JPH0619345B2 - 水溶液試料の比重試験用具 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 イ，発明の目的 （産業上の利用分野） 本発明は水溶液試料の比重の試験用具に関するものであ
る。

液体の比重の測定は，醸造，臨床検査等のような種々の
分野において行われている。

このため，比重を測定するための迅速で簡易な用具を提
供することはこれらの分野において有用となる。

例えば，尿試料の比重が短時間で正確に測定することが
できるならば，診断にあたっている医師はそのような迅
速な結果に助けられるのみならず効率も極めて向上す
る。

尿の比重を測定することは，尿中の溶質層すなわち腎臓
の濃縮力と希釈力を知るうえで重要かつ有意義なもので
あり，その臨床的意義も高い。

（従来の技術） 尿比重は従来，比重瓶，比重計（浮秤）等を利用する
か、尿比重と相関性がある尿屈折率を屈折率計を用い
て，又は尿浸透圧を浸透圧計を用いて測定されていた。

しかしながら，これらの方法は壊れやすかったり，或い
は高価であった。しかも定期的な洗浄，補修，および較
正等を行う必要もあった。このために従来の方法は測定
担当者に大きな負担を与えることがあった。

前記の欠点を解決するため、近年種々の方法が開示され
ている。

特開昭55-101037，特開昭56-21064等には，高分子電解
質重合体と，該高分子電解質及び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出来る指示手
段とから成り，水性試験試料のイオン強度又は比重を測
定する試験手段が開示されている。これは尿中のイオン
強度次第で，分子内pH変化が前記高分子電解質において
生じ，この変化の程度をpHメーター又はpH指示薬のよう
なpH応答性化合物によってとらえられている。しかしな
がら，この方法はイオン強度を最終的にpHメーター，ま
たはpH応答性化合物によってとらえているために，被検
試料となる尿検体があらかじめ有しているpH値，緩衝能
によって多大の影響をうける。

更に特開昭59-120843には，表面から内部に連通する多
孔質構造を有する合成樹脂からなり，該多孔質構造を形
成する孔隙は0.１〜10μｍであり，孔隙率は50容量％以
上であり，屈折率が1.35〜1.59の範囲に存する，比重測
定用検査片が開示されている。これは，被検試料である
尿検体の屈折率によって変化する尿と合成樹脂との界面
での光反射を，検査片の透過率，又は反射率で捉えるも
のである。

しかしながら，この方法は透過率，反射率を分光光度
計，もしくは専用の透過率または反射率測定器によって
測定することから，比較的大きな，場合によっては高価
な装置を必要とする。

さらにまた，特開昭59-112151には，支持片と，該支持
片の下部に固着されかつ少なくとも２個の開口部が形成
された透明材料製ドーム部材と，該ドーム部材と該支持
片とにより形成される比重測定室内に収納されかつ相互
に比重の異なる複数個のビーズとよりなる尿比重測定片
が開示されている。この試験片を被検試料である尿検体
に浸すと，該尿の比重に応じて各ビーズは浮くかもしく
は沈むのでこれを観察することによって前記尿検体の比
重を知ることが出来る。

しかしながら，前記試験片はその構造上製造が著しく困
難であり，しかも測定にあたっては尿検体に静かに浸
し，垂直に引き上げ，保持する必要がある等，測定に際
し正確な手技を要求されるため測定効率が悪化し，測定
担当者に与える負担も少なくない。

（問題点） 以上のように，これまでの技術による比重の測定には
(1)壊れやすいか又は高価な装置を必要とする，(2)尿検
体そのものが持つ特性に影響される，(3)測定方法・手
技が複雑である等の欠点が存在したために比重測定が普
及していなかった。

本発明は，以上に鑑みなされたもので，その目的とする
ところは，新規な水溶液試料の（ここでは特に尿の）比
重試験用具を提供することにある。

さらに云うと特別な装置を必要とせず，安価な又被検試
料そのものがもつ特性に影響されず，さらには測定方法
・手技が容易な水溶液試料の比重試験用具を提供するこ
とにある。

