JPH0454898B2 - - Google Patents
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- JPH0454898B2 JPH0454898B2 JP58104350A JP10435083A JPH0454898B2 JP H0454898 B2 JPH0454898 B2 JP H0454898B2 JP 58104350 A JP58104350 A JP 58104350A JP 10435083 A JP10435083 A JP 10435083A JP H0454898 B2 JPH0454898 B2 JP H0454898B2
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
- G01N33/84—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving inorganic compounds or pH
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、イオン強度を測定するための方法及
び装置に関する。
び装置に関する。
イオン強度Jは
(1)
J=1/2
〓i
CiW2 i
Ci=イオン種iの濃度
Wi=イオン値iのイオン価
によつて定義される。
従つてイオン強度Jを特定しようとする場合に
は個々のイオン種の濃度を測定しかつ表から読み
取つた該イオン種の電気化学的イオン価から(1)に
よりイオン強度を計算しなければならない。
は個々のイオン種の濃度を測定しかつ表から読み
取つた該イオン種の電気化学的イオン価から(1)に
よりイオン強度を計算しなければならない。
大部分の測定及び解析問題に関してはこのよう
なイオン強度の特定で十分である。
なイオン強度の特定で十分である。
しかし生物学的対象の場合、例えば物質代謝過
程の場合には、電解液中の物質組成の時間的変化
がしばしば起こる。そこでその都度のイオン強度
を特定しようとする場合には、関与する物質の部
分ならびにそれらのイオン価及び濃度の特定に関
する面倒な方法や表による参照は利用できる短い
作業時間では普通は不可能である。
程の場合には、電解液中の物質組成の時間的変化
がしばしば起こる。そこでその都度のイオン強度
を特定しようとする場合には、関与する物質の部
分ならびにそれらのイオン価及び濃度の特定に関
する面倒な方法や表による参照は利用できる短い
作業時間では普通は不可能である。
従つて本発明は電解液のイオン強度の直接的測
定を課題とした。
定を課題とした。
上記課題は、電解液のPH値が、イオン強度に依
存する第一指示薬を用いる第一の測定及び第一指
示薬とは別様にイオン強度に依存する第二指示薬
を用いる第二の測定によつて測定され、この際イ
オン強度が近似式: (2) J=J0・10F(N)[1+W(X)+0.5/W(N)-W(X)]
[pH′(N)-pH′(X)] J=イオン強度 J0=検量時のイオン強度 PH′(N)=イオン強度に依存する第一指示薬N
(HPTS)を用いて測定されたPH値 PH′(X)=イオン強度に依存するが、第一指示薬
とは異なるイオン強度依存性を有する第二指
示薬を用いて測定されたPH値 W(N)=第一指示薬(HPTS)のイオン価(−
4) W(X)=第二指示薬のイオン価 F(N)=1/0.07(2W(N)+1) …(2a) によつて計算されることによつて解決される。
存する第一指示薬を用いる第一の測定及び第一指
示薬とは別様にイオン強度に依存する第二指示薬
を用いる第二の測定によつて測定され、この際イ
オン強度が近似式: (2) J=J0・10F(N)[1+W(X)+0.5/W(N)-W(X)]
[pH′(N)-pH′(X)] J=イオン強度 J0=検量時のイオン強度 PH′(N)=イオン強度に依存する第一指示薬N
