NL7908155A - Preparaat, proefuitrusting en werkwijze voor het bepalen van de ionensterkte of het soortelijk gewicht van een vloeistofmonster. - Google Patents

Description

·. + • 1 .

%

Jfw 86ΐβ

Titel: Preparaat, proefuitrusting en werkwijze voor het "bepalen van de ionensterkte of het soortelijk gewicht van een vloeistof-mcnster,

De uitvinding betreft de "bepaling van de ionensterkte of het soortelijk, gewicht van een vloeistofmonster. Meer in het "bijzonder betreft hij een preparaat, proefuitrusting en werkwijze voor het "bepalen van de ionensterkte of het soortelijk gewicht van een waterig 5 vloeistofmonster.

Het "bepalen van het soortelijk gewicht van een vloeistof vindt vrijwel overal toepassing. Zo worden "bij het "brouwen, analyse van de urine, waterzuivering, "bereiding van drinkwater aan "boord van schepen op zee,steeds soortelijke gewichten "bepaald. Een snelle gemakkelijke 10 netheesvoor het bepalen van deze eigenschap zou dus de techniek op diverse plaatsen helpen, speciaal waar een snelle en nauwkeurige bepaling van het soortelijk gewicht gunstig is. Indien b.v. in een medisch laboratorium het soortelijk gewicht van een urinemonster in enige seconden zou kunnen worden bepaald, zou dit niet alleen een 15 hulp zijn voor de diagnosticus, maar ook de efficiëntie van. het laboratorium sterk bevorderen, omdat meer analyses kunnen worden uitgevoerd dan tot dusver nagelijk.

Hoewel de uitvinding voor zeer vele doeleinden kan worden toegepast, zal hieronder voor het gemak voornamelijk worden verwezen 20 naar de bepaling van de ionensterkte of het soortelijk gewicht van urine. Toepassingen in andere technieken volgen daaruit evenwel vanzelfsprekend.

De bepaling van het soortelijk gewicht van urine is van groot belang bij het onderzoek naar en behandelen van electrolytstoornissen.

25 Tandaar dat een ccmplete urineanalyse ook een onderzoek op het soortelijk gewicht omvat. C-ewoonlijk wordt dit soortelijk gewicht direct bepaald met een passende uitrusting, maar even bruikbaar is de meting van een verwante eigenschap, zoals de osmotische druk of de icnen-sterkte, die gerelateerd is met een overeenkomstig soortelijk gewichts-30 cijfer.

790 8 1 55 * - % _2 * / Soortelijk gewicht is een dimensieloze term en heeft bij een oplossing betrekking op de verhouding van het gewicht van een bepaald volume van de oplossing tollat van een gelijk volume water van dezelfde temperatuur. Voor oplossingen zoals urine is het soortelijk gewicht 5 een functie van het aantal, de dichtheid, de ionensterkte en het gewicht van de diverse soorten opgeloste stoffen.

Vroeger werden voor het bepalen van hét soortelijk gewicht hydrcmeters, urincmeters, pycnometers, gravimeters en dergelijke toegepast. Hoewel deze apparaten in de meeste gevallen voldoende gevoelig 10 zijn, zijn het kwetsbare omvangrijke instrumenten, die constant moeten worden schoongemaakt, onderhouden, en gecalibreerd om continu betrouwbaar te zijn. Bovendien zijn deze apparaten niet altijd even gemakkelijk te hanteren. Vooral kan de meniscus moeilijk af te lezen zjn, kunnen- schuim en belletjes op het vloeistof oppervlak de aflezing 15 bemoeilijken en heeft urine bij urincmeters de neiging aan de zijkanten van de houder .met het vloeistofmonster te gaan hechten. Bij urine is het aantal, en de freqjzentie van de monsters meestal zo hoog, dat daaraan met de bekende inrichtingen niet kan worden voldaan.

Een recente doorbraak, waarbij een groot aantal van de boven— 20 genoemde nadelen vrijwel is · ïëcarteerd, en die een snelle meting van de osmotische druk mogelijk .aakt, is weergegeven in het Amerikaanse octrooischrift U.015·^62 waarbij een dragermatrxx van osmotisch breekbare microcapsules is voorzien, waarvan de wanden bestaan uit een semi-pexmeabel membraanmateriaal. Ingekapseld binnen de wanden is 25 een oplossing met een kleurende stof. Wanneer de capsules in contact kernen met een oplossing met een geringere osmotische druk dan binnen de capsules heerst, ontstaat een osmotische gradiënt door de capsule-wanden in. de richting van de geringere osmotische druk, waardoor de hydrostatische druk binnen de capsules oploopt, waardoor ze opzwellen 30 en tenslotte breken, waardoor hun kleurinhoud vrijkomt. De hoeveelheid gevormde kleur is dan een functie van het soortelijk gewicht van de oplossing.

Uit het bovenstaande blijkt, dat naast diverse inrichtingen voor het direct meten van het soortelijk gewicht het pok mogelijk 35 is het soortelijk gewicht te meten onder toepassing van een 790 8 1 55 * 3 .

* indirect middel, zoals de osmotische druk Tan een oplossing. Hen Verdere methode Toor het schatten van het soortelijk gewicht zonder dit direct te meten cmvat een bepaling, die evenredig is met de ionensterkte van een oplossing. Sen dergelijke benadering vindt plaats volgens de 5 uitvinding. Het is bekend, dat het soortelijk gewicht van een waterig systeem, sterk wordt beïnvloed door de aanwezigheid van geladen deeltjes. Zo is het bij ionenoplossingen mogelijk het soortelijk gewicht zeer dicht te benaderen via metingen evenredig met hun ionensterkte en deze metingen uit te zetten op een tevoren bepaalde schaal.

10 De uitdrukking "ionensterkte" betreft de wiskundige relatie tussen, het aantal verschillende soorten ionen in een specifieke oplossing en bnn respectieve· ladingen. Zo wordt de ionensterkte p wiskundig weergegeven door de formule ~ μ =-L-Σ. c.z* ; - r 2 £ z. % - waarin c de molaire concentratie van een specifiek ion en z de absolute vaarde van zijn lading is. De scmXbestrijkt alle verschillende ionen in oplossing.

