(57)【要約】【課題】使用に供した際に少なくとも３ヶ月以上の長い寿命を有する検知テープを提供する。【解決手段】無機酸検知テープは、調整溶液を含浸させたセルロース紙基材からなる。調整溶液には、毒性が弱く、温度と光に対する依存性が低いジアゾ・カップリング試薬が含まれる。【選択図】図１
2006071636.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
調製溶液が含浸された、気流中の無機酸を検知するための検知テープであって、
上記調製溶液は、
（ａ）溶媒全容積に対して、体積比で約８〜９％の濃度を有するｐＨ緩衝剤と、
（ｂ）溶媒全重量に対する重量比が０．０７〜０．１０％となる第１カップリング剤と、
（ｃ）溶媒全重量に対して重量比で約０．２５〜０．３８％の濃度を有し、上記酸ガスおよびジアゾ化カップリング剤と反応してジアゾニウム塩を生成する亜硝酸ナトリウムと、
（ｄ）溶媒全重量に対する重量比が約０．３０〜０．５０％となる臭化ナトリウム安定剤と、
（ｅ）溶媒全重量に対する重量比が約０．１５〜０．３５％となる上記ジアゾ化カップリング剤と、
（ｆ）溶媒全容積に対する体積比が４〜４．５％となるｐＨ指示物質と、
（ｇ）溶媒全容積に対する体積比が４〜５．５％の多価アルコールからなる湿潤剤と、を含み、
上記調製溶液の各構成要素が３．３〜３．５リットルのメタノール溶媒に溶解されていることを特徴とする検知テープ。
【請求項２】
請求項１に記載の調製溶液において、
上記ｐＨ緩衝剤は、０．２６Ｍの水酸化ナトリウムと０．００９Ｍのホウ酸ナトリウム、０．０２８Ｍの水酸化ナトリウムと０．１５Ｍの３-(シクロヘキシルアミノ)-１-プロパンスルホン酸、または０．２６Ｍの水酸化ナトリウムと０．０１２Ｍの重炭酸ナトリウムからなるグループから選択されることを特徴とする調製溶液。
【請求項３】
請求項１に記載の調製溶液において、
上記第１カップリング剤が試薬用のクロモトロープ酸であることを特徴とする調製溶液。
【請求項４】
請求項１に記載の調製溶液において、
上記ジアゾ化カップリング剤が、試薬用のスルファニル酸、メタニル酸、アントラニル酸、ｍ-アミノアセトアニリドおよびＰ-ニトロアニリンからなるグループから選択されることを特徴とする調製溶液。
【請求項５】
請求項１に記載の調製溶液において、
上記ｐＨ指示物質が、エチルレッド、エチルオレンジ、メチルレッドおよびメタニルイエローからなるグループから選択されることを特徴とする調製溶液。
【請求項６】
請求項１に記載の調製溶液において、
上記湿潤剤は、エチレングリコールとグリセロール・プロポキシレートとを１対１の割合で配合したもの、またはポリエチレングリコールまたはグリセロールからなるグループから選択されることを特徴とする調製溶液。
【請求項７】
請求項１に記載の調製溶液において、
上記調製溶液は、上記臭化ナトリウム安定剤の添加の後に上記調製溶液に加えられる第２カップリング剤をさらに含むことを特徴とする調製溶液。
【請求項８】
請求項７に記載の調製溶液において、
上記第２カップリング剤は、試薬用のＮ-(１-ナフィル)エチレンジアミン二塩酸塩、Ｎ,Ｎ-ジメチルアニリン、イミノジベンジルおよびゲンチシン酸からなるグループから選択されることを特徴とする調製溶液。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、寿命延長された無機酸検知テープに関し、特に、使用に供した際に少なくとも３ヶ月以上の期間、均一なガス検出感度を有し、背景色（Background Color）を許容できる範囲で維持することができる無機酸検知テープに関するものである。
なお、本出願は、２００４年８月２７日に出願された米国仮出願番号６０／６０４，９４５に関し、その利益を主張するものである。上記米国仮出願の開示内容は、参照することにより本願に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
現在のところ、数種類の化学的性質に基づいて、複数の既存無機酸検知テープが利用可能となっている。このうち、ある酸検知システムは、ｐＨ指示染料を含む無機酸検知テープを用いている。しかしながら、検知テープ上の酸に基づく呈色は安定したものではなく、ｐＨ指示染料はそれ自体有毒なものである。また、このようなシステムにおいては、酸ガス（Acid Gas）の濃度と発色の強さとの関係は非線形であり、そのため複雑な光学的モニタアセンブリが必要になる。この光学的モニタアセンブリに使用できるｐＨ指示染料は限定されており、かような検知テープの耐用期間は１ヶ月間程度に限られている。
【０００３】
別の無機酸検知テープシステムは、酸性フェーズにおけるジアゾ・カップリング反応によるもので、酸ガスの存在を示す強い赤色を呈するようになっている。このシステムは酸ガスに敏感であるが、耐用期間が限られている。また、このシステムの検出感度とテープ背景色は、温度と光に敏感なテープ配合中の第一級アミンやカップリング試薬のような化学物質に対して不安定である。無機酸検知テープの背景（バックグラウンド）はやがてくすみ、テープの背景が暗くなるに連れて、テープの検出感度も低下する。例えば、このようなテープは、４〜６週間以内の使用で著しい背景色の減退を示す。また、室温条件下において、このようなテープのくすみ（darkening）は、３０日以内に３０〜４０％の光学表示の低下をもたらす。また、この検知システムは、テープ検出感度が不安定であり、３０日以内に１０〜２０％の感度低下、９０日以内に４０〜６０％の感度低下が生じる。このため、このような無機酸検知テープシステムの耐用期間は、使用を開始してから、せいぜい３０日間程度に限られる。したがって、酸ガスのモニタリングを所望レベルに保つためには、テープを３０日間使用した後に交換する必要がある。
