JPH0413652B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は試験試料のイオン強度または比重の測
定に関する。水性試験試料中で前記測定を実施す
るための試験手段、試験用具および方法が開示さ
れている。本発明のこれらの特徴はイオン高度ま
たは比重を分析するための簡単で容易な方法を提
供することであり、この方法によれば検査官は、
試験試料溶液を試験手段または試験用具と単に接
触すれば直ちに結果を得ることができる。従つ
て、液体比重計、尿比重計、比重ばかり、較正、
装置の洗浄または従来方法の他の余分な処理のよ
うなわずらわしい装置および処理が不必要とな
る。 液体の比重の測定は多数の技術分野において適
用されている。醸造、尿検査、純水化および海上
の船における飲料水の調製のような表面的には無
関係に思えるあらゆる分野において、比重の測定
が行われている。言うまでもなく、この溶液特性
を測定するための迅速で容易な方法は、これらの
技術レベルと共に、速やかで正確な比重測定が有
益である他の技術レベルをも高めるものとなるで
あろう。従つて、例えば、医学実験技術者が数秒
で尿試料の比重を正確に測定することができるな
らば、診断に当たつている医師はそのような迅速
な結果により助けられるのみならず、実験能率も
何倍も増加するであろう。 本発明は広い範囲に適用可能であるが、説明を
簡略にするために、ここでは主として尿のイオン
強度または比重の測定について述べる。他の分野
への適用は、本発明がいかに尿測定に係わつてい
るかを理解することにより明らかになるであろ
う。 尿の比重を測定することは電解質による妨害の
理解および臨床的取扱いにおいてかなり有意義な
ものである。従つて、完全な尿検査には比重測定
を行うべきであり、かつ通常行なわれている。一
般的に、そのような測定では、好適な装置による
直接比重測定を含むことになるだろうが、モル浸
透圧濃度即ちイオン強度のような関連のある性質
を測定することもまた有用であり、このイオン強
度から逆に対応する比重の値が得られる。 比重とは単位のない用語であり、溶液の場合、
それは或る特定の温度における或る容積の水の重
量に対する所定の温度における等しい容積の溶液
の重量の比である。尿のような溶液の場合、比重
は溶解した溶質の各種類の数、密度、イオン電荷
および重量の関数である。 「イオン強度」という用語は、特定の溶液中の
異なる種類のイオン種の数とこれらのそれぞれの
電荷との間の数学的関係を表わす。従つて、イオ
ン高度μは次の式 μ＝１／２ 〓ⁱ c_iz² _i (1) （式において、ｃは特定のイオン種のモル濃度で
あり、またｚはその電荷の絶対値である）によつ
て数学的に表わされる。なお、和Σは溶液中のす
べての異なつた種類のイオンについて集計したも
のである。 イオン高度と比重との関係は数学的に定義する
ことができる。例えば、溶液がｃのモル濃度を有
する希釈NaClの場合、方程式(1)は次のようにな
る。 μ＝１／２ 〓ⁱ c_iz² _i (1) ＝１／２〔（c_Na＋）(1)＋（c_Cl−）(1)〕 (2) μ＝ｃ (3) さらに、所定溶液の重量モル濃度ｃとモル濃度
Ｍの間の関係は ｃ＝Ｍ／ρ (4) （式においてρは溶媒の濃度である） であり、このことは公知である。方程式(3)のｃを
方程式(4)に代入すると、イオン強度とモル濃度と
の関係が得られる。 μ＝Ｍ／ρ (5) 希釈NaClの場合、モル濃度（Ｍ）と比重
（SG）との間に次の関係が存在することが実験的
にわかつている。

【表】 データーによれば、NaCl濃度の0.12Mのあら
ゆる増分変化量に対して、0.005のSGがそれに応
じて変化する。この関係を用いると、SGは次の
通り数学的に定義することができる。 SG＝１＋0.005M／0.12 (6) 式(5)を式(6)に代入すると、 SG＝１＋0.005μρ／0.12 (7) 溶媒が水の場合、ρ＝１となり、方程式(7)は次
の通りになる。 SG＝１＋0.005μ／0.12 (8) 本発明の完成前において、比重を測定する殆ん
どの方法は液体比重計、尿比重計、比重びん、比
重計等を利用していた。これら従来の方法は殆ん
どの場合十分な感応性を有するが、こわれやすい
しかも大きな装置を必要とし、また定期的に洗
浄、補修および較正して、これらの信頼性を維持
しなければならない。さらに、これら装置を使用
する場合には多くの不都合なことがある。例え
