(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カールフィッシャー法による水の定量のための一成分試薬であって、該試薬が、塩基のほかに、少なくとも二酸化硫黄、ヨウ素及び溶媒を含有しており、該試薬が、イミダゾールと少なくとも１種の置換イミダゾールとの混合物を塩基として含有することを特徴とする前記試薬。
【請求項２】
前記置換イミダゾールが、１〜４個の炭素原子を持つ１，２若しくは３個のアルキル残基、１，２若しくは３個のフェニル残基、又はベンゾ基を含有することを特徴とする、請求項１に記載の試薬。
【請求項３】
前記置換イミダゾールが、２−メチルイミダゾール、又は２−エチルイミダゾールであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の試薬。
【請求項４】
イミダゾール対置換イミダゾールのモル比が、０．３：２〜２：０．３であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の試薬。
【請求項５】
前記試薬が無水のアルコールを含有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の試薬。
【請求項６】
１〜５個の炭素原子を持つアルキル残基を含有するエチレングリコールモノアルキルエーテル、１〜５個の炭素原子を持つアルキル基を含有するプロピレングリコールモノアルキルエーテル、及びそれらの混合物からなる群より選ばれる少なくとも１種の無水のアルコールを溶剤として含有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の試薬。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の試薬を使用する、カールフィッシャー法による水の定量方法。
【請求項８】
カールフィッシャー法による水の定量のための一成分試薬における、塩基としての請求項１〜４のいずれか１項に規定されるイミダゾールと少なくとも１種の置換イミダゾールとの混合物の使用であって、前記試薬は、塩基のほかに、少なくとも二酸化硫黄、ヨウ素、及び、無水のアルコールを含有することを特徴とする前記使用。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カールフィッシャー法による水の定量のための試薬、カールフィッシャー法による水分の定量のためのその使用、及び一成分試薬に関する。
【従来の技術】
水の容量分析は、カールフィッシャーにより開発された。その分析は水の存在下でのヨウ素による二酸化硫黄の酸化に基づくものであり、次の反応式に従う。
【化１】
0004245289.tif 000002
【０００２】
通常、カールフィッシャー滴定は、溶剤としてのアルコール及び塩基の存在下で行われるもので、次の反応が起こると推定される。
【化２】
0004245289.tif 000003
ＲＮ＝塩基；Ｒ’＝アルキル（必要に応じて置換されている）
【０００３】
試薬内において、アルコール及び二酸化硫黄から硫酸のアルキルエステルが形成されると推定される。その後者は、化学量論量（stochiometric amounts）の水の消費を伴って、ヨウ素によって対応する硫酸アルキルエステルへ酸化される。実際には、アルコール成分として主としてメタノール及びグリコールモノアルキルエーテルが使用される(E. Scholz “Karl Fischer-Titration”, Springer Verlag 1984と対照されたい)。その使用されたアルコールは、溶剤としてばかりでなく、その反応にも関与する。それ故、その反応によって製造される試薬の滴定挙動に影響を及ぼす。その滴定の終点は、目視的、測光分析的若しくは電磁気的に指示され得る過剰のヨウ素によって、その終点の電位差認識によっても、又は実質的により完全な結果を導くデッドストップ指示（dead-stop indication）によっても認識されることができる。
【０００４】
