JPH0474964A

JPH0474964A - 過酸化水素の定量法および該方法に用いる装置

Info

Publication number: JPH0474964A
Application number: JP18728490A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Haginaka; 淳萩中; Hiroshi Saito; 斎藤　寛
Original assignee: Tosoh Corp
Current assignee: Tosoh Corp
Priority date: 1990-07-17
Filing date: 1990-07-17
Publication date: 1992-03-10

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、過酸化水素の定量用デバイスおよび方法に関
するものであり、環境水分析、臨床化学分析、食品分析
などにおける過酸化水素の定量に有用である。

〔従来技術〕

過酸化水素の測定は、雨水などの環境水の分）１１、臨
床化学分析、食品分析など様々な分野において行われて
いる。特に、臨床化学分析分野においては、尿や血液中
のグルコース、コレステロール、乳酸、糖タンパク質な
どを測定するのに酸化酵素などを用いて生成した過酸化
水素を定量することが一般的に行われている。一方、食
品分析分野においては、食品中の残存過酸化水素の測定
が行われている。

従来、過酸化水素の定量方法として、色素等の生成触媒
としてペルオキシダーゼを用いる方法が知られている。

この場合、例えば、過酸化水素に４−アミノアンチピリ
ン（４−ＡＡＰ）とフェノールをペルオキシダーゼ存在
下で作用させ、生成したキノイドを定量する。しかし、
ペルオキシダーゼは、不安定で保存上の取り扱いか面倒
であり、純度も一般の化学試薬に比べて悪く、しかも高
価である。このため、多数の検体を精度よく高感度に分
析することが難しくなっている。

また、他の方法として、ルミノールとヘミンを用いる化
学発光法（文献、Ｙ、Ｙｏｓｈｉｚｕｍｉ　　ｅｔ　　
ａｌ、、　　ＡｔｏｍｏｓｐｈｅｒｉｃＥｎｖ　ｉ　ｒ
ｏｎｍｅｎ　ｔ、　　　１８　（２）、　　　３９５−
４０１　（１９８４））が知られているが、この方法で
は再現性に問題がある。

最近、上記のペルオキシダーゼに代わり金属ポルフィリ
ン錯体を触媒に用いる方法（文献、　Ｙ。

５ａｉｔｏ　　ｅｔ　　ａｌ、、　　　Ｃｈｅｍ、　　
Ｐｈａ　ｒｍ、　　　Ｂｕ　ｌ　１．　　　３４　（１
２）　　５０１．６−５０１９　　（１９８６））、が
考案され、これをイオン交換樹脂に担持させカラムに充
填して用いる方法か公知となっている（特開昭６３−２
５０５６５号公報）。しかし、カラム法では、試薬溶液
を絶えずポンプで送液する必要かあるため多量の試薬か
消費され、しかも検出ピークにティリングが生し品く分
解能か悪くなる。

〔本発明か解決する課題〕

以上のように、公知の過酸化水素の定量方法では精度、
感度、再現性、分解能などについて様々な問題か存在し
ていた。

〔課題点を解決するための手段〕

本発明者らは、過酸化水素の定量における従来の欠点を
改善すべく鋭意研究を重ねた結果、金属ポルフィリン錯
体を担持させたイオン交換膜を用いることにより過酸化
水素を迅速に容易に高分解能で高精度に分析することを
見いたし本発明に到達した。

すなわち、本発明は、イオン交換膜に担持させた金属ポ
ルフィリン錯体の存在下、液体試料中の過酸化水素と該
過酸化水素用反応試薬とを反応させ、反応生成物を分光
光度的に検出する過酸化水素の定量法および金属ポルフ
ィリンを担持したイオン交換膜の一面に液体試料を供給
するための試料液供給部を設けると共に、その他面に該
金属ポルフィリン錯塩の存在下で過酸化水素と反応して
分光光学的に検出可能な生成物を与える試薬を含有する
反応部を設けた液体試料中の過酸化水素定量装置を提供
するものである。

