JP3121813U - 塩素イオンセンサ、その製造方法及びそのセンサを用いた生化学自動分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】塩素イオン用のリガンドとして、有機金属化合物であるランタノイド錯体を用いた選択性及び電位応答性が優れているイオンセンサを提供することにある。
【解決手段】高分子物質を支持膜とし、可塑剤，添加剤及び塩素イオン感応物質から構成される塩素イオン感応膜において、塩素イオン感応物質が大環状のポリエチレンエーテル骨格を有する有機化合物のランタノイド錯体またはその誘導体であることを特徴とする塩素イオン感応膜。
【選択図】図１

Description

本考案は、生体液中のイオン分析に使用する上で好適なイオンセンサに係り、特に、塩素イオンをポテンショメトリックに測定する分析に適したイオンセンサに関するものである。

イオンセンサは溶液中の特定のイオン濃度を選択的に定量できるという特徴があり、特定イオンの濃度モニタ，水質分析などの広い分野において使用されている。特に、医療分野では血液や尿などの生体液に含まれるイオン、例えば塩素イオン，カリウムイオンなどの定量分析に応用されている。これは、生体液中の特定のイオン濃度が生体の代謝反応と密接な関係にあることに基づいており、該イオン濃度を測定することにより、高血圧症状，腎疾患，神経症害などの種々の診断を行うものである。イオンセンサは対象とするイオンの活量ａとイオンセンサが示す電位Ｅとの間に
Ｅ＝Ｅ０＋２.３０３（ＲＴ／ＺＦ）logａ
のような活量の対数と電位の変化とが比例する関係が成立し、電位の測定値から目的とするイオンの活量が簡単に計算できる。上式においてＲは気体定数、Ｔは絶対温度、Ｚはイオン価、Ｆはファラデー定数、Ｅ０は系の標準電極電位である。このようにイオンセンサを用いれば、電位を測定するだけで広い濃度範囲でのイオンの定量が可能となる。

塩素イオン感応物質（リガンド）に第４級アンモニウム塩を用いる場合、陰イオンに対する選択性はイオン感応膜と試料溶液間のイオンの分配性に依存しており、選択性の序列はイオンの水和性に関するいわゆるホフマイスター系列と一致する。よって、リガンドに第四級アンモニウム塩を用いる限り、この序列に支配されない高選択性電極の開発は難しい。これまで高分子支持液膜型電極では可塑剤や添加剤の種類及び組成比を変えることで、ホフマイスター系列の範囲内で特性の最適化が行われてきた。（例えば非実用新案文献１）。塩素イオン感応物質に用いる第４級アンモニウム塩には数多くの種類が存在するが、炭素数１８のアルキル鎖を有するテトラオクタデシルアンモニウム塩を用いたセンサは選択性が非常に優れている。この高分子支持液膜型感応膜を用いたセンサは膜の主成分として親油性の高いエステル，アルコール及びポリ塩化ビニルなどを使用するため、水分の透過性が低く内部溶液中の水分移動が起こり難く、内部溶液組成は安定に保たれる。しかし感応物質や可塑材等の溶出が起こりやすく、センサの電位が不安定になるという課題が残されている。

実用新案文献１や実用新案文献２には塩素イオン感応物質である第４級アンモニウム塩を高分子マトリックスに固定したイオン交換膜を用いるセンサが記載されている。感応物質が固定されているため溶出はほとんど無く、電極のスロープ感度安定性は高いと考えられる。陰イオン用イオン交換膜のイオン交換基には主に第四級アンモニウム塩が使用されているが、高分子支持液膜型電極と同様に可塑剤や高分子重合度などの諸条件を変えることで多用な特性を有する膜が開発されている。イオン交換膜は低インピーダンス，高速応答，スロープ感度の安定性が高いなどの長所を有するが、臨床検査装置に適用するにはイオン選択性が若干低い。このため、イオン交換膜をメタフェニレンジアミン溶液及びホルムアルデヒド−無機酸混合液にて処理することにより、イオン交換膜表面に疎水性薄膜を形成させて選択性及び安定性が高い塩素イオンセンサが得られることを見いだした（実用新案文献３）。

塩素イオン用のイオン感応物質には、上述した第４級アンモニウム塩以外に、金属ポルフィリン化合物，有機水銀化合物（非実用新案文献２），ランタノイド化合物（非実用新案文献３）など多数の塩素イオン感応物質が報告されている。リガンドに第４級アンモニウム塩を用いた場合、選択性は前述したホフマイスター系列に従うが、金属化合物では選択性は必ずしもイオンの水和エネルギーの大きさに影響されない。よって選択性はホフマイスター系列に従わず、第４級アンモニウム塩に比べて極めて高い選択性を有するものがある（非実用新案文献３）。しかしながら一般的に金属化合物を用いた電極は電位の安定性・応答性が必ずしも十分ではない。

