昭和62年8月5日第三種郵便物許可

令和4年6月25日発行（隔月25日発行）

第40巻

第３号

MATERIAL TECHNOLOGY
材料技術

May-June2022
Vol. 40, No. 3
ISSN 0289-7709
CODEN: MTECFQ

材料技術研究協会
Japan Research Institute ofMaterial Technology
https://www.jrimt.jp

MATERIALTECHNOLOGY
材料技術

VOL. 40, NO. 3
May-June

Contents＜Articles＞

Solvent effects on the tautomerization, autoxidation and bondexchange reactions of 2-mercaptopyridine derivatives
Masahiro FURUTANI，Motoya SAKAGUCHI，Kazuhiro SASA·················16Effect of Fabric Types on Direct Determination of Protein on Fabrics
Mai TSUKAZAKI，Miyuki MORITA，Yuji YONEYAMA

布上でのタンパク質直接定量に及ぼす布帛種の影響
塚崎 舞，森田みゆき，米山雄二··········································23

Solvent effects on the tautomerization, autoxidation and bondexchange reactions of 2-mercaptopyridine derivatives
Masahiro Furutani1)*，Motoya Sakaguchi1)，Kazuhiro Sasa1)
Department of Chemistry and Biology, National Institute of Technology, Fukui College
Geshi-cho, Sabae, Fukui, 916-8507, Japan

Abstract
Tautomerization, autoxidation and bond-exchange reactions of 2-mercaptopyridine derivatives were
investigated in solution, by using several kinds of solvents. A 2-mercaptopyridine derivative having an Nbenzylamide group was dissolved not only in water but also in cyclohexane, although the solubility
toward such solvents was lower than that toward methanol or chloroform. From the UV-Vis spectra, it
was confirmed that thione-type isomer was major in these solvents except for cyclohexane. Autoxidation
reactions were monitored in methanol or methanol-d4, and ca. 36% of 2-mercaptopyridyl groups wereoxidized into disulfide bonds within a month in 1H-NMR spectral measurements. Bond-exchange
reactions between 2,2’-dipyridyl disulfide and a thiol compound were observed more clearly in methanol
than in chloroform, suggesting a solvent effect to dissolution of corresponding disulfide compounds.

Keywords：solvent effect, tautomerization reaction, autoxidation reaction, bond-exchange reaction, 2mercaptopyridine derivative

Received May 31, 2022; accepted July 19, 2022

1) Department of Chemistry and Biology, National Institute of Technology, Fukui College, Geshi-cho, Sabae,
Fukui, 916-8507, Japan*Corresponding author: Masahiro Furutani, E-mail: furutani@fukui-nct.ac.jp

16

1. Introduction
2-Mercaptopyridine and its derivatives are known
as one of chemical compounds which tautomerize
their molecular structures.1,2) These compounds havea mercapto group at the ortho position on a pyridine
ring, and the tautomerization reaction occurs
between its thione-type and thiol-type isomers(Scheme 1(i)). This reaction is reversible, and theequilibrium state is changed by surrounding
conditions of the molecules, such as polarity,3,4)
temperature,5) and concentration.6) For example, it is
known that 2-mercaptopyridines are tautomerized tothe thione-type isomer in the crystal7) and polar
solvents.4) 2-Mercaptopyridines would minimize
their potential energy toward micro-environments
via their tautomerization reaction, and they would
maximize the interaction according to theirenvironments, which would be called as“environmental adaptation”.
Based on this concept, a vinyl monomer having a
2-mercaptopyridyl (2MP) moiety has been designed
andcopolymerizedwith2-hydroxyethyl
methacrylate (HEMA) by using a radical photoinitiator, for photo-adhesion between substrates ofdissimilar materials Poly(HEMA-1), Fig 1).8)
Molecular states of 2MP moieties at the interface
between the photo-adhesive layer and a substratesurface were investigated by X-ray photo-electron
spectroscopic (XPS) measurements, finding that
2MP groups were tautomerized from thione-type tothiol (thiolate)-type isomers at a copper surface due
to sulfur-copper interaction.9) However, systematicinvestigation on the influence of environmental
polarity has not been performed. Furthermore, thephoto-adhesive samples enforced their adhesivestrength week by week, suggesting formation ofcross-linking points through autoxidation of 2MP
moieties to 2,2’-dipyridyl disulfide bonds.8,10)
Autoxidation to disulfides is another unique reactionof 2-mercaptopyridines (Scheme 1(ii)), which is
known to be underwent in water, methanol ordioxane (concentration: 0.02-1 mM).4) However, it isunknown how similar oxidation reactions proceed at

(i)
N
H

S

N

thione-typeSHthiol-type
(ii)

1
2

N

S
2

Scheme 1. (i) Tautomerization reaction between
thione-type and thiol-type isomers of 2mercaptopyridine, and (ii) autoxidation reaction
from its thiol-type isomer to the corresponding
disulfide.

