JP2803016B2 - 多成分同時測定法 - Google Patents
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Description
外ATR法)を用いた多成分濃度の測定法に関し、特
に、水溶液中の複数種の糖質濃度を同時に測定する方法
に関する。
る試料中の成分を、赤外波数領域での成分特異吸収波数
の吸光特性から同定する定性分析の手法であるが、この
手法は定量分析にも応用されている。その基本となる法
則は次の式(I)で示すランベルト・ベールの法則であ
る。
さ、 Iは濃度c の溶液の透過光の強さ、εは吸光係数、
lはセルの厚さである。
度を測定し、予めランベルト・ベールの法則から得られ
た吸光係数を用いてその成分濃度を測定する。一方、試
料中に複数の溶質があった場合、それぞれの成分が他と
重ならない吸収を持つ時は、別々に1成分の時と同様に
して定量すればよい。吸収が重なり合う場合、全体とし
ての吸光度は濃度があまり大きくなく溶質同士の相互作
用が無視できるときには、個々の成分の吸光度の和で表
される。よって多成分を含む溶液の場合次の式(II)
が成立する。
き、二つの波数a,bで吸光度を測定し、それをAa 、
Ab とすると、次の連立方程式(III) が成立する。
方程式(III)を解いて二成分の各々の濃度を求める
ことができる。しかし、これらの式が赤外線吸収分析法
で適用されるのは、有機溶媒に溶解した試料溶液の場合
である。水を溶媒とする溶液では、赤外領域で水による
強い吸収が見られ、溶質の吸収と水の吸収の分離が非常
に困難である。このため、複数の糖類などの多成分が水
に溶解している試料溶液の場合、その多成分の濃度を同
時に精度良く測定することは極めて困難である。水など
を溶媒とする溶液中の複数の成分濃度を精度良く同時測
定できる手法が望まれている。一方、HPLC分析法で
は試料の前処理が煩雑であり、破壊検査となるなどの点
で問題があった。
外線吸光度分析について検討を行い、従来困難とされて
いた、複数の成分を含有する溶液に対して、赤外吸光度
分析方法により、同時定量分析を行う方法を見いだし
た。従って、本発明は溶液中の多成分を赤外吸光度分析
方法により同時に測定する方法、特に水溶液中の糖質の
多成分を定量分析する方法を提供することを課題とす
る。
の吸収スペクトル分析を行うことにより、物質に特異的
な吸収波数を求めることができる。例えば糖質、アルコ
ール、有機酸類には1200〜1000cm−1にC−
OH由来の伸縮振動、1150〜1070cm−1にC
−O−C由来の逆対称伸縮、1085〜1050cm
−1にC−O由来の伸縮振動、1250cm−1にC−
O由来の伸縮振動、1200〜1040cm−1にC−
O骨格の伸縮振動、1040cm−1にC−Oの伸縮振
動、925cm−1に同じくC−Oに基づく特異一吸収
が認められる。このように900〜1200cm−1の
波数領域は、糖質、アルコール、有機酸類に共通の吸収
波数であり、ここをこれらの物質の指紋領域とよび、水
の吸収とは比較的異なる吸収波数である。このような波
数領域は、化合物群によって幾つかの特異的な指紋領域
として、物質の同定に用いられてきた。このことは、赤
外線分析においては比較的良く知られていたが、この波
数領域を物質の定量に使用することはこれまで行われて
いなかった。しかしこの指紋領域を測定し、定量分析を
行うことを本発明者らは、初めて見いだしたものであ
る。
いて、定量分析を行うためには、従来から採用されてい
る透過型の分析方法では困難である。このため、赤外A
TR法を用いることにより、水の吸収と溶解している物
質の吸収波数の分離が容易となる。このようにして、水
の吸収を分離することにより、上述した指紋領域の吸収
を取り出すことが可能となり、物質の定量が可能とな
る。図1及び図2に赤外ATR法によって測定した、水
及びグルコース水溶液のそれぞれの吸収スペクトルを示
す。このスペクトルに見られるように、 900〜1200cm
-1の波数領域が、糖質、アルコール、有機酸由来の特異
吸収である。この吸収を測定することで、複数の物質の
定量分析が可能となる。
