(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
両親媒性物質または苦味物質からなる分子膜を用いて測定対象液中の特定物質の濃度を測定する物質濃度測定方法において、
前記特定物質と、該特定物質に対する前記分子膜の感度を低下させる感度抑圧物質とが、異なる濃度で含まれている標準液を作製する段階と、
前記各標準液を、前記特定物質に応答性を有する第１の分子膜と前記感度抑圧物質に応答性を有する第２の分子膜とによって測定する段階と、
前記第１の分子膜によって得られた測定値から、該第１の分子膜の前記特定物質に対する感度と前記感度抑圧物質の濃度との関係を示すデータを求める段階と、
前記第２の分子膜によって得られた測定値から、該第２の分子膜の測定値と前記感度抑圧物質の濃度との関係を示すデータを求める段階と、
測定対象液を前記第１の分子膜と前記第２の分子膜とによって測定する段階と、
前記第１の分子膜の前記特定物質に対する感度と前記感度抑圧物質の濃度との関係を示すデータ、前記第２の分子膜の測定値と前記感度抑圧物質の濃度との関係を示すデータ、前記測定対象液に対する前記第１の分子膜の測定値および第２の分子膜の測定値から、前記測定対象液の特定物質の濃度を求める段階とを含むことを特徴とする物質濃度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工場排水、河川水等の汚染物質や血液中の毒物等のような、液中の特定物質の濃度を、高感度に測定するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば工場排水、河川水等の汚染物質を検出する場合、従来では、例えば液体やガスを用いたクロマトグラフを用いていた。
【０００３】
クロマトグラフは、各種の固体または液体を固定相とし、ガスまたは液体を展開剤（移動相）として試料を移動させて試料中の各成分の吸着性または分配係数の差を利用して分離する方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記クロマトグラフを用いた分析方法は、操作に熟練を有し、１サンプル当りの分析に数時間も要するという問題がある。
【０００５】
このために、脂質等に代表される両親媒性物質や苦味物質からなる分子膜をセンサとして有害物質等の特定物質の濃度を測定する方法が考えられる。
【０００６】
ところが、これらの分子膜は本質的に特定の物質だけに応答するものでなく、検出対象液中の様々な成分に応答してしまい、微量な有害物質等を高感度に検出することは困難であった。
【０００７】
本発明は、この問題を解決し、特定物質の濃度を短時間に且つ高感度に検出できる物質濃度測定方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の物質濃度測定方法は、
両親媒性物質または苦味物質からなる分子膜を用いて測定対象液中の特定物質の濃度を測定する物質濃度測定方法において、
前記特定物質と、該特定物質に対する前記分子膜の感度を低下させる感度抑圧物質とが、異なる濃度で含まれている標準液を作製する段階と、
前記各標準液を、前記特定物質に応答性を有する第１の分子膜と前記感度抑圧物質に応答性を有する第２の分子膜とによって測定する段階と、
前記第１の分子膜によって得られた測定値から、該第１の分子膜の前記特定物質に対する感度と前記感度抑圧物質の濃度との関係を示すデータを求める段階と、
前記第２の分子膜によって得られた測定値から、該第２の分子膜の測定値と前記感度抑圧物質の濃度との関係を示すデータを求める段階と、
測定対象液を前記第１の分子膜と前記第２の分子膜とによって測定する段階と、