Fig 1. Chemical structures of a photo-adhesivepolymer material containing 2-mercaptopyridyl
moieties (Poly(HEMA-1)), and of the modelcompound 1 using in this study.

a higher concentration. In this article, compound 1
having a 2MP moiety was designed and synthesized
as a model compound of the side chain ofPoly(HEMA-1), and 1 was subjected to polar andnonpolar environments by using water and organic
solvents, to examine the dominant molecular state
among thione-type isomer, thiol-type isomer, anddisulfide for each solvent.
On the other hand, as shown in Scheme 2, it is also
17known that disulfide bonds are exchanged bynitrogen gas, and then dissolved in DCM/THF (7/8,

addition of a thiol compound through a disulfide-v/v). WSCI HCl (0.78g, 5.0 mmol) was added andthiol exchange reaction.11) Polymer materials

stirred at room temperature for 1 h. Benzylamine

containing disulfide bonds are reported to be(0.51 g, 4.8 mmol) and 4-dimethylaminopyridine

decomposed by immersion into solution of low-

(0.49 g, 4.0 mmol) were then added at 0oC, andmolecular-weight thiols.12-14) In this article, effect ofstirred over-night. After evaporating, the residue wassolvent polarity to the bond-exchange reactions wastriturated with ethyl acetate twice, followed byalso examined by using 2,2’-dipyridyl disulfide 2

condensing the extract. Purification was performed

and a thiol, for applying polymer materials

with a silica gel chromatography (eluent: CHCl3 tocontaining

cross-linking

CHCl3/MeOH (100/1, v/v)) to obtain 1 in a 5.4%

moieties15,16) as chemo-degradable materials inyield as a yellow solid. 1H-NMR (400 MHz, CDCl3):

future.

 4.70 (2H, m, -CH2-), 6.91 (1H, m, Py-H), 7.2-7.5

dipyridyl

disulfide(5H, m, Ar-H), 7.66 (1H, m, Py-H), 8.79 (1H, m, Py-

2. Experimental
2.1 Materials and Equipment. 2Mercaptonicotinic acid, benzylamine, 2,2’dipyridyl disulfide 2, [4-(tert-butyl)phenyl]
methanethiol (tBPMT), DL-dithiothreitol (DTT), andcyclohexane were purchased from Tokyo Chemical
Industry Co., Ltd. (Tokyo, Japan). Water soluble
carbodiimide hydrochloride (WSCI HCl) was
purchased from WATANABE CHEMICALINDUSTRIES, Ltd. (Hiroshima, Japan). 4Dimethylaminopyridine,
methanol(MeOH),
chloroform (CHCl3), ethyl acetate, and magnesium
sulfate were purchased from NACALAI TESQUE,
Inc. (Kyoto, Japan). Tetrahydrofuran (THF),
dichloromethane (DCM), and chloroform-d (CDCl3)
were purchased from FUJIFILM Wako Pure
Chemical Corporation (Osaka, Japan). Methanol-d4(CD3OD) was purchased from Sigma-Aldrich Japan(Tokyo, Japan). All chemicals were used without
further purification.
1H- and 13C-NMR spectra were recorded using a
Bruker AVANCE III. APCI-MS spectra wererecorded using an AB Sciex API2000. UV-Vis
spectral measurements were performed using a U0080D (Hitachi High-Tech Science Corporation).

H), 11.1 (1H, br, -CONH-), 12.6 (0.6H, br, -NHCS-).
13C-NMR (125 MHz, CDCl ):  44, 114, 128, 128,3

129, 129, 133, 137, 139, 143, 164. APCI-MS([M+H]+): 245.1 (found), 244.34 (calcd for
C13H12O1N2S1).

e ×104 [ L/(mol・cm) ]

1.5

1.0
Water

MeOH
0.5

CHCl3
Cyclohexane

×30
0.0
300

350

400
450
Wavelength [nm]500

Fig 2. UV-Vis spectra of 1 in water (0.006 mM),
MeOH (0.05 mM), CHCl3 (0.05 mM) andcyclohexane (0.024 mM).

2.3 Tautomerization reactions. Using
compound 1, 0.05 mM (with MeOH or CHCl3),
0.024 mM (with cyclohexane), and 0.006 mM (withwater) of solution samples were prepared, to record
each UV-Vis spectrum at room temperature.
2.4 Autoxidation reactions. Using compound
1, 0.05 mM of solution sample was prepared with
MeOH. These samples were allowed to stand in dark
at room temperature, subjected to interval UV-Vis

2.2 Synthesis. Compound 1 having a 2mercaptopyridyl moiety was synthesized as follows.
2-Mercaptonicotinic acid (0.51 g, 3.3 mmol) was
added to a flask that was dried and purged with18

spectral measurements. Another condense solution

indicating autoxidation of 1 to the disulfide

of 1 (50 mM) was also prepared with CD3OD. This

compound via tautomerization reaction from thesolution was subjected to interval 1H-NMR spectralthione-type to the thiol-type isomers (Fig 3). On themeasurements under the same standing conditions.

other hand, Fig 4 shows 1H-NMR spectral changes

After 79 days, an equivalent of DTT was added andof 1 in CD3OD at a higher concentration (oneallowed to stand in dark at room temperature forthousand times higher than that in UV-Vis spectral

more 38 h, followed by a

1

H-NMR spectral

measurements). Peaks at 8.60, 7.84, and 6.99 ppm

measurement.

were assigned to protons of the 2MP group of thethione-type isomer, while peaks at 8.77, 8.33, and

2.5 Bond-exchange reactions with a thiol.
Using 2, 0.05 mM of solution samples were preparedwith MeOH or CHCl3. tBPMT (10 equiv.) was thenadded to each solution, which was kept at room
temperature or 50oC for interval UV-Vis spectral
measurements.