特開昭５７−４０６４２号公報 特公平２−１３２６２号公報 特開平１０−３１８９７３号公報 Mikrochimica Acta ［Wien］ 1984 III、1-16 Anal.Chim.Acta、1993、271、135. Chem.Commun．、2003、2238．

塩素イオン用のリガンドには第４級アンモニウム塩，ニュートラルキャリア及び有機金属化合物などが報告されている。塩素イオンと金属錯体を形成する有機金属化合物では選択性はホフマイスター系列に従わないため、第４級アンモニウム塩よりイオン選択性は優れている。しかしながら有機金属化合物を用いた電極には電位の安定性・応答性が不十分という課題が残されている。

本考案の目的は、塩素イオン用のリガンドとして、有機金属化合物であるランタノイド錯体を用いた選択性及び電位応答性が優れているイオンセンサを提供することにある。

上記目的を達成するための本考案の構成は以下の通りである。
（１）高分子物質を支持膜とし、可塑剤，添加剤及び塩素イオン感応物質から構成される塩素イオン感応膜において、塩素イオン感応物質が大環状のポリエチレンエーテル骨格を有する有機化合物のランタノイド錯体またはその誘導体であることを特徴とする塩素イオン感応膜。
（２）高分子物質を支持膜とし、可塑剤，添加剤及び塩素イオン感応物質から構成される塩素イオン感応膜において、塩素イオン感応物質が半径０.１ｎｍ 以上の大環状のポリエチレンエーテル骨格を有する有機化合物のランタノイド錯体またはその誘導体であることを特徴とする塩素イオン感応膜。
（３）高分子物質を支持膜とし、可塑剤，添加剤及び塩素イオン感応物質から構成される塩素イオン感応膜において、塩素イオン感応物質がランタノイド（１８−クラウン−６）であることを特徴とする塩素イオン感応膜。

（４）高分子物質を支持膜とし、可塑剤，添加剤及び塩素イオン感応物質から構成される塩素イオン感応膜において、塩素イオン感応物質がランタノイドベンゾ（１８−クラウン−６）またはその誘導体であることを特徴とする塩素イオン感応膜。

（５）高分子物質を支持膜とし、可塑剤，添加剤及び塩素イオン感応物質から構成される塩素イオン感応膜において、塩素イオン感応物質がランタノイドジベンゾ（１８−クラウン−６）またはその誘導体であることを特徴とする塩素イオン感応膜。

（６）請求項１〜５のいずれかに記載の塩素イオン感応膜を具備することを特徴とする電界効果型トランジスタ。
（７）請求項１〜５のいずれかに記載の塩素イオン感応膜を、試料流路の壁面に設けられた小孔に前記流路の内面に向かって凸になるように一方向に湾曲した曲率をつけて、少なくとも一部を露出させて配置したことを特徴とする塩素イオンセンサ。
（８）請求項１〜７のいずれかに記載のイオンセンサを備えた生化学自動分析装置。

上記では「大環状のポリエチレンエーテル骨格を有する有機化合物」と表現しているがそれらの混合物を用いることを排除しているものではない。また、許容範囲内での不純物の混入はもちろん許される。

本考案の塩素イオンセンサは、塩素イオン用のリガンドとして有機金属化合物であるランタノイド錯体を用いるため選択性及び電位応答性が優れている塩素イオンセンサが得られる。

周期表において、ランタン以降の１４元素はランタノイドとして知られている。ランタノイドには、以下の元素が含まれる：セリウムＣｅ，プラセオジムＰｒ，ネオジムＮｄ，プロメチウムＰｍ，サマリウムＳｍ，ユーロピウムＥｕ，ガドリニウムＧｄ，テルビウムＴｂ，ジスプロシウムＤｙ，ホルミウムＨｏ，エルビウムＥｒ，ツリウムＴｍ，イッテルビウムＹｂ，ルテチウムＬｕ。ランタノイドは化学的性質が互いに非常に類似しており、三価のカチオンとなってイオン性化合物を形成する。ランタノイド(III) イオンの重要な性質は、ランタノイド収縮と呼ばれるもので、原子番号が大きくなるに連れてイオン半径が減少するという性質である。現在、多くのランタノイド錯体が知られている。ランタノイドは単結合を生じるリガンド（ハロゲンや水分子）と高イオン性錯体を形成する。

