(57)【要約】【課題】安価で、水溶液の状態でも安定しているビタミンＣ検出薬を与えること。また、手品の要素を備えていて見るものに驚きを与え、この現象の原理に興味を持たせ、科学現象を教育する効果を持ち、ビタミンＣの検出もできる玩具または教材を提供する。【解決手段】酸性にしたヨウ素酸塩と亜硫酸塩とでんぷんの水溶液の呈色時計反応を利用し、測定水溶液にビタミンＣが含まれている場合に、この呈色反応までの時間が短縮されることを利用して、短縮された時間からおおよそのビタミンＣ含有量を定量測定を可能にする。この呈色時計反応と併せ、ｐＨで色の変わる指示薬による変色を組み合わせて、鮮やかな発色や突然の変色により見ている者に驚きを与え、科学的な現象に興味を持たせ教育する効果を持った、手品の要素を備えた玩具や教材を提供する。上述の試薬類は極微量で反応するため、空のように見せた容器に滴下しておき、手品のような演出ができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の容器に、あらかじめ、酸性の溶液にヨウ素酸塩を溶解させた液体を少量滴下しておき、この第一の容器に、第二の容器に入れたアルカリ性にして鮮やかな色に発色させた酸性で無色になるｐＨ指示薬とでんぷん水溶液と亜硫酸塩または亜硫酸水素塩などの亜硫酸性還元性物質を溶解させた水溶液を注ぐことにより、アルカリ性で発色した指示薬水溶液が無色になり、続いて数秒から数十秒程度の無色透明期間を経た後、突然非常に濃い赤紫または青紫の溶液に変色することを特徴とする玩具及びインテリア及び学習用教材。
【請求項２】
第二の容器にあらかじめアルカリ性で発色し酸性で無色になるｐＨ指示薬溶液の濃度の高い原液を少量滴下しておき、第三の容器に入れたアルカリ性の水溶液にでんぷん水溶液と亜硫酸塩または亜硫酸水素塩などの亜硫酸性還元性物質を溶解させた水溶液を注ぐことにより、第二の容器に入れた指示薬を発色させ、［請求項１］で注ぐ第二の容器に入れた発色した水溶液を作成することを特徴とする玩具及びインテリア及び学習用教材。
【請求項３】
第三の容器に、あらかじめ、強いアルカリ性の溶液に濃度の高いでんぷん水溶液と亜硫酸塩または亜硫酸水素塩などの亜硫酸性還元性物質を溶解させた水溶液を少量滴下しておき、第四の容器に入れた水を注ぐことで、［請求項２］で注ぐ第三の容器に入れた水溶液を作成することを特徴とする玩具及びインテリア及び学習用教材。
【請求項４】
第四の容器に入れた水をもとに、［請求項３］、［請求項２］、［請求項１］の手順をたどることにより、まずアルカリ性で発色した指示薬水溶液を作成し、続いてこの溶液の色が消え、数秒から数十秒程度の無色透明期間を経た後、突然非常に濃い赤紫または青紫に変色する溶液を作成することを特徴とする玩具及びインテリア及び学習用教材。
【請求項５】
第四の容器に水を入れ、［請求項３］、［請求項２］、［請求項１］で示した強いアルカリ性の溶液に濃度の高いでんぷん水溶液と亜硫酸塩または亜硫酸水素塩などの還元性物質を溶解させた水溶液、アルカリ性で発色し酸性で無色になるｐＨ指示薬溶液の濃度の高い原液、酸性の溶液にヨウ素酸塩を溶解させた液体を、攪拌しながら順次適当な時間間隔をおいて滴下し、まずアルカリ性で発色した指示薬水溶液を作成し、続いてこの溶液の色が消え、数秒から数十秒程度の無色透明期間を経た後、突然非常に濃い赤紫または青紫に変色する溶液を作成することを特徴とする玩具及びインテリア及び学習用教材。
【請求項６】
［請求項２］及び［請求項５］で記載したアルカリ性で発色し酸性で無色になるｐＨ指示薬溶液の濃度の高い原液として、フェノールフタレインまたはチモールフタレインまたは弱酸性にしたｐ−またはｍ−またはｏ−ニトロフェノールを用いる場合に、これら試薬をエチルアルコールなどの揮発性アルコール類とグリセリンの混合物に溶解させたことを特徴とする玩具及びインテリア及び学習用教材。
【請求項７】
容器内に酸性の溶液にヨウ素酸塩を溶解させた液体を少量滴下しておき、この容器に、ビタミンＣを含有する水溶液に亜硫酸塩または亜硫酸水素塩などの還元性物質を溶解させた水溶液と、でんぷん水溶液を少量加えて良く混合した溶液を加え、よく混合し、これにより反応が開始されるヨウ素酸塩と亜硫酸塩の時計反応により、ヨウ素でんぷん反応の青紫色が数秒から数十秒後に突然瞬時に現れるまでの時間を計測し、この時間とビタミンＣを含有しない場合との反応時間の差を計測することにより、水溶液中のおおよそのビタミンＣ含有量を測定する簡易なビタミンＣの含有量測定手法。
ビタミンＣを含有する水溶液に、でんぷん水溶液と、亜硫酸塩または亜硫酸水素塩などの還元性物質を溶解させた水溶液と、酸と、ヨウ素酸塩を溶解させた水溶液を混合し、同様にヨウ素でんぷん反応の呈色までの時間を計測することにより、水溶液中のおおよそのビタミンＣ含有量を測定する簡易なビタミンＣの含有量測定手法。
【請求項８】
［請求項４］及び［請求項５］で示した第四の容器に入れた水の代わりに、ビタミンＣを含有する水溶液を入れ、［請求項４］及び［請求項５］と同じ手順をたどることにより、色の変化を楽しみながら、［請求項７］のビタミンＣの簡単な含有量測定手法により、水溶液中のおおよそのビタミンＣ含有量を測定することができることを特徴とした玩具及びインテリア及び学習用教材。
【請求項９】
［請求項８］の手順の中で、［請求項２］の手順及び［請求項３］の中のｐＨ指示薬の濃度の高い原液及び強いアルカリ性の溶液を加える手順を省略することにより、［請求項７］と同様の手順をたどらせ、水溶液中のおおよそのビタミンＣ含有量を測定することができることを特徴とした玩具及びインテリア及び学習用教材。
【請求項１０】
第四の容器に入れた水に予め、酸性及びアルカリ性またはその強度により発色の異なるｐＨ指示薬を溶解させ、［請求項３］の手順により、まずアルカリ性で変色した指示薬水溶液を作成し、続いて［請求項１］の手順によりこの溶液が酸性になって溶液が変色し、数秒から数十秒程度の期間を経た後、突然非常に濃い赤紫または青紫に変色する溶液を作成することを特徴とする玩具及びインテリア及び学習用教材。
【請求項１１】
酸を含有する水溶液に、でんぷん水溶液と、亜硫酸塩または亜硫酸水素塩などの還元性物質を溶解させた水溶液と、ヨウ素酸塩を溶解させた水溶液を混合し、ヨウ素でんぷん反応の呈色までの時間を計測することにより、水溶液中のおおよその酸の濃度を測定する簡易な酸性度測定手法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、亜硫酸ナトリウムなどの亜硫酸塩や亜硫酸水素塩と、ヨウ素酸カリウムなどのヨウ素酸塩の一般にＬａｎｄｏｌｔ反応として知られる時計反応を利用し、これをでんぷん水溶液と混合したとき、時計反応によって数秒から数十秒後に突然発生するヨウ素でんぷん反応の濃い青紫色の出現するまでの時間がビタミンＣの存在によって短縮されることを利用し、この短縮された時間を計測することによって、供試体に含まれるビタミンＣのおおよその含有量を測定しようとする、簡易なビタミンＣの含有量測定手法に関するものである。
また、同様にＬａｎｄｏｌｔ反応として知られる時計反応を利用し、突然発生するヨウ素でんぷん反応の濃い青紫色の出現するまでの時間が酸の濃度に依存することを利用し、この時間を計測することによって、簡易に供試体の酸性度を測定する手法に関するものである。
