JPS63206653A - 塩温度センサ− - Google Patents

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〕 本発明は塩濃度によって相変化もしくは体積変化を起こ
すポリマーゲルを用いた塩濃度センサーに関するもので
ある。

〔従来の技術及び問題点〕

従来、塩濃度を測定するのに浸透圧や半透膜を介しての
電位差等を利用していたが、このような装置は大型で高
価且つメンテナンスが複雑である等の問題点があった。

本発明は昨今の低塩・減塩の傾向にある食生活に寄与す
べく簡便かつ安価な塩濃度センサーを提供することを目
的としている。また研究用・工業用としても十分応用で
きる塩濃度センサーの提供を目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の上記目的は、塩濃度によって相変化もしくは体
積変化を起こす有機ポリマーゲルの層又は塊が支持体に
保持されている塩濃度センサーによって達成される。

本発明のセンサーにおいて指示体は取扱いを容易にする
ため等に用いるものであり、ポリマーゲルそのものをセ
ンサーとして用いることも可能である。

第１図は本発明の塩濃度センサーの一実施態様の模式断
面図を示している。

第１図において、１は板状の支持体であり、２は支持体
１に保持されている有機ポリマーゲルの層である。

支持体１としては、ある程度の強度を有するシート状物
あるいはフィルム状物であればどのようなものでもよく
、特に好適なものは、ポリエステル、ポリアミド、ポリ
イミド、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリフ
ッ化ビニリデン、ポリアクリルエステル、ポリカーボネ
ート、フェノール樹脂等の合成樹脂からなり、ある程度
の耐熱性と可撓性を有するフィルムが好適である。また
その厚さは約１０−〜数ｍｍ程度で、それらの形状はシ
ート状、フィルム状、テープ状、ベルト状あるいはドラ
ム状等いずれの形状であってもよい。また、これらの支
持体はその表面を親水性化処理あるいは親水性プライマ
ー処理の施されたものでもよい。

ポリマーゲル層２の形成に使用するポリマーゲルとは、
適当な有機溶剤または水あるいはそれらの混合物中に無
限には溶解せず、これらの溶剤を吸収包含して有機ポリ
マーゲルを形成し得る架橋有機ポリマーからなる。

このような架橋ポリマーとしては、ポリプロピレン、ポ
リイソブチン等のポリアルケン類、ポリブタジェン、ポ
リイソプレン等のポリジエン類、ポリ酢酸ビニル、ポリ
（メタ）アクリル酸エステル、ポリ（メタ）アクリルア
ミド等のポリビニル類、ポリスチレン、ポリα−メチル
スチレンのポリスチレン類、あるいはこれらのおよび他
のポリマーを形成する千ツマ−からなるコポリマー類、
ポリエチレンオキサイド等のポリエーテル類、ポリエチ
レンイミン等のポリイミン類、ポリオキシエチレンアジ
ボイル等のポリエステル類、ポリグリシン等のポリアミ
ド類、その他従来公知の鎖状ポリマーであって、該ポリ
マー鎖を適度に架橋させて、溶剤に完全には溶解せず、
溶剤を吸収包含してゲルを形成し得るようにしたもので
ある。

このような架橋構造は従来公知の方法によって容易に形
成することができる。例えば、ポリマーの製造時に架橋
剤として例えばジビニルベンゼン、エチレンジメタクリ
レート等の多官能モノマーを一部併用し、重合と同時に
架橋構造を形成する方法、グリシジルメタクリレート、
Ｎ−メチロールアクリルアミド等の反応性子ツマ−を併
用してポリマー中に架橋点を有させ、この架橋点を利用
して例えばジアミン、ジオール、ジイソシアネート、ジ
アルデヒド等の架橋剤を反応させて架橋構造を形成する
方法、放射線等を利用して架橋させる方法等従来公知の
方法はいずれも利用しうるものである。