類似したイオン径のＡｍ(III)，Ｃｍ(III)等の３価アクチノイドイオンや３価ランタノイドイオンの相互分離は溶媒抽出の研究課題の一つであり、大きな配位数を持つこれらイオンの相互分離に有望な手法として研究されている。溶媒抽出法は冶金，原子力，分析化学などの分野でアクチノイドやランタノイドの分離法として広く用いられている。クラウンエーテルは、その空孔径に近いイオン径を持つ金属イオンと選択的に錯体を形成する機能を持つ中性抽出剤である。このいわゆるサイズ効果に基づくアルカリ金属イオンや、アルカリ土類金属イオンの高選択的溶媒抽出がよく知られている。

Ａｍ(III)，Ｃｍ(III)などの３価アクチノイドイオンや３価ランタノイド、特に原子番号の小さい軽ランタノイドイオンのイオン径はｌ８−クラウン−６−エーテル（１８Ｃ６）の空孔径よりもわずかに小さく、ｌ８Ｃ６とこれら金属イオンとの特異的な錯体形成に基づく選択的な溶媒抽出分離が期待される。しかし、１８Ｃ６とこれらイオンとの陽イオン性錯体のイオン対抽出では、サイズ効果に基づく選択的な抽出分離は達成されていない。

クラウンエーテルなどによる金属イオンの抽出はイオン対抽出と呼ばれている。これは機能性大環状化合物，ＤＣ１８Ｃ６（ジシクロヘキシル−１８−クラウン−６）などのクラウンエーテルによる金属陽イオン（Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｒｂ，Ｃｓなど）の抽出は、一般に、クラウンエーテル（ホスト）の内孔の大きさと金属イオン（ゲスト）の大きさとの適合性に基づく特異的で選択的な錯形成による金属イオンの効率的な抽出分離を目指すものであり、有機対陰イオン（ピクリン酸塩，染料，β−ジケトンなど）及び無機対陰イオン（Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｃｏなどの金属ハロゲン化物及びチオシアン酸イオン、Ｃｒ，Ｍｎ，Ｍｏ，Ｗなどの酸素酸イオン）との疎水性の超分子錯体の生成を用いる場合が多い。そのため、クラウンエーテルの環の大きさと金属イオン半径のサイズ適合性を基礎として、配位子の立体効果及び塩基性に基づく実用的な抽出分離分析法を開発がなされている。このようにアルカリ金属イオンやアルカリ土類金属イオンの溶媒抽出研究においてはクラウンエーテルは優れた選択性を示しているが、ランタノイドイオンに対しては明確なサイズ効果が得られていない。

ランタノイドの溶媒抽出研究では、ランタノイドとキレート錯体を形成する化合物としてはＴＴＡ（テノイルトリフルオロアセトン）などのβ−ジケトンのキレート剤が一般的に用いられる。クラウンエーテルではキレート錯体を形成するがサイズ効果が見られない。ランタノイドのイオン半径に基づく分離を行うにはＴＴＡが優れているが、キレート錯体を形成するという観点ではＴＴＡの他にクラウンエーテルを挙げることができる。

前述したようにランタノイドはハロゲンとイオン性錯体を形成することができる。特に塩素イオンに対する選択性が高い（非実用新案文献３）。つまりランタノイドのこのような性質を利用してイオンセンサ用のリガンドとして用いることが可能と考えられる。ランタノイドをキレート錯体として用いるとイオンセンサのイオン感応膜材料として適用可能であると考えられる。

ランタノイドとキレート錯体を形成する化合物としてβ−ジケトン型キレート剤であるＴＴＡやクラウンエーテルを用いることができる。溶媒抽出研究ではキレート剤にクラウンエーテルを用いた場合にはサイズ効果が見られないが、イオン感応膜材料として用いる場合は配位金属による塩素イオン選択性が異なるため、最も選択性に優れているＥu(III)に合わせた大きさを有する１８−クラウン−６が好適である。しかし、大きさが異なる
１５−クラウン−５や２４−クラウン−８を選んでも塩素イオン用のイオン感応膜として利用することが可能である。

１４種類のランタノイドはイオン半径が０.０９８５〜０.１１４３ｎｍであるが、イオンセンサにおける塩素イオン選択性で最も良好なランタノイドはＥｕ(III) であった。他のランタノイドを用いた場合でも第４級アンモニウム塩を用いたイオンセンサにおける塩素イオン選択性よりも優れており、特にＥｕに限定するものではない。

