JP7446573B2

JP7446573B2 - 呈色組成物

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Publication number: JP7446573B2
Application number: JP2021155108A
Authority: JP
Inventors: 一敏大内; 一雄松村; 真也山中; 清孝徳樂; 幸司上井; 誠一中野; 浩幸中野
Original assignee: NATIONAL UNIVERSITY CORPORATION MURORAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY; Toyo Roshi Kaisha Ltd; Core Corp
Current assignee: NATIONAL UNIVERSITY CORPORATION MURORAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY; Toyo Roshi Kaisha Ltd; Core Corp
Priority date: 2021-09-24
Filing date: 2021-09-24
Publication date: 2024-03-11
Anticipated expiration: 2041-09-24
Also published as: JP2023046490A

Description

本発明は、呈色組成物に関する。

消石灰は、主成分である水酸化カルシウムが強アルカリ性を示すことで消毒効果を発揮することから、畜産現場の待ち受け消毒剤として広く利用されている。通常、劣化のない消石灰は、ｐＨ１２～１３を示すが、大気中の二酸化炭素等や大気中の二酸化炭素等が溶け込んだ雨の曝露によって、水酸化カルシウムが徐々に炭酸カルシウムへと変化することで、ｐＨが低下しアルカリ性が弱まる。アルカリ性が弱まると消毒効果が消失してしまうので、消石灰を追加散布する必要がある。

水酸化カルシウムから炭酸カルシウムへ変化し消毒効果の消失した消石灰は、外観では強アルカリ性を十分に持つ消石灰と区別することができない。このため、消石灰が追加散布されることなく、消毒効果の乏しい危険な状態に陥る場合がある。あるいは、まだ消毒効果を有している状態にもかかわらず、消石灰が追加散布される場合もある。消石灰の不必要な追加散布は、経済的な損失につながり、労力的にも損失を生じることになる。

効率的に消石灰を追加散布して消毒効果を保つためには、消毒効果の低下を把握する必要がある。消石灰の造粒物を含有する消毒剤の消毒効果の低下を検出する方法として、チモールブルー等のｐＨに応じて色が変化する色素を用いることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法では、色の相違によって強アルカリ性を十分に持つ消石灰と消毒効果の消失した炭酸カルシウムとを判別して、消毒効果の低下を色の相違によって把握することができる。

特開２０１８－０３９７６７号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、使用する色素の種類や造粒物の元の色相によっては色がわずかしか相違せず、相違を判別するためには観察者の熟練を要することもあった。また、色の変化に基づいて消毒剤の消毒効果の有無を判断したところで、消毒効果が消失するまでの途中の状態を把握することはできない。消毒剤が追加散布されるのは、消毒効果の消失が確認された後になる場合が多く、消毒効果の不十分な期間が生じることは避けられない。

消毒効果が消失する前段階を、例えば交通信号機のような色の変化により容易に把握して、その時点で消毒剤を追加散布すれば十分な消毒効果を継続できることが予測される。しかしながら、消毒効果が消失する前段階を色の変化により容易に把握するための手法は、未だ得られていないのが現状である。
そこで本発明は、消石灰を含む消毒剤の消毒効果が消失する前段階を、色の変化により容易に把握することができる呈色組成物を提供することを目的とする。

以上の目的を達成するため、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、異なる変色域において異なる色に変色する２種類の指示薬を混合して用い、さらに、所定のｐＨ緩衝剤を配合して呈色領域を調整することによって、消石灰を含む消毒剤の消毒効果の有無に加えて、消毒効果が消失する前段階を誰でも容易に判別可能な交通信号機同様の色の変化により把握できる呈色組成物が得られることを見出した。

すなわち、本発明は、ｐＨの低下により青色から無色に変色する第１の指示薬と、前記第１の指示薬より低ｐＨ側に変色域を有し、ｐＨの低下により黄色から赤色に変色する第２の指示薬と、ｐＨ緩衝剤とが水とアルコールとを含む混合溶媒に溶解された呈色組成物であって、前記ｐＨ緩衝剤は、クエン酸三ナトリウム二水和物とクエン酸一水和物とを含むことを特徴とする呈色組成物である。

