JPS6086449A - 光学的センサーおよびそれを使用する方法 - Google Patents
光学的センサーおよびそれを使用する方法Info
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- JPS6086449A JPS6086449A JP59193822A JP19382284A JPS6086449A JP S6086449 A JPS6086449 A JP S6086449A JP 59193822 A JP59193822 A JP 59193822A JP 19382284 A JP19382284 A JP 19382284A JP S6086449 A JPS6086449 A JP S6086449A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は液体の分栢、より詳細には蛍光型センサーに関
する。
する。
pHの測定は広範な生物学的研究に2いて望まれる。以
前のpHセンサーには電気化学的電極型のもの、および
光学的に感じるpH感受性色素系指示薬を用いる光学的
(吸光に基づくものおよび蛍光に基づくものを含む)p
Hセンサーが含まれていた。インビボ用の吸光に基づく
光学的pHセンサーはピーターソyらの米国特許第4.
200.t l 。
前のpHセンサーには電気化学的電極型のもの、および
光学的に感じるpH感受性色素系指示薬を用いる光学的
(吸光に基づくものおよび蛍光に基づくものを含む)p
Hセンサーが含まれていた。インビボ用の吸光に基づく
光学的pHセンサーはピーターソyらの米国特許第4.
200.t l 。
号明細書に示されている。サージおよびシーツ(Sgi
tz) の“不動化フルオレセインアミンに基づくpH
センサー“(アナリテイカル・ケミストリー、1982
.54:821−823)には、フルオレセイ/アミ/
および単一励起波長を用いるpHセンサーが記載されて
いる。この種のセンサーは、たとえば試料中に存在し、
蛍光団(fLttorphoτ)の蛍光を抑える種類の
ものによる妨害、まだは経時的な蛍光団の分解に基づく
誤差を生じやすい。
tz) の“不動化フルオレセインアミンに基づくpH
センサー“(アナリテイカル・ケミストリー、1982
.54:821−823)には、フルオレセイ/アミ/
および単一励起波長を用いるpHセンサーが記載されて
いる。この種のセンサーは、たとえば試料中に存在し、
蛍光団(fLttorphoτ)の蛍光を抑える種類の
ものによる妨害、まだは経時的な蛍光団の分解に基づく
誤差を生じやすい。
一観点によれば、本発明は不動化されたpH感受性蛍光
団、該蛍光団を分析すべき試料に暴蕗する/ζめの手段
、該蛍光団を第1波長および第2波長において励起する
だめの手段、励起された蛍光団が発する蛍光の強度を感
知するだめの検出手段、ならびに検出手段によシ感知さ
れた蛍光強度の比を、分析すべき試料の特性の尺度とし
でめるだめの手段を含む、蛍光に基づく光学的センサー
を特色とする。
団、該蛍光団を分析すべき試料に暴蕗する/ζめの手段
、該蛍光団を第1波長および第2波長において励起する
だめの手段、励起された蛍光団が発する蛍光の強度を感
知するだめの検出手段、ならびに検出手段によシ感知さ
れた蛍光強度の比を、分析すべき試料の特性の尺度とし
でめるだめの手段を含む、蛍光に基づく光学的センサー
を特色とする。
本発明はpH感受性蛍光団の酸型と塩基型(それぞれH
BおよびB−)の関係、および蛍光団の基底状態と励起
状態の関係を利用する。蛍光団の形態間の関係は下図に
よシ表わすことができる。
BおよびB−)の関係、および蛍光団の基底状態と励起
状態の関係を利用する。蛍光団の形態間の関係は下図に
よシ表わすことができる。
ρに−
H悩 −一一二==さ B−% 十 H”1−
ここでHf およびB→ はそれぞれ励起状態における
酸型と塩基型を表わし、K(Lおよびに−はそれぞれ基
底状態および励起状態における蛍光団の解離定数である
。I(Bがその励起波長λ1の輻射線を吸収した場合、
励起状態の#型HB■が波長ノ2の蛍光を発する。B−
がその励起波長λ3の輻射線を吸収した場合、これはλ
4の蛍光を発する。励起状態において、HB’% が蛍
光を発する速度と等しいかまたはこれよ多も大きな速度
でイオン化すると、これはイオン化してH+およびB→
を生成する。B−%は次いtλ4の蛍光を発する。
酸型と塩基型を表わし、K(Lおよびに−はそれぞれ基
底状態および励起状態における蛍光団の解離定数である
。I(Bがその励起波長λ1の輻射線を吸収した場合、
励起状態の#型HB■が波長ノ2の蛍光を発する。B−
がその励起波長λ3の輻射線を吸収した場合、これはλ
4の蛍光を発する。励起状態において、HB’% が蛍