以下本発明をさらに詳細に説明する。

〔作用〕

本発明において、金属ポルフィリン錯体を担持するのに
用いるイオン交換膜としては、カチオン交換膜とアニオ
ン交換膜とがありいずれも使用することができる。また
、ベルフロロ系の高分子を骨格とするフッ素系のイオン
交換膜および炭化水素系の高分子を骨格とするイオン交
換膜いずれも使用することができる。前者の例として、
ナフィオン（デュポン社製）とトスフレックス（東ソー
社製）があり、後者の例として、ネオセブタ（徳山曹達
社製）やセレミオン（旭硝子社製）がある。

このような本発明で使用できるイオン交換膜は、イオン
交換容量が０．２〜４．０ミリ等量／グラム乾燥膜であ
り、膜厚は０．０２〜２．０ｍｍであることか望ましい
。さもなければ本発明の効果を著しく損なってしまう。

また、本発明で用いるイオン交換膜は内径０゜１〜２ｍ
ｍで膜厚が０．０２〜２ｍｍの中空状（チューブ状）で
あってもよく、この場合、デバイスの構造をシート状の
膜を用いた場合に比べて簡略にすることができる。

本発明で用いる金属ポルフィリン錯体におけるポルフィ
リンとはポルフィリン骨格を有する物質であり、例えば
、一般式（Ｉ）または（ＩＩ）で表されるポルフィリン
が挙げられる。

Ｒ１（式中、Ｍはマンガン、コバルト、鉄、亜鉛またはニッ
ケル原子を示し、Ｒ１−Ｒ４は芳香族置換基であって、
そのうち少なくとも１つはスルフォフェニル基、カルボ
キシフェニル基、スルフォナフチル基、スルフォチェニ
ル基、アミノフェニル基またはピリジル基を示す。）（式中、Ｍはマンガン、コバルト、鉄、亜鉛またはニッ
ケル原子を示し、Ｒ５−Ｒ８はスルフォン酸基、カルボ
ン酸基または水素原子であって、そのうち少なくとも１
つはスルフォン酸基またはカルボン酸基を示す。）上述のポルフィリンの例としては、テトラフェニルポル
フィンスルフォン酸、テトラフェニルポルフィンカルボ
ン酸、テトラスルフオフタロシアニン、テトラキス（５
−スルフォフェニル）ポルフィン、テトラ（ｐ−カルボ
キシフェニル）ポルフィン、テトラナフチルポルフィン
スルフォン酸、テトラキス（トリメチルアミノフェニル
）ポルフィン、およびテトラキス（メチルピリジニウム
）ポルフィン等が挙げられる。

一方、金属ポルフィリン錯体における金属としては、マ
ンガン、コバルト、鉄、亜鉛またはニッケル原子が挙げ
られる。

本発明の過酸化水素の定量用デバイスは、以下の様にし
て作製される。ます、各種定量法（吸光光度法や蛍光法
など）に応して使用する金属ポルフィリン錯体を決定し
、さらにこの金属ポルフィリンに応して使用するイオン
交換膜の種類を決定する。すなわち、負荷電を有する金
属ポルフィリン錯体にはアニオン交換膜を、正荷電を有
する金属ポルフィリン錯体にはカチオン交換膜を使用す
ることが好ましい。次に、適当量の金属ポルフィリン錯
体の水溶液にイオン交換膜を接触させ、金属ポルフィリ
ン錯体かイオン交換膜内に担持されるまで室温下または
加温下で適当な時間放置する。

この際、金属ポルフィリン錯体のイオン交換膜内への担
持を効果的にするため、必要に応じてアセトニトリルな
どの水溶性の有機溶剤を金属ポルフィリン錯体の水溶液
に添加する。この様にして得られた金属ポルフィリン錯
体を担持させたイオン交換膜を、適当な容器に収納し、
目的とするデバイスを得る。