'.Amerikaans octrooischrift 3.hk$.080 beschrijft de meting van opgeloste natrium- of chlorideionen. Dit geschrift betreft een proef-uitrusting voor het bepalen van de concentraties van deze ionen in iichaamszveet. Kort gezegd beschrijft dit octrooischrift de toepassing van ionemitwisselaars tezamen met een pH-indicator. 3ij toepassing van deze uitrusting worden naar zeggen de aanwezigheid van natrium of chlorideionen door een kleurswisseling:in de ionenuitwisselende hars via een pE-indieator bepaald. Hoewel dit octrooischrift een meting beoogt va^fionensterkte, werd nu gevonden, dat de uitvoering als weergegeven in de voorbeelden onbruikbaar was voor het meten van het soortelijk gewicht.

Zowel de benadering via de osmotische druk als de ionensterkte voor het indirect bepalen van het soortelijk gewicht heeft een foutenbron, omdat ock rdet-ionogene stoffen in urine zijn opg-elost. Zo betreft de Amerikaanse octrooiaanvrage 716*962 van augustus 1976 een werkwijze voor het verwijderen van deze mogelijke foutenbron, en geeft dit octrooischrift een inrichting weer, waarin een voor sortelijk

Ss gewicht gevoelig systeem een ioniserend middel bevat, dat een 790 8 1 55 * „ * * - * - niet ionogeen opgelost materiaal in een ionogeen omzet.

Samengevat kent de stand van de techniek vele methoden voor het meten van het soortelijk gewicht, zowel direct als indirect. Directe metingen omvatten "breekbare omvangrijke en dure inrichtingen, 5 die steeds moeten worden schoongaaaakt, onderhouden en gecalibreerd.

Van de indirecte methoden kan de meting van de osmotische druk een nauwkeurige correlatie opleveren met het soortelijk gewicht. Volgens de uitvinding wordt een ander principe toegepast, t.w. de relatie tussen soortelijk gewicht en ionensterkte van een oplossing, en be-10 treft een inrichting, preparaat en werkwijze waarbij van deze relatie gebruik wordt gemaakt. Amerikaans octrooischrift 3 · W-9-0Ö0 beschrijft een werkwijze voor het meten van de concentratie aan natrium- en/of chlorideionen in lichaams zweet. Hierbij wordt gebruik gemaakt van de affiniteit van zwakzure of zwakbasische ionenuitwisselaars voor 15 de onbekende ionen en het kleurwisselend vermogen van bekende pH-indicatoren. Geen stand van de techniek betreft of suggereert de volgende onderhavige uitvinding..

Kort gezegd betreft deze uitvinding een proef preparaat, uitrusting en werkwijze voor het bepalen van het soortelijk gewicht 20 van een waterig monster. Het preparaat omvat een zwakzuur of zwak basisch polyelectrolytpolymeer, dat althans gedeeltelijk is geneutraliseerd, en een indicatorstof die een aantoonbare respons geeft op een ionenuitwisseling tussen de polyelectrolyt en het proefmonster. De inrichting volgens de uitvinding cmvat een dragermatrix 25 verwerkt met dit preparaat. De werkwijze volgens de uitvinding omvat een in .contact brengen van een proefmonster met uitrusting of preparaat en een waarneming van een aantoonbare 'respons,zoals een kleurswisseling.

De fig. 1-8 van de tekening zijn grafische weergaven van 5a) 30 de reacties van drie polyelectrolyten op proefmonsters met verschillende soortelijk gewichten, en (b) de titratie of gedeeltelijke neutralisatie van deze polymeren. De fig. 1, 2 en 3 zijn titratie-kr ommen voor een polymeer van methylvinylether en maleine zuur anhydride, polyacrylzuur en polyvinylamine. De fig. 5 en 6 geven het gedrag 35 van deze polyelectrolyten weer bij bepalen van de soortelijke ge- 790 8 1 55 - 5 -- 4.

wichten van urine na verschillende maten van gedeeltelijke neutralisatie van de polymere groepen. Fig. 7 geeft een overeenkomstig gedrag weer van polyvinylamine in waterige zoutoplossingen met verschillende concentraties. Tenslotte geeft fig. 8 het gedrag weer van een voor-5 keursinrichting.

Eet onderhavige preparaat omvat als een ingrediënt een zwakzure of zwakhasische polyelectrolyt. Vele voorbeelden van dit soort polymeren zijn hekend, waarbij hun gemeenschappelijke eigenschap de mate van dissociatie van de ionengroepen betreft, indien het polymeer 10 wordt blootgesteld aan een waterig milieu. De meeste polyelectrolyten zijn oplosbaar of gedeeltelijk oplosbaar in water en gemakkelijk ioniseerbaar afhankelijk van de ionen-aard van a) het waterige systeem en b) de ioniseerbare groepen aan de polymere keten.

Zo is een polyelectrolyt voorzien van zwakke of sterke zure 15 of basische zijgroepen, afhankelijk van zijn ionengedrag. Gewoonlijk worden polyelectrolyten, die bij contact met water nagenoeg volledig ioniseren* zoals polyvinylzwavelzuur en polystyreensulfonzuren als sterke polyelectrolyten beschouwd. Zwakke polyelectrolyten bevatten daarentegen zwakzure of basische ioniseerbare groepen.- De ladings-20 dichtheid langs de molecuulketen van deze polymeren kan variëren naargelang de mate van neutralisatie. Voorbeelden van zwakzure of zwakhasische polyelectrolyten, die bij de uitvinding in het bijzonder kunnen worden gebruikt, zijn polyacrylzuur, polymale Ine zuur, maleine-zmr/methylvinylethercopolymeren, polymethacrylzuur, styreenmaleine-25 zuurcopolymeren, poly(k-vicylpyridine) en andere.

Het preparaat volgens de uitvinding cmvat zwak basische en zwak zure polyelectrolyten, maar meer in het bijzonder polyelectrolyten, die reeds gedeeltelijk zijn geneutraliseerd. Althans een deel van de functionele groepen van het polymeer, zwak zuur of zwak-3C basisch, worden eerst gedeeltelijk getitreerd met een base of een zuur, alvorens het polyelectrolyt in het proefpreparaat te verwerken. Karakteristieke waterige oplossingen met titreermiddel worden gebruikt, zodat basische titreemiddelen meestal ÏÏaOH, KOE, , polyethyleenimine, tri shydr cxyme thy laminemethaan en andere bekende 35 basen bevatten. Verrassenderwijze bleek een dergelijke gedeeltelijke 790 8 1 55 * ΐ β ~ ιι titratie of neutralisatie nodig te zijn voor een significante differentiatie tussen soortelijk.'· gewicht sniveanx in. proef oplossingen.