カールフィッシャーによる滴定には４つの異なる基本形態がある。すなわち、一成分試薬を使用する容量滴定、２成分試薬での容量滴定、並びにコロメトリック滴定（colometric titration）であって隔壁を持つもの及び持たないものとがある。これら４つの変法は異なる試薬を要求する。
一成分滴定には試薬が必要であり、それは水のすべての反応相手を１つの溶液中に保持する。この目的のため、二酸化硫黄、ヨウ素、及び塩基をアルコール中に溶解する。この溶液中では、二酸化硫黄とアルコールを一緒にすると直ぐに反応して亜硫酸アルキルになる。塩基は、放出されたプロトンを受け取る。カールフィッシャーにより作られた最初の試薬では、アルコール成分としてメタノールを使用していた。その後、メチルグリコールを使用することでさらに安定な試薬が生み出された。あらゆる一成分試薬において、滴定物質、すなわち活性ヨウ素の濃度は時間と共に減少する。滴定用ビーカー内における試料のための溶剤としては、殆どの場合、メタノール又はメタノールと他の溶剤との混合物が使用される。
二成分滴定には２つの試薬が必要とされる。滴定成分としてはメタノール中のヨウ素の溶液が使用され、メタノール中の二酸化硫黄及び塩基の溶液が溶剤として役立つ。その後者の溶剤においても一成分試薬、つまり亜硫酸アルキルが形成される。その溶剤成分は滴定用ビーカーに移され、続いて滴定成分を用いて滴定が行われる。一成分滴定とは対照的に、二成分滴定ではフラスコ内に湿気が侵入しない限り、滴定成分の規定度の低下は起こらない。
【０００５】
カールフィッシャーによる水のコロメトリック定量のために使用される試薬は、それらの構成成分に関して容量試薬とは異なる。ヨウ素の代わりに水溶性ヨウ化物が使用されて、滴定の間にヨウ化物からアノード酸化によってヨウ素が形成され、それは上記の反応スキームと同じように反応する。それら試薬の更なる構成成分は、容量試薬のものと同じであり、すなわち、二酸化硫黄、塩基及びアルコールである。隔壁を用いるコロメトリック滴定の場合、カソード及びアノードスペースはセル内の隔壁によって分離されている。双方のスペースは試薬で別々に満たさなければならず、カソードスペースには通常、特別なカソード試薬が与えられている。隔壁のないコロメトリック滴定の場合、カソード及びアノードスペースの分離は不要である。何故なら、酸化されるかも知れない物質の形成はカソードの特定形状によって回避されるからである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
カールフィッシャーによる試薬では、生成される酸を塩基が中和する機能を果たし、それによって定量反応を促進する。以前においては、実際にピリジンが塩基として使用された。毒物学的に許容可能な無毒な塩基を探して、ＥＰ−Ｂ−０１２７７４０は、さらに適する塩基としてイミダゾール、チアゾール、ピリミジン、トリアジン、又はそれらの置換生成物を記載する。イミダゾールが一成分試薬中に使用されると、長い貯蔵時間、とりわけ暑い地方で起こる高温下で望ましくない沈殿物又は結晶が形成されるので、カールフィッシャー定量のために使用する装置のフレキシブルチューブシステムに問題を生じることが認められた。これら析出を避けるために、Silke Grunkeの博士論文、Chemistry Department of University of Hannover, 1999, Chapter 7は、イミダゾールの代わりに２−メチルイミダゾールのような置換イミダゾールを一成分試薬中に使用することを提案する。しかし、置換イミダゾールを使用すると、規定度の急速な低下が観察され、そのような一成分試薬は貯蔵下で不安定であるという状況をもたらす。
【０００７】
そこで、本発明における課題は、一成分試薬としての貯蔵下で安定であり、とりわけ高温で析出しにくいように改善されたカールフィッシャー試薬を提供することにあった。同時に、今ままで使用されてきた試薬の滴定安定性を少なくとも達成し、改善さえもするであろう。
【０００８】
【解題を解決するための手段】
この問題の解決法として、カールフィッシャー試薬が、イミダゾールと少なくとも１種の置換イミダゾールとの混合物を塩基として含有することが企図される。
