JPS6337252A - 改良ナトリウムイオン選択性電極及びその使用方法 - 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、臨床化学に関し、更に詳しくは水性液体、例
えば、生物学的液体中のす１−リウムイオンを測定する
ための改良乾式操作ナトリウムイオン選択性電極及びそ
の使用方法に関する。

〔従来の技術〕

予防健康管理並びに種々の病気の診断及び治療に於て、
患者の体内のある種のイオン（例えば、カチオン）の濃
度を監視することが重要である。

心臓病、腎臓病及び高血圧症の診断及び治療に於て非常
に注意するに値する一つのイオンは、ナトリウムイオン
である。

液体中のイオンの濃度を測定するために有用な電極の一
つの形は、ある形の参照電極とイオン選択性膜とから一
般に成る。参照電極は、分析の量検出し得る電位を与え
るために寄与する半電池（ｂａｌｆ　Ｃｅ１１）である
。イオン選択性膜は、ガラス又はポリマーバインダー物
質から作ることができ、イオン選択性キャリアー及び該
キャリアーのための溶剤が含浸されている。イオン選択
性キャリアーはイオノフオア−（ｉ　ｏｎｏｐｈｏｒｅ
）　としても知られており、所望のイオン（例えば、ナ
トリウム）を継続的に錯体化でき、膜界面を越えてイオ
ンを移送できる化合物である。

この技術における重要な進歩は、米国特許第４．２１４
，９６８号に記載されている乾式操作電極である。この
特許に記載されている電極は、使用する前に湿潤貯蔵又
は予備調節する必要なく、イオン活性の繰り返し電位差
的測定を与える有利性を有している。この特許には、親
水性バインダー中に分散した固体塩から成る乾燥電解質
層を有する電極が記載されている。この電解質層は、ま
た、当業界に於て参照層として知られている。

以下余白 〔解決すべき問題点〕 米国特許第４．２１４，９６８号に記載されているよう
な乾式操作ナトリウムイオン選択性電極は、相当期間商
業的に利用されている。これは当業界で高度に信頬でき
重要な診断具であるレノれども、均一な分析結果を示す
スライドを効率的に製造することは困難であった。一般
に、この様なスライドは広い連続ウェブで製造され、個
々のスライド用に適当な幅を有するストリップに切断さ
れる。ウェブ中のあらゆる場所からランダムに選択され
た個々のスライド間のナトリウム測定における均質性が
、有効に機能する商業的製品のために必要である。しか
しながら、この様な均質性は常に相当な廃棄品なしには
達成されない。ウェブの個々のスライド間の均質性を達
成できない理由はわかっていない。この問題のために、
かなりの廃棄製品が発生し、経済的コストを」１昇させ
ている。

〔問題点を解決する手段〕

上記の問題点は、水溶性有機ジカルボン酸又はその塩で
ｐ　Ｈ／Ｉ〜８に緩衝された乾燥参照層（ｂ）と接触し
ている乾燥参照電極（ａ）を含んで成り、前記参照層（
ｂ）がナトリウムイオン選択性膜組成物（ｃ）の片面と
接触している、乾式操作ナトリウムイオン選択性電極に
よって克服された。

本発明は、また、 Ａ、上記乾式操作ナトリウムイオン選択性電極の膜とナ
トリウムイオンを含有していると思われる液体試料を接
触させる工程、 Ｂ、前記電極を第２の参照電極と接続する工程、及び、 Ｃ９前記両電極と接触するナトリウムイオンによって発
生する電位を検出比較する工程、を含んで成る水性液体
中のナトリウムイオンを電位差的に測定する方法を提供
する。

〔実施態様〕

一般的に言えば、本発明に係る電極は米国特許第４．２
１４．９Ｇ８号に詳細に記載されている成分及び方法を
使用して製造される。電極の詳細については殆んどこの
特許に開示されているので、本明細書の開示は電極成分
の概要にとどめる。本明細書で使用される、用語「乾式
操作」及び「乾燥した」は、米国特許第４，２１４，９
６８号に定義された意味を有する。