上記の如き架橋ポリマーにより有機ポリマーゲルを形成
するのに使用する溶剤は、従来公知の有機溶剤あるいは
水またはそれらの混合物がいずれも使用でき、例えば、
水、メタノール、エタノール等のアルコール類、アセト
ン、メチルエチルケトン等のケトン類、ペンタン、シク
ロヘキサン、ベンゼン等の炭化水素類、テトラクロロエ
タン、ジクロルベンゼン等のハロゲン化炭化水素類、ギ
酸エチル、酢酸エチル、酢酸イソアミル等のエステル類
、ジオキサン、ジグリム等のエーテル類、ジメチルホル
ムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド類、ジメチ
ルスルホキシド等の含硫溶剤、あるいはこれらの混合溶
剤、更にはこれらの溶剤中に過塩素酸リチウム、プロピ
オン酸アンモニウム、尿素、グルコース等の各種の溶質
を溶解した溶液等があげられる。

本発明で使用する有機ポリマーゲルは、上記の如き架橋
ポリマーと溶剤により形成されるが、特に重要な点は、
架橋ポリマーと溶剤との組合せで　　・あって、その組
合せを、架橋ポリマーがゲルを形成でき、また形成した
ゲルが、塩の作用によって収縮白濁を生じるような有機
ポリマーゲルを形成する必要がある。

本発明者は有機ポリマーゲルの形成において、架橋ポリ
マーと溶剤とを適当に組合せることによフて、塩の作用
によって架橋ポリマへが、収縮白濁を生じることを見い
出したものであり、このような有機ポリマーゲルを例え
ば約１．０　ｐ〜１．０ｍｍ程度の層とし、この層に局
部的に塩を接触させることによって、直ちにその部分に
収縮白濁部分が生じる。このような優れた応答性を有す
る有機ポリマーゲルは、選択した架橋ポリマーに適した
溶剤を選択し、架橋ポリマーの溶剤親和性を調節するこ
とによって容易に形成できるし、また一旦比較的良溶剤
により有機ポリマーゲルを形成し、これに比較的貧溶剤
を吸収させつつ、その応答性を調整する方法、更には種
々の混合比の溶剤あるいは種々の濃度の溶質を加えた溶
剤を用いる等の方法によっても形成される有機ポリマー
ゲルの塩に対する応答性を好ましい範囲に調整すること
ができる。

本発明者の詳細な研究によれば、好ましい有機ポリマー
ゲルは、架橋ポリ（メタ）アクリルアミド系ポリマー、
最も好ましくは架橋ポリ（メタ）アクリルアミドのＮ−
アルキル置換体と水とによって形成できることを知見し
た。

このような好ましい架橋ポリ（メタ）アクリルアミドポ
リマーとしては、例えばＮ−エチル（メタ）アクリルア
ミド、Ｎ−ｎ−プロピル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−
ｎ−イソプロピル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−シクロ
プロピル（メタ）アクリルアミド、Ｎ、Ｎ−エチルメチ
ル（メタ）アクリルアミド、Ｎ、Ｎ−ジエチル（メタ）
アクリルアミド、Ｎ−アクリルピロリドン、Ｎ−アクリ
ルピペリジン等の千ツマ−のホモポリマーあるいは他の
モノマーとのコポリマーの架橋体を挙げることができる
。

架橋は（メタ）アクリルアミドの重合時に、例えばＮ、
Ｎ−メチレンビスアクリルアミド、エチレングリコール
ジメタアクリレート等の多官能モノマーを必要量併用す
ることによって容易に行なうことができる。

本発明の塩センサーは上記の如き材料から形成されるも
のであり、その形成方法はいずれの方法でもよく、例え
ば （１）適当なポリマー溶液を調整してこれを支持体上に
塗布した後ポリマーを架橋させてポリマーゲルとする方
法。

（２）予め適度の架橋密度の架橋ポリマーを形成し、該
架橋ポリマーを溶解することのできる良溶剤により溶液
を形成し、該溶液を支持体の表面に塗布してポリマ一層
を形成し、次いで該ポリマ一層に該ポリマーをゲル化す
る他の溶剤を加えるか、または良溶剤を置換してポリマ
ーゲル層とする方法。