イオン感応膜は母材，ランタノイド錯体，可塑剤，添加剤などを有機溶媒に溶解させ、キャスト膜とすることで製造できるが、各々の材料をイオン感応膜中に均一に分散させるためにはある程度疎水性が高い方が都合がよい。特にキレート剤であるクラウンエーテルは膜内に均一に分散していることが望ましい。ベンゾ１８−クラウン−６（Ｂ１８Ｃ６）やジベンゾ１８−クラウン−６（ＤＢ１８Ｃ６）では側鎖に疎水性が高いフルオロ基やｔ−ブチル基などの嵩高い置換基を有するものが好適である。前記（化２）及び（化３）中、Ｒ１〜Ｒ４がアルキル基である場合には、該アルキル基としては、炭素数１〜４のもの、具体的には、メチル基，エチル基，ｎ−プロピル基，ｎ−ブチル基，ｔ−ブチル基等であるのが好ましい。Ｒ１〜Ｒ４がハロアルキル基である場合には、上記のアルキル基の水素原子の少なくとも１つ以上がハロゲン原子で置換されたもの、例えば、フルオロメチル基，クロロメチル基，ブロモエチル基，ヨードプロピル基，クロロブチル基，ジクロロエチル基，ジブロモプロピル基，トリフルオロメチル基，トリクロロメチル基，トリブロモプロピル基，ペンタフルオロエチル基、１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロ−２−メトキシ−２−プロピル基、等であることが好ましい。

イオンセンサのイオン感応膜部として前記（化１）〜（化３）で示される化合物を含む組成物を使用することにより塩素イオンセンサとすることができる。この時の前記(化１)〜（化３）で示される化合物の固定化方法は特に限定されず、公知の方法を採用することができる（非実用新案文献４）。
〔非実用新案文献４〕…「イオン選択性電極」（共立出版、１９７７）第７章
即ち、前記（化１）〜（化３）で示される化合物をニトロベンゼン，ジフェニルエーテル，ブロモベンゼン等の水に不溶性の有機溶媒に溶解し、ガラスキャピラリー，セラミック多孔膜，高分子多孔膜に保持させ、これらの部材をイオンセンサの測定液と接触する部分の構成部材の一部とする方法、前記（化１）〜（化３）で示される化合物を熱可塑性樹脂とともに、あるいは熱可塑性樹脂とさらに他の成分とともに適当な方法、例えば、共通溶媒に溶解した後溶媒を蒸発せしめて膜状物を一旦形成し得られた膜をこの膜状物を電極に取り付けるか、あるいは銀線，白金線またはシリコン半導体のゲート部上に直接皮膜を形成させる方法などを任意に採用することができる。

この時使用される熱可塑性樹脂は水に不溶性で膜状物に成形可能なものであれば特に限定されない。この様な熱可塑性樹脂を例示すると塩化ビニル，臭化ビニル，塩化ビニリデン，テトラフルオロエチレン等のハロゲン化ビニルの単独重合体または共重合体；アクリル酸メチル，アクリル酸エチル，メタクリル酸エチル，メタクリル酸ブチル等のアクリル酸エステル、またはメタクリル酸エステルの単独重合体または共重合体；スチレン，クロロプレン，ブロモスチレン、等のスチレン及びその置換体の単独重合体または共重合体；酢酸ビニル等のビニルエステルの単独重合体または共重合体；ブタジエン，イソプレン等のジエン系重合体またはこれらジエンとスチレン，アクリロニトリル等との共重合体；ポリウレタン類；シロキサン重合体または共重合体などのシリコーンゴム；酢酸セルロース，硝酸セルロース等の繊維素化合物が挙げられる。

これら熱可塑性樹脂に前記（化１）〜（化３）で示される化合物を配合するときの配合割合は、目的とする性能を発揮する限り特に限定されるものではないが、一般には上記熱可塑性樹脂１００重量部に対して０.１〜２０ 重量部の範囲で用いると好適である。

本考案の塩素イオン選択性感応膜は上記で説明した塩素イオンセンサ用感応物質と熱可塑性樹脂から構成した場合においても十分実用に供し得るイオンセンサを構成することができるが、第４級アンモニウム塩を含有することで応答性を向上させることができる。疎水性の第４級アンモニウム塩をイオン感応膜中に均一に分散できることが必要であるが、ジメチルジドデシルアンモニウム塩，トリドデシルアンモニウム塩及びテトラセチルアンモニウム塩が好適である。前記塩素イオンセンサ用感応物質に対しモル比で０.００１ 〜１.０の範囲で含有させることにより、応答速度などの測定感度を向上させることができる。