本発明に係る電極はまた、日本特許公報５７（１９Ｂ２
）−０１７８５１号及び同５７（１９８２）−０１７８
５２号の教示に従って組み立てることができる。

本発明の電極及び装置は、排水、冷却水、地下水または
食品及び醸造製造用液体を含む水性液体中のナトリウム
イオンの濃度を測定するために使用することができる。

これらは生物学的液体、例えば血清及び尿の分析に特に
有用である。

本発明の電極は再現性のある参照電位を示す内部参照電
極を含み、この電位に対してイオン選択性電極と試験で
測定される溶液との間の界面で生ずる電位が測定される
。

一般に、参照電極は、適当な導電性金属（例えば、銀、
水銀、白金またはニッケル）の導電性金属層を含む。こ
の導電層は、導電層の金属と共に固定界面電位を確立す
る導電層中の金属の不溶性塩から実質的になる金属塩層
と接触する。好ましくは、金属塩層は、金属の酸化生成
物、例えば、ハロゲン化銀またはハロゲン化水銀である
金属の塩を含む。このような層及びこれを製造する技術
は公知であり、米国特許第４，２１４，９６８号に更に
詳細に記載されている。有用な金属／金属塩電極には、
銀／ハロゲン化銀及び水銀／塩化水銀電極が含まれる。

他の有用な参照電極は当該技術分野で公知である。銀／
ハロゲン化銀参照電極が、本発明を実施する上で好まし
い。

本発明のナトリウムイオン選択性電極は、また、前記参
照電極と接触している乾燥電解質又は乾燥参照層からな
る。一つの実施態様に於て、乾燥参照層は、塩及び緩衝
剤（後記する）の乾燥残渣並びに任意の補助剤を含むが
、バインダーはない（例えば、米国特許第４，５７１，
２９３号参照）。

好適な実施態様によれば、参照層は１種または２種以上
の乾燥親水性バインダー物質、適当な緩衝剤（後記）及
び該バインダー物質中に均一に分布している塩から成る
乾燥親水性層である。好ましくは、塩のアニオンは参照
電極の金属塩層の塩に共通し、塩のカチオンの少なくと
も−・部はすｌ・リウムである。この実施態様に於て、
乾燥参照層は、バインダー物質及び塩の溶剤中の、塩、
緩衝剤及び適当な親水性バインダー物質（天然または合
成物質）の溶液の乾燥残渣である。乾燥参照層の各成分
の量及び種類並びに製造方法は、米国特許第４，２１４
，９６８号及び日本特許公報５　Ｂ　（１９８３）　−
１０２１４６号の教示を顧慮して、当業者によって容易
に定められる。

前記参照層は、また、核層を４〜８のｐ　Ｈに緩衝する
１種または２種以上の水溶性有機ジカルボン酸を含むこ
とが、本発明の実施にとって必須である。好ましくは、
核層は４．５〜６．５のｐ　Ｈに緩衝される。前記した
有機ジカルボン酸は、飽和又は不飽和の有機主鎖に結合
した２個のカルボキシル基を含む。例えば、酸性基は、
得られる化合物は一般に、３〜８個の炭素原子、及び所
望の緩衝効果を与える適当なｐＫａ値を有している。代
表的なジカルボン酸には、マレイン酸、リンゴ酸、マロ
ン酸、グルタル酸、ジメチルグルタル酸、グルタコン酸
、コハク酸、スペリン酸、フタル酸及び当業者に公知の
他のジカルボン酸が含まれる。緩衝化合物は、遊離酸又
はその塩（例えばアルカリ金属又はアンモニウム）とし
て使用することができる。好ましいジカルボン酸は飽和
又は不飽和であり、３〜６個の炭素原子を有する。コハ
ク酸が、本発明を実施する上で最も好ましい。ジカルボ
ン酸である。一般的に、ジカルボン酸は、乾燥参照層中
に少なくとも０．２ｇ／ｍ２、好ましくは０．５〜３ｇ
／２ｍ”の量で存在する。