【０００２】
またこの発明は、［０００１］の手法を利用し、更に発色の鮮やかなｐＨ指示薬の酸やアルカリによる変色との組み合わせにより、空に見える容器に水に見える溶液を注ぐと、その溶液が紅や青、黄、緑、赤、紫などに発色し、更にこれらの発色した液体を別の空に見える容器内に注ぎ込むことで、前記の紅や青、黄、緑、赤、紫などの色が消え、数秒から数十秒の無色透明期間を経た後、突然非常に濃い赤紫または青紫の赤ワインのように見える液体に変化する、その変化する色調を楽しむことができ、かつ［０００１］の手法により果汁や野菜汁や清涼飲料水やビタミンＣ含有製剤を水に溶かした水溶液など、供試体に含まれるビタミンＣのおおよその含有量を測定することが可能な玩具や手品、インテリア及び学習用教材に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
この発明は、ジクロロインドフェノールなどのインドフェノール系試薬の還元脱色によるビタミンＣ検出手法を背景技術としたものである。また、ｐＨにより色が変化するｐＨ指示薬や、ヨウ化カリウムなどのヨウ化物とでんぷんを用い、ヨウ化カリウムなどのヨウ化物を酸化することにより発生するヨウ素でんぷん反応を応用した酸化還元指示薬、これらの薬品を応用した色の変化する玩具、手品、インテリア、学習用教材を背景技術とするものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のジクロロインドフェノールなどのインドフェノール系試薬を用い、この試薬のビタミンＣによる脱色を応用したビタミンＣ検出手法では、この試薬が高価であることと、この試薬の水溶液が単体で分解しやすく、長期保存に耐えず、検出利用に使用する際には粉末状態のジクロロインドフェノールを計量し、都度水に溶かしてから使用する、または使用の都度効力を測定し校正して使用する必要があるという、手間がかかる欠点があり、分析化学の専門者以外には非常に扱いにくい問題があった。このため、安価で、水溶液状態でも長期保存にも耐える、安定した試薬によるビタミンＣ検出方法を提供することが課題であった。
また、従来の指示薬による酸性度の測定では比色によりｐHを測定していたが、色を基準と比べる作業が主観に左右されやすく、客観的な定量に曖昧性が伴う欠点があり、ｐHメータによる酸性度の測定は測定機器が高価であるという欠点があった。
【０００５】
また従来の、ｐＨにより色の変化する酸・アルカリの指示薬を応用した色の変化する玩具では、はっきり識別できるほどの量の指示薬水溶液と、はっきり識別できる量の酸性またはアルカリ性の水溶液を混合し、変色を行わせていたため、単に化学反応を見せているということが明らかで、演示を行った時の観衆の驚きに欠けるという欠点があった。
単に化学反応を見せているように感じさせず、一種の手品のように理解しがたい現象を見せ、その現象の起きている原因に興味を持たせ、これを教えるような教育的な要素を持った玩具または教育用教材を与えることが課題であった。
【０００６】
ヨウ素でんぷん反応を応用した色の変化する玩具では、ヨウ素含有溶液とでんぷん溶液を混合すると、直後に反応が起こり、単に化学反応を見せているということが明らかで、演示を行った時の観衆の驚きに欠けるという欠点があった。
また、玩具による変色の演示から、科学的な現象に対して子ども達に興味を持たせ教えるといったような、教育的な側面に対しては、変色の演示に対する驚きが不十分であるという欠点があり、柑橘類などに存在する身近で重要な化学物質であるビタミンＣを測定して見せるといったようなことはできず、科学的な現象に対して子ども達に興味を持たせ教える教育的な側面に対しては、不十分な点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、［請求項７］では工業的に大量に生産され、安価な、亜硫酸ナトリウムなどの亜硫酸塩と、でんぷんと、ヨウ素酸カリウムなどのヨウ素酸塩と、リン酸などの酸といった材料を用い、でんぷんに防腐殺菌処置としてチモールやエチルアルコールなどの安全な殺菌剤を加えることで長期の保存にも安定で、分析化学の専門者以外でも扱いやすい、安価で簡易なビタミンＣ含有量測定手法を与えるものである。
同様に［請求項１１］では安価な、亜硫酸ナトリウムなどの亜硫酸塩と、でんぷんと、ヨウ素酸カリウムなどのヨウ素酸塩といった材料を用い、でんぷんに防腐殺菌処置としてチモールやエチルアルコールなどの安全な殺菌剤を加えることで長期の保存にも安定で、分析化学の専門者以外でも扱いやすい、安価で簡易な酸性度の測定手法を与えるものである。
また、［請求項１］から［請求項６］及び ［請求項８］から ［請求項１０］に示した色の変化する玩具への応用としては、単に識別できる量の酸性またはアルカリ性の水溶液を混合し、変色を行わせていた従来の演示と異なり、空の容器のように見える容器に透明な液体を注ぐことで鮮やかな色の変化が現れ、最終段階では鮮やかな色が消え、数秒から数十秒の後に突然非常に濃い赤紫または青紫の赤ワインのように見える液体が発生し、見ている者に驚きを与え、この現象の科学的な説明を加えることで、興味をもって楽しみながら、色の３原色や酸・アルカリという概念、酸・アルカリの強さであるｐＨの概念、酸化還元によるヨウ素イオン、三ヨウ化物イオンの生成とヨウ素でんぷん反応による発色、ビタミンＣの性質といった科学的な内容を子どもたちに教えるような、教育的な側面に効果がある。
【０００８】
［請求項７］のビタミンＣ含有量測定手法の原理は以下のとおりである。まず、ビタミンＣを含有する水溶液や果汁を水で薄めた水溶液に、例えば亜硫酸ナトリウムなどの亜硫酸塩または亜硫酸水素塩とでんぷん水溶液を少量加え、良く混合し、これに例えばリン酸水溶液や希硫酸、クエン酸、酒石酸、酢酸、シュウ酸などで酸性にしたヨウ素酸塩水溶液を少量加えて良く混合する。ビタミンＣが存在しない場合、Ｌａｎｄｏｌｔ反応として知られるように、まず亜硫酸塩がゆっくりヨウ素酸塩を還元し、自身は硫酸塩に変化し、還元されたヨウ素酸塩から生じるヨウ化物イオンとヨウ素酸塩のゆっくりとした反応により三ヨウ化物イオンが発生するが、同時に起こる亜硫酸塩による三ヨウ化物イオンのヨウ化物イオンへの急速な還元により、亜硫酸塩が消費し尽されるまでヨウ素でんぷん反応による青紫への色変化は現れず、全ての亜硫酸塩が還元された時点で色変化があらわれる。ここで、水溶液中にビタミンＣが存在する場合、亜硫酸塩による還元よりもはるかに速い速度でビタミンＣがヨウ素酸塩を還元し、自身は酸化され酸化型ビタミンＣに速やかに変化する。ここで還元されたヨウ素酸塩から生じるヨウ化物イオンとヨウ素酸塩の反応により三ヨウ化物イオンを発生するが、同時に起こる亜硫酸塩による三ヨウ化物イオンのヨウ化物イオンへの還元により、亜硫酸塩が消費し尽されるまでヨウ素でんぷん反応による青紫への色変化は現れないが、ビタミンＣによる速い速度でのヨウ素酸塩の還元により、ヨウ化物イオンが急速に生成し、亜硫酸塩の硫酸塩への酸化による消失速度が速まり、ビタミンＣの含有量が高いほどヨウ素でんぷん反応による青紫への色変化が現れる時間は短くなる。