本発明によれば、消石灰を含む消毒剤の消毒効果が消失する前段階を、色の変化により容易に把握することができる呈色組成物を提供することができる。

以下、本発明の呈色組成物について詳細に説明する。
本発明の呈色組成物は、消石灰を含む消毒剤の消毒効果を評価するために用いられる。なお、本発明における消毒剤とは、少なくとも６５質量％の消石灰が含有されていれば特に限定されない。消毒剤における消石灰の含有量は、７０質量％以上であることが好ましく、７２．５質量％以上であることがより好ましい。消石灰を含有する消毒剤中には、例えば酸化マグネシウム、水酸化ドロマイト、酸化ドロマイト等が含有されていてもよい。

口蹄疫ウイルス、病原性大腸菌など一般的な病原体の多くは、ｐＨ９以上のアルカリ領域では生存できないとされている。劣化のない消石灰のｐＨは１２～１３であるが、徐々に劣化してｐＨが低下する。本発明者らは、消毒効果が十分にある状態（ＯＫ状態）、消毒効果が低下しつつある状態（劣化進行状態）、および消毒効果が消失した状態（ＮＧ状態）という３つの状態を把握できる呈色組成物として、所定のｐＨ領域で異なる３つの色を呈する呈色組成物を得た。

本発明の呈色組成物は、異なる変色域で変色する第１および第２の指示薬を含有する。第１の指示薬は、ｐＨの低下により青色から無色に変色し、第２の指示薬は、第１の指示薬より低ｐＨ側で、ｐＨの低下により黄色から赤色に変色する。例えば、第１の指示薬の変色域は、ｐＨ９．３～１０．５の範囲であり、第２の指示薬の変色域は、ｐＨ６．８～８．０の範囲である。

ｐＨ９．３～１０．５の範囲に変色域を有し、ｐＨの低下により青色から無色に変色する第１の指示薬としては、チモールフタレインが挙げられる。また、ｐＨ６．８～８．０の範囲に変色域を有し、ｐＨ低下により黄色から赤色に変色する第２の指示薬としては、ニュートラルレッドが挙げられる。呈色組成物中における第１の指示薬の含有量は、１～５ｇ／Ｌ程度が好ましく、２～４ｇ／Ｌ程度がより好ましく、２～３ｇ／Ｌ程度が最も好ましい。また、呈色組成物中における第２の指示薬の含有量は、０．２～３ｇ／Ｌ程度が好ましく、０．４～２ｇ／Ｌ程度がより好ましく、１～２ｇ／Ｌ程度が最も好ましい。

第１の指示薬と第２の指示薬との指示薬の混合比は特に限定されず、適宜選択することができる。例えば、チモールフタレイン１０質量部に対して、ニュートラルレッドは、１～１０質量部程度が好ましく、２．５～１０質量部程度がより好ましく、５～１０質量部程度がさらに好ましい。

本発明の呈色組成物には、第１および第２の指示薬に加えてｐＨ緩衝剤が含有される。ｐＨ緩衝剤は、クエン酸三ナトリウム二水和物とクエン酸一水和物とで構成される。クエン酸一水和物の質量は、例えばクエン酸三ナトリウム二水和物の質量の０．１６～９．５倍とすることができ、０．６７～０．６９倍がより好ましい。このｐＨ緩衝剤は、第１および第２の指示薬による呈色領域を所定の範囲にシフトさせる。呈色組成物中におけるｐＨ緩衝剤の含有量は、７．８～７７．４ｇ／Ｌ程度が好ましく、７．８～５９．６ｇ／Ｌ程度がより好ましく、２７．０～４７．８ｇ／Ｌ程度が最も好ましい。

呈色組成物中におけるクエン酸一水和物の濃度は、６～１３２ｍＭ程度であることが好ましい。この場合、クエン酸三ナトリウム二水和物の濃度が９～９７ｍＭ程度であれば、上述の混合比とすることができる。クエン酸一水和物の濃度は、１２～８２ｍＭ程度であることがより好ましく、１２～６１ｍＭ程度であることがさらに好ましい。クエン酸三ナトリウム二水和物の濃度は、１８～８８ｍＭ程度であることが好ましい。

