JP2001516026A - 光学式二酸化炭素センサ - Google Patents

光学式二酸化炭素センサ

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Abstract

(57)【要約】 液体および気体媒体中の二酸化炭素の蛍光による光学的測定のための新しいセンサが記述されており、それはキャリヤーおよびこのキャリヤーに適用された感光層から実質的になる。該新センサの実質的特徴は、ポリマーとアニオン性蛍光染料に加え、該感光層が第四級オニウムフェノラート、特に第四級アンモニウムフェノラートを含むことにある。該センサは、それらの長期安定性が注目に値する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 本発明は、液体および気体媒体中の二酸化炭素の蛍光による光学的測定のため
の、キャリヤーおよびそれに適用される感光層から実質的になるセンサ、感光性
組成物、液体および気体媒体中の二酸化炭素の蛍光による定性的および定量的光
学的測定の方法、ならびに気体および液体媒体中の二酸化炭素の定性的および定
量的測定のためのセンサの使用に関する。
【0002】 気体および液体媒体、たとえば空気、煙道ガス、呼吸気、水、水溶液および血
液の中の二酸化炭素の蛍光による光学的測定は、前記媒体中の二酸化炭素の定性
的および定量的測定における貴重な支援であり、特に呼吸気および血液の分析に
特に多大な診断上の意義を有している。その方法は、その高い感度および特異性
故に注目に値し、したがって、分析、特に診断の分野で広く使用されている。
【0003】 多くの蛍光染料は、低い極性の媒体、たとえば非極性溶媒またはポリマーの中
では、蛍光を示さないか、実質的に減衰した蛍光しか示さないことが知られてい
る。まず、この挙動は、ポリマーおよびその中に分散した蛍光染料から実質的に
なる感光層にこれらの蛍光染料を使用できなくする。他方、これらの感光層およ
びこれらの感光層を含むセンサこそが、製造の簡素さおよび水性プローブに対す
る安定性の理由で特に望まれる。
【0004】 米国特許第5,387,523号には、蛍光染料を第四級オニウム化合物とと
もに使用することによってこの問題が解消されることが提示されている。第四級
オニウム化合物は、具体的に記載されている第四級アンモニウム化合物だけでな
く、第四級ホスホニウム化合物、たとえばテトラブチルホスホニウムブロマイド
でもあると理解されよう。他方、すべてのオニウム化合物は、低い極性の媒体中
に存在する蛍光染料に対して同様に作用するわけではないことが強調されている
。活性化作用をほとんど、またはまったくもたないオニウム化合物は、たとえば
、n−ヘキサデシルトリブチルホスホニウムブロマイド、テトラブチルアンモニ
ウムトリフルオロメチルスルホネート、テトラブチルアンモニウムテトラフェニ
ルボレート、硫酸水素テトラブチルアンモニウム、テトラブチルホスホニウムブ
ロマイドおよびテトラブチルアンモニウムブロマイドである。同時に、きわめて
重要な要因として、反対の電荷をもつイオンの重要性が言及されている。具体的
に挙げられている活性化合物は、水酸化テトラブチルアンモニウム、水酸化ヘキ
サデシルトリメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テ
トラメチルアンモニウム、水酸化ベンジルトリメチルアンモニウムおよびベンジ
ルトリメチルアンモニウムメチラートのみである。
【0005】 これらの第四級水酸化物は、実際、低い極性の媒体中で染料の蛍光を活性化す
ることができるが、反対の電荷をもつイオンの高い塩基度のため、ホフマン脱離
によって第三級アミン、1−アルケンおよび水に分解するか、求核置換によって
第三級アミンおよびヒドロキシ化合物に分解するという欠点を抱えている。この
理由のため、このような第四級水酸化物を蛍光染料とともに低い極性のポリマー
中に含有するセンサは、安定性が低い。その結果、このようなセンサ混合物は長
期間貯蔵することができず、これらのセンサを含有する装置は、分解によって生
じる感度の変化を補償するため、絶えず較正し直さなければならない。
【0006】 かなりの期間にわたって感度が一定のままであり、長期間貯蔵することができ
る良好な安定性をもつセンサが得られ、ポリマーおよびポリアニオン性蛍光染料
に加えて第四級オニウムフェノラートを活性化剤として含有する感光層がキャリ
ヤーに適用されるならば、そのようなセンサを有する装置を絶えず較正しなくて
もよいことがわかった。
【0007】 本発明の第一の目的は、気体および液体媒体中の二酸化炭素の蛍光による光学
的測定のための、キャリヤーおよびそれに適用される感光層から実質的になるセ
ンサであって、感光層が、ポリマーおよびアニオン性蛍光染料に加えて、第四級
オニウムフェノラートをも含有することを特徴とするセンサである。
【0008】 本発明に関して理解される第四級オニウムフェノラート類は、第四級アンモニ
ウムフェノラート類、第四級ホスホニウムフェノラート類および第四級アルソニ
ウムフェノラート類である。本発明のセンサは、好ましくは、アンモニウムフェ
ノラートを含有する。
【0009】 第四級フェノラートは、好ましくは、式I
【0010】
【化2】
【0011】 (式中、Xは、窒素、リンまたはヒ素であり、基R1、R2、R3およびR4は、互
いに独立して、直鎖状または分岐鎖状の、飽和または不飽和の、非置換または置
換されているアルキル、あるいは非置換または置換されているアラルキルをそれ
ぞれ表し、基R5、R6、R7、R8およびR9は、互いに独立して、水素、または 直鎖状または分岐鎖状の、飽和または不飽和の、非置換または置換されているア
ルキル、非置換または置換されているモノ−もしくはジアリールアルキル、ある
いは非置換または置換されているアリールをそれぞれ表し;それによって、基R 1 、R2、R3およびR4の2個だけがそれぞれアリールを表すことができ、そして
基R1、R2、R3およびR4の2または3個がいっしょになって、個々の環の中に