7.50 ppm were assigned to protons of that of thecorresponding disulfide compound. The latter peaks
were appeared gradually day by day, anddisappeared after adding DTT (a reducing reagent)to the CD3OD solution. It was estimated that ca. 36%
of 1 was oxidized to the corresponding disulfide
after 33 days. It was also observed that the disulfide

3. Results and Discussion
3.1 Tautomerization reactions. Surprisingly,
compound 1 was dissolved into nonpolar solvents aswell as polar solvents. In UV-Vis spectra, the thionetype isomer of 2-mercaptopyridines has a broad peakaround 350-400 nm that is assigned to n-*transition. For compound 1, such peak was observed
clearly in the cases using water, MeOH or CHCl3 as
solvent, except for the case of cyclohexane (Fig 2).
The values of permittivity are 2.02 (cyclohexane),
4.81 (CHCl3), 33.0 (MeOH), and 80.1 (water),17) andthe peak was blue-shifted by increasing permittivity,
or solvent polarity. The molar extinction coefficiente was high in cases of polar solvents, indicating thatthione-type isomer was superior to thiol-type isomer
in a polar environment. Comparing the results
between CHCl3 and MeOH, it was found that both
wavelength of the peak top and the value of e were
almost the same, and that there is a nonlinear
relationship between permittivity and thethione/thiol ratio.

compound was generated just after starting themeasurement (0 day in Fig 4), indicating that 1 wasoxidized easily. In the photo-adhesive polymer
material Poly(HEMA-1), see Fig 1),8) ratio of 2MP
groups toward hydroxy groups from HEMA was 1.3
mol%, and the concentration of 2MP groups in theadhesive layer was calculated to ca. 110 mM.
Although both the concentration and mobility of
2MP groups are still different, similar oxidation

0.3

0d
1
5
11
20
29

Abs.

0.2

0.1

0.0
300

3.2 Autoxidation reactions. A MeOH solutionof 1 was allowed to stand in dark at room
temperature, to measure time course of UV-Vis
spectral changes. The peak intensity at 379 nm wasdecreased gradually with an isosbestic point,

350

400
450
Wavelength [nm]500

Fig 3. UV-Vis spectral changes of 1 in MeOH
(0.05 mM) where the sample was allowed tostand in dark at room temperature.

19

Fig 4. 1H-NMR spectral changes of 1 in CD3OD (50 mM) where the sample was allowed to stand in dark
at room temperature.

reactions to form disulfide bonds (i.e. cross-linking

3.3 Bond-exchange reactions with a thiol.
As shown in Fig 5(a), UV-Vis spectral changes wereobserved, when ten equivalents of a thiol compound(tBPMT) was added to 2,2’-dipyridyl disulfide 2 in
MeOH. A broad peak was appeared immediatelyaround 360 nm, and the peak intensity was saturated
within 4 h. This peak is assigned to n-* transitionof the thione-type isomer of 2-mercaptopyridine,points in the adhesive layer) would proceed. There
are small additional peaks in the region from 8.6 to
7.5 ppm after 17 and 33 days in Fig 4. Although clear
assignment was not achieved, these peaks could be
assigned to protons of 2MP groups of the thiol-type
isomer of 1, or supramolecular complexes wherecompound 1 stacks noncovalently with each othervia hydrogen bonds of two amide bonds.

(b)

(a)

0.2

0.2

0.1

0.05

0.0
300

0.15

5
4
3
2
1
0.5
0h
Before adding

350

400
450
Wavelength [nm]

Abs.

Abs.

0.15

0.1

0.05

0.0
300

500

350

400
450
Wavelength [nm]500

Fig 5. UV-Vis spectral changes of 2 in (a) MeOH (0.05 mM) and (b) CHCl3 (0.05 mM), after adding ten
equivalents of tBPMT where the sample was allowed to stand in dark at room temperature.

