SE447024B - Testkomposition och forfarande for bestemning av ett vattenhaltigt provs jonstyrka eller densitetstal - Google Patents

Description

447 024 2 mellan vikten av en viss volym av lösningen och vikten av en lika stor volym vatten vid samma temperatur. För sådana lösningar som urin är densitetstalet en funktion av antalet, densiteten, jonladdningen och vikten av olika lösta ämnen. I Vid kända metoder för bestämning av densitetstalet 'har man använt t.ex. hydrometrar, urinometrar, pykno- metrar, gravimetrar och liknande. Även om dessa kända me- toder uppvisar en tillfredsställande känslighet i de flesta fall, kräver de alla användning av sköra, skrymmande instru- ment, vilka ständigt måste rengöras, underhållas och kalibreras för att de skall ge tillförlitliga resultat.

Vidare finns det många nackdelar förbundna med hantering av dessa instrument. Det kan vara svårt att avläsa menisken.

Skum eller bubblor på vätskeytan kan störa avläsningen.

Urinometrar har en tendens att häfta vid sidorna av det kärl som innehåller vätskeprovet. När det gäller urin är provmängden ofta för liten för att man skall kunna använda någon av de ovan nämnda anordningarna.

I den amerikanska patentskriften U.Olf.ü62 beskrivas ett förbättrat förfarande, vilket praktiskt taget elimine- rar de ovan angivna nackdelarna. Detta förfarande avser en snabb bestämning av osmolaliteten och därmed av densi- tetstalet. Vid förfarandet enligt nämnda amerikanska patent- skrift användes en bärarmatris innehållande osmotiskt sköra mikrokapslar, vars väggar består av ett semipermeabelt membranmaterial. Inuti mikrokapslarna finns en lösning innehållande ett färgämne. När kapslarna kommer i kontakt med en lösning med lägre osmolalitet än osmolaliteten inuti kapslarna, utbildas en osmotisk gradient genom kapselväggen i riktning mot den lägre osmolaliteten. Härigenom ökar det hydrostatiska trycket inuti kapslarna, vilket bringar kaps- larnn att svälla och slutligen att brista och frigöra sitt färgade innehåll. Den vid detta fenomen bildade färgen är en funktion av lösningens densitetstal.

Av ovanstående framgår, att det förutom med hjälp av olika anordningar för direkt mätning av densitetstalet PUQK 447 024 3 också är möjligt att mäta dunsitets1a1et på indirekt väg, såsom genom mätning av en lösnings osmolalitet. Ett annat sätt att bestämma densitetstalet utan att mäta detta direkt är att genomföra en bestämning proportionell mot en lösníngs jonstyrka. En dylik metod användes enligt föreliggande uppfinning. Det är välkänt att ett vatten- haltigt systems densítetstal påverkas kraftigt av närvaro av laddade ämnen. När det gäller joniska lösningar är det sålunda möjligt att noggrant uppskatta respektive lös- ningars densitetstal via mätningar proportionella mot lösningarnas jonstyrkor och jämförelse av mätresultaten med ett förkalibrerat referenssystem.

Termen “jonstyrka" avser det matematiska sambandet mellan antalet olika jonslag i en speciell lösning och dessa jonslags respektive laddningar. Jonstyrkan/1 kan ïsålunda beräknas matematiskt med hjälp av följande for- mel: I =~l-Z c zt 'zfíö där c betecknar ett speciellt jonslags molala koncentra- tion och a betecknar det absoluta värdet på detta jonslags laddning. Summanåfiberäknas För alla de olika jonslagen i lösningen.

I den amerikanska patentskriften 3.HU9.08O diskuteras mätning av lösta natrium- och kloridjoner. Denna patent- skrift beskriver en testanordning för bestämning av kon- centrationerna av dessa joner i kroppssvett. Härvid använ- des en jonbytare tillsammans med en pH-indikator. Närvaron av natrium- eller kloridjoner bestämmas med hjälp av en färfiförändring i jonbytaren, vilken färgförändring har framkallats av pH-indíkatorn. Även om denna patentskríft anger ett sätf att mäta jonstyrka, har det visat sig att den kända metoden (såsom den framgår av utföringsexemplen) icke kan användas för mätning av densitetstal.

Både mätning av osmolalitet och mätning av jonstyrka för indirekt bestämning av densitetstal kan påverkas av närvaro av icke-joniska ämnen, så att mätnoggrannheten w- _~, POÖlš QUALITY 447, 024 4 försämras. Den amerikanska patentansökan 716.962 (ingi- ven P3 augusti 1976) anger ett förfarande för eliminerinn av denna risk för försämrad noggrannhet. Härvid användes en anordning, där det för densitetstalet känsliga sys- temet innehåller ett joniserande medel som kan omvandla icke-joniska lösta ämnen till joniserade ämnen.

En sammanfattning av teknikens ståndpunkt ger så- lunda vid handen, att det finns många kända metoder för mätning av densitetstal, både direkta och indirekta meto- der. Vid direkta mätningar användes sköra,-skrymmande och dyra anordningar, vilka ständigt måste rengöras, underhållas och kalibreras. När det gäller de indirekta metoderna kan mätning av en sådan molekylantalsegenskap som osmolalitet ge en exakt korrelation till densitetstalet.

