JPH03262946A - Ｐｈ分析用ディスク及びｐｈ分析用ディスクを用いたｐｈの定量方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はＰＨ分析用ディスク及びＰＨ分析用ディスクを
用いたＰＨの定量方法に関し、特に極微量試料のＰＨを
精度良く、迅速に測定することのてきるＰＨ分析用ディ
スク及びＰＨ分析用ディスクを用いたＰ）Ｉの定量方法
に関する。

［従来の技術］ 近年、バイオテクノロジー（生命工学）は１社会、産業
の各分野に大きな影響を及ぼす先端技術として注目を集
め、研究・開発か盛んに行なわれている。かかる生化学
分野における研究・開発においては、試料の量か少なく
、また試料数か多いことから極微量で、同時に多くの試
料のＰＨ？ｉ”Ｍ度よく、迅速に測定しつる方法の開発
が望まれている。

ＰＨの測定方法に関しては、従来より種々の方法か知ら
れており、例えば、次のようなものがある。

最も一般的なものはＰＲ試験紙を用いた方法であり、こ
の方法は試料に試験紙を浸し、試験紙の発色状態を標準
色調表と目視て比較してＰＨを決定するものである。

また、　ＰＨメーターを用いた方法かあり、この方法は
、ガラス電極を試料に浸し、導電率によってＰＨを決定
するものである。

さらに、光ファイバーを用いたＰＨセンサーかあり（特
開昭５４−８５５８８号）、このセンサーは、光ファイ
バーの先端にＰＨによって変色する物質を付し、この物
質の光学的変化によりＰＨを決定するものである。

［発明か解決しようとする課題］ しかしなから、上述した従来のＰＨ測定方法には以下に
示すような問題かある。

すなわち、ＰＨ試験紙は目視によってＰＨを決定するた
め定量性が悪いという問題かある。

ＰＨメーターは、測定部であるガラス電極か６■φ以上
と大きく、シたがって電極か浸るたけの試料か必要てあ
り、微量試料のＰＨ測測定できないという問題がある。

また、測定前に標準液による校正が必要てあり、測定準
備か煩雑であるという問題がある。

さらに、光ファイバーを用いたＰＨセンサーは、微量試
料のＰＨ測測定可能であるか、試料数か多い場合はその
数に応したセンサーか必要てあり、また、ＰＨ以外の異
種の項目の同時測定か要求される場合には、応用が困難
であるという問題かある。

本発明は上述した問題点にかんがみてなされたものて、
極微量試料のＰＨ測測定精度良く、迅速に測定すること
のできるＰＨ分析用ディスク及びＰＨ分析用ディスクを
用いたＰＨの定量方法の提供を目的とする。

本発明者らは上記目的を遠戚するため鋭意研究を重ねた
結果、既知物質であるポリアニリンの可視紫外スペクト
ルがｐＨにより変化すること、並びにＰＨにより蛍光ス
ペクトルが変化することを見出し、新規なＰ）Ｉセンサ
ーを開発した。そして、かかるＰＨセンサーとディスク
を組み合わせることにより、極微量試料のＰＨ測測定精
度良く、迅速に測定することかてき、しかも、試料数が
多い場合てあっても一度にＰＨ測測定てき、ＰＨ以外の
異種項目も容易に同時分析か行なえることを知見して本
発明を完成するに至った。

［課題を解決するための手段］ すなわち５本発明のＰＨ分析用ディスクは、回転可能な
ディスクの表面にＰＨ応答性物質を担持させた構成とし
てあり、好ましくは、前記ＰＨ応答性物質を１５０ｎｍ
以下の膜厚のポリアニリンまたはその誘導体とし、前記
ディスクを透明ディスク基板とした構成としである。

また、本発明のＰＨ分析用ディスクを用いたＰＨの定量
方法は、回転可能なディスクの表面にＰＨ応答性物質を
担持させ、かつ該ＰＲ応答性物質に試料を接触させて、
このときの該ＰＥＩ応答性物質のＰＨに応じた変化を測
定することにより、液体試料のＰＨの定量を行なうよう
にしである。