ば、液面上における泡即ち気泡が判読の邪魔を
し、メニスカスの判読が困難である。尿比重計は
液体試料を含む容器の側面に付着する傾向があ
る。尿の場合、前記装置のうちの適切な装置にと
つて試料の量が足りなくなることがしばしばあ
る。 前記欠点のすべてを本質的に除去し且つ重量モ
ル浸透圧濃度（即ち比重）を速かに測定すること
のできる最近の技術は、ダレイソン（Grayson）
等の米国特許第4015462号に開示されている。こ
の特許はキヤリヤーマトリツクスに浸透圧の下で
破砕するマイクロカプセルが含有され前記マイク
ロカプセルの壁は半透膜材料で構成されている発
明に関するものである。壁の内側には着色材を含
む溶液が封入されている。カプセルがカプセル内
部より低い重量モル浸透圧濃度を有する溶液と接
触すると、より低い重量モル浸透圧濃度の方向に
浸透勾配がカプセルの壁を横切る状態で生じ、こ
れにより静水圧がカプセル内部において増加し、
従つてカプセルが膨張し、最終的に破裂し、着色
成分が放出される。この現象によつて生成される
色素の量は溶液の比重の関数である。 従つて、理解されるように、比重を直接測定す
る多数の装置の外に、溶液の重量モル浸透圧濃度
のような間接的手段を用いて比重を測定すること
もできる。 さらに比重を直接に測定することなしに比重を
測定する他の方法としては、溶液のイオン強度の
測定があり、このパラメーターの相関関係は前記
においてすでに述べられている。このような方法
は、フアルブ（Falb）等の米国特許第4318709号
において利用されている。周知のように、水性系
の比重は帯電種の存在によつて大きく影響される
ので、イオン強度に比例する測定値から各溶液の
比重を概数し、前記測定値をあらかじめ較正され
た参照系と照し合わせることができる。フアルブ
等の特許はこのような関係を利用している。 フアルブ等の特許は弱酸性または弱塩基性高分
子電解質を使用することについて開示しており、
この高分子電解質はそれぞれ（NaOHのような）
塩基または（HClのような）酸により少なくとも
50％中和されているものである。試験溶液のイオ
ン強度次第で、分子内PHの変化が重合体において
生じ、この程度はイオン強度のバロメーターであ
る。PHメーターまたはPH応答性化物のようなPH指
示体は、試料のイオン強度によつて引起されるPH
変化（もしくはPH変化がないこと）を反映する。 比重を間接的に測定する重量モル浸透圧濃度法
およびイオン強度法においては、精度は、非イオ
ン種の存在によつて影響されると考えられる。し
かしながら、フアルブ等の試験により、グルコー
ス、蛋白質および尿素のような非イオン成分は、
非常に高い濃度の場合を除いて、実際に変則的な
結果または著しく不正確な結果をもたらすもので
はないということがわかつている。バークハード
ト（Burkhardt）等、クリニカル・ケミストリー
（Clinical Chemistry）、28巻、1982年、2068〜
2072頁参照。 米国特許第4108727号はこの潜在的な不正確性
の源を除去する方法に係わり、比重応答性の系が
非イオン性溶質をイオン種に変換することのでき
るイオン化剤を含んでいる用具を開示している。 米国特許第3449080号は溶解したナトリウムイ
オンまたは塩化物イオンを測定することについて
述べている。この引例は体汗中のこれらのイオン
の濃度を測定する試験用具に係わるものである。
この特許にはPH指示薬と共にイオン交換樹脂を使
用することが開示されている。この用具によれ
ば、ナトリウムまたは塩化物イオンの存在はPH指
示薬の作用に基づくイオン交換樹脂の色彩変化に
よつて測定される。この引例はイオン強度を測定
する方法を開示しているけれども、実施例に述べ
られている技術は比重の測定に適用できないとい
うことが本願の発明者によつて明らかにされた。 本発明完成前の比重測定技術の背景を要約する
と、この溶液パラメーターを直接的に、また間接
的に検査する方法は多数公知である。直接的に測
定する方法はこわれ易く、大きく且つ高価な装置
を利用しており、この装置はやらに定期的に洗浄
し、補修し且つ較正しなければならないものであ
る。間接的測定方法の場合、重量モル浸透圧濃度
として公知の、溶液の束一性の測定により、比重
に対する正確な相関関係が得られる。さらに、溶
液の比重およびイオン強度の間の関係を求めるに
は、部分的に中和された高分子電解質およびPH指
示薬が利用されている。希薄な高分子電解質は体