Enligt föreliggande uppfinning användes ett annat samband, nämligen sambandet mellan en lösnings densitets- tal och jonstyrka, och uppfinningen avser en anordning, en komposition och ett förfarande för utnyttjande av detta samband. I den amerikanska patentskriften 3.UU9.08O beskrives ett förfarande för mätning av koncentrationen av natrium-och/eller kloridjoner i kroppssvett. Vid denna kända metod utnyttjas svagt sura eller svagt basiska jon- bytares affinítet till okända joner samt kända pH-indika- torers färgförändrande förmåga. Föreliggande uppfinning beskrives eller antydes icke i någon av de tidigare pub- licerade skrifterna.

Föreliggande uppfinning avser en testkumposition, en testanordning och ett förfarande för bestämning av ett vattenbaltigt-provs densitetstal. Testkompositionen enligt uppfinningen innefattar en svagt sur,eller svagt basisk polyelektrolytpolymer, som är neutraliserad till minst 50%, och en pH-indikator som ger ett pàvisbart gensvar på jonbyte mellan polyelektrolyten och provet. Testanordningen enligt uppfinningen innefattar en bärarmatris och en därmed införlivad testkompo- sition enligt ovan. Förfarandet enligt uppfinningen kännetecknas av 447 024 att ett vätskeprov bringas i kontakt med testanordningen eller testkomposítionen, varefter man íakttager ett pâ- víshart gensvar, såsom en färgförändring.

Figurerna 1 - 8 på den bifogade ritningen är gra- fiska diagram, vilka (a) illustrerar tre olika poly- elektrolyters uppförande i kontakt med prover med olika densitetstal och (b) illustrerar titrering eller partiell neutraliseríng av dessa polymerer. Figurerna 1, 2 och 3 visar sålunda titreríngskurvor för en metylvinyleter- maleinsyraanhydrid-sampolymer, poly (akrylsyra) resp. poly(víny1amin). Figurerna U, 5 och 6 illustrerar dessa polyelektrolyters uppförande vid bestämning av densitets~ tal i urinprover vid olika grad av partiell neutralisering av de från polymerkedjan utskjutande grupperna. I figur 7A visas uppförandet av po1y(vinylamin) i vattenlösningar av natríumklorid med olika konvnntumioner. Figur 8 slut- ligen illustrerar uppförandet av en föredragen testanord- ning enligt uppfinningen.

Testanordningen enligt uppfinningen innehåller sålunda såsom en komponent en svagt sur eller svagt basisk poly- elektrolyt. Många sådana polymerer är kända, och dessa polymerer karakteriseras av graden av dissociation av de utstående joniska grupperna, när polymeren underkastas en vattenhaltig omgivning. De flesta polyelektrolyter är lös- liga eller delvis lösliga i vatten, och de är lätta att jonísera beroende på den joniska naturen av (a) det vatten- haltiga systemet och (b) de joniserbara grupperna på polymerkedjan. " I En polyelektrolyt anges vara svagt eller starkt sur eller basisk beroende på polyelektrolytens joníska uppföran- de. En polyelektrolyt som joníseras nästan fullständigt i kontakt med vatten, såsom po1y(vinylsvavelsyra) och poly ístyrensulf-nsyrn), betecknas såsom en stark polyoloktrolyt.

Svaga polyelektrolyter däremot innehåller mngt sura eller svagt basiska joniserbara grupper. Laddningstätheten längs molekylkedjan i dessa polymerer kan varieras genom att man varierar neutralisationsgraden. Såsom exempel på svagt sura eller svagt basiska polyelektrolyter som är särskilt POOR QUALITY 447 f; 6 användbara enligt förelißnnnde uppfinning kan man nämna p0ly(akrylsyra), po1y(maleinnyra), maleinsyra-metvlvinyl- eter-sampolymer, po1y(metakrylsyra), styren-ma1einsyra- sampolymer, po1y(H-vinylpyridin), etc.

Rompositionerna enligt uppfinningen innehåller svagt basiska och svagt sura polyelektrolyter, neutraliserade till minst 50%. Åtminstone 50% av polymerens funktionella grupper, vare sig dessa är svagt sura (t ex COOH) eller svagt basiska, titreras först med en bas respektive en syra innan polyelektrolyten införes i testkompositionen enligt uppfinningen. Vatten- lösningar av títreringsmedel användes vanligen, och såsom exempel på bâsiska titrerinnsmedel kan man nämna NaOH, KOH, Na2C05, poly(ety1enimin), tris(hydroximety1amin) ' metan och andra välkända ämnen. Dylik partiell titrering eller neutralísation har överraskande nog visat sin t vara nödvändig för att man skall kunna uppnå en simnifi- kantdifferentierínn mellan olika densítetstalsnivâer í provlösningar. I Polymeren neutraliseras alltså till åtminstone 50%, d.v.s. åtminstone hälften av de joniserbara grupperna neutraliseras. Det enligt föreliggande uppfinning före- dragna neutralisationsområdet är från 75% till 95% neutra- lisering. En neutralisationsßrad av ca 90% har visat sin vara optimal när det gäller att ge den största föränd- ringen av pH-värdet.