デバイスの形態の例として、イオン交換膜がシート状で
ある場合のデバイスを第１図に、イオン交換膜が中空（
チューブ）状である場合のデバイスを第２図と第３図に
示した。

第１図においては、２と４が金属ポルフィリン錯体を担
持したシート状イオン交換膜、１と５が反応液用のスペ
ーサ、３が試料液用のスペーサである。ここで、試料液
用のスペーサの厚さ（流路の厚さ）は０．２〜２．０ｍ
ｍ、流路の幅は２〜５０ｍｍ、流路の長さは’３０〜３
００ｍｍであることが望ましい。

第２図においては、６は金属ポルフィリン錯体を担持し
たイオン交換チューブ、７は反応液、８は反応液リサー
バ、９はフェラル、１０はオスネジ、１１はテフロンチ
ューブ、１２は攪拌子である。ここで、反応液に浸され
たイオン交換チュブの長さは２０〜３００ｃｍであるこ
とか望ましい。

第３図は、二重管構造を有するデバイスであり、１３は
内側に位置する金属ポルフィリン錯体を担持したイオン
交換チューブ、１４は外管である。

通常、試料液はイオン交換チューブの内側を流れ、反応
液はイオン交換チューブと外管の間隙を流れる。外管の
材質としては、ポリオレフィン系樹脂、フッ素樹脂、エ
ンジニアリングプラスヂックなどの高分子樹脂がある。

また、デバイスの長さは２０〜３００ｃｍであることが
望ましい。

本発明において上記デバイスを用いて試料液に含まれる
過酸化水素を測定するには、金属ポルフィリン錯体を担
持したイオン交換膜の片面に試料液を接触し、他面に金
属ポルフィリン錯体の触媒作用により過酸化水素と反応
する試薬を含有する液（反応液）を接し、試料液側の発
光または吸光度を測定すればよい。

吸光光度法による測定に用いる反応液としては、過酸化
水素と反応して発色または螢光を発する反応生成物とな
る試薬であれば特に制限はないが、例えば、吸光度測定
用の反応試薬としては、４−アミノアンチピリンを０．
２〜５０　ｍ　ｇ　／　ｍ　Ｉとフェノールを１〜１０
０ｍｇ／ｍｌを含むほう酸緩衝液（ｐＨが７〜１２）が
挙げられ、螢光測定用の反応試薬としては、ｐ−ヒドロ
キシフェニル酢酸を０，４〜５０　ｍ　ｇ　／　ｍ　１
　、エチレンジアミン四酢酸二ナトリウムを０．０６〜
１０　ｍ　ｇ　／　ｍｌを含む水溶液（アンモニアある
いは水酸化ナトリウム等でｐＨを５〜１２に調整）が挙
げられる。

これらの反応液には、反応の効率を上げるため、必要に
応じて５〜５０％の水溶性の有機溶剤（メタノールなど
）を添加してもよい。

本発明の過酸化水素の定量用デバイスは反応器として連
続流れ分析（例えば、フローインジェクンヨン分析）に
使用される。第２図の方式のデバイスを使用したフロー
インジェクション装置の例を第４図に示す。この図にお
いて、１５は本発明の過酸化水素の定量用デバイス、１
６は金属ポルフィリン錯体担持中空状イオン交換膜、〕
７は反応液、１８はイオン交換水リサーバ　〕９は緩衝
液リサーバ、２０はイオン交換水送液用ポンプ、２１は
緩衝液送液用ポンプ、２２は試料液注入器、２３は吸光
分光光度計、２４は記録計である。

