【請求項4】 オプトードの色の変化を補色の色度座標
QxQyに表したときの一端とその反対側の端、及び遮
蔽指示薬の当該座標の位置の3点により形成される三角
形の内側にグレーポイントが入るようにオプトードの遮
蔽指示薬を選択する方法。
4. A gray color inside a triangle formed by three points, one end and the other end when the change in color of the optode is represented by the chromaticity coordinates QxQy of the complementary color, and the position of the coordinates of the shielding indicator. How to select optode shielding indicators to get points.
【請求項5】 遮蔽指示薬の補色の色度座標QxQyに
おける位置が、オプトードの測定化学種の検出点におけ
る補色の色度座標QxQyの位置とグレーポイントの2
点から形成される直線上になるように選択することから
なる遮蔽指示薬を選択する方法。
5. The position at the chromaticity coordinate QxQy of the complementary color of the shielding indicator is two of the position of the chromaticity coordinate QxQy of the complementary color at the detection point of the measurement chemical species of the optode and the gray point.
A method for selecting a shielding indicator, which comprises selecting the shielding indicator to be on a straight line formed from points.
【請求項6】 オプトードが水素イオン濃度又は金属イ
オン濃度の指示薬である請求項1〜5のいずれかに記載
の方法。
6. The method according to claim 1, wherein the optode is an indicator of hydrogen ion concentration or metal ion concentration.
【請求項7】 オプトードがイオノフォア及び色素から
なる請求項1〜5のいずれかに記載の方法。
7. The method according to claim 1, wherein the optode comprises an ionophore and a dye.
【請求項8】 オプトード及び遮蔽指示薬を含有してな
る指示薬組成物が支持体に固定されている請求項1〜9
のいずれかに記載の方法。
8. An indicator composition comprising an optode and a shielding indicator is fixed to a support.
The method according to any of the above.
【請求項9】 オプトード及び請求項4又は5に記載の
方法により選択された遮蔽指示薬を含有してなる指示薬
組成物。
9. An indicator composition comprising an optode and a shielding indicator selected by the method of claim 4 or 5.
【請求項10】 オプトードが金属イオン濃度の指示薬
である請求項9に記載の組成物。
10. The composition according to claim 9, wherein optode is an indicator of metal ion concentration.
【請求項11】 オプトード及び遮蔽指示薬を含有して
なる指示薬組成物が支持体に固定されている請求項9又
は10に記載の組成物。
11. The composition according to claim 9, wherein an indicator composition comprising an optode and a shielding indicator is fixed to a support.
【請求項12】 請求項4又は5に記載の方法により選
択されたオプトード用の遮蔽指示薬。
12. A shielding indicator for an optode selected by the method according to claim 4. Description:
【請求項13】 請求項9〜11のいずれかに記載の指
示薬組成物を用いて目的化学種を測定する方法。
13. A method for measuring a target chemical species using the indicator composition according to any one of claims 9 to 11.
【請求項14】 目的化学種が金属イオンである請求項
13に記載の方法。
14. The method according to claim 13, wherein the target chemical species is a metal ion.
【請求項15】 検体中のリチウムイオン濃度が適正な
濃度範囲である場合には灰色になるように、オプトード
及び遮蔽指示薬を含有してなる検体中のリチウムイオン
濃度測定用材料。
15. A material for measuring a lithium ion concentration in a specimen, comprising an optode and a shielding indicator so that the lithium ion concentration in the specimen is gray when the concentration is within an appropriate concentration range.
【請求項16】 測定化学種の濃度変化によるオプトー
ドの色の変化が、xy色度座標又はa色度座標に
おいて各座標のグレーポイントを中心にした円を描くよ
うになるようにオプトードの色の変化を選択する方法。
16. The optode change in the color of the optode due to the change in the concentration of the measured chemical species such that the optode draws a circle centered on the gray point of each coordinate in the xy chromaticity coordinates or a * b * chromaticity coordinates. How to choose a color change.
【請求項17】 オプトードの色の変化の選択が、オプ
トードに配合されている色素の選択によるものである請
求項16に記載の方法。
17. The method according to claim 16, wherein the selection of the color change of the optode is by the choice of a dye incorporated in the optode.
【請求項18】 請求項16又は17に記載の方法によ
って選択された、測定化学種の広い濃度範囲において色
が鮮やかに変化し得るオプトード。
18. An optode, selected by the method according to claim 16 or 17, which can change color vividly over a wide concentration range of the measured species.
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