Den enligt uppfinningen använda polyelektrolyten måste, såsom anges ovan, vara partiellt neutraliserad. Neutralisa- tionen åstadkommas genom att polymeren titreras med en lämplig syra eller bas, men man kan även åstadkomma den önskade partiella neutralisationen på något annat lämp- lint nätt._I figur l visas titreringskurvor över títrering av Gantrezn. S-97,(en maleinsyraanhydrid-metylvinyletor- sampnlymer från General Anilíne and Film Corporation) med natriumhydrnxid i vattenlösning. I figurerna 2 och 5 visas liknande titreringskurvor för poly(akry1syra) resp. poly (vinylamín).

.. Nu, . f M f". 1* n.- .,,;f._>_- _ ~».-_.; “ ':..- 4., -fßßi Qnåïgnfr 447 024 En annan komponent i kompositionen enligt uppfinningen är en pH-indikator som ger ett utslag för jonbyte. Man kan sålunda använda kända pH-känsliga kromogena reagensföreningar, och dessa kan ge en färgförändring eller framkalla en färg som kan iakttagas av den person som genomför mätningen och som är ett mått på jon- styrkan eller densítetstalet i provet. Om en kromogen förrninn användes, kan man i förväg åstadkomma ett referens- färnnystem, så att en snabb visuell jämförelse mellan den erhållna färgen och refnrenssystemet mer det sökta resultatet. Enligt föreliggande uppfinning lämpliga kromo- fiena föreningar är bromtymolblått, alizarin, bromkresol- purpur, fenolrött och neutralt rött. Av dessa har bromty- molblâtt visat sig vara en särskilt lämplig föreninn.

Föreliggande uppfinning avser även en testanordning innefattande en bärarmatris och en därmed införlívad test- komposition enligt ovan. Denna testanordning utgör ett verktyg för snabb och tillförlitlig bestämning av densítots- tal i lösningar. Bärarmatrisen är vanligen men inte nöd- vändigtvis en porös matris, såsom ett filtorpapper. Man kan även använda andra välkända typer av bärarmatris- material, såsom filt, remsor av porüs keramik, vävda eller flätade glasfibrer (amerikanska patentskríftcn 3.8U6.2"7).

Likaledes kan man använda trä, tyg, svampmaterial och ler- haltíga substanser (amerikanska patentskriften 5-552.928).

Alla dylika bärarmatrismaterial och även andra kan användas enligt föreliggande uppfinning, men filterpapper har visat sig vara ett särskilt lämplïnt bärarmatrismaterial.

Enligt en föredragen ulförlngsform vätes filter- papyer med en lösning eller suspension av en delvis nentraliserad polyelektrolyt i vatten eller någon annan lämplig vehikol som lätt kan bestämmas genom labora- torieförsök, varefter fílternapperet torkas. Det med polyelektrolyt impregnerade filterpapperet vätes där- efter med en lösning av den önskade índíkatorn (t.ex. nromtymolhlått) i metanol eller något annat lämplirt lösningsmedel, såsom etanol, N,N-dimetylformamid eller dimetvlsulfoxid, varefter det impreßnerade filter- papperet torkas. Alternativt kan framställning ske iett POOR QUALITY. -f " av en dubbelsidig tejp (t.ex. Double Stick 447 024 8 enda steg, varvid både polyclektrolyten och indikatorn samtidigt är närvarande i den ursprungliga lösningen eller suspensionen.

Den torkade, med reagens impregnerade bärarmatrisen kan om så önskas monteras på ett underlagsmaterial. Enligt en röredragvn utföringsform kan sålunda en bärarmatrís, bestående av ett filterpapper impregnerat med en partiellt neutraliserad polyelektrolyt och en indikator på ovan beskrivet sätt, fästas vid ena änden av ett avlångt stycke av en transparent polystyrenfilm. Matrisen fästes vid filmens ena ände på något lämpligt sätt, såsom med hjälp från BH Company). Den andra änden av polystyrenfilmen tjänar såsom handtag. Vid användning hålles en dylik anordning i polystyrenfílmens fria ände, och änden med bärarmatrisen nedsänkcs i provet (t.ex. urin) och upptages sedan snabbt däruv. Eventuell Färgbildning eller annat påvisbart gen- svar iakttnnes efter en förutbestämd tid och jämfëres med en roferensstnndard framställd med hjälp av lösningar med- kända jonstyrkor eller densitetstal.

Om man använder en testanordníng innefattande-en bärarmatris innehållande en partiellt neutraliserad polyelektrolyt och en kromogen substans, kan referens- standarden bestå av en serie färgblock angivande de färger som utvecklas av bärarmatrisen efter en förut- bestämd tid efter vätning med lösningar med kända jon- styrkor. När ett okänt prov analyseras, nedsänkes test- anordningens bärarmatrís i provet, och efter upptagande av bärarmatrisen ur provet observeras en bildad färg eller en färgförändring efter den förutbestämda tiden.