汗中のナトリウムおよび／または塩化物イオンの
濃度を測定する場合に有用である。 本発明は先行技術と異なり、イオン強度即ち比
重の測定を劇的に改良することができる。本発明
によれば、種々の比重レベルを区別することにお
いて大きな感度を得ることができ、さらに試験試
料から次の試験試料へのPH変化の干渉を抑えるこ
とができる。 簡単に述べれば、本発明は水性試験試料の比重
を測定する試験手段、用具および方法に関する。
試験手段は弱酸性高分子電解質の塩、即ち特殊な
第四アンモニウム塩または塩基で少なくとも部分
的に中和された弱酸性高分子電解質重合体と；高
分子電解質および試験試料の間のイオン交換に対
して検出可能な応答を生成することのできる指示
物質とから成る。本発明の用具は試験手段が含有
されているキヤリヤーマトリツクスから成る。本
発明の方法は試験試料を用具または試験手段と接
触させ、色、PHまたは酸素活性の変化のような検
出可能な応答を観測することから成る。 弱酸性高分子電解質重合体は少なくとも約50
％、好ましくは75〜95％が中和される。従つて、
重合体主鎖に結合しているカルボキシル基の少な
くとも約50％、好ましくは75〜95％は第四アンモ
ニウムイオンの塩の形で存在する。総括的な観点
から、このような高分子電解質の塩は次の構造式
を有するものと考えられる。 （式において、波線は重合体主鎖を表わし、この
主鎖は特定のカルボキシル基の外にこのカルボキ
シル基以外の基と置換しており、ｎは重合体鎖中
の反復単位の数を表わし、さらにイオン（Ｒ）
₄N⁺のＲ置換基は同一または異なり、水素低級ア
ルキルまたはアリールであり、Ｒ基の少なくとも
１つは水素以外のものである。） この明細書で使用されている用語について説明
する。次の定義は本発明の範囲を完全に理解し且
つ本発明を完全に実施することができるようにす
るためのものである。 １ 「低級アルキル」、という用語は１〜６個の
炭素原子を有するアルキル基を含み、例えばメ
チル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、
ｎ−ブチル、イソブチル、第三ブチル並びにベ
ンチルおよびヘキシルのすべての異性体があ
る。このような基は置換されたものでも非置換
のものでもよいが、反応により本発明の実施に
悪影響を及ぼし各成分の作用の妨げるような置
換基は明らかにこの用語の意味の範囲外であ
る。このような妨害置換基は実験室における本
発明および実施例に関する教示を受けていれば
日常の実験により容易に知ることができる。 ２ ここで使用されている「アリール」という用
語は、１つ以上の六員環を有する基であり、ベ
ンゼンまたは他の芳香族誘導体構造を含む。代
表的なアリール基はフエニル（C₆H₅−）、ベン
ジル（C₆H₅CH₂−）およびナフチルである。
低級アルキル基と同様に、アリール基は置換さ
れたものでも非置換のものでもよいが、置換基
は本発明の作用、即ちイオン強度または比重の
測定を妨げないものでなければならない。 ３ ここで使用されている「第四アンモニウム
塩」という用語は、これらの言葉の通常の意味
と異なる。この明細書において、第四アンモニ
ウム塩とは式（Ｒ）₄N⁺X^-（式において、Ｒ置
換基の１つ以上は水素、低級アルキルまたはア
リールであり、Ｘはハロゲンであり、Ｒの少な
くとも１つは水素以外のものである）を有する
塩を意味する。 ４ 同様に、「水酸化第四アンモニウム」とは式
（Ｒ）₄N⁺OH^-（式において、Ｒ置換基の少なく
とも１つは低級アルキルまたはアリールであ
る）の化合物を意味する。 ５ 「第四アンモニウムイオン」とは第四アンモ
ニウム塩または水酸化物の正に荷重したイオン
成分を意味する。それは式（Ｒ）₄N⁺（式にい
て、少なくとも１つのＲ置換基は低級アルキル
またはアリールである）のイオンである。 ６ 「高分子電解質の塩」は弱酸性高分子電解質
重合体を意味し、その重合体のカルボキシル基
の少なくとも約50％は第四アンモニウムイオン
と化学的に結合されている。この塩はカルボキ
シルプロトン（H⁺）が第四アンモニウムイオ
ンと置換されいるものである。 本発明の試験手段は１つの成分として弱酸性高
分子電解質を含んでいる。このような重合体の多
数の例はこの技術分野において公知であり、これ
らの共通の特徴は、重合体を水溶液にさらすと、
わずかに部分的に解離する酸性側基が存在するこ
とである。殆んどの高分子電解質は水溶性または