5〜7個の環員をもつ複素環系を形成することができ;そしてそれによって、基
5、R6、R7、R8およびR9のうち2個の隣接する基がいっしょになって、5 〜7個の環員をもつ飽和、不飽和または芳香族性の環(フェニル基にオルト縮合
(anellate)されている)を形成することができる) に対応する。
【0012】 式I中、Xは好ましくは窒素を表す。
【0013】 本発明に関してハロゲンとは、フッ素、塩素、臭素またはヨウ素をいう。ハロ
ゲンは、好ましくはフッ素、塩素または臭素であり、もっとも好ましくは塩素で
ある。
【0014】 表現「飽和または不飽和アルキル」は、炭素原子1〜30個を有するアルキル
基ならびに対応するアルケニル基およびアルキニル基を含む。基R1、R2、R3 およびR4に関して、アルキルは、特に、炭素原子1〜8個を有するアルキル基 、もっとも好ましくは、炭素原子1〜6個を有するアルキル基、ならびに対応す
るアルケニル基およびアルキニル基を表す。基R5、R6、R7、R8およびR9に 関して、アルキルは、特に、炭素原子1〜10個を有するアルキル基、もっとも
好ましくは、炭素原子1〜4個を有するアルキル基、ならびに対応するアルケニ
ル基およびアルキニル基を表す。以下のアルキル基を例として挙げることができ
る。メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、
sec−ブチル、tert−ブチル、n−ペンチル、2−メチルブチル、3−メチルブ チル、2,2−ジメチルプロピル、n−ヘキシル、2−メチルペンチル、3−メ
チルペンチル、4−メチルペンチル、5−メチルペンチル、2−エチルブチル、
3−エチルブチル、n−ヘプチル、n−オクチル、イソ−オクチル、n−ノニル
、n−デシル、n−ウンデシル、n−ドデシル、n−ヘキサデシルおよびn−オ
クタデシル。以下のアルケニル基を例として挙げることができる。ビニル、アリ
ル、メタリル、1−ブテニル、2−ブテニル、3−ブテニル、2−ペンテニル、
3−ペンテニル、4−ペンテニル、2−ヘキセニル、3−ヘキセニル、4−ヘキ
セニル、2−、3−、4−、5−および6−ヘプテニル、2−、3−、4−、5
−、6−および7−オクテニル。以下のアルキニル基を例として挙げることがで
きる。プロパルギル、2−ブチニル、3−ブチニルおよび3−フェニルプロパル
ギル。
【0015】 基R1、R2、R3およびR4に関して、置換アルキルは、特に、ヒドロキシ、ハ
ロゲン、シアノ、C1〜C4アルコキシまたはC1〜C4アルコキシカルボニルによ
って1〜3回置換されているアルキル基であることができ、多置換の場合、置換
基は同じであっても異なっていてもよい。基R5、R6、R7、R8およびR9に関 して、置換アルキルは、特に、ヒドロキシ、ハロゲン、シアノまたはC1〜C4
ルコキシによって1〜3回置換されているアルキル基であることができ、多置換
の場合、置換基は同じであっても異なっていてもよい。
【0016】 アリールは、好ましくはフェニルまたはナフチルを表し、好ましくはフェニル
を表す。
【0017】 基R1、R2、R3およびR4に関して、置換アリールは、特に、C1〜C4アルキ
ル、C1〜C4アルコキシ、C1〜C4アルキル−C1〜C4アルコキシ、フェニル−
1〜C4アルキル、ハロゲン、ハロゲン−C1〜C4アルキル、ヒドロキシ、シア
ノまたはC1〜C4アルコキシカルボニルによって1〜3回置換されているアリー
ル基であることができ、アリールは好ましくはフェニルを表す。C1〜C4アルキ
ル基は、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチ
ル、sec−ブチルおよびtert−ブチルである。基R1、R2、R3およびR4の置換 基としてのアリール基として存在することができる好ましいフェニル−C1〜C4 アルキル基は、アルキル基中に炭素原子1〜2個を有するもの、たとえばベンジ
ル、1−フェニルエチルおよび2−フェニルエチルである。フェニルアルキルは
、特にベンジル基を表す。
【0018】 アラルキル基として、基R1、R2、R3およびR4は、好ましくはアリール−C 1 〜C4アルキル基を表し、もっとも好ましくはフェニル−C1〜C4アルキル基を
表す。アラルキル基として、基R1、R2、R3およびR4は、特に、アルキル基中
に炭素原子1〜2個を有するフェニルアルキル基、たとえばベンジル、1−フェ
ニルエチルおよび2−フェニルエチルを表す。アラルキル基として、基R1、R2 、R3およびR4は、もっとも好ましくはベンジル基を表す。置換アラルキル基と
して、基R1、R2、R3およびR4は、特に、C1〜C4アルキル、C1〜C4アルコ
キシ、C1〜C4アルキル−C1〜C4アルコキシ、フェニル−C1〜C4アルキル、
ハロゲン、ハロゲン−C1〜C4アルキル、ヒドロキシ、シアノまたはC1〜C4
ルコキシカルボニルによってアリール基に1〜3回置換されているものを表す。
1〜C4アルキル基は、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブ
チル、イソブチル、sec−ブチルおよびtert−ブチルである。好ましい置換アラ ルキル基は、アリールが、C1〜C4アルキル、C1〜C4アルコキシ、C1〜C4
ルキル−C1〜C4アルコキシ、フェニル−C1〜C4アルキル、ハロゲン、ハロゲ
ン−C1〜C4アルキル、ヒドロキシ、シアノまたはC1〜C4アルコキシカルボニ
ルによって1〜3回置換されているフェニル基を表し、アルキル基が炭素原子1
〜2個を含むものである。アラルキル基として、基R1、R2、R3およびR4は、
もっとも好ましくは、アルキル基中に炭素原子1〜2個を有するフェニルアルキ
ル基、たとえばベンジル、1−フェニルエチルおよび2−フェニルエチルを表す
。アラルキル基として、基R1、R2、R3およびR4は、もっとも好ましくはベン
ジル基を表す。
【0019】 基R5、R6、R7、R8およびR9に関して、置換アリールは、特に、C1〜C4 アルキル、C1〜C4アルコキシ、ハロゲン、ヒドロキシまたはシアノによって1