（３）支持体に架橋剤を含むポリマー溶液を塗布し、乾
燥またはそのままで加熱、放射線照射等により、支持体
上でポリマーを架橋させてポリマーゲル層とするか、あ
るいは乾燥させた場合には次いで適当な溶剤を吸収させ
てポリマーゲル層とする方法。

（４）ポリマー溶液と架橋剤溶液を別々に用意して二液
方法で支持体上で２液を混合してポリマーを架橋させ、
必要に応じて溶剤を吸収させたり、溶剤を置換させてポ
リマーゲル層とする方法等いずれの方法よい。

本発明の塩濃度センサーの実施態様としては第１図に示
したもの以外に、第２図に示した如く半透膜４の内部に
半透膜４に連通ずるガラス円筒部３から有機ポリマーゲ
ルを注入したものが挙げられる。この場合も有機ポリマ
ーゲルは半透膜の中に注入する前に架橋しておいても注
入後に架橋させてもよい。この態様においては有機ポリ
マーゲルが被覆保持されている半透膜の部分が塩濃度の
検知部５となり、ガラス円筒部３は人が手で持つ部分と
して用いることができる。使用する半透膜は濃度を検査
する塩溶液の種類に応じて選択する。

また例えば第３図に示すように保持されたポリマーゲル
の層を、その層の各部分を相変化させるための塩濃度の
値が一方向に勾配をもって変化しているように設ければ
、相変化した位置から塩濃度を知ることができる。この
ようなポリマーゲルを作成するには、例えば片端から高
濃度の塩を吸着・拡散させればよい。

塩濃度を測定するためのポリマーゲルの変化は相変化だ
けではなく、体積変化を用いることもできる。例えば第
４図に示すように支持体１に長さのメモリ（一定間隔と
は限らない）をつけておいて長さの変化から塩濃度を知
ることができる。

〔実施例〕

次に、本発明の塩濃度センサーを、実施例をあげて更に
詳細に説明する。

実施例１ イソプロピルアクリルアミド５ｇ、Ｎ、Ｎ−メチレンビ
スアクリルアミド８０ｍｇ、ポリイソプロピルアクリル
アミド１ｇおよび過硫酸アンモニウム３０ｒｎｇを冷水
１００ｍ１に溶解し、テトラメチルエチレンジアミン６
０μを添加してアスピレータ−にて脱気した。その後直
ちにこのポリマーゲル溶液を、表面が親水化処理されて
いる厚さ５０ｐのマイラーフィルム上に膜厚が１−にな
るように塗工して、有機ポリマーゲル層を作成した。

このようにしてできた塩濃度センサー上に０．１〜２．
０重量％の０．１重量％刻みの食塩水を滴下し１ま たところ、１．５重量％までは、ポリマーゲルは無色透
明のままであったが、それ以上ではポリマーゲルが白濁
収縮した。よって、このポリマーゲルは、１．５重量％
をしきい値とするセンサーであることが判明した。

実施例２ イソプロピルアクリルアミド］、８ｇ、　Ｎ−メチロー
ルアクリルアミド０，２ｇおよび過硫酸アンモニウム１
０ｍｇを冷水１００ｍ　ｌに溶解し、テトラメチルエチ
レンジアミン２０μを添加してアスピレータ−にて脱気
した。しばらくすると液の粘度が上昇しポリマー水溶液
が得られた。得られたポリマー溶液を、表面が親水化処
理されたマイラーフィルム（厚さ５０胛）上に膜厚が１
−になるように塗工し乾燥した。次いで１１０℃で２０
分間加熱するとポリマー溶液層はゲル化して水不溶とな
る。このフィルムを長さ］Ｏｃｍ、巾１ｃｍに裁断し、
第３図に示したように、１端から他端にかけてエタノー
ルの濃度勾配をつけ（Ｏｍｌ／　ｃｒｎ２〜０．１ｍｌ
／　ｃｒｎ”）　、塩濃度センサーとしてのしきい値を
１端から他端にかけて連続的に変化させた。このように
して作った塩濃度センサーは、実施例１のセンサーのよ
うなある濃度以上（あるいは以下）といフたあいまいな
濃度表示ではなく、塩のおよその濃度を知ることが可能
である。例えば、実施例１で示した０、１〜２．０重量
％（０，１重量％刻み）の食塩水中に浸したところ、０
．１重量％では端から２ｃｍまでが白濁収縮し、０．２
重量％では４ｃｍまで、０．５重量％では全部の領域が
白濁収縮した。これを使えば、０．５重量％以下の濃度
未知の検体中に、この塩濃度センサーを浸漬すれば、そ
の濃度が白濁収縮の長さとなって判明する。