【０００４】
また、酸ガスの濃度とテープの色彩の強さとの反応比は、酸／ガス検知の低濃度で非線形である。得られた反応曲線はＳ字を描き、結果的に、無機酸検知テープの検知範囲の狭小化とレスポンスの低下を招く。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的の一つは、既存の無機酸検知テープの限られた寿命に対する解決策を提供することにある。この解決策は、毒性が弱く、温度と光に対する依存性が低いジアゾ・カップリング試薬を利用することによって達成される。これにより、少なくとも３ヶ月の耐用期間を有する改良された無機酸検知テープを提供することができる。
【０００６】
本発明の目的は、少なくとも９０日間の連続する期間に亘って、室温条件下で一定のテープ背景の安定性を有する無機酸検知テープを提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、長期間に亘って、低酸濃度レベルにおいて鋭敏に反応する無機酸検知テープを提供することにある。
【０００８】
本発明のさらに他の目的は、安定したガス検知テープ内で、長期間に亘って、毒性抵抗力が低く、温度と光に対する依存性が低いジアゾ・カップリング試薬を提供することにある。
【０００９】
また、本発明のさらに他の目的は、広いｐＨ範囲に亘って安定した、アルカリ化された無機酸検知テープを提供することにある。
【００１０】
本発明のさらに他の目的は、多価アルコールを使用して、酸検知テープにジアゾ・カップリング試薬を均一に含浸させることにより、少なくとも９０日間、試料ガスの捕捉性能を発揮する湿潤したテープを提供することにある。
【００１１】
本発明によれば、例えば塩酸、臭化水素酸、フッ化水素酸、ヨウ化水素、硝酸、硫酸、リン酸および酢酸などの無機酸を検知するための酸ガス検知テープを提供することができ、無機酸検知紙の耐用期間を、使用に供してから少なくとも３ヶ月間まで延ばすことができる。
【００１２】
寿命延長された無機酸検知テープは、調製溶液（Formula Solution）の入った槽内にセルロース紙基材を通すことにより、調製溶液に浸漬される。調製溶液は、溶媒全容積に対する体積比が８〜９％のｐＨ緩衝剤を含み、カップリング剤として、溶媒全重量に対する重量比が約０．０７〜０．１０％の試薬用（Reagent Grade）クロモトロープ酸が添加されている。ジアゾ化反応を促進するために、溶媒全重量に対する重量比が０．２５〜０．３８％の配合範囲内で硝酸ナトリウムが配合（調製溶液）に加えられている。溶媒全重量に対する重量比が０．３〜０．５％の臭化ナトリウムの安定剤が配合に加えられ、溶媒全重量に対する重量比が約０．１５〜０．３５％のジアゾ化カップリング剤、例えば試薬用のスルファニル酸が配合に加えられている。０．１％のエチルレッドを含み、溶媒全容積に対する体積比が４〜４．５％のｐＨ指示物質が配合に加えられ、溶媒全容積に対する体積比が４〜５．５％の多価アルコールからなる湿潤剤が配合に加えられている。各試薬は、上述した順序で、３．３〜３．５リットルのメチルアルコール溶媒に溶解される。
【００１３】
調製溶液が適切に混合された後、この調製溶液が収容された槽内に、紙テープ基材が通される。その後、コーティングが施された紙基材は、長さ１メートルの炉に通され、７０〜８０１Ｃの温度範囲で保管される。コーティングが施された紙基材は、毎分２．２〜３．４メートルの速度で炉内を移動する。乾燥炉から搬出された乾燥状態の無機酸検知テープは、明るいまたは淡い黄色の色彩を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、環境中の無機酸の存在をモニタリングするための長寿命無機酸検知テープに関するものである。セルローステープ紙基材（ワットマン社の「Chroma-1」として知られる紙基材など）に本発明に係る調製溶液を含浸させて、少なくとも９０日間の長い寿命を有する検知テープを提供する。
【００１５】
上記調製溶液は、例えば０．２６Ｍの水酸化ナトリウムに０．００９Ｍのホウ砂を加えて生成されるｐＨ緩衝剤を含んでいる。このｐＨ緩衝剤は、溶媒全容積に対する体積比が８〜９％となっている。この代わりに、ｐＨ緩衝剤は、０．２８Ｍの水酸化ナトリウムに０．１５Ｍの３-(シクロヘキシルアミノ)-１-プロパンスルホン酸（以下、ＣＡＰＳと称する。）を加えて作られるｐＨ緩衝剤であってもよい。この場合も、溶媒全容積に対する体積比は８〜９％となる。ｐＨ緩衝剤の量を減らすことにより、背景の暗さが増すがテープの検出感度を高めることができる。上記範囲以上に緩衝溶液の量を増やすと、調製溶液の検出感度が低下する。ｐＨ緩衝剤とグリコール・プロポキシレート湿潤剤は、検知テープの安定化のために用いられている。
【００１６】