前記乾燥参照層は、ナトリウムイオン選択性膜組成物と
接触している。この組成物は、参照層の上に直接ラミネ
ート、被覆、又は他の方法で適用される。

米国特許第４，２１４，９６８号及びこれに示された引
用例に記載されたものを含む、種々のナトリウムイオン
選択性膜組成物が、本発明の実施に使用できる。一般的
に、該組成物は、ナトリウムイオンのためのイオノフオ
ア、該イオノフオアを溶媒和し得る化合物、及び１種又
は２種以」二のバインダー物質からなる支持７トリツク
スから成る。該マトリックスは、イオノフオア及び溶剤
と組合わさって、そこを通過するナトリウムイオン易動
性を生ずるのに十分な浸透性の薄い皮膜を形成し得る任
意の物質とすることができる。有用な物質には、多孔性
ガラス、圧縮繊維、並びに、ポリ（塩化ビニル）、カル
ボキシル化ポリ（塩化ビニル）、ポリ（スチレン−共−
スチレンスルフォン酸）、ポリ（塩化ヒニルー共−スチ
レンスルフォン酸）、又は、ポリ（塩化ビニル−共−ス
チレンカルボキシル酸）のような、合成及び天然ポリマ
ー物質が含まれる。ポリ（塩化ビニル）は、本発明の実
施に於て好適なバインダー物質である。

有用なイオノフオアには、ヨーロンパ特許出願第１１１
．８１７号、米国特許第４，４７６．００７号、及び同
第４，５０５，８００号に記載されたもののようなヘミ
スフエランド（ｈｅｍｉｓｐｈｅｒａｎｄｓ）、米国特
許第４　、５０４　、３６８号に記載されたもののよう
なりラウンエーテル、モネンシン（ｍｏｎｅｎｓ　ｉｎ
）及びそのエステル（例えば、メチルモネンシン、並び
に、米国特許第４，２１４，９６８号に記載されたよう
な当該技術で公知の他の物が含まれる。好ましいイオノ
フオアは、ヘミスフェランド、クラウンエーテル及びモ
ネンシンであり、モｒ多ンのエステルが更に好ましく、
メチルモネンシンが最も好ましい。

イオノフオアは、イオノフオアを少なくとも部分的に溶
媒和し、ナトリウムイオン易動性を与え得る１種又は２
種以上の有機溶剤によって溶媒和される。もし、疏水性
のバインダーが支持マトリックスとして使用されるなら
ば、溶剤は、バインダーと親和性でなくてはならない。

該溶剤は、ときには当該技術分野で、キャリアー溶剤と
呼ばれる。有用な溶剤には、フタレート、セバケート、
芳香族及び脂肪族エーテル、ホスフェート、芳香族脂肪
族混合ホスホネート、アジペート、硝化エーテルもしく
はエステル又はそれらの混合物、並びに当該技術分野で
公知の他の物質が含まれる。

疏水性バインダー物質、イオノフオア及び溶媒和溶剤を
含む膜は、公知の皮膜被覆又は注型技術を使用して製造
される。任意の補助剤を含む各膜成分の量は、上記参考
文献の開示から容易に定められる。

本発明の電極は、電極の１個又は２個以上の層が、電極
の残り部分を支持するために十分な機械的強度を有する
ことを意味する、自己支持性（又は自立性）である。し
かしながら、好ましくは、電極には更に、直接に又は介
在する接着改良層によって、本明細書に記載した電極の
他の必要な部分を支えることが出来る物質から成る支持
体が含まれる。この支持体は多孔性又は非孔性であり、
木材、セルロース、セラミック、金属、ガラス、濾紙、
ポリマーもしくはガラス繊維、又はポリマーフィルムを
含む。該支持体は好ましくは、非孔性ポリマーフィルム
から製造される。

ナトリウムイオン活性は、本発明の電極で、下記に示さ
れる電池配置における試験すべき液体（試験液体）と参
照液体との間の電位における定常状態差異を測定するこ
とによって測定できる。

参照電極１／試験液体／／膜／／参照液体／参照電極２ 試験液体のイオン活性を求めるために必要な計算は、公
知のネルンスト（Ｎｅｒｎｓｔ）式から誘導され、当業
者に知られている。

