(57)【要約】      （修正有）【課題】溶液中のサンプル物質の相分離濃度を決定するための方法を提供する。【解決手段】サンプル物質を含んだ溶液のある物理量について複数の値を、相分離濃度未満の少なくとも１のサンプル物質濃度を用いて測定する工程であって、前記物理量は溶液と音波との相互作用を特徴付けるものである工程と、相分離濃度未満のサンプル物質に対する物理量の依存性を表す濃度関数を決定する工程と、相分離濃度を決定する工程であって、相分離濃度は、濃度関数がサンプル物質を含んだ飽和状態にある溶液の物理量の所定の臨界値と等しいときの濃度の値である工程とを具備する方法と、濃度決定デバイスが記載されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶液中のサンプル物質の相分離濃度を決定する方法であって、
−前記サンプル物質を含んだ溶液のある物理量について複数の値を、前記相分離濃度未満の少なくとも１のサンプル物質濃度を用いて測定する工程であって、前記物理量は前記溶液と音波との相互作用を特徴付けるものである工程と、
−前記相分離濃度未満のサンプル物質濃度に対する前記物理量の依存性を表す濃度関数を決定する工程と、
−前記相分離濃度を決定する工程であって、前記相分離濃度は、前記濃度関数が前記サンプル物質を含んだ飽和状態にある前記溶液の前記物理量の所定の臨界値と等しいときの濃度の値である工程と
を具備した方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、
−前記濃度関数は、線形関数であり、
−前記物理量について複数の値を測定する工程は、前記サンプル物質を含んだ前記溶液の前記物理量の第１値を、第１サンプル物質濃度を用いて測定することと、前記溶液の前記物理量の第２値を、第２サンプル物質濃度を用いて又は前記サンプル物質を用いずに測定することとを具備し、
−前記濃度関数は、前記物理量の前記第１及び第２値に基づいて決定される方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法であって、
−前記濃度関数は、非線形関数であり、
−前記物理量について複数の値を測定する工程は、前記サンプル物質を含んだ前記溶液の前記物理量について複数の値を、互いに異なる複数のサンプル物質濃度を用いて測定することを具備し、
−前記濃度関数は、前記物理量の複数の値に基づいて近似によって表される方法。
【請求項４】
請求項３記載の方法であって、前記近似は、二次又は三次回帰関数に基づいている方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項記載の方法であって、前記臨界値を測定する工程は、飽和溶液を提供するために、前記サンプル物質を、前記サンプル物質の溶解度を超える量を用いて前記溶液に添加することと、前記飽和溶液の前記物理量を測定することとを具備した方法。
【請求項６】
請求項５記載の方法であって、前記サンプル物質を添加する工程及び前記飽和溶液の前記物理量を測定する工程は、前記溶解度を超える互いに異なる複数の量を用いて繰り返され、前記臨界値は、前記物理量の測定された複数の値の平均をとることにより計算される方法。
【請求項７】
請求項５又は６記載の方法であって、溶解していないサンプル物質から前記飽和溶液を分離する工程をさらに具備した方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項記載の方法であって、前記濃度関数が前記臨界値と等しいときの前記濃度の値は、前記濃度関数の外挿により決定される方法。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項記載の方法であって、前記溶液は、互いに異なる複数の溶媒からなる混合物を具備している方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項記載の方法であって、前記サンプル物質は、互いに異なる複数のサンプル物質成分からなる混合物を具備している方法。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項記載の方法であって、前記相分離濃度の温度依存性が決定される方法。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項記載の方法であって、前記物理量は、音波の共鳴周波数、音波の波長、音速、吸音、剪断波パラメータ、音響インピーダンス及び音波の屈折率からなる群より選択される方法。