前記第１の分子膜の前記特定物質に対する感度と前記感度抑圧物質の濃度との関係を示すデータ、前記第２の分子膜の測定値と前記感度抑圧物質の濃度との関係を示すデータ、前記測定対象液に対する前記第１の分子膜の測定値および第２の分子膜の測定値から、前記測定対象液の特定物質の濃度を求める段階とを含んでいる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の物質濃度測定方法を実施するための測定装置２０の構成を示している。
【００１０】
図１において、測定装置２０は、基準液や測定対象液を入れるための容器２１と、マルチセンサ型のプローブ２２と、プローブ２２の出力を選択する選択スイッチ３４と、選択スイッチ３４で選択された出力の電圧を検出する電圧検出器３５と、電圧検出器３５の出力をディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器３６と、Ａ／Ｄ変換器３６の出力に対する記憶、演算処理を行う演算装置３７と、演算装置３７の処理結果を出力する出力装置３８によって構成されている。
【００１１】
プローブ２２は、容器２１に入れた液体に漬けて使用するものであり、測定の基準電位を出力するための基準電極２３と、両親媒性物質または苦味物質からなる第１の分子膜２５ａ、第２の分子膜２５ｂとを有している。なお、さらに多くの分子膜が設けられているプローブを使用してもよい。
【００１２】
基準電極２３の表面は、液体内の脂質に反応しないように、塩化カリウム１００ｍ  ｍｏｌｅ／１を寒天で固定した緩衝層２４で覆われており、リード線２２ｃが接続されている。
【００１３】
また、各分子膜２５ａ、２５ｂは、アクリル等の基材２６の表面に一面側を露呈させた状態で固定されており、分子膜２５ａ、２５ｂの反対面には、基準電極２３の緩衝層２４と同等の緩衝層２７ａ、２７ｂを介して電極２８ａ、２８ｂが設けられ、電極２８ａ、２８ｂにはリード線２２ａ、２２ｂがそれぞれ接続されている。
【００１４】
分子膜２５ａ、２５ｂは、無極性で疎水性を有する部分と有極性で親水性を要する部分とを有する両親媒性物質や苦み物質が、その親水性部分を表面側に向けた状態で膜をなすように一体化されたものであり、液に漬けたときに膜の電位が液の成分に応じて変化する。
【００１５】
この模式的な構造を図２に示す。図２において、各分子３１は、球状の親水基３１ａと、親水基３１ａから原子配列が長く延びる炭化水素鎖３１ｂとからなり、これらの各分子群が、その親水基３１ａ側が表面側に並ぶように、膜部材３２（後述の高分子と可塑剤からなる）の表面のマトリクス３３（表面構造、平面的な広がりをもつミクロな構造）の中に、一部はマトリクス内部に溶け込んだ形（例えば分子３１′）で収容されている。
【００１６】
この分子膜２５ａ、２５ｂの分子としては、ジオクチルフォスフェート（２Ｃ8 ＰＯＯＨ）、オレイン酸、リン酸ジフェニル、デジルアルコール等のマイナスの電荷の脂質分子や、トリオクチルメチル  アンモニウム  クロライド（ＴＯＭＡ）、ｎ−オクタデシルクロライド等のプラスの電荷の脂質分子、レシチン等の両極性の脂質分子、あるいはブルシン、カフェイン、キニーネ、ストリキニーネ、ニコチンコカイン、イソフムロン等の苦味物質等を用いることができ、これらの分子のうち、検出対象の特定物質（この場合、有害物質）または感度抑圧物質に対して応答性が高いものを選択的に使用する。
【００１７】
また各分子膜２５ａ、２５ｂは、上記の脂質分子や苦味物質、ベースとなる高分子および可塑剤とを所定の割合で混合して作製されたものである。例えば、高分子にはポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）を用い、可塑剤としてフタル酸ジオクチル（ＤＯＰ）、ジオクチルフェニルフォスフォネート（ＤＯＰＰ）あるいはリン酸トリクレシル（ＴＣＰ）を用いて上記の脂質分子や苦味物質と混合したもの８００ｍｇを、ＴＨＦ１０ｃｃに溶解し、平底の容器（例えば８５ｍｍφのシャーレ）に移し、それを均一な加熱された板上で約３０度Ｃに２時間保って、ＴＨＦを揮散させることで厚さ約２００μｍの分子膜を得ることができる。