20

solvents. Results on the MeOH (or CD3OD)
solution of 1 would be indirect evidences for themolecular behavior of 2MP groups ofPoly(HEMA-1) in the adhesive layer.8,10)
Furthermore, results on the bond-exchange
reactions between 2 and a thiol compound would
give us a hint to fabricate an effective chemodegradable polymer material, because the bondexchange reaction was almost irreversible
theoretically, due to fast tautomerization reactionsof 2-mercaptopyridine to the thione-type isomer.

generated by the disulfide-thiol exchange reactions
shown in Scheme 2. A similar experiment was
performed with CHCl3 as solvent, instead of MeOH.
In this case, however, the corresponding peak did notappear even after 5 h (Fig 5(b)). These results
suggest that the bond-exchange reactions between 2
and tBPMT do not proceed in CHCl3, because thethiol-type isomer tautomerize immediately to thethione-type isomer in CHCl3 as well as in MeOH, if
2-mercaptopyridine is generated by the bondexchange reactions between 2 and tBPMT.
Solubility of 2 toward CHCl3 (or solubility of the

Acknowledgement. MF acknowledges Prof.
Eiki Matsui at National Institute of Technology,
Fukui College for the use of APCI-MS instrument
and UV-Vis spectrometer. This work was supported
by a research grant from Advanced Research Center
for Regional Cooperation, National Institute ofTechnology, Fukui College.

resulting asymmetric disulfide compound toward
MeOH) would be superior to that toward MeOH (orCHCl3), which could disturb the progress of thebond-exchange

reaction.

Time

coursesofabsorbance at the maximum absorption wavelength
in the experiments are shown in Fig. 6. It was also
found that the bond-exchange reactions proceeded alittle even in CHCl3, when the solution was heated at

References
1) M. P. V. Boarland and J. F. W. McOmie, J.
Chem. Soc., 1952, 3716-3722.
2) R. A. Jones and A. R. Katritzky, J. Chem. Soc.,
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3) P. Beak and J. B. Covington, J. Am. Chem. Soc.,
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7) B. R. Penfold, Acta Cryst., 1953, 6, 707-713.
8) M. Furutani, D. Fujihira and K. Arimitsu, J.
Photopolym. Sci. Technol., 2020, 33, 261-267.
9) P. E. Laibinis, G. M. Whitesides, D. L. Allara,
Y. -T. Tao, A. N. Parikh and R. G. Nuzzo, J.
Am. Chem. Soc., 1991, 113, 7152-7167.
10) M. Furutani, D. Fujihira and K. Arimitsu,
Research Reports of National Institute of

0.2

Abs.

0.15

0.1

0.05

0.0
0

1

2

3
Time [h]45

Fig 6. Time courses of absorbance at the
maximum absorption wavelength in UV-Vis
spectra of 2 with tBPMT in MeOH (orange, solid
circle), CHCl3 (green, solid square), and CHCl3
at 50oC (green, open square).

50oC.

4. Conclusion
The molecular state of 2-mercaptopyridine
derivatives was revealed in their tautomerization,
autoxidation, and bond- exchange reactions, by
spectroscopic measurements with several kinds of21

Technology, Fukui College, Natural Scienceand Engineering, 2021, 54, 23-26.
11) B. D. Fairbanks, S. P. Singh, C. N. Bowman
and K. S. Anseth, Macromolecules, 2011, 44,2444-2450.
12) A. Takahashi, T. Ohishi, R. Goseki and H.
Otsuka, Polymer, 2016, 82, 319-326.
13) A. R. de Luzuriaga, R. Martin, N. Markaide,
A. Recondo, G. Cabañero, J. Rodríguez and I.
Odriozola, Mater. Holiz., 2016, 3, 241-247.
14) H. -Y. Tsai, T. Fujita, S. Wang and M. Naito,
Sci. Technol. Adv. Mater., 2021, 22, 532-542.

15) M. Furutani, K. Endo and K. Arimitsu, Mater.
Technol., 2019, 37, 27-31.
16) M. Furutani, K. Nakayama, K. Okuma and K.
Arimitsu, J. Photopolym. Sci. Technol., 2019,32, 619-622.
17) “CRC Handbook of Chemistry and Physics,
98th Ed.”, eds. by J. R. Rumble, Taylor &Francis Group, LLC, Chap. 6, pp.202-223,
Florida (2017).

22布上でのタンパク質直接定量に及ぼす布帛種の影響
塚崎 舞 1)，森田 みゆき 2)，米山 雄二 3)1)

実践女子大学 生活科学部（〒191-8510 東京都日野市大坂上 4-1-1）

2)

東京学芸大学 教育学部（〒184-8501 東京都小金井市貫井北町 4-1-1）

3)

文化学園大学 服装学部（〒151-8523 東京都渋谷区代々木 3-22-1）

Effect of Fabric Types on Direct Determination of Protein on Fabrics
Mai Tsukazaki 1, *，Miyuki Morita 2，Yuji Yoneyama 3
Abstract
The influence of the weave, thickness, and fiber material of the fabric on the direct determination of theprotein in the fabric by the bicinchoninic acid (BCA) method was investigated in this paper. Six kinds ofcotton fabrics, with different weaves and thicknesses, and eight kinds of plain-weave fabrics with different
fiber materials were used as the test swatches. The K/S value was calculated from the reflectance, based on
the color reaction of the BCA method, and the quantitation was evaluated based on the relationship between
the K/S value and the protein concentration. Based on the results, it was determined that the influence of the
weave and thickness was not significant, and the quantitation was good. Contrastingly, it was found that
protein fibers (wool and silk) and the cuprammonium rayon, in which copper ions remained, which reactwith the C solution of the BCA method, are not suitable for this method.