【請求項１３】
溶液中のサンプル物質の相分離濃度を決定するための濃度決定デバイスであって、
−前記サンプル物質を含んだ溶液のある物理量について複数の値を前記相分離濃度未満の少なくとも１のサンプル物質濃度を用いて測定し、前記サンプル物質を含んだ飽和状態にある前記溶液の前記物理量の臨界値を決定するための測定デバイスであって、前記物理量は前記溶液と音波との相互作用を特徴付けるものである測定デバイスと、
−前記相分離濃度未満の前記サンプル物質濃度に対する前記物理量の依存性を表す濃度関数を決定し、前記相分離濃度を決定するための評価デバイスであって、前記相分離濃度は、前記濃度関数が前記物理量の前記臨界値と等しい濃度の値である評価デバイスと
を具備した濃度決定デバイス。
【請求項１４】
前記濃度測定デバイスは、音響共鳴セルと可聴周波数検出回路とを具備した請求項１３記載の濃度決定デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１の溶媒を含んだ溶液中の少なくとも１のサンプル物質の相分離濃度（飽和濃度）を決定するための方法及びデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
新たな相の分離が起こる正確な溶質濃度の決定は、殆どの場合、時間がかかりかつ費用のかかる方法である。一例として、固形物質の溶解度の決定は、重量測定、容量測定及び乾燥に精密作業を必要とする。
【０００３】
実際、相分離濃度は、例えば、以下の手順により決定される。まず、飽和溶液が準備される。調べられるべきサンプル物質が、溶解度の範囲を超える量を用いて溶液に添加される。続いて、溶解していないサンプル物質が分離される。溶液を蒸発させるために、飽和溶液が加熱される。蒸発後に残った残留物が秤量される。残留物の質量及び飽和溶媒の体積を用いて、相分離濃度が計算される。
【０００４】
この従来の方法は、様々な測定工程の乏しい精度と再現性とに関する不利益を有している。ある場合には、溶媒の蒸発によって溶解した物質の乾燥重量を得ることは困難である。さらに、サンプル物質の蒸発温度が溶液の蒸発温度とほぼ同じである場合には、サンプル物質の相分離濃度は決定できない。結局、従来の方法は、特に、複数のサンプル物質が試験されるべき場合に、複雑であり、時間がかかる。
【発明の開示】
【０００５】
本発明の目的は、従来技術の不利益を回避し、特に、改良された精度及び再現性でより短い測定時間内に相分離濃度を決定することを可能にする改良された方法及びデバイスを提供することである。
【０００６】
この目的は、請求項１又は１３でそれぞれ規定された特徴を持った方法及びデバイスにより達成される。本発明の有利な実施形態及び適用は、従属項において特徴付けられている。
【０００７】
本発明は、サンプル物質を含んだ溶液のある物理量について複数の値を、相分離濃度未満の濃度（溶解度範囲）と飽和溶液の濃度（飽和範囲）とを含んだ互いに異なる複数の濃度で測定することにより、相分離濃度を決定するという一般的な技術的教示に基づいている。測定される物理量は、溶液と音波との相互作用を明確に特徴付ける量である。本発明者は、溶液の物理量が、溶解度範囲においてはサンプル物質濃度の連続関数によって表され、飽和溶液では実質的に一定であることを見出した。この考えに基づき、固体成分の溶解度は、単に数回の秤量手順及び物理量，例えば、超音波速度，の測定による超音波測定を用いてモニタされ得る。
【０００８】
したがって、本発明の第１の側面によると、以下の工程を用いて、溶液におけるサンプル物質の少なくとも１の相分離濃度を決定する方法が提案される。まず、サンプル物質を含んだ溶液のある物理量について複数の値が、相分離濃度未満の少なくとも１のサンプル物質濃度を用いて測定される。これらの値に基づいて、溶解度範囲におけるサンプル物質濃度に対する物理量の依存性を表す濃度関数が決定される。続いて、相分離濃度が濃度関数に基づいて決定される。相分離濃度は、濃度関数を飽和溶液の物理量の所定の臨界値と等しくする濃度の値によって与えられる。