本発明の呈色組成物は、上述した第１の指示薬、第２の指示薬、およびｐＨ緩衝剤が、水とアルコールとを含む混合溶媒中に溶解されたものである。混合溶媒におけるアルコールとの容量比（水：アルコール）は特に限定されないが、８：２～２：８程度とすることができる。水とアルコールとの容量比は、好ましくは６：４～４：６程度であり、より好ましくは４．５：５．５～５．５：４．５程度である。例えば、４５～５５ｍＬの水と４５～５５ｍＬのアルコールとを混合して、総量１００ｍＬの混合溶媒として用いることができる。

アルコールは、一般的な純度９９％以上のエタノール、メタノール、イソプロピルアルコール、ノルマルプロピルアルコール、またはその混合液を用いることができる。例えば７０～９０容量部のエタノールと、１５容量部以下のメタノールと、１５容量部以下のイソプロピルアルコールと、１５容量部以下のノルマルプロピルアルコールとからなる変性アルコールを含む。毒性、コストの面から変性アルコールの好ましい組成は、エタノール８０～９０容量部、イソプロピルアルコール３～６容量部、ノルマルプロピルアルコール８～１２容量部であり、より好ましい組成は、エタノール８４～８７容量部、イソプロピルアルコール３～５容量部、ノルマルプロピルアルコール９～１１容量部である。例えば、８４０～８７０ｍＬのエタノールと９０～１１０ｍＬのイソプロピルアルコールと３０～５０ｍＬのノルマルプロピルアルコールとを混合して、総量１，０００ｍＬの変性アルコールを調製することができる。

本発明の呈色組成物は、消石灰を含む消毒剤の消毒効果の程度に応じて異なる色を呈する。具体的には、後述するＯＫ状態、ＮＧ状態および劣化進行状態において、それぞれ青色、赤色および黄色を呈する。一般的な病原体に適用する場合、ｐＨ１１以上であればＯＫ状態とすることができ、ｐＨ９未満の場合にはＮＧ状態とすることができる。ｐＨの境界における±０．５程度の範囲内では、同等の消毒効果が得られるので、ＯＫ状態の下限はｐＨ１１±０．５、ＮＧ状態の上限はｐＨ９±０．５とすることができる。ＯＫ状態とＮＧ状態との間、例えばｐＨ９～１１の領域が劣化進行状態に相当する。

なお、第１の指示薬としてのチモールフタレインと第２の指示薬としてのニュートラルレッドとを２：１程度の質量比で混合した場合には、ｐＨ７．５未満で赤色に呈色し、ｐＨ７．５～９で黄色に呈色し、ｐＨ１０以上で青色に呈色する。こうした領域での呈色は、消石灰を含む消毒剤の消毒効果の程度を必ずしも反映していない。本発明においては、第１の指示薬と第２の指示薬との混合物に所定のｐＨ緩衝剤を配合して呈色領域をシフトさせて、消毒効果の異なる３つの状態（ＮＧ状態、劣化進行状態およびＯＫ状態）を、赤色、黄色および青色の呈色で把握することを可能とした。

本発明の呈色組成物は、水、エタノール、イソプロピルアルコール、ノルマルプロピルアルコール、第１の指示薬、第２の指示薬、クエン酸三ナトリウム二水和物、およびクエン酸一水和物を、所定量で配合して混合することにより調製することができる。本発明の効果に影響を及ぼさない範囲であれば、呈色組成物に任意の成分を添加してもよい。添加し得る成分としては、例えばグリセリン等が挙げられる。

なお、病原体の種類によって生存可能なｐＨ領域は異なる場合がある。例えば鳥インフルエンザウイルスは、ｐＨ１１程度までは生存できるとされており、上述とは異なるｐＨ領域で消毒効果が要求される。消石灰を含む消毒剤を鳥インフルエンザウイルス用として用いる場合には、ＯＫ状態はｐＨ１２．５±０．５以上、ＮＧ状態はｐＨ１１±０．５未満であり、これらの間が劣化進行状態となる。したがって、呈色組成物は、ｐＨ１２．５±０．５以上で青色、ｐＨ１１±０．５未満で赤色、これらの間のｐＨ領域では黄色に呈色することが求められる。