［実施例コ以下、本発明の過酸化水素の定量用デバイスおよび定量
方法を実施例により説明する。

実施例１ α、β、γ、δ−テトラキス（４−スルフオフェニル）
ポルフィン１００ｍｇをＩＭ酢酸ナトリウム溶液５ｍｌ
に溶解し、水７５ｍ１を加え１時間還流した。さらに、
０．０１ＭのＭ　ｎ　ＣＩ　２を２０ｍ１加え、２時間
還流した。その後、得られた水溶液をカチオン交換樹脂
カラムに通じてとカチオンを除去し、Ｍｎ−テトラキス
（４−スルフォフェニル）ポルフィン錯体水溶液を得た
。

このＭｎ−テトラキス（４−スルフオフェニル）ポルフ
ィン錯体水溶液を純水で希釈し、濃度を０゜００１Ｍと
した。この水溶液２５ｍ１とアセトニトリル２５ｍ１を
混合して得られた溶液中に内径１、Ｏｍｍ、外径１．２
５ｍｍ、長さ９００ｍｍのアニオン交換チューブ（アニ
オン交換容量が約０．９ミリ当量／グラム乾燥膜であり
主鎖骨格がパーフロロアルキル構造であるもの）を浸漬
し、室温で一昼夜放置した。これにより、最初着色して
いた錯体水溶液はほとんど無色となり、イオン交換膜に
Ｍｎ−テトラキス（４−スルフオフェニル）ポルフィン
錯体が担持された。元素分析の結果、得られたチューブ
］ｇあたり約２７μモルのＭｎが検出された。

以上のように作製したＭｎ−テトラキス（４−スルフオ
フエニル）ポルフィン担持イオン交換チューブを第２図
に示したようなデバイスに装着し、このデバイスを用い
て第４図に示したようなフローシステムを組立てた。こ
こで、緩衝液として、６％のアセトニトリルを含む０．
０８Ｍはう酸緩衝液を用い、反応液としては、２５％の
メタツルを含む０．０８Ｍはう酸緩衝液に２ｍｇ／ｍｌ
の４−アミノアンチピリンと１０ｍｇ／ｍｌのフェノー
ルを溶解したものを用いた。緩衝液とイオン交換水の送
液速度はいずれも０．５ｍｌ／ｍｉｎであり、試料注入
量は０，１ｍｌ、分光光度計の波長は５１２ｎｍに設定
した。

この場合、反応液中に含まれる試薬がアニオン交換チュ
ーブの外側から内側に拡散透過し、チューブに担持され
たＭｎ−テトラキス（４−スルフオフェニル）ポルフィ
ン錯体の触媒作用により試料液中の過酸化水素と反応し
、キノイド型色素を生成するので、これを分光光度計で
検出することにより過酸化水素が定量できる。

２．５分ごとに（ａ）０．２５μｇ　／　ｍ　１、（ｂ
）０．５μｇ／ｍｌ、および（ｃ）１．０μｇ　／　ｍ
　１の過酸化水素標準液を注入し得られた溶出曲線を第
５図に示す。

また、第５図からピーク高さにより求めた検量線を第６
図に示した。これらの結果より、ピークの高さと過酸化
水素濃度は良い比例関係を示すことが明かとなった。

また、過酸化水素濃度１．０μｇ　／　ｍ　１および０
．１μｇ／ｍｌにおける繰返し１０回分析を行なった時
の変動係数は、０．５８％および０．　６０％と良好で
あった。

さらに、Ｓ／Ｎ−２における検出限界は、約５ｐｐｂで
あった〇実施例２実施例１で作製した過酸化水素測定デバイスとフローシ
ステムを用いて、実施例１と同様な条件で降雪中の過酸
化水素の定量を行った。１９９０年１月３１日の西宮市
甲子園での降雪中の過酸化水素濃度は、１５７±１．ｏ
ｐｐｂであり、再現性は良好であった。

実施例３実施例１において、緩衝液のｐＨを変化させた他は実施
例１と同様にして過酸化水素の検出を行った。試料液の
過酸化水素濃度が１．０μｇ　／　ｍ■とした時、各ｐ
Ｈにおける検出ピークの高さは表１のようになった。こ
の条件下では緩衝液の最適ｐＨは９〜１１であることが
分かる。