液中の糖質、アルコール、有機酸に加成性であることを
本発明者らは確認した。従って、この領域の吸光度は上
記式(II)が成立する。このことは、測定しようとす
る溶液中の成分数に応じた数の多元連立方程式を解くこ
とで、成分の濃度を測定することができることを意味す
る。本発明では、上記手法を水溶液に複数種の糖質が存
在するときの同時定量分析に用いることが有効であるこ
とがわかった。すなわち、あらかじめ、溶液中の糖質
と、特定の波数における吸光度と濃度の関係を測定した
一次式を求めて、その波数の吸光係数を求めておき、多
元連立方程式を解法することで、複数の糖質を溶解して
いる水溶液の濃度を求めることが可能となる。従って、
水溶液中の複数の糖質の濃度を測定するためには、あら
かじめ赤外線ATR法による、任意の波数における各糖
質ごとの、吸光係数を求めておけば、水溶液の赤外線A
TR吸光法によって測定を行うだけで、各糖質の濃度を
もとめることが可能となる。赤外線ATR法は、水溶液
の測定に使用できるものであれば、どのような装置でも
使用可能である。例えば、このような赤外線ATR測定
装置をインライン中に組み込むことによって、オンライ
ン非破壊分析測定装置とすることも可能である。ATR
吸収装置は、図3に代表的な構造を示すが、これ以外の
構造の装置であっても溶液の測定が可能なものであれば
使用可能である。赤外線分析装置は分散型、フーリエ変
換型いずれであっても良いが、特にフーリエ変換型が特
に好ましい。
より複数の糖質を同時に定量分析する方法はこれまで報
告や、発表されたことがない全く新しい考えである。本
発明の実施例は水溶液の例を示すが、溶媒と溶質のそれ
ぞれのATR吸収波数で分離可能な波数の組み合わせを
選択することによって、多種類の溶液中の複数種の糖質
濃度の同時測定が可能となる。以下に実施例を示し、本
発明をさらに詳細に説明する。
果糖の混合溶液の濃度を測定した例を示す。赤外分光計
はパーキンエルマー社製の1600型フーリエ変換赤外分光
分析計を使用し、この装置にATR装置として、ZnS
eガラス製液体測定用セルを取り付けたGRASEBY
SPECIAL LIMIT社製のものを取り付けた
装置を使用した。このセルは、厚み 3.8mm、長さ59.2
mm、45°カットのものを使用した(図3)。これとコ
ンピューター(SONY RCT-300)を接続して、ソフトウエ
アにIRデータマネージャ(PERKIN ELMER IRDM)を用い
て測定した。 なお,測定は25°Cの温度で行った。
この条件下で、赤外ATR法によって水の吸収スペクト
ルと、ブドウ糖、ショ糖、果糖の試料溶液の吸収スペク
トルを測定し、その水との差スペクトル測定した。任意
の測定波数として1038.2、1062.8、1153.3cm-1を選択
したが、これは混合溶液の吸収ピークから選択した。各
波数における吸光度を体積モル濃度に対してプロット
し、検量線を作成した。ブドウ糖水溶液の1038.2、106
2.8、1153.3cm-1の各波数における吸光度と体積モル
濃度との関係を図4に示した。各波数における吸光度と
体積モル濃度との関係は直線とみなすことができた。こ
のため、直線回帰係数を求めることができた。同様にし
て、ショ糖、果糖についても直線回帰係数を求めた。
の1038.2、1062.8、1153.33cm-1の波数における回帰
係数は次の表1のようになった。
各果汁成分を想定し、ブドウ糖、ショ糖、果糖を用いて
所定濃度になるよう仮想の模擬果汁を調製した。ここで
いう所定濃度は、緒方邦安編「青果保蔵汎論 (建帛社,
1977)」に開示されている、各果汁の糖分濃度に従って
調整したものである。このようにして調整した模擬果汁
の内、もも模擬果汁の 900〜1300cm-1の波数におけ
る、赤外ATRスペクトルの差スペクトルを測定した結
果を図5に示した。この図に示したパターンと類似の吸
収パターンを各模擬果汁液は示した。この差スペクトル
の1038.2、1062.8、1153.3cm-1における吸光度を表2
に示した。
して、次のような連立方程式式4を導くことができた。
係数、cは体積モル濃度、1、2、3は1038.2、1062.