〜3回置換されているアリール基であることができ、アリールは好ましくはフェ
ニルを表す。C1〜C4アルキル基は、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロ
ピル、n−ブチル、イソブチル、sec−ブチルおよびtert−ブチルである。
【0020】 アラルキル基として、基R5、R6、R7、R8およびR9は、好ましくはモノ− またはジアリール−C1〜C6アルキル基、もっとも好ましくはモノ−またはジフ
ェニル−C1〜C6アルキル基を表す。置換モノ−またはジアラルキル基として、
基R5、R6、R7、R8およびR9は、特に、C1〜C4アルキル、C1〜C4アルコ キシ、C1〜C4アルコキシ−C1〜C4アルキル、ハロゲン、ハロゲン−C1〜C4 アルキル、ヒドロキシ、シアノまたはC1〜C4アルコキシカルボニルによってア
リール基に1〜3回置換されているものを表す。C1〜C4アルキル基は、メチル
、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、sec−ブチ ルおよびtert−ブチルである。好ましい置換モノ−またはジアラルキル基は、ア
リールが、C1〜C4アルキル、C1〜C4アルコキシ、C1〜C4アルキル−C1〜 C4アルコキシ、フェニル−C1〜C4アルキル、ハロゲン、ハロゲン−C1〜C4 アルキル、ヒドロキシ、シアノまたはC1〜C4アルコキシカルボニルによって1
〜3回置換されているフェニル基を表し、アルキル基が炭素原子1〜2個を含む
ものである。
【0021】 基R1、R2、R3およびR4の2または3個がXといっしょになって形成するこ
とができる複素環系は、たとえば下記の構造を含む。
【0022】
【化3】
【0023】 基R1、R2、R3およびR4の2個を結合することによって形成することができ
る好ましい複素環系は、ピロリジノ、ピペリジノおよびアゼピノである。基R1 、R2、R3およびR4の3個から形成することができる好ましい複素環系は、1 −アザビシクロ〔4.3.0〕ノニル、1−アザビシクロ〔4.4.0〕デシル
、1−アザビシクロ〔5.4.0〕ウンデシル、1−アザビシクロ〔2.1.1
〕ヘキシル、1−アザビシクロ〔2.2.1〕ヘプチル、1−アザビシクロ〔2
.2.2〕オクチル、1−アザビシクロ〔3.2.1〕オクチルおよび1−アザ
ビシクロ〔3.2.2〕ノニルである。
【0024】 隣接する2個の基R1、R2、R3およびR4によって形成される、オルト縮合さ
れた飽和、不飽和または芳香族性の環を有するフェノレーション(phenolation )は、たとえば、下記の構造
【0025】
【化4】
【0026】 および3,4−位置でオルト縮合されたそれらの異性体を含み、それによって、
オルト縮合された環を形成するために必要のない基R1、R2、R3およびR4の意
味はそれぞれ同じままである。加えて、オルト縮合された環では、1個のメチレ
ン基が酸素によって置換され、隣接する2個のメチレン基がオキシカルボニル基
およびカルボニルオキシ基によって置換されていることができる。オルト縮合さ
れた飽和、不飽和または芳香族性の環を有する好ましいフェノレーションは、イ
ンダニル、インデニル、ナフチル、ジヒドロナフチルまたはテトラヒドロナフチ
ル基を含み、それによって、オルト縮合された環は、2,3−または3,4−位
置で結合することができ、オルト縮合された環を形成するために必要のない基R 1 、R2、R3およびR4は、式Iで与えた意味を有する。
【0027】 感光層は、好ましくは、式Iの第四級フェノラートを含み、ここで、XがN、
PまたはAsであり、R1、R2、R3およびR4が、互いに独立して、直鎖状また
は分岐鎖状の、飽和または不飽和の、非置換C1〜C30アルキルまたは、C1〜C 4 アルコキシ、ハロゲン、ヒドロキシ、シアノもしくはC1〜C4アルコキシカル ボニルによって1〜3回置換されているC1〜C30アルキル、あるいは非置換ア リール−C1〜C4アルキルまたは、C1〜C4アルキル、C1〜C4アルコキシ、C 1 〜C4アルコキシ−C1〜C4アルキル、アリール−C1〜C4アルキル、ハロゲン
、ハロゲン−C1〜C4アルキル、ヒドロキシ、シアノもしくはC1〜C4アルコキ
シカルボニルによって1〜3回置換されているアリール−C1〜C4アルキル、あ
るいは非置換アリールまたは、C1〜C4アルキル、C1〜C4アルコキシ、C1〜 C4アルコキシ−C1〜C4アルキル、アリール−C1〜C4アルキル、ハロゲン、 ハロゲン−C1〜C4アルキル、ヒドロキシ、シアノもしくはC1〜C4アルコキシ
カルボニルによって1〜3回置換されているアリールをそれぞれ表し、そしてR 5 、R6、R7、R8およびR9が、互いに独立して、水素、直鎖状または分岐鎖状 の、飽和または不飽和の、非置換C1〜C10アルキルまたは、ハロゲン、C1〜C 4 アルコキシ、ヒドロキシもしくはシアノによって1〜3回置換されているC1
10アルキル、あるいは非置換アリールまたは、C1〜C4アルキル、C1〜C4
ルコキシ、C1〜C4アルコキシ−C1〜C4アルキル、ハロゲン、ハロゲン−C1 〜C4アルキル、ヒドロキシ、シアノもしくはC1〜C4アルコキシカルボニルに よって1〜3回置換されているアリール、あるいは非置換モノ−もしくはジアリ
ール−C1〜C6アルキルまたは、C1〜C4アルキル、C1〜C4アルコキシ、C1 〜C4アルコキシ−C1〜C4アルキル、ハロゲン、ハロゲン−C1〜C4アルキル 、ヒドロキシ、シアノもしくはC1〜C4アルコキシカルボニルによって1〜3回
置換されているモノ−もしくはジアリール−C1〜C6アルキルをそれぞれ表し、
それによって、基R1、R2、R3およびR4の2個だけがそれぞれアリールを表す
ことができ、基R1、R2、R3およびR4の2または3個がいっしょになって、個
々の環中に5〜7個の環員をもつ複素環系を形成することができ、そしてそれに
よって、基R5、R6、R7、R8およびR9のうち2個の隣接する基がいっしょに なって、5〜7個の環員をもつ飽和、不飽和または芳香族性の環(フェニル基に