Keywords：Fiber, Fabric, Determination of Protein, Reflectance, Bicinchoninic Acid
Received July 3, 2022; accepted August 8, 2022
1) Department of Human Environmental Sciences, Jissen Women’s University, 4-1-1 Osakaue, Hino-shi

Tokyo, 191-8510, Japan
2) Faculty of Education, Tokyo Gakugei University, 4-1-1 Nukuikita-machi, Koganei-shi Tokyo, 184-8501,

Japan3) Faculty of Fashion Science, Bunka Gakuen University, 3-22-1 Yoyogi, Shibuya-ku Tokyo, 151-8523,

Japan* Corresponding author: Mai Tsukazaki, E-mail: tsukazaki-mai@jissen.ac.jp

23

１． 緒言皮脂に含まれるタンパク質や油脂は無色であり，繊維に付着した汚れを目視で確認し除去することは困難である 1,2)。洗浄によりタンパク質汚れがどの程度除去されたのかを評価するために，繊維に付着したタンパク質を定量する方法が必要となるが，一般的に，
強アルカリ条件での長時間抽出 3～5)，必要に応じ抽出物の分離処理を行い，Bradfor 法，
Lowr 法，ビシンコニン酸（BCA）法といった呈色反応を利用したタンパク質定量法で，溶液の吸光度測定を行う定量方法が用いられている 6～9)。これらの方法は時間を要し，さらに抽出過程で誤差を抑制するためには熟達した技術を必要とされる。そのため，短時間で簡潔な手順の定量方法が求められており，様々な視点から研究がなされている 10～12)。
BCA 法は Fig.1 に示したように銅（Ⅱ）イ
オンがタンパク質によって還元され，ビシン
コニン酸と BCA-Cu 錯体を形成する。この錯体は最大吸収波長 562 nm の呈色を示し，吸光度測定によりタンパク質量を定量する。
また，他の定量法よりタンパク質の種類による影響，および界面活性剤の共存による影響が少ないとされており 13,14)，繊維基質に付着したタンパク質定量に適する方法であると考える。
著者らはこれまで，綿金巾白布を反応基質とし，モデルタンパク質としてウシ血清アル
ブミンを付着させ，BCA 法による呈色反応を利用した直接定量法を検討し，表面反射率とアルブミン濃度に高い相関性があり，検量線による定量が可能であることを報告した
15)。また，BCA 法において銅（Ⅰ）イオン

は空気中の酸素の影響で酸化が促進されることが考えられ，透明ポリエチレンシートを用いて酸素との接触を避ける操作方法を検討し，K/S 値によるタンパク質濃度の高感度な評価が可能であることを明らかにした 16)。
本定量法は，タンパク質汚れを抽出処理する必要がなく，呈色反応と反射率測定によってタンパク質を簡便かつ迅速に定量することが可能である。この特徴は，既知量のタンパ
ク質を付着させた汚染布を用いた洗浄試験において，タンパク質の除去率を容易に把握することに活用でき，これによりタンパク質汚れの除去に効果的な新洗浄基材や防汚加工等の繊維材料開発に寄与できると考える。
実際のタンパク質汚れが付着する基質は被服であり，それには多様な繊維素材が用いられている。また，繊維の集合体である布帛
においても織りや厚さの違いがある。本研究では織りや厚さが異なる綿白布，および繊維種の異なる平織り布を試験布に用い，前報と同様の BCA 呈色反応を行った時の布帛の種類による影響を検討した。

２． 実験
2.1 試薬および装置
タンパク質は前報と同様にウシ血清アルブ
ミン（生化学用，結晶品，富士フイルム和光
純薬製）を用い，0.5～0.04 ％（w/v）水溶液とした。BCA 法にはビシンコニン酸ナト
リウム（Thermo Science 製）を用いた。その他の試薬は富士フイルム和光純薬製の試薬特級を実験に供した。
水はイオン交換水を蒸留した後，超純水装
置 Simplicity UV（MERCK 製）で処理したものを使用した。ビシンコニン酸ナトリウム
１ｇ，炭酸ナトリウム 1.71ｇ，酒石酸ナトリ
ウム二水和物 0.16 g，水酸化ナトリウム 0.4 g，
炭酸水素ナトリウム 0.95 g を水 95 mL に溶解
し ， 50 ％ 水 酸化 ナ ト リウ ム 水 溶 液で pH
11.25 に調製し，これを BCA 法の A 液とした。BCA 法の B 液は，硫酸銅五水和物 0.4 g

Fig 1．BCA reduction reaction cycle andOxidation by oxygen in the air.