こうした呈色領域を有する呈色組成物は、ｐＨ緩衝剤におけるクエン酸一水和物の配合比を高め、含有量を高くして調製することができる。具体的には、クエン酸三ナトリウム二水和物１質量部に対して、クエン酸一水和物を１．９質量部以上配合し、呈色組成物中における呈色組成物中におけるｐＨ緩衝剤の含有量を２５ｇ／Ｌ以上とすればよい。ｐＨ緩衝剤の組成を適宜変更することにより、病原体の生存可能なｐＨ領域に応じて呈色領域を制御して、適切な呈色組成物を得ることができる。

消石灰を含む消毒剤の消毒効果を評価する際には、例えば１ｋｇの消毒剤に対して、本発明の呈色組成物を０．１～１ｍＬ程度滴下する。通常、呈色組成物を滴下後、１０～６０秒程度で呈色が確認される。青色の場合には、十分な消毒効果を有しているＯＫ状態であり、赤色では消毒効果が消失したＮＧ状態である。黄色の場合には、消毒効果が消失する前段階（劣化進行状態）である。したがって、この時点で消毒剤の追加散布を行うことによって、消毒効果を継続的に得ることができる。

なお、本発明において、青色、黄色、および赤色は、以下のとおり定義される。目視により評価した各色は定義された範囲と一致するので、目視により評価することができる。
青色とは、ＣＩＥ１９７６（Ｌ^*ａ^*ｂ^*）色空間において、ａ^*が－２０～１０であり、ｂ^*が－３０～２０の領域、もしくはａ^*が－３０～２０であり、ｂ^*が－６０～－３０の領域と定義される。その際のＬ^*は１５～５０の範囲である。
黄色とは、ＣＩＥ１９７６（Ｌ^*ａ^*ｂ^*）色空間において、ａ^*が０～２０であり、ｂ^*が２０～６０の領域、もしくはａ^*が２０～３５であり、ｂ^*が３０～６０の領域と定義される。その際のＬ^*は４５～６５の範囲である。
赤色とは、ＣＩＥ１９７６（Ｌ^*ａ^*ｂ^*）色空間において、ａ^*が２０～４０であり、ｂ^*が０～３０の領域、もしくはａ^*が４０～６０であり、ｂ^*が－２５～３０の領域と定義される。その際のＬ^*は３５～５５の範囲である。

本発明の呈色組成物は、粉末および粒状の任意の形態の消石灰に適用することができる。粉末とは、ＪＩＳＲ９００１：２００６に規定される粉末度試験方法において、６００μmの標準網ふるいを通過するものをさし、粒状とは、直径０．５～５ｍｍ程度の塊状のものをさす。消石灰は、乾燥および湿潤のいずれの状態でもよい。なお、乾燥とは消石灰表面に水気がなく、乾いてさらさらとした手触りの状態をさし、湿潤とは消石灰表面に水気がある状態をさす。本発明の呈色組成物は、消石灰の形態（粉末、粒状）、状態（乾燥、湿潤）を問わず、消毒効果の程度に応じて所定の色（赤色、黄色、または青色）を呈するので、有用性は大きい。

以下に実施例を挙げて、本発明を具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、含有量、配合比等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は、以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきではない。

呈色組成物の調製に用いる試薬を以下に示す。
チモールフタレイン（ＴＰ）：富士フィルム和光純薬（株）製試薬特級
ニュートラルレッド（ＮＲ）：東京化成工業（株）製
クエン酸三ナトリウム二水和物：富士フィルム和光純薬（株）製試薬特級
クエン酸一水和物：富士フィルム和光純薬（株）製試薬特級