したがって、本発明は、イミダゾールと少なくとも１種の置換イミダゾールとの混合物を塩基として含有することで特徴づけられた、カールフィッシャー法による水の定量のための試薬に関する。さらに、本発明は、本発明による試薬が使用されることで特徴づけられた、カールフィッシャー法による水の定量方法に関する。さらに、本発明は、カールフィッシャー法による水の定量のための試薬におけるイミダゾールと少なくとも１種の置換イミダゾールとの混合物の使用に関する。また、本発明は、カールフィッシャー法による水の定量のための一成分試薬であって、イミダゾール、少なくとも１種の置換イミダゾール、二酸化硫黄、ヨウ素、及び無水のアルコールの混合物を含有する試薬を含んでなる。本発明の好ましい態様は、本明細書の記載、実施例及び従属項に定義される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明による試薬は、イミダゾールと少なくとも１種の置換イミダゾールとの混合物を含有する。好ましくは、置換イミダゾールは、下記一般式を有する化合物である。
【００１０】
【化３】
0004245289.tif 000004
【００１１】
ここで、Ｒ，Ｒ１及びＲ２は、同じものか又は互いに異なり、特に水素原子、好ましくは１〜４個の炭素原子を含有する低級アルキル残基、又はフェニル残基を意味する。本発明では、１〜４個の炭素原子を含有する１，２若しくは３個のアルキル残基、１，２若しくは３個のフェニル残基、又はベンゾ基を含有する置換イミダゾールが好ましい。本発明で使用するのに適する化合物の例は、１−メチルイミダゾール、１−エチルイミダゾール、１−プロピルイミダゾール、１−ブチルイミダゾール、２−メチルイミダゾール、２−エチルイミダゾール、２−プロピルイミダゾール、２−ブチルイミダゾール、４−メチルイミダゾール、４−ブチルイミダゾール、Ｎ−メチルイミダゾール、１，２−ジメチルイミダゾール、１，２，４−トリメチルイミダゾール、１−フェニルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、及びベンゾイミダゾールである。特に好ましいのは、２−メチルイミダゾール、２−エチルイミダゾール、又はそれらの混合物であり、２−メチルイミダゾールは健康への害が最も少ないので最も好ましい。
【００１２】
上記の置換イミダゾールは、単一成分として存在してもよいし、それらの少なくとも２種若しくはそれ以上の混合物中に存在してもよいし、例えばピリジン、ジエタノールアミン、ジピリジルプロパン及び／又は安息香酸エステルのような、カールフィッシャー滴定に適するもので先行技術から知られる他の塩基と一緒に混合物中に存在してもよい。好ましくは、イミダゾール対置換イミダゾールのモル比は、０．３：２〜２：０．３、とりわけ０．５：１．５〜１．５：０．５、より好ましくは１：１．３〜１．３：１である。
【００１３】
試薬は、塩基のほかに少なくともカールフィッシャー試薬の通常の構成成分、特に、溶剤、二酸化硫黄及びヨウ素、又はそれぞれにヨウ化物を追加的に含有する。挙げられるそれら構成成分は、すべてカールフィッシャー試薬についての通常の量で含有される。
【００１４】
本発明による試薬のための溶剤として、無水のアルコール、好ましくは１〜５個の炭素原子を含有する低級アルキル基を持つエチレングリコールモノアルキルエーテル、とりわけ好ましくは１〜５個の炭素原子を含有する低級アルキル基を持つジメチレングリコールモノアルキルエーテル、好ましくは１〜５個の炭素原子を有する低級アルキル基を持つプロピレングリコールモノアルキルエーテル；又はそれらの混合物である。特に有用なアルコールは、上記のエチレングリコールモノアルキルエーテル、とりわけ、ジメチレングリコールモノエチルエーテル（ＤＥＧＥＥ）、又はプロピレングリコールモノアルキルエーテル、とりわけその後者であってＤＥ−Ａ−１９７４０９６５に記載されるものである。加えて、メタノール、プロパノール、２−メトキシエタノール、又はテトラヒドロフルフリルアルコールも溶剤として有用である。挙げられるそれらアルコールは、単一成分として存在してもよいし、それらの少なくとも２種又はそれ以上の混合物中に存在してもよい。最も好ましいものは、上記のエチレングリコールモノアルキルエーテル、とりわけ、それらのジエチレングリコールモノアルキルエーテル、例えばジエチレングリコールモノエチルエーテルである。好ましくは、アルコールは、試薬の全重量に対して３０〜８０重量％、好ましくは５０〜７０重量％の量で使用される。