ロ，発明の構成 （手段） この目的を達成するため本発明者らは鋭意研究を重ねた
結果，水溶液試料のイオン強度に対応する吸水量を示す
膨潤性物質と前記吸水量の変動幅に対応する溶解度を示
すことにより透明度の変化を生じる物質を含む試薬層及
び該試薬層の光学的バックグランドとなる支持体よりな
る比重試験用具を見い出した。なお，以下の説明におい
て，吸水量の変動幅に対応する溶解度を示すことにより
透明度の変化を生じる物質を「吸水指示物質」と称す
る。本発明の比重試験用具を液体試料中に含浸すると液
体試料の比重に対応する光学的変化を生じるので，その
度合を測定することによって液体試料の比重を知ること
ができる。

以下，本発明について詳述する。

まず本明細書において用いる用語について説明する。

「膨潤性物質」とは一般に溶媒を吸収して膨らむ物質を
指すが，ここでは水溶液を吸収して膨らむ物質をいう。

「比重」とは単位のない用語であり，溶液の場合，その
質量とそれと同体積の４℃の水の質量との比である。

「イオン強度」という用語は，電解質溶液の濃度をあら
わす量の一つであり，溶液中のイオン種の数およびそれ
ぞれの電荷によって表される。即ち，溶液中のｉ番目の
イオンの重量モル濃度をMi,イオン価をＺｉとしたと
き，イオン強度μは次式によって数学的に表される。

尚，和Σは溶液中のすべての異なった種類のイオンにつ
いて集計したものである。

上記のように比重とイオン強度とは物理学上全く異なっ
た概念であるが，食塩水，尿等のある種の水溶液では，
この両者の間に良好な相関性が存在することが見出され
ている。

例えば，食塩水については，特開昭59-160739にその具
体的な記述がみられ，又尿についてはブルクハート（Bu
rkhart）等著“クリニカルケミストリー（Clinical Che
mistry），28巻1982年2068〜2072頁”にその記載が見ら
れる。

次に本発明に用いる膨潤性物質の水溶液試料の吸収量が
イオン強度によって変化する理由を以下に述べる。

種々の高分子物質の中で，カルボキシル基等のイオン解
離可能基を基本単位内に含むような物質は，該物質を水
溶液試料に添加した際，イオン解離可能基が解離し，そ
のの電気的な反発力によって各イオン解離可能基は互い
に離れようとする。このため，このような物質を水溶液
試料に添加すると，膨潤即ち水溶液試料を吸収して該物
質の体積が大きくなるという現象がみられる。

膨潤の度合は材料によって異なるが、特に膨潤度の大き
いものに高吸水性樹脂と呼ばれるものがある。高吸水性
樹脂とは自重の数十〜数百，樹脂にっては千倍以上の水
を吸収・膨潤しうる高分子物質であり，その高吸収性を
利用して生理用ナプキンや紙おむつに有用されている。

ところで，このような業界においては，高吸水性樹脂の
吸水能力が蒸溜水ならば自重の数百倍に達するにもかか
わらず，尿や血液のようなある程度のイオン強度を有す
る水溶液の場合は自重の数十倍にまで低下することが明
らかとなっていて，用途上の大きな問題点となってい
る。イオン解離可能基を有する高分子物質を添加した水
溶液試料中に種々のイオンが存在すると，各イオン解離
可能基の電気的反発力は該イオン解離可能基の電荷と反
応の電荷を持つ水溶液試料中のイオン種によって弱めら
れるからである。すなわち，イオン種を含む水溶液試料
に前記のような高分子物質を添加した場合，その吸水量
はイオン種を含まない水溶液試料にそれを添加した場合
よりも小さい（榊原幸一著；化学，36巻1981年365〜368
頁参照）。

分子中イオン解離可能基同士の電気的反発力を弱める程
度は，水溶液試料中イオン種及びその量によって決まる
ことから，分子中にイオン解離可能基を有する高分子物
質の吸水量はそれを添加する水溶液のイオン強度によっ
て決定される。