Bij voorkeur wordt het polymeer voor tenminste ca. 50$ geneutraliseerd, d.w.z. tenminste de helft van de ioniseerhare groepen 5 wordt geneutraliseerd. Een ideaal neutralis at ietraj e ct ? en dan ook hij voorkeur toegepast volgens de uitvinding^ligt tussen 75 en 95$ neutralisatie, met een optimum hij 90$ omdat dit de sterkste scheiding geeft in pH-verandering of een andere aantoonbare respons als reactie op een soortelijk gewicht of ionensterkte.

10 Het polyelectrolyt dat hij de uitvinding wordt gebruikt,, moet dus gedeeltelijk geneutraliseerd zijn. Dit wordt bereikt door titratie van het polymeer met een passend zuur of base of op elke andere gewenste wijze die het beoogde resultaat van gedeeltelijke neutralisatie doet bereiken. Zo geeft fig. 1 een titratiekramme van Gantre*.

15 S-97 veer, een maleïnezuuranhydride/methylvinylethercopolymeer van

General Aniline and. Film Corporation, met natriumhydroxide in een waterige oplossing. Fig. 2 geeft overeenkomstige cijfers weer voor polyacrylzuur en fig. 3 voor polyvinylamine.

Een. verder onderdeel van het preparaat is een indicator die 20 reageert op ionenwisselingen. Deze kan diverse vormen hebben, b.v.

die van een pH-meter,. een pH-indicator en andere middelen, die door deskundigen kunnen worden afgelezen. Zo kan een pH-meter worden gebruikt met een standaard pH-electrode (in oplossingsystemen) of met een oppervlakte pH-electrode (waarbij^preparaat verwerkt is ’in: 25 een dragermatrix? )De pH-meteruitslag kan vervolgens worden waar genomen voor diverse ionensterktewaarden en een ijkkrcmme worden opgesteld ontrent de specifieke verandering in de pH corresponderend met een specifieke ionensterkte van het proefmonster.

Ook kunnen bekende pH-gevoeligê chramogene reagentia worden 30 toegepast die een kleursverandering geven die door de laborant kan worden waargenonen. Deze kleursverandering is dan een indicator voor de ionensterkte of het soortelijk gewicht van het monster. Indien een chramogeen wordt gebruikt kan een referentiekleurtabel tevoren warden vervaardigd, zodat een snelle visuele vergelijking van 35 preparaat en referentiesysteem het gezochte resultaat oplevert.

790 8 1 55 _ τ,

Voorbeelden van chrcmogenen die bij de uitvinding kunnen worden gebruikt. zijn brocmthymol_blauv, alizarine, brocmcresoljourper, fenoljrood en neutraal^rood; brocmthyaol^hlauw is hiervan bijzonder bruikbaar gebleken.

5 De uitvinding betreft tevens een inrichting, waarbij een drageraatrix is verwerkt met het beschreven proefjpreparaat tot een geheel, voor een snelle en betrouwbare bepaling van scortelijke gewichten van oplossingen. De dragermatrix is gewoonlijk, maar niet noodzakelijk, een poreuze stof, zoals filterpapier. Andere bekende 10 dragermaterialen zijn vilt, poreuze ceramische stroken en geweven of gematteerde glasvezels (Amerikaans octrooi schrift 3.8U6.2^7).

Ook is het gebruik van hout, textiel, sponsmateriaal en kleimaterialen (Amerikaans octrooischrift 3.552.928) geopperd. Al dit soort dragermaterialen zijn bruikbaar voor toepassing bij de uitvinding, evenals 15" andere.. Gevonden is, dat filterpapier bijzonder bruikbaar is.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm wordt filterpapier bevochtigd met een oplossing of suspensie van een gedeeltelijk geneutraliseerd polyelectrolyt in water of een ander passend vehiculum, spmakkelijk bepaalbaar door routine-experimenten en daarna gedroogd.

20 Het polyelectrolyt dragende filterpapier wordt vervolgens bevochtigd met een oplossing van de gewenste indicator, zoals brocmthymol-blauw, in methanol of een ander passend oplosmiddel zoals ethanol, ^jH-dimethylformazoide, dimethylsulfoxide enz., en vervolgens gedroogd. Ook kan een enkelvoudige impregneermethode worden toegepast, 25 waarbij polyelectrolyt en indicator gelijktijdig in de aanvankelijke oplossing of suspensie aanwezig zijn.

Het gedroogde, reagens dragende dragemateriaal kan desgewenst worden bevestigd op een onderlaag. De proefuitrasting anvat dus volgens een voorkeursuitvoeringsvorm een filterpapierdragermatrix, 30 met daarin een gedeeltelijk geneuti&iseerd polyelectrolyt en een indicator als bovenbeschreven, waarbij de matrix aan een kant is bevestigd op een stuk transparant polystyreenvilt. De matrix" wordt aan een uiteinde van de film met een passend middel, b.v. een plakstrock (dubbel-stick van 3M Ccmpany) bevestigd, terwijl het 35 andere uiteinde van· de polystyreenfilm fungeert als handvat. Bij 790 8-1 55 * _ 8_ gebruik wordt een dergelijke uitrusting "bij het vrije uiteinde van de polystyreenfiimonderlaag vastgehouden en het matrixuiteinde gedompeld in een proefmonster, b.v. urine, en snel verwijderd. Een eventuele kleurvoming of een andere aantoonbare respons wordt na 5 een voorbepaalde tijd waargenomen en vergeleken met een standaard-schaal corresponderend met de resultaten bij oplossingen met een bekende ionensterkte of soortelijk gewicht.