【００１８】
なお、このプローブ２２を液体に漬ける際には、測定条件が変わらないように、基準電極２３と各分子膜２５ａ、２５ｂの間隔を一定にするが、支持材２９によって基準電極２３と基材２６とを一定の間隔で支持してもよい。
【００１９】
このプローブ２２のリード線２２ａ、２２ｂは、選択スイッチ３４によって選択的に電圧検出器３５に接続される。
【００２０】
電圧検出器３５は、例えば差動増幅器によって構成され、選択スイッチ３４で選択されたリード線２２ａ、２２ｂの一方とリード線２２ｃの間の電圧を検出してＡ／Ｄ変換器３６に出力する。
【００２１】
Ａ／Ｄ変換器３６は電圧検出器３５の出力電圧をディジタル値に変換して演算装置３７に出力する。
【００２２】
演算装置３７は、マイクロコンピュータによって構成され、図示しない操作部等から記憶指示Ｍを受けるとＡ／Ｄ変換器３６の出力値をメモリ３７ａに記憶し、演算指令Ｃを受けるとメモリ３７ａの記憶値およびＡ／Ｄ変換器３６の出力値に基づいて所定の演算処理を行い、その処理結果を出力装置３８に出力する。
【００２３】
出力装置３８は、表示器、プリンタあるいは他装置との間で通信を行う通信装置等によって構成され、演算装置３７の処理結果を表示、印刷したり、他装置へ信号で通知する。
【００２４】
次に、この測定装置２０を用いた濃度測定方法について説明する。
図３は、この測定方法の手順を示すフローチャートであり、このフローチャートにしたがって、測定対象の特定物質が有害物質の錯体シアン、感度抑圧物質が塩素イオンの場合について説明する。
【００２５】
なお、前記第１の分子膜２５ａとしては測定対象の有害物質である錯体シアンに対して応答性の高いものを用い、第２の分子膜２５ｂとしては、第１の分子膜２５ａの錯体シアンに対する感度を低下させる塩素イオンに対して応答性の高いもので且つ錯体シアンに対して応答性が低いものを用いる。
【００２６】
先ず始めに、有害物質である錯体シアンと、感度抑圧物質である塩素イオンとが、異なる濃度で含まれている複数の濃度標準液を作製する（Ｓ１）。
【００２７】
具体的には、測定対象液に成分が近く且つ塩素イオンおよび錯体シアンを含まない標準液を複数用意し、そのうちのＮサンプルに塩素イオンを含む化合物（例えばＫＣｌ）をそれぞれ異なる量添加して、塩素イオン濃度が例えば１０ｍＭ（ここで記号Ｍは、ｍｏｌｅ／リットルを示す）、２０ｍＭ、３０ｍＭのように異なる第１〜第Ｎの塩素イオン液を作製する。
【００２８】
そして、第１の塩素イオン液を複数Ｍに分けた液に錯体シアンを異なる濃度（例え０．１ｐｐｍ、１ｐｐｍ、１０ｐｐｍ）で添加する。同様に第２〜第Ｎの塩素イオン液についても複数Ｍに分けて、各液に錯体シアンを異なる濃度で添加するという処理を行い、塩素イオンの濃度と錯体シアンの濃度が異なる複数Ｎ×Ｍの濃度標準液を作製する。
【００２９】
次に、この作製した各濃度標準液を、第１の分子膜２５ａと第２の分子膜２５ｂとによって測定する（Ｓ２）。
【００３０】
この測定は、塩素イオンおよび錯体シアンを含まない基準液にプローブ２２を漬けたときの第１の分子膜２５ａの電圧Ｖａｒおよび分子膜２５ｂの電圧Ｖｂｒを求めて記憶してから、プローブ２２を濃度標準液に漬けて分子膜２５ａの電圧Ｖａおよび分子膜２５ｂの電圧Ｖｂをそれぞれ求め、次の演算、
Ｖａｓ＝Ｖａ−Ｖａｒ
Ｖｂｓ＝Ｖｂ−Ｖｂｒ
によって測定値Ｖａｓ、Ｖｂｓを得るという処理を、各濃度標準液毎に行う。
【００３１】
なお、ここでは、全ての濃度標準液を作製してからプローブ２２による測定を行うようにしているが、濃度標準液の作製と測定とを並行して行うようにしてもよい。
【００３２】
例えば、塩素イオン濃度が異なる複数の標準液を作製してこれらを測定し、その複数の標準液の錯体シアンの濃度を徐々に高くしながら測定したり、逆に、錯体シアン濃度が異なる複数の標準液を作製してこれらを測定し、その複数の標準液の塩素イオンの濃度を徐々に高くしながら測定することもできる。