Eventuellt färggensvar jämföras med standardfärgblocken, och på detta sätt bestämmas provets jonstyrka eller densitetstal.

Uppfinníngen illustreras genom följande, icke be- gränsande exempel.

(A) Testkompositionen enligt uppfinningen Exempel_l. Partiell neutralísering av ma1einsyra~ anhydrid-metylvinyleter-sampolymer. 447 024 9 Man genomförde försök för att studera partiell neutralisation av en polyelnktrolvt (Gantrez R S~97 från General Aniline and Film Corporation) och neutralisati0ns_ gradens inverkan pâ en komposition För mätning av lös- ninfiflrs densitetstal. ' För titrering av polyelektrolyten användes en modu-i lerad automatisk titrator. Titratorn bestod av en auto- maïißß Pïpefifiefingsanordning (modell nr. 25000 från i Mlßmmedlß Systems, Inc-L Med hjälp av detta instrument kan man till den pnlymerlñsníng som skall titreras sätta en konstant volym titrerinnslösning per tidsenhet. Hastír- heten av titreringslösninmens tillsättning (d.v.s. hastig- heten av polyelektrolytens neutralisation) reglerades genom lämpligt val av pipettvolym, den andel av pipett- volymen som utdelas, och títreringslösningens koncentra- tion. pH-förändringarna under titreringen mättes med användning av en pH~elektrod av standardtyp och en digital pH-mätare (Orion modell 701). DH-mätarens utsignal matades till en 250 mm remsskrivare (Hewlett-Packard modell l75OOA), vars skala hade kalibrerats på sådant sätt, att 25 mm motsvarade en pH-förändring av l pH-enhet. Skrivaren gav sålunda en kontinuerlig registrering av pH-förändringarna som funktion av tiden (d.v.s. som funktion av volymen till- satt titreringslösning).

Denna apparat användes för títrering av Gantrez S-97,' e som år en svagt sur polyelektrolyt, varvid inverkan av partiell neutralisering studerades. Man framställde en lösning av polymeren innehållande 20 gram polyelektrolyt per liter avjoniserat vatten. I var och en av tre 250 ml bägare infördes 100 ml av den framställda lösningen. Till två av bägarna sattes NaC1 till koncentrationerna0,1N - respektive l,ON. Till den tredje bägaren sattes inget salt.

Var och en av de resulterande polyelektrolytlösningarna titrerades med l,ON Na0H-lösning med en hastighet av 9,0 ml titreringslösning per timme, varvid man använde en 50 ml pipett. Genom registrering av pH-förändringen som funktion av volymmw títreringslösning var det möjligt att studera polyelektrolytens titreringsegenskaper samt inverkan av partiell neutralisering på polyelektrolytens förmåga att differentiera mellan olika jonstyrkor.

De erhållna titreringsdata visas grafiskt i fig. 1.

POOR QUALITY 447 024 Kurva A representerar titrering av den polyelektrolytlös- ning, till vilken inget salt hade satts, kurva B represen- terar titrering av den polyelektrolytlösning som innehöll 0,lN NaCl, och kurva C representerar titrering av den polyelektrolytlösning som innehöll l,ON NaCl. Den tydliga skillnaden mellan kurvorna A,B och C visar den effekt som jonstyrkan har på polymerens skenbara pK-värde. Om man iakttager graden av separation mellan titrerings- kurvorna, d.v.s. skillnaden mellan pH-värdena för en given mängd titreringslösning, kan man uppskatta var_ det är lämpligast att bestämma olika densitetstalsnivåer.

Vid pH-värden mellan 5 och 10 erhålles sålunda en större separation än i de andra intervallen av polymerens neutralisation. Av kurvorna i fig. l framgår, att den optimala separationen uppträder vid en polymerneutrali- sationsgrad från ca 70% till 95% eller mera (d.v.s. till- sättning av ca 6,0 - 9,0 ml títreringslösning). Denna information är icke endast värdefull för bedömning av polymerens användbarhet i vattenhaltiga system, utan denna information gör det även möjligt att bestämma den optimala neutralisatíonen av en polyelektrolyt som skall införlivas med en bärarmatrís, vilket kommer att framgå av exempel IV nedan.

Den procentuella neutralisationen av en given poly- elektrolyt kan beräknas från sådana titreringsdata som an- ges grafiskt i fig. 1 med kurvan A (d.v.s. titrering av polyvlektrolyten, i detta fall Gantrez S-97, utan tillsatt -salt). Vid ett givet pH-värde i den titrerade polymer- lösningen kan man beräkna polymerens procentuella neutra- lísation genom att från pH-värdet på den vertikala axeln dra en horisontell linje till kurvan A och från den därvid erhållna skärningspunkten dra en vertikal linje ned till den horisontella axeln och där avläsa volymen 1,0N NaOH i ml. Den avlästa volymen titreringslösning divideras med volymen titreringslösning vid titreringens ändpunkt, och genom multiplicering av den erhållna kvoten med 100 er- hålles en noggrann uppskattning av polyelektrolytens pro- centnella neutralísationsgrad. Vid titreringens ändpunkt övergår kurvan A i en vertikal linje längst till höger, 447 024 11 och änapunkten kan uttryckas med hjälp av volymen tillsatt titreríngslösning.