オルト縮合されている)を形成することができる。好ましい化合物は、Xが窒素
である化合物である。
【0028】 さらに好ましいものは、式Iの化合物を含むセンサであり、ここで、R1、R2 、R3およびR4が、互いに独立して、直鎖状または分岐鎖状の、飽和または不飽
和の、非置換C2〜C8アルキルまたは、C1〜C4アルコキシ、ハロゲン、ヒドロ
キシ、シアノもしくはC1〜C4アルコキシカルボニルによって1〜3回置換され
ているC2〜C8アルキル、あるいは非置換フェニル−C1〜C4アルキルまたは、
1〜C4アルキル、C1〜C4アルコキシ、C1〜C4アルコキシ−C1〜C4アルキ
ル、ハロゲン、ハロゲン−C1〜C4アルキル、フェニル−C1〜C4アルキル、ヒ
ドロキシ、シアノもしくはC1〜C4アルコキシカルボニルによって1〜3回置換
されているフェニル−C1〜C4アルキル、あるいは非置換フェニルまたは、C1 〜C4アルキル、C1〜C4アルコキシ、C1〜C4アルコキシ−C1〜C4アルキル 、ハロゲン、ハロゲン−C1〜C4アルキル、フェニル−C1〜C4アルキル、ヒド
ロキシ、シアノもしくはC1〜C4アルコキシカルボニルによって1〜3回置換さ
れているフェニルをそれぞれ表し、それによって、基R1、R2、R3およびR4
2個だけがそれぞれフェニルを表すことができ、基R1、R2、R3およびR4の2
または3個がいっしょになって、個々の環中に5〜7個の環員をもつ複素環系を
形成することができる。
【0029】 さらに好ましい本発明のセンサは、式Iの化合物を含むセンサであり、ここで
、R1、R2、R3およびR4が、互いに独立して、直鎖状または分岐鎖状の、飽和
または不飽和の、C2〜C6アルキル、フェニル−C1〜C4アルキルまたはフェニ
ルをそれぞれ表し、それによって、基R1、R2、R3およびR4の2個だけがそれ
ぞれフェニルを表すことができ、基R1、R2、R3およびR4の2または3個がい
っしょになって、個々の環中に5〜7個の環員をもつ複素環系を形成することが
できる。
【0030】 他に好ましい本発明のセンサは、式Iの化合物を含み、ここで、R1、R2、R 3 およびR4が、互いに独立して、直鎖状または分岐鎖状の、C2〜C6アルキル、
ベンジルまたはフェニルをそれぞれ表す。
【0031】 さらには、本発明によると、R5、R6、R7、R8およびR9が、互いに独立し て、水素、直鎖状または分岐鎖状の、飽和または不飽和の、非置換C1〜C4アル
キルまたは、ハロゲン、C1〜C4アルコキシ、ヒドロキシもしくはシアノによっ
て1〜3回置換されているC1〜C4アルキル、あるいは非置換フェニルまたは、
1〜C4アルキル、ハロゲン、C1〜C4アルコキシ、ヒドロキシもしくはシアノ
によって1〜3回置換されているフェニル、あるいは非置換モノ−もしくはジフ
ェニル−C1〜C6アルキルまたは、C1〜C4アルキル、ハロゲン、C1〜C4アル
コキシ、ヒドロキシもしくはシアノによって1〜3回置換されているモノ−もし
くはジフェニル−C1〜C6アルキルをそれぞれ表す式Iの化合物を含むセンサが
好ましい。
【0032】 さらには、本発明によると、R5、R6、R7、R8およびR9が、互いに独立し て、水素、直鎖状または分岐鎖状の、飽和または不飽和の、C1〜C4アルキル、
フェニルまたは2−フェニルエチルをそれぞれ表す式Iの化合物を含むセンサが
好ましい。
【0033】 さらに好ましい本発明のセンサは、式Iの化合物を含むセンサであり、ここで
、XがNであり、R1、R2、R3およびR4が、互いに独立して、直鎖状または分
岐鎖状の、飽和または不飽和の、非置換C2〜C6アルキルまたは、C1〜C4アル
コキシ、ハロゲン、ヒドロキシ、シアノもしくはC1〜C4アルコキシカルボニル
によって1〜3回置換されているC2〜C6アルキル、あるいは非置換フェニル−
1〜C4アルキルまたは、C1〜C4アルキル、C1〜C4アルコキシ、C1〜C4
ルコキシ−C1〜C4アルキル、ハロゲン、ハロゲン−C1〜C4アルキル、フェニ
ル−C1〜C4アルキル、ヒドロキシ、シアノもしくはC1〜C4アルコキシカルボ
ニルによって1〜3回置換されているフェニル−C1〜C4アルキル、あるいは非
置換フェニルまたは、C1〜C4アルキル、C1〜C4アルコキシ、C1〜C4アルコ
キシ−C1〜C4アルキル、ハロゲン、ハロゲン−C1〜C4アルキル、フェニル−
1〜C4アルキル、ヒドロキシ、シアノもしくはC1〜C4アルコキシカルボニル
によって1〜3回置換されているフェニルをそれぞれ表し、R5、R6、R7、R8 およびR9が、互いに独立して、水素、直鎖状または分岐鎖状の、飽和または不 飽和の、非置換C1〜C4アルキルまたは、ハロゲン、C1〜C4アルコキシ、ヒド
ロキシもしくはシアノによって1〜3回置換されているC1〜C4アルキル、ある
いは非置換フェニルまたは、C1〜C4アルキル、ハロゲン、C1〜C4アルコキシ
、ヒドロキシもしくはシアノによって1〜3回置換されているフェニル、あるい
は非置換モノ−もしくはジフェニル−C1〜C6アルキルまたは、C1〜C4アルキ
ル、ハロゲン、C1〜C4アルコキシ、ヒドロキシもしくはシアノによって1〜3
回置換されているモノ−もしくはジフェニル−C1〜C6アルキルをそれぞれ表す
【0034】 さらには、本発明によると、XがNであり、R1、R2、R3およびR4が、互い
に独立して、直鎖状または分岐鎖状の、飽和または不飽和のC2〜C6アルキル、
フェニル−C1〜C4アルキルまたはフェニルをそれぞれ表し、R5、R6、R7、 R8およびR9が、互いに独立して、水素、直鎖状または分岐鎖状の、飽和または
不飽和のC1〜C4アルキル、フェニルまたは2−フェニルエチルをそれぞれ表す
式Iの化合物を含むセンサが好ましい。
【0035】 他の好ましい本発明のセンサは、XがNであり、R1、R2、R3およびR4が、
互いに独立して、直鎖状または分岐鎖状のC2〜C6アルキル、ベンジルまたはフ
ェニルをそれぞれ表し、R5、R6、R7、R8およびR9が、互いに独立して、水 素、直鎖状または分岐鎖状の、飽和または不飽和のC1〜C4アルキル、フェニル