24

を水 9.6 mL に溶解して調製した。試験当日

予備実験で繊維表面のロウ質で試薬がぬれ広に A 液と B 液を 50：1（v/v）に混合して C

がりにくいことがわかっており，ロウ質除去

液とし，反応に用いた。

のため直鎖アルキルベンゼンスルホン酸ナト
リウム 0.05％（w/v）溶液で精練したものを

2.2 試験布の種類用いた。

試験布は，日本規格協会が提供している
JIS 染色堅牢度試験用の綿カナキン３号を基

2.3

試験布の構造および繊維種の反射率

準布（綿繊維，平織布）として，織りまたはへの影響

厚さが異なる綿布を Fig. 2 に示す通り合計６

試験布の織りや厚さの違いは表面上に特徴種選定した。さらに，平織りで繊維種の異な的な凹凸構造を生じ，試薬の浸透状態ならびる布帛を８種選定し，試験布に用いた。これに反射率の測定に影響を与えることが予想さ

ら１４種の試験布について Table １に示す。

れる 17,18)。同様に，繊維種の違いにより色

試験布はエタノール：水＝1：1（v/v）の相や表面状態がわずかに異なることが推測さ混合溶液に一晩浸漬して精練し，2.5 cm ×

れる。これらの影響を検討するため，紫色の2.5 cm に裁断して試験に用いた。羊毛は，水溶性染料カヤシオンバイオレット P-3R を0.01 ％（w/v）の水溶液とし，BCA 法で滴下する試薬液総量と同量を各試験布へ滴下し，反射率を測定した。染料滴下前後の値を比較することで，試験布の織り，繊維種による反射率への影響を評価した。
実験手順は次の通りに行った。透明ポリエ
チレンシート（厚さ 0.04 mm，以下 PE シート）の半分の部分に試験布を置き，マイクロシリンジで 28.8 µL/cm2 滴下した。直ぐにシートを中央部分で二つ折りにして試験布を挟
み 5 分静置した後，ハンディ型分光色差計（NF555 日本電色工業製）および専用ソフト

Fig 2．Images of six types cotton swatch（ColorMate Pro，同社製）を使用し， 560

Table 1 Distributor and basic physical characteristics of swatch fabrics
Distributor

Weight-2g・cm
Canequim

CottonThicknessmm

Yarn Density
number of yarns / cm2
warp

weft

0.010

0.23

29

26

Plain weave(1) Sentaku Kagaku Association

0.015

0.35

25

23

Plain weave(2) Swissatest

0.019

0.32

24

24

ParcaleSwissatest

0.010

0.16

46

45

Twill

Swissatest

0.020

0.36

40

21

Satin

Japanese Standards Association

Shikisensha

0.013

0.26

31

56

Linen

Shikisensha

0.013

0.26

21

21

Cuprammonium rayon Plain weave

Japanese Standards Association

0.007

0.10

53

37

Diacetate

Shikisensha

0.007

0.10

39

26

Polyester

Japanese Standards Association

0.006

0.08

41

37

Shikisensha

0.006

0.10

43

34

Shikisensha

0.011

0.21

54

28

Japanese Standards Association

0.011

0.28

25

23

Shikisensha

0.006

0.12

51

37

Nylon(6)Plain weave

T/C(65/35)
Wool
Silk

Plain weave25

nm の表面反射率を測定した。測定は，歪みを滴下し，反射率を測定した結果を Fig．3が生じないようシートの上から垂直に押し当に示す。染料滴下後の測定箇所による値の変て，試験布１枚につき４か所の反射率を測定

動を表すため標準偏差をエラーバーとして付し，その平均値を用いた。なお，試験布１枚した。

の厚さが，基準とする綿金巾の半分以下であ

綿白布６種について，シートで被覆した時る，銅アンモニアレーヨン，ジアセテート，の反射率は 76～80 ％であり，染料滴下後のポリエステル，ナイロンの４種は，他種との反射率は 37～40 ％となった。パーケール，

厚さの差を抑えるため，２枚を重ねて試験布ツイル，サテンの３種は，染料滴下後の反射として用いた。

率が基準布と比較して，2～3 ％高い値となったが，測定箇所による反射率の差は小さく，

2.4 BCA 反応における各試験布の影響

測定への大きな影響はないと考えられる。パ

BCA 法 C 液に対する各試験布の呈色反応

ーケールについては，Table１に示すようにとタンパク質の定量性を検討するため，０，試験布の厚さが基準布の約 70 ％と薄いため，

4.8，24 µg/cm2 濃度のアルブミン溶液を，各染料液が試験布から滲出する様子が確認され，試験布に滴下した上で C 液を反応させ，反これがムラとしてエラーバーに現れたと考え射率を測定した。実験手順は、PE シートのる。また，ツイル，サテンの２種では，表面半分に試験布を置き，マイクロシリンジで水の糸面積が平織りよりも大きくなり，光の反８µL/ cm2，アルブミン溶液 4.8 µL/cm2 を滴射量が増加したことが反射率へ影響したと推下してシートを閉じ，５分静置した後，シー測された。

トを開いて C 液を 24 µL/cm2 滴下して再びシ繊維種の異なる８種の反射率を Fig.４に示ートを閉じ，25 ℃の低温恒温槽に静置してす。ここには、基準布の反射率も併記した。