光を発する速度と等しいかまたはこれよ多も大きな速度
でイオン化すると、これはイオン化してH+およびB→
を生成する。B−%は次いtλ4の蛍光を発する。
蛍光団の酸型と塩基型の相対量はpH依存性であるので
、双方の励起波長λ1およびλ3を用いてλ4で測定さ
れた蛍光強度の比、あるいはλ1の励起波長を用いてλ
2およびλ4で測定された蛍光強度の比をめることによ
シ、得られるpH決定強度比は測定される絶対強度値に
影響を与える線源の強度の変動、蛍光の抑制、および蛍
光団の緩徐な消失もしくは分解などの因子に非感受性と
なる。従ってこのセンサーは蛍光の発生を妨害する種を
含む可能性のある溶液に用いることができ、また長期間
にわたって読み誤シなしに用いる仁とができる。
、双方の励起波長λ1およびλ3を用いてλ4で測定さ
れた蛍光強度の比、あるいはλ1の励起波長を用いてλ
2およびλ4で測定された蛍光強度の比をめることによ
シ、得られるpH決定強度比は測定される絶対強度値に
影響を与える線源の強度の変動、蛍光の抑制、および蛍
光団の緩徐な消失もしくは分解などの因子に非感受性と
なる。従ってこのセンサーは蛍光の発生を妨害する種を
含む可能性のある溶液に用いることができ、また長期間
にわたって読み誤シなしに用いる仁とができる。
このセンサーは適切なpKαをもつ蛍光団を選ぶことに
より種々のpH範囲に適合させる仁とができる。蛍光団
は種々の形態でセンサーに用いることができる。これに
はイオン交換膜に不動化されたもの、液体試料中の水素
イオンに対しては透過性であるが蛍光団そのものに対し
ては透過性でないパウチ状の膜の内側に入れられたもの
、イオン交換樹脂に付着したもの、あるいは蛍光団のイ
オン化が著しく妨害されずかつ蛍光団が溶解または他の
化学反応によシ液体試料中へ失わnることなく蛍光団が
液体試料と接触しうる他の形態のものが含まれる。用い
られる励起波長および発光波長は、蛍光団の酸型および
塩基型の励起スペクトルおよび発光スペクトルによ、り
定められる。たとえば酸型および塩基型を異なる波長で
励起させることができ、蛍光強度を双方の励起に関して
同一波長で測定することができる。あるいは、酸型と塩
基型を同一波長で励起することができ(2つの型の励起
スペクトルが十分にl複する場合)、1だ蛍光強度を2
種の異なる波長(酸型の発光波長および塩基型の発光波
長)で測定し、比をめるのに必要な2種の強度値を得る
こともできる。
より種々のpH範囲に適合させる仁とができる。蛍光団
は種々の形態でセンサーに用いることができる。これに
はイオン交換膜に不動化されたもの、液体試料中の水素
イオンに対しては透過性であるが蛍光団そのものに対し
ては透過性でないパウチ状の膜の内側に入れられたもの
、イオン交換樹脂に付着したもの、あるいは蛍光団のイ
オン化が著しく妨害されずかつ蛍光団が溶解または他の
化学反応によシ液体試料中へ失わnることなく蛍光団が
液体試料と接触しうる他の形態のものが含まれる。用い
られる励起波長および発光波長は、蛍光団の酸型および
塩基型の励起スペクトルおよび発光スペクトルによ、り
定められる。たとえば酸型および塩基型を異なる波長で
励起させることができ、蛍光強度を双方の励起に関して
同一波長で測定することができる。あるいは、酸型と塩
基型を同一波長で励起することができ(2つの型の励起
スペクトルが十分にl複する場合)、1だ蛍光強度を2
種の異なる波長(酸型の発光波長および塩基型の発光波
長)で測定し、比をめるのに必要な2種の強度値を得る
こともできる。
このセンサーを他の用途のために、たとえば不動化され
た蛍光団を炭酸水素塩溶液溜めの末端に固定し、この蛍
光団の上方にCO□ 透過性膜を配置することによシ、
CO□センサーとして適合させることができる。この種
のセンサーを分析すべき試料溶液と接触させて設置する
と、試料中のCO2はCO2透過性膜を通して炭酸水素
塩溜め中へ拡散するであろう。溶液中のCO8と溜めの
炭酸水素塩との間に得られる平衡によシ、溶液のpHが
変化し、この変化が不動化された蛍光団によシ感知され
る。得られるpH測定値が試料中のCO2量の尺度を与
える。
た蛍光団を炭酸水素塩溶液溜めの末端に固定し、この蛍
光団の上方にCO□ 透過性膜を配置することによシ、
CO□センサーとして適合させることができる。この種
のセンサーを分析すべき試料溶液と接触させて設置する
と、試料中のCO2はCO2透過性膜を通して炭酸水素
塩溜め中へ拡散するであろう。溶液中のCO8と溜めの
炭酸水素塩との間に得られる平衡によシ、溶液のpHが
変化し、この変化が不動化された蛍光団によシ感知され
る。得られるpH測定値が試料中のCO2量の尺度を与
える。
好ましい蛍光団はスルホン化芳香族酸、たとえハ4.5
−ジヒドロキシナフタリン−2,7−ジスルホン酸;3