表１実施例４コバルト−ａ１β、γ、δ−テトラキス（４−カルボキ
シフェニル）ポルフィン錯体の０．００１Ｍ水溶液３０
ｍ１とアセトニトリル３０ｍ１を混合して得られた溶液
中に厚さ０．２３ｍｍ、面積３０ｃ＋＃の東ソー（株）
製のアニオン交換膜ＩＥ−ＤＦ１７（アニオン交換容量
が約０．９ミリ当量／グラム乾燥膜であり主鎖骨格がパ
ーフロロアルキル構造であるもの）を浸漬し、室温で一
昼夜放置した。これにより、最初着色していた錯体水溶
液はほとんど無色となり、イオン交換膜にコバルト−α
、β、γ、δ−テトラキス（４−カルボキシフェニル）
ポルフィン錯体か担持された。元素分析の結果、得られ
たアニオン交換膜のコバルト含有量は約２９μモル／ｇ
乾燥膜・Ｃ♂であった。

以上のように作製したコバルト−α、β、γ、δ−テト
ラキス（４−カルボキシフェニル）ポルフィン錯体を担
持したアニオン交換膜を第１図に示したようなデバイス
に装着し、このデバイスを用いて第４図に示したような
フローシステムを組立てた。このデバイスにおいて、ア
ニオン交換膜の有効膜面積は１６ｃ♂であり、中間室の
厚さ（すなわち、膜間距離）はＱ、５ｍｍであった。

このフローシステムを用いて実施例１に記載した方法に
従って検量線を作成したところ、実施例１と同様に良好
な直線性が得られたが、感度は約１１５であった。

実施例５実施例１において、Ｍ　ｎ−テトラキス（４−スルフォ
フェニル）ポルフィン錯体をコバルト−α、β、γ、δ
−テトラキス（１−メチルピリジニウム−４−イル）ポ
ルフィン錯体とし、アニオン交換チューブを同じイオン
交換容量で同じ内径と膜厚のカチオン交換チューブとし
て、実施例１と同様にして金属ポルフィリン錯体を担持
したカチオン交換チューブを作製した。

このチューブを第２図に示したようなデバイスに装着し
、このデバイスを用いて第４図に示したようなフローシ
ステムを組立てた。ここで、緩衝液として、６％のアセ
トニトリルを含む０．０８Ｍはう酸緩衝液を用い、反応
液としては、２５％のメタノール水溶液中に４　ｍ　ｇ
　／　ｍ　１のｐ−ヒドロキシフェニル酢酸、０．６ｍ
ｇ／ｍｌのエチレンジアミン四酢酸二ナトリウム、０．
２％のアンモニアを含有させたものを用いた。緩衝液と
イオン交換水の送液速度はいずれも０．５ｍｌ／ｍ１ｎ
１試料注入量は０，１ｍｌに設定した。また、検出器と
して蛍光検出器を使用し、励起波長を３２０ｎｍ、検出
波長を４０５ｎｍに設定した。元素分析の結果、得られ
たアニオン交換膜のコバルト含有量は約２５μモル／ｇ
乾燥膜であった。

実施例コと同様な標準溶液を用いて検量線を作成したと
ころ、実施例１と同様に良い直線性が得られた。たたし
、感度は１／２０程度であった。

実施例６グルコースを１０ｐｐｍから１１００ｐｐ含有する標準
グルコース溶液にグルコースオキシダーゼを添加し、過
酸化水素を発生させた。この過酸化水素を実施例１て作
製したフローシステムを用いて実施例１と同様な方法で
定量した。その結果、この範囲のグルコース濃度では検
量線は良好な直線性を示し、溶液中のグルコースの定量
に利用できることが分かった。