または2−フェニルエチルをそれぞれ表す式Iの化合物を含む。
【0036】 本発明にしたがって使用される式Iのオニウムフェノラート類は、6〜12の
pKa値を有することができる。8〜12のpKa値を有する式Iのオニウムフェ
ノラート類が好ましい。8〜10のpKa値を有する式Iのオニウムフェノラー ト類が特に好ましい。
【0037】 本発明のセンサのキャリヤー材料として、好ましくは透明な材料が使用される
。適当なキャリヤー材料は、合成材料、たとえばポリカーボネートもしくはアク
リルガラスまたは無機材料、金属酸化物もしくは無機ガラスである。好ましいキ
ャリヤー材料は有機または無機ガラスである。キャリヤーはいかなる形態であっ
てもよい。適当な形態は、たとえば、シート、円筒、管、リボンまたは繊維であ
る。
【0038】 本発明のセンサの感光層は、ベース物質として、蛍光染料、少なくとも1種の
式Iの化合物、および場合によってはさらなる添加物、たとえば軟化剤が分散さ
れているところのポリマーを含有する。H+イオンに対して不透過性であり、2 〜10、好ましくは2〜6の誘電定数を有する疎水性ポリマーが一般に適してい
る。蛍光染料および式Iの第四級フェノラートを組み込むことができる適当なポ
リマーは、特に、キャリヤー上に透明またはわずかに不透明な塗膜を形成させる
ことができるポリマーである。ここで考慮することができるポリマーは、特に、
アクリルポリマー類、たとえばポリ−N,N−ジメチルアクリルアミド、ポリエ
チルアクリレート、ポリエチルメタクリレート、ポリエチルヘキシルアクリレー
トおよびアクリルコポリマー類である。さらなる適当なポリマーは、ポリ塩化ビ
ニル、ポリ酢酸ビニル、ポリアルケン類、たとえばポリエチレン、ポリプロピレ
ン、ポリ−(イソブテン−コ−イソプレン)、ポリ−(4−メチルペンテン)、
ポリウレタン類、セルロース誘導体類、ポリスチレン、ポリテトラフルオロエチ
レン、ポリオキシメチレン、ポリエステル類、たとえばポリエチレンテレフタレ
ート、ポリジエン類およびジエン類とアクリロニトリルとのコポリマー類、たと
えばポリ−1,3−ブタジエン、ポリジメチルブタジエン、ポリ−(1,3−ブ
タジエン−コ−アクリロニトリル)ならびにポリイソプレンである。
【0039】 好ましいポリマーはポリスチレンおよびエチルセルロースである。
【0040】 考慮することができる蛍光染料は、主として、低い極性の媒体の中では蛍光を
示さないか、ひどく減衰した蛍光しか示さないものである。このような蛍光染料
の例は、フルオレセイン、セミ−ナフトフルオレセイン、2′,7′−ジメチル
ロドル、HPTS(ヒドロキシピレントリスルホン酸のナトリウム塩)、CASCAD
E BLUE(エチレンジアミンピレントリスルホン酸のナトリウム塩)であり、それ
らの構造を以下に示す。
【0041】
【化5】
【0042】 本発明のセンサの感光層に含めることができる適当な軟化剤は、たとえば、リ
ン酸トリアルキル、たとえばリン酸トリブチルおよびオクチルニトロフェニルエ
ーテルである。
【0043】 感光層では、蛍光染料(発蛍光団)と式Iの第四級フェノラートとの比は、1
:500〜1:50であることができる。発蛍光団と式Iの第四級フェノラート
との比は、好ましくは1:250〜1:100である。
【0044】 キャリヤーに適用される感光層の厚さは、0.01〜100μm、好ましくは 0.1〜50μm、特に0.1〜30μm、もっとも好ましくは0.1〜10μm であることができる。キャリヤーに適用される該層は、透明であっても、またわ
ずかに不透明であってもよい。該層は好ましくは透明である。また、疎水性の層
が好ましい。
【0045】 そのような層の調製は、それ自体が既知の方法、たとえば蛍光染料、式Iの化
合物および適当なポリマーを溶媒に溶解したのち、その溶液をキャリヤーに適用
し、溶媒を除去することによって実施することができる。溶液は、流し込みによ
って適用することもできるし、ラッカ塗付技術から知られる方法を用いることに
よって適用することもできる。挙げることができるそのような方法は、特に、ス
ピンコーティーング、スプレーイングおよびスクリーン法である。該層は、好ま
しくは、スピンコーティーングによって適用する。
【0046】 考慮することができる溶媒は、水、アルコール類、エーテル類、エステル類、
酸アミド類、ハロゲン化炭化水素およびケトン類である。そのような溶媒の例は
、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、ジエチルエ
ーテル、メチルイソブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、酢酸エ
チル、酢酸ブチル、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、塩化メチレ
ン、クロロホルム、アセトン、メチルエチルケトンおよびメチルイソブチルケト
ンである。易揮発性の溶媒、特にテトラヒドロフラン、塩化メチレンおよびアセ
トンを使用することが好ましい。一つの特に好ましい溶媒はテトラヒドロフラン
である。上述の溶媒は、単独で使用することもできるし、溶媒混合物として使用
することもできる。コーティーングに適当な、本発明のコーティーング組成物の
粘度は、それぞれ使用される溶媒の適量を使用することによって設定することが
できる。
【0047】 本発明のセンサの感光層は、巨視的には均質に見えるが、第四級オニウムイオ
ンとポリアニオン性蛍光染料との相互作用によって形成される微小区域を有して
いる。大きさが5μm〜100μmの領域にあるこれらの微小区域は、ポリマーに
よって形成される周囲部よりも高い極性を有する。したがって、より高い極性の
これらの微小区域の蛍光染料は、低い極性でのポリマーの蛍光消衰作用から保護
される。
【0048】 本発明のさらなる目的は、ポリマー、低い極性の媒体の中で活性化され得るア
ニオン性蛍光染料および活性化剤としての式Iの第四級フェノラートを含有する