De specifieke toegepaste standaardschaal hangt af van het feit of het preparaat op zichzelf wordt toegepast of verwerkt in een dra-10 germatrix, alsmede van de specifieke indicator. Indien het gedeeltelijk geneutraliseerde polyelectrolyt direct aan het proefmonster wordt toegevoegd en de indicator een pH-meter is, kan aldus een standaards chaal worden gemaakt- door toevoeging van een, standaard-gewicht polyelectrolyt aan een standaardvolume van een oplossing met. 15 bekende ionensterkte. De pH-wisseling voor en na polyelectrolyttoe-voeging wordt dan weergegeven door de pH-meter. Deze procedure wordt gevolgd voor een reeks oplossingen met verschillende ionensterkten.

Om de ionensterkte van een onbekend monster te bepalen wordt dezelfde procedure gevolgd en de pH-wisseling vergeleken met die van de 20 bekende oplossingen.

Indien een proefuitrusting met een dragermatrix met daarin een gedeeltelijk geneutraliseerd polyelectrolyt en een chramogeen wordt gebruikt, kan de standaards chaal een reeks kleurblokken cmvatten die de kleur weergeven ontwikkeld door de dragermatrix na een te-25 voren bepaalde tijd in respons op oplossingen van bekende ionen sterkten. Bij onderzoek van een onbekend monster wordt de dragermatrix van een proefuitrusting ih het monster ondergedompeld, verwijderd en bekeken op het verschijnen of de Verandering in kleur ' na een voorbepaalde tijd. Iedere kleurrespons wordt daarna verge-30 leken met de kleurschaalblokken cm de ionensterkte of het soortelijk gewicht van het monster af te lezen.

De volgende voorbeelden lichten de uitvinding nader toe en geven voorkeursuitvoeringsvormen weer. Deze voorbeelden zijn niet als beperkend bedoeld.

35 A. Het preparaat, 790 8 1 55 9_

Voorbeeld I

Partiële neutralisatie ran male Ine zuur anhydr i de /methy Iviny lether -copolymeer.

Dit experiment werd uitgevoerd om. de partiële neutralisatie van 5 een polyelectrolyt (Gantrez S-9T van General Aniline and Film.

Corporation) na te gaan alsmede zijn. effect in preparaten voor het meten van het soortelijk gevicht van oplossingen.

Sen modulaire automatische titratieinrichting werd toegepast voor het titreren van diverse poiyelectrolyten waarbij de titrator 10 bestond uit een automatische' pipet, model Ho. 25000 van Micrcmedic

Systems,. Ine. Dit instrument levert een constant volume titratie-middel af per tijdseenheid aan de te titreren polymere oplossing.

De toevoegsnelheid van het titratiemiddel, de snelheid dus van de polyelectrolytneutralisatle, werd geregeld door een selectie van 15 pipetvolume, de fractie, afgeleverd pipetvolume en de concentratie van het titreermiddel. Wisselingen in pH tijdens titratie werden weergegeven met een standaard pH-electrode en een digitale pH-meter Orion model 701.

Eet signaal van de pE-meter werd geleid in een recorder van 20 Hewlett-Packard model 17500A, waarvan de schaal zo was gecalibreerd, dat 2,5 ca overeenkwam met een verandering van een pH-eenheid.

Deze recorder geeft dus pH-wisselingen continu weer pertijd (dus ook met het volume toegevoegd titreermiddel).

Deze apparatuur werd gebruikt voor het titreren en waarnemen 25 van de effecten bij een gedeeltelijke neutralisatie van Gantrez S-97, een zwak zuur polyelectrolyt. Sen oplossing van Gantres werd bereid uit 20 g polyelectrolyt per liter gedemineraliseerd water.

3 3 porties van 100 cm van deze oplossing werden gebracht m beker- 3 glazen van 250 cm. . Een portie werd geijkt op 0,1 H en een andere 30 op 1,0 S HaCl. Geen zout werd aan de derde portie toegevoegd. Door * . .3 eik van de polyelectrolyt oplossingen met 1,0 Η HaOH m een cm 3 .

pipet met een snelheid van 9,0 cm titreermiddel per uur te titreren en de pE-wisseiing tegen het volume titreermiddel te registreren was het mogelijk de titratie-eigenschappen van Gantrez na te gaan 35 alsmede het effect van een gedeeltelijke neutralisatie op zijn vermogen 790 8 1 55 _ 10_ % te differentiëren tussen verschillende ionensterkten.

De hij dit experiment verkregen titratiecijfers zijn grafisch weergegeven in fig. 1. Kromme A geeft de titratie weer van een poly-electrölytoplossing, waaraan geen zout was toegevoegd, kromme 5 B geeft de titratie weer van de polyelectrolytoplossing met 0,1 F

NaCl en kromme C geeft de titratie weer van de polyelectrolytoplossing . met FaCl in een, concentratie van. 1,0 F. De duidelijke scheiding die optreedt tussen de krammen A, B en C in fig. 1 toont het effect aan van de ionensterkte op de schijnbare. pK van het polymeer. Zo kan 10 men door de mate van scheiding tussen de titratiekrcmmen, d.w.z.

de- pH-waarden voor een gegeven, hoeveelheid titreermiddel de maximalisatie schatten hij het bepalen, van verschillende waarden voor het soortelijk gewicht, B.v, wordt, een sterkere scheiding waargenomen in het traject tussen pH 5 en pïï 10 dan hij andere trajecten poly-15 meerneutralisatie. De krommen in fig. 1 geven aan, dat een optimale scheiding wordt verkregen hij een polymeeraeutralisatie tussen 70

O

en 95% of meer (d.w.z. toevoeging van 6,0-9,0 cm titreermiddel).

Dit gegeven is niet alleen bruikbaar hij het bepalen van het effect van het polymeer in waterige systemen, maar helpt tevens hij het 20 bepalen van de optimale neutralisatie van de polyelectrolyt voor verwerking met een drageimatrix, zoals weergegeven in voorbeeld 17.

Het percentage neutralisatie van een gegeven polyelectrolyt kan worden berekend uit titratiecijfers zoals grafisch weergegeven in fig. 1 door kromme A (de titratie van polyelectrolyt Gantrez 25 S-97, zonder toegevoegd zout). Het percentage neutralisatie van het polymeer wordt berekend voor een gegeven pH getitreerde polymeer-oplossing door het opzoeken van de oplossings-pH op de verticale as, het trekken van een horizontale lijn van de verticale as naar krcmme A en het trekken van een verticale lijn van dit punt op krcrame

O

30 A naar de horizontale as (d.w.z. cm 1,0 F FaOH). Het volume titreermiddel (corresponderend met de intersectie van de verticale lijn en de horizontale as) gedeeld door het titreermiddelvolume en het eindpunt van de titratie, vermenigvuldigd met 100 levert een goede benadering van het percentage polyelectrolytneutralisatie. Het ti-35 tratieeindpunt wordt aangegeven door een verticale lineariteit van 790 8 1 55 - 11.

kromme A uiterst rechts en kan worden uitgedrukt in termen volume toegeveegd titreermiddel.