8、1153.3cm-1の波数を意味している。g、s、fは
それぞれブドウ糖、ショ糖、果糖を示す。
し、みかん、りんご、ももの各模擬果汁のブドウ糖、シ
ョ糖、果糖の各体積モル濃度を得ることが出来た。その
結果を表3から表5に示す。
発明の赤外ATR法による測定濃度とは非常に良く一致
した。本発明による測定法により模擬果汁試料溶液のブ
ドウ糖、ショ糖、果糖の濃度を精度よく同時に測定でき
ることが明らかとなった。
よびオレンジジュースの糖成分の濃度を測定した例を示
す。 (1)乳酸菌飲料 乳酸菌飲料には構成する糖質として、乳糖、ブドウ糖、
果糖、ショ糖が含有されていることが確認されている。
図6に乳酸菌飲料の赤外線ATR法による吸収スペクト
ルと水の吸収スペクトルの差スペクトルを示した。実施
例1と同様な装置を用いて、ブドウ糖,ショ糖、果糖お
よび乳糖に関して0〜2.0 mol/lの濃度範囲で、そ
れぞれの溶液を調整し、赤外ATR法で、1033cm-1、
1053cm-1、1063cm-1、1074cm-1の波数で、実施例
1と同様のモル濃度当たりの吸光度の関係を示す検量線
を作成した。この検量線も実施例1と同様に直線とな
り、同様にして直線回帰係数を求めた。この回帰係数を
表6に示した。
ス、雪印ローリ株式会社製)の吸収スペクトルを測定
し、その吸光度を求めた。吸光度の測定結果を次の表7
に示した。
I) に基づいてl=1として、次のような連立方程式
(V)を導くことができた。
3、4は1033、1053、1063、1074cm-1の波数を意味し
ている。aは吸光係数、cは体積モル濃度、g、s、
f、lはそれぞれブドウ糖、ショ糖、果糖、乳糖を示
す。
成分の濃度を得ることができる。このようにして得た本
発明法の測定結果と、各構成糖をHPLC分析法によっ
て得た結果を表8に示した。
一致した。
には構成する糖質として、ブドウ糖、果糖、ショ糖が含
有されていることが確認されている。実施例2(1)で
測定した検量線の内、1033cm-1、1053cm-1、1063c
m-1、の波数で測定した回帰係数を用いて分析を行うこ
ととした。この3波数で測定した吸光度を表9に示し
た。
オレンジジュース中の各糖濃度を求めた。また上記実施
例1(1)と同様に、HPLCにより糖濃度を測定し
た。このようにして得た測定結果と、各構成糖をHPL
C分析法によって得た結果を表10に示した。
値はHPLC分析値に良く一致した。
液中の多成分の同時、非破壊分析が可能となる。特に、
900〜1200cm−1の波数を測定に用いることに
より、複数種の糖質の同時測定が可能となる。
を示す。
を示す。
線を示す。
との差スペクトルを示す。
との差スペクトルを示す。
Claims (2)
- 【請求項1】 複数種の糖質を含有する溶液に対し、含
まれる糖質の数と同じかまたはそれ以上の任意の数の赤
外線吸収波数で、赤外ATR法により糖質特有の指紋領
域の吸光度を測定し、あらかじめそれぞれの糖質単独
で、それぞれの選択された任意の各波数における、赤外
ATR法による吸光度と各糖質の濃度との間で成立する
直線回帰関係から回帰係数を求め、この回帰係数を含
み、各糖質の濃度と吸光度の関係を表す多元一次連立方
程式をたて、この連立方程式を解くことにより複数種の
糖質の濃度を同時に求めることを特徴とする赤外線AT
R法による複数種の糖質を含有する糖質濃度の測定方
法。 - 【請求項2】 複数種の糖質を含有する溶液が水溶液で
ある請求項1記載の方法。
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