部分的に水溶性であり、また(a)水溶液および(b)重
合体鎖上のイオン化の可能な種のイオン性次第で
容易にイオン化される。 従つて、高分子電解質は、溶液中におけるその
イオンの挙動次第で、弱酸性または強酸性であ
る。一般的に、ポリビニルスルホン酸およびポリ
スチレンスルホン酸のように水と接触した時に殆
んど完全にイオン化する高分子電解質は、強酸性
高分子電解質であると考えられる。これに対し
て、弱酸性高分子電解質は、カルボキシル基のよ
うな弱酸性のイオン化可能な基を含んでいる。こ
れら重合体の分子鎖に沿う電荷密度は、置換度並
びに中和度を変えることにより変化する。本発明
に特にふさわしいものと考えられる弱酸性高分子
電解質の例としては、ポリアクリル酸、ポリマレ
イン酸、マレイン酸／メチルビニルエーテル共重
合体、ポリメタクリル酸およびスチレン／マレイ
ン酸共重合体がある。特に望ましい重合体は、ガ
ントレツツ（Gantrez）AN−119という商標の下
でゼネラル・アニリン・アンド・フイルム・コー
ポレーシヨン（General Aniline and Film
Corporation）から市販されている無水マレイン
酸／メチルビニルエーテル共重合体である。 本発明の組成物および試験手段は弱酸性高分子
電解質を含むが、重合体の官能基（例えば
COOH）の少なくともいつかは最初に部分的に
反応して、前記のような塩を生成する。この高分
子電解質の塩はカルボキシル基の少なくとも約50
％、好ましくは75〜95％と中和するまで水酸化第
四アンモニウムで重合体を滴定することにより生
成することができる。 本発明において使用される第四アンモニウムイ
オンは既定の合成方法により得られる。第四アン
モニウム塩はハロゲン化アルキルまたはハロゲン
化アリールを第三アミンと反応させることにより
生成できる。本発明の場合、そのような化合物は
１つ以上の置換基を含み、残りのＮ−置換基は水
素である。これらの塩はイオン性物質であつて、
水溶液中においてカルボキシル基のプロントン
（H⁺）を置換し、これによつて本発明において使
用する重合体の塩のような塩を生成することがで
きる。 第四アンモニウム塩は次の反応式に従つて生成
される。 （Ｒ）₃N＋RX加熱 ―――→ （Ｒ）₄N⁺X^- (9) （式において、Ｒは前記において定義した通りで
あり、Ｘはハロゲンである） 弱酸性高分子電解質の塩は、式（Ｒ）₄N⁺OH^-
（式においてＲは前記に定義した通りである）を
有する水酸化第四アンモニウムの使用により理想
的に生成できる。これらの化合物は次の反応式 （Ｒ）₄N⁺X^-＋MOH（Ｒ）₄N⁺OH^-＋MX (10) （式においてＸはハロゲンおよびＭはアルカリ金
属である） に従つてアルカリとの反応により第四アンモニウ
ム塩から生成できる。 水酸化第四アンモニウムのもう１つの生成方法
は、次の反応式 （Ｒ）₄N⁺X^-＋AgOH→（Ｒ）₄N⁺OH^-＋AgX↓
（11） に従つて、対応するハロゲン化アンモニウム水溶
液を水酸化銀で処理することにより行なわれる。
この方法は反応式(10)の平衡の問題を解決すること
ができる。なぜならばハロゲン化銀が不溶性であ
るからである。従つて、平衡が右に移動するなら
ば、この時所望の水酸化物生成物は水溶液の濾過
およびそれに続く蒸発によつて単離できる。有機
塩基は結晶性固体として得られ、通常潮解性の水
和物である。 本発明において有用な高分子電解質と塩を生成
する水酸化第四アンモニウムの例としては、テト
ラメチル、テトラエチル、テトラブチル、トリブ
チルメチル、トリメチルブチル、トリメチルフエ
ニル、トリメチルベンジル、トリメチル−２−ヒ
ドロキシエチル、トリメチル、トリエチルおよび
トリブチル水酸化アンモニウムがある。 本発明の弱酸性高分子電解質の塩は、水酸化第
四アンモニウムの水溶液を用いて高分子電解質重
合体の滴定により生成できる。カルボキシル基の
少なくとも約50％が中和されていることが好まし
い。本発明において現在最も好ましいと考えられ
る理想的な中和範囲は、約75〜約95％の中和率で
あり、90％の中和は、今までのところ比重または
イオン強度に関するPH変化の最大分離または他の
検出可能な応答を提供する場合に最適であるとい
うことがわかつた。 本発明のもう１つの要素は指示手段である。こ
の指示手段としては、PH指示化合物、酸素／基質
作用が微妙なPH変化に応答する酵素系、PHメータ
ー、およびPH応答抗原／抗体系のようなさまざま
なものがある。例えば、公知のPH応答発色試薬化