,4−ジヒト80キシー9,10−ジオキシ−2−アン
トラセンスルホン酸:ピロガロールスルホンフタレイン
:および9−カルボキシ−10−アントラセンスルホン
酸である。好ましくは蛍光団は励起に際して少なくとも
3 pH単位低下するρに値をもち、蛍光団の反応速度
は、励起された蛍光団が蛍光を発する前に本質的に完全
に、励起状態の蛍光団の平衡が成立する程度のものであ
る。特定の実施態様においては、8− ヒドロキシ−1
,3,6−ピレントリスルホン酸を蛍光団として用い、
陰イオン交換膜上に不動化する。蛍光団はpHセンサー
デバイスで分析すべき試料に直接に暴露すれ、CO2セ
ンサ−デバイス中のシリコーンゴムに近接される。この
実施態様においては、蛍光団が405〜470 nmの
波長で励起され、蛍光が510 nmで感知され、励起
源および検出器は分析室の外側にあシ、ファイバーオプ
チック構造物によシ反応室と連絡する。
−ジヒドロキシナフタリン−2,7−ジスルホン酸;3
,4−ジヒト80キシー9,10−ジオキシ−2−アン
トラセンスルホン酸:ピロガロールスルホンフタレイン
:および9−カルボキシ−10−アントラセンスルホン
酸である。好ましくは蛍光団は励起に際して少なくとも
3 pH単位低下するρに値をもち、蛍光団の反応速度
は、励起された蛍光団が蛍光を発する前に本質的に完全
に、励起状態の蛍光団の平衡が成立する程度のものであ
る。特定の実施態様においては、8− ヒドロキシ−1
,3,6−ピレントリスルホン酸を蛍光団として用い、
陰イオン交換膜上に不動化する。蛍光団はpHセンサー
デバイスで分析すべき試料に直接に暴露すれ、CO2セ
ンサ−デバイス中のシリコーンゴムに近接される。この
実施態様においては、蛍光団が405〜470 nmの
波長で励起され、蛍光が510 nmで感知され、励起
源および検出器は分析室の外側にあシ、ファイバーオプ
チック構造物によシ反応室と連絡する。
これら特定の実施態様においては、光学的pHセンサー
は分枝末端がそれぞれ多波長光源および幅狭いサンドゝ
インチ型検出システムに連結される二叉(hiftbr
cαttd)7アイバーオプチソクスを含む。二叉7ア
イバーオプテツクスの共通の末端に、pH感受注蛍光団
(8−ヒドロキシ−1,3,6〜ピレン トリスルホン
酸)が静′覗結合しているイオン交換膜が固定される。
は分枝末端がそれぞれ多波長光源および幅狭いサンドゝ
インチ型検出システムに連結される二叉(hiftbr
cαttd)7アイバーオプチソクスを含む。二叉7ア
イバーオプテツクスの共通の末端に、pH感受注蛍光団
(8−ヒドロキシ−1,3,6〜ピレン トリスルホン
酸)が静′覗結合しているイオン交換膜が固定される。
蛍光団を不動化した膜が試料溶液中に浸漬された状態で
、蛍光強度■Faは発光波長札(510yLi) にお
いて酸型蛍光団を励起する4 05 nmの波長λヶを
用いて測定され、蛍光強度T−Fbは同−発光波長へに
おいて塩基型蛍光団を励起する4 7 Q nmの波長
λbを用いて測定され、工Fb/XF(L の比が試料
のpHの尺度としてめられる。
、蛍光強度■Faは発光波長札(510yLi) にお
いて酸型蛍光団を励起する4 05 nmの波長λヶを
用いて測定され、蛍光強度T−Fbは同−発光波長へに
おいて塩基型蛍光団を励起する4 7 Q nmの波長
λbを用いて測定され、工Fb/XF(L の比が試料
のpHの尺度としてめられる。
本発明のこの実施態様は特に8−ヒト90キシ−1、3
,6−ピレントリスルホン酸(HOPSA)のトリナト
リウム塩の蛍光に基づいて生理学的7)Hを測定するた
めに特に有用である。HOPSAは生理学的pH範囲の
中央の7.3というPK(Lをもち、またHOPSAは
他の部分は疎水性の構造上に3個のスルホネート基をも
つため陰イオン交換体上に好都合にかつ本質的に不可逆
的に不動化されるからである。
,6−ピレントリスルホン酸(HOPSA)のトリナト
リウム塩の蛍光に基づいて生理学的7)Hを測定するた
めに特に有用である。HOPSAは生理学的pH範囲の
中央の7.3というPK(Lをもち、またHOPSAは
他の部分は疎水性の構造上に3個のスルホネート基をも
つため陰イオン交換体上に好都合にかつ本質的に不可逆
的に不動化されるからである。
本発明の他の特色および利点は、図面と関連づけた以下
の特定の実施態様に関する記述の進展に伴って認識され
るであろう。図面において第1図は本発明の特定の実施
態様の略図であシ;第2図は第1図のセンサーに用いら
れるファイバーオプチック構造物の共通の末端に固定さ
れた蛍光団不動化膜の略図であシ: 第3図は第1図の実施態様に用いられた不動化された蛍
光団の励起スパクトルおよび発光スイクトルを示すグラ
フであシ: 第4図は励起波長405ルmおよび470 nmにおけ
