JPH06100549B2 - 試料のパラメータの定量測定方法 - Google Patents

試料のパラメータの定量測定方法

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JPH06100549B2
JPH06100549B2 JP1201129A JP20112989A JPH06100549B2 JP H06100549 B2 JPH06100549 B2 JP H06100549B2 JP 1201129 A JP1201129 A JP 1201129A JP 20112989 A JP20112989 A JP 20112989A JP H06100549 B2 JPH06100549 B2 JP H06100549B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は液状又はガス状試料のパラメータの定量測定方
法であって、指示薬物質を試料と直接接触又は拡散接触
させた状態で励起したときに放射される蛍光を測定する
ものに関する。
〔従来技術及び解決すべき課題〕
光活性指示薬物質即ち蛍光色素を用いた公知の測定装置
では、測定すべきパラメータ、例えば物質濃度の変化に
よって生じる励起光又は放射光のスペクトル変化が検出
され、適当な較正によって目的のパラメータ(物質濃度
等)が求められる。「励起スペクトル」及び「放射スペ
クトル」の意味は以下の通りである。励起スペクトルを
得るには、励起光の波長をスペクトル全域に亘って変化
させる。そして、所定の波長における蛍光放射の強度が
測定される。放射スペクトルを得るには、励起光の波長
を一定に維持して蛍光放射のスペクトル強度分布を測定
する。励起光の単色化は、例えば選択フィルタや出力ス
リット付プリズムのような適当な装置を用いて、又は電
子的に調節可能な光源を用いて行うことができる。蛍光
放射は適当な測定装置を用いて波長の関数として記録さ
れる。
例えば、試料側が選択性透過膜で囲まれ、有機指示薬物
質が入れられた指示薬室を有する測定装置が独国公開公
報第2508637号に開示されている。この公知の装置で
は、指示薬を含む溶液中でプラスの水素イオンの濃度に
応じて励起スペクトルの変化に反応する指示薬としてβ
−メチルウンベリフェロンのような有機化合物が用いら
れている。このように、測定すべき試料から指示薬室即
ち指示薬溶液中への選択的な拡散を可能にすることによ
って、水素イオン濃度即ち試料のpH値が測定される。
又、上記公報には、ピレン酪酸のような有機化合物の放
射スペクトルの強度が酸素分子によって、主に指示薬を
含む相における酸素分圧に対応する量だけ低下するの
で、かかる装置を酸素分圧の測定に用いることができる
ことも開示されている。
しかし、この従来装置は、試料中のいくつかの異なる物
質の濃度を測定するには費用がかかるといった欠点を有
する。つまり、複数の指示薬室を並設し、各指示薬室に
測定すべき物質に反応する指示薬物質を入れ、各指示薬
物質をそれぞれのモノクロメータを介して励起し、発生
した蛍光をそれぞれの適当な検出装置で評価する必要が
ある。
オーストリア特許第377364号には、1つ又は複数の置換
機を含む置換芳香族化合物またはヘテロ芳香族化合物を
有機指示薬物質として用いる方法が開示されている。か
かる指示薬(物質)は、検出すべき物質の濃度変化の測
定に寄与する励起スペクトルの色変化や放射スペクトル
の強度変化によって、試料中の2以上の異なる物質の濃
度の変化に対して明確に区別しうる態様で反応するが、
官能基として特に、少なくとも1つのフェノール基、カ
ルボン酸基、スルフォン酸基等、又はこれらの基の結合
を有する。このように、励起によって放出する蛍光の色
変化や強度変化により、試料中の測定すべき物質の濃度
の変化に反応する有機指示薬が用いられている。
例えば、試料中の水素イオンの濃度が変化した場合に励
起スペクトルの色変化を伴って反応し、試料中の酸素分
子の濃度が変化した場合に放射スペクトルの強度変化を
伴って反応する指示薬物質が使用され、この場合、波長