【００３３】
このように塩素イオンの濃度と錯体シアンの濃度が異なる濃度標準液を測定することによって、図４〜図７に示す特性が得られる。
【００３４】
図４は塩素イオンの濃度が１０ｍＭ、２０ｍＭ、３０ｍＭの各濃度標準液についてそれぞれ錯体シアン濃度が０．１ｐｐｍから１０ｐｐｍまで変化したときの第１の分子膜２５ａの測定値の変化特性Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を対数の濃度軸上に示している。
【００３５】
この各特性Ｐ１〜Ｐ３の対数を濃度軸上に示すと図５に示すように、各特性Ｐ１′〜Ｐ３′は、錯体シアンの濃度変化に対して各塩素イオン液ともほぼ直線的に変化し、且つほぼ同一点（Ｘ、Ｙ）で交わっている。
【００３６】
この特性Ｐ１′〜Ｐ３′から、第１の分子膜２５ａの錯体シアンに対する感度と塩素イオンの濃度との関係を示すデータを求めることができる（Ｓ３）。
【００３７】
即ち、第１の分子膜２５ａの測定値ｙと錯体シアンの濃度ｘとの関係を、次の直線式
ｙ＝Ａ・ｘ＋Ｂ  …（１）
ｘ＝（ｙ−Ｂ）／Ａ  …（１′）
で近似することができ、しかも、この直線は点（Ｘ、Ｙ）を通るから、
Ｙ＝Ａ・Ｘ＋Ｂ  …（２）
が成り立つ。
【００３８】
ここでＸ、Ｙは図５からＸ＝−４．７、Ｙ＝−２７と既知であるが、傾きＡおよび切片Ｂは塩素イオンの濃度によって変化する未知数である。なお、ここでは、直線近似で処理しているが２次曲線で近似してもよい。
【００３９】
また、図５の特性から、塩素イオンの濃度変化に対する第１の分子膜２５ａの感度Ａの変化を求めると、図６の特性Ｒのように塩素イオンの濃度変化に対し第１の分子膜２５ａの錯体シアンに対する感度がほぼ直線的に変化しており、塩素イオン濃度ｉと第１の分子膜２５ａの感度Ａとの関係を次の直線式、
Ａ＝Ｃ・ｉ＋Ｄ  …（３）
で近似できる。なお、ここでは、直線近似で処理しているが２次曲線で近似してもよい。
【００４０】
この式（３）において、Ｃ、Ｄは図５の特性から既知であるから、塩素イオン濃度ｉが決まれば第１の分子膜２５ａの錯体シアンに対する感度Ａが決まる。なお図５の特性例では、Ｃ＝−０．４８、Ｄ＝−１６．２２である。
【００４１】
これによって第１の分子膜２５ａの錯体シアンに対する感度と塩素イオンの濃度との関係を示すデータが得られる。
【００４２】
一方、図７は、塩素イオンの濃度変化に対する第２の分子膜２５ｂの測定値の変化特性Ｑを示しており、塩素イオンの濃度変化に対して測定値は、対数の濃度軸上でほぼ直線的に変化している。なお、この特性Ｑは、錯体シアンの濃度が前記のように１０ｐｐｍ以下と低い場合には、錯体シアンの濃度と無関係に塩素イオン濃度のみに依存している。
【００４３】
したがって、この特性Ｑを第２の分子膜２５ｂの測定値と塩素イオンの濃度との関係を示すデータとすることができる（Ｓ４）。
【００４４】
このようにして得られたデータ、即ち、各式（１）〜式（３）および特性Ｑは演算装置３７のメモリ３７ａに記憶しておく。
【００４５】
そして、測定対象液を第１の分子膜２５ａと第２の分子膜２５ｂとによって測定する（Ｓ５）。
【００４６】
具体的には、プローブ２２を一旦標準液に漬けて第１の分子膜２５ａの電圧Ｖａｒ′と、第２の分子膜２５ｂの電圧Ｖｂｒ′とを記憶してから、プローブ２２を測定対象液に漬けて第１の分子膜２５ａの電圧Ｖａ′と、第２の分子膜２５ｂの電圧Ｖｂ′とを記憶してから、次の演算によって測定値ｙ、ｊをそれぞれ求める。
【００４７】
ｙ＝Ｖａ′−Ｖａｒ′
ｊ＝Ｖｂ′−Ｖｂｒ′
【００４８】
次に、これらの測定値ｙ、ｊと、処理Ｓ３で求めた第１の分子膜２５ａの錯体シアンに対する感度と塩素イオンの濃度との関係を示すデータ、処理４で求めた第２の分子膜２５ｂの測定値と塩素イオンの濃度との関係を示すデータとから、測定対象液の錯体シアンの濃度を求める（Ｓ６）。
