JP2003513979A - 工業水系に用いる蛍光化合物 - Google Patents
工業水系に用いる蛍光化合物Info
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Abstract
Description
業水系において、不活性トレーサーとして用いるために、耐久性のテストを経て
いる。さらに、この蛍光化合物を製造するための選択的な工程を提供する。
とは1980年代後半から知られている。
冷水塔である。これは、水を熱交換の目的で用いている。このようなシステムに
おいて処理剤の使用を最適化し、さらに、システムにおける水の状態を全体的に
良好な状態に保つことを保証することは、システムにおいて維持されることであ
り、システムに添加する量を前もって環境に対する適用量として決定することに
有利である。もし、処理剤を使用すると、塩が析出し、侵食が急速に生じるかも
しれない。もし過剰に処理剤を加えると、コスト的に無駄が生じるであろう。
を構成しこれをトレーサーとして用いることを通して、流水にある一定量の処理
剤を加え、連続的にモニタリングする方法が確立されている。これらの特許には
、ここで繰り返す必要のない従来技術が記載されており、それらの内容をもって
ここに記載したこととする。
、システム中では不活性でなけらばならない。不活性蛍光化合物トレーサーとし
て作用させることが可能な化合物はいくつか知られている。しかしながら、その
ような化合物は、豊富にはない。その結果、工業水系において作用させることが
可能な付加的な不活性蛍光トレーサーの開発が望まれており、特に酸化殺生物剤
を含むような工業水系においては要望が高い。
は、いずれか一方が、SO3Mであり、他方がCOOMであり、前記Mは、H、
Na、K、Rb、Cs、Liまたはアンモニウムからなる官能基から選択される
ことを特徴とする化学式Iで示す蛍光化合物を提供する。
両方とも、SO3Mであるか、または、いずれか一方が、SO3Mであり、他方
がCOOMであり、前記Mが、H、Na、K、Rb、Cs、Liまたはアンモニ
ウムからなる官能基から選択され、さらに、化学式IIに示す縮合1,8−ナフ
タル酸無水物を含有し、かつ、化学式IIIに示すo−フェニレンジアミンを有
しており、R1およびR2は予め決められていることを特徴とする化学式Iに示
す化合物を有する蛍光化合物の準備工程を提供する。
、または、いずれか一方が、SO3Mであり、他方がCOOMであり、前記Mが
、H、Na、K、Rb、Cs、Liまたはアンモニウムからなる官能基から選択
され、化学式IVに示す化合物は、R1が予め決定されているo−アミノ−ニト
ロ芳香剤を、化学式IIに示す化合物である、R2が予め決定されている好適な
1,8ナフタル酸無水物を用いて縮合したものであり、前記縮合は、好適な還元
剤を用いてニトロ基の還元を自然の状態で行う方法により行うことを特徴とする
化学式Iに示す化合物の製造方法を提供する。
は、いずれか一方が、SO3Mであり、他方がCOOMであり、前記Mが、H、
Na、K、Rb、Cs、Liまたはアンモニウムからなる官能基から選択される
化学式Iに示す化合物は、工業水系における不活性蛍光トレーサーとして用いる
ことを特徴とする化学式Iに示す化合物の用途を提供する。
のナフタルイミド−ベース化合物は、蛍光剤ばかりでなく、漂白剤、塩素、臭素
、安定塩素、安定臭素のような酸化殺生物剤の存在下において安定である。従っ
て、これらのあるナフタルイミド−ベース化合物は、特に、漂白剤および/また
は安定臭素を含む工業水系において不活性蛍光トレーサーとして有用である。
ジアミンを用いて、適切な作用を及ぼす1,8−ナフタル酸無水物の中に、縮合
をすることにより容易に調整することができる。それらは、好適な機能を有する
1,8−ナフタル酸無水物を、本発明において還元剤として好ましいo−アミノ
−ニトロ芳香族を用いて縮合することにより、調整することができる。
ある。
方が、SO3Mであり、他方が、COOMとなる。また、このMとは、H、Na
,K,Rb,Cs,Liまたはアンモニウムからなる官能基から選択される。
な置換o−フェニレンジアミンを用いて縮合する一工程により調整することがで
きる。本発明に適した蛍光化合物を準備するために好ましい置換1,8−ナフタ
ル酸無水物は、化学式IIのグループから選択されるものである。
、4−スルホ1,8−ナフタル酸無水物、ナトリウム塩である。この化学式II
は、Aldrich Chemical Company,P.O.Box 2060,Milwaukee,WI 53201 USA 電話番
号(414)273-3850,(800)558-9160から入手可能である。
類似するものが、以下の化学式IIIである。
3,4−ジアミノ安息香酸であり、これもAldrich社から入手可能である。また