【０００９】
濃度関数が線形関数である場合、濃度関数は、数回の測定のみに基づいて得ることができる。本発明のこの好ましい実施形態によると、物理量について複数の値を測定する工程は、サンプル物質を含んだ溶液の物理量の第１値を、第１サンプル物質濃度を用いて測定することと、溶液の物理量の第２値を、他のサンプル物質濃度を用いて測定することとを具備している。第１の変形では、第２サンプル物質濃度は、溶解度範囲において選択された他の濃度の値である。第２の好ましい変形では、物理量の第２値は、サンプル物質を用いずに測定される。この場合、濃度関数の第１標本点を得るために、１の秤量工程のみが必要である。最後に、濃度関数は、物理量の第１及び第２値を有する標本点に基づいて決定される。
【００１０】
あるいは、濃度関数は、非線形関数であり得る。本発明のこの実施形態では、物理量について複数の値を測定する工程は、サンプル物質を含んだ溶液の物理量について複数の値を、互いに異なる複数のサンプル物質濃度を用いて測定することを具備している。この場合、濃度関数は、物理量の複数の値に基づいて、近似，例えば、非線形回帰，によって表される。本発明の特に好ましい実施形態によると、近似が二次又は三次回帰関数に基づいた場合、濃度関数の正確な近似に関する利点が得られる。
【００１１】
本発明のさらに好ましい実施形態によると、臨界値を決定する工程は、サンプル物質を、溶液に可溶な最大量よりも大きいサンプル物質量を用いて溶液と混合させることを具備する。サンプル物質がサンプル物質の溶解度を超える量を用いて添加され、飽和濃度が提供される。この場合、臨界値は、飽和溶液の測定された物理量と等しい。
【００１２】
本発明の他の変形によると、サンプル物質を添加する工程と飽和溶液の物理量を測定する工程とが、溶解度を超える互いに異なる複数の量を用いて繰り返される。この場合、第２関数（いわゆる、定値関数）が得られ、それは、飽和溶液での物理量，例えば、超音波速度，を示す。臨界値は、複数の測定された物理量の平均値とみなすことができる。定値関数は、この臨界値に相当する。有利には、溶解度範囲における上述の濃度関数と飽和範囲における定値関数との交点は、測定された物理量の特定の値（particular value）及び飽和溶液の濃度，すなわち、相分離濃度，にある。
【００１３】
超音波測定の精度の向上のために、飽和溶液に溶解していないサンプル物質が、物理量を測定する前に、飽和溶液から分離される。
【００１４】
本発明の他の重要な利益は、溶解度範囲における濃度関数が相分離濃度付近に標本点を有していない場合でさえも上述の交点を得ることができるという事実により与えられる。本発明の有利な実施形態によると、交点，すなわち、その濃度での濃度関数が臨界値と等しい濃度の値，が、濃度関数の外挿により決定される。
【００１５】
本発明者らは、溶液の物理特性は、その溶液のサンプル物質が複合組成である場合でさえ、溶質濃度についての連続関数であることを見出した。したがって、本発明の特別な利益は、少なくとも１の相分離濃度が、互いに異なる複数の溶媒からなる混合物及び／又は互いに異なる複数のサンプル物質成分からなる混合物を備えたサンプル物質を具備した溶液を用いて決定される場合に得られている。
【００１６】
本発明の他の変形によると、物理量は、溶液の温度を変更して測定される。有利には、この変形は、相分離濃度の温度関数の決定を可能にする。従来技術と比較すると、この温度関数は、高い精度及び短い測定時間で測定することができる。
【００１７】
本発明の好ましい実施形態によると、測定されるべき物理量は、サンプルの機械的又は熱力学的性質に深く関連した物理パラメータからなる群に属している。一般的には、物理量は、サンプルと音波との相互作用を特徴付ける。好ましくは、これらの量は、音速、吸音、及び直接関連する量，例えば、少なくとも１の音波共鳴の共鳴周波数、音波の波長及び音波の屈折率など，を具備している。これらの量を測定することの特別な利点は、対応する高分解能測定の利用可能性にある。