る不動化された蛍光団の蛍光強度対pHを示すグラフで
あり: 第5図は相対蛍光強度の比対pHを示すグラフであシ; 第6図は二酸化炭素を測定するだめの他の実施態様の一
部を示す略図で必り:そして 第7図は第6図に示された装置における4種の異なる炭
酸水素塩濃度における蛍光強度対二酸化炭素を示すグラ
フである。
の特定の実施態様に関する記述の進展に伴って認識され
るであろう。図面において第1図は本発明の特定の実施
態様の略図であシ;第2図は第1図のセンサーに用いら
れるファイバーオプチック構造物の共通の末端に固定さ
れた蛍光団不動化膜の略図であシ: 第3図は第1図の実施態様に用いられた不動化された蛍
光団の励起スパクトルおよび発光スイクトルを示すグラ
フであシ: 第4図は励起波長405ルmおよび470 nmにおけ
る不動化された蛍光団の蛍光強度対pHを示すグラフで
あり: 第5図は相対蛍光強度の比対pHを示すグラフであシ; 第6図は二酸化炭素を測定するだめの他の実施態様の一
部を示す略図で必り:そして 第7図は第6図に示された装置における4種の異なる炭
酸水素塩濃度における蛍光強度対二酸化炭素を示すグラ
フである。
第1図の検出システムは、二叉ファイバーオブチツクチ
ャンネル14の共通の末端12に固定された膜10を含
む。チャンネル分枝18の末端16はフィルターホイー
ルホルダー20に貫通固定され、フィルターホイールは
光源26(250W、5000ルーメ/のタングステン
ハロゲンラ/プ)とチャンネル分枝18の間の光路に選
択的に介在するフイIレター22.24を備えている。
ャンネル14の共通の末端12に固定された膜10を含
む。チャンネル分枝18の末端16はフィルターホイー
ルホルダー20に貫通固定され、フィルターホイールは
光源26(250W、5000ルーメ/のタングステン
ハロゲンラ/プ)とチャンネル分枝18の間の光路に選
択的に介在するフイIレター22.24を備えている。
チャンネル分枝300末端28はフィルター34を有す
る同様なフィルターホルダー32に貫通固定され、これ
によシファイバーオプチツクチャ/ネlし14の分枝3
0は光電子増倍管センサー36と光学的に連結する。ツ
ヤツタ−38がホルダー32とセンサー36の間に置か
れる。光電そ増倍管36の出力はプロセス回路部品40
に与えられ、このプロセンサー出力は適切な出力デバイ
ス42、たとえばストリップチャート記録計および/ま
たは表示装置に与えられる。
る同様なフィルターホルダー32に貫通固定され、これ
によシファイバーオプチツクチャ/ネlし14の分枝3
0は光電子増倍管センサー36と光学的に連結する。ツ
ヤツタ−38がホルダー32とセンサー36の間に置か
れる。光電そ増倍管36の出力はプロセス回路部品40
に与えられ、このプロセンサー出力は適切な出力デバイ
ス42、たとえばストリップチャート記録計および/ま
たは表示装置に与えられる。
llTi¥10は不動化された蛍光団を保持し、ファイ
バーオプチツクチャンネル14の末端12に固定され(
第2図に示されるように)、分光されるべき試料52を
入れたキュベツト50内に配置されるように調節される
。キュベツト50は遮光外被54内(C設置され、この
外被を通してファイ/1−オプチツクチャyネルの共通
の末端12が不動化された蛍光団を保持する膜10を分
析ずべき試料液に浸漬するだめに延びている。スターラ
ー56がキュベツト50の底にある。
バーオプチツクチャンネル14の末端12に固定され(
第2図に示されるように)、分光されるべき試料52を
入れたキュベツト50内に配置されるように調節される
。キュベツト50は遮光外被54内(C設置され、この
外被を通してファイ/1−オプチツクチャyネルの共通
の末端12が不動化された蛍光団を保持する膜10を分
析ずべき試料液に浸漬するだめに延びている。スターラ
ー56がキュベツト50の底にある。
膜10はイオン交換膜(RAエリサーチ・カンパニーR
−1035) を蛍光団(8−ヒドロキシ−1,3,6
−ピレントリスルホン酸、(HOPSA)のトリナトリ
ウム塩)の溶液に24時間浸漬することによって調製さ
れる。膜lOのd当たシネ勧化された蛍光団の量はもと
の溶液中の蛍光団の濃度ヲ変えることによって制御でき
る。
−1035) を蛍光団(8−ヒドロキシ−1,3,6
−ピレントリスルホン酸、(HOPSA)のトリナトリ
ウム塩)の溶液に24時間浸漬することによって調製さ
れる。膜lOのd当たシネ勧化された蛍光団の量はもと
の溶液中の蛍光団の濃度ヲ変えることによって制御でき
る。
使用に際しては、不動化されたEI OP S A蛍光
団を含む膜10をキュベツト50中の試料液52に浸漬
し、蛍光団を405 nmの輻射線(フィルター22)
および470 nmの輻射線(フィルター24)で交互