溶媒全重量に対する重量比が０．０７〜０．１％の試薬用クロモトロープ酸からなるカップリング剤が、調製溶液に加えられる。この調製溶液に添加するカップリング剤の量を増やすと、カップリング剤の過多により、カップリング剤の自己結合（Self-Coupling）が生じ、テープ背景の背景暗さ（Background Darkening）の進行が速められる。
【００１７】
調製溶液は、溶媒全重量に対する重量比が約０．０５〜０．１１％の試薬用のＮ-ナフィル・エチレンジアミン二塩酸塩（以下、ＮＥＤと称する。）を含むものであってもよい。ＮＥＤは、塩酸ガスの検出感度を高めるために使用される。カップリング剤の量が多すぎると、反応メカニズムの自己結合を引き起こし、テープ背景の背景暗さの進行がより一層速められる。任意のカップリング剤ＮＥＤは、Ｎ,Ｎ-ジメチルアニリン、イミノジベンジルおよびゲンチシン酸からなるグループから選択するようにしてもよい。調製溶液は、ジアゾ化反応のために、亜硝酸ナトリウムをさらに含んでいる。亜硝酸ナトリウムの量は、溶媒全重量に対して重量比で０．２５〜０．３８％の範囲となっている。
【００１８】
また、調製溶液は、臭化ナトリウムからなる安定剤を用いている。安定剤の量は、溶媒全重量に対して重量比で０．０３２〜０．０５％の範囲となっている。
【００１９】
調製溶液は、さらに、ジアゾ化カップリング剤として試薬用のスルファニル酸を含んでいる。このカップリング剤の量は、溶媒全重量に対する重量比が約０．１５〜０．３５％の範囲となっている。ジアゾ化カップリング剤は、メタニル酸、アントラニル酸、ｍ-アミノアセトアニリドおよびＰ-ニトロアニリンからなるグループから選択するようにしてもよい。調製溶液は、さらに、０．１％のエチルレッドを含有し溶媒全容積に対する体積比が４〜４．５％の範囲のｐＨ指示物質を含んでいる。このｐＨ指示物質は、ｐＨが約４．５で赤色、約６．５で黄色となる。ｐＨ指示物質の量を増やすと、検知初期段階の線形性が良くなる。酸ガスに触れたときに、無色又は黄色から赤色又は青色に色彩の変化が生じることが望ましい。調製溶液に使用可能な追加指示物質として、エチルオレンジ、メチルレッドおよびメタニルイエローからなるグループから何れかを選択するようにしてもよい。
【００２０】
最後に、溶媒全容積に対する体積比が４〜５．５％の湿潤剤が調製溶液に加えられる。湿潤剤は、エチレングリコールとグリセロール・プロポキシレートとを１対１の割合で含む多価アルコールによって構成されている。多価アルコールに含まれるグリセロール・プロポキシレートの量を減らすと、目的ガスに曝されたときの検知テープの検出感度が高くなる。しかしながら、テープ背景のくすみはより速く進行する。この湿潤剤の量を増やすと、検出感度が低下する。湿潤剤として、ポリエチレングリコールまたはグリセロールを使用するようにしてもよい。
【００２１】
ｐＨ緩衝剤、カップリング剤、ジアゾ化のための亜硝酸塩、安定剤、ジアゾ化カップリング剤、ｐＨ指示物質および湿潤剤を含む各試薬は、この順序で、３．３〜３．５リットルのメチルアルコール溶媒に溶解される。溶媒としてエチルアルコールを使用するようにしてもよいが、その場合、検出感度の低下と、ガス捕捉効率の低下を招くことになる。
【００２２】
調製溶液には亜硝酸塩イオンが存在しており、化学式（１）に示すように、芳香族アミンが試料ガス流中の酸ガスと反応して、中間体ジアゾニウム塩を生成する。このジアゾニウム塩は、ジアゾニウムイオンを含むことを特徴としている。ジアゾニウムイオンは求電子物質で、共有可能な電子を有する種を探し求めて均衡に至る性質を有している。
【００２３】
【化１】
2006071636.tif 000003
【００２４】
ジアゾニウム塩は、化学式（２）に示すように、芳香族カップリング化合部、すなわちクロモトロープ酸と結合して、赤・橙色を呈したアゾ複合体を生成する。
【００２５】
【化２】
2006071636.tif 000004
【００２６】
これらの複合体は、飽和され寿命延長された無機酸検知テープ上の視認可能な発色として明らかである。テープ上の発色の強さは、試料気流中に存在する有害ガスの量と関係している。
【００２７】
この酸検知テープを利用して検知可能な無機酸には、臭化水素、塩化水素、フッ化水素、ヨウ化水素、硝酸、硫酸、リン酸および酢酸が含まれる。
【００２８】
この検知テープは、セルロース紙基材からなる。この紙基材には、「Chroma-1」として市販されているものを用いることが可能である。紙検知テープは、調製溶液の入った槽内に紙テープを通すことにより、調製溶液に浸漬される。その後、テープは、長さ約１メートルの炉に通され、７０〜８０℃の温度範囲に保たれる。調製溶液を含浸させたテープは、炉内の滞留時間が約４５〜７５秒の範囲内となるように、一定の速度で炉内を移動する。炉から排出されたとき、テープは淡黄色を呈し、カセットに巻き付けられる。
【００２９】
図１〜図５に示すように、互いに異なる調製溶液に紙検知テープを浸漬させて各種試料Ａ〜Ｃを準備し、それらを、従来技術による試料検知テープＤと比較する。図１〜図５において、試料Ａは、ｐＨ緩衝剤を用いた基準調製溶液であり、この基準調製溶液には、ホウ砂と、エチレングリコールとグリセロール・プロポキシレートとを１対１の割合で配合した多価アルコールとが含まれている。試料Ｂは、試料Ａの基準調製溶液において、ｐＨ緩衝剤が１０％未満のグリセロール・プロポキシレートを含むものであり、試料Ｃは、試料Ａの基準調製溶液において、ｐＨ緩衝剤が３-(シクロヘキシルアミノ)-１-プロパンスルホン酸（ＣＡＰＳ）を含むものとなっている。試料Ｄは、従来技術を代表する紙検知テープで、Ｐ-ニトロアニリン、芳香族アミンを含み、反応によりジアゾニウム塩を生成した後、カップリング化合物Ｎ-ナフィル・エチレンジアミン二塩酸塩と反応する。