本発明の電極は、その構造の中に、第２参照電極、電位
差表示装置（例えば、静電電位計又は電位差計）及び付
属する配線以外の、電位差測定のために必要な全ての構
成要素を実質的に包含している。使用に際し、使用者は
、単に電極の膜を試験流体のサンプル（例えば、２００
　μ！未満）と接触させ、電極を電位差表示装置に接続
するだけである。流体を膜と接触することは、適当など
んな方法でも出来るが、好ましくは、試験流体のサンプ
ルを適当な分配手段で膜に施すことである。標準カロメ
ル電極のような分析に使用する第２参照電極はよく知ら
れている。同様に静電電位計もよく知られている。

別法として好ましくは、本発明の２個又はそれ以上の電
極が、当該技術でときには知られている単一のデバイス
、スライド又は試験チップを形成するフレーム中に装填
又はマウントされる。電極の一つは試験流体と接触して
使用され、一方、もう一つの電極は参照溶液が接触して
いる第２≠参照電極として使用される。このようなデバ
イスは、米国特許第４．１７Ｌ２４６号に更に詳細に記
載されている。このようなデバイスは、一般に、紙片、
標準クロマトグラフ片、多孔性ポリマーフィルム片、天
然又は合成糸又は繊維等々で作られた毛細管ブリッジを
含む、電極間に液体連絡を作る手段からなる。本発明を
実施するのに有用な参照液体は、当該技術分野で公知で
あり、商業的に利用できる。

好適な実施態様に於て、乾式操作ナトリウムイオン選択
性電極は、その上に、層を４〜Ｂのｐ　Ｈに緩衝する水
溶性有機ジカルボン酸又はその塩の乾燥残渣、ナトリウ
ム塩及び親水性バインダー物質を含む乾燥参照層であっ
て、核層がモネンシンのエステル、該エステルを溶媒和
し得る化合物及びカルボキシル基を存する疎水性バイン
ダー物質から成るイオン選択性膜体（ｃ）の片面と接触
している乾燥参照層（ｂ）と接触している乾燥銀／ハロ
ゲン化銀参照電極（ａ）を存する非孔性支持体を含む。

実差刊。

以下に、本発明の詳細な説明するが、本発明の技術的範
囲をこれらの実施例に限定するものでないことはいうま
でもない。

これは、従来技術の電極と比較して、本発明で得られる
、改良された性能の均質性を示す比較の実施例である。

本発明の乾式操作ナトリウムイオン選択性電極は、下記
構成及び成分を有し、米国特許第４．２１４，９６８号
に記載された方法に従って製造された。

以下余白 ポリ（塩化ビニル）（１，８χカルボキシル化）３〜１
５ｇ／ｍ” 膜　　　　ビス（２−エチルヘキシル）セバケート４〜
２Ｑｇ／ｍ２ メチルモネンシン　　０．２〜１　ｇ／ｍ”ＤＣ−５１
０シリコ一ン界面活性剤 ０．００５〜０．１ｇ／ｍ２ ゼラチン　　　　　　３〜１２ｇ／ｍ２塩化ナトリウム
　　　０．５〜８ｇ／ｍ２参照層　　グリセロール　　
　　０．１〜Ｉｇ／ｍ２（ｐＨ５，５）　　殺生物剤　
　　　　０．００５〜０．１ｇ／　ｍ　”界面活性剤　
１０Ｇ　ノニオン界面活性剤０．００１〜Ｏ，ＩＩ！／
　ｍ　” コハク酸（ｐＨ５，５）　　　０．２〜３ｇ／ｍ２参照
　　　塩化銀　　　　　　　０．１〜３■／ｍ′電極　
　　銀　　　　　　　　０．５〜］　Ｏｇ／ｍ２３個の
対照電極を、次の相違点がある以外は同様にして製造し
た：即ち対照Ａは参照層にコハク酸を含ませず、対照Ｂ
はコハク酸の代わりにクエ極の参照層のｐＨは、水酸化
ナトリウムを使用して所望の値に調節した。