Zo is bij C-antrez S-97 het eindpunt weergegeven in fig. 1 zeer dicht bij 9,0 (ca. 8,6) cm 1,0 N HaOH titreermiddel. Titreren 5 van de Gantrezoplossing in gedeminerali.seerd water tot een pH van 3 ca. 7,5 correspondeert met een, volume van ca. 6,0 cm titreermiddel.

Aangezien het eindpunt bij ca. 8,6 cm^ titreermiddel ligt, kan het percentage neutralisatie worden berekend door 6,0 cm^ (filtreeimiddel) x 100 =· 70 % geneutraliseerd.

8,6 cmJ (titratie-eindnunt) 10

Voorbeeld II

Gedeeltelijke neutralisatie van polyacrylzuur.

Bit experiment werd uitgeveerd cm de gedeeltelijke neutralisatie van polyacrylzuur en zijn effect op de neutralisatie en bruikbaarheid Ij van dit polyelectrolyt bij bepalen, van. oplossing soortelijk gewicht na te gaan. Be modulaire autcmatische titrator, pH-meter en electrode weergegeven in voorbeeld I werden gebruikt.

Sen oplossing van polyacrylzuur, een zwakzuur polyelectrolyt van AldrichT Chemical Co. (catalogus ITo. 19.205-8), werd bereid door 20 oplossing van 20 g polymeer in een liter gedemineraliseerd wate'r.

3

Porties van 100 cm elk van deze oplossing werden gebracht ia

O

bekerglazen van 250 cm' . Eén van de porties werd gebracht op 0,1 JT 3aCl, een tweede op 1,0 UaCl en de derde portie kreeg geen zout.

Elk van deze oplossingen werd vervolgens getitreerd met 10,0 H ïïaOH

3 3 .

25 in een 50 cm pipet met een snelheid van 3,0 cm titreermiddel

per uur. Be resultaten zijn weergegeven in fig. 2 waarbij kromme A

de polyelectrolytoplossing zonder zout, kromme 3 de oplossing met 0,1 H EaCl en kremme C de oplossing met 1,0 H ïTaCl weergeven.

De cijfers van fig. 2 illustreren dat de sterkste scheiding 30 wat betreft ionensterkten (d.w.z. tussen de krammen A, 3 en C) optreedt tussen ca. 50% en 95# of meer neutralisatie van het polymeer 3 (d.w.z. toevoeging van ca. 1,5 tot 3,0 cm titreermiddel).

Indien b.v. het polymeer gedurende hO min was getitreerd (dus met

O

2,0 cm 10 IS IlaOH), kon men een duidelijke scheiding onderkennen 35 van de resulterende pE afhankelijk van de icnensterkte van de oplossing.

790 8 1 55 % • _ 12 _

Kromme C die correspondent met 1,0 5 HaCl levert een resulterende pH-waarde van ca. 5»25» kromme B overeenkomend met 0,1 H Had levert een pH-waarde van ca. 5»8 en kromme A die overeenkomt met een Had-vrije oplossing levert een pH-waarde van ca. 6,25· Aldus kan de ionen-5 sterkte o? het soortelijk gewicht van een specifieke oplossing worden benaderd met behulp van deze waarden en een interpolatie' tussen hen.

. Voorbeeld ΙΙΓ

Partiële neutralisatie van polyvinylamine.

Dit experiment werd uitgevoerd door een gedeeltelijke neutralisatie 10 van een zwakbasisch polyelectrolyt, polyvinylamine van Dynapol, Ine., te bestuderen en het effect van de neutralisatie daarvan op zijn bruikbaarheid als polyelectrolyt voor het bepalen van het soortelijk gewicht. De modulaire automatische titrator, de pH-meter en de electrolyt waren dezelfde als bij voorbeeld I.

15 Een oplossing van polyvinylamine in zijn bydrochloridevorm (volledig geneutraliseerd) met een molecuulgewicht van ca. 60.000 werd bereid met een polymeerconcentratie van 20,0 g per liter ge- 3 demineraliseerd water. Drie porties van elk 100 cm van deze oplos-sing werden gebracht in bekerglazen van 250 cm , Een van deze porties 20 werd op 0,5 H en de tweede op 3,0 N wat betreft HaCl gebracht. De derde portie kreeg geen zout. Elk van deze oplossingen werd ver- 3 volgens getitreerd met 1,0 I HaOH onder toepassing van een 50 cm 3 pipet en wel met een snelheid van 9,0 cm titreermiddel per uur.

De resultaten zijn weergegeven in fig. 3, waarbij kronme A de 25 titratie weergeeft van de polyelectrolytoplossing zonder zout, kromme B de oplossing met 0,5 H HaCl en kromme C titratie van de oplossing met 3,0 H HaCl.

De cijfers van fig. 3 leren dat slechts kleine verschillen optreden jegens de ionensterkten, wanneer het polymeer volledig in 30 de amine- of niet-geneutraliseerde vorm verkeert (pH 10; 35 minuten), terwijl een voortreffelijke scheiding optreedt bij geringere titratie, d.w.z. indien de neutralisatie van het polymeer minder ver is ge- . ...

gaan·. Het vermogen van polyvinylamine om verschil te maken tussen verschillende ionensterkteniveaux verschilt dus omgekeerd evenredig 35 met de hoeveelheid titreermiddel, zodat bij meer dan 95% neutralisatie 790 8 1 55 _ 13 een voortreffelijke scheiding vordt verkregen, terwijl hij in hét *3 geheel geen neutralisatie (toevoeging van ca. 5,3 crr titreermiddel) geen scheiding optreedt.

B Prcefuitrusting :

5 Voorbeeld IY

Gedrag van maleiaezuuranhydri de /methylvinylethercopolymeer in een drageraatrix.