反応させた。試験布の呈色は，先述の 2.3 のシートで被覆した８種の布の反射率は 72～

通りに反射率の測定を行った。

81 ％，であり，染料滴下後の反射率は 37～
49 ％となった。このように，繊維種の異な３．結果および考察
3. 1 試験布の構造および繊維種の反射率への影響
織り，厚さの異なる綿繊維の試験布へ染料る試験布では数値に差が生じた。麻，T/C 布

Fig 3．Reflectance of Cotton swatch and purple dye
dropped swatch (N=4)

Fig 4．Reflectance of different fiber types swatch andpurple dye dropped swatch (N=4)

は，セルロース繊維を含んでおり，厚さが近いことが共通する。

26

羊毛は，白布の反射率はやや低いが，染料滴下後の値は基準布に近似している。羊毛は精練によってセルロース繊維同等の吸水性をもつようになり，さらに厚さも近似していることから，麻，T/C 布と近い値となったと考えられる。
銅アンモニアレーヨン，ジアセテート，ポリエステル，ナイロン，絹の各布は，フィラメント糸であるため，染料のぬれにより反射
光が基準布と比較し大きくなったと考えられる。また，これらの布は綿パーケールと同様に厚さが薄く染料液が測定時に流動する様子が確認され，標準偏差値が大きくなった。特に，ポリエステルは繊維自体が疎水性である

Fig 5．Effect of albumin concentration onreflectance at cotton swatch (N≧4)

ため液が流動しやすく，他試験布と比較して反射率が高くなったと推測される。

繊維のセルロース分子上の OH 基，二重結合

以上，綿繊維の織りおよび厚さの影響，

構造と BCA 分子との関連，または製品とし繊維種による反射率の影響を検討した結果，ての布帛上に残留する繊維処理剤の影響とも綿繊維である場合は，平織よりもサテン，ツ考えられる。平織 (1)，ツイルは，この綿繊

イルはわずかに反射率が高くなる傾向が見ら

維との呈色反応が厚さや構造の関係により，れたが，総じて大きな差ではなかった。すな

反射率の低さとして表れたと推測できる。一わち，綿繊維の場合は試薬液の滲出や流動が方，平織 (2)は，基準布より明らかに濃い呈多くなければ，近似した値となることがわか色を示していることから，C 液と反応性をもった。 一方，繊維種が異なる場合には，繊つ何らかの物質，例えば酵素を用いた繊維処

維の親水性・疎水性および布の厚さが試薬液

理剤 19) 等が付着し，呈色反応が促進されたの保持性に影響し，反射率が異なってくるこことが考えられる。サテン，パーケールは，とがわかった。

それぞれ表面上の糸面積の影響，試薬の流動

これらの特性を踏まえ，各種布帛を基質とによる影響で反射率が基準布より高くなったして用い，BCA 反応を行った場合の反射率へが，付着物等の影響はないと考えられた。

の影響を検討した。

さらに，これら５種の綿布はアルブミン濃度が増加するに従い，反射率値は基準布に近3.2 BCA 反応における綿布の織りおよび厚い値となり，24 µg/cm2 濃度の場合，試験布さの影響による値の差は５％以内に収束している。す0，4.8，24 µg/cm2 濃度のアルブミン溶液を，

なわち，綿繊維の場合は，タンパク質を共存

５種の綿布へ滴下し，BCA 呈色による反射

させた場合，低濃度では試験布の特徴が反射率を測定した結果を Fig．5 に示す。

率に影響を与えるが，比較的高いタンパク質

アルブミン濃度が０の場合，3.1 で述べた濃度の場合はその影響は小さいことが明らか

反射率の近似は見られず，BCA 溶液では平となった。

織 (1)，平織 (2)，ツイルで反射率は７～15 ％
基準布より低くなった。なお，綿繊維は C

3.3 BCA 反応における繊維種の影響

液とわずかに反応して呈色するが，タンパク

繊維種の異なる８種の試験布を基質に用い，質定量に影響を与えない程度であることは前綿布と同様，BCA 呈色による反射率を測定

報にて把握している 16)。今回の結果は，綿27

官能基の大半が酢酸化されていることから，
C 液と反応しにくいためと考えられる。T/C
布の場合は，綿の吸水性により試薬液が保持されたため，基準布のように呈色反応が起こるが，繊維の 65 ％を占めるポリエステルは，
化学反応性が低い繊維であるため C 液への反応が起こりにくく，基準布よりも反射率が高くなったと考える。
ポリエステルは，疎水性で厚さも薄く，C液の保持量が少ないため，全体として高い反射率を示すが，アルブミン濃度にしたがって反射率の減少が見られ，その曲線は基準布と同様であった。ナイロンは，ポリエステルよりも反射率が低くなり，ナイロン繊維中のアミド結合による C 液との反応または吸水性

Fig 6．Effect of albumin concentration onreflectance at swatch of different fiber
types (N≧4)