に励起する。510ルm(フィルター34)で得られた
蛍光団の蛍光は、光電子増倍管36により感知され、感
知された2種の蛍光強匿の比がプロセッサ−40により
められ、出力デバイス42にpHの尺度として与えられ
る。
団を含む膜10をキュベツト50中の試料液52に浸漬
し、蛍光団を405 nmの輻射線(フィルター22)
および470 nmの輻射線(フィルター24)で交互
に励起する。510ルm(フィルター34)で得られた
蛍光団の蛍光は、光電子増倍管36により感知され、感
知された2種の蛍光強匿の比がプロセッサ−40により
められ、出力デバイス42にpHの尺度として与えられ
る。
第3図は酸型および塩基型双方の不動化された蛍光団の
励起(吸光)スペクトルおよび発光スにクトルを示す。
励起(吸光)スペクトルおよび発光スにクトルを示す。
曲線60はQ、 l M −HCl溶液に浸漬した蛍光
団の吸光スペクトルであシ:曲線62は2 M 、 K
OH溶液に浸漬した蛍光団の吸光スペクトルであり;曲
線64は塩基型蛍光団(OPSA)の蛍光スはクトルで
ある。第3図に示すように、酸型および塩基(OPSA
およびHOPSA)双方とも405 nmで励起される
が、塩基型(OPSA)は選択的に470 rLmで励
起される。
団の吸光スペクトルであシ:曲線62は2 M 、 K
OH溶液に浸漬した蛍光団の吸光スペクトルであり;曲
線64は塩基型蛍光団(OPSA)の蛍光スはクトルで
ある。第3図に示すように、酸型および塩基(OPSA
およびHOPSA)双方とも405 nmで励起される
が、塩基型(OPSA)は選択的に470 rLmで励
起される。
表1に結合したHOPSAの量が蛍光強度に与える影幹
を示す。
を示す。
表1
吸光産卵 41 67 92 100 100470r
LJ pH8,0 41JりrL/7L ■ 波長は励起波長を示す:吸光産卵の値は第3図の吸
光データを用いて判定した。
LJ pH8,0 41JりrL/7L ■ 波長は励起波長を示す:吸光産卵の値は第3図の吸
光データを用いて判定した。
認められるように、蛍光強度はd当たシの不動化HOP
SAの増量と共に最高値にまで増大する。
SAの増量と共に最高値にまで増大する。
約29μI 1crl のHOPSA負荷において最高
値に近接し、この値を越えると蛍光強度はごくわずかし
か増大しない。このデータから、相対蛍光強度が本質的
に吸光度開と平行であることも示される。
値に近接し、この値を越えると蛍光強度はごくわずかし
か増大しない。このデータから、相対蛍光強度が本質的
に吸光度開と平行であることも示される。
これは内部フィルター効果が、結合した蛍光団の量と共
に強度に影響を与える主要な因子であることを示す。こ
こに示されるように濃度による抑制が無いだめ蛍光団負
荷の大きな膜を使用することができ、これは蛍光団が徐
々に消失または分解した場合でも長期間使用できる。さ
らに、負荷が大きいため膜を通る光源輻射線の透過が制
限され、従って試料中の蛍光源の存在がpHの測定を妨
害することはないでろろう。
に強度に影響を与える主要な因子であることを示す。こ
こに示されるように濃度による抑制が無いだめ蛍光団負
荷の大きな膜を使用することができ、これは蛍光団が徐
々に消失または分解した場合でも長期間使用できる。さ
らに、負荷が大きいため膜を通る光源輻射線の透過が制
限され、従って試料中の蛍光源の存在がpHの測定を妨
害することはないでろろう。
第4図は405yLnL(曲線66)および4701L
rIL(曲線68)において励起された不動化HOPS
Aに関する相対蛍光強度対pHi示す。酸型および塩基
型双方ともpH6,0〜8.0では直線関係を示すこと
が認められる。蛍光強度の比をとることによシ、誤差の
原因(たとえば蛍光を抑える妨害種、線源強度の変化、
溶液のイオン強度、および蛍光団の緩徐な消失もしくは
分解)が相殺される。第5図の曲線70は励起波長47
0ルmで測定した蛍光強度/励起波長40531Bで測
定した蛍光強度の比対pHを示す。この実施態様(すな
わち蛍光団としてHOPSAを用いたもの)に関する使
用範囲が約PH6,0〜約8.0に及ぶことが認められ
る。これは生理学的用途に適切な範囲である。他の使用
pH範囲をもつ蛍光団は他の用途に適しているであろう
。
rIL(曲線68)において励起された不動化HOPS
Aに関する相対蛍光強度対pHi示す。酸型および塩基
型双方ともpH6,0〜8.0では直線関係を示すこと
が認められる。蛍光強度の比をとることによシ、誤差の
原因(たとえば蛍光を抑える妨害種、線源強度の変化、
溶液のイオン強度、および蛍光団の緩徐な消失もしくは
分解)が相殺される。第5図の曲線70は励起波長47
0ルmで測定した蛍光強度/励起波長40531Bで測
定した蛍光強度の比対pHを示す。この実施態様(すな