För polyelektrolyten Gantrez S-97 är sålunda den i fig. l visade ändpunkten mycket nära 9,0 (ca 8,6) ml l,0N Na0H titreringslösníng. Titrerinn av lösningen av Gantrez i avjoníserat vatten till ett pH-värde av ca 7,5 motsvarar en volym av ca 6,0 ml títreringslösning. Eftersom änd- punktsvärdet är ca 8,6 ml titreringslösning, kan den procentuella neutralisationen beräknas till 70%, d.v.s.' V gig x 1oo ExemEel_ll. Partiell neutralisering av poly(akrylsyra).

Försök genomfördes för att studera partíell neutrali- sering av poly(akrylsyra) och inverkan av dylik neutrali- sering på denna polyelektrolyts användbarhet för bestämning av densítetstal i lösningar. Man använder samma automatiska titrator, samma pH-mätare och samma elektrod som beskrives i exempel I.

Man framställde en lösning av poly(akrylsyra), en svagt sur polyelektrolyt från Aldrich Chemical Co.(katalog- nummer l9.20f-8), genom att lösa 20 gram av polymeren i en liter avjoniserat vatten. I var och en av tre 250 ml bägare infördes 100 ml av den framställda lösningen. Till två av bägarna sattes NaCl till NaCl-koncentrationerna O,lN respektive 1,0N. Till den tredje bägaren sattes inget salt.

Var och en av de erhållna lösningarna titrerades sedan med l0,0N Na0H-lösning med en hastighet av 3,0 ml titrerings- lösning per timme, varvid man använde en 50 ml pipett.

Resultaten visas grafiskt i fíg. 2, där kurva A represen- terar den polyelektrolytlösning som icke innehöll något salt, kurva B representerar den polyelektrolytlösning som innehöll 0,lN NaCl; och kurva C representerar den poly- elektrolytlösníng som innehöll l,0N NaCl.

Av resultaten i fin 2 framgår, att den största separa- tinn~n mellan jonntyrkorna (d.v.s. mellan kurvorna A, B och C) erhålles vid en polymerneutralisationsgrad från Ca 50% till ca 95% eller större (d.v.s. tillsättning av ca 1,5 - 3,0 ml titreringslösning). Om man t.ex. jämför pH-värdena efter titrering under HO minuter (tillsätt- níng av 2,0 ml l0N Na0HL kan man se stora skillnader P0 QUALITY 447 024 12 mellan pH-värdena vid de olika jonstyrkorna. Kurvan C (l,ON Naßl) uppvisar ett pH-värde av ca 5,25, kurvan B (Ö,lN NaCl) uppvisar ett pH-värde av ca 5,8 och kurvan A (ingen NaCl) uppvisar ett pH-värde av ca 6,25. Jon- styrkan eller densitetstalet för en speciell lösning kan sålunda beräknas med hjälp av dessa värden och interpolering mellan värdena. I gggmpel III. Partiell neutralisering av poly(vinylamin).

Man genomförde försök för att studera partíell neutralisering av en svagt basisk polyelektrolyt, näm- ligen poly(vinylamin) från Dynapol, Inc. och inverkan av dylik neutralisation på denna polyelektrolyts använd- barhet.för bestämning av densitetstal. Man använde samma automatiska titrator, pH-mätare och elektrod som beskrives_ i exempel I.

Man utgick från poly(vinylamin) i form av hydroklorid- salt (d.v.s. fullständigt neutraliserad polyelektrolyt) med en molekylvikt av ca 60.000. Detta salt löstes i av- joniserat vatten till en polymerkoncentration av 20,0 gram per liter. I var och en av tre 250 ml bägare infördes 1oo m1 av den framställda lösningen. 'nu två av bågar-na sattes NaCl till koncentratíonerna 0,5N respektive 3,0N.

Till den tredje bägaren sattes inget salt. Var och en av de resulterande lösningarna titrerades sedan med l,ON Na0H- lösning med en hastighet av 9,0 ml titreringslösning per timme, varvid man använde en 50 ml pipett. De erhållna re- sultaten visas grafiskt i fig. 3, där kurva A represen- terar titrering av den polyelektrolytlösning, till vilken inget salt hade satts, kurva B representerar titrering av den polyelektrolytlösning som innehöll 0,5N NaCl,och kurva C representerar titrering av den polyelektrolyt- lösninfl som innehöll 3,0N NaCl. g Av resultaten i fig. 3 framgår det, att jonstyrkan _har en obetydlig inverkan när polymeren föreligger i fri amínform eller icke-neutraliserad form (pH 10, 35 minuter), under det att utmärkt separation erhålles vid lägre titreringsgrader, d.v.s. vid en större neutralísation av polymeren. Förmågan av poly(viny1amin) att skilja mellan 447 024 13 olika jonstyrkor varierar sålunda omvänt med mängden titreringslösning. Vid begynnande titrering (över 95% neutralisation) erhålles en utmärkt separation, under det att ingen separation erhålles när polymeren icke alls är neutraliserad (tillsättning av ca 5,3 ml titre- ringslösning).