ビタミンＣの存在する場合と存在しない場合とで、ヨウ素でんぷん反応の青紫色が突然瞬時に現れるまでの時間をそれぞれ計測し、その反応時間の差から、溶液中に含まれるおおよそのビタミンＣの含有量を測定することができる。
同様に［請求項１１］では、Ｌａｎｄｏｌｔ反応として知られる時計反応が、その反応溶液の酸性度に反比例して長くなることを利用して、その反応による呈色が現れるまでの時間を計測しておおよその溶液の酸性度を測定するものである。前述のとおり、溶液中にビタミンＣが含まれていると、その呈色反応までの時間が短縮される効果があり、この酸性度測定手法は予めその溶液にビタミンＣが含まれないか、含まれている量がわかっている場合に有効である。
なお、同様の手法によりワインなどに含まれている亜硫酸塩の残存量を測定することが可能であるのは言うまでもない。
【０００９】
［請求項１］は、第二の容器（図１の２）に入った、アルカリ性で紅や青、黄、緑、赤、紫などに発色させた指示薬水溶液に可溶性でんぷんと亜硫酸塩などの還元性物質を溶解させた水溶液（図１の５）を、あらかじめ、例えばリン酸または硫酸などの強い酸性の溶液にヨウ素酸カリウムなどのヨウ素酸塩を溶解させた酸性溶液（図１の６）を少量滴下しておいた第一の容器（図１の１）に注ぐことにより、まずその酸性によって後から注いだ溶液のアルカリ性を打ち消して酸性にし、発色していた指示薬水溶液を無色にし、続いて一般にＬａｎｄｏｌｔ反応として知られる、酸性下で起こるヨウ素酸塩と亜硫酸塩などの還元性物質との時計反応により、数秒から数十秒の後に突然発生する三ヨウ化物イオンとでんぷん水溶液との反応により、呈色反応を起こした赤紫または青紫の液体（図１の７）を発生せしめるものである。このとき突然できた濃い赤紫または青紫の発色により、突然ワインが生成したかのように見えるという玩具またはインテリア及び学習用教材である。
【００１０】
このとき、［０００９］項で示した水溶液（図１の５）に、果汁を混合したり、ビタミンＣを含有するものを溶解させたりして、ビタミンＣが含まれていれば、この含有量に従って、数秒から数十秒の後に突然発生する三ヨウ化物イオンとでんぷん水溶液により発生する、呈色反応を起こした赤紫または青紫の液体（図１の７）の発生までの時間は短くなり、この時間差を計測することでビタミンＣのおおよその含有量を知ることができる。
【００１１】
［請求項２］は、全く空のように見える第二の容器（図１の２）に、第三の容器（図１の３）に入れた水のように見えるアルカリ性の液体（図１の８）を注ぐと、紅や青、黄、緑、赤、紫などの色が現れ、あたかもイチゴやレモン、メロン、グレープなどのジュースができたように見えるという効果をねらった玩具または手品のように見える科学教育用教材である。これは、アルカリ性でそれぞれ紅、青、黄色に変色する例えばフェノールフタレイン、チモールフタレイン、ｐ−またはｍ−またはｏ−ニトロフェノールの性質を応用したもので、全く空のように見える第二の容器（図１の２）に、極微量で顕著な呈色反応を示すフェノールフタレイン、チモールフタレイン、ｐ−またはｍ−またはｏ−ニトロフェノール等の指示薬原液（図１の９）を予め滴下しておくものである。極微量で顕著な呈色反応を示すため、水のように見えるアルカリ性の水溶液（図１の８）を空のように見える第二の容器（図１の２）に注いだだけで変色が起こったように見せるものである。
【００１２】
なお、上記［００１１］で、水のように見えるアルカリ性の水溶液（図１の８）には、［請求項３］に示す手順により、あらかじめ可溶性でんぷんと亜硫酸塩などの還元性物質を溶解させておく。すなわち、全く空のように見える第三の容器（図１の３）に、予め強いアルカリ性の溶液に濃度の高いでんぷん水溶液と亜硫酸塩などの還元性物質を溶解させた水溶液（図１の１０）を滴下しておき、第四の容器（図１の４）に入れた水（図１の１１）を注ぐことで（図１の８）の溶液は作成される。
【００１３】
［０００９］項で示した水溶液（図１の５）にビタミンＣが含まれていれば、［請求項１］及び［０００８］に記したように、この含有量に従って、非常に濃い赤紫または青紫の液体（図１の７）の発生までの時間は短くなり、これをもってビタミンＣのおおよその含有量を知ることができるが、この場合には、［請求項２］で示したｐＨ指示薬の混合と、［請求項３］で示したアルカリ性の溶液の混合を省略して、［請求項９］のとおりビタミンＣの含有量測定と突然の変色だけに注目した方が演示としては効果的である。
【００１４】
なお、［請求項１］及び［請求項７］で記載した酸性の溶液は、安全性の観点から２０％程度のリン酸水溶液が最も適しており、他に希硫酸が利用できるが、１０％以上の硫酸は劇物に指定されているように、安全上はリン酸が適している。クエン酸、酒石酸、酢酸、シュウ酸などの有機酸も利用できるが、薄めたときの酸性度が低いため、反応時間が長くなり、演示方法を考えて扱う必要がある。なお、塩酸や臭化水素酸、ヨウ化水素酸は、強酸であるが、続いて起こるべきＬａｎｄｏｌｔ反応に影響するため適切でなく、推奨できない。
ヨウ素酸塩としては、最も安価に入手できるヨウ素酸カリウムが適しており、他にもヨウ素酸ナトリウムなどが適用可能である。
【００１５】
［請求項２］で示したアルカリ性で発色し酸性で無色になるｐＨ指示薬溶液の濃度の高い原液としては、例えばフェノールフタレインアルコール溶液やチモールフタレインアルコール溶液、弱酸性にしたｐ−またはｍ−またはｏ−ニトロフェノール水溶液またはそれらの混合物が適している。
フェノールフタレインはｐＨ１０以上のアルカリ性で紅色に発色し、チモールフタレインはｐＨ１０．５以上のアルカリ性で青色に発色し、ｐ−またはｍ−ニトロフェノールはｐＨ６．５の弱酸性よりもアルカリ性側で黄色に発色する。そしてアルカリ性側でこれらの色素の３原色である紅色、青色、黄色を混合することでさまざまな色を発色させることができる。
例えば紅色と黄色を混ぜて赤、紅色と青色を混ぜて紫、黄色と青色を混ぜて緑を発色させることができる。
【００１６】
［請求項３］で示した強いアルカリ性の溶液には、例えば０．４％程度の非常に薄い水酸化ナトリウム水溶液が適しており、他に水酸化カリウム水溶液なども利用できる。でんぷん水溶液は通常の市販でんぷんを熱湯で溶かすか、可溶性でんぷんを温水で溶かして作る。可溶性でんぷんは一般にでんぷんを酸で処理して、温水に良く溶けるものが市販されている。その原材料となっているでんぷんの分子量によってヨウ素でんぷん反応時の発色が若干異なり、ばれいしょでんぷん由来のものは青紫、とうもろこしでんぷん由来のものは赤紫色に発色する。
【００１７】
同じく［請求項３］で示した還元性物質には亜硫酸塩、亜硫酸水素塩などが適用可能であるが、安価でアルカリ性での安定性に優れた亜硫酸ナトリウム、亜硫酸カリウム、亜硫酸アンモニウムなどの亜硫酸塩が適している。また、亜硫酸水素カリウム、亜硫酸ナトリウムなどの亜硫酸水素塩も使用できる。
亜硫酸塩は０．０３５％までの微量であれば食品への添加も許可されているように安全である。濃度が高い状態で酸と混合すると亜硫酸ガスが発生するが、本発明では酸との混合時には希薄な状態で混合され、酸化性のヨウ素酸塩と混合するため、すぐに硫酸塩に酸化され、安全性に問題ない。