合物は採用可能なものであり、これら化合物は測
定者が観測できる色彩の発生またはその変化をも
たらし、これは試験されている系のイオン強度ま
たは比重を表わす。色原体が使用さる場合、標準
色彩分類表が前もつて作成され、視覚によつて組
成物を迅速に標準分類表と比較して、所望の結果
を得る。本発明において使用できる望ましい色原
体の例としては、ブロモチモール・ブルー、アリ
ザリン、プロムクレゾール・パープル、フエノー
ル・レツドおよびニユートラル・レツドがあり、
ブロモチモール・ブルーは特に望ましいことがわ
かつた。 もう１つの態様において、指示手段としてPHメ
ーターが採用でき、これによれば、PHのわずかな
変化（ΔPH）が、変色を視覚により観測すること
なしに、特設モニターすることができる。特に望
ましい方法の１つは表面PH電極と共にPHメーター
を使用することである。この場合、PHメーターの
応答は種々のイオン強度の値にわたつて観測さ
れ、標準分類表が作成される。この場合、PHの特
定の変化は特定の試験試料のイオン強度に対応す
る。 指示手段のさらにもう１つの態様はPH応答酵素
基材系であり、これによれば高分子電解質／イオ
ン強度相互影響によつて生じるPHの微妙な変化に
より、酵素活性が開始され、または特別な酵素反
応のK_Mのような動力学的反応パラメーターが変
更される。従つて、検出可能な応答を付与するこ
とのできる酵素系は、試験試料の比重またはイオ
ン強度に従つてこの応答を提供することができ
る。例えば、酵素キモトリプシンは、基質の酢酸
ｐ−ニトロフエニルに作用して黄色の生成物ｐ−
ニトロフエノールを生成する場合にPHに応答する
ことが知られている。即ち、反応速度はPH６〜８
の間で急激に増加し、ｐ−ニトロフエノールの生
成はこの範囲内におけるPHの増加によつて著しく
高められる。 同様に、抗原標識化物質を用することも可能で
ある。抗原／抗体反応はPHに左右されることが良
く知られており、本発明の指示手段にはそのよう
な標識物質うおよび標識用抗体も包含される。PH
の変化は対応する酵素反応に利用しうる基質の変
化によつて測定される。 本発明の試験用具は、高分子電解質の塩および
指示化合物または他のPH応答手段が他の不活性成
分と共に含有された望ましいキヤリヤーマトリツ
クスから成る。特に便利な構造は、組成物を含有
するマトリツクスの一部がプラスチツク細片の一
端に設けられ、その他端はハンドルとして作用す
るものである。このような用具は、マトリツクス
を試料に単に浸漬し、取出した後、例えば標準色
彩図表と比較することにより、マトリツクスの色
を観測し、試験試料のイオン強度または比重を測
定するために使用される。 キヤリヤーマトリツクスは通常濾紙のような多
孔性物であるが、必ずしも多孔性である必要はな
い。キヤリヤーマトリツクス材料として妥当と認
められる他のものには、フエルト、多孔性セラミ
ツク細片、およびガラス繊維織物またはガラス繊
維マツトがある（米国特許第3846247号）。さら
に、羊毛、布、スポンジ材料および粘土質物質の
使用も提案されている（米国特許第3552928号）。
このようなすべてのキヤリヤーマトリツクス材料
は本発明において使用可能であるが、その他の使
用可能な材料も存在する。濾紙は特に望ましいこ
とがわかつた。 本発明の試薬組成物をキヤリヤーマトリツクス
に含有させる方法は限定的なものではなく、また
その方法はマトリツクスの性質によつて著しく異
なる。例えば、キヤリヤーが高分子フイルムであ
る場合、高分子電解質の塩およびPH指示薬が単独
で、または望ましいバインダーと共に溶液状に混
合され、フイルム状に流延され、続いてドクター
ブレードで塗布される。もう１つの態様の場合、
例えば重合体および組成物の混合溶液を生成する
ことにより、組成物はフイルム重合体と均一に混
合され、または溶融した重合体と混合される。こ
の均一な混合物はフイルムとして使用され（溶液
を生成する方法が採用される場合）、または例え
ば加熱された定盤を使用することにより溶融さ
れ、フイルム状に形成される。多くのキヤリヤー
マトリツクスは、噴霧およびインクジエツト印刷
のような印刷技術を用いて試薬が塗布される。 好ましい実施態様においては、濾紙は高分子電
解質の塩の水溶液または懸濁、若しくは他の好都
合な賦形剤が含浸され、次に乾燥される。その
後、この高分子電解質を含む濾細には望ましい指
示手段が含有される。通常、濾紙にはPH応答発色
