JP7723963B2 - DETECTION MATERIAL, DETECTION SYSTEM AND DETECTION METHOD FOR DETECTING METAL COMPONENTS ON A SOLID SURFACE - Google Patents
DETECTION MATERIAL, DETECTION SYSTEM AND DETECTION METHOD FOR DETECTING METAL COMPONENTS ON A SOLID SURFACEInfo
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Description
本発明は固体表面の金属成分を検出する検出材、検出システムおよび検出方法に関する。 The present invention relates to a detection material, detection system, and detection method for detecting metal components on a solid surface.
従来の金属イオン検出材として、例えば特許文献1に記載される検出材がある。これは金属イオンを検出可能な有機比色試薬のナノ粒子薄膜からなり、有機比色試薬が最表面に局在し、独立した固相で、かつナノ粒子であるため、液体試料に対し反応性が高い検出材である。他にも、例えば特許文献2に記載される金属材料の分析用シートがある。これは透明なハイドロゲルで金属成分と反応して発色する発色剤および酸を含み、簡便に金属材料の成分を分析することができる。 An example of a conventional metal ion detection material is the detection material described in Patent Document 1. This is made of a thin film of nanoparticles of an organic colorimetric reagent that can detect metal ions. The organic colorimetric reagent is localized on the outermost surface, and because it is an independent solid phase and is in the form of nanoparticles, it is a detection material that is highly reactive to liquid samples. Another example is the analysis sheet for metal materials described in Patent Document 2. This is a transparent hydrogel that contains a color former and acid that reacts with metal components to produce color, allowing for easy analysis of the components of metal materials.
本発明の発明者らは、特許文献1の検出材を利用し固体試料に対しても金属イオンを検出可能にするため、例えば非特許文献1に記載の検出材を開発している。 The inventors of the present invention have developed a detection material, such as that described in Non-Patent Document 1, to enable the detection of metal ions in solid samples using the detection material described in Patent Document 1.
固体試料の表面の金属成分を検出する上では、ラボでの機器分析が一般的であるが、日常的な現場分析の需要の観点から、機器分析に依らない現場で簡易に固体表面の金属成分を分析する技術が望まれている。 Although laboratory instrumental analysis is commonly used to detect metal components on the surface of solid samples, given the demand for routine on-site analysis, there is a need for a technology that can easily analyze metal components on solid surfaces on-site without relying on instrumental analysis.
しかしながら、その実現のためには、表面分析装置などを用いない高感度な分析デバイスが必要という課題を見い出した。特許文献1の検出材では水溶液サンプルのみを扱い、水溶性のイオン種のみを検出するため、固体表面の金属成分を検出することはできない。また特許文献2の分析用シートでは、発色剤を内含したゲルシートを金属表面に付着させるため、固体表面の金属について定性分析は可能であるが定量分析は困難であり、かつ妨害成分からの物質分離もしくはシグナル分離ができないため、多種多様に存在する合金などへの汎用性が低い。 However, to achieve this, they discovered the need for a highly sensitive analytical device that does not use surface analysis equipment. The detection material in Patent Document 1 only handles aqueous samples and detects only water-soluble ionic species, so it is unable to detect metal components on solid surfaces. Furthermore, the analytical sheet in Patent Document 2 involves attaching a gel sheet containing a color developer to the metal surface, which allows for qualitative analysis of metals on solid surfaces but makes quantitative analysis difficult. Furthermore, it is not possible to separate substances or signals from interfering components, making it less versatile for use with the wide variety of alloys that exist.
そこで、本発明は、上記課題に鑑み、呈色反応による発色シグナルで固体表面の金属成分を高感度で検出が可能な、検出材、金属イオン検出システムおよび金属イオン検出方法を提供することを目的とする。 In view of the above-mentioned problems, the present invention aims to provide a detection material, a metal ion detection system, and a metal ion detection method that are capable of detecting metal components on solid surfaces with high sensitivity using a color signal generated by a color reaction.