【００１８】
好ましくは、物理量は、１０-3よりも良好な相対精度で測定されるが、１０-4よりも良好であり１０-6までの相対精度が特に好ましい。例えば、１０-3の相対精度は、０．１％未満の系統的及び統計学的な誤差での物理量の測定を意味する。上で規定した相対精度での測定は、決定される相分離濃度の向上した特異性（specificity）及び再現性という特別な利点を有する。
【００１９】
本発明の第２の側面によると、本発明の方法を実施するためのデバイスが提供される。特に、このデバイスは、サンプル物質を含んだ溶液のある物理量について複数の値を相分離濃度未満の少なくとも１のサンプル物質濃度を用いて測定し、サンプル物質を含んだ飽和状態にある溶液のこの物理量の臨界値を決定するための測定デバイスと、溶解度範囲における物理量を表した濃度関数を決定し、相分離濃度を測定するための評価デバイスであって、相分離濃度はその濃度の値での濃度関数が物理量の臨界値と等しい濃度の値である評価デバイスとを具備している。
【００２０】
測定デバイスは、好ましくは、サンプルの音響パラメータを測定するための共鳴システムを、特には、音響共鳴セルと可聴周波数検出回路とを備えた共鳴システムを具備している。それは、好ましくは、温度の変更及び制御を可能とするデバイスを装備している。このようなデバイスを使用すると、上で概要を述べた関連の機械的又は熱力学的性質を測定できる。好ましくは、評価デバイスは、比較回路及び／又は近似回路を含んだ計算回路を具備している。
【００２１】
図面の簡単な説明
本発明は、好ましい実施形態を図示した添付の概略的図面を参照しながら、例示の目的で以下に記載されるであろう。
【００２２】
図１：本発明の好ましい実施形態による方法の特徴の概略図；
図２：本発明の好ましい実施形態によるデバイスの概略図；
図３：超音波速度の測定の結果のダイアグラム。
【００２３】
本発明の好ましい実施形態
本発明による方法及びデバイスは、図１及び図２に簡潔に図示されている。上述のように、音波と溶液との相互作用を特徴付ける物理的性質は、本発明の範囲内で測定される好ましい物理量である。
【００２４】
本発明の方法の原理は、固形物質の水中における溶解度の決定を参照しながら、以下に記載される。超音波速度の濃度依存性は、殆どの溶媒において及び殆どの物質について、濃度の連続関数である。全ての場合において、この関数は、例えば、物質が完全に可溶である範囲（溶解度範囲）内の正確に規定された３つの濃度で超音波速度を測定することにより規定することができる。超音波速度の濃度依存性が、多くの系でそうであるように線形である場合、２の測定だけしか要求されないであろう。濃度がゼロであるときの溶媒中での超音波速度は、この関数の一標本点として使用することができる。
【００２５】
図１によると、本発明の方法は、調製工程１０と、測定工程２０と、評価工程３０とを具備している。調整工程１０は、様々なサンプル物質濃度の溶液を調整するための作業を具備している。この目的のために、様々な量のサンプル物質が、精密天秤，例えば、タイプ：BP 211 D、Sartorius AG、独国，により秤量される。さらに、それらサンプル物質の秤量した分量が互いに等しい量の純粋溶液に添加される。最後に、飽和範囲での測定のために、溶解していないサンプル物質が溶液から分離される。
【００２６】
測定工程２０は、様々なサンプル物質濃度に調製された様々な溶液を用いる超音波測定を具備している。一例として、溶解度範囲における濃度関数と飽和範囲における超音波速度の臨界値とを得るために、様々な濃度を有する複数の溶液中で超音波速度が測定される。任意に、相分離濃度の温度依存性を測定するために、温度が変更され得る。
【００２７】
溶解度範囲における濃度関数を測定するために、調製された様々な濃度について超音波速度が測定され、濃度関数の複数の対応した標本点が得られる。飽和範囲における臨界値を測定するために、例えば、２つのサンプル物質／溶液混合物が、溶解度の範囲を超える量のサンプル物質を使用して調製される。注意深く混合しかつ溶解していないサンプル物質から飽和溶液を分離した後、さらにこれらの飽和溶液において、超音波速度が測定される。これら少なくとも２の測定の結果により、飽和範囲での超音波速度を示す第２（定値）関数が規定される。