【００３０】
具体的には、図１および図２において、各紙検知テープは、試料Ａ〜Ｃとして、調製溶液で処理される。そして、９０日以上に亘って安定した背景（バックグラウンド）を提供する。図１に示すように、背景は、室温条件下においては、９０日間で、１００オプティクス（Optics）以内の変化で５％低下し、高温条件下においては、図２に示すように、１００〜３００オプティクス表示以内の変化で１０％低下する。また、図３および図４に示すように、紙検知テープは、試料Ａ〜Ｃとして、室温条件下（図３）と高温条件下（図４）で、調製溶液により処理される。そして、少なくとも９０日間に亘って∀１０％以内の検出感度を提供する。これに対して、試料Ｄで代表される従来の酸検知テープは、検出感度が約４０〜６０％低下する。
【００３１】
また、図５に示すように、試料ＡおよびＣとして調製溶液で処理された紙検知テープは、低濃度レベルの酸ガスに対するレスポンスタイムが、既存の酸検知テープである試料Ｄよりも高くなっている。
【００３２】
なお、上記説明及び記述は、本発明の好ましい形態としてみなされるものであるが、何れにせよ、それらは単なる典型例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の一部変更や改変を加えることが可能であることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る長寿命無機酸検知テープの室温条件下における背景の安定性を示すグラフで、従来の無機酸検知テープの背景安定性と比較したものである。
【図２】本発明に係る長寿命無機酸検知テープの高温条件下における背景の安定性を示すグラフで、従来の無機酸検知テープの背景安定性と比較したものである。
【図３】本発明に係る長寿命無機酸検知テープの室温条件下における検出感度の安定性を示すグラフで、従来の無機酸検知テープの検出感度の安定性と比較したものである。
【図４】本発明に係る長寿命無機酸検知テープの高温条件下における検出感度の安定性を示すグラフで、従来の無機酸検知テープの検出感度の安定性と比較したものである。
【図５】本発明に係る長寿命無機酸検知テープの最低ガス濃度時のレスポンスタイムを示すグラフで、従来の無機酸検知テープのレスポンスタイムと比較したものである。
【図１】
2006071636.tif 000005
【図２】
2006071636.tif 000006
【図３】
2006071636.tif 000007
【図４】
2006071636.tif 000008
【図５】
2006071636.tif 000009
【外国語明細書】
[TITLE OF THE INVENTION]
EXTENDED LIFE MINERAL ACID DETECTION TAPE
[CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATION]
This application is related to and claims the benefit of U.S. Provisional Application Ser. No. 60/604,945 filed August 27, 2004, the teachings of which are incorporated herein by reference.
[BACKGROUND OF THE INVENTION]
The present invention relates to an extended life mineral acid detection tape and, in particular, to a mineral acid detection tape which possesses uniform gas sensitivity and acceptable background color for at least a three-month time period when placed in usage.
[DESCRIPTION OF THE PRIOR ART]
At present, existing mineral acid detection tapes are available based upon several types of chemistry.  One acid detection system utilizes a mineral acid detection tape containing a pH indicator dye.  However, the acid based stains on the detector tape are not stable and the pH indicator dyes themselves are toxic. Also in such a system, the relationship between the acid gas concentration and the stain color intensity is non-linear thereby requiring the need of complex optical monitor assemblies.  Moreover, a limited number of pH indicating dyes are available for use with such optical monitor assemblies and such detection tapes have a limited useful life of approximately a one-month time period.