以下、本発明の詳細な説明する。

第一の発明であるＰＨ分析用ディスクは１回転可能なデ
ィスクの表面にＰＨ応答性物質を担持させてなるもので
ある。

ここで、回転可能なディスクの形成材料としては、ポリ
スチレン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレー
ト、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリウレンタン
、エポキシ樹脂等のプラスチック材料やガラス等の透明
材料、あるいはセラミック、金属等の非透明材料か挙げ
られるか、透過光にもとづいて分析を行なう場合には透
明材料を用いることが好ましい。

ディスクの大きさ、厚さ、形状等は適宜選択され、特に
は制限されないが、回転の容易性等の観点からすると円
板状とすることが好ましい。

ディスクの表面は平面のままであってもよく、この場合
は、ディスク表面に滴下された試料かディスク表面に全
面展開される。また、ディスクの表面は複数の区画に分
割してもよく、この場合は各区画に滴下された試料が各
区画においてそれぞれ展開され、複数試料の同時分析を
行なうことができる。

ディスク表面の・分割の態様は、特に制限されないが、
円周方向に分割するのが好ましい、この分割は、ディス
ク表面に溝あるいは切欠部を設けたり、ディスク表面に
分離壁を設けるなどして行なう。

ディスクの中心には、必要に応じ回転ホルダにセツティ
ングするための軸穴等が設けられる。

ＰＨ応答性物質としては、ポリアニリンまたはボッアニ
リン誘導体が好ましい、ポリアニリンはアニリン（Ｃ％
Ｈ，Ｎ）に塩酸（ｌ（ＣＩ）及び過硫酸アンモニウム（
（ＮＨ３）ｘｓ＊Ｏａ）を加えて攪拌するだけで、室温
で容易に得ることができる。

ポリアニリン誘導体としては、ポリアニリン中のＨＪ［
子をメチル基や、エチル基等のアルキル基で置換したも
のが挙げられる。

ポリアニリン及びその誘導体以外のＰＨ応答性物質とし
ては、フェノールレッド、ブリリアントエロー及びロゾ
ール酸等の染料を、アクリル系モノマー、例えばヒドロ
キシメチルメタクリレートと共重合させたものを用いる
ことができる。

ディスクの表面にＰＨ応答性物質を担持させる方法とし
ては、塗布、吹付、浸漬の他、ロールコータ−やスピン
コーターを用いたコーティング法等、あるいはスクリー
ン印刷等公知の方法か用いられる。

なお、ポリアニリンを担持させる場合には。

薄膜として担持させることか好ましく、その膜厚は、透
過性の観点からすると１５０ｎ＊以下であることが好ま
しい、かかるポリアニリンの薄膜は、例えばポリアニリ
ンの合成に際して、反応容器の内壁に被膜として生成す
ることを利用して容易に得ることができる。したがって
反応容器として、切り出しが容易であり、かつ切り出し
後の光学測定に適した分光用セルを用いたり、あるいは
、反応容器にディスクを浸漬、ディスク表面に直接ポリ
アニリン等の被膜を形成させてもよい。

次に、第二の発明であるＰＨ分析用ディスクを用いたＰ
Ｈの定量方法について説明する。

まず、本発明方法上用いられるＰＥＩの定量装置の−具
体例について図面を参照して説明する。

第２図は本発明方法を実施する際に用いられるＰＨの定
量装置の一具体例を示す構成図である。

同図において、１はＰ）１分析用ディスつてあり。

上述した第一発明に係るものを用いる。２はモーターで
あり、　ＰＨ分分析用ディスク１回転させる回転手段で
ある。３はホルダで、回転軸に連結されており、分析用
ディスクをモーター２の回転軸に固定する働きをする。

４はＰＨ応答性物質のＰＨに応じた変化を測定する手段
であり、レーザー５、集光レンズ６ａ及び６ｂ、ＰＩＮ
型フォトダイオード７、アンプ８、及びストレージオシ
ロスコープ９によって構成されている。