感光性組成物である。これらの感光性組成物についても、そこに含まれるポリマ
ー、蛍光染料および式Iの第四級フェノラートに関して、上記の定義および選択
が相応に当てはまる。これらの感光性組成物を使用して本発明のセンサを製造す
ることができる。これらは、感光層をキャリヤーに適用するためのコーティーン
グ素材として働く。一つの実施態様によると、これらのコーティーング素材は、
適切なポリマー、低い極性の媒体の中で活性化され得る蛍光染料、活性化剤とし
ての式Iの化合物、および場合によってはさらなる添加物、を精細に分散させた
形態で含有する粉末の形態で存在することができる。適当な添加物は、たとえば
親油性塩および軟化剤である。別の実施態様によると、コーティーング素材は、
溶液、たとえば上述の粉末混合物を上述の溶媒の1種に溶解することによって得
られる溶液の形態で存在することができる。
【0049】 本発明にしたがって使用される式Iの第四級フェノラート類には、多くの既知
の化合物が包含される。
【0050】 式Iの第四級フェノラート類は、対応する第四級水酸化物から出発し、それら
を引き続く平衡により当量のフェノールと反応させる簡単な方法で得ることがで
きる。反応は、有利には、不活性溶媒、たとえば低級アルカノール、特にメタノ
ール中で実施される。反応が終了した時点で、溶媒を留去すると、第四級フェノ
ラートが定量収率で得られる。出発原料として必要な第四級水酸化物は、逆に、
既知の方法で、対応する第四級塩から、たとえば第四級ハロゲン化物を酸化銀と
反応させることによって製造される。
【0051】 本発明のさらなる対象は、測定プローブにおける二酸化炭素の蛍光による光学
的測定の方法であって、本発明のセンサを、検査する前記測定プローブと接触さ
せたのち、感光層中の発蛍光団の蛍光の変化を測定する方法である。
【0052】 本発明の方法は、たとえば、活性ポリマー層を有するキャリヤーが光学セル中
に固定され、そこで活性層が測定プローブと接触するような方法で実施すること
ができる。光学セルはウインドーを含み、このウインドーを介して活性層を光照
射によって励起することができ、放出される蛍光光線を分光蛍光度計によって測
定することができる。波長は、光照射には吸収極大、蛍光の測定には放出極大に
設定することができる。強度は、濃度の関数として測定される。測定システムは
、測定が不連続に実施されるように設計することもできるし、測定が連続的に実
施されるように設計することもできる。連続測定は、たとえば、液体または気体
分析対象物を測定セルに流し込むことによって実施することができる。未知の二
酸化炭素濃度を検量するためには、システムをまず、既知の濃度の測定プローブ
で較正し、それによって、蛍光の強さを濃度の関数としてプロットする。
【0053】 本発明はさらに、蛍光によって二酸化炭素を定性的および定量的に測定するた
めの、本発明のセンサの使用に関する。
【0054】 本発明により、二酸化炭素の定性的および定量的測定のためのセンサが調製さ
れる。センサは、それらに含まれるポリアニオン性蛍光染料が疎水性ポリマー層
に埋め込まれるため、水性プローブに対する優れた安定性が注目に値する。この
方法では、センサが水性プローブと接触した時に、染料の染み出しが防止される
。加えて、本発明にしたがって使用されるフェノレーションの、ヒドロキシルイ
オンよりも低い塩基度の結果として、ホフマン脱離または求核置換による第四級
オニウムイオンの分解が起こらないため、本発明のセンサは優れた長期的安定性
を有する。
【0055】 以下の例によって本発明をより詳細に説明する。 A)第四級フェノラート類の製造 例1:下記のものの製造
【0056】
【化6】
【0057】 a)下記のものの製造
【0058】
【化7】
【0059】 KOHの15%水溶液3.8mlを、メタノール120ml中にアセトフェノン2
3.2mlおよび3−メトキシベンズアルデヒド24.3mlを含む溶液に、室温で
滴下した。反応混合物を室温で夜通し攪拌し、次いで、2N HCl 100mlを
加えることによって酸性化した。メタノールを蒸発させたのち、水性残渣をエー
テルで3回抽出した。有機相を水および塩化ナトリウム溶液で洗浄し、MgSO 4 上で乾燥し、溶媒を蒸発させた。粗生成物を、高真空下、蒸留によって精製し た。 Bp0.055mbar:162℃;収量:30.4g(理論値の64%)
【0060】 b)下記のものの製造
【0061】
【化8】
【0062】 トリフェニルホスフィン6.9gおよび2−フェニルエチルブロマイド5.0
gをトルエン35mlに溶解し、還流下で24時間加熱した。その後、溶媒を蒸発
させ、結晶質の残渣をエーテルで精製した。収率:理論値の93%
【0063】 c)下記のものの製造
【0064】
【化9】
【0065】 無水テトラヒドロフラン120ml中に、b)にしたがって製造したホスホニウ
ムブロマイド4.5gを含む懸濁液に、アルゴン雰囲気下、−18℃で、ブチル リチウムの1.6M溶液8.2mlを滴下した。得られた明澄な溶液に、無水テト ラヒドロフラン20ml中に、例1aの化合物2.4gを含む溶液を加えた。反応 混合物を室温まで加熱し、4日間攪拌した。その後、水およびエーテルを加え、
有機相を分離し、塩化ナトリウム溶液で洗浄し、乾燥し、蒸発によって濃縮した
。油状の残渣を、シリカゲル上、CH2Cl2/ヘキサンを溶離剤として使用する
クロマトグラフィーに付した。収量:1.85g(理論値の57%);1H−N MR(CDCl3):3.35(m,2H,CH2);3.78(s,3H,OC
3);6.0〜6.1(m,2H,2C=CH)
【0066】 d)下記のものの製造
【0067】
【化10】
【0068】 テトラヒドロフラン15ml中、c)にしたがって製造した化合物0.5gおよ
びカーボンに担持したPd(10%)0.05gを、水素雰囲気下で12時間激
しく攪拌した。その後、反応混合物をろ過し、ろ液を蒸発乾固し、それによって
、目的生成物を定量的収率で得た。1H−NMR(CDCl3):1.80〜2.