なお、還元性物質としてハイドロサルファイトナトリウムや本発明に示したビタミンＣなどは、時計反応を示さず、混合直後にヨウ素でんぷん反応が起こるため、演示としての驚きを持たせるためには、亜硫酸塩または亜硫酸水素塩を用いるのが適しており、これらとハイドロサルファイトナトリウムや本発明に示したビタミンＣなどの還元剤を併用した場合には、変色までの時間を短縮する効果がある。
【００１８】
なお、［請求項３］で示す濃度の高いでんぷん水溶液に微量のチモールを混合しておくと、でんぷんの腐敗や細菌、かび類による分解を防止することができる。チモールはハーブであるタイムの成分の一つであり、その独特の香りと殺菌力はこのチモールから来ている。タイムが食品として使用されているとおり、微量用いたときのチモールの安全性は問題ない。
また、これに更にエチルアルコールを５％程度混合しておくと、でんぷんの腐敗や分解の防止効果が高まる。
【００１９】
［請求項４］に示すとおり、［請求項３］、［請求項２］、［請求項１］の手順をたどることにより、第四の容器に入れた飲むことのできる水から、第三の容器に指示薬を発色させるに十分なｐＨ１０．５以上にアルカリ性の液体を作成し、［００１１］項に示したように、これを透明な第二の容器に入れることで、紅や青、黄、緑、赤、紫などの色が現れ、あたかもイチゴやレモン、メロン、グレープなどのジュースができたように見え、最後に［０００９］項に示したように、これを第一の容器に入れることで発色していた指示薬水溶液を無色にし、続いて数秒から数十秒の後に突然非常に濃い赤紫または青紫の赤ワインのように見える液体を発生せしめるものである。
この一連の手順により、空のように見える３つの容器に順番に水を移していくことで、全くの水からジュースが生成し、消滅し、ワインが生成するというような一連の手品に見せることが可能である。
ここで、［請求項８］に示すように、第四の容器に入れた水の代わりに果汁や野菜汁や清涼飲料水やビタミンＣ含有製剤を水に溶かした水溶液など、ビタミンＣ含有量を測定したい供試体溶液を用いることで、上記の一連の手品に見える演示に加えて、身近なもののビタミンＣ含有量の測定という演示を同時に行うことができる。
但し、塩化ナトリウムや塩化カリウムなどの塩素イオンの含まれている飲料の場合、この塩素イオンがＬａｎｄｏｌｔ反応を妨害し、ビタミンＣの測定値に誤差をもたらすことになるので、この場合には出てきた数値に着目するよりも、突然の変色を楽しみ、水の場合とで変色までの時間が異なることを見る程度にする。
第一から第四の容器は透明なものを用いると演示効果が高いことは言うまでもない。
【００２０】
また、［請求項５］に示したように、一つの容器に水を入れ、順次［請求項３］、［請求項２］、［請求項１］で示した強いアルカリ性の溶液に濃度の高いでんぷん水溶液と亜硫酸塩などの還元性物質を溶解させた水溶液、アルカリ性で発色し酸性で無色になるｐＨ指示薬溶液の濃度の高い原液、強い酸性の溶液にヨウ素酸カリウムなどのヨウ素酸塩を溶解させた液体を、攪拌しながら順次適当な時間間隔をおいて滴下すると、まずアルカリ性で発色した指示薬水溶液を作成し、続いてこの溶液の色が消え、数秒から数十秒程度の無色透明期間を経た後、突然非常に濃い赤紫または青紫に変色する溶液を作成するという一連の操作を一つの容器内でたどることができる。［００１９］で既に述べたように、用いる容器は透明なものを用いると演示効果が高い。
【００２１】
なお、［請求項２］及び［請求項５］で記載したアルカリ性で発色し酸性で無色になるｐＨ指示薬溶液の濃度の高い原液として、フェノールフタレインまたはチモールフタレインまたは弱酸性にしたｐ−またはｍ−またはｏ−ニトロフェノールを用いる場合に、これら試薬のうちフェノールフタレインとチモールフタレインは特に水に難溶性で、エチルアルコールなどの揮発性アルコール類に溶解させるのが一般的であるが、単にアルコールのみまたは濃度の高いアルコールの水溶液を用いると、滴下してしばらくするとアルコール分が揮発して試薬が析出し、滴下した跡が白くはっきり見えてきれいでないという欠点がある。そこで、［請求項６］に示すように、揮発性アルコール類とグリセリンの混合物に溶解させることにより、アルコールが揮発しにくく、またアルコールが揮発してもグリセリンが揮発しないため、試薬が白く析出してこないという利点を有する。
【００２２】
ｐ−またはｍ−またはｏ−ニトロフェノールは水に良く溶けるが、フェノールフタレインまたはチモールフタレインと混合して赤や緑を出そうとする際は、この水分によって、水に難溶性のフェノールフタレインやチモールフタレインが析出する欠点があるが、同様にアルコールとグリセリンおよび少量の酸溶液を加えた混合物にｐ−またはｍ−またはｏ−ニトロフェノールを溶解させることによりこの欠点を克服することができる。
【発明の効果】
【００２３】
この発明は、従来のジクロロインドフェノールなどのインドフェノール系試薬を用い、この試薬のビタミンＣによる還元脱色を応用したビタミンＣ検出手法の、試薬が高価であること、この試薬の水溶液が単体で分解しやすく、長期保存に耐えず、検出試薬作成の手間がかかり、分析化学の専門者以外には非常に扱いにくいという欠点を克服し、安価で長期保存に耐え、扱いやすい簡易なビタミンＣ含有量測定手法を与えるものである。
【００２４】
またこの発明によれば、従来のｐＨ指示薬を用いた玩具または教材では、はっきり識別できるほどの量の指示薬水溶液と、はっきり識別できる量の酸性またはアルカリ性の水溶液を混合し、変色を行わせていたため、単に化学反応を見せているということが明らかであった問題を解消し、空に見える容器に順次水を移していくと鮮やかな色に変色し、色が消え、数秒から数十秒の後に突然非常に濃い赤紫または青紫の赤ワインのように見える液体に変色するという現象で、手品の要素を備えた玩具または教材として、見ている者に驚きを与えるという目的を十分果たすものである。
このとき、水の代わりに果汁や野菜汁や清涼飲料水やビタミンＣ含有製剤を水に溶かした水溶液など、ビタミンＣ含有量を測定したい供試体溶液を用いることで、身近なもののビタミンＣのおおよその含有量を測定することができ、見ている者に身近で重要な化学物質であるビタミンＣの測定を通して、楽しみながら科学への興味を持たせるという効果が期待できる。
【００２５】
また、発色した色が再び消えたり、いろいろな色が作り出せること、何もしていないのに濃い赤紫や青紫が突然発生するという不思議さから、子供たちにこの現象の起きている原理に興味を持たせ、この科学的な現象を演示して説明することにより、楽しみながら色の３原色や酸・アルカリという概念、酸・アルカリの強さであるｐＨの概念、酸化還元によるヨウ化物イオンや三ヨウ化物イオンの析出とヨウ素でんぷん反応による発色、ビタミンＣの性質といった科学的な内容を子どもたちに教えるような、教育的な側面に効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明を実施するに最良の形態は、家庭などで簡単にビタミンＣを検出して見せ、子供などに教育する学習用教材や、パーティなどで行う手品の性格を備えた玩具として最良である。
【００２７】