また、Ｎ−メチロールアクリルアミドの量を減らすこと
により測定範囲を０．５重量％以上にすることも可能で
ある。

実施例３ 第２図に示したようにガラス製の直径８ｍｍの管に連通
している半透膜（コロジオン膜（孔径約工麟、厚さ約５
０４））の袋中に実施例１で用いたのと同様のポリマー
ゲル溶液を注入し、これに０．１重量％の食塩水をゲル
に対しての重量比で１％となるよう管を通して添加した
。

この塩濃度センサーを０．１〜１重量％の塩化アンモニ
ウム水溶液（０，１重量％刻み）内に浸漬したところ０
．３重量％以上で白濁収縮がみられた。

この塩濃度センサーを用いれば濃度未知の塩化アンモニ
ウム水溶液の濃度が、０．３重量％以上であるか（ある
いは以下であるか）が判明する。このようなセンサーは
使用が簡便であり例えば園芸・農業にも応用可能である
。

実施例４ 第４図で示したように目盛付の支持台１の底部にゲル２
を固定して形成せしめる。ゲル２は実施例２と同様の組
成とした。これを０．１重量％の食塩水に浸漬したこと
ろ端から２ｃｍまでの部分が０゜２ｃｍに収縮し、全体
として８．２ｃｍとなった。０．２重量％では、端から
４ｃｍまでの部分が０．４ｃｍに収縮し、全体として６
．４ｃｍ　、　０．５重量％では全体が１ｃｍになった
。各々の濃度とゲル２の長さを検量しておき、これを塩
濃度センサーとした。

〔発明の効果〕 以上のように本発明の塩濃度センサーには以下のような
効果がある。

１、従来のｐＨ試験紙の如く、白濁収縮といったセンサ
ー自体の変化によって塩濃度を測定可能であるため使用
が簡便であり、使いすても可能である。

３、メンテナンスフリーである。

４、塩濃度にあわせて測定範囲の調整が簡単にできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に塩濃度センサーのフィルムタイプの１
例の断面図、第２図は半透膜中にポリマーゲルを保持し
たタイプの塩濃度センサーの断面図、第３図は塩濃度測
定範囲の広いタイプの塩濃度センサーの上面図、断面図
、及びポリマーゲル層の各部分の塩濃度検出しきい値を
示す図であり、第４図はポリマーゲルの体積変化を利用
したセンサーの模式正面図及び断面図である。 １・・・・・・支持体 ２・・・・・・有機ポリマーゲル（層、塊）３・・・・
・・ガラス円筒 ４・・・・・・半透膜 ５・・・・・・検知部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）、塩濃度によって相変化もしくは体積変化を起こ
   す有機ポリマーゲルの層又は塊が支持体に保持されてい
   ることを特徴とする塩濃度センサー。
2. （２）、前記有機ポリマーゲルの塊が半透膜により被覆
   保持されてなる検知部を有する特許請求の範囲第１項記
   載の塩濃度センサー。
3. （３）、前記有機ポリマーゲルの層が板状支持体に保持
   されてなり、該層の各部分における相変化するための塩
   濃度の値が、該層の一端から他端にかけて勾配をもって
   変化している特許請求の範囲第１項記載の塩濃度センサ
   ー。
4. （４）、前記ポリマーゲルが（メタ）アクリルアミド系
   架橋ポリマーの水性ゲルから成るものである特許請求の
   範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の塩濃度センサ
   ー。