２５ｍＬの変性エタノール（エタノール２０ｍＬ、イソプロピルアルコール２ｍＬ、ノルマルプロピルアルコール３ｍＬ）と２５ｍＬの水とを混合して、混合溶媒を調製した。ここに、第１の指示薬としてのチモールフタレイン０．１３ｇ、第２の指示薬としてのニュートラルレッド０．０８ｇを加え、呈色組成物原液とした。チモールフタレインおよびニュートラルレッドの濃度は、それぞれ１．６ｇ／Ｌおよび２．６ｇ／Ｌである。

クエン酸三ナトリウム二水和物とクエン酸一水和物とを種々の組成で組み合わせてｐＨ緩衝剤を調製し、前述の呈色組成物原液に加えて呈色組成物を調製した。
得られた呈色組成物を用いて、乾燥状態または湿潤状態の消石灰の呈色確認試験を行った。消石灰としては、粉末状のものおよび粒状のものを用意した。いすれについても、未使用のもの、所定期間使用したもの（３種）の４種類を試料として準備した。粉末消石灰は東洋鉱業株式会社製、水酸化カルシウム含有量７０質量％以上のものである。粒状消石灰は、１質量部の水と２質量部の消石灰を混合して調製した。具体的には、まず、混合式造粒機（太平洋機工株式会社製、ＷＢ－５型）を用いて、混合物を粒径０．５～３．５ｍｍに造粒した。造粒物を６０℃で１２時間乾燥した後、ふるい分けすることで粒状消石灰を作製した。

＜乾燥状態＞
まず、各試料１０ｇをビーカーにそれぞれ収容し、２５ｍＬの純水を注いだ。１分後のｐＨをｐＨメーター（Ｆ－５２、株式会社堀場製作所製）で測定して、４種類の試料のｐＨを求めた。粉末消石灰の試料（４種類）のｐＨは、それぞれ１２．９、１１．１、９．５、および９．１であり、粒状消石灰の試料（４種類）のｐＨは、それぞれ１２．１、１０．７、９．１、および８．６であった。
次に、各試料に呈色組成物を滴下して、１分後の呈色を測色計（モバイルカラーピッカーＰｉｃｏ、ＰａｌｅｔｔｅＰｔｙＬｔｄ．製）により確認した。上述したように定義した青色、黄色、および赤色を、それぞれ“Ｂ”、“Ｙ”、および“Ｒ”とする。

粉末消石灰、および粒状消石灰についての結果を、それぞれ下記表１および表２にまとめる。表中には、ｐＨ緩衝剤における各成分の濃度（ｍＭ）、およびそれらの混合比（クエン酸三ナトリウム二水和物（ｍＭ）を１とした際のクエン酸一水和物の添加量（ｍＭ)）を示した。

上記表に示されるように、第１の指示薬および第２の指示薬に加えて、１質量部のクエン酸三ナトリウム二水和物と０．６７～０．６９質量部のクエン酸一水和物とを含むｐＨ緩衝剤が含有された本発明の呈色組成物は、粉末消石灰および粒状消石灰のいずれについても、消毒効果の程度に応じて所定の色（青色、黄色、および赤色）を呈した。

青色が確認されたのは、ｐＨ１２．９、ｐＨ１２．１およびｐＨ１０．７であり、赤色が確認されたのは、ｐＨ９．５、ｐＨ９．１およびｐＨ８．７である。ＯＫ領域の下限（ｐＨ１１±０．５）およびＮＧ領域の上限（ｐＨ９±０．５）と一致しており、黄色の呈色から劣化進行状態が把握される。

＜湿潤状態＞
まず、湿潤状態の各試料１０ｇをビーカーにそれぞれ収容し、２５ｍＬの純水を注いだ。６０分後のｐＨをｐＨメーターで測定して、４種類の試料のｐＨを求めた。粉末消石灰の試料（４種類）のｐＨは、それぞれ１２．９、１１．８、９．７、および９．０であり、粒状消石灰の試料（４種類）のｐＨは、それぞれ１２．７、１１，８、９．８、および８．７であった。
次に、各試料に呈色組成物を滴下して、１分後の呈色を測色計により確認した。上述したように定義した青色、黄色、および赤色を、それぞれ“Ｂ”、“Ｙ”、および“Ｒ”とする。