、R1がSO3Mの時は、化学式IIIは、3,4−ジアミノベンゼンスルホン
酸であり、これは、Bayer AG,Organic Chemicals Business Group,Marketing,Le
verkusen,D-51368,Germany,電話番号+49 214 30-8514から入手可能である。
好適な置換o−フェニレンジアミンを縮合させる一工程で調整することができる
。
を用いて縮合することができ、さらに、そのような縮合は、鉄粉に限られない還
元剤を用いて自然な状態でニトロ官能基を還元するようにし行われる。R1がS
O3Mである時、化学式IVは、o−ニトロアニリン−p−スルホン酸(および
その塩)また、それは、Bayer AGから入手可能である。R1がCOOHである時
、化学式IVは、4−アミノ−3−ニトロ安息香酸となる。これは、ACROS Orga
nicsから入手可能である。ACROS Organicsとは、Fisher Scientificの一部所で
あり、600 Business Center Drive,Pittsburg PA 15205 電話番号1-800-227-670
1である。R1がSO3Mの時は、化学式IVは、2−ニトロアニリン−4−ス
ルホン酸およびその塩であり、これは、TCI America,9211 North Harborgate St
reet,Portland OR 97203,電話番号800-423-8616から入手可能である。
周波数)の電子(エネルギー)が再放出されることと定義される。吸収と放射(
放出)の両方のエネルギーは、蛍光工程の特別な分子(構造)の独自の特性であ
る。光が電子によって吸収されると、電子が高電子状態に励起する。そして、電
子は約10−8秒間そのままの状態を維持し、過剰エネルギーの全ては、電子同
士が衝突することによって失われなく、電子は基底状態に戻る。エネルギーは、
電子が基底状態に戻る際放出される。そのストークスシフト(Stokes'shift)は
、吸収光および放出光の間の波長とは異なる。その放出波長は、常に入射波長よ
りも長いか等しいかであり、これはエネルギーを保存しているからである。その
違いは、材料の分子格子の中に熱として吸収される。
異常の蛍光シグナル励起値を有している。これは、このような化合物が、Nalco
Chemical Companyの不活性トレーサーである1,3,6,8、−ピレンテトラス
ルホン酸テトラナトリウム塩(PTSA)とは、異なる蛍光シグナルを持ってい
るからである。PTSAはNalco Chemical Company,one Nalco Center,Napervil
le,IL 60563,電話番号(630)305-1000から入手可能である。これにより、現特許
請求の範囲の化合物を、モニタリングのためにPTSAと共に用いることが可能
となり、さらに工業水系における目的を制御することができる。というのも、そ
れらの蛍光シグナルは、PTSAの蛍光シグナルと重なることはないからである
。
30nmの範囲内で励起および最大放出を示す。この広い分光操作の範囲内であ
れば、不活性蛍光トレーサーとしてのこれらの化合物の機能を高めるであろう効
果を奏する。加えて、励起と最大放出(ストークスシフト)の大きな違いは、バ
ックグラウンドの水素原子による影響を最小限にする効果を及ぼすかもしれない
。これは、これだけの大きさのストークスシフトを有しているものはないからで
ある。
に使用することが可能である。そのようなシステムの例としては、冷水塔システ
ム(開再循環、閉および貫流システムを含む);石油井戸、石油井戸の形成、地
熱井戸およびその他の油田での使用;ボイラーおよびボイラー水システム、無機
洗浄を含む選鉱水、浮遊選鉱および善行(benefaction);製紙工場の蒸解釜、洗
浄器、漂白装置および白水システム;パルプ工場での黒液蒸発器;ガス集塵器お
よび空気清浄器;冶金工場での連続鋳造工程;空気調整および冷蔵庫システム;
工業および石油精製水;低温殺菌または加熱殺菌のような間接的接触による冷却
および加熱水;水の再生利用および浄化システム;膜ろ過水システム;食品加工
廃液(肉、野菜、甜菜、さとうきび、穀物、鶏肉、果物、大豆のような食品の加
工);浄化器、液相固相アプリケーション(liquid-solid applications)、地
方自治体の下水処理および工業水系および地方自治水系のような排水処理システ
ム等が挙げられる。
に応じて最少量の蛍光化合物を使用することが一般的に好適である。もちろん、
用水に加えられる蛍光化合物の量は、実行する蛍光シグナル測定に効果的な量で
あることが少なくとも要求されることは理解される。一般的に、用水におけるサ
ンプリング段階での不活性蛍光化合物のシステム濃度は、少なくとも0.01p