(B) Testanordningar enligt uppfinningen §¿empel_ly. Uppförande av maleinsyraanhydrid/mety1- vínyleter-sampolymer i en bärarmatrís.

Den i exempel I använda lösningen (20 gram Gantrez S-97 per liter avjoniserat vatten) användes för impreg- nering av en bärarmatris, och man studerade den härvid erhållna testanordningens uppförande vid mätning av urin- provers densitetstal.

En testanordning känslig för jonstyrka eller densi- tetstal framställdes genom att filterpapper impregnerades med den ovan angivna lösningen av Gantrez S-97, varefter det impregnerade filterpapperet torkades. Man framställde flera testanordningar för undersökning av polyelektro- lytens uppförande vid olika neutralisationsgrader. Lös- ningen av Gantrez S-97 neutraliserades sålunda i olika hög grad genom titrering med NaOH. Remsor av filter- papper från Eaton and Díkeman (nr. 204) nedsänktes i lös- ningarna av de partiellt neutraliserade polyelektro- lyterna, varefter pappersremsorna torkades. De impregne- rade pappersremsorna doppades sedan i urinprover med olika kända densitetstal och i avjoniserat vatten, var- efter pH-värdet mättes med hjälp av en pH-mätare för- sedd med en plan ytelektrod fràn Markson Science, Inc- (nr. 1207 BactiMedia; kombination av pH-elektrod och referenselektrod). Man beräknade skillnaden mellan pH- värdet hos testremsor doppade i avjoniserat vatten och identiska testremsor doppade i urinprover med känt den- sitetstal. De beräknade.ApH-värdena är sammanställda i nedanstående tabell.

I-uulx QÜBLITY 447 024 14 Polyelektrolytlösningens zlpfl för urinprover med pH-värde - följande densitetstal 1,050 1,015 1,005 H,75 0,20 0,29 0,32 6,0 1,011 0,91 0,511 7,0 1,70 1,üU 0,65 8,0 2,111 2,06 1,011 9,25' },2H 2,29 1,09 9,75 5,52 2,66 1,65 Värdena i ovanstående tabell har ritats grafiskt i rig. H, dar de tre kurvorna visar ¿ÄpH-värden erhållna med urínprover med de angivna densítetstalen vid använd- ning av testremsor framställda med hjälp av lösningara av polyelektrolyt med olika neutralisationsgrad. Man kan se i fig. H att separationsgraden mellan kurvorna ökar kraftigt med ökad neutralisationsgrad för polyelektrolyten, d.v.s. med ökat pH-värde. Ju mera neutralíserad Gantrez~ polyelektrolyten är, desto större blir således förmågan att differentiera mellan urinprover med olika densitets- tal. , _ 2 Exempel V. Uppförande av poly(akrylsyra) i en bärar- matris.

Den i exempel II använda polyelektrolytlösningen (20 gram poly(akrylsyra) per liter avjoniserat vatten) användes för att studera polyelektrolytens uppförande i en bärarmatrís vid bestämning av densitetstal i urin- prover.

Man framställde och provade testanordningar på samma sätt som i exempel IV, varvid man dock använde poly(akryl- syra) istället för Gantrez S-97. Man framställde en lös- ning innehållande 20 gram poly(akrylsyra) per liter av- joniserat vatten. Prover av denna lösning titrerades med ION natríumhydroxídlösning till dess att man erhöll de -i nedanstående tabell angivna pH-värdena. Remsor av filterf papper från Eaton and Dikeman (nr. 20ü) doppades i de fram- 447 024 ställda lösningarna och torkades därefter. Testremsorna doppades sedan i urinprover med olika kända densítets- tal oth i avjoniserat vatten, varefter testremsornas pH-värden mättes. Man beräknade~ÄpH-värden på samma sätt som i exempel IV, och de erhållnaišpfl-värdena anges i nedanstående tabell. För pH-mätningarna användes samma pH-mätare och samma ytelektrod som beskrivas i exempel IV.

Folyelektrolytlösningens A pH för urinprover med pH-värde I följande densitetstal 1,005 1,015 1,030 U,0 0,11 0,05 0,00 ,0 0,5 0,6U 0,70 06,0 0,56 0,88 1,09 7,0 0,76 1,29 1,68 T,5 0,91 l,U0 1,98 3,0 1,15 1,73 2,29 8,?5 1,10 1,82 2,10 De ovan angivna värdena har ritats grafiskt i fig. 5.

Av kurvorna i fig. 5 framgår, att separationsgraden ökar kraftigt med ökad polyelektrolytneutralisatíon, d.v.s. med ökat pH-värde. §§gmpel_yI. Uppförande av po1y(vinylamin) i en härarmatris.