指示薬（例えばプロモチモール・ブルー）の溶液
が含浸され、その後乾燥される。この溶液にはメ
タノールまたはエタノール、Ｎ，Ｎ−ジメチルホ
ルムアミドもしくはジメチルスルホキシドのよう
な他の望ましい溶楳が用いられている。また、一
回浸透法が使用され、これによれば高分子電解質
および指示手段は初期溶液または懸濁液中に共存
している。 前述したように、所望ならば、試薬含有キヤリ
ヤーマトリツクスは支持材料に取付けることがで
きる。好ましい実施態様における試験用具は、例
えば高分子電解質の塩および支持手段が含有され
ている濾紙キヤリヤーマトリツクスから成り、こ
のマトリツクスは長方形の透明なポリスチレンフ
イルム片の一端に取付けられ、他端はハンドルと
して作用する。望ましい手段、例えば両面接着テ
ープ〔スリー・エム・カンパニー（3M
Company）から市販されているダブル・ステイ
ツク（Double Stick、商標）〕を使用することに
より、マトリツクスはフイルムに固着される。使
用に際し、そのような用具はポリスチレンフイル
ム支持材料の自由端が把持され、マトリツクス側
の端部が試験試料（例えば尿）に浸漬され、すば
やく取出される。発色または他の検出可能な応答
が一定時間後に観測され、既知溶液のイオン強度
または比重に対応する色彩参照基準と比較され
る。 採用される特製の参照標準は、試験手段が単独
で使用されるか、またはキヤリヤーマトリツクス
と一体的に使用されるかによつて決まり、且つ採
用される特定の指示手段によつて決まる。例え
ば、高分子電解質の塩が試験試料に直接加えられ
且つ指示手段がPHメーターである場合、参照標準
は、基準量の高分子電解質の塩を、イオン強度が
既知の溶液を基準量加えることにより作成され
る。高分子電解質の塩の添加前後のPHがPHメータ
ーを用いて記録される。この操作は異なる既知の
イオン強度を有する一連の溶液について行われ
る。未知の試験試料のイオン強度を測定するため
には、同じ操作が行われ、PH変化を既知溶液のそ
れと比較する。 高分子電解質の塩および発色性PH指示薬を含む
キヤリヤーマトリツクスから成る試験用具が使用
される場合、参照標準は、既知のイオン強度の溶
液に応答して所定時間後にキヤリヤーマトリツク
スによつて発生した色彩を表示している一連の色
彩図表から成る。未知試料を試験する時は、試験
用具のキヤリヤーマトリツクスが試料中に浸漬さ
れ、取出され、且つ所定時間後に色彩の発現また
は変化を観測する。キヤリヤーマトリツクスはそ
の時点で参照標準色彩図表と比較され、試料のイ
オン光度または比重を求める。 実施例 次の実施例は当業者が本発明を実施することが
できるようにすためのものである。従つて、好ま
しい実施態様が説明され且つ検討されている。こ
れら実施例は単に例示的なものであり、ここに説
明され且つ特許請求の範囲に述べられた範囲を限
定するものではない。 種々の、弱酸性高分子電解質と水酸化第四アン
モニウムの塩を生成するために、一連の実験が行
われた。採用された高分子電解質はマレイン酸／
ビニルメチルエーテル共重合体（前出のゼネラ
ル・アニリン・アンド・フイルム・コーポレーシ
ヨンから市販のガントレツツAN−119）および
マレイン酸／エチレン共重合体（PMAET）であ
つた。使用された水酸化第四アンモニウムは、水
酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラブ
チルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニ
ウム、水酸化トリブチルメチルアンモニウム、水
酸化トリメチル−２−ヒドロキシエチルアンモニ
ウムおよび水酸化ベンジルトリメチルアンモニウ
ムであつた。 検討すべき特別な高分子電解質重合体の標準溶
液および各実験用の２つのアリコートが採用され
た。一方には測定された量の塩化ナトリウムが加
えられた。他方は蒸留水中に溶かした高分子電解
質の溶液から成つていた。各アリコートに、高分
子電解質をカルボキシル基の75％を置換させるの
に充分な所定量の特定の水酸化第四アンモニウム
が加えられた。加えられる水酸化物の量を計算す
る場合、重合体のそれぞれは各コモノマーの基が
交互に配列したものから成つているものと仮定し
た。 前記高分子電解質重合体のそれぞれについて、
25ミリリツトル（ml）の一組の溶液が蒸留水を用
いて生成された。第１溶液はカルボキシル基の