本考案の塩素イオンセンサ用感応物質を成形して得られた膜状物を塩素イオンセンサを構成する膜状物として使用する場合には、その膜状物の厚さは、特に限定されないが、１〜１０００μｍの範囲で選択すれば十分である。また、上記の膜状物は、柔軟性を有するものの方がよくポリシロキサン類を熱可塑性樹脂として用いる場合には、これらの樹脂をそのまま使用できるが、比較的柔軟性に欠ける膜状物を付与する熱可塑性樹脂、例えばポリ塩化ビニル，酢酸セルロース等を用いるときは、可塑剤を使用するのがよい。該可塑剤は特に限定されず公知のものを使用できるが、一般には、次のようなものを使用すればよい。

例えば、ジメチルフタレート，ジエチルフタレート，ジブチルフタレート，ジオクチルフタレート等のフタル酸エステル類；ジオクチルアジペート，ジオクチルセバケート、等の脂肪酸エステル類；Ｏ−ニトロフェニルエーテル，Ｏ−フルオロ−Ｏ′−ニトロジフェニルエーテル等のジフェニルエーテル類；Ｏ−ニトロフェニルオクチルエーテル，Ｏ−ニトロフェニルデシルエーテル，Ｏ−ニトロフェニルドデシルエーテル等のＯ−ニトロフェニルアルキルエーテル類；トリスオクチルフォスフェート等のトリスアルキルフォスフェート類が挙げられる。これらの可塑剤の添加量は膜状物の使用目的に応じて適宜選択すればよいが、一般には熱可塑性樹脂１００重量部に対して可塑剤を３０〜３００重量部の範囲で適度な柔軟性を有する膜状物が得られる。

上記の膜状物の製造方法は特に限定されない。一般に好適に採用される代表的な製造方法を例示すれば次の通りである。

前記（化１）〜（化３）で示される化合物を熱可塑性樹脂と共に、あるいはさらに可塑剤を添加して、これらを有機溶媒に溶解し、該溶液を板上面に塗布又は流し込んだ後、有機溶媒を蒸発せしめて膜状物とする方法。上記有機溶媒としては熱可塑性樹脂及び(化１)〜（化３）で示される化合物を溶解するものであれば公知のものが何ら制限されず使用しうる。一般に好適に用いられる有機溶媒を具体的に例示すれば、テトラヒドロフラン，ジオキサン，ジメチルホルムアミド，ジメチルアセトアミド，クロロホルム、１，２ージクロロエタン，塩化メチレン，メチルエチルケトン，シクロヘキサノン，ベンゼン，トルエン等が挙げられる。

さらに、前記第４級アンモニウム塩を添加する場合、第４級アンモニウム塩単独では有機溶媒に難溶である場合でも、前記（化１）〜（化３）で示される化合物が共存する場合、前記（化１）〜（化３）で示される化合物に対しモル比で０.５ 以下では、第４級アンモニウム塩が可溶化することが多いので予め溶解試験を実施した上で溶媒を選択することが望ましい。

この様な方法で得られた塩素イオン選択性感応膜を用い、イオンセンサを構することができる。ここでイオンセンサとは図１に示されるように、目的イオンの濃度（正確には活量）面に発生するように工夫された電極である。一般には適当な参照電極との組合せによって電池を構成し、濃度と起電力との関係から目的イオンを定量する。

以下、本考案を実施例により説明する。

Ａ〜Ｅはイオンセンサの製作例を示す。

Ａ．イオンセンサ製作例１
図１に、本考案による塩素イオンセンサの第一の製作例を示す。円筒状のポリ塩化ビニル製センサ本体１の端部にイオン交換膜４を接着し、センサ本体には内部溶液２を満たしてある。銀／ハロゲン化銀からなる内部固体電極３を内部溶液中に浸し、この内部電極３の金属部分に信号取り出し用のリード線５の一端を接続し、他端を外部測定回路に接続した。

Ｂ．イオンセンサ製作例２
図２，図３に、本考案による塩素イオンセンサの第二の製作例を示す。図２は、本製作例のフローセル型塩素イオンセンサの斜視図である。直方体状のポリ塩化ビニル製センサ本体６の一対の面に直径１mmの貫通孔７を形成し、試料液の流路とする。また、本センサを複数個重ねて使用する場合、センサの接合用に円柱状の凸部８を貫通孔が形成された面の一方に設けた。凸部８の上面には液洩れ防止用のＯ−リング９を設置した。