Another mineral acid detector tape system relies upon a diazo-coupling reaction in an acid phase to provide an intense red color indicative of the presence of acid gases.  Although such a system is sensitive to acid gases, such a system has a limited useful lifetime.  Also, the sensitivity and tape background colors of such a system are unstable to chemicals, such as primary amines and coupling reagents in the tape formula which possess temperature and light sensitivities.  Over time, the background of such mineral acid gas detection tape darkens, and as the tape background darkens, the sensitivity of the tape decreases.  For example, such tapes exhibit significant background drops within a 4-6 week period of use.  Also, under room temperature conditions, such tape darkening results in a 30-40% optic reading drop within a 30-day period.  Additionally, such detection systems possess unstable tape sensitivities and reduction in sensitivity of between 10-20% within a 30-day period and between 40-60% within a 90-day period.  Accordingly, the useful life of such mineral acid detection tape systems are limited to at most a 30-day period of time after they are placed in service. Thus, such tapes must be replaced after a 30-day period of use to provide acceptable monitoring of acid gases.
Also, the reaction rate between the acid gas concentration and the tape color intensity is non-linear at low concentrations of acid/gas detections.  The resultant reaction curves are S-shaped, which result in a slow response and a narrow detection range for such mineral acid detection tapes.
[SUMMARY OF THE INVENTION]
One object of the present invention is to provide a solution to the limited lifetime of existing mineral acid detection tapes.  This solution is achieved by utilizing diazo-coupling reagents possessing low toxicity and reduced dependency on temperature and light to thereby provide an improved mineral acid detection tape possessing a useful life of at least 3 months.