Be oplossing gebruikt bij voorbeeld I (20 g Gantrez S-9T per liter gedeoineraliseerd water) werd verder bestudeerd aa zijn ge-10 drag na te gaan bij het meten van het soortelijk gewicht van urine bij verwerking met een dragermatrixv

Sen proefuitrusting gevoelig voor ionensterkten of soortelijk gewichten werd bereid door de Gantrez. S-9T oplossing in filterpapier te Impregneren en vervolgens te drogen. Diverse proefuitrustingen IJ werden aldus bereid on. het gedrag van de poiyelectroiyt bij diverse maten van neutralisatie na te gaan. Zo werden gelijke porties Gantrez 3-9T oplossing verschillend geneutraliseerd door titreren met NaOH. Stroken filtreerpapier van Eaton and Dikeman (Ho. 20^} werden resp. gedcmpeld in deze gedeeltelijk getitreerde porties en vervolgens 20 gedroogd. Geïmpregneerde gedroogde stroken van elk van de porties werden vervolgens gedcmpeld in urines met verschillende bekende soortelijke gewichten en in gedsnireraliseerd water, waarna de pE werd gemeten. Sen pH-meter met een vlak oppervlakelectrode van Markscn Science, Ine. (Ho. 1207 BactiMedia ccmbination/pH/referentie-25 electrode) werd voor deze metingen gebruikt. De waarden aan Δ pH, d.w.z. het verschil ia pH bij identieke stroken resp. gedompeld in gedemineraliseerd water en urine met bekende soortelijke gewichten, is hieronder in tabelvorm weergegeven.

30 35 790 8 1 55 - _ ik pH electrolytoplossing Δ pH-vaarden verkregen met urines met het weergegeven soortelijk gewicht.

S.G. S.G. S.G.

1.030 1.015 1.005 5 k,75 0,20 0,29 0,32 6.0 1,0k 0,91 0,5k T,0 1,70 l,kk 0,65 8.0 2,kl 2,06 1,0k 9,25 3,2k 2,29 1,09 10 · 9,75 3,52 2,66 1,65

De cijfers van deze tahel zijn grafisch weergegeven in fig. k, waarbij de drie krammen de waarden voor £pH weergeven, verkregen met urines met de weergegeven soortelijk gewichtswaarden, bij onderzoek met stroken bereid uit porties met verschillende neutralisatie-15 cijfers. Uit fig. k blijkt, dat de mate van scheiding van de kranmen duidelijk toeneemt naarmate de mate van neutralisatie van het polyelectrolyt, d.w.z. de pH, toeneemt. Dus hoe sterker de partiële neutralisatie van. het Gantrez-polyelëctrolyt, des te groter het vermogen te kunnen onderscheiden tussen soortelijk gewichtscijfers 20 bij urine.

Voorbeeld V

Gedrag van polyacrylzuur in een dragermatrix.

Het polyelectrolyt van voorbeeld II (20 g polyacrylzuur per liter gedemineraliseerd water) werd verder bekeken op zijn ge-25 drag bij het meten van een urinesoortelijk gewicht bij verwerking in een dragermatrix.

Proefstroken werden bereid en onderzocht als bij voorbeeld IV, met dit verschil, dat het Gantrez werd vervangen door polyacrylzuur.

Een oplossing van 20 g polyacrylzuur per liter gedemineraliseerd 30 water werd bereid. Porties van deze oplossing werden getitreerd met^ 10 H natriumhydroxide tot de pH-waarden weergegeven in de onderstaande tabel. Stroken filterpapier van Eaton and Dikeman (Ho. 20k) werden in deze vloeistoffen onder gedompeld en gedroogd. Vervolgens werden ze resp. ondergedcmpèld in urines met verschillende soorte-35 lijke gewichten en in gedemineraliseerd water, waarna de pH werd ;.l.

790 8 1 55 _15· - gemeten. De waarden vonr A -pH werden bepaald als in voorbeeld IV weergegeven en zijn hieronder opgevoerd. Sen pH-meter met een vlakke oppervlakselectrode van Markson Science, Ine. werd bij deze metingen gebruikt.

5 pH polyelectrolyt- pïï-cijfers verkregen met urines met oplossing de aangegeven soortelijke gewichten.

S.G. S.G. S.G.

1.005 1.015 1.030 4.0 0,11 0,05 0,00 5.0 0,5 0,64 0,T0 6.0 0,56 0,88 1,09 T,o 0,76 1,29 1,68 7,5 0,91 1,40 1,98 3.0 1,15 1,73 2,29 8,25 1,10 1,82 2,10 15

De cijfers van deze tabel zijn weergegeven in fig. 5, die evenals fig. 4 aangeeft dat de mate· van scheiding van de krommen sterk toeneemt met de mate van neutralisatie, "d.w.z. met de pH van het polyelectrolyt.

Voorbeeld TT

20 -

Gedrag van polyvinylamine in een dragermatrix.

net polyelectrolyt van voorbeeld III werd verder nagegaan cm zijn gedrag waar te nemen bij het meten van diverse urine— soortelijk gewichten bij verwerking in een dragermatrix.

2^ Proefstroken werden bereid en beproefd als bij de voorbeelden 17 en 7, met dit verschil, dat i.p.v. Gantrez of polyacrylzuur ditmaal polyvinylamine werd toegepast. Sen oplossing weid bereid met daarin 20 g polyvinylamine van Dynapol, Ine. molecuulgevicht 60.000) per liter gedemineraliseerd water. Deze polyelectrolyt be- 3q vond zich in de hydrochloridevorm en was dus volledig geneutraliseerd.

Porties van deze oplossing werden resp. getitreerd met 1,0 IT ITaOE

tot de oplossings-pE cijfers weergegeven in onderstaande tabel.

Streken filtreerpapier van Eaton and Dikeman (204) werden in deze oplossingen gedompeld en gedroogd. Vervolgens werden deze strookjes 35 gedompeld in urines met verschillend bekend soortelijk gewicht en 790 8 1 55 • - 16- in gedemineraliseerd water, waarna de pH ervan werd gemeten onder toepassing van een electrode met vlak oppervlak, "beschreven in de voorbeelden IV en V. De cijfers voor /IpH werden vervolgens "bepaald "als in de voorbeelden IV en V en zijn in de volgende tabel weergegeven.