05(m,4H,2CH2);2.35〜2.50(m,4H,2CH2);2.
55〜2.65(m,1H,CH);3.78(s,3H,OCH3);6.6 0〜7.40(m,14arom.H)
【0069】 e)下記のものの製造
【0070】
【化11】
【0071】 d)にしたがって製造した化合物7.83gをジクロロメタン200mlに溶解
し、−78℃に冷却した。三臭化ホウ素3.4mlをこの溶液に滴下した。反応混
合物を室温で17時間攪拌し、氷に注加した。混合物のpH値を1にし、エーテル
で抽出し、塩化ナトリウム溶液で洗浄し、MgSO4で乾燥し、溶媒を蒸発させ たのち、得られた粗生成物を、シリカゲル上、ジクロロメタン/ヘキサン(1:
1)を溶離剤として使用するフラッシュクロマトグラフィーによって精製した。
MS:316
【0072】 f)テトラブチルアンモニウム〔3−(3,5−ジフェニルペンチル)フェノラ
ート〕の製造
【0073】
【化12】
【0074】 メタノール中水酸化テトラブチルアンモニウムの新鮮な1M溶液10mlに、e )にしたがって製造したフェノール10mmolを加えた。得られた溶液を蒸発乾固
した。得られた結晶質の化合物をエーテルで洗浄し、40℃で乾燥した。収率:
定量的
【0075】 他の第四級フェノラート類を同様な方法で製造することができる。油状の生成
物が得られるならば、バルブチューブオーブン中、40℃で乾燥させることが有
利である。
【0076】 B)安定性試験 下記式
【0077】
【化13】
【0078】 にしたがったホフマン脱離により、溶液中の水酸化テトラブチルアンモニウムお
よびテトラブチルアンモニウム−p−メチルフェノラートが、時間に依存して、
トリブチルアミン、1−ブテン、および水またはフェノール(X=Hまたはp−
メチルフェニル)に分解する程度に関して調査を実施した。
【0079】 各試験物質3・10-2Mのペル重水素トルエン溶液を調製した。これらの溶液 各1mlに、ヒドロキシピレン−トリ−Na−スルホネート(HPTS)の溶液(
1mlあたりHPTS1mg/ml(1.91mmol)を含有する)160μlを加えた。
このようにして調製した各溶液のサンプルをNMRチューブに封入し、35℃で
貯蔵した。該物質の分解は、全52日間にわたる測定プローブのNMR分光分析
によって測定し、その結果、分解の基準は、全NMRスペクトルの見かけに加え
て、その特徴的な信号によって検出されるトリブチルアミンの形成であった。測
定結果を以下の表にまとめる。表中、%値は、元々存在していた量に対する得ら
れたトリブチルアミンの量を示す。
【0080】
【表1】
【0081】 C)センサの製造 a)ポリスチレン中のテトラブチルアンモニウムフェノラート ポリスチレン(カタログNo. 039A、米国Scientific Polymer Products社製) 600mgをテトラヒドロフラン(含量6%)6mlに溶解することにより、ポリマ
ーの貯蔵溶液を製造した。加えて、8−ヒドロキシピレン−1,3,6−トリス
ルホン酸の三ナトリウム塩:HPTS(Molecular Probes社、米国オレゴン州)
6.6mgをメタノール(2.5・10-3mol/l)5mlに溶解することにより、発 蛍光団の貯蔵溶液を製造し、また、テトラブチルアンモニウムフェノラート15
0mgを0.3ml(1mol/l溶液)に溶解することにより、第四級フェノラートの 貯蔵溶液を製造した。その後、発蛍光団の貯蔵溶液0.067mlおよび第四級フ
ェノラートの貯蔵溶液0.042mlをポリマーの貯蔵溶液2mlに加えることによ
り、スピンコーティーング法におけるコーティーングのための出発溶液(濃度−
HPTS:8.37・10-5mol/l;第四級フェノラート:2.09・10-2mol
/l)を製造した。この溶液0.2mlを取り出し、ピペットを使用して、直径18
mmの清浄化した丸いカバーガラスに適用した。該カバーガラスを、まず2000
rpmで20秒間回転させ、次に9000rpmで30秒間回転させた。センサを、光
から保護し、室温で夜通し乾燥した。以下の表は、該センサを用いて得られた測
定結果を示す。
【0082】
【表2】
【0083】 b)ポリスチレン中のテトラブチルアンモニウム〔3−(3,5−ジフェニルペ
ンチル)フェノラート〕(化合物f) ポリスチレン(カタログNo. 039A、米国Scientific Polymer Products社製) 600mgをテトラヒドロフラン(含量6%)6mlに溶解することにより、ポリマ
ーの貯蔵溶液を製造した。加えて、8−ヒドロキシピレン−1,3,6−トリス
ルホン酸の三ナトリウム塩:HPTS(Molecular Probes社、米国オレゴン州)
6.6mgをメタノール(2.5・10-3mol/l)5mlに溶解することにより、発 蛍光団の貯蔵溶液を製造し、また、テトラブチルアンモニウム〔3−(3,5−
ジフェニルペンチル)フェノラート〕167mgを0.3ml(1M溶液)に溶解す ることにより、第四級フェノラートの貯蔵溶液を製造した。その後、発蛍光団の
貯蔵溶液0.067mlおよび第四級フェノラートの貯蔵溶液0.042mlをポリ
マーの貯蔵溶液2mlに加えることにより、スピンコーティーング法におけるコー
ティーングのための出発溶液(濃度−HPTS:8.37・10-5mol/l;第四 級フェノラート:2.09・10-2mol/l)を製造した。この溶液0.2mlを取 り出し、ピペットを使用して、直径18mmの清浄化した丸いカバーガラスに適用
した。該カバーガラスを、まず2000rpmで20秒間回転させ、次に9000r
pmで30秒間回転させた。該センサを、光から保護し、室温で夜通し乾燥した。
以下の表は、該センサを用いて得られた測定結果を示す。
【0084】
【表3】
【0085】 c)エチルセルロース中のテトラブチルアンモニウムフェノラート エチルセルロースの5%溶液をポリマーの貯蔵溶液として使用したことを除き