わち蛍光団としてHOPSAを用いたもの)に関する使
用範囲が約PH6,0〜約8.0に及ぶことが認められ
る。これは生理学的用途に適切な範囲である。他の使用
pH範囲をもつ蛍光団は他の用途に適しているであろう
。
pH7,30で40日間にわたって試験した不動化HO
PSA膜の安定性試験結果を表2にまとめる。
PSA膜の安定性試験結果を表2にまとめる。
毎日11回の測定をpH8,00および6.00におい
て、これら2種のpH値間で交互に行った。相対標準偏
差はPH8,OOでの測定に関しては3.4%、PH6
,00の測定に関しては3.7%であった。
て、これら2種のpH値間で交互に行った。相対標準偏
差はPH8,OOでの測定に関しては3.4%、PH6
,00の測定に関しては3.7%であった。
これは持ち込み(carry over)効果が小さい
ことを示す。
ことを示す。
表2
1100.0
2 97.8
3 100.9
5 101.9
10 99.0
15 99.0
20 100.9 。
25 100.9
30 99.0
35 97.1
40 93.2
特定の無機陽イオンおよび陰イオン、ならびに酸素およ
び蛋白質の影響をpH7,30の溶液に関して調べた。
び蛋白質の影響をpH7,30の溶液に関して調べた。
表3は、蛍光強度が代表的試料中で遭遇すると思われる
種と本質的に無関係であることを示す。
種と本質的に無関係であることを示す。
表3
なし 100.0
Ca+240 100.0
M、9+224 101.2
Fe+356 96.4
All+3 27 98.5
ZW+265 102.2
Ctb+263 100.0
Co+259 101.5
Ni+258 104.4
Cd+2112 100.7
PA+2 30 98.8
F3o−” 500 102.3
Pa−350096,4
C(r” 500 99.5
アセトン 5oo 99.7
シーウ酸塩 500 10□、2
蛋白質 10% 97.9
5% 101.5
酸素の存否の影響は表4にまとめる。試料溶液に下記に
示すように種々の期間窒素ガス(N2)を吹き込むこと
にょシ、試料から酸素を除去した。
示すように種々の期間窒素ガス(N2)を吹き込むこと
にょシ、試料から酸素を除去した。
同様に下記に示すように、酸素ガス(o2)を試料溶液
に種々の期間吹き込むことによ、!7酸素を添加した。
に種々の期間吹き込むことによ、!7酸素を添加した。
酸素の存在も不在も不動化HOPSAに関する蛍光強度
に有意の影響を与えないことが認められる。
に有意の影響を与えないことが認められる。
表4
相対蛍光強度
N2擲通
分
第1図に示す装置を用いた血清試料のpH値測測定結果
表5にまとめる。
表5にまとめる。
表5
1 7.32±0.08
2 7.40±0.02
3 7.35±0.03
≠ 11回の試験の平均pH値士標準偏差。
第6図は二酸化炭素測定のために設計されたセンサーシ
ステムを示す。PHH受性膜10’ (HOPSA12
.6μ9 /crAを負荷)および二酸化炭素透過性シ
リコーンゴム膜80を、適切な固定手段、たとえば0リ
ング84によシガラス管82の末端に固定する。ガラス
管82は既知濃度の炭酸水素塩溶液86で満たされ、フ
ァイバーオプチックチャンネル14′の共通の末端12
′は管82内に受容され、チャンネル14′は第1図に
示された型の輻射線源およびセンサー装置に連結してい
る。内部の炭酸水素塩溶液86の製置は関係する二酸化
炭素濃度が6.5〜8.0のpH変化を与えるように選
ぶべきである。このセンサーの応答時間に影響を与える
因子には、シリコーン膜8oおよびpH感受性膜10′
を通る二酸化炭素の拡散速度が含まれる。°第7図のグ
ラフは第6図に示すシステムの蛍光強度応答を二酸化炭
素濃度の関数として示す。標準二酸化炭素溶液86をチ
ャンネルの末端12′、膜10’および管82で囲まれ
た室内に装入し、一定容量(4,5m/’)の二酸化炭
素不含の酸試薬をキュベツト50′に管で送入した。ス
ターラー56′で2分間攪拌したのち試料52′の蛍光
強度を測定し、ファイバーオプチックチャンネル12′
を470 rLmで励起し、510ルmで発光を観察し
た。第6図に示すシステムの蛍光強度応答を種々の炭酸
水素塩濃度に関する二酸化炭素濃度の関1として第7図
のグラフに示す。曲線90− NaHCO3濃度1o−
4M;曲線92−NctHco3濃度10−3M ;曲
線94− NcLHCO3@度10−2M ; および
曲線96−NaHCO3濃g 10−” M 0 本発明の特定の実施態様を示し、それらにつぃて記述し
たが、当業者には種々の改変が明らかであシ、従って本
発明はここに示した実施態様またはその詳述に限定きれ
るものではなく、本発明の精神および範囲内においてこ
れらから発展することもできる。
ステムを示す。PHH受性膜10’ (HOPSA12