また、最初のｐＨ指示薬による色変化は、鮮やかな発色で美しく、次の色変化は全く突然に、溶液全体にわたって発生するため、この現象を利用してみている者に驚きを与えるインテリアにも適している。
インテリアとして用いる場合に、自動的に色変化を発生させるためには、［請求項５］に示したように、一つの容器に水を入れ、順次［請求項３］、［請求項２］、［請求項１］で示した強いアルカリ性の溶液に濃度の高いでんぷん水溶液と亜硫酸塩などの還元性物質を溶解させた水溶液、アルカリ性で発色し酸性で無色になるｐＨ指示薬溶液の濃度の高い原液、強い酸性の溶液にヨウ素酸カリウムなどのヨウ素酸塩を溶解させた液体を、攪拌しながら順次適当な時間間隔をおいて滴下し、最終的に変色した液体を廃棄し、再び同じ容器に水を注入し、同じ手順をたどるような自動装置を用いる。
【００２８】
［請求項１］及び［請求項２］の手順は、複合させなくてもそれぞれ単独で、見る者を驚かせ、特に子供などに科学への興味を引き起こさせる効果がある。このときは［請求項１］及び［請求項２］に示した薬品全てを用いる必要はなく、［請求項１］では  第一の容器に、あらかじめ、例えばリン酸または硫酸などの強い酸性の溶液にヨウ素酸カリウムなどのヨウ素酸塩を溶解させた液体を少量滴下しておき、この第一の容器に、第二の容器に入れたでんぷん水溶液と亜硫酸塩などの還元性物質を溶解させた水溶液を注ぐことが特徴で、このことにより、数秒から数十秒程度の無色透明期間を経た後、突然非常に濃い赤紫または青紫の溶液に変色する。［請求項８］に示したとおり、この方法で、第二の容器中にビタミンＣを含む水溶液を混合させれば、水溶液に含まれるビタミンＣの含有量を測定することが可能である。
また、［請求項２］では第二の容器にあらかじめアルカリ性で発色し酸性で無色になるｐＨ指示薬溶液の濃度の高い原液を少量滴下しておき、第三の容器に入れたアルカリ性の水溶液を注ぐことが特徴で、このことによりアルカリ性で発色する指示薬が発色して期待する効果を得ることができる。
［請求項１０］では、酸性で無色になる指示薬の代わりに酸性やアルカリ性やその強さが異なるとその水溶液の色が異なる指示薬を予め第四の容器に溶解させておき、［請求項３］の手順により、まずアルカリ性で別の色に発色した指示薬水溶液を作成し、続いて［請求項１］の手順によりこの溶液の色が酸性になって変色し、数秒から数十秒程度の期間を経た後、突然非常に濃い赤紫または青紫に変色する。
いずれの場合にも、用いる容器は透明なものの方が演示効果は高い。
【実施例１】
【００２９】
［請求項７］で示したビタミンＣの簡単な含有量測定手法の実施例を以下に示す。
点眼器状の容器５に、水１００ｃｃ中にでんぷん１ｇと亜硫酸ナトリウム２．５ｇを溶かした水溶液を用意する。これはでんぷん１％、亜硫酸ナトリウム２．５％の混合水溶液である。別の点眼器状の容器６に、水７３．５ｃｃにまずヨウ素酸カリウム３．０ｇを十分溶解させ、次に８５％リン酸２３．５ｇをこれに溶かし、最後に水を少量加えて全体を１００ｃｃにしたものを用意する。これはヨウ素酸カリウム３％、リン酸２０％の混合水溶液である。
【００３０】
透明な容器７に予め水またはビタミンＣの含まれている水溶液を４．９ｃｃ用意し、容器５の水溶液を０．１ｃｃ滴下する。これで容器７に入った水溶液にはでんぷん０．０２％、亜硫酸ナトリウム０．０５％が含まれている。  空の透明な容器８に容器６の水溶液を０．１ｃｃ滴下し、上記の透明な容器７で作成した混合水溶液を一度にあけて即座に十分に混合する。これにより、数秒から数十秒の後にヨウ素でんぷん反応による濃い青紫色が現れるが、加えたビタミンＣの含有量によって、呈色反応までの時間が変化する。
家庭内などで簡易に０．１ｃｃを計量するには、点眼器の穴径にも依存するが、通常の点眼器での一滴が約０．０５ｃｃであることを利用するとよい。正確を期すには、予め２０滴ほどが何ｃｃになるか計り、一滴の容量を逆算すればよい。
【００３１】
上記手順によって、気温及び水温２０℃で発明者が実施した試験結果を、容器７の水溶液に含まれるビタミンＣ含有量と、ヨウ素でんぷん反応が発生するまでの時間との相関として以下に示す。なお、ビタミンＣはアスコルビン酸として市販されているビタミンＣを正確に計量して使用した。また、みかん果汁及びイヨカン果汁及びイチゴ果汁を１０倍に薄めた水溶液、イチゴ果汁を２０倍に薄めた水溶液を使って、果汁中のビタミンＣを測定する試験を実施した。
また、透明な容器７に予め水またはビタミンＣの含まれている水溶液を用意し、容器５の水溶液を滴下する量を変え、全体で５．０ｃｃになるようにして亜硫酸ナトリウムの濃度を前記の０．０５％及び０．０２５％、０．０７５％、０．１０％で実施した結果を以下にまとめる。気温及び水温は同様に２０℃で実施した。
ビタミンＣ含有量［％］          ヨウ素でんぷん反応が発生するまでの時間［ｓ］
亜硫酸ナトリウム濃度
０．０２５％  ０．０５％  ０．０７５％  ０．１０％
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
０．０００                ９．０        ９．５      １０．０      １１．０
０．００２                ８．５        ９．０        ９．０      １０．０
０．００４                ５．０        ８．０        ８．５      変色せず
０．００６                ２．５        ４．０        ５．０      変色せず
０．００８                ２．０        ３．０        ４．５        −
０．０１０                １．５        ３．０        ４．５        −
０．０１４                １．０        ２．５        ４．０        −
０．０１８                ０．０        １．０        ３．０        −
０．０２２                ０．０        ０．５        ２．０        −
０．０２６                  −          ０．５        １．５        −
０．０３０                  −          ０．０        １．０        −
みかん果汁１０倍水溶液    ６．０        ８．０        ８．５        −
イヨカン果汁１０倍水溶液  ８．５        ９．０        ９．０        −
イチゴ果汁１０倍水溶液    ４．０        ４．５        ５．５      変色せず
イチゴ果汁２０倍水溶液    ８．０        ８．５        ８．５        ８．５
注：「−」は試験を実施していないことを意味する。
【００３２】
前記［００３１］の結果で、「変色せず」と記載したものは、還元性物質の量が過多で、発生した三ヨウ化物イオンが全て還元され、亜硫酸塩が残り、酸化剤として働くヨウ素酸カリウムの量が不足したため、ヨウ素でんぷん反応が発生しなかったためと考えられる。
【００３３】