、上述した手法と同様にしてセンサを製造した。該溶液は、エチルセルロース(
Aldrich社、米国ウィスコンシン州ミルウォーキー)300mgをテトラヒドロフ ラン6mlに溶解することによって製造した。
【0086】
【表4】
【0087】 d)エチルセルロース中のテトラブチルアンモニウム〔3−(3,5−ジフェニ
ルペンチル)−フェノラート〕 エチルセルロースの5%溶液をポリマーの貯蔵溶液として使用したことを除き
、上述した手法と同様にしてセンサを製造した。該溶液は、エチルセルロース(
Aldrich社、米国ウィスコンシン州ミルウォーキー)300mgをテトラヒドロフ ラン6mlに溶解することによって製造した。
【0088】
【表5】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM ,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM) ,AL,AM,AT,AU,AZ,BA,BB,BG, BR,BY,CA,CH,CN,CU,CZ,DE,D K,EE,ES,FI,GB,GE,GH,GM,HR ,HU,ID,IL,IS,JP,KE,KG,KP, KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU,L V,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ ,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI, SK,SL,TJ,TM,TR,TT,UA,UG,U S,UZ,VN,YU,ZW Fターム(参考) 2G042 BB05 CA10 FA11 FC01 4H056 BA02 BB05 BB14 BC01 BD03 BF02E BF09F BF26F FA08

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 気体および液体媒体中の二酸化炭素の蛍光による光学測定の
    ための、キャリヤーおよびそれに適用される感光層から実質的になるセンサであ
    って、該感光層が、ベース物質としてのポリマーおよびアニオン性蛍光染料に加
    えて、第四級オニウムフェノラートを含有することを特徴とするセンサ。
  2. 【請求項2】 該感光層が、ベース物質としてのポリマーおよびアニオン性
    蛍光染料に加えて、第四級アンモニウムフェノラートをも含有する、請求項1記
    載のセンサ。
  3. 【請求項3】 該感光層が、ベース物質としてのポリマーおよびアニオン性
    蛍光染料に加えて、式I 【化1】 (式中、Xは、窒素、リンまたはヒ素であり、基R1、R2、R3およびR4は、互
    いに独立して、直鎖状または分岐鎖状の、飽和または不飽和の、非置換または置
    換されているアルキル、あるいは非置換または置換されているアラルキルをそれ
    ぞれ表し、基R5、R6、R7、R8およびR9は、互いに独立して、水素、または 直鎖状または分岐鎖状の、飽和または不飽和の、非置換または置換されているア
    ルキル、非置換または置換されているモノ−もしくはジアリールアルキル、ある
    いは非置換または置換されているアリールをそれぞれ表し;それによって、基R 1 、R2、R3およびR4の2個だけがそれぞれアリールを表すことができ、そして
    基R1、R2、R3およびR4の2または3個がいっしょになって、個々の環中に5
    〜7個の環員をもつ複素環系を形成することができ;そしてそれによって、基R 5 、R6、R7、R8およびR9のうち2個の隣接する基がいっしょになって、5〜 7個の環員をもつ、飽和、不飽和または芳香族性の環(フェニル基にオルト縮合
    されている)を形成することができる) の第四級オニウムフェノラートを含有する、請求項1または2記載のセンサ。
  4. 【請求項4】 Xが窒素である、請求項3記載のセンサ。
  5. 【請求項5】 該キャリヤーが透明な材料からなる、請求項1記載のセンサ
  6. 【請求項6】 該キャリヤーが、ポリカーボネート類またはポリアクリレー
    ト類から選択される合成材料からなる、請求項1〜5のいずれか1項記載のセン
    サ。
  7. 【請求項7】 該感光層が、ベース物質として、アクリルポリマー類、アク
    リルコポリマー類、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロ
    ピレン、ポリ−(イソブテン−コ−イソプレン)、ポリ−(4−メチルペンテン
    )、ポリウレタン類、セルロース誘導体類、ポリスチレン、ポリテトラフルオロ
    エチレン、ポリオキシメチレン、ポリエステル類、ポリジエン類、ジエン類とア
    クリロニトリルとのコポリマー類、およびポリイソプレンを含む群より選択され
    るポリマーを含有する、請求項1記載のセンサ。
  8. 【請求項8】 該感光層が、ベース物質として、ポリスチレンおよびエチル
    セルロースを含む群より選択されるポリマーを含有する、請求項1〜7のいずれ
    か1項記載のセンサ。
  9. 【請求項9】 ベース物質としてのポリマー、低い誘電定数の媒体中で活性
    化され得るアニオン性蛍光染料および活性化剤としての第四級オニウムフェノラ
    ートの含有を特徴とする感光性組成物。
  10. 【請求項10】 測定プローブにおける二酸化炭素の蛍光による光学的測定
    の方法であって、請求項1〜8のいずれか1項記載のセンサを測定プローブと接
    触させたのち、感光層中の発蛍光団の蛍光の変化を測定することを特徴とする方
    法。
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