有用な態様における試薬中の塩基対二酸化硫黄のモル比は、１０：１〜０．３：１、好ましくは２：１〜０．５：１である。
【００１５】
好ましくは、本発明による試薬は一成分試薬として存在し、塩基のほかに少なくとも二酸化硫黄、ヨウ素、及び溶剤、特に、好ましくは上記で定義される無水のアルコールを含有する。それらの使用量は、単一成分試薬についての通常の使用量であり、例えば０．２〜３モル／リットルの二酸化硫黄、０．２〜６モル／リットルの塩基、及び０．０５〜１モル／リットルのヨウ素である。
【００１６】
しかし、その試薬は塩基が溶剤成分中に存在する二成分試薬の形態で存在したり、水のコロメトリック滴定のための試薬として使用されるものでヨウ化物を含有するという可能性もある。
本発明による試薬は、必要であれば１５〜５０℃の温度、好ましくは２０℃〜４０℃の温度に冷却しながら、塩基、二酸化硫黄、及びヨウ素を溶剤中に溶解させることにより好ましくは製造される。有用に使用される塩基の量は０．１〜１０モル、好ましくは０．５〜５モル、二酸化硫黄の量は０．１〜１０モル、好ましくは０．５〜３モル、そして使用されるヨウ素の量は０．０１〜３モル、好ましくは０．１〜１モルであり、すべての値は溶剤１リットルに対するものである。溶剤の製造は、精製された出発材料を用いて、空気湿度の排除下で通常の方法で行われる。
【００１７】
カールフィッシャー法による水定量のために、本発明による試薬は通常の方法で使用される。滴定セルには、例えばメタノール又は二成分試薬の溶剤成分のような、溶剤又は試薬と同じでも或いはそれらと異なっていてもよい作業媒体（working medium）が移される。続いて、調製された溶液は、本発明による試薬で標準として滴定される。それから、水分を定量すべき試料は、通常の方法で重量を計測されて滴定される。
本発明による試薬を使用して、試料の水分量、例えば固体又は液体物質、具体的には塩、有機溶剤、脂肪、オイル、栄養剤及び医薬製剤の水分量を測定することができる。
【００１８】
本発明による試薬は、従来のカールフィッシャー試薬と組合せて使用することもできる。
特に好ましい試薬は、１〜１．３モル／リットルのイミダゾール、０．８〜１．３モル／リットルの２−メチルイミダゾール、０．３モル／リットルのヒドロヨウ素酸、１．０〜１．３モル／リットルの二酸化硫黄、及び０．０８〜０．４モル／リットル（その試薬の規定度に依存する）のヨウ素を含有しており、ジエチレングリコールモノエチルエーテルで１リットルにされる。
【００１９】
また、本発明は、カールフィッシャー法による水の定量のための試薬中に含有される、イミダゾールと少なくとも１種の置換イミダゾールとの混合物の使用に関する。特に、これは上記で定義される、イミダゾールと少なくとも１種の置換イミダゾールとの混合物である。特に好ましい態様では、イミダゾールと少なくとも１種の置換されたイミダゾールとの混合物は一成分試薬中に使用される。加えて、本発明は、カールフィッシャー法による水の定量のための一成分試薬であって、イミダゾール、少なくとも１種の置換されたイミダゾール、二酸化硫黄、ヨウ素、及び無水のアルコールの混合物を含有する試薬に関する。特に、上記で定義される、イミダゾールと少なくとも１種の置換イミダゾールとの混合物である。アルコールは、好ましくは上記で定義されるアルコールである。
【００２０】
本発明による試薬は、高い貯蔵安定性、とりわけ、例えば暑い地方で起こる高温下における安定性でも特徴づけられる。その貯蔵安定性は、試薬の規定度及び均質性について評価される。試薬内の結晶形成は、結晶が存在すれば滴定装置のフレキシブルチューブを詰まらせることとなるので、均質性が問題となる。規定度の激しい低下は、滴定の速度が低下して試薬の量が過大になるので、試薬は役立たなくなる。本発明による試薬の特定の利点は、試薬内に結晶形成が起こらず、長い保存期間においても規定度は小さな低下を示すに止まることにある。
本発明の好ましい態様を具体化する下記の実施例は、本発明の詳細を示す。
【００２１】
【実施例】
実験例１：比較試薬１（イミダゾールを含有する）