0.015モル／リツトルを生成するのに充分なコポ
リマーを含んでいた。溶液の一方には塩化ナトリ
ウムを充分に加え、1.1モルのNaCl溶液を生成し
た。溶液のそれぞれに、対応する第四アンモニウ
ムイオンの0.0113モル／リツトルに相当する量の
各水酸化第四アンモニウムが加えられた。正確な
濃度および量は第表に示されている。

【表】

【表】 イオン強度または比重に応答する試験用具は、
水酸化第四アンモニウムで滴定されたガントレツ
ツAN−119を含む溶液とPH指示薬のプロモチモ
ール・ブルーとを濾紙に含有されることにより形
成された。 １デシリツトル当り2.34グラムのガントレツツ
AN−119および１デシリツトル当り0.1グラムの
ブロモチモール・ブルーを含有する溶液100ミリ
リツトルがビーカーに加えられた。この溶液は水
酸化テトラメチルアンモニウムで9.5±0.02のPH
になるまで滴定された。 イートン・アンド・ダイケマン（Eaton＆
Dikeman）第204号の濾紙の一片が溶液中に浸漬
され、取出され且つ約50℃のエアオーブン中で乾
燥された。正方形の含浸された乾燥された濾紙は
約25ミリメートル×約10cm（約４インチ）の大き
さの小さな長方形のポリスチレンフイルムの端部
に取付けられた。従つて、長方形のポリスチレン
フイルムの一端部には25ミリメートル平方の含浸
濾紙が設けられ、他端部は便利な握り部分として
利用される。この正方形濾紙は両面接着テープ
（スリー・エム・カンパニーから市販されている
商標名ダブル・ステイツク）を用いて取付けられ
た。 試験用具はガントレツツAN−119および水酸
化トリブチルメチルアンモニウム用いて同様に形
成された。４ｇ／100mlの重合体濃度を有するガ
ントレツツAN−119の水溶液の29.3ミリリツトル
から成る溶液が調製された。これに、40ｇ／100
mlの濃度の水酸化トリブチルメチルアンモニウム
の水溶液の7.2ミリリツトルが加えられた。さら
にこの混合物に、0.05ｇのブロモチモールブルー
および0.016ｇのメチルレツドが加えられた。次
に、この混合物は蒸留水で希釈され、最終的に容
量を50ミリリツトルにした。この溶液のPHは
10.30（１時間の放置後、10.26）であつた。 次に、この溶液を用いて、前記のようにイート
ン・アンド・ダイケマンの濾紙の一片に含浸し
た。この濾紙は同様に乾燥され且ポリスチレンフ
イルムの一片に取付けられた。 これらの実験において作成された試験用具は、
種々の濃度の塩化ナトリムウを含む水溶液のイオ
ン強度または比重を測定する場合に有用であるこ
とがわかつた。 本発明の試験用具の比重測定効果を測定するた
めに、一連の実験が行われた。本発明の用具は、
フアルプ等の米国特許第4318709号の特許請求の
範囲に従つて形成された現在市販の試験用具と比
較された。これらの実験から得られたデーターは
第１図に示されている。 この実施において使用された本発明の用具は、
前記において述べられたように形成されたが、含
浸乾燥濾紙をポリスチレンの細片に取付ける代り
に、１辺が１cmの正方形の各小片が含浸濾紙から
裁断されて、この実験に使用された。 本発明と比較するために、マイルス・ラボラト
リーズ・インコーポレイテツド（Miles Labora
−tories、Inc.）のエームズ・デイビジヨン
（Ames Division）から市販されているエヌーマ
ルチステイツクス−エス・ジー（Ｎ−
MULTISTIX−SG）即ち現在市販されているマ
ルチ分析試験用具の比重測定面積に相当する試験
用具が製造された。この含浸透紙には、脱イオン
水の１リツトル当り23.4ｇのガントレツツAN−
119および１リツトル当り1.2ｇのブロモチモール
フルーを含む溶液が使用された。この溶液のアリ
コートは、得られた溶液のPHが標準PH電解および
オリオン（Orion）モデル701のデジタルPHメー
ターで測定して7.75になるまで、NaOHで滴定さ
れた。濾紙（イートン・アンド・ダイケマン第
204号）の細片は部分的に滴定されたアリコート
中に浸漬され、次に乾燥された。その後、濾紙
は、両面接着テープ（スリー・エム・カンパニー
から市販されている商標名ダブル・ステイツク）
を用いてポリスチレンフイルム上に取付けられ
た。得られた試験用具はそれぞれ一端において１
cm²の含浸濾紙が取付けられている長方形ポリスチ
レンフイルムから成つていた。 本発明をNaOHで滴定されたガントレツツと
比較するために、既知濃度の塩化ナトリウムを含