図３は、図２のａ−ａ′線で切った断面図である。センサ本体６の内部の一部に空洞
１０が設けられている。空洞１０の一方向に湾曲した内曲面１１は流路（貫通孔）７と交わっており、流路の側面に楕円形の小孔１２が形成されている。この小孔１２を塞ぐように、曲面１１に沿ってイオン交換膜４が流路側に凸になるように形成されている。イオン交換膜の流路の反対側の空洞１０には内部溶液２を満たしてある。銀／ハロゲン化銀からなる内部固体電極３を内部溶液中に浸し、この内部電極３の金属部分に信号取り出し用のリード線５の一端を接続し、他端を外部測定回路に接続した。また、本センサを複数個重ねて使用する場合、センサの接合用に円柱状の凸部８に合うような凹部１３を設けた。

この構造では、試料液を順次流路に導入することにより、連続的にイオン濃度を測定できる。

Ｃ．イオンセンサ製作例３
図４に、本考案による塩素イオンセンサの第三の製作例を示す。本製作例では、シリコン基板１４にソース１５及びドレイン１６を設け、シリコン基板表面を二酸化シリコン
１７と窒化シリコン１８の絶縁膜で被覆した電界効果トランジスタにおいて、ソース１５とドレイン１６の間の窒化シリコン表面にゲート電極かつイオン感応膜における電位検出電極として銀／ハロゲン化銀からなる内部固体電極３を形成した。この内部電極３上にイオン交換膜４を積層した。本製作例では塩素イオンセンサが半導体技術を用いて製作できるので、センサの小型化，集積化が可能であり、また大量生産に適しているため安価なセンサを提供できる。

Ｄ．イオンセンサ製作例４
図５に、本考案による塩素イオンセンサの第四の製作例を示す。円筒状のポリ塩化ビニル製センサ本体１の端部にイオン交換膜４を接着、さらに銀／ハロゲン化銀からなる内部固体電極３を接着した。この内部電極３の金属部分に信号取り出し用のリード線５の一端を接続し、他端を外部測定回路に接続した。

Ｅ．イオンセンサ製作例５
図６に、本考案による塩素イオンセンサの第五の製作例を示す。円筒状のポリ塩化ビニル製センサ本体１の端部にイオン交換膜４を接着、その上に高分子中間層１９を積層し、さらに銀／ハロゲン化銀からなる内部固体電極３を接着した。この内部電極３の金属部分に信号取り出し用のリード線５の一端を接続し、他端を外部測定回路に接続した。

円筒状のポリ塩化ビニル製センサ（イオンセンサ製作例１）を用いた測定法は次の通りである。

塩素イオンセンサを、Ａｇ／ＡｇＣｌの外部参照電極と飽和ＫＣｌの塩橋を用いて接続し、外部参照電極とセンサ間の電位差測定を行いイオン選択性を算出した。比較例では未処理のアニオン交換膜を用いた。各々独立に測定した１００ｍＭの妨害イオン水溶液測定電位と１００ｍＭの塩素イオン水溶液測定電位の差をその電極感度で除することで各々の選択性を算出した（単独溶液法）。選択係数は塩素イオンを基準（対数でゼロ）とした相対値であり、例えばあるイオンの選択係数が１ならば塩素イオンより１０倍の選択性を有することを意味する。よって、数値が小さいほど選択性が優れていることになる。

Ｆ．測定例１（ランタノイドの種類）
１４種類のランタノイド金属なかから最適な化合物を選択するために種々の化合物について選択性を比較した。用いたランタノイドはＰｒ，Ｅｕ，Ｄｙ，Ｙｂの４種類である。

ランタノイド(４′−ヘプタフルオロプロピルジベンゾ−１８−クラウン−６)を５mg、ポリ塩化ビニルを１００mg、ジオクチルフタレートを１５０mg、トリドデシルメチルアンモニウムクロライドを１mg、各々秤量しテトラヒドロフラン３０ｍｌに溶解した。この溶液を平滑なガラス板上流延した後に溶媒を蒸発させることでイオン感応膜を製膜した。イオン感応膜を内径４.６φ のコルクボ−ラで丸く打ち抜き、ＰＶＣ製のスティック形電極ボディ先端にＴＨＦで接着後、一時間乾燥させた。この電極ボディに１０ｍＭ ＮａＣｌ内部電解液を充填後使用した。図７に単独溶液法で求めた各化合物の選択性を示す。

Ｇ．測定例２（置換基効果）
置換基の種類による選択性に及ぼす効果を比較するため、上記（化３）のランタノイド（ジベンゾ−１８−クラウン−６）の４′−置換基をメチル基，ｔ−ブチル基及びヘプタフルオロプロピル基に変えて選択性を比較した。ランタノイドにはＥｕを用いた。