It is an object of the present invention to provide a mineral acid detection tape which possesses a uniform tape background stability under room temperature conditions over an extended period of time of at least 90 days.
Still another object of the present invention is to provide a mineral acid detector tape that is sensitive to low acid concentration levels over an extended period of time.
Yet another object of the present invention is to provide diazo-coupling reagents possessing low toxicity resistance and reduced dependency to temperature and light within a stable gas detection tape over an extended period of time.
Still a further object of the present invention is to provide an alkalized mineral acid detection tape which is stable over an extended pH range.
It is another object of the present invention to use a polyalcohol to uniformly impregnate an acid detector tape with diazo coupling reagents to provide a tape possessing moisture and sample gas trapping efficiency for at least 90 days.
In accordance with the present invention, an acid gas detection tape for detecting mineral acid gases, such as hydrochloric acid, hydrobromic acid, hydrofluoric acid, hydriodic acid, nitric acid, sulphuric acid, phosphoric acid, and acetic acid, is provided and which extends the useful life of the mineral acid detecting paper up to at least a three-month period of time when placed in usage.
The extended life mineral acid detection tape is saturated with a formula solution by passing the cellulose paper substrate through a bath containing the formula solution.  The formula solution includes a pH buffer of between 8-9% by volume of the total volume of solvent and between about 0.07-0.10% by weight of the total weight of solvent of reagent grade chromotropic acid is added to the composition as a coupling agent.  Sodium nitrate, within the composition range of 0.25-0.38% by weight of the total weight of solvent, is added to the formula composition to facilitate the diazotization reaction.  A stabilizer of sodium bromide of between 0.3-0.5% by weight of the total weight of the solvent is added to the composition and a diazotization coupling agent, reagent grade sulphanilic acid, of between a weight percent of 0.15-0.35% by the total weight of the solvent is added to the composition.  A pH indicator, containing 0.1% ethyl red, of between 4-4.5% by volume of the total volume of solvent is added to the composition, and a humectant comprised of a polyalcohol of between 4-5.5% by volume of the total volume of solvent is added to the composition.  Each of the reagents is dissolved in the order shown in an amount of between 3.3 to 3.5 liters of methyl alcohol as the solvent.  
When the formula solution is properly mixed, a paper tape substrate is then passed through a bath containing the formula solution.  The coated paper substrate is then passed through a oven, one meter in length, that is maintained within a temperature range of 70-801C.  The coated tape paper travels at a speed of between 2.2 to 3.4 meters per minute through the oven.  The dried mineral acid detection tape exiting the drying oven possesses a light or faint yellow tinge of color.
[DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT]
The present invention relates to a extended life mineral acid detection tape for monitoring the presence of mineral acids in the environment.  A cellulose tape paper substrate (identified as Chroma-1 from Whatman, Inc.) is saturated with the formula solution in accordance with the present invention to provide a detection tape that possesses an extended life of at least 90 days.
The formula solution is comprised of a pH buffer of 0.26 M sodium hydroxide plus 0.009 M of Borax, which is 8-9% by volume of the total volume of a solvent.  In the alternative, the pH buffer may be 0.28 M sodium hydroxide plus 0.15 M of 3-(cyclohexylamino)-1-propanesulfonic acid (hereinafter referred to as CAPS), which is 8-9% by volume of the total volume of the solvent.  By reducing the amount of the pH buffer, the tape sensitivity is increased while the background darkening is increased.  Increasing the amount of the buffer solution above this range results in the sensitivity of the formula solution being lowered.  The pH buffer material and the glycol propoxylate humectant are utilized for stabilization of the detection tape. 
A coupling agent of reagent grade chromotropic acid of between 0.07-0.1% by weight of the total weight of the solvent is added to the formula solution.  By increasing the amount of this coupling agent to the formula, the background darkening of the tape background is accelerated due to the excess amount of coupling agent, which causes self-coupling of the coupling agent.
The formula solution may optionally contain a reagent grade N-naphthylethylenediamine dihydrochloride (hereinafter referred to as NED) of about 0.05-0.11% by weight of the total weight of the solvent.  The NED is used to increase the sensitivity to hydrochloric acid gas.  The background darkening is accelerated faster due to the excess amount of coupling agent, which causes self-coupling of the reaction mechanism.  The optional coupling agent NED may also be selected from the group of N,N Dimethylaniline, iminodibenzyl, and gentistic acid.  The formula solution further includes a sodium nitrite for the diazotization reaction.  The amount of sodium nitrite is between 0.25-0.38% by weight of the total weight of solvent.