pb以上10ppm以下程度にすべきである。また、好ましい蛍光化合物の濃度
は、50ppb〜500ppbであり、その中でも、100ppb〜400pp
bであることが好ましい。もちろん、用水に対する不活性蛍光化合物の濃度が1
0ppm以上であっても、化合物の蛍光シグナルを検知することは可能であるが
、10ppm以上とすると、不活性蛍光化合物を過剰に使用するため無駄である
。
におけるあらゆる化学現象に対し、または、冶金合成物、微生物活性、殺生物剤
濃度、熱変換または総熱容量のような様々なシステムパラメータに対し、反応お
よび充分に影響を受けないことを表している。未反応または充分な影響を受けな
いことによって意味されることを定めるために、一種類の不活性蛍光化合物が通
常の工業水系の状況下で、その蛍光シグナルにおいてたった10%だけしか変化
しないこととする。通常の工業水系における状況下とは、工業水系分野の当業者
にとって公知の状態を指す。
蛍光シグナルの変化を、10%以上にすることは可能である。例えば、現特許請
求の範囲の化合物のうちの一種類(ジスルホナフタルイミドまたはDSN)が4
2000ppm以上のピロリン酸(PO4)、または、34000ppm以上の
ナトリウムイオン(Na+)と接触させると、その蛍光シグナルは10%以上を
示すであろう。また別の現特許請求の範囲の化合物(カルボキシスルホナフタル
イミドまたはCSN)では、3100ppmの二酸化ケイ素(SiO2)、また
は、41000ppm以上のナトリウムイオン(Na+)と接触させると、その
蛍光シグナルは10%以上を示すであろう。
、不活性な状態を維持したまま検出される。しかしながら、これらの化合物の不
活性さは、pHの変化に応じて変わる。DSNは、2〜9のpH範囲内では、不
活性状態で検出され、CSNは、5〜10のpH範囲内で不活性状態として検出
される。したがって、これらのpHに併せて水系のpHを調節することにより、
DSNおよびCSNの両方ともが効果的な不活性さを示す状態で検出される。
活性であることが分かっている。その結果、微生物の活動を最小限に抑えるため
の酸化殺生物剤を用いるシステムにおいて特に有用である。
および利用を可能とする。本発明は、多少なりとも以下の実施例に限定されない
。
の調整 100mlの丸底フラスコに4−スルホ−1,8−ナフタル酸無水物、カリウ
ム塩を3.16重量部、;3−ニトロ−4−アミノベンゼンスルホン酸、ナトリ
ウム塩を2.40重量部;鉄粉を1重量部および氷酢酸を30重量部を入れる。
その混合物を6時間力強く攪拌しながら還流する。次いで、冷却、ろ過、脱イオ
ン水およびイソプロパノールによる洗浄さらに、真空中で乾燥させることにより
オレンジのような黄色の固体が集められ、4.21重量部のタイトルの化合物を
得る。この未精製の化合物4重量部さらに、100重量部の沸騰メタノールに入
れ攪拌し、この懸濁液をろ過することによりさらに精製する。加えて、これを真
空中で乾燥させることにより3.65重量部の濃いオレンジ色の化合物が得られ
る。
O3Kであるカルボキシスルホナフタルイミド(CSN)の調整 100mlの丸底フラスコに4−スルホ−1,8−ナフタル酸無水物、カリウ
ム塩を3.16重量部;3,4−ジアミノ安息香酸を1.55重量部、氷酢酸を
30重量部を入れる。その混合物を6時間力強く攪拌しながら還流する。そして
、懸濁液が黄褐色から光沢のない黄色に変化してきたら、冷却、ろ過、脱イオン
水による洗浄さらに、真空中で乾燥させることにより黄色の固体が集められ、4
.10重量部のタイトルの化合物を得る。
イオン水に懸濁し、炭酸カリウムを加えることにより、弱アルカリ性となる。
オンとが所望の量に調整され、所望のpHを呈する試験水を準備する。360p
pmのCa(CaCO3として)、200ppmのMg(CaCO3として)、
300ppmのアルカリ性(CaCO3として)およびCaCO3が析出するの
を防止する15ppmのホスホン酸塩を上記試験水は含んでいる。上記試験水は
、HCLおよびNaOHでpHを調整し、テストでは、pHを9に調整した。
lの試験水を各々の試験管に加え、一つの試験管(ラベルB)には、1200p
pmの漂白液を30μL加え、二番目の試験管(ラベルS)の試験管には、12
00ppmの液状の安定臭素水溶液(Nalco Chemical CompanyからSTA-BR-EXTM
として入手可能)を30μL加えた。さらに、3番目の試験管(ラベルN)には
、蒸留水を30μL加えた。
、その後、同時に蛍光分析を行う。24時間暗闇に静置し、24時間後の蛍光測
定では、リファレンスのサンプルとしてラベルNを用いた。その蛍光の%数値か
ら、酸性殺生物剤の存在量における%蛍光消費量を以下の式に基づいて計算した
。