ユーロピウム（ジベンゾ−１８−クラウン−６）の４′−置換基の種類をメチル基，ｔ−ブチル基及びヘプタフルオロプロピル基に変えた化合物を各々５mg秤量した。これら３種類の化合物について、各々ポリ塩化ビニルを１００mg、ジオクチルフタレートを１５０mg、トリドデシルメチルアンモニウムクロライドを１mg、各々秤量しテトラヒドロフラン３０ｍｌに溶解した。この溶液を平滑なガラス板上流延した後に溶媒を蒸発させることでイオン感応膜を製膜した。イオン感応膜を内径４.６φ のコルクボ−ラで丸く打ち抜き、ＰＶＣ製のスティック形電極ボディ先端にＴＨＦで接着後、一時間乾燥させた。この電極ボディに１０ｍＭ ＮａＣｌ内部電解液を充填後使用した。図８に単独溶液法で求めた各化合物の選択性を示す。

Ｈ．測定例３（可塑剤効果）
可塑剤の種類による選択性に及ぼす効果を比較するため、上記（化３）のユーロピウム（４′−ヘプタフルオロプロピルジベンゾ−１８−クラウン−６）について直線性を比較した。可塑剤にはジオクチルセバケート，ジオクチルアジペート，ジオクチルフタレート及びジブチルフタレートを用いた。

ユーロピウム（４′−ヘプタフルオロプロピルジベンゾ−１８−クラウン−６）を５mg、ポリ塩化ビニルを１００mg、可塑剤を１５０mg、トリドデシルメチルアンモニウムクロライドを１mg、各々秤量しテトラヒドロフラン３０ｍｌに溶解した。この溶液を平滑なガラス板上流延した後に溶媒を蒸発させることでイオン感応膜を製膜した。イオン感応膜を内径４.６φ のコルクボ−ラで丸く打ち抜き、ＰＶＣ製のスティック形電極ボディ先端にＴＨＦで接着後、一時間乾燥させた。この電極ボディに１０ｍＭ ＮａＣｌ内部電解液を充填後使用した。図９に各化合物の直線性を示す。

Ｉ．測定例４（添加剤効果）
添加剤の種類による選択性に及ぼす効果を比較するため、上記（化３）のユーロピウム（４′−ヘプタフルオロプロピルジベンゾ−１８−クラウン−６）について直線性を比較した。添加剤にはジメチルジドデシルアンモニウム塩，トリドデシルアンモニウム塩及びテトラセチルアンモニウム塩を用いた。

ユーロピウム(４′−ヘプタフルオロプロピルジベンゾ−１８−クラウン−６)を５mg、ポリ塩化ビニルを１００mg、ジオクチルフタレートを１５０mg、トリドデシルメチルアンモニウムクロライドを１mg、各々秤量しテトラヒドロフラン３０ｍｌに溶解した。この溶液を平滑なガラス板上流延した後に溶媒を蒸発させることでイオン感応膜を製膜した。イオン感応膜を内径４.６φ のコルクボ−ラで丸く打ち抜き、ＰＶＣ製のスティック形電極ボディ先端にＴＨＦで接着後、一時間乾燥させた。この電極ボディに１０ｍＭ ＮａＣｌ内部電解液を充填後使用した。図１０に各化合物の直線性を示す。また、図１１にはトリドデシルメチルアンモニウムクロライドを用いた電極の電位応答を示す。

フローセル型塩素イオンセンサ（イオンセンサ製作例２）を用いた測定は次の通りである。

Ｊ．測定例５
イオン交換膜を各種高分子で処理しフローセル型電極を作製し、日立７１７０形生化学自動分析装置により評価した。

ユーロピウム（１８−クラウン−６）ユーロピウム［１８Ｃ６］，（４′−ヘプタフルオロプロピルベンゾ−１８−クラウン−６）［Ｂ１８Ｃ６］及びユーロピウム（４′−ヘプタフルオロプロピルジベンゾ−１８−クラウン−６）［ＤＢ１８Ｃ６］を５mg、ポリ塩化ビニルを１００mg、ジオクチルフタレートを１５０mg、トリドデシルメチルアンモニウムクロライドを１mg、各々秤量しテトラヒドロフラン３０ｍｌに溶解した。この溶液を平滑なガラス板上流延した後に溶媒を蒸発させることでイオン感応膜を製膜した。イオン感応膜は内径４.６φ のコルクボ−ラで丸く打ち抜き、フローセル型電極ボディにＴＨＦで接着後、一時間乾燥させた。この電極ボディに内部電解液を充填後使用した。フローセル型電極は日立７０７０形生化学自動分析装置により評価した。図１２に生化学自動分析装置の構成図を示す。希釈槽１３０にサンプル用ポンプ１０７にて試薬を、サンプリングプローブ１２７で試料を注入し吸引用ポンプ１２６でイオンセンサ１２８へ測定試料を流し、発生した電位はＡＤ変換器１２９にて信号処理する。