上記［００３１］の結果より、ビタミンＣの含まれていない水溶液と含まれている水溶液の変色までの時間差から、含まれているビタミンＣのおおよその濃度が算出できる。たとえば、今回の試験に使用したみかん果汁のビタミンＣ含有量は、１０倍に薄めた状態で０．００４％、すなわち薄めない原液で０．０４％、１００ｇ中に４０ｍｇとなり、一般に言われている数値とおおよそ一致した。また今回の試験に使用したイヨカンでは同様に、薄めない原液換算で０．０２％、すなわち１００ｇ中に２０ｍｇとなった。イチゴ果汁では１０倍に薄めたものの測定から、その原液に含まれるビタミンＣの含有量は０．０５％、２０倍に薄めたものの測定からは、その原液に含まれるビタミンＣの含有量は０．０６％と算出され、１００ｇ中に各５０ｍｇ，６０ｍｇとなり、一般に公表されているイチゴのビタミンＣ含有量６０〜８０ｍｇ／１００ｇとおよそ一致する数値を検出した。
変色時間は溶液の酸性度にも影響されるため、果汁の原液は用いず、水で１０倍から２０倍に薄めたものを使用した。果汁等にｐＨの緩衝性を持った塩類を含む場合も同様に薄めて試験に供する必要がある。また、呈色を示すまでの時間は、試験時の水温、ヨウ素酸塩の濃度にも影響する。
なお、一般に果汁などに含まれるクエン酸の影響を調べるため、０．４％、０．２％、０．１％のクエン酸水溶液を［００３１］のビタミンＣ測定の手法にかけたが、水の場合との有意な差は見られなかった。レモンは４％前後、オレンジは１．５％前後のクエン酸を含有していると一般に言われ、上記クエン酸の影響を調査する試験に用いた濃度は、これら果汁の１０倍水溶液を想定して行ったものである。
温度が違っても変色までの時間は変化し、摂氏０度から４０度くらいまでの範囲では、温度が高いほど変色までの時間も短くなることを確認している。
【００３４】
なお、容器８に滴下する容器６の水溶液を０．１ｃｃとしたが、もっと多くすると「変色せず」の箇所が少なくなるが、変色までの時間は全体的に短くなり、計測しにくくなるので、そのバランスを考慮する必要がある。なお、ヨウ素酸塩の濃度と酸の濃度は独立に調整しても問題なく、別々に溶液を作成して滴下しても本発明と同様の効果が得られる。
これは亜硫酸塩または亜硫酸水素塩の濃度とでんぷんの濃度についても同様であり、これらも別々に滴下しても本発明と同様の効果が得られる。
酸の濃度は低くすると変色までの時間が長くなり、変色までの時間測定精度があがり、ビタミンＣが存在する場合との時間比較が容易になるという長所があるが、反面手品のような要素を期待する場合、変色までの時間が長すぎて見ている者が飽きる欠点があり、また酸性度が低下すると、供試体であるビタミンＣを含有する水溶液にクエン酸などの酸が含まれていると、その酸の影響により変色までの時間に変化が生じ、正確さが低下するという欠点があり、そのバランスを考慮する必要がある。
酸の濃度と変色までの時間との関係を確認するため、［００３１］と同様に、気温及び水温２０℃で発明者が実施した試験結果を、酸の濃度とヨウ素でんぷん反応が発生するまでの時間との相関として以下に示す。
［００３１］では、混合時にヨウ素酸カリウムの濃度が０．０６％、リン酸の濃度が０．４％となるようにしていたが、ヨウ素酸カリウム水溶液とリン酸水溶液を別々に作成し、このリン酸濃度のみを０．２％、０．１％に変化させて測定した。同時に混合液中にビタミンＣが０．００６％になるように調整したものや、クエン酸が０．４％含まれるように調整したものでも測定を行った。
ヨウ素でんぷん反応が発生するまでの時間［ｓ］
ビタミンＣ含有量      リン酸含有量      亜硫酸ナトリウム濃度
［％］                ［％］            ０．０２５％    ０．０５％
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
０．０００              ０．４              ９．０          ９．５
０．０００              ０．２            １７            １７
０．０００              ０．１            ３５            ３７
０．００６              ０．１            ２１            ２６
０．００６
＋クエン酸０．４％      ０．１            ２１            ２６
０．０００
＋クエン酸０．４％      ０．１            ３１            ３２
上記より、酸の濃度が低下すると変色までの時間が長くなり、混合時のリン酸濃度が０．１％程度で変色までの時間を比較的精度良く測定できることがわかる。また、供試体にクエン酸が含まれている場合、この濃度が変色までの時間に影響を与えるが、リン酸０．１％程度までは大きな影響を与えていないことがわかる。このように、変色までの時間、測定精度、クエン酸の影響などのバランスを考慮して酸の濃度を決定する必要がある。クエン酸の影響をもっと低減させたい場合には混合時のリン酸濃度を０．２％程度とし、変色までの時間を早めて演示効果を高めるためには、混合時のリン酸濃度を０．４％程度とするのが適している。
【００３５】
また、［００２９］の容器６に作成する溶液を、リン酸の代わりにクエン酸、酒石酸、乳酸などの有機酸を用いて作成し、同様に試験した。すなわち容器６に入れた水５０ｃｃにまずヨウ素酸カリウム３．０ｇを十分溶解させ、次にクエン酸２０ｇまたは酒石酸２０ｇまたは５０％乳酸４０ｃｃをこれに溶かし、最後に水を加えて全体を１００ｃｃにしたものを用意する。これはヨウ素酸カリウム３％、有機酸２０％の混合水溶液であり、全体を混合した際には有機酸の濃度は０．４％となる。
［００３１］と同様に、気温及び水温２０℃で発明者が実施した試験結果を、容器７の水溶液に含まれるビタミンＣ含有量と、ヨウ素でんぷん反応が発生するまでの時間との相関として以下に示す。
ビタミンＣ含有量［％］  ヨウ素でんぷん反応が発生するまでの時間［ｓ］
亜硫酸ナトリウム濃度
０．０２５％  ０．０５％
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
クエン酸を用いた場合    ０．０００        １７２        ２１５
０．００６        １１８        １６８
酒石酸を用いた場合      ０．０００          ７８        １０８
０．００６          ５２          ５４
乳酸を用いた場合        ０．０００        ３４１        ４５９
０．００６        ２３２        ３８２
クエン酸、酒石酸、乳酸などの有機酸は酸性度が低いため、リン酸を用いた場合に比べて、発色までに非常に長い時間を要した。しかし、ビタミンＣの存在による時間差が、計測しやすい時間差となって現れてくるという利点を有することが特徴である。但し、供試体にクエン酸などの酸が多く含まれている場合には、この酸性度により呈色反応までの時間に影響を与えるため、定性的にビタミンＣの存在を確認する用途に用い、ビタミンＣの含有量を定量しようとする場合には、あまり適していないと言える。