粉末消石灰、および粒状消石灰についての結果を、それぞれ下記表３および表４にまとめる。表中には、ｐＨ緩衝剤における各成分の濃度（ｍＭ）、およびそれらの混合比（クエン酸三ナトリウム二水和物（ｍＭ）を１とした際のクエン酸一水和物の添加量（ｍＭ)）を示した。

上記表に示されるように、第１の指示薬および第２の指示薬とともに、１質量部のクエン酸三ナトリウム二水和物と０．６７～０．６９質量部のクエン酸一水和物とを含むｐＨ緩衝剤が含有された本発明の呈色組成物は、粉末消石灰および粒状消石灰のいずれについても、消毒効果の程度に応じて所定の色（青色、黄色、および赤色）を呈した。

青色が確認されたのは、ｐＨ１２．９、ｐＨ１２．７およびｐＨ１１．８であり、赤色が確認されたのは、ｐＨ９．０およびｐＨ８．７である。ＯＫ領域の下限（ｐＨ１１±０．５）およびＮＧ領域の上限（ｐＨ９±０．５）と一致しており、黄色の呈色から劣化進行状態が把握される。

本発明の呈色組成物を用いることによって、消石灰を含む消毒剤の消毒効果が消失する前段階を把握することができ、消毒剤を適切に追加散布して、消毒効果を継続的に得ることが可能となった。

Claims

ｐＨの低下により青色から無色に変色する第１の指示薬と、前記第１の指示薬より低ｐＨ側に変色域を有し、ｐＨの低下により黄色から赤色に変色する第２の指示薬と、ｐＨ緩衝剤とが水とアルコールとを含む混合溶媒に溶解された呈色組成物であって、
前記ｐＨ緩衝剤は、クエン酸三ナトリウム二水和物とクエン酸一水和物とを含むことを特徴とする呈色組成物。
前記クエン酸一水和物は、前記クエン酸三ナトリウム二水和物の質量の０．１６～９．５倍の質量で含有される請求項１記載の呈色組成物。
前記クエン酸一水和物は、前記クエン酸三ナトリウム二水和物の質量の０．６７～０．６９倍の質量で含有される請求項２記載の呈色組成物。
前記クエン酸一水和物の濃度は、６～１３２ｍＭであることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項記載の呈色組成物。
前記クエン酸一水和物の濃度は、１２～６１ｍＭであることを特徴とする請求項４記載の呈色組成物。
前記クエン酸三ナトリウム二水和物の濃度は、９～９７ｍＭであることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項記載の呈色組成物。
前記クエン酸三ナトリウム二水和物の濃度は、１８～８８ｍＭであることを特徴とする請求項６記載の呈色組成物。
前記第１の指示薬の変色域はｐＨ９．３～１０．５の範囲であり、前記第２の指示薬の変色域はｐＨ６．８～８．０の範囲であることを特徴とする請求項１～７のいずれか１項記載の呈色組成物。
前記第１の指示薬はチモールフタレインであり、前記第２の指示薬はニュートラルレッドであることを特徴とする請求項８記載の呈色組成物。
前記第１の指示薬の含有量は、１～５ｇ／Ｌであることを特徴とする請求項１～９のいずれか１項記載の呈色組成物。
前記第２の指示薬の含有量は、０．２～３ｇ／Ｌであることを特徴とする請求項１～１０のいずれか１項記載の呈色組成物。
前記ｐＨ緩衝剤の含有量は、７．８～７７．４ｇ／Ｌであることを特徴とする請求項１～１１のいずれか１項記載の呈色組成物。
前記水と前記アルコールとの容量比は、８：２～２：８であることを特徴とする請求項１～１２のいずれか１項記載の呈色組成物。
前記アルコールは、
７０～９０容量部のエタノールと、
１５容量部以下のメタノールと、
１５容量部以下のイソプロピルアルコールと、
１５容量部以下のノルマルプロピルアルコールと
からなる変性エタノールであることを特徴とする請求項１～１３のいずれか１項に記載の呈色組成物。