膨潤性物質の吸水量が水溶液中のイオン強度によって変
化することは，それまでの利用分野では大きな欠点があ
ったが，本発明者らはイオン強度による膨潤度変化に着
目し，水溶液の比重測定に応用すべく研究した。しかし
これらの膨潤性物質は，そのままでは水溶液の比重測定
に用いることができない。そこで本発明者らは鋭意研究
を重ねた結果，イオン強度に対応する膨潤性物質の吸水
量変化を透明度変化さらには色調変化として検出する手
段として吸水指示物質を有する試験用具を見いだした。

本発明の比重試験用具の一例を図面に示す。試薬層(1)
は支持体(2)上に膨潤性物質，吸水指示物質等を溶解し
た塗布溶液を塗布し，乾燥することによって得られる。

膨潤性物質を有し，吸水指示物質を含まない場合，薄層
に形成された試薬層は，乾燥状態では試薬層表面での乱
反射や試薬層内部での複雑な屈折により半透明ないしは
不透明である。ところが，この試薬層を水溶液試料に浸
漬，取り出すと，試薬層中の膨潤性物質がイオン強度に
対応する量の水を吸収して膨潤するため，層中の屈折率
が小さくなり，試薬層の透明度は高くなる。しかしなが
ら，この場合の比重に対する透明度変化は僅かであり，
測定に用いることはできない。そこで比重に対する光学
的変化量を増大するため吸水指示物質を添加する。

この吸水指示物質の塗布溶液への添加量は，被検試料と
なる水溶液が取り得ると考えられるイオン強度範囲にお
いて、試薬層中の膨潤性物質が取り込み得る最大水分量
で吸水指示物質がほぼ完全溶解するように調整すること
が好ましい。こうすることによって試料を吸水したとき
試薬層内に溶解した吸水指示物質と溶解しない吸水指示
物質の両方ができ，その比が吸水量に対応するためであ
る。吸水指示物質は水に溶解した時は，不溶時に比して
相当高い透明性を示す。故に，試薬層中の膨潤性物質が
取り込む水分量が最大量に達していない時，吸水指示物
質は一部しか溶解せず，またその溶解量は膨潤性物質が
取り込む水分量に比例することから，吸水指示物質を含
む試薬層の示す透明度は膨潤性物質を示すそれと，吸水
指示物質が示すそれとの和として表れる。これは，例え
ば青いシートの上を黄色の粉末で覆った時，これを上か
ら見ると色素粉末の黄色に見えるが，単位面積当り同量
の色素を水に溶かして覆った場合はシートの青い色と重
なって緑がかって見えることから理解される。つまり，
試薬層の透明度が低い時には試薬層そのもの，透明度が
上昇すると該試薬層の下に存在する例えば支持体の色を
重ねて観察することとなるので，試薬層と支持体等との
色が異なる時，色変化を生ずる。吸水指示物質として水
に溶解した時に無彩色となる物質を試薬層に使用した場
合，透明度が上昇しても試薬層自体の色変化は生じない
が、試験用具を観測すると，支持体の色が明確になって
くることは容易に理解される。

本発明に用いる膨潤性物質としては，前述したように水
溶液試料のイオン強度によって吸水量が変化する物質で
あればなんでもよいが，なかでも高吸水性樹脂はその変
化量が大きいので特に好ましい。高吸水性樹脂として
は，スターチ／ポリアクリル酸グラフト重合体，ハイド
ライズドスターチ／アクリルニトリルグラフト重合体，
アクリル酸ナトリウム／アクリルアミド共重合体，ポリ
ビニルアルコール／マレイン酸エステル共重合体，ポリ
ビニルアルコール／アクリル酸共重合体等がある。尚，
高吸水性樹脂の原料であるポリアクリル酸，ポリメタク
リル酸，ポリマレイン酸等も高吸水性樹脂ほどではない
が実用範囲の吸水量変化を示すので本発明に用いられ
る。これらのなかでもスターチ／ポリアクリル酸グラフ
ト重合体，ポリアクリル酸，ビニルアルコール／アクリ
ル酸共重合体等の一部は尿が通常取り得るpH５〜９の範
囲においては，pH値が変化してもそのイオン強度が一定
ならばその吸水能力は殆ど変化せず，試料のpHにより測
定値が影響されない比重測定が可能となる点でより有用
である。