(HPTS)を用いて測定されたPH値 PH′(X)=イオン強度に依存するが、第一指示薬
とは異なるイオン強度依存性を有する第二指
示薬を用いて測定されたPH値 W(N)=第一指示薬(HPTS)のイオン価(−
4) W(X)=第二指示薬のイオン価 F(N)=1/0.07(2W(N)+1) …(2a) によつて計算されることによつて解決される。
ここで、−4はHPTS(ヒドロキシピレントリス
ルホネート)が水溶液中で次のように完全に解離
する際のイオン価Wiである。
ルホネート)が水溶液中で次のように完全に解離
する際のイオン価Wiである。
本発明による方法の利点は、イオン強度がそれ
ぞれ自体未知の組成を有する混合物からも直接特
定されうる点にある。
ぞれ自体未知の組成を有する混合物からも直接特
定されうる点にある。
前記方法を実施するための装置は、イオン強度
依存性第一指示薬を用いてPHを特定するための自
体公知の装置及び第一指示薬とは異なるイオン強
度依存性を有する第二指示薬を用いる自体公知の
装置が設けられていて、式: E1=J0・10F(N)[1+W(X)+0.5/W(N)-W(X)] …(3) F(N)=1/0.07[2W(N)+1] …(3a) で示されるパラメーターが、両装置の信号の差分
d1で累乗されてP1 (E1)d1=J0d1・10F(N)[1+W(X)+0.5/W(
N)-W(X)]d1…(3b) となり、この累乗された信号が指示装置に送られ
ることから成る。
依存性第一指示薬を用いてPHを特定するための自
体公知の装置及び第一指示薬とは異なるイオン強
度依存性を有する第二指示薬を用いる自体公知の
装置が設けられていて、式: E1=J0・10F(N)[1+W(X)+0.5/W(N)-W(X)] …(3) F(N)=1/0.07[2W(N)+1] …(3a) で示されるパラメーターが、両装置の信号の差分
d1で累乗されてP1 (E1)d1=J0d1・10F(N)[1+W(X)+0.5/W(
N)-W(X)]d1…(3b) となり、この累乗された信号が指示装置に送られ
ることから成る。
該方法は、二つの測定がイオン強度への異なる
依存性を有する場合のみ、蛍光性指示薬、吸光性
指示薬、指示器としての電極又は他の指示方法を
用いて実施することができる。電極は、例えばPH
測定用のガラス電極又はイオン選択電極、Caイ
オン測定用のイオン選択又はガラス電極であつて
よい。カルシウムイオンの蛍光測光による測定の
ためには吸光性指示薬として砒素アゾ()を用
いることができる。
依存性を有する場合のみ、蛍光性指示薬、吸光性
指示薬、指示器としての電極又は他の指示方法を
用いて実施することができる。電極は、例えばPH
測定用のガラス電極又はイオン選択電極、Caイ
オン測定用のイオン選択又はガラス電極であつて
よい。カルシウムイオンの蛍光測光による測定の
ためには吸光性指示薬として砒素アゾ()を用
いることができる。
この場合特別の方法は、複指示薬方法、つまり
2種の異なる蛍光性指示薬を用いる測定である。
それというのもこのような指示薬の蛍光信号は測
定技術的に良好に分離可能だからである。
2種の異なる蛍光性指示薬を用いる測定である。
それというのもこのような指示薬の蛍光信号は測
定技術的に良好に分離可能だからである。
特に血液及び尿の生理学的測定の場合には、ヒ
ドロキシピレントリスルホネート(HPTS)及び
b−メチルウンベルフエロン(b−M)を使用す
るのが極めて有利である。
ドロキシピレントリスルホネート(HPTS)及び
b−メチルウンベルフエロン(b−M)を使用す
るのが極めて有利である。
また強度の変動を除去するために蛍光性指示薬
に公知法で参照指示器(Referenzindikator)が
関連されていてもよい。
に公知法で参照指示器(Referenzindikator)が
関連されていてもよい。
前記測定方法及び装置の場合、PH測定用蛍光性
指示薬としてHPTSを使用すること自体は任意で