による C 液の保持性が影響したものと考える。
以上，麻，ジアセテート，T/C 布，ポリエ

した結果を Fig. 6 へ示す。

ステル，ナイロンの５種に関しては，各繊維

羊毛および絹布は，アルブミン濃度が０でで値の差はあるものの，アルブミン濃度に応あっても，それぞれの反射率は 22 ％，５ ％

じた明確な反射率の低下が確認され，BCAであり，非常に濃い呈色を示した。これらは呈色反応を用いたタンパク質定量が可能であタンパク質繊維であり，繊維自体が BCA 反ることが明らかとなった。 一方，羊毛，絹応を起こしてしまうことから，羊毛，絹布でおよび銅アンモニアレーヨンは C 液との反は BCA 呈色反応を利用して布上に付着した応が起き，BCA 反応によるタンパク質定量

タンパク質汚れを定量することできないことには適さないことがわかった。

が判明した。
銅アンモニアレーヨンの場合，アルブミン

３．４ 各試験布のタンパク質定量性

濃度が０の時，同じくセルロース系半合成繊

反射率の値を小数としたものを R とし，維であるジアセテートと比較すると，20 ％Kubelka-Munk の式（K/S ＝ (１－R)2/2R）を

近く低い値を示している。さらに，アルブミ用いて各試験布の K/S 値を求め，５種の綿布

ン濃度の増加による呈色反応は，他の繊維種におけるアルブミン濃度との関係を Fig．7，と比較して鈍化していることがわかった。こ

繊維種の異なる５種の試験布におけるアルブ

れは，銅アンモニアレーヨンはその製造過程

ミン濃度との関係を Fig. 8 に示す。アルブミにおいて銅イオンを用いるため，その銅イオンの濃度範囲 0～24 µg/cm2 で近似直線を求め，

20)し，BCA 呈色反応に影響したと

その直線の傾きから定量性を評価した。なお，

ンが残留考えられる。

明らかに定量性が確認されなかった羊毛，絹麻，ジアセテート，および T/C 布は，アルおよび銅アンモニアレーヨンは図から除外しブミン濃度にしたがって，基準布と近似したた。

反応性を示した。しかし，アルブミン濃度０Figure 8 において，平織(1)とサテンは基準のときには，繊維自体と C 液の反応性は小布の直線と非常に近い傾きを示した。また，さかった。この理由は，麻のセルロース分子

パーケールとツイルは基準布より傾きがややの結晶領域が綿よりも多く，ジアセテートは，

小さい直線を示したものの，アルブミンの定28

Fig 7．Correlation between K / S value andalbumin concentration at cotton swatch

Fig 8．Correlation between K / S value andalbumin concentration at swatch of different
fiber types.

量性としては良好であった。Figure 8 より，に，繊維の種類に由来する影響として，繊維

T/C 布も綿繊維の試験布同様に基準布と近似

分子と BCA 法 C 液との反応の有無が挙げらした直線が得られることがわかった。麻とナれた。次に，布帛の試薬の保持性すなわち試

イロン，およびジアセテートとポリエステル

薬液のぬれや滲出の程度，さらに，繊維加工が，それぞれ非常に近似した直線を示し，傾剤等の付着物の影響が確認された。これらにきは基準布より小さくなった。

より，総じて BCA 呈色反応が基準布よりも以上より，各試験布の K/S 値を用いてタン進行し，反射率が低下する傾向や，試薬の保パク質の定量性を検討した結果，綿平織(1)，持性が低い場合には反射率が高くなる傾向が

綿サテン，T/C 布は高い定量性を示し，次い見られた。

で，麻，ナイロン，綿パーケール，綿ツイル

C 液との反応が確認された羊毛および絹のの直線の傾きが大きく，ジアセテート，ポリタンパク質繊維布，銅アンモニアレーヨンをエステルの順に定量性は良好であった。

除き，綿繊維布および混紡布は定量性が高く，

このことから，布帛上のタンパク質量を，

それ以外は綿より低くなるが定量性は良好でBCA 呈色反応を用いて定量する場合，高いあった。

定量性を確保するためには，繊維種が同一の以上から，本定量法を適用する布帛は，検ものである場合も布帛の構造や厚さ，すなわ

量線の作成が必要であることがわかった。今

ち表面状態の反射率への影響がわずかに表れ

後，吸水性を主として，布帛の特性に応じ試ることや，繊維加工剤等の付着物の影響が表

薬液量の調整等，工夫を進めることで，さられるため，対象とする布帛で検量線を作成しに高精度の定量条件を見出すことが期待されておくことが必要である。

る。

４．結論
試験布の織りと厚さ，および繊維種による，
布帛上タンパク質直接定量法への影響を検討した。結果として，布帛の織りおよび厚さの影響は布帛表面の反射光の変化により反射率がわずかに上昇することが確認された。さら謝辞：本研究は科研費

JSPS KAKENHI

Grant Number JP20K13808 の助成を受けて行
いました。

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30

MATERIAL TECHNOLOGY 材料技術
昭和62年8月5日第三種郵便物許可

令和4年6月25日発行（隔月25日発行）

第40巻

第３号

定価2,100円