吸水指示物質としては，水溶液であり，かつ乾燥時に明
度の高いものが好ましいが，黒色色素のようにすべての
波長の光を吸収するものでなければ本発明に適用可能で
ある。本発明の実施に好ましい吸水性物質としては，タ
ートラジン，トロペオリンＯ，ポンソーＳＸ，アゾルビ
ンＳ，インジゴカルミン，パテントブルー，ファストグ
リーンＦＣＦ等水溶性色素の他，Ｌ−アスパラギン，グ
ルコース，リン酸−２−ナトリウム等水溶時に透明な物
質が挙げられる。

支持体は試薬層と異なる色相であり，且つ試薬層での吸
収が少ない波長の光を吸収し，液体不浸透性であれば何
でもよく金属，プラスチック，ガラス，セラミックなど
が使用可能であるが，高分子フィルム，例えばポリカー
ボネート，ポリ塩化ビニル，ポリエステル，セルロース
アセテート等が加工性，経済性において，秀れているの
でこれらを着色したものが有用である。着色は，支持体
の材料に顔料を混合しておくか，もしくは支持体となる
物質の片側もしくは両側を非水溶性の塗料によって塗装
するだけでよい。

また，被検試料となる水溶液のイオン強度の取り得る範
囲において試薬層の透明度変化さらには測定材料の色変
化を最大にするように該試薬層への水の浸み込みを調節
できるような種々の物質を添加することが有利である。

例えば，高吸水性樹脂を膨潤性物質として用いる場合，
水の浸み込みを抑制する物質としては，塩類がある。塩
類は試薬層にあらかじめ一定のイオン強度を与えること
により膨潤性物質の膨潤度を抑制することができる。こ
のような塩類としては塩化ナトリウム，炭酸カルシウ
ム，塩化アンモニウム，硫酸アンモニウム，酢酸アンモ
ニウムなどがある。また，理由が明確でないが上記膨潤
度抑制剤としてアルギン酸ナトリウム，メチルセルロー
ス，ポリビニルピロリドン等の水溶性高分子を用いると
効果がある。

尚，試薬層のひび割れを防ぐため可塑剤を加えたり，試
料の浸み込みを早くするため界面活性剤を加えることも
勿論可能である。

本発明の試験用具は，測定時の光学的バックグランドと
なる支持体上に膨潤性物質と吸水指示物質を有する層を
形成することによって得られるが，短冊状に加工された
シートの一端に固定し，他の一端が把手となる試験用片
とすると使用に便利である。

（作用） 本発明の試験用具を水性試料に浸して引き上げるか又は
水性試料の充分な量を塗布すると，試料の比重に対応す
る色調を生じるので，該色調あらかじめ作製した標準比
色表と比較することによって試料の比重を知ることがで
きる。また，支持体の色相に吸収を示す波長の光を照射
し，その反射光量を測定すれば，あらかじめ定めた検量
線により試料の比重を知ることができる。

（実施例） 以下，本発明を更に詳細に説明すべく参考例及び実施例
を示すが本発明はこれらにより何ら限定されるものでは
ない。

実施例１ スターチ／ポリアクリル酸 グラフト重合体 ……1.5g アルギン酸ナトリウム ……1.5g グリセリン ……2.5g ツイーン85 ……0.2g タートラジン （食用色素黄色４号） ……3.5g 水 ……91.3g をよく混和して塗布液を得た。

80μｍの親水性下引層を形成済で，下引層形成側と反対
側に青色塗料を塗装した透明ポリ塩化ビニルの支持体に
前記塗布液を該下引層側に塗布厚0.8mmで塗布し，60
℃，30分間乾燥して，試験用具を得た。