測定手段４においては、レーザー光ｓ５から発せられた
レーザー光（波長８１０ｎｍ　）が集光レンズ６ａで集
光され、分析用ディスクｌのＰＨ応答性物質が担持され
ている部分に照射される。そして、透過光が集光レンズ
６ｂにおいて集光され、その後フォトダイオード７て受
光されて電気信号に変換される。フォトダイオード７か
らの信号は、アンプ８で増幅され、スト−レジ・オシロ
スコープ９に入力され、ディスク１回転分のデータか記
録１表示される。

本発明方法においては、まず、上記したＰＨ定量装置の
ホルダ３上に第一の発明であるＰＲ分分析用ディスクセ
ツティングした後、ＰＨ分析用ディスクに分析試料を滴
下する。

ここで、分析試料としては、液体試料であれば特に制限
されない０滴下する分析試料の量は微量てあってもよく
、したかって生化学等の分野のように試料の量が少ない
場合てあっても分析可能である。

滴下の方法としては、ピペッタ−、デイスペンサー等を
用いた方法が挙げられる０滴下の位置は、特に制限され
ないが、試料を回転により展開させる場合には、ディス
クの中心部（内周部〉に滴下することが好ましい。

分析試料の滴下後、ディスクを回転させて遠心力により
分析試料をディスク面に展開させる。

ディスクの回転はモーター２によって行なわれる。ディ
スクの回転数及び回転時間は試料の粘度等に応じ適宜選
択される。ディスクの回転による試料の展開により、試
料とＰＨ感応性物質が接触し、試料のＰＨに応じてＰＨ
応答性物質に物理的あるいは化学的な変化か生しる。　
ＰＨに応じた変化としては光学的変化、電気的変化等が
挙げられる。

ＰＨ感応性物質の変化は、測定手段によって測定される
。この測定手段としては、第２図にその一具体例を示し
たか、本発明はこれに限定されるものではなく例えば光
学的測定手段であれば、レーザ＋、ＬＥＤ、ハロゲンラ
ンプ等の光源と、フォトディテクター、ＣＣＤ　（ライ
ンセンサー含む）等の受光系とを組合わせたものを用い
ることができる。この場合、反射光、透過光、吸収光の
いずれの光量変化を測定するか否かはＰＨ感応性物質に
応じて選択される。

測定手段４による測定は、ディスク回転中あるいは回転
停止後に行なわれる。ディスクの回転中に測定を行なう
場合には、１回転毎に測定データが得られるため、平均
化された誤差の少ない測定値を得ることができる。

Ｐｔｌの定量を行なうためには、ＰＨ既知の標準液を用
いてＰＨと測定手段による測定値との間の対応関係をあ
らかじめ求めておく必要がある。試料のＰＨの定量は、
この対応関係にもとづいて求められる。

なお、　ＰＨ分析用ディスクとして複数の区画に分割さ
れたディスクを用いた場合、その一区画にＰＨ既知の標
準液を滴下することにより上記対応関係の校正を同時に
行なうことかてき、高精度な測定を容易にてきる。また
１区画にＰＨ以外の他の分析に適する酵素、染料分子、
抗原、抗体、緩衝塩その他の試薬を担持させておくこと
により、−枚のディスク上て異項目の分析を同時に行な
うことかできる。

［実施例］ 以下、実施例にもとづき本発明をより具体的に説明する
。

ＰＨ分析用ディスクの作製 ポリスチレン製の可視紫外測定用セルにアニリン０．５
ｍｏｌ及びＩＭ（ｔｏｌｌ／　４１）のＨＣＪＩ水溶液
１．５璽立を入れた後に、　０．５Ｍの（Ｎ）ｌｚ）２
ｓＪａ　（過硫酸アンモニウム）　１．５ｓＪ１を入れ
攪拌した。室温て１０分間放置したところ、黒縁色をし
たポリアニリンの沈殿とともに、緑色をしたポリアニリ
ンの薄膜がセル表面に生成した。この薄膜かポリアニリ
ンであることは赤外スペクトルにより確認した。セルの
内部を水洗いしたのち、自然乾燥させてポリアニリン被
覆セルを得た。このポリアニリン被覆セル及び未使用の
セルを第１図（ｂ）に示すようにＵ字溝状に切り出した
。