ある。他のすべての蛍光性指示薬も同様に使用す
ることができる。
指示薬としてHPTSを使用すること自体は任意で
ある。他のすべての蛍光性指示薬も同様に使用す
ることができる。
この場合にはもちろん指数係数(指示薬HPTS
の場合には約2.22である)は変化する。
の場合には約2.22である)は変化する。
任意の指示薬Xに指定される指数係数F(X)は直
ちに特定できる。すなわちF(X)は F(X)〕F(N)Z(N)/Z(N) …(6) F(N)=N(HPTS)の指示薬固有指数定数 F(X)指示薬Xの固有指数定数 Z(N)=N(HPTS)のイオン価パラメーター Z(X)指示薬Xのイオン価パラメーター Z=2(−W)−1 …(7) W=イオン価 である。
ちに特定できる。すなわちF(X)は F(X)〕F(N)Z(N)/Z(N) …(6) F(N)=N(HPTS)の指示薬固有指数定数 F(X)指示薬Xの固有指数定数 Z(N)=N(HPTS)のイオン価パラメーター Z(X)指示薬Xのイオン価パラメーター Z=2(−W)−1 …(7) W=イオン価 である。
この種の装置を用いると換算によつて更に浸透
圧又は沸点上昇が特定できる。例えば浸透圧P0
は P02|J|・22.4atm …(8) であり、浸透度(Osmolaritaet)は Qsm2J …(9) である。
圧又は沸点上昇が特定できる。例えば浸透圧P0
は P02|J|・22.4atm …(8) であり、浸透度(Osmolaritaet)は Qsm2J …(9) である。
さて該測定方法は次のように説明される:出発
点は次の式: PH=pK−log〔Sd−Sx/Sx〕=pK−log〔1−α/α〕 …(11) Sd=完全に解離された濃度 Sx=実際に解離された電解質部分 α=Sx/Sd=電解質の解離度 で示される質量作用の法則である。
点は次の式: PH=pK−log〔Sd−Sx/Sx〕=pK−log〔1−α/α〕 …(11) Sd=完全に解離された濃度 Sx=実際に解離された電解質部分 α=Sx/Sd=電解質の解離度 で示される質量作用の法則である。
実験から判明したところによると、蛍光測光的
に測定されたPH値の変動は、 △pK=pK1−pK2 …(12) pK1=イオン強度1の場合のpK値 pK2=イオン強度2の場合pK値 に比例するので、イオン強度に対する異なる依存
性を有する異種のPH指示薬を用いる該溶液の二つ
の測定の際には方程式: PH=PH′(N)−△pK(N) …(13) PH=PH′(X)−△pK(X) が得られる。
に測定されたPH値の変動は、 △pK=pK1−pK2 …(12) pK1=イオン強度1の場合のpK値 pK2=イオン強度2の場合pK値 に比例するので、イオン強度に対する異なる依存
性を有する異種のPH指示薬を用いる該溶液の二つ
の測定の際には方程式: PH=PH′(N)−△pK(N) …(13) PH=PH′(X)−△pK(X) が得られる。
方程式(13)においてはPH、△pK(N)、△pK(X)なる
量は未知である。この限りでは解けない放程式(13)
はしかし、デバイーヒユツケル(DEBYE−
HUECKEL)の式により近似的に偏差△pK(N)、
△pK(X)の関係が存在することを考慮すると解を
得ることができる。すなわちデバイーヒユツケル
の式 △pK=Z・L(J) …(14) ここで Z=2(−W)−1 …(15) W=指示薬のイオン価 L(J)=A√/1+B・d・√J …(16) (デバイーヒユツケルの関数) J=イオン強度 B・d=分子パラメーター A=温度依存定数 である。従つて(13)式から、近似式: L=(J,X)L(J,N)=L(J) …(17) を用いて方程式: △pK(N)=Z(N).L(J) △pK(X)=Z(X).L(J) …(18) が得られる。故に関係式: △pK(N)=Z(N)/Z(N)△pK(X) (19) が成立する。(13)及び(19)から次式: PH=1/Z(X)−Z(N)[Z(X)PH′(N)−Z(N)PH′(X)