む一連の塩化ナトリウム溶液が生成された。試験
用具のそれぞれは塩化ナトリウム溶液に浸漬さ、
含浸濾紙の表面のPHはフイツシヤー・サイエンテ
イフイツク・カンパニー（Fisher Scientific
Company）の平坦な表面のポリマー・ボデイ・
コンビネーシヨン・エレクトロード（Polymer−
body Combination Electrode）13−639−83を
用いて測定された。試験溶液から細片を取出した
後60秒後に、PH値は記録された。塩化ナトリウム
溶液への浸漬後に測定された塩化ナトリウム溶液
の濃度および比重並びに各用具の表面のPHは、第
表に記録されている。

【表】 このデーターは第図においてグラフの形にプ
ロツトされており、この図面から理解されるよう
に、本発明の場合比重に体するPHの変化は著しく
大きいが、先行技術の場合、その変化はかなり小
さい。 種々の比重レベル間のPHの相対的変化（ΔPH）
を比較するためのさらに他の有用な手段がある。
PH指示薬の応答（即ち色の変化）はΔPHに少なく
とも近似的に比例するので、１つの比重レベルか
ら他のレベルまでの特別な用具のPH変化が大きけ
れば大きいほど、色の変化は著しくなり、従つて
試験の精度が高められる。 第表のΔPHデーターは第図の形にプロツト
され、本発明は、前記のように形成された先行技
術の用具（即ち、エヌーマルチステイツクス−エ
ス・ジーの比重試験面積）と比較されている。第
図によれば、本発明は80％〜130％大きなΔPH
を提供し、これにより先行技術よりすぐれた劇的
に増加した色彩応答が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明と先行技術との比較試験からの
データーに基づきPH応答濾紙の表面のPHを図示し
たものであり、一方のグラフは本発明の高分子電
解質の塩に係り、他方のグラフは先行技術の従来
の比重応答系に係るものである。第２図は同様な
データーを別の方法で表わしており、種々の比重
増分により生ずるPHの変化（ΔPH）を示してい
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水性試験試料中のイオン強度又は比重を測定
   する試験用具であつて； 弱酸性高分子電解質重合体と、この高分子電解
   質と試料との間のイオン交換に対して検出可能な
   反応を生成することができる指示薬とを包含する
   担体マトリツクスよりなり、 前記高分子電解質のカルボキシル基の少なくと
   も50％が 次式： （式中、Ｒ置換基は、同一又は異なり、水素、低
   級アルキル又はアリールであるが、Ｒの少なくと
   も１つは水素以外のものである） の構造を持つイオンの塩の形で存在することを特
   徴とする試験用具。 ２ 高分子電解質がポリアクリル酸、ポリマレイ
   ン酸、マレイン酸−ビニルメチルエーテル共重合
   体、ポリメタクリル酸、またはスチレン−マレイ
   ン酸共重合体である特許請求の範囲第１項記載の
   試験用具。 ３ 高分子電解質がマレイン酸−ビニルメチルエ
   ーテル共重合体である特許請求の範囲第１項記載
   の試験用具。 ４ 指示薬がプロモチモールブルーである特許請
   求の範囲第１項記載の試験用具。 ５ 高分子電解質の酸性基の約75〜95％が前記イ
   オンの塩の形で存在する特許請求の範囲第１項記
   載の試験用具。 ６ 弱酸性高分子電解質重合体を充分な水酸化第
   四アンモニウムと反応させて、該高分子電解質の
   カルボキシル基の少なくとも50％が次式： （式中、Ｒ置換基は、同一又は異なり、水素、低
   級アルキル又はアリールであるが、Ｒの少なくと
   も１つは水素以外のものである） の構造を持つイオンの塩を形成する工程、及び 前記高分子電解質の塩と、該塩と試料との間の
   イオン交換に対して検出可能な反応を生成するこ
   とができる指示薬を担体マトリツクスに包含する
   工程 からなる水性試験試料中のイオン強度又は比重を
   測定する試験用具の製造方法。 ７ 充分な水酸化第四アンモニウムを用いて高分
   子電解質のカルボキシル基の約75〜95％の塩を形
   成する特許請求の範囲第６項記載の方法。 ８ 担体マトリツクスを、前記高分子電解質の塩
   の溶液又は懸濁液及び好適な溶媒中のPH指示薬と
   接触させ、その後乾燥する、特許請求の範囲第６
   項記載の方法。