半径１３０ｍｍφ、厚さ１．２■曽のポリスチレン製デ
ィスクｌに、第１図（ａ）に示すように、ポリスチレン
製角材１０（幅２■−１高さ５ｍｍ）をへ箇所按着し、
さらに十字状に切欠部１１ａ及びｆｌｂを設け、上記Ｕ
字溝状に切り出したポリアニリン被覆セルを切欠部１１
ａに、未使用セルを切欠部１１ｂに交互に接着（Ａ−Ａ
線断面図を第１図（ｃ）に、Ｂ−Ｂ線断面図を第１図（
ｄ）にそれぞれ示す、）シて、ＰＨ分析用ディスクを作
成した。

ＰＨ一対・　係の 上記で作成したＰＨ分析用ディスクの溝１０の部分のデ
ィスク中心から半径２０ｍｍの位置にピペッタ−を用い
、第１表に示す各種ＰＨ既知の試料を０．１ｓｊＬづつ
滴下し、ディスクを１００ｒｐ■て２０秒間回転した。

レーザーを点灯し、検出部の光学的変化をディスクを回
転させながら第２図に示した装置て測定し、記録した。

以下余白 第 １ 表 この結果、ポリアニリン被覆セル部の平均電圧Ｅと未被
覆セル部の平均電圧Ｅ０の比の対数（−ｌｏｇ（Ｅ／Ｅ
、））と試料のＰＨとの対応関係を示すグラフが得られ
た。

このグラフを第３図に示す。

ＰＨ未知の試料のＰＨ測測 定述したＰＨ−電圧対応関係の測定と同様の操作により
、人の血清について測定を行ない−ｌｏｇ（Ｅ／Ｅ、）
の値０．７６を得た。

第３図を用いてＰｉ（を求めたところ、ＰＨ　７．４で
あることが判った。

［発明の効果］ 以上のように、本発明のＰＨ分析用ディスク及び分析用
ディスクを用いたＰＨの定量方法によれば、極微量試料
のＰＨな精度良く、迅速に測定することかてきる。また
、試料数か多い場合であっても容易に同時分析ができる
。さらに、ＰＨ以外の異種項目についても容易に同時分
析を行なうようにすることがてきる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の一実施例に係るＰＨ分析用ディ
スクを示す平面図、第１図（ｂ）は同じくディスク上に
接着されるポリアニリン被覆セル（切り出したもの）を
示す斜視図、第１図（ｃ）は第１図（ａ）のＡ−Ａ断面
図、第１図（ｄ）は第１図（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、ｓ
２図は本発明のＰＨ分析用ディスクを用いるＰＨの定量
装置の一具体例を示す構成図、第３図はＰＨ既知試料の
ＰＨと電圧（−１ｏｇ（Ｅ／Ｅ、））との関係を示すグ
ラフである。 １：Ｐ）Ｉ分析用ディスク　２：モーター一３：ホルダ
ー　　　　　４＝測測定段 ５：レーザー光源 第 （ａ） （ｂ） 図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転可能なディスクの表面にＰＨ応答性物質を担
   持させたことを特徴とするＰＨ分析用ディスク。
2. （２）前記ＰＨ応答性物質がポリアニリンまたはその誘
   導体である請求項１記載のＰＨ分析用ディスク。
3. （３）前記ポリアニリンまたはその誘導体の膜厚が１５
   ０ｎｍ以下である請求項２記載のＰＨ分析用ディスク。
4. （４）前記ディスクが透明なディスク基板である請求項
   １または２記載のＰＨ分析用ディスク。
5. （５）回転可能なディスクの表面にＰＨ応答性物質を担
   持させ、かつ該ＰＨ応答性物質に試料を接触させて、こ
   のときの該ＰＨ応答性物質のＰＨに応じた変化を測定す
   ることにより、液体試料のＰＨの定量を行なうことを特
   徴としたＰＨ分析用ディスクを用いたＰＨの定量方法。