] …(20) 又はイオン価Wを用いると PH=PH′(X)−WF[PH′(N)−PH′(X)] …(21) WF=W(X)+0.5/W(N)−W(X) …(21a) が得られる。
量は未知である。この限りでは解けない放程式(13)
はしかし、デバイーヒユツケル(DEBYE−
HUECKEL)の式により近似的に偏差△pK(N)、
△pK(X)の関係が存在することを考慮すると解を
得ることができる。すなわちデバイーヒユツケル
の式 △pK=Z・L(J) …(14) ここで Z=2(−W)−1 …(15) W=指示薬のイオン価 L(J)=A√/1+B・d・√J …(16) (デバイーヒユツケルの関数) J=イオン強度 B・d=分子パラメーター A=温度依存定数 である。従つて(13)式から、近似式: L=(J,X)L(J,N)=L(J) …(17) を用いて方程式: △pK(N)=Z(N).L(J) △pK(X)=Z(X).L(J) …(18) が得られる。故に関係式: △pK(N)=Z(N)/Z(N)△pK(X) (19) が成立する。(13)及び(19)から次式: PH=1/Z(X)−Z(N)[Z(X)PH′(N)−Z(N)PH′(X)
] …(20) 又はイオン価Wを用いると PH=PH′(X)−WF[PH′(N)−PH′(X)] …(21) WF=W(X)+0.5/W(N)−W(X) …(21a) が得られる。
実験的には次の曲線が得られる:
第1図に図示した実際に最も重要なイオン強度
範囲:J0<J<10J0;J0=0.1に関して例えば
HPTSの場合には △pK(HPTS)=0.45logJ/J0 …(22) となり、例えばb−メチルウンベリフエロン(b
−M)の場合には △pK(b−M)=0.07logJ/J0 …(23) のようになる。第1図において1はHPTSに関す
る測定曲線であり、2はデバイーヒユツケルの論
理により期待される曲線であり、3はb−Mに関
する測定曲線、4はデバイ−ヒユツケルの論理に
より期待される曲線である。
範囲:J0<J<10J0;J0=0.1に関して例えば
HPTSの場合には △pK(HPTS)=0.45logJ/J0 …(22) となり、例えばb−メチルウンベリフエロン(b
−M)の場合には △pK(b−M)=0.07logJ/J0 …(23) のようになる。第1図において1はHPTSに関す
る測定曲線であり、2はデバイーヒユツケルの論
理により期待される曲線であり、3はb−Mに関
する測定曲線、4はデバイ−ヒユツケルの論理に
より期待される曲線である。
方程式(22),(23)からは換算によつて、2種の
蛍光性指示薬、例えばHPTS及びb−Mメチルウ
ンベリフエロンを用いる測定の場合には J=J0・102・22(1+WF)(PH′(HPTS)
−PH′(b−M))…(25) WF=W(X)+0.5/W(N)−W(X)=W(b−M
)+0.5/W(HPTS)W(bM)=−1+0.5/−4+1=
1/6 が成立する。任意の指示薬Xに関しては J=J0・10F(N)[1+W(X)+0.5/W(HPTS)-W(X)][pH
′(HPTS)-pH′(X)]…(26) F(N)=1/0.07(Z(N)) …(26a) Z(N)=2(−W(N))−1 …(26a) が適用される。
蛍光性指示薬、例えばHPTS及びb−Mメチルウ
ンベリフエロンを用いる測定の場合には J=J0・102・22(1+WF)(PH′(HPTS)
−PH′(b−M))…(25) WF=W(X)+0.5/W(N)−W(X)=W(b−M
)+0.5/W(HPTS)W(bM)=−1+0.5/−4+1=
1/6 が成立する。任意の指示薬Xに関しては J=J0・10F(N)[1+W(X)+0.5/W(HPTS)-W(X)][pH
′(HPTS)-pH′(X)]…(26) F(N)=1/0.07(Z(N)) …(26a) Z(N)=2(−W(N))−1 …(26a) が適用される。