これらの電極は、幅約３０ｃｍの製造工程にある個々の
連続ウェブから製造した。電極を製造した各ウェブは、
その全幅に亙ってその性能の均質性について試験した。

これは、ウェブの２箇所の異なった位置から製造した個
々の電極をランダムに選択し、電極の膜上に種々の量の
ナトリウムイオン（９０〜２１０　ミリ当量／Ｐ）を含
有する再構成ウシ血清アルブミンヘースのリオフィレー
ト（１ｙ−０ρｈｉｌａｔｅ）のサンプル１０μｌを点
着することによって行なった。いくつかの電極は、製造
後直ちに試験した（新鮮）。全ての電極は、２１°Ｃ及
び５０％相対湿度で２週間貯蔵（熟成）した後試験した
。

次いでナトリウムイオン濃度を、標準Ｅ　Ｋ　Ｔ　Ａ　
Ｃ１１Ｐ　Ｍ臨床化学アナライザー及びキャリブレーシ
ョンカーブを使用する標準計算を使用して、各試験につ
いて測定した。

２箇所の異なる位置での予想ナトリウムイオン濃度（ｍ
ｅｑ　／　Ｉ！、）及び各電極の差（△ｍｅｑ／／りの
結果を、下記第１表に示す。本発明の電極は、対照電極
に比較して、その性能に於て著しく改良された均質性を
示すことがデータから明らかである。−船釣に予想値に
対する差異が約１％未満であるのが望ましい。

以下余白 ス鷹Ｉ引％ これは、電極に塩化すトリウムの水溶液（０，１モル濃
度）の１滴を点着した後、実施例１に示した比較電極か
ら放出された酸における差異を示す比較実施例である。

酸放出を測定するために使用されたｐＨ測定は、液体の
滴中に平面組合セ（ｆｌ−ａｔ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏ
ｎ）　　ｐ　Ｈ電極を置くごとによって行った。対照は
、実施例１で同定したものと同一である。

第１図は、異なった緩衝剤を含存する参照層を有する比
較電極から数分間で放出した酸の量を示す。各電極参照
層に対し２個のレプリカを作ったが、各対照層のレプリ
カは区別することが出来なかった。本発明の電極は対照
電極よりも著しく少ない酸を放出したことが分かる。本
発明で得られた改良のメカニズムは分からないが、ある
方法で中和されない電極から放出した酸が、従来技術で
製造された電極にみられる不均質性に寄与していると思
われる。

以下余白 〔発明の効果〕 本発明は、より効率的にそして再現性よく製造でき、そ
れによって著しい廃棄品の発生を解決することが出来る
ナトリウムイオンの分析のために有用な乾式操作電極を
提供する。特に、電位差スライドを製造するために使用
されるウェブの個々のストリップの間の不均質性は、本
発明により実質的に減少される。これらの有利性は、参
照層（ある時は電解質層と呼ばれる）を水溶性有機ジカ
ルボン酸又はその塩で緩衝することによって達成される
。他の緩衝剤、例えば、ホスフェート又はクエン酸の存
在は、同じ結果を与えない（実施例参照）。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例２に示した比較参照層の時間に対するｐ
Ｈの変化の曲線を示すグラフ図である。 以下余白 第１図 ｐＨの変化（ΔｐＨ） 時間（分）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、水溶性有機ジカルボン酸又はその塩でｐＨ４〜８に
   緩衝された乾燥参照層（ｂ）と接触している乾燥参照電
   極（ａ）を含んで成り、前記参照層（ｂ）がナトリウム
   イオン選択性膜組成物（ｃ）の片面と接触している、乾
   式操作ナトリウムイオン選択性電極。 ２、Ａ、水溶性有機ジカルボン酸又はその塩でｐＨ４〜
   ８に緩衝された乾燥参照層（ｂ）と接触している乾燥参
   照電極（ａ）を含んで成り前記参照層（ｂ）がナトリウ
   ムイオン選択性膜組成物（ｃ）の片面と接触している、
   乾式操作ナトリウムイオン選択性電極の膜とナトリウム
   イオンを含有していると思われる液体試料を接触させる
   工程、Ｂ、前記電極を第２の参照電極と接続する工程、
   及び、 Ｃ、前記両電極と接触するナトリウムイオンによって発
   生する電位を検出比較する工程、 を含んで成る水性液体中のナトリウムイオンを電位差的
   に測定する方法。