Also, the formula utilizes a stabilizer comprised of sodium bromide.  The amount of stabilizer is between 0.032-0.05% by weight of the total weight of the solvent.
The formula solution further includes reagent grade sulphanilic acid as a diazotization coupling agent.  The amount of the coupling agent is between 0.15-0.35% by weight of the total weight of the solvent.  The coupling agent may also be selected from the group of metanilic acid, anthranilic acid, m-aminoacetoanilide and p-nitroaniline.  The formula solution additionally includes a pH indicator, containing 0.1% ethyl red, of between 4-4.5% by volume of the total volume of the solvent.  The pH indicator is red at approximately a pH of 4.5 and is yellow at a pH of 6.5.  By increasing the amount of the pH indicator, the linearity at the beginning of detection is enhanced.  It is desired that color change occur from colorless/yellow to red or blue when contacted with the acid gas.  Additional indicators acceptable for use in the formula solution may be selected from the group of ethyl orange, methyl red and metanil yellow.
Finally, a humectant, which is a polyalcohol comprised of one part ethylene glycol and one part glycerol propoxylate, of between 4-5.5% by volume of the total volume of solvent, is added to the formula solution.  By decreasing the amount of glycerol propoxylate in the polyalcohol, the sensitivity of the detection tape is increased upon exposure to the target gas.  However, the darkening of the tape background occurs more rapidly.  By increasing the amount of this humectant material, the sensitivity is lowered.  Other humectants that may be utilized are polyethylene glycol or glycerol.
Each of the reagents, including the pH buffer and the coupling agent, the nitrite for diazotization, the stabilizer, the diazotization coupling agent, the pH indicator and the humectant are dissolved in the order described in 3.3-3.5 liters of methyl alcohol as the solvent.  Although ethyl alcohol may be used as the solvent, this solvent results in lower sensitivity and lower gas trapping efficiency.  
The nitrite ions present in the formula solution and the aromatic amine react with an acid gas present in a sample gas stream to form an intermediate diazonium salt, as shown by (1).  This diazonium salt is characterized by containing diazonium ions, which are electrophiles that seek out species of electrons which can be shared to reach equilibrium.
2006071636.tif 000010
The diazonium salt couples with the aromatic coupling compound, the chromotropic acid, to form the red-orange colored azo complexes, as shown by (2).  
2006071636.tif 000011
These complexes are evident as a visible color stain on the saturated and extended life mineral acid detection tape.  The intensity of the color stain on the tape relates to the amount of the toxic gas present in the sample stream.  
The mineral acids that can be detected utilizing this acid detection tape include hydrogen bromide, hydrogen chloride, hydrogen fluoride, hydrogen iodide, nitric acid, sulphuric acid, phosphoric acid, and acetic acid.
The detection tape is comprised of a cellulose paper substrate, which is commercially available as Chroma-1.  The paper detection tape is saturated with the formula solution by passing the paper tape through a bath containing the formula solution.  The tape is then passed through an oven having a length of approximately one meter and which is maintained between 70-80oC.  The saturated tape is advanced through the oven at a speed to provide a residence time within the oven of between about 45 to 75 seconds.  Upon exiting the oven, the tape has a light yellow color and is wound onto the cassette.
As shown in FIGS. 1-5, the paper detection tape is saturated with variations of the formula solution to provide various samples A-C which are compared with a sample detection tape D in accordance with the prior art.  In FIGS. 1-5, Sample A is the standard formula solution utilizing the pH buffer containing borax and the polyalcohol of one part ethylene glycol and one part gylcerol propoxylate, Sample B is the standard formula solution of Sample A wherein the pH buffer contains 10% less glycerol propoxylate, Sample C is the standard formula solution of Sample A wherein the pH buffer includes 3-(cyclohexylamino)-1-propanesulfonic acid (CAPS), and Sample D is a paper detection tape representative of the prior art which contains p-nitroaniline, an aromatic amine, which reacts to provide the diazonium salt which in turn reacts with the coupling compound N-naphthylethylene dihydrocloride.
Specifically, in FIGS. 1 and 2, the paper detection tapes, Samples A-C, are treated with the formula solution and provide a stable background well in excess of 90 days.  Specifically, in FIG. 1 the background changes within 100 optics, a 5% drop within 90 days, under room temperature conditions, and within 100-300 optics reading a 10% drop under high temperature conditions, as shown in FIG. 2. Also, as shown in FIGS. 3 and 4, the paper detection tapes, Samples A-C, are treated with the formula solution under room temperature (FIG. 3) and high temperature (FIG. 4) and provide a sensitivity of within " 10% over at least 90 days while the conventional acid detecting tape, represented by Sample D, results in a sensitivity drop of between about 40-60%.