この試験用具を５mm角に切断し，幅５mm・長さ100mmの
白色ポリ塩化ビニルの短冊状シートに両面テープを用い
て固定し，試験用片とした。

この試験用片を予め浮秤により，比重が1.01,1.02,1.03
であることを確認した尿の１滴を塗布し，１分後にその
色変化を観察し，更に光反射率計〔（株）島津製作所製
反射率測定用積分球付UV-240型分光光度計，酸化マグネ
シウム平版を光反射率100％として調製したもの〕を用
いて620nmで測定した結果を表２に示す。

実施例２ 実施例１において，アルギン酸ナトリウム1.5gの代わり
にカルボキシメチルセルロースナトリウム塩1.7gを用い
た以外はすべて実施例１と同様にして得た試験用片は，
比重1.01〜1.03の尿に対し，青緑色〜黄緑色と明確な色
変化を示した。

実施例３ ポリアクリル酸 ……1.5g ツイーン20 ……0.2g グリセリン ……2.3g タートラジン （食用色素黄色４号） ……3.5g Ｈ_２Ｏ ……80.0g をよく混和した後，１規定の水酸化ナトリウムを加え，
pHを7.0に調整したものを塗布液とし，実施例２と同様
にして試験用片を得た。

この試験用片を食塩10mg／dl,20mg／dl,30mg／dlを含有
する水溶液を１滴塗布すると，１分後には食塩10mg／d
l,20mg／dl,30mg／dlに対して緑色，黄緑色，黄色なる
明確な色変化を示した。

実施例４ 実施例３の試験用片を用い，予め，比重が1.01であるこ
とを確認してある尿のpHを塩酸もしくは水酸化ナトリウ
ムを用いて，pH５，６，７，８としたものを被検試料と
し，比重1.005,1.01,1.015なる尿を用いて予め作成して
おいた色標準と参照することによって被検試料の比重を
測定した。その結果，表３のように本発明の試験用具は
pHに影響されることなく，比重の測定ができることが確
認された。

実施例５ 実施例１で示した試験用具と，この測定用具を予め比重
1.005,1.01,1.015,1.02,1.025,1.03なる尿に浸漬して観
測される色調と同じ色調を有するように作成した色標準
とを用いて数種の尿の比重を測定した。

尚，被検試料とした尿の比重は浮秤を用いても同時に測
定した。

表４に示した測定結果より，本発明の測定用具により，
比重を正確に測定できることが理解できる。

変形実施例 以上，本発明の好適な例を挙げたが，本発明の技術思想
の範囲内において種々の変更を加えうる。

まず，膨潤性物質はイオン解離可能基を基本単位内にふ
くむ高分子物質のほかに，極性基を基本単位内に含む物
質やイオン解離可能基と極性基の両方を基本単位内に含
む高分子物質でもよい。要は，水溶液のイオン強度によ
って膨潤度が変化する物質であればなんでもよい。

また，吸水指示物質は，明度の大きいものが好ましい
が，未溶解状態で光を反射し，溶解すると光を透過する
ことできる波長を有するものであればなんでもよい。

支持体の色調は，明度の小さいものが好ましいが試薬層
の色素と異なる色調であって，識別しやすければなんで
もよい。

さらに所望ならば，本発明の試験用具を短冊状に加工さ
れたシートの一端に固定し，他の一端を把手部とするこ
とで使用に便利な試験用片とできる。

ハ，発明の効果 （効果） 以上，詳述したように，本発明は簡単，迅速，容易であ
って，試料のpHに測定値が影響されない正確度の高い比
重の測定ができる試験用具を提供するものであり，その
実用上の価値は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の比重試験用具の代表例の断面図である。 １……試薬層 ２……支持体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水溶液のイオン強度に対応する吸水量を示
   す膨潤性物質と前記吸水量の変動幅に対応する溶解度を
   示すことにより透明度の変化を生じる吸水指示物質を含
   む試薬層及び該試薬層の光学的バックグラウンドとなる
   支持体よりなる試験用具で吸水指示物質の明度が支持体
   の明度よりも高く、試薬層と支持体の色相が異なること
   を特徴とする水溶性試料の比重試験用具。
2. 【請求項２】膨潤性物質が高吸水性樹脂であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の試験用具。