Den i exempel III använda polyelektrolyten användes för att studera uppförandet av en bärarmatris impregnerad med polyelektrolyten vid mätning av densitetstal i urin- prover.

Testanordningar framställdes och provades på samma sätt som i exempel IV förutom att po1y(vñHvlamín) användes istället för Gantrez S-97. Man framställde en lösning innehållande 20 gram poly(viny1amin) per liter avjonise- rat vatten. Man använde en poly(vinš}amín) med en mol- vikt av 60.000 från Dynapol, Inc.;“Daws0n, et al-, J.A-C.S. 98, 5996, 1976. Den använda polyelektrolyten var í PUUL» QUALITY 447 024 16 hydroklorídform, d.v.s. i fullständigt neutraliserat tillstånd. Prover av den framställda lösningen titrerades med l,0N Na0H lösning till de pH-värden som anges i nedanstående tabell. Remsor av fílterpapper från Eaton and Díkeman (nr. ZOU) doppades i de framställda lös- ningarna och torkades därefter. Testremsorna doppades esedan i olika urinprover med kända densítetstal och i avjpniserat vatten, varefter pH-värdena mättes med användning av en plan ytelektrod på samma sätt som be- skríves i exempel IV. Man beräknade.àpH-värden på samma sätt som beskrivas i exempel IV och de erhållna¿§pH-värdena är sammanställda i nedanstående tabell.

Polyelektrolytlösningens 4\pH för urínprover med pH-värde följande densitetstal 1,005 1,015 1,g¿9 2,8 1,05 i,60 1,78 3,0 1,06 1,6u 1,92 3,5' _ 0,89 1,11 1,29 1,0 0,89 1,17 1,21 6,0 +0,06 -0,10 -0,53 8,0 -0,71 -0,99 -1,70 ,0 -1,u5 -1,u7 -2,2M 11,0 -1,80 -2,50 -2,81 12,0 ' -2,2n -2,57 -3,07 De ovan angivna värdena har ritats grafiskt i fig. 6, _av vilken framgår att en användbar separation erhålles när polyelektrolyten är partíellt neutralíserad till pH-värden under 5. Urin med ett densitetstal av 1,005 gav sålunda en mycket mindre pH-ändring än urin med ett densitetstal av 1,030. Urin med ett densitetstal av 1,015 nav såsom väntat ett pH-värde däremellan.

Denna effekt framgår ännu mycket tydligare, när testanordningar innehållande poly(vinylamín) doppas i vattenlösníngar av NaCl med olika jonstyrkor och i av- joniserat vatten. Testremsor framställda på ovan beskrivet PQQR QLIMLETT» 447 024 17 sätt doppades sålunda i avjoniserat vatten och i natríum- kloridläsningar med koncentratíonerna 0,5, 1,5 respektívv 3,0N, varefter testremsornas pH-värden mättes ochflpfl- värden beräknades på øvan beskrivet sätt. De erhållna resultaten är sammanställda 1 nedanstående tabell.

Polyelektrolytlösningens ÅlpH för NaCl-lösningar med pH-värde Följande normaliteter O,5N NaCl l,5N NaCl },ON NaCl 2,8' 0,60 0,65 0,93 3,0 1,011 1,37 1,116 3,5 i 0,88 0,99 1,23 11,0 1,00 1,32 1,61 6,0 0,90 0,93 1,05 8,0 - 0,611 0,611 0,68 ,0 0,61 0,611 0,60 11,0 -o,01 -0,05 -0,10 12,0 -0,09 -0,22 -0,29 De ovan angivna försöksresultaten återges grafiskt í fin. ?, där kurvorna A, B och C motsvarar saltlösníngarna med koncentrationerna 3,0, l,5 respektive 0,5N NaCl.

I fia. 7 ser man, att olika saltkoncentratíoner har praktiskt taget ingen betydelse vid pH 10, där polyelektrolyten är i huvudsak oladdad och fri från protoner. En partiell neutralíseríng av polymeren medför emellertid en stadigt ökande skillnad mellan uppförandet i de olika saltlös- nínßarna, vilket visar sig genom den ökande skillnaden mellan 3pH~värdena vid minskning av polyelektrolytlös- ninnens pH-värde. §šgmQel_Xll¿ Testanordning framställd med använd- nínk av male1nsyraanhydrid/metylvínyleter-sampolymer och bromtymolblått.

Den i exempel I beskrivna testkomposítionen användes i en härarmatrís tillsammans med bromtymnlblått, en känd Ifflfflilx \¿LJliLflÄPïr 447 024 1? pH-indikator, för att stulvrn visuell bestämning av densitetstal i enlighet med följande uppfinning.

Man framställde en lösning innehållande 20 gram Gantrez S-97 per liter avjoniserat vatten. Ett prov av denna lösning titrerades med NaOH till dess att den re- sulterande lösningens pH-värde blev 8,0. DH-mätningen genomfördes med samma pH-mätare och samma elektrañsom beskrives i exempel I. En remsa av fílterpapper (Eaton &- Dikeman nr. ZOH) nedsänktes i lösningen av den partiellt neutraliserade polyelektrolyten och torkades därefter.