選択性は内部標準液原液に妨害イオンを各種濃度で添加し、それを試料としたときの測定値を添加濃度に対してプロットした直線の傾き（混合溶液法）から求めた。図１３に混合溶液法で求めた各化合物の選択性を示す。

本考案による製作例１の塩素イオンセンサの構成断面図である。 本考案による製作例２の塩素イオンセンサの斜視図である。 本考案による製作例２の塩素イオンセンサの断面図である。 本考案による製作例３の塩素イオンセンサの構成断面図である。 本考案による製作例４の塩素イオンセンサの構成断面図である。 本考案による製作例５の塩素イオンセンサの構成断面図である。 本考案による測定例１において各化合物における選択性を示した図である。 本考案による測定例２において各化合物における選択性を示した図である。 本考案による測定例３において各化合物における直線性を示した図である。 本考案による測定例４において各化合物における直線性を示した図である。 本考案による測定例４において各化合物における電位応答を示した図である。 本考案による自動分析装置の模式図である。 本考案による測定例５において各化合物における選択性を示した図である。

符号の説明

１…センサ本体、２…内部溶液、３…内部電極、４…イオン感応膜、５…リード線、６…フローセル型センサ本体、７…貫通孔、８…凸部、９…Ｏ−リング、１０…空洞、１１…内曲面、１２…小孔、１３…凹部、１４…シリコン基板、１５…ソース、１６…ドレイン、１７…酸化シリコン、１８…窒化シリコン、１９…高分子中間層、１０１…サンプル容器、１０２…サンプルディスク、１０３…コンピュータ、１０４…インターフェイス、
１０５…分注プローブ、１０６…反応容器、１０７…サンプル用ポンプ、１０９…反応ディスク、１１０…分注プローブ、１１１…試薬用ポンプ、１１２…試薬容器、１１３…攪拌機、１１４…光源、１１５…光度計、１１６…ＡＤ変換器、１１７…プリンタ、１１８…ＣＲＴ、１１９…洗浄機構、１２０…洗浄ポンプ、１２１…入力装置、１２２…ハードディスク、１２５…試薬ディスク、１２６…吸引用ポンプ、１２７…サンプリングプローブ、１２８…イオンセンサ、１２９…ＡＤ変換器、１３０…希釈槽、１５０…容器種別検出装置、１５１…液面検出装置。

Claims (8)

1. 高分子物質を支持膜とし、可塑剤，添加剤及び塩素イオン感応物質から構成される塩素イオン感応膜において、塩素イオン感応物質が大環状のポリエチレンエーテル骨格を有する有機化合物のランタノイド錯体またはその誘導体であることを特徴とする塩素イオン感応膜。
2. 高分子物質を支持膜とし、可塑剤，添加剤及び塩素イオン感応物質から構成される塩素イオン感応膜において、塩素イオン感応物質が半径０.１ｎｍ 以上の大環状のポリエチレンエーテル骨格を有する有機化合物のランタノイド錯体またはその誘導体であることを特徴とする塩素イオン感応膜。
3. 高分子物質を支持膜とし、可塑剤，添加剤及び塩素イオン感応物質から構成される塩素イオン感応膜において、塩素イオン感応物質がランタノイド（１８−クラウン−６）であることを特徴とする塩素イオン感応膜。
   

   
4. 高分子物質を支持膜とし、可塑剤，添加剤及び塩素イオン感応物質から構成される塩素イオン感応膜において、塩素イオン感応物質がランタノイドベンゾ(１８−クラウン−６)またはその誘導体であることを特徴とする塩素イオン感応膜。
   

   
5. 高分子物質を支持膜とし、可塑剤，添加剤及び塩素イオン感応物質から構成される塩素イオン感応膜において、塩素イオン感応物質がランタノイドジベンゾ（１８−クラウン−６）またはその誘導体であることを特徴とする塩素イオン感応膜。
   

   
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の塩素イオン感応膜を具備することを特徴とする電界効果型トランジスタ。
7. 請求項１〜５のいずれかに記載の塩素イオン感応膜を、試料流路の壁面に設けられた小孔に前記流路の内面に向かって凸になるように一方向に湾曲した曲率をつけて、少なくとも一部を露出させて配置したことを特徴とする塩素イオンセンサ。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載のイオンセンサを備えた生化学自動分析装置。
   
   
   

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