Additionally, as shown in FIG. 5, the paper detection tapes, Samples A and C, treated with the formula solution provides increased response times for low acid gas concentration levels when compared to an existing acid detection tape, Sample D.
Illustrated and described above is regarded to be the preferred embodiment of the present invention, nevertheless it will be understood that such are merely exemplary and that numerous modifications and rearrangement may be made herein without departing from the spirit of the invention.
[DESCRIPTION OF THE DRAWINGS]
FIG. 1 is a graph of the background stability of extended life mineral acid detection tapes in accordance with the present invention under room temperature conditions as compared to the background stability of a conventional mineral acid detection tape;
FIG. 2 is graph of the tape sensitivity stability of extended life mineral acid detection tapes in accordance with the present invention under elevated temperature conditions as compared to the background stability of a conventional mineral acid detection tape;
FIG. 3 is a graph of the sensitivity stability of extended life mineral acid detection tapes in accordance with the present invention under room temperature conditions as compared to the sensitivity stability of a conventional mineral acid detection tape;
FIG. 4 is a graph of the sensitivity stability of extended life mineral acid detection tapes in accordance with the present invention under elevated temperature conditions as compared to the sensitivity stability of a conventional mineral acid detection tape; and 
FIG. 5 is a graph of the response time at a low end gas concentration of an extended mineral acid detection tapes in accordance with the present invention as compared to the response time of a conventional mineral acid detection tape.
1.  A detector tape for detecting mineral acids in an air stream impregnated with a formula solution consisting essentially of (a) a pH buffer material at a concentration of between about 8-9% by volume of the total volume of solvent, (b) a first coupling agent of between 0.07-0.10% by weight of the total weight of the solvent, (c) sodium nitrite reacting with the acid gas and a diazotization coupling agent to form the diazonium salt, said sodium nitrite having a concentration of between about 0.25-0.38% by weight of the total weight of the solvent, (d) a sodium bromide stabilizer of between about 0.30-0.50% by weight of the total weight of the solvent, (e) said diazotization coupling agent of between about 0.15-0.35% by weight of the total weight of solvent, (f) a pH indicator of between 4-4.5% by volume of the total volume of solvent, and (g) a humectant comprised of a polyalcohol of between 4-5.5% by weight of the total volume of solvent, with each element of the formula solution being dissolved in between 3.3 to 3.5 liters of methanol solvent.
2.  The formula solution in accordance with claim 1, wherein said pH buffer material is selected from a group consisting essentially of 0.26 M sodium hydroxide and 0.009 M sodium borate or 0.028 M sodium hydroxide and 0.15 M 3-(cyclohexylamino)-1-propanesulfonic acid or 0.26 M sodium hydroxide and .012 M sodium bicarbonate..
3.  The formula solution in accordance with claim 1, wherein said first coupling agent is reagent grade chromotropic acid.
4.  The formula solution in accordance with claim 1, wherein said diazotization coupling agent is selected from a group consisting essentially of reagent grade sulfanilic acid, metanilic acid, anthranilic acid, m-amino acetanilide and p-nitroaniline. 
5.  The formula solution in accordance with claim 1, wherein said pH indicator is selected from a group consisting essentially of ethyl red, ethyl orange, methyl red and metanil yellow.
6.  The formula solution in accordance with claim 1, wherein said humectant is selected from a group consisting essentially of one-part ethylene glycol plus one-part glycerol propoxylate or polyethylene glycol or glycerol.
7.  The formula solution in accordance with claim 1, wherein said formula solution further includes a second coupling agent added to the formula solution after the addition of said sodium bromide stabilizer.
8.  The formula solution in accordance with claim 7, wherein said second coupling agent is selected from a group consisting essentially of reagent grade N-(1-naphyl) ethylenediamine dihydrochloride, N,N-dimethylaniline, iminodibenzyl and gentisic acid.
A mineral acid detection tape includes a cellulose paper substrate saturated with a formula solution and provides an extended life detection tape of at least a three-month period of time when place in service.
FIG.1
2006071636.tif 000012
FIG.2
2006071636.tif 000013
FIG.3
2006071636.tif 000014
FIG.4
2006071636.tif 000015
FIG.5
2006071636.tif 000016