Den torkade pappersremsan impregnerad med polymer ned- sänktes därefter i en metanollösning av bromtymolblått med en koncentration av 1,2 gram bromtymolblått per liter.

Efter torkning monterades den impregnerade filterpappers- _ remsan på ett klart stödmaterial av plast (Trycite från Dow Chemical Co.) med hjälp av en dubbelsidig tejp- (Double Stick från 3M Company). Den resulterande test- anordningen bestod av en remsa av Trycíte med dimensionerna 87,5 x_5 mm, vars ena ände upphm~ ett kvadratiskt stycke av det impregnerade filterpapperet med sidan 5 mm. Resten av Trycite~remsan tjänade såsom handtag.

Man undersökte känsligheten av testanordningar fram- ställda pâ detta sätt genom att doppa dylika testanordningar i vatten och i tre urinprover med olika densítetstal. Vid provningen nedsänktes varje testanordning i en speciell provlösning och upptogs sedan snabbt ur lösningen. Efter 60 sekunder undersöktes testanordningen i en reflektione- spektrofotometer, vilken varje halvsekund mätte det från testanordningen reflekterade ljusets intensitet inom det synliga spektralområdet.

De efter 60 sekunder erhållna värdena anges grafiskt i fig. 8. Av försöksresaltaten framgår, att testanordningen gör det möjligt att lätt och exakt skilja mellan vatten (densítetstal 1,000) och urinprover med densitetstalen 1,005, 1,015 och 1,030. Det var lika lätt att genomföra en visuell färgdifferentiering, eftersom testanordningen gav en blå färg med vatten, en blågrå färg med urin med 447 024 19 dennitetstalet 1,005, en grön färg med urin med densi- tntstnlvt 1,015 och en gu] Färg med urin med densítets- talet 1,050.

Detta exempel demonstrerar sambandet mellan pnrtíell po]vvlektrolytneutralísatinn och bestämning av densítets- tal eller jonstyrka. Testanurdninnen framställdes med hjälp av en Gantrez-lösning med ett pflfvärde av ca 8.

Med hjälp av kurvan A i fíg. 1 kan man konstatera, att detta pH-värde motsvarar ca 6,8 ml títreringslösning.

Med hjälp av den i exempel I beskrivna beräkníngsmetoden finner man, att detta motsvarar en neutralisatíon 1v ca 79%. Den goda dífferentieringen mellan olika densítets- tnlsnlvåer vid de ovan beskrivna försöken kan till- skrivas denna relativt höga grad av pølyelektrolyt- neutrnlisation.

PÜUA

Claims (7)

447 024 20 Patentkrav

1. Testkomposition för bestämning av ett vattenhaltigt provs jonstyrka eller densitetstal, k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar en svagt sur eller svagt basisk polyelektrolytpolymer, vilken är neutraliserad till minst 50%, och en pH-indikator som ger ett påvisbart gensvar på jonbyte mellan polyelektrolyten och provef.

2. Komposition enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att polyelektrolyten är poly(akrylsyra), poly(maleínsyra), malein- syra-vinylmetyleter-sampolymer, poly(metakrylsyra), styren-malein- syra-sampolymer, poly(vinylamin), eller poly(4-vinylpyridin).

3. Komposition enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att polyelektrolyten är neutraliserad till mellan 75 och 95%.

4. Komposition enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av __att polyelektrolyten är en metylvinyleter-maleinsyrasampolymer och att pH-indikatorn är bromtymolblått. É.

5. Testanordning för bestämning av ett vattenhaltigt provs jonstyrka eller densitetstal, k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar en bärarmatris och en därmed införlivad testkomposition innefattande en svagt sur eller svagt basisk polyelektrolytpolymer, vilken är neutraliserad till minst 50%, och en pH-indikator som ger ett påvisbart gensvar på jonbyte mellan polyelektrolyten och provet.

6. _ Förfarande för bestämning av ett vattenhaltigt provs jonstyrka eller densitetstal, k ä n n e t e c k n a t av att pro- vet bringas i kontakt med en testkomposition innefattande en svagt sur eller svagt basisk polyelektrolytpolymer, vilken är neutralise- rad till minst 50%, och en pH-indikator som ger ett påvisbart gen- svar på jonbyte mellan polyelektrolyten och Provet, varefter ett positivt gensvar iakttages.

7. Förfarande for bestämning av ett vattenhaltigt provs jon- styrka eller densitetstal, k ä n n e t e c k n a t av att provet bringas i kontakt med en testanordning innefattande en bärarmatris och en därmed införlivad testkomposition innefattande en svagt sur eller svagt basisk polyelektrolytpolymer, vilken är neutraliserad till minst 50%, och en pH-indikator som ger ett påvisbart gensvar på jonbyte mellan polyelektrolyten och provet, varefter ett positivt gensvar iakttages. .-._ s., ...u