サである1−メトキシピレン−3,6,8−トリスルホン酸、トリナトリウム塩
(Molecular Probes,4849 Pitchford Avenue,Eugene,Oregon 97402 電話番号(54
1)465-8300)およびピレン−1,3,6,8−テトラスルホン酸テトラナトリウ
ム塩(PTSA)を用いた。
物剤に対し安定であることが示唆される。その結果、冷却水システムにおいて、
本発明の蛍光化合物は有用であり、さらに、酸性殺生物剤存在下で安定であり、
380nm以上で励起するのは、本発明の蛍光化合物以外では見当たらない。
示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構
成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技
術的範囲に包含される。
Claims (18)
- 【請求項1】 R1およびR2が両方とも、SO3Mであるか、または、
いずれか一方が、SO3Mであり、他方がCOOMであり、前記Mは、H、Na
、K、Rb、Cs、Liまたはアンモニウムからなる官能基から選択されること
を特徴とする化学式Iで示す蛍光化合物。 【化1】 - 【請求項2】 化学式Iに示す化合物は、R1およびR2が両方とも、S
O3Mであるか、または、いずれか一方が、SO3Mであり、他方がCOOMで
あり、前記Mが、H、Na、K、Rb、Cs、Liまたはアンモニウムからなる
官能基から選択され、さらに、化学式IIに示す縮合1,8−ナフタル酸無水物
を含有し、かつ、化学式IIIに示すo−フェニレンジアミンを有しており、R 1 およびR2は予め決められていることを特徴とする化学式Iに示す化合物を有
する蛍光化合物の準備工程。 【化2】 【化3】 【化4】 - 【請求項3】 R1およびR2が両方とも、SO3Mであるか、または、
いずれか一方が、SO3Mであり、他方がCOOMであり、前記Mが、H、Na
、K、Rb、Cs、Liまたはアンモニウムからなる官能基から選択され、化学
式IVに示す化合物は、R1が予め決定されているo−アミノ−ニトロ芳香剤を
、化学式IIに示す化合物である、R2が予め決定されている好適な1,8ナフ
タル酸無水物を用いて縮合したものであり、前記縮合は、好適な還元剤を用いて
ニトロ基の還元を自然の状態で行う方法により行うことを特徴とする化学式Iに
示す化合物の製造方法。 【化5】 【化6】 【化7】 - 【請求項4】 R1およびR2が両方とも、SO3Mであるか、または、
いずれか一方が、SO3Mであり、他方がCOOMであり、前記Mが、H、Na
、K、Rb、Cs、Liまたはアンモニウムからなる官能基から選択される化学
式Iに示す化合物は、工業水系における不活性蛍光トレーサーとして用いること
を特徴とする化学式Iに示す化合物の用途。 【化8】 - 【請求項5】 R1およびR2が両方ともSO3Mであることを特徴とす
る請求項1に記載の蛍光化合物。 - 【請求項6】 R1がSO3Mであり、R2がCOOMであることを特徴
とする請求項1に記載の蛍光化合物。 - 【請求項7】 R1がCOOMであり、R2がSO3Mであることを特徴
とする請求項1に記載の蛍光化合物。 - 【請求項8】 R1およびR2が両方ともSO3Mであることを特徴とす
る請求項2に記載の蛍光化合物の製造方法。 - 【請求項9】 R1がSO3Mであり、R2がCOOMであることを特徴
とする請求項2に記載の蛍光化合物。 - 【請求項10】 R1がCOOMであり、R2がSO3Mであることを特
徴とする請求項2に記載の蛍光化合物。 - 【請求項11】 R1およびR2が両方ともSO3Mであることを特徴と
する請求項3に記載の蛍光化合物の製造方法。 - 【請求項12】 R1がSO3Mであり、R2がCOOMであることを特
徴とする請求項3に記載の蛍光化合物の製造方法。 - 【請求項13】 R1がCOOMであり、R2がSO3Mであることを特
徴とする請求項3に記載の蛍光化合物の製造方法。 - 【請求項14】 R1およびR2が両方ともSO3Mであることを特徴と
する請求項4に記載の蛍光化合物の用途。 - 【請求項15】 R1がSO3Mであり、R2がCOOMであることを特
徴とする請求項4に記載の蛍光化合物の用途。 - 【請求項16】 R1がCOOMであり、R2がSO3Mであることを特
徴とする請求項4に記載の蛍光化合物の用途。 - 【請求項17】 前記工業水系は、冷却塔であることを特徴とする請求項
4に記載の蛍光化合物の用途。 - 【請求項18】 前記工業水系における前記蛍光化合物の濃度は、おおよ
そ0.01ppb以上10ppm以下の範囲内であることを特徴とする請求項4
に記載の蛍光化合物の用途。
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