この有機酸は、それ自体が食品としても用いられている安全性の高いものであるということも特徴である。
【００３６】
［請求項１１］の実施例として、何種類かの無機酸と有機酸を用いて酸性溶液を作成し、これに０．０５％の濃度になる亜硫酸ナトリウムと０．０２％の濃度になるデンプン水溶液を溶解させ、続いてヨウ素酸カリウムの濃度が０．０６％なるように混合し、この混合時点から時計反応による呈色までの時間測定を行った。［００３４］及び［００３５］の結果の一部再掲と併せて結果を示す。
酸の種類と含有量      ヨウ素でんぷん反応が発生するまでの時間［ｓ］
［％］            （亜硫酸ナトリウム濃度０．０５％）
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
リン酸
０．４                ９．５
０．２              １７
０．１              ３７
硫酸
０．４                ２．５
０．２                ５．０
クエン酸
０．４            ２１５
酒石酸
０．４            １０８
乳酸
０．４            ４５９
酢酸
０．４            ７３７
本試験結果では、酸の濃度に反比例して呈色反応までの時間が長くなっていることが確認され、また、各モル濃度を同一にしたときの結果で比較しなければならないが、酸解離定数ｐＫａが小さい強い酸ほど反応時間が短いことが明らかである。なおリン酸、硫酸、クエン酸、酒石酸、乳酸、酢酸のそれぞれ一番強い第一段の酸解離定数ｐＫａは、順に２．１２，１．９６，３．１３，３．０４，３．８６，４．７６である。
なお、同様の手法によりワインなどに含まれている亜硫酸塩の残存量を測定することも可能である。
【実施例２】
【００３７】
［請求項４］で示した一連の手順を一実施例を用いて説明する。
まず、第一の容器（図２の１）にあらかじめ２０％のリン酸水溶液に３％のヨウ素酸カリウムを溶かした溶液（図２の１２）を４滴滴下しておき、空の容器に見えるようにする。この場合容器は透明なものを用いる。
【００３８】
第二の容器（図２の２）には、あらかじめ０．２％のフェノールフタレインをエチルアルコール５０％とグリセリン５０％の混合物に溶かした溶液（図２の１３）を４滴滴下しておき、空の容器に見えるようにする。容器は透明なものを用いる。
【００３９】
第三の容器（図２の３）には、あらかじめ０．４％の水酸化ナトリウム水溶液に３％の濃度になるように計量したでんぷん水溶液と、２．５％の濃度になるように計量した亜硫酸ナトリウムと、０．００２％になるように計量したチモールを溶解させた水溶液（図２の１４）を４滴滴下しておき、空の容器に見えるようにする。同様に容器は透明なものを用いる。なお、［実施例２］ではでんぷんはとうもろこし由来のものとする。
【００４０】
第四の容器（図２の４）に水（図２の１１）を１０ｃｃ入れ、これをまず［００３９］で説明した第三の容器（図２の３）内に滴下した水溶液（図２の１４）に注いで良く混合する。この溶液を［００３８］で説明した第二の容器（図２の２）内に滴下した溶液（図２の１３）に注いで混合すると、フェノールフタレインのアルカリ性色である紅色が現れる。なお、同様に第四の容器は透明なものを用いる。
【００４１】
続いて［００３７］で説明した第一の容器（図２の１）内に滴下した溶液（図２の１２）に注いで良く混合すると、酸性のためフェノールフタレインのアルカリ性色である紅色が消え、無色透明になる。溶液中ではリン酸酸性で、ヨウ素酸カリウムと亜硫酸ナトリウムの時計反応が進行し、約１０秒の後、突然一瞬にして溶液全体が非常に濃い赤紫色に変色する。
【００４２】
なお、［００３８］項の０．２％のフェノールフタレインをエチルアルコール５０％とグリセリン５０％の混合物に溶かした溶液の代わりに、０．４％のチモールフタレインをエチルアルコール５０％とグリセリン５０％の混合物に溶かした溶液を用いると発色は青、代用に０．４％の弱酸性にしたｐ−ニトロフェノールをエチルアルコール５０％とグリセリン５０％の混合物に溶かした溶液を用いると発色は黄色、フェノールフタレイン溶液とチモールフタレイン溶液の混合物では発色は紫、フェノールフタレイン溶液と弱酸性にしたｐ−ニトロフェノール溶液では発色は赤、チモールフタレイン溶液と弱酸性にしたｐ−ニトロフェノール溶液では発色は緑色となる。
また、［００４０］項の水（図２の１１）に、ビタミンＣが含まれている場合には、変色までの時間が短くなり、この時間の差を比較することにより、ビタミンＣの含有量を定量することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、［請求項７］で、簡易な方法と安価な原料によりビタミンＣの含有量を測定する手法を与え、［請求項１］から［請求項６］及び［請求項８］から［請求項１０］に示した材料と手順により、家庭などで簡単にビタミンＣを測定することで、子供などに栄養素として重要な成分への興味を持たせ、これを教育することに役立てる教育素材としての適用が可能である。
［請求項１１］では同様に簡易な方法と安価な原料により、測定対象の溶液の酸性度を測定する手法を与えた。この手法により、家庭などで簡易に酢やクエン酸溶液などの酸性度を測定してみせ、子供などにすっぱいという味の定量化への興味を持たせ、これを教育することに役立てる教育素材としての適用が可能である。
また、［請求項１］から［請求項６］及び［請求項８］から［請求項１０］では、子供等に視覚的美しさを訴えるとともに、現象の不思議さから科学への興味を持たせる手品の要素を持った玩具への適用可能性を示し、また、視覚的にこの色相の突然の溶液全域にわたる変化を楽しむ家庭用インテリアや店内用インテリアへの適用の可能性を示した。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明を示す図。
【図２】本発明の一実施例を示す図。
【符号の説明】
【００４５】
１  第一の容器
２  第二の容器
３  第三の容器
４  第四の容器
５  発色させた指示薬水溶液に可溶性でんぷんと亜硫酸塩などの還元性物質を溶解させた水溶液
６  ヨウ素酸塩を溶解させた酸性溶液
７  呈色反応を起こした赤紫または青紫の液体
８  水のように見えるアルカリ性の水溶液
９  指示薬原液
１０  強いアルカリ性の溶液に濃度の高いでんぷん水溶液と亜硫酸塩などの還元性物質を溶解させた水溶液
１１  水
１２  ２０％のリン酸水溶液に３％のヨウ素酸カリウムを溶かした溶液
１３  ０．２％のフェノールフタレインをエチルアルコール５０％とグリセリン５０％の混合物に溶かした溶液
１４  ０．４％の水酸化ナトリウム水溶液に３％の濃度になるように計量したでんぷん水溶液と、２．５％の濃度になるように計量した亜硫酸ナトリウムと、０．００２％になるように計量したチモールを溶解させた水溶液
【図１】
2005266250.tif 000003
【図２】
2005266250.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成16年7月16日(2004.7.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