ここでF(N)は次のように確定することができ
る: 方程式(24)は方程式(2)に相当する。従つて方程
式(24)における指数F=2.22はほぼ曲線(22)の勾
配0.45の逆数である。この勾配は有利には実験的
に特定されるが、原理的にはまたデバイーヒユツ
ケルの理論により確定することができる。
る: 方程式(24)は方程式(2)に相当する。従つて方程
式(24)における指数F=2.22はほぼ曲線(22)の勾
配0.45の逆数である。この勾配は有利には実験的
に特定されるが、原理的にはまたデバイーヒユツ
ケルの理論により確定することができる。
この場合標準化は任意であり、また他のすべて
の指示薬に対しても標準化が可能である。このこ
とは同様に任意のイオンに関してもあてはまる。
の指示薬に対しても標準化が可能である。このこ
とは同様に任意のイオンに関してもあてはまる。
それというのも特定イオン種の特性が前提とさ
れてはならないからである。しかし特定イオン種
の測定のために必要な2種の指示薬は溶液のイオ
ン強度依存性は相違していなければならない。
れてはならないからである。しかし特定イオン種
の測定のために必要な2種の指示薬は溶液のイオ
ン強度依存性は相違していなければならない。
第2図は、本発明による方法をそれを用いて実
施することのできる簡単な装置を示す。
施することのできる簡単な装置を示す。
第2図の場合、PH感受性指示薬I1,I2に対
して調節された2個の蛍光光度計F1,F2が容
器K中の当該溶液LのPH値を特定する。
して調節された2個の蛍光光度計F1,F2が容
器K中の当該溶液LのPH値を特定する。
両PH値は電気的に減法ユニツト(Subtrah−
ierglied)D1に送られ、そこで形成された示差
信号を用いて累乗ユニツト(Potenzierglied)P
1で式: E1=J0・10F(N)[1+W(X)+0.5/W(N)-W(X)] …(3) で示されるパラメーターが PH′(N)−PH′(X) …(3a) で累乗される。
ierglied)D1に送られ、そこで形成された示差
信号を用いて累乗ユニツト(Potenzierglied)P
1で式: E1=J0・10F(N)[1+W(X)+0.5/W(N)-W(X)] …(3) で示されるパラメーターが PH′(N)−PH′(X) …(3a) で累乗される。
演算増幅器又はデイジタルコンピユーターとし
て形成されていてよい累乗ユニツトで形成された
値は指示装置A1で表示される。
て形成されていてよい累乗ユニツトで形成された
値は指示装置A1で表示される。
イオン強度の指示と平行して、計算機Rで信号
の換算が行なわれ、指示装置A3で他の導出可能
な信号が表示されうる。例えばRで2を乗じると
該指示装置は方程式(9)による浸透度を表示し、係
数が44.8の大きさならばA3は方程式(8)による浸
透圧を表示する。
の換算が行なわれ、指示装置A3で他の導出可能
な信号が表示されうる。例えばRで2を乗じると
該指示装置は方程式(9)による浸透度を表示し、係
数が44.8の大きさならばA3は方程式(8)による浸
透圧を表示する。
同様にイオン強度に依存する他の計算規則も使
用することができる。
用することができる。
導出可能な量の測定は第2図により行なわれ
る。
る。
【図面の簡単な説明】
第1図はlogJ/J0と△pKとの関係を表わすグラ
フであり、第2図は本発明による方法を実施する
ための装置のフローチヤートである。 I1…第一指示薬、I2…第二指示薬、F1,
F2…蛍光光度計、D1…減法ユニツト、P1,
A1,A3…指示装置、R…計算機。
ための装置のフローチヤートである。 I1…第一指示薬、I2…第二指示薬、F1,
F2…蛍光光度計、D1…減法ユニツト、P1,
A1,A3…指示装置、R…計算機。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 電解液のPH値が、イオン強度に依存する第一