【００２８】
評価工程３０により、溶解度範囲における濃度関数と飽和範囲における超音波速度の臨界値とに基づいて、相分離濃度が決定される。濃度関数は、線形関数又は非線形関数として表される。後者の場合、濃度関数を表すために非線形回帰が適用される。相分離濃度は、濃度関数が、測定された超音波速度の臨界値と等しいときの濃度の値として決定される。この条件は、濃度関数と飽和範囲における定値関数との交点を探すのと等価である。
【００２９】
一般的に、濃度関数は、相分離濃度の値で標本点を含んでいない。それゆえ、濃度関数と定値関数との上述の交点を得るために、濃度関数が、溶解度範囲から飽和範囲まで外挿される。
【００３０】
続いて、相分離濃度は、特定の適用に応じて、さらに処理されるか又は表示され得る。
【００３１】
測定工程２０は、例えば、音速（超音波速度）をそれ自体が知られている手順を用いて決定することを具備している。音速測定は、例えば、ResoScan Research system（TF Instruments GmbH、独国）を用いて行われる。ResoScan Research systemは、音速及び吸音の測定中での温度変更を可能とする。一例として、ResoScan Research systemは、このデバイスの操作マニュアルによって、特には、レゾネータセルの洗浄、処理パラメータの制御及び慎重な操作に関して提案されているような測定のために使用される。
【００３２】
図２によると、本発明の診断デバイスは、測定デバイス１と評価デバイス２とを具備している。測定デバイス１は、溶液３を収容し、適切な物理量の値を測定するように構成されている。一例として、測定デバイス１はResoScan Research systemであり得る（上を参照のこと）。
【００３３】
測定された値を評価し、相分離濃度を決定するように構成されている評価デバイス２は、好ましくは、コンピュータにより実現され、それは、測定デバイス１の制御組み込まれていてもよい。さらに、システム全体を操作するために、ディスプレイ及び制御デバイス４が提供されていてもよい。図２に示す全ての部品は、１つのデバイスへと一体化されていてもよい。
【００３４】
実験結果
以下の例は、温度が２０℃の水中における塩化ナトリウムの溶解度の測定を示す。サンプル２から１２までは、サンプル物質であるＮａＣｌと溶媒である水とを注意深く秤量して調製される。物質の溶解は、混合物を注意深く動かすことで達成される。必要であれば、溶解していない物質が遠心分離により分離される。次いで、超音波速度が全てのサンプル中で測定される。溶質の溶解度は、点２乃至８とゼロ濃度の点（pint）とによって規定された関数の点９乃至１２によって規定された関数との交点で見出される。溶質と溶媒との比率は、濃度の便利な指標として使用される。デルタＵは、溶液と溶媒との間の超音波速度の差である。
【表１】
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【００３５】
上の実験データの表にまとめた結果は図３に示されており、それは、溶解度範囲における線形濃度関数５、臨界値６（飽和範囲における定値関数７に相当）、および濃度関数５と定値関数７との交点を示している。両方の関数の交点は、３．５ｇＮａＣｌ／１０ｇ水というＮａＣｌ相分離濃度を与える。
【００３６】
同じような結果が、水又は他の溶媒中の他の溶質，例えば、医薬化合物，を用いて得られている。
【００３７】
先の記載、図面及び特許請求の範囲に開示された本発明の特徴は、個別に重要であるのに加え、様々な実施形態で本発明を実現するための組み合わせにおいても重要である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の好ましい実施形態による方法の特徴の概略図。
【図２】本発明の好ましい実施形態によるデバイスの概略図。
【図３】超音波速度の測定の結果のダイアグラム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
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