本発明の本発明者らは、上記課題について鋭意検討を行っていたところ、有機比色試薬微粒子を多孔質体表面に担持付着させた検出材と固体表面の金属成分をイオン化する成分を含んだゲルを組み合わせて使用することで、このゲルと固体表面を接触させ、かつ検出材を使用し検出流体を毛細管現象により一方向に流すことで固体表面から抽出された金属イオンがゲルから多孔質体表面上の有機比色試薬微粒子の層へ拡散しながら呈色反応し発色することで、固体表面の金属成分を検出および定量できることを見いだし、本発明を完成するに至った。 The inventors of the present invention conducted extensive research into the above-mentioned problems and discovered that by combining a detection material in which organic colorimetric reagent microparticles are supported and attached to the surface of a porous body with a gel containing a component that ionizes metal components on a solid surface, and by bringing the gel into contact with the solid surface and using the detection material to flow a detection fluid in one direction due to capillary action, metal ions extracted from the solid surface diffuse from the gel into the layer of organic colorimetric reagent microparticles on the surface of the porous body, undergoing a color reaction and producing color, making it possible to detect and quantify metal components on the solid surface, leading to the completion of the present invention.
すなわち、上記課題を解決する本発明の一観点に係る検出材は、
シート状の多孔質体と、検出部と、金属イオン抽出部と、金属イオン供給部と、給水部とを備える固体表面の金属成分を検出する検出材であって、検出部は有機比色試薬微粒子を有して多孔質体の表面上に配置され、金属イオン抽出部は、固体表面の金属成分をイオン化するイオン化成分を有するゲルを備え、金属イオン供給部は、多孔質体の表面上で検出部と少なくとも一部が接して配置され、且つ、金属イオン抽出部が金属イオン供給部の上面と接して、イオン化成分によりイオン化した金属イオンが、検出流体と金属イオン供給部とが接触することが駆動力となり、金属イオン抽出部から金属イオン供給部に供給されるよう配置され、且つ、給水部から金属イオン供給部を通り検出部へと通り抜けるよう流れる検出流体によって金属イオン供給部からの金属イオンが検出部に拡散されるよう配置され、給水部は、多孔質体の一端側に配置され、多孔質体は、検出流体が給水部から給水部と反対端に向かって多孔質体中を毛細管現象により流れる構造を有し、検出流体によって金属イオン供給部から検出部に拡散した金属イオンと有機比色試薬微粒子とが呈色反応し発色する、ことを特徴とする検出材である。
That is, the detection material according to one aspect of the present invention that solves the above problem is:
A detection material for detecting metal components on a solid surface, comprising a sheet-like porous body, a detection unit, a metal ion extraction unit, a metal ion supply unit, and a water supply unit, wherein the detection unit has organic colorimetric reagent microparticles and is arranged on the surface of the porous body, the metal ion extraction unit has a gel having an ionizing component that ionizes the metal components on the solid surface, the metal ion supply unit is arranged on the surface of the porous body so that at least a part of the detection unit is in contact with the detection unit, and the metal ion extraction unit is in contact with the upper surface of the metal ion supply unit, so that the metal ions ionized by the ionizing component come into contact with the detection fluid and the metal ion supply unit. The detection material is arranged so that a driving force is provided to supply metal ions from a metal ion extraction section to a metal ion supply section, and is arranged so that metal ions from the metal ion supply section are diffused to the detection section by a detection fluid that flows from the water supply section through the metal ion supply section to the detection section, the water supply section being arranged on one end side of the porous body, and the porous body has a structure in which the detection fluid flows through the porous body from the water supply section to the end opposite the water supply section by capillary action, and the metal ions diffused from the metal ion supply section to the detection section by the detection fluid undergo a color reaction with organic colorimetric reagent microparticles, resulting in color development.
本発明の他の一観点に係る検出システムは、
上記検出材を用いた固体表面の金属成分の検出システムであって、呈色反応により発色した色を元に金属イオンの種類及び金属イオンの溶出量を判定可能な判定部を備えることを特徴とする検出システムである。
A detection system according to another aspect of the present invention comprises:
This is a detection system for detecting metal components on a solid surface using the above-mentioned detection material, characterized by having a determination unit that can determine the type of metal ion and the amount of eluted metal ion based on the color developed by the color reaction.