【００４９】
即ち、測定値ｊと前記特性Ｑとから塩素イオンの濃度ｉを求め、この濃度ｉを式（３）に代入することで分子膜２５ａの感度Ａを求め、感度Ａを式（２）に代入することで切片Ｂを求め、感度Ａ、切片Ｂおよび分子膜２５ａの測定値ｙを式（１）または式（１′）に代入することで、錯体シアンの濃度ｘを算出する。
【００５０】
次の測定対象液が複数ある場合には処理Ｓ５に戻る（Ｓ７）。前記Ｓ１〜Ｓ４の処理は毎回行う必要はなく、同種の測定対象液に対する以降の測定ではＳ５〜Ｓ７までの処理を繰り返せばよい。
【００５１】
なお、ここでは、測定対象の特定物質が錯体シアン、感度抑圧物質が塩素イオンの場合について説明したが、他の有害物質と感度抑圧物質、例えば遊離シアンと塩素イオンの場合でも、関係式等が異なるだけで前記同様に測定ができ、また、有害物質以外の特定物質の濃度を測定する場合にも同様に適用できる。
【００５２】
このように、実施形態の物質濃度測定方法は、特定物質とその特定物質に対する分子膜の感度を低下させる感度抑圧物質とが、異なる濃度で含まれている濃度標準液を、第１の分子膜２５ａと第２の分子膜２５ｂとによって測定し、第１の分子膜２５ａによって得られた測定値から、特定物質に対する第１の分子膜２５ａの感度と感度抑圧物質の濃度との関係を示すデータを求め、第２の分子膜２５ｂによって得られた測定値から、第２の分子膜２５ｂの測定値と感度抑圧物質の濃度との関係を示すデータを求めておき、測定対象液を第１の分子膜２５ａと第２の分子膜２５ｂとによって測定して得られた測定値と前記各データとから測定対象液中の特定物質の濃度を測定している。
【００５３】
このため、感度抑圧物質に左右されずに、測定対象液内の微量な特定物質の濃度を正確に測定することができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の物質濃度測定方法は、特定物質とその特定物質に対する分子膜の感度を低下させる感度抑圧物質とが、異なる濃度で含まれている濃度標準液を、第１の分子膜と第２の分子膜とによって測定し、第１の分子膜によって得られた測定値から、特定物質に対する第１の分子膜の感度と感度抑圧物質の濃度との関係を示すデータを求め、第２の分子膜によって得られた測定値から、第２の分子膜の測定値と感度抑圧物質の濃度との関係を示すデータを求めておき、測定対象液を第１の分子膜と第２の分子膜とによって測定して得られた測定値と前記各データとから測定対象液中の特定物質の濃度を測定している。
【００５５】
このため、感度抑圧物質に左右されずに、測定対象液内の微量な特定物質の濃度を正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する測定装置の構成を示す図
【図２】分子膜の模式的な構造を示す図
【図３】実施形態の測定手順を示すフローチャート
【図４】感度抑圧物質の濃度および有害物質の濃度と第１の分子膜の測定値との関係を示す図
【図５】図４の特性を対数の濃度軸で示した図
【図６】感度抑圧物質の濃度と第１の分子膜の有害物質に対する感度との関係を示す図
【図７】感度抑圧物質の濃度と第２の分子膜の測定値との関係を示す図
【符号の説明】
２０  測定装置
２２  プローブ
２２ａ〜２２ｃ  リード線
２３  基準電極
２４  緩衝層
２５ａ  第１の分子膜
２５ｂ  第２の分子膜
２６  基材
２７ａ、２７ｂ  緩衝層
２８ａ、２８ｂ  電極
２９  支持材
３１  分子
３１ａ  親水基
３１ｂ  疎水鎖
３５  電圧検出器
３６  Ａ／Ｄ変換器
３７  演算装置
３７ａ  メモリ
３８  出力装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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