.6μ9 /crAを負荷)および二酸化炭素透過性シ
リコーンゴム膜80を、適切な固定手段、たとえば0リ
ング84によシガラス管82の末端に固定する。ガラス
管82は既知濃度の炭酸水素塩溶液86で満たされ、フ
ァイバーオプチックチャンネル14′の共通の末端12
′は管82内に受容され、チャンネル14′は第1図に
示された型の輻射線源およびセンサー装置に連結してい
る。内部の炭酸水素塩溶液86の製置は関係する二酸化
炭素濃度が6.5〜8.0のpH変化を与えるように選
ぶべきである。このセンサーの応答時間に影響を与える
因子には、シリコーン膜8oおよびpH感受性膜10′
を通る二酸化炭素の拡散速度が含まれる。°第7図のグ
ラフは第6図に示すシステムの蛍光強度応答を二酸化炭
素濃度の関数として示す。標準二酸化炭素溶液86をチ
ャンネルの末端12′、膜10’および管82で囲まれ
た室内に装入し、一定容量(4,5m/’)の二酸化炭
素不含の酸試薬をキュベツト50′に管で送入した。ス
ターラー56′で2分間攪拌したのち試料52′の蛍光
強度を測定し、ファイバーオプチックチャンネル12′
を470 rLmで励起し、510ルmで発光を観察し
た。第6図に示すシステムの蛍光強度応答を種々の炭酸
水素塩濃度に関する二酸化炭素濃度の関1として第7図
のグラフに示す。曲線90− NaHCO3濃度1o−
4M;曲線92−NctHco3濃度10−3M ;曲
線94− NcLHCO3@度10−2M ; および
曲線96−NaHCO3濃g 10−” M 0 本発明の特定の実施態様を示し、それらにつぃて記述し
たが、当業者には種々の改変が明らかであシ、従って本
発明はここに示した実施態様またはその詳述に限定きれ
るものではなく、本発明の精神および範囲内においてこ
れらから発展することもできる。
第1図は本発明の特定の実施態様の略図であシ:第2図
は第1図のセンサーに用いられるファイバーオプチツク
構造物の共通の末端に固定された蛍光団不動化膜の略図
であシ; 第3図は第1図の実施態様に用いられた不動化された蛍
光団の励起スペクトルおよび発光スペクトルを示すグラ
フであシ; 第4図は励起波長405 nmおよび470 fL17
Lにおける不動化された蛍光団の蛍光強度対pHを示す
グラフであシ: 第5図は相対蛍光強度の地対pHを示すグラフであシ; 第6図は二酸化炭素を測定するだめの他の実施態様の一
部を示す略図であシ;そして 第7図は第6図に示された装置における4種の異なる炭
酸水素塩濃度における蛍光強度対二酸化炭素を示すグラ
フである。 図面において数字はそれぞれ下記のものを表わす。 10:膜; 12=チヤンネル14の共通の末端14:
ファイバーオプテックチャンネル16:分枝18の末端
; 18:チャンネル分校20:フィルターホイールホ
ルダー 22:フィルター; 24:フイルター26:光源;
28:分枝3oの末端 30:チャンネル分枝: 32:フィルターホルダー3
4:フィルター: 36:光電子増倍管38:シャッタ
ー; 40:プロセソサー42:出力デバイス: 50
:キュベット52:試料; 54:外被 56:スターラー 60:蛍光団の吸光スペクトル(Q、IM、HCIII
/C’1M漬)62:蛍光団の吸光スペクトル(2M、
KOHに浸漬)64:塩基型蛍光団の蛍光スペクトル 66:蛍光団の相対蛍光強度的FtM (405n、n
Lで励起)68:蛍光団の相対蛍光強度曲線(470y
lLで励起)70:蛍光強度比I F(470nm)/
’[F(405rLm)10′二pH感受性膜: 12′二チヤンネル14′の共通の末端14′:ファイ
バーオプチツクチャンネル:50′:キュはット;52
’:試料 56′:スターラー; 80:シリコーンゴム膜:82
ニガラス管; 84:Oリング 86:炭酸水素塩溶液 90〜96:相対蛍光強度曲線 NLLHCO3濃度 90 : 10−’M92 :
10−3M 94 : 10−2M 96 : 10’−1M (外5名)
は第1図のセンサーに用いられるファイバーオプチツク
構造物の共通の末端に固定された蛍光団不動化膜の略図
であシ; 第3図は第1図の実施態様に用いられた不動化された蛍
光団の励起スペクトルおよび発光スペクトルを示すグラ
フであシ; 第4図は励起波長405 nmおよび470 fL17
Lにおける不動化された蛍光団の蛍光強度対pHを示す
グラフであシ: 第5図は相対蛍光強度の地対pHを示すグラフであシ; 第6図は二酸化炭素を測定するだめの他の実施態様の一
部を示す略図であシ;そして 第7図は第6図に示された装置における4種の異なる炭
酸水素塩濃度における蛍光強度対二酸化炭素を示すグラ
フである。 図面において数字はそれぞれ下記のものを表わす。 10:膜; 12=チヤンネル14の共通の末端14:
ファイバーオプテックチャンネル16:分枝18の末端