はほぼ一定に維持される。一定波長での励起における蛍
光の強度はpH値から独立した値であり、指示薬室に含ま
れる指示薬物質全体の濃度の測定に供される。
この方法は、少なくとも1種類のパラメータ(O2)が蛍
光放射の強度変化だけの関数、従って指示薬物質のエー
ジング(色あせ)の関数である点で不利である。これに
加えて、励起用光源の強度のふらつきと蛍光放射を検出
する測定装置の感度のばらつきが測定値に影響する。
異なるO2濃度に対して波長がほぼ一定のときのみ、蛍光
放射の色変化と減衰との確実な分離、そして、試料中の
水素イオン濃度の変化または酸素分子の濃度変化への対
応付けが可能であるので、選択できる指示薬物質は限ら
れる。
本発明は以上の実情に鑑みてなされたものであって、そ
の目的は前述の測定装置または方法に使用される指示薬
物質の欠点を解消し、試料の2つのパラメータを簡単な
方法で同時に測定することを可能にすることにある。併
せて、測定値が指示薬物質のエージングや励起用光源の
強度のふらつき、検出器の感度ばらつきに影響されない
ようにする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明による試料のパラメータの定量測定方法は、液状
又はガス状試料の第1及び第2パラメータを定量測定す
る方法であって、その特徴は、芳香族炭化水素・芳香族
ヘテロ環状化合物・金属有機錯体からなるグループから
選ばれた指示薬物質を試料と直接接触又は拡散接触させ
た状態で励起したときに放射される蛍光を測定し、第1
パラメータの変化は、指示薬物質の励起スペクトル及び
放射スペクトルの異なる波長について測定された2つの
強度値の比の変化から求め、且つ、第2パラメータの変
化は、指示薬物質の蛍光放射の減衰時間の変化から求め
る点にある。
〔作用効果及び実施態様〕
上記特徴構成によれば、一つの指示薬物質を用いて簡単
な方法で試料の2つのパラメータを同時に測定すること
ができる。しかも、励起スペクトル及び放射スペクトル
の異なる波長について測定された2つの強度値の比と蛍
光放射の減衰時間とは指示薬物質のエージング(経時変
化)から独立しており、又、や励起用光源の強度のふら
つき、検出器の感度ばらつきの影響も相殺される。従っ
て、測定値はこれらの影響を受けない。
好ましい実施態様の一つによれば、指示薬物質としてス
ルフォン酸アニリド又は多環状芳香族炭化水素のヒドロ
キシル誘導体又はヘテロ環状化合物のヒドロキシル誘導
体が選ばれ、第1パラメータとしての試料のpH値及び第
2パラメータとしての試料の温度が測定される。例え
ば、ヒドロキシアンスラセン、ヒドロキシナフタリン及
びヒドロキシピレンのグループからのフェノールを用い
ることができる。適用分野として、O2含有量のほかにpH
値の正確な測定が要求される血液ガス分析がある。別の
適用分野としてバイオプロセス技術、特にバイオリアク
ターの酵素プローブがある。
他の実施態様によれば、指示薬物質としてエオシン又は
7−ヒドロキシクマリンが選ばれ、第1パラメータとし
ての試料のpH値及び第2パラメータとしての試料の温度
が測定される。適用分野として、やはり、pH値の正確な
測定のために温度測定が必要な血液分析がある。費用の
かかる測定装置の温度安定化はこれによって省略するこ
とができる。又、これらの指示薬物質は試料のO2含有量
にほとんど影響されない。温度が安定しない条件下でも
測定でき、温度センサ無しに温度補正を含む測定値が得
られる利点もある。
血液ガス分析の場合、例えば、一方がヒドロキシアンス
ラセンを含み他方がエオシンを含む二つの指示薬層を用
いて、pHの測定値をいずれか一方の指示薬層から得ると
共に一つの値を他の値のチェックに用いることにより、
O2濃度、温度及びpH値を決定することも可能である。こ
のようにすれば、迅速かつ確実な測定が可能になる。
別の実施態様によれば、指示薬物質として重炭酸緩衝液
による1−ヒドロキシピレン−3,6,8−トリスルフォネ
イト溶液が選ばれ、この指示薬物質がシリコーンポリマ
ーに含浸させられ、第1パラメータとしての試料のCO2