5 pH polyelectrolyt- ρΞ-waarden verkregen met urines met het oplossing weergegeven soortelijk gewicht.

S.G. S.G. S.G.

1.005 1.015 1.030 2,8 1,05 1,60 1,78 10 3,0 1,06 1,6¼ 1,92 : 3,5 %90 l,n 1,29 U,0 '.89 1,17 1,21 6.0 +.06 -,10 -,33 8.0 -0.71 -,99 -1,70 15 10,0 -1,1*5 -1,1*7 -2,2¼ 11.0 -1,80 -2,50 -2,81 12,0 -2,2¼ -2,57 -3,07

De grafiek met deze cijfers, fig. 6, geeft een "bruikbare scheiding • weer, indien het polyelectrolyt partieel geneutraliseerd is tot beneden 20 ca. pE 5. Zo resulteert de kromme voor urine met een. soortelijk ge wicht van 1,005 in een veel geringere wisseling in pH dan voor urine met een soortelijk gewicht van 1.030. De urine met een soortelijk gewicht van 1,015 resulteerde in tussenliggende ΔρΗ-waarden, zoals overigens tè verwachten.

25 Dit effect wordt nog duidelijker gedemonstreerd wanneer de polyvinylamineproefstroken worden gedompeld in waterige zoutoplossingen met verschillende ionensterkten en in gedemineraliseerd water, en de pH vervolgens gemeten ter verkrijging van de Δ -pH-waarden.

Zo werden stroken die als boven waren bereid, onderzocht met diverse 30 concentraties natriumchloride in gedemLneraliseerd water. Met name hadden deze zoutoplossingen concentraties van 0,5, 1,5 en 3,0 N HaCl.

De bij dit experiment verkregen resultaten zijn als tabel hieronder weergegeven alsmede in fig. 7· De krommen A, B en C corresponderen met zoutoplossingen van 3,0, 1,5 en 0,5 N HaCl.

790 8 1 55 IT.

pH-polyeleetrolyt— Δ pH-waarden verkregen met zoutoplossingen oplossing met de weergegeven normaliteiten

0,5 STaCl 1,5 ff HaCl 3,0 J HaCI

2,8 .60 .63 .93 5 3,0 l.kO 1.37 1.½ 3,5 .88 .99 1.23 4.0 1.00 1.32 1.6l 6.0 . 90 . 93 1.03 8.0 .64 .64 .68 10 10,0 .61 .64 ,6o 11.0 -.01 -.03 -.10 12.0 -.09 -.22 -.29

Wat betreft fig. 7 waarbij het polyelectrolyt bij pS ; 10.:nagenoeg geen protonen bevatte en ongeladen was, werd nagenoeg geen effect 15 van verschillende zoutconcentraties opgemerkt. Gedeeltelijke neutra lisatie van het polymeer evenwel leverde een gestaag toenemende divergentie in gedrag jegens verschillende ionensterkten, zoals blijkt uit de toenemende verschillen tussen de diverse krommen, die duidelijk divergente Δ -pH-waarden weergeven als respons op 20 verschillende ionensterkten.

Voorbeeld VU

Prcefuitrusting bereid onder toepassing van maleiiiezuuranhydride/ methylvinylethercopolymeer en brocmthymol blauw.

Het prcefpreparaat van voorbeeld I werd toegepast in een drager-25 matrix tezamen met brocmthymol^blauw, een bekende pK-indicator cm de karakteristieken van de uitvinding wat betreft een visuele bepaling van het soortelijk gewicht na te gaan.

Een oplossing werd bereid met daarin 20 g Gantrez S-97 per liter gedemineraliseerd water. Een portie van deze oplossing werd getitreerd 30 met HaOE tot een· oplossings-pE van 8,0 gemeten met de pH-meter en de electrode vaa voorbeeld I. Een strook filterpapier (Eaton and Dikeaan Ho. 204} werd in deze gedeeltelijk getitreerde en geneutraliseerde portie ondergedcmpeld en daarna gedroogd. De gedroogde polymeerhouden.de strook werd daarna gedompeld in een methanolop-35 lessing van brocmthymol^blauw met een concentratie van 1,'2 g per liter.

790 8 1 55 . ' -18 - *

Na drogen werd het filtreerpapier aangehracht op een heldere kunststof onderlaag (Trycite van Dow Chemical. Co.) onder toepassing van plakstroken (Doublé Stick van 3M Company·). De verkregen uitrustingen "bestonden elk uit een strook trycite van 9x0,5 cm, waarbij een uiteinde 5 een vierkantje geïmpregneerd filtreerpapier bevatte van 5x5 mm. De rest van het trycite fungeerde als handvat.

De gevoeligheid van deze proefuitrustingen jegens het soortalijk gewicht werd nagegaan door ze toe te passen bij drie urines met verschillend soortelijk gewicht en met water. Een strookje werd daar-10 na gedompeld in de specifieke proef oplossing en snel verwijderd. Na 60 seconden werd het strookje bekeken met een reflecterende spectro-fotcmeter, die de intensiteit van het gereflecteerde licht van het proefstrookje over het zichtbare spectrum tweemaal per seconde opneemt en meet.

15 De cijfers verkregen na 60 seconden zijn weergegeven in fig. 8 en geven een duidelijke scheiding weer die een gemakkelijke en nauwkeurige differentiatie van de soortelijk gewichten tussen water (3.G. 1.00Q) en urines met S.G. van 1,005,’ 1,015 en 1,030 mogelijk maakt. Visuele kleur differentiatie was even gemakkelijk, omdat de strookjes-20 met water een blauwe kleur geven, blauwgroen met urine met een S.G. van 1,005, groen bij 1,015 en geel bij 1,030.

Dit voorbeeld toont de relatie aan tussen de gedeeltelijke polyelectrolytneutralisatie en de bepaling van het soortelijk gewicht of de ionensterkte. De Gantrez-oplossing waaruit het strookje was ver-25 vaardigd had een pH van ca. 8. Blijkens kromme A van fig. 1 kamt. de ze pH overeen met ca. 6,8 cm titreermiddel. Gebruikt men de berekening van voorbeeld I dan komt dit overeen met een neutralisatie van ca.

79%. De opmerkelijk sterke differentiatie tussen soortelijk gewichts-waarden verkregen bij dit experiment berust dus op de betrekkêlijk 30 hoge mate van polyelectrolytneutralisatie.