比較例１０．０１ＭのＭ　ｎ−テトラキス（４−スルフォフェニ
ル）ポルフィン錯体水溶液１００ｍ１をアセトン１００
ｍ１と混合し、この溶液中に４ｇのダウエックスＭＳＡ
−１（１００〜２００メツシユのアニオン交換樹脂）を
入れ、約３５℃で約２時間振とうした。得られた樹脂は
１ｇあたり約２５μモルのマンガンを含有していた。次
に、内径４ｍｍ、　長さ１０ｍｍのステンレスカラムに
充填し、過酸化水素定量用カラムを得た。

このカラムをアニオン交換チューブデバイスの代りに実
施例１記載のフローシステムに装着し、実施例１と同様
に、２．５分ごとに０．２５μｇ／ｍ　１，０．５μｇ
／ｍ　ｌ、および１．Ｏｕｇ／ｍ１の過酸化水素標準液
を注入したところ、得られた溶出曲線はティリングのた
めピークが重なり精密に検量線を求めるのに不都合であ
った。

〔本発明の効果〕

以上述べたように、本発明のデバイスおよび方法により
、環境水分析、臨床化学分析、食品分析等における様々
な水溶液中の過酸化水素の定量を、迅速に容易に高感度
で行うことが可能となった。

また、ペルオキシダーゼを用いる方法に比べて、試薬の
安定性に優れ、経済性にも優れた方法であることは明ら
かである。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は本発明の過酸化水素の定量用デバイスを示
す概略図、第４図は本発明で用いるフローインジェクシ
ョン装置の例を示す概略図、第５図は実施例１において
過酸化水素標準溶液に対する溶出曲線であり、第６図は
実施例１において求められた検量線を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）イオン交換膜に担持させた金属ポルフィリン錯体
の存在下、液体試料中の過酸化水素と該過酸化水素用反
応試薬とを反応させ、反応生成物を分光光度的に検出す
ることを特徴とする過酸化水素の定量法。
（２）金属ポルフィリン錯体を担持したイオン交換膜を
介して、過酸化水素含有試料溶液と該過酸化水素用反応
試薬含有溶液とを接触、反応させ、試料溶液側膜面にお
ける反応生成物を分光光度的に検出することを特徴とす
る請求項（１）記載の定量法。
（３）金属ポルフィリン錯体が一般式（ I ）または一
般式（II）で表される請求項（１）または（２）記載の
定量法。 ▲数式、化学式、表等があります▼（ I ）（式中、Ｍはマンガン、コバルト、鉄、亜鉛またはニッ
ケル原子を示し、Ｒ＿１〜Ｒ＿４は芳香族置換基であっ
て、そのうち少なくとも１つはスルフォフェニル基、カ
ルボキシフェニル基、スルフオナフチル基、スルフォチ
エニル基、アミノフェニル基またはピリジル基を示す。） ▲数式、化学式、表等があります▼（II）（式中、Ｍはマンガン、コバルト、鉄、亜鉛またはニッ
ケル原子を示し、Ｒ＿５〜Ｒ＿８はスルフォン酸基、カ
ルボン酸基または水素原子であって、そのうち少なくと
も１つはスルフォン酸基またはカルボン酸基を示す。）
（４）イオン交換膜が中空円筒状である請求項（１）ま
たは（２）記載の定量法。
（５）イオン交換膜がシート状である請求項（１）また
は（２）記載の定量法。
（６）金属ポルフィリン錯体を担持したイオン交換膜の
一面に液体試料を供給するための試料液供給部を設ける
と共に、その他面に該金属ポルフィリン錯体の存在下で
過酸化水素と反応して分光光学的に検出可能な生成物を
与える試薬を含有する反応部を設けたことを特徴とする
液体試料中の過酸化水素定量装置。
（７）金属ポルフィリン錯体を担持したイオン交換膜が
シート状である請求項（６）記載の定量装置。
（８）金属ポルフィリン錯体を担持したイオン交換膜が
中空円筒状である請求項（６）記載の定量装置。