濃度及び第2パラメータとしての試料の温度が測定され
る。CO2によって生じるpH値の変化は指示薬の蛍光の変
化をもたらす。CO2の分圧は、励起光の波長460nm又は41
0nmにおいて520nmで測定した放射スペクトルの二つの強
度値の比から求められる。同時に、温度は、励起光の波
長460nmにおいて520nmで測定した蛍光の減衰時間から求
められる。
さらに別の実施態様によれば、指示薬物質として7−ヒ
ドロキシ−Nメチルキノリニウムが選ばれ、第1パラメ
ータとしての試料のpH値及び第2パラメータとしての試
料の塩化物濃度が測定される。
又、本発明の測定方法によれば、試料と接触しない状態
での蛍光減衰時間t0が既知である指示薬物質が試料と接
触して変調された光で励起され、このときの減衰時間t
が励起光と放射光との位相ずれから決定され、第2パラ
メータはtとt0との比から、第1パラメータが異なる波
長で測定された放射スペクトルの2つの強度値の比から
求められる。
別の実施態様によれば、試料と接触しない状態での蛍光
減衰時間t0が既知である指示薬物質が試料と接触してパ
ルス光で励起され、減衰時間内に2以上の強度値が測定
され、これから蛍光減衰時間tが決定される。
減衰時間tを決定するための上記二つの方法、即ち位相
法及びパルス法は、いずれも本発明者によるオーストリ
ア特許第186/86号(特開昭62−190445号公報)において
既に開示されている方法である。しかし、これに開示さ
れている方法では、一つの指示薬物質、例えばルテニウ
ム又はインジウムの金属有機錯体を用いて一つの物質、
例えば酸素のみが測定される。
最後の実施態様として、蛍光放射のスペクトル強度分布
の変化を求めるために蛍光強度の最大値のずれを検出し
てもよい。
〔実施例〕
以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図1に示すグラフにおいて、縦軸に蛍光放射の強度Iが
とられ、横軸に波長λがとられている。本発明に係る指
示薬物質、例えばエオシンの、pH=7の中性溶液につい
ての放射スペクトルを実線Nで示すと共に、求めるべき
pHが未知の試料についての放射スペクトルを破線で示し
ている。測定すべき未知の試料の強度比Iu1/Iu2を求め
た後、pH値と強度比との較正を行うことによって、未知
の試料のpH値が中性の試料の波長λ又はλにおける
既知の強度比Iu1/Iu2から求められる。図示の例では未
知の試料は塩基性である。
強度比は指示薬物質のエージング及び検出器感度や励起
光の強度のふらつきから独立しているので、pH値はこれ
らの影響を受けることなく求められる。この強度比によ
る測定と独立として、第2のパラメータ、例えば温度を
位相ずれから求めることができる。
もちろん、蛍光放射が最大の波長がλからλへずれ
ることからpH値の変化を求めることも可能である。
本発明による測定装置の構成を図2に示す。測定室1に
入っている液状またはガス状の試料が膜2を介して指示
薬物質3と接触し、その結果、試料1の求めるべきパラ
メータが指示薬物質3の蛍光特性を変化させる。二股状
の光ケーブル5の一方の枝管4を通して光源6から変調
された励起光が指示薬物質3へ導かれる。光源6のエネ
ルギ供給源7は信号線8によって制御・評価ユニット9
に接続されている。二股状の光ケーブル5の他方の枝管
10は分光器11に接続している。分光器11で分光された一
部の光aはフィルタ12及び検出器13からなるユニットへ
導かれる。分光された残りの光bはミラー14を介してフ
ィルタ15及び検出器16からなる第2のユニットへ導かれ
る。二つのフィルタ12,15は、波長λ又はλの光の
みを通過させる。信号線17,18を介して検出器13,16に接
続された制御・評価ユニット9において、各信号線17,1
8から入力された信号のレベル比が演算され、さらに記
憶されている較正関数を用いてpH値が求められる。第2
のパラメータは励起光の波長と部分光a又はbのいずれ
かの波長とのずれから求められる。
もちろん、一つだけの検出器で構成することも可能であ