; 18:チャンネル分校20:フィルターホイールホ
ルダー 22:フィルター; 24:フイルター26:光源;
28:分枝3oの末端 30:チャンネル分枝: 32:フィルターホルダー3
4:フィルター: 36:光電子増倍管38:シャッタ
ー; 40:プロセソサー42:出力デバイス: 50
:キュベット52:試料; 54:外被 56:スターラー 60:蛍光団の吸光スペクトル(Q、IM、HCIII
/C’1M漬)62:蛍光団の吸光スペクトル(2M、
KOHに浸漬)64:塩基型蛍光団の蛍光スペクトル 66:蛍光団の相対蛍光強度的FtM (405n、n
Lで励起)68:蛍光団の相対蛍光強度曲線(470y
lLで励起)70:蛍光強度比I F(470nm)/
’[F(405rLm)10′二pH感受性膜: 12′二チヤンネル14′の共通の末端14′:ファイ
バーオプチツクチャンネル:50′:キュはット;52
’:試料 56′:スターラー; 80:シリコーンゴム膜:82
ニガラス管; 84:Oリング 86:炭酸水素塩溶液 90〜96:相対蛍光強度曲線 NLLHCO3濃度 90 : 10−’M92 :
10−3M 94 : 10−2M 96 : 10’−1M (外5名)
Claims (9)
- (1)酸型および塩基型を有する蛍光団(f 1tLo
ro−ρhoγ)であって、その酸型と塩基型の相対量
がpH依存性であるもの; 該蛍光団を分析すべき試料に暴露するだめの手段; 該蛍光団を第1波長および第2波長において励起するた
めの手段であって、第1波長が該蛍光団の酸型を励起し
、第2波長が該蛍光団の塩基型を励起するもの; 励起された該蛍光団の酸型および塩基型の蛍光強度を感
知するだめの検出手段;ならびに該検出手段により感知
された第1および第2の励起波長における蛍光強度の比
を、分析すべき試料の特性の尺度としてめるための手段
からなる、蛍光に基づく光学的センサー。 - (2)蛍光団が励起に除して少なくとも3pH単位低下
するpKを有し、かつ該蛍光団の反応速度が、励起され
た蛍光団が蛍光を発する前に本質的に完全に、励起状態
の蛍光団の平衡が成立するものである、特許請求の範囲
第1項記載のセンサー。 - (3)蛍光体を不動化するだめの手段に、蛍光体が静電
的に結合するイオン交換膜が含まれる、特許請求の範囲
第2項記載のセンサー。 - (4)蛍光団が8−ヒト80キシ−1,3,6−ピレン
トリスルホン酸である、特許請求の範囲第3項記載のセ
ンサー。 - (5)蛍光団がスルホン化芳香族酸である、特許請求の
範囲第1項記載のセンサー。 - (6)蛍光団が4.5−ジヒドロキシナフタリン−2゜
7−ジスルホy酸二3,4−ジヒトゝロキシー9.10
−ジオキシ−2−アントラセンスルホン酸:ビロガロー
ルスルホンフタレイン;9−カルボキシー10−アント
ラセンスルホン酸;および8−ヒドロキシ−1,3,6
−ピレントリスルホン酸よりなる群から選ばれる、特許
請求の範囲第5項記載のセンサー。 - (7)特許請求の範囲第2項記載のセンサーであって、
さらに第1末端および第2末端を有するファイバーオプ
チツク構造物を含み、該第2末端が第1分枝および第2
分枝に分岐しておυ、該第1分枝が励起手段に連結し、
該第2分枝が検出手段に連結し、そして陰イオン交換膜
卆上記第1末端に連結しているセンサー。 - (8)特許請求の範囲第7項記載のセンサーで必って、
さらにファイバーオプチツク構造物の第1末端に固定さ
れた窓構造物、該室に固定されて室内に二酸化炭素を透
過させうる選択的透過性のバリヤー膜、該室内にあって
、該ノzリヤー膜が透過性を示す種のものの関数として
変化するpHをもつ物質を含み、陰イオン交換膜が該室
内の物質に暴蕗するために該室に固定されているセンサ
ー。 - (9)光学的pHセンサーを用いて試料のe性を測定す
る方法であって、 該センサーが多波長光源、限定された吸収帯幅の光の検
出器、およびpH感受註の蛍光団からなシ、誓光団が該
蛍光団から水素イオンおよび対応する陰イオンへの基底
状態での解離に伴う第1解離に伴う第1解離定数および
励起状態での解離に伴う第2解離定数を有し、該第2解
離定数が該第1解離定数の数倍大きなものであシ;該方
法が蛍光体を試料に暴蕗し、該蛍光体の酸型の励起波長
λ。を用いて発光波長λ、で蛍光強度IFaを測定し、
該蛍光体の塩基型の励起波長λ6を用いて該波長λ、で
蛍光強度工Fbを測定し、そして試料の特性の尺度とし
て比重F6/工FcLをめることよシなる方法。 00)蛍光団が陰イオン交換膜上に不動化され、八が5
1OrLIn1 λ。が405171.そしてλbが4
70 nrnである、特許請求の範囲第9項記載の方法
。
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