790 8 1 55

Claims (17)

1. 2. Preparaat volgens conclusie 1, waarbij5bet polyelectrolyt bestaat uit polyacrylzuur, polymaleïnezuur, maleinezuur-vinyImetbyl-etber-copolymeer, polymethacrylzuur·,. styreen-maleinezuurccpolymeer, 10 polyvinylamina of poIy(k-vinylpyridine).
2. 3. Preparaat volgens conclusie 1, waarbij bet polymeer een zwak-zure polyelectrolyt is. it·. Preparaat volgens conclusie 1, waarbij bet polymeer een zwak— basische polyelectrolyt is.
3. 5. Preparaat volgens conclusies 1-^, met bet kenmerk, dat bet poJjslectrolytpolymeer voor T5-95% is geneutraliseerd.
4. 6. Preparaat volgens conclusies l-k, met bet kenmerk, dat de indicator een pH-indicatorstof is.
5. 7. Preparaat volgens conclusies l-!+, met bet kenmerk, dat de 20 indicator een pH-indicatorstof is en bet polyelectrolytpolymeer voor 75-95% geneutraliseerd.
6. 8. Preparaat volgens conclusie 1, met bet kenmerk, dat bet polyelectrolyt een metbylvinylether-maleïnezuurcopolymeer is en de indicator brocmthymol^olauw.
7. 9. Proefuitrusting voor bet bepalen van de ionensterkte of bet soortelijk gewicht van een waterig proefmonster, welke uitrusting een dragermatrix bevat met daarin een preparaat volgens conclusies 1-k of 8.
8. 10. Proefuitrusting voor bet bepalen van de ionensterkte of het 30 soortelijk gewicht van een waterig proefmonster, met bet kenmerk, dan deze uitrusting een dragermatrix omvat met daarin bet preparaat volgens conclusie 5·
9. 11. Proefuitrusting voer bet bepalen van de ionensterkte of bet soortelijk gewicht van een waterig monster, met het kenmerk, dat 790 8 1 55 _ 20. • 4 deze uitrusting een dragermatrix omvat met daarin een preparaat van conclusie 6.
10. 12. Proefuitrusting voor het bepalen van de ionen sterkte of het soortelijk gewicht van een waterig monster,met het kenmerk, dat deze 5 uitrusting een dragermatrix omvat, met daarin het preparaat volgens conclusie 7*
11. 13. Werkwijze voor het bepalen van de ionensterkte of het soortelijk gewicht van een waterig proefmonster, met het kenmerk, dat men dit monster in contact brengt met een preparaat volgens con- 10 clusies l-k of 8 en de aantoonbare respons waarneemt. lk. Werkwijze voor het bepalen van de ionensterkte of het soortelijk gewicht van een waterig proefmonster, waarbij men het monster in contact brengt met het preparaat, volgens conclusie 5 en de respons waarneemt.. 15 15· . Werkwijze voor het bepalen van de ionensterkte of het soorte lijk gewicht van een waterig proefmonster, waarbij men het monster in contact brengt met het preparaat volgens conclusie 6 en de respons waarneemt. lé. Werkwijze voor het bepalen van de ionensterkte of het soorte-20 lijk gewicht van een waterig proefmonster, waarbij men dit monster in contact brengt met het preparaat volgens conclusie 7 en het effect waarneemt.
12. 17. Werkwijze voor het bepalen van de ionensterkte of het soortelijk gewicht van een waterig proefmonster, waarbij men dit monster 25. in contact brengt met de uitrusting volgens conclusie 9 en het effect waarneemt.
13. 18. Werkwijze voor het bepalen van de ionensterkte of het soortelijk gewicht van een waterig proefmonster, waarbij men het proefmonster in contact brengt met de uitrusting volgens conclusie 10 30 en' de respons waarneemt.
14. 19. Werkwijze voor het bepalen van de ionensterkte of het soortelijk gewicht van een waterig proefmonster, waarbij men het monster in contact brengt met de uitrusting volgens conclusie 11 en de respons waarneemt.
15. 20. Werkwijze voor het bepalen van de ionensterkte of het soorte- 790 8 1 55 . . ' - 21- ψ r lijk gewicht van een waterig proefmonster, waarbij men het monster met de uitrusting volgens conclusie 12 in contact brengt en de respons waarneemt.
16. 21. Werkwijze voor het bereiden van een proef uitrusting voor het j bepalen van de ionensterkte of het soortelijk gewicht van een waterig monster, met het kenmerk, dat men tenminste 50% van de ioniseerbare groepen van een zwak zuur of zwakbasisch polyelectrolytpclymeer neutraliseert en dit polymeer alsmede een pH-indicator in een dragermatrix verwerkt.
17. 22. Werkwijze volgens conclusie 21, met het kenmerk, dat het polyelectrolytpolymeer voor 75-95% wordt geneutraliseerd. 23* Werkwijze volgens conclusies 21 of- 22, met het kenmerk, dat polymeer en pH-indicator met de matrix worden verwerkt, door combinatie daarvan met een passend oplosmiddel waardoor een impreg-15 neermengsel wordt gevormd, waarna de dragermatrix met dit mengsel in contact wordt gebracht en tenslotte gedroogd. Werkwijze voor het bereiden van een proefuitrusting voor het bepalen van de ionensterkte of het soortelijk gewicht van een waterig proefmonster, met het kenmerk, dat men 20 a) een waterige oplossing van een copolymeer van maleïnezuur en methylvinylether bereidt, b) aan dit copolymeer een waterige oplossing van een base toevoegt en wel zoveel dat tenminste 5075 van de zure groepen van het copolymeer worden geneutraliseerd, 25 c) een dragermatrix met deze gedeeltelijk geneutraliseerde polymeer- oplossing in contact brengt, waardoor het polymeer in de matrix wordt cpgenomen, d) de matrix met polymeer daarin droogt en e) een pH-indicator in de gedroogde matrix verwerkt. 30 25* Werkwijze volgens conclusie 2^, met het kenmerk, dat de pH- indicator broomthymol^biauw is en deze indicator in de gedroogde polymeerhcudende matrix wordt verwerkt door een oplossing van deze indicator in methanol met de polymeerhoudende matrix in contact te brengen. 35 790 8 1 55