る。つまり、検出器の前に異なる透過特性を有する二つ
のフィルタを備えた回転チョッパーを設け、一つ検出器
が波長の異なる二つの光を時分割で検出するように構成
すればよい。このようにすれば、ミラーや分光器を省略
することができ、二つの検出器の検出特性の差の影響を
考慮する必要もなくなる。
【図面の簡単な説明】
図1は本発明の測定方法に係る指示薬物質の放射スペク
トルを示し、図2は本発明に使用する測定装置の概略構
成を示している。 1……試料、3……指示薬物質、6……光源、9……制
御・評価ユニット、12,15……フィルタ、13,16……検出
器。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】液状又はガス状試料の第1及び第2パラメ
    ータの定量測定方法であって、 芳香族炭化水素・芳香族ヘテロ環状化合物・金属有機錯
    体からなるグループから選ばれた指示薬物質を試料と直
    接接触又は拡散接触させた状態で励起したときに放射さ
    れる蛍光を測定し、 前記第1パラメータの変化は、前記指示薬物質の励起ス
    ペクトル及び放射スペクトルの異なる波長についての2
    つの強度値の比の変化から求め、且つ、 前記第2パラメータの変化は、前記指示薬物質の蛍光放
    射の減衰時間の変化から求めることを特徴とする試料の
    パラメータの定量測定方法。
  2. 【請求項2】前記指示薬物質としてスルフォン酸アニリ
    ド又は多環状芳香族炭化水素のヒドロキシル誘導体又は
    ヘテロ環状化合物のヒドロキシル誘導体が選ばれ、前記
    第1パラメータが試料のpH値であり、前記第2パラメー
    タが試料の温度である請求項1記載の定量測定方法。
  3. 【請求項3】前記指示薬物質としてエオシン又は7−ヒ
    ドロキシクマリンが選ばれ、前記第1パラメータが試料
    のpH値であり、前記第2パラメータが試料の温度である
    請求項1記載の定量測定方法。
  4. 【請求項4】前記指示薬物質として重炭酸緩衝液による
    1−ヒドロキシピレン−3,6,8−トリスルフォネイト溶
    液が選ばれ、その指示薬物質をシリコーンポリマーに含
    浸させ、前記第1パラメータが試料のCO2濃度であり、
    前記第2パラメータが試料の温度である請求項1記載の
    定量測定方法。
  5. 【請求項5】前記指示薬物質として7−ヒドロキシ−N
    メチルキノリニウムが選ばれ、前記第1パラメータが試
    料のpH値であり、前記第2パラメータが試料の塩化物濃
    度である請求項1記載の定量測定方法。
  6. 【請求項6】請求項1記載の定量測定方法において、試
    料と接触しない状態での蛍光減衰時間t0が既知である指
    示薬物質を前記試料と接触させた状態で変調された光で
    励起し、このときの減衰時間tを励起光と放射光との位
    相ずれから決定し、前記第2パラメータを前記減衰時間
    tとt0との比から求め、且つ、前記第1パラメータを異
    なる波長で測定した放射スペクトルの2つの強度値の比
    から求めることを特徴とする測定方法。
  7. 【請求項7】請求項1記載の定量測定方法において、試
    料と接触しない状態での蛍光減衰時間t0が既知である指
    示薬物質を前記試料と接触させた状態でパルス光で励起
    し、減衰時間内に2以上の強度値を測定し、これらの強
    度値から前記蛍光減衰時間tを決定し、前記第2パラメ
    ータを前記減衰時間tとt0との比から求め、且つ、前記
    第1パラメータを異なる波長で測定した放射スペクトル
    の2つの強度値の比から求めることを特徴とする測定方
    法。
  8. 【請求項8】蛍光放射のスペクトル強度分布の変化を求
    めるために蛍光強度の最大値のずれを検出する請求項6
    又は7記載の定量測定方法。
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