イミダゾール                              ２．０モル／リットル
イミダゾールヒドロヨウ化物                ０．３モル／リットル
二酸化硫黄                                １．０モル／リットル
ヨウ素                                    ０．４モル／リットル
ジエチレングリコールモノエチルエーテル    ８００ｇ
【００２２】
実験例２：比較試薬２（２−メチルイミダゾールを含有する）
２−メチルイミダゾール                    ２．０モル／リットル
２−メチルイミダゾールヒドロヨウ化物      ０．３モル／リットル
二酸化硫黄                                １．０モル／リットル
ヨウ素                                    ０．４モル／リットル
ジエチレングリコールモノエチルエーテル    ７６０ｇ
【００２３】
実験例３：比較試薬３（エチルイミダゾールを含有する）
２−エチルイミダゾール                    ２．０モル／リットル
２−メチルイミダゾールヒドロヨウ化物      ０．３モル／リットル
二酸化硫黄                                １．０モル／リットル
ヨウ素                                    ０．４モル／リットル
ジエチレングリコールモノエチルエーテル    ７２０ｇ
【００２４】
実験例４：本発明による試薬１（イミダゾール／２−メチルイミダゾールを含有する）
イミダゾール                              １．０モル／リットル
２−メチルイミダゾール                    １．０モル／リットル
イミダゾールヒドロヨウ化物                ０．３モル／リットル
二酸化硫黄                                １．０モル／リットル
ヨウ素                                    ０．４モル／リットル
ジエチレングリコールモノエチルエーテル    ７２０ｇ
【００２５】
実験例５：本発明による試薬２（イミダゾール／２−エチルイミダゾールを含有する）
イミダゾール                              １．０モル／リットル
２−エチルイミダゾール                    １．０モル／リットル
２−エチルイミダゾールヒドロヨウ化物      ０．３モル／リットル
二酸化硫黄                                １．０モル／リットル
ヨウ素                                    ０．４モル／リットル
ジエチレングリコールモノエチルエーテル    ７８０ｇ
すべての試薬の貯蔵安定性について調べた。結晶形成と規定度の低下の双方を一定の時間点で測定した。
結晶形成：
５０ｍｌの試薬を０．２ｍｌの水と混合して、室温で貯蔵した。
【００２６】
【表１】
0004245289.tif 000005
滴定化合物の安定性：
滴定化合物の規定度の低下を測定することは、メタノールを作用媒体として使用する通常の方法で行われた。
【００２７】
【表２】
0004245289.tif 000006
【００２８】
比較試薬１（実験例１）は、滴定物質の非常によい安定性を示すが、それは湿気の存在下で急速に結晶を形成する。結晶の形成後、それはもう使用することができない。
比較試薬２及び３（実験例２及び３）は、湿気の存在下で如何なる結晶も形成されないが、それらは４ヶ月後に、当初の規定度の２０％を上回る規定度の大きな低下が見られる。こうなった後では、それらを使用することはできない。
後者（比較試薬２及び３）に対して、本発明１及び２（実験例４及び５）による試薬は、如何なる結晶形成も示さず、これに加えて、規定度の優れた安定性がある。
それら実験例は、本発明による試薬がイミダゾールと置換イミダゾールとの混合物を塩基として使用するならば最適な貯蔵安定性を示すことを表している。