本発明の他の一観点に係る検出方法は、
固体表面の金属成分の検出方法であって、有機比色試薬微粒子を有して多孔質体の表面上に配置される検出部と、固体表面の金属成分をイオン化するイオン化成分を有するゲルを備える金属イオン抽出部と、多孔質体の表面上で検出部と少なくとも一部が接して配置される金属イオン供給部と、イオン化成分によりイオン化した金属イオンが、金属イオン抽出部から金属イオン供給部へと供給され、多孔質体の一端側に配置される給水部と、検出流体が給水部から給水部と反対端に向かって多孔質体中を毛細管現象により流れる構造を有する多孔質体を備える検出材を用いて、
固体表面に金属イオン抽出部を接触させる接触ステップと、金属イオン抽出部が金属イオン供給部の上面と接して、検出流体と金属イオン供給部とが接触することが駆動力となり、金属イオンを金属イオン供給部に供給する供給ステップと、給水部から検出流体を流し、給水部から金属イオン供給部を通り検出部へと通り抜けるよう流れる検出流体によって金属イオン供給部からの金属イオンを検出部に拡散する拡散ステップと、金属イオンが有機比色試薬微粒子と呈色反応し発色する反応ステップと、呈色反応により発色した色を元に金属イオンの種類及び金属イオンの溶出量のうち少なくともどちらか一つを判定する判定ステップと、を有することを特徴とする検出方法である。
A detection method according to another aspect of the present invention includes:
A method for detecting metal components on a solid surface, comprising: a detection unit having organic colorimetric reagent microparticles and arranged on the surface of a porous body; a metal ion extraction unit having a gel having an ionizing component that ionizes metal components on the solid surface; a metal ion supply unit arranged on the surface of the porous body so that at least a portion of the detection unit is in contact with the detection unit; a water supply unit arranged on one end side of the porous body , through which metal ions ionized by the ionizing component are supplied from the metal ion extraction unit to the metal ion supply unit ; and a detection material having a porous body having a structure in which a detection fluid flows through the porous body from the water supply unit to the end opposite the water supply unit by capillary action,
This detection method is characterized by comprising: a contact step of bringing a metal ion extraction unit into contact with a solid surface; a supply step of supplying metal ions to the metal ion supply unit using the driving force of bringing the metal ion extraction unit into contact with the upper surface of the metal ion supply unit and the contact between the detection fluid and the metal ion supply unit; a diffusion step of flowing detection fluid from the water supply unit and diffusing the metal ions from the metal ion supply unit to the detection unit using the detection fluid that flows from the water supply unit through the metal ion supply unit to the detection unit; a reaction step in which the metal ions react with organic colorimetric reagent microparticles to produce a color; and a determination step in which at least one of the type of metal ion and the amount of eluted metal ion is determined based on the color produced by the color reaction.
以上、本発明によって、呈色反応による発色シグナルで固体表面の金属成分を高感度で検出が可能な、検出材、金属イオン検出システムおよび金属イオン検出方法を提供することができる。 As described above, the present invention provides a detection material, a metal ion detection system, and a metal ion detection method that can detect metal components on solid surfaces with high sensitivity using a color signal generated by a color reaction.
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は多くの異なる形態による実施が可能であり、以下に示す実施形態、実施例において言及する具体的な例示にのみ限定されるわけではない。 Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. However, the present invention can be implemented in many different forms and is not limited to the specific examples mentioned in the following embodiments and examples.
(検出材の構成と検出原理)
本実施形態に係る検出材は、図1~図3に示すようなシート状の多孔質体40と、検出部10と、金属イオン抽出部50と、金属イオン供給部20と、給水部30とを備え、金属イオン抽出部50から金属イオン供給部20を経て供給される金属イオンが、給水部30から