［請求項７］のビタミンＣ含有量測定手法の原理は次のとおりである。まず、ビタミンＣを含有する水溶液や果汁を水で薄めた水溶液に、例えば亜硫酸ナトリウムなどの亜硫酸塩または亜硫酸水素塩とでんぷん水溶液を少量加え、良く混合し、これに例えばリン酸水溶液や希硫酸、クエン酸、酒石酸、酢酸、シュウ酸などで酸性にしたヨウ素酸塩水溶液を少量加えて良く混合する。なお、これら物質の混合順序は上記の順である必要はなく、ヨウ素酸塩と亜硫酸塩または亜硫酸水素塩と酸が混合されるよりも前に、ビタミンＣが加えられていれば目的を果たすことができ、混合順序を変えても［請求項７］を逸脱しない。
ビタミンＣが存在しない場合、Ｌａｎｄｏｌｔ反応として知られるように、まず亜硫酸塩がゆっくりヨウ素酸塩を還元し、自身は硫酸塩に変化し、還元されたヨウ素酸塩から生じるヨウ化物イオンとヨウ素酸塩のゆっくりとした反応により三ヨウ化物イオンが発生するが、同時に起こる亜硫酸塩による三ヨウ化物イオンのヨウ化物イオンへの急速な還元により、亜硫酸塩が消費し尽されるまでヨウ素でんぷん反応による青紫への色変化は現れず、全ての亜硫酸塩が還元された時点で色変化があらわれる。ここで、水溶液中にビタミンＣが存在する場合、亜硫酸塩による還元よりもはるかに速い速度でビタミンＣがヨウ素酸塩を還元し、自身は酸化され酸化型ビタミンＣに速やかに変化する。ここで還元されたヨウ素酸塩から生じるヨウ化物イオンとヨウ素酸塩の反応により三ヨウ化物イオンを発生するが、同時に起こる亜硫酸塩による三ヨウ化物イオンのヨウ化物イオンへの還元により、亜硫酸塩が消費し尽されるまでヨウ素でんぷん反応による青紫への色変化は現れないが、ビタミンＣによる速い速度でのヨウ素酸塩の還元により、ヨウ化物イオンが急速に生成し、亜硫酸塩の硫酸塩への酸化による消失速度が速まり、ビタミンＣの含有量が高いほどヨウ素でんぷん反応による青紫への色変化が現れる時間は短くなる。
ビタミンＣの存在する場合と存在しない場合とで、ヨウ素でんぷん反応の青紫色が突然瞬時に現れるまでの時間をそれぞれ計測し、その反応時間の差から、溶液中に含まれるおおよそのビタミンＣの含有量を測定することができる。
同様に［請求項１１］では、Ｌａｎｄｏｌｔ反応として知られる時計反応が、その反応溶液の酸性度に反比例して長くなることを利用して、その反応による呈色が現れるまでの時間を計測しておおよその溶液の酸性度を測定するものである。
すなわち、呈色が現れるまでの時間ｔは、初期のヨウ素酸塩によるヨウ素酸イオン濃度［ＩＯ３−］と、反応水溶液中の水素イオン濃度［Ｈ＋］により、ある定数ｋを用いて
ｔ＝ｋ／（［ＩＯ３−］・［Ｈ＋］）
で表される。酸性度すなわち水素イオン濃度が高ければ高いほど、呈色が現れるまでの時間は短くなり、この時間は水素イオンの濃度に反比例する。従って、水素イオン濃度の判っている反応水溶液を用いて呈色までの時間を計っておき、酸性度すなわち水素イオン濃度を測定したい対象の呈色までの時間を測定し、この比から対象の水素イオン濃度を求めることができる。
すなわち、ある水素イオン濃度［Ｈ＋０］と［ＩＯ３−］が判っている溶液での呈色反応までの時間ｔ０を予め測定しておき、次に水素イオン濃度を求めたい未知の濃度［Ｈ＋１］の酸性溶液で、同じ［ＩＯ３−］濃度を用いて反応させたとき、呈色反応までの時間ｔ１を測定したとする。このときｔ１は次のように表される。
ｔ１＝ｋ／（［ＩＯ３−］・［Ｈ＋１］）
ｋは既知の［Ｈ＋０］とｔ０より求められるので、未知の水素イオン濃度［Ｈ＋１］はｔ１の測定結果より、次のように求められる。
［Ｈ＋１］＝ｋ／（［ＩＯ３−］・ｔ１）
＝［Ｈ＋０］・ｔ０／ｔ１
なお、前述のとおり、水溶液中にビタミンＣが含まれていると、その呈色反応までの時間が短縮される効果があり、この酸性度測定手法は予めその水溶液にビタミンＣが含まれないか、含まれている量がわかっている場合に有効である。
さらに、この酸性度測定を用いて、測定したい対象水溶液がアルカリ性である場合でも、酸性度測定の結果から逆算して、この水溶液のアルカリ性の度合いを測定することができる。すなわち、この対象のアルカリ性溶液に、濃度の判っている酸性溶液を加えて酸性にし、この酸性の水溶液を用いて同様の呈色反応を起こさせ、この呈色までの時間を計測する。比較対象として、水に、同じく濃度の判っている酸性溶液を加えて酸性にし、この酸性の水溶液を用いて同様の呈色反応を起こさせ、この呈色までの時間を計測する。この２つの時間の差は、アルカリ性溶液によって水素イオンが消費されて酸性度が下がった結果もたらされたものであり、この２つの酸性度の差は、すなわち測定したい対象水溶液のアルカリ性の度合いに等しい。
なお、さらに同様の呈色までの時間を測定する方法により、ワインなどに含まれている亜硫酸塩の残存量を測定することも可能である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
同じく［請求項３］で示した還元性物質には亜硫酸塩、亜硫酸水素塩などが適用可能であるが、安価でアルカリ性での安定性に優れた亜硫酸ナトリウム、亜硫酸カリウム、亜硫酸アンモニウムなどの亜硫酸塩が適している。また、亜硫酸水素カリウム、亜硫酸水素ナトリウム、亜硫酸水素アンモニウムなどの亜硫酸水素塩も使用できる。
亜硫酸塩は０．０３５％までの微量であれば食品への添加も許可されているように安全である。濃度が高い状態で酸と混合すると亜硫酸ガスが発生するが、本発明では酸との混合時には希薄な状態で混合され、酸化性のヨウ素酸塩と混合するため、すぐに硫酸塩に酸化され、安全性に問題ない。
なお、還元性物質としてハイドロサルファイトナトリウムや本発明に示したビタミンＣなどは、時計反応を示さず、量が多い場合には混合直後にヨウ素でんぷん反応が起こる。従って、演示としての驚きを持たせるためには、亜硫酸塩または亜硫酸水素塩を用いるのが適しており、これらとハイドロサルファイトナトリウムや本発明に示したビタミンＣなどの還元剤を併用し、ヨウ素酸塩を全て還元しない適度に少ない分量を用いた場合には、加えた分量に応じて変色までの時間を短縮する効果がある。
【手続補正書】
【提出日】平成16年11月2日(2004.11.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
また、最初のｐＨ指示薬による色変化は、鮮やかな発色で美しく、次の色変化は全く突然に、溶液全体にわたって発生するため、この現象を利用してみている者に驚きを与えるインテリアにも適している。
インテリアとして用いる場合に、自動的に色変化を発生させるためには、［請求項５］に示したように、一つの容器に水を入れ、順次［請求項３］、［請求項２］、［請求項１］で示した強いアルカリ性の溶液に濃度の高いでんぷん水溶液と亜硫酸塩などの還元性物質を溶解させた水溶液、アルカリ性で発色し酸性で無色になるｐＨ指示薬溶液の濃度の高い原液、強い酸性の溶液にヨウ素酸カリウムなどのヨウ素酸塩を溶解させた液体を、攪拌しながら順次適当な時間間隔をおいて滴下し、最終的に変色した液体を廃棄し、再び同じ容器に水を注入し、同じ手順をたどるような電気機械的な自動装置を用いる。