指示薬を用いる第一の測定及び第一指示薬とは別
様にイオン強度に依存する第二指示薬を用いる第
二の測定によつて測定され、この際イオン強度が
近似式: J=J0・10F(N)[1+W(X)+0.5/W(N)-W(X)]
[pH′(N)-pH′(X)]…(2) J=イオン強度 J0=検量時のイオン強度 PH′(N)=イオン強度に依存する第一指示薬N
(HPTS)を用いて測定されたPH値 PH′(X)=イオン強度に依存するが、第一指示薬
とは異なるイオン強度依存性を有する第二指
示薬を用いて測定されたPH値 W(N)=第一指示薬(HPTS)のイオン価(−
4) W(X)=第二指示薬のイオン価 F(N)=1/0.07[2W(N)+1] …(2a) によつて計算されることを特徴とするイオン強度
の測定方法。 2 指示薬が異なるイオン強度依存性を有する2
種類の蛍光性指示薬である特許請求の範囲第1項
記載の方法。 3 指示薬がヒドロキシピレントリスルホネート
(HPTS)及びb−メチルウンベリフエロン(b
−M)である特許請求の範囲第2項記載の方法。 4 強度の変動を除くために蛍光指示薬に公知法
で参照指示器が関連されている特許請求の範囲第
2項記載の方法。 5 水素イオンの代りに、光学的又は電気化学的
指示薬を用いて測定可能の他のイオンが測定され
る特許請求の範囲第1項から第4項までのいずれ
か1項記載の方法。 6 電解液のPH値が、イオン強度に依存する第一
指示薬を用いる第一の測定及び第一指示薬とは別
様にイオン強度に依存する第二指示薬を用いる第
二の測定によつて測定され、この際イオン強度が
近似式: J=J0・10F(N)[1+W(X)+0.5/W(N)-W(X)]
[pH′(N)-pH′(X)]…(2) J=イオン強度 J0=検量時のイオン強度 PH′(N)=イオン強度に依存する第一指示薬N
(HPTS)を用いて測定されたPH値 PH′(X)=イオン強度に依存するが、第一指示薬
とは異なるイオン強度依存性を有する第二指
示薬を用いて測定されたPH値 W(N)=第一指示薬(HPTS)のイオン価(−
4) W(X)=第二指示薬のイオン価 F(N)=1/0.07[2W(N)+1] …(2a) によつて計算されることから成るイオン強度の測
定方法を実施するための装置において、イオン強
度依存性第一指示薬を用いてPH値を測定するため
の自体公知の装置I1,F1及び第一指示薬I1
とは異なるイオン強度依存性を有する第二指示薬
を用いる自体公知の装置I2,F2が設けられて
いて、式: E1=J0・10F(N)[1+W(X)+0.5/W(N)-W(X)] …(3) F(N)=1/0.07[2W(N)+1] …(3a) で示されるパラメーターが、両装置の信号の差分
d1で累乗されてP1 (E1)d1=J0d1・10F(N)[1+W(X)+0.5/W(
N)-W(X)]d1 となり、この累乗信号が指示装置A1に送られる
ことを特徴とするイオン強度の測定方法を実施す
るための前記装置。 7 計算機Rを有する他の指示装置A3が設けら
れていて、同装置を用いてイオン強度に依存する
量が計算されかつ指示されうる特許請求の範囲第
6項記載の装置。 8 計算機Rの計算規則が方程式: Osn=2J である特許請求の範囲第7項記載の装置。 9 計算機Rの計算規則が方程式: Pp=2J・22.4 である特許請求の範囲第7項記載の装置。 10 蛍光測光による測定のための第一指示薬が
可及的に大きいイオン価を有する特許請求の範囲
第6項から第9項までのいずれか1項記載の装
置。 11 水素イオン測定のための装置の代りに、光
学的又は電気化学的指示薬を用いて測定可能の他
のイオンの測定装置が使用される特許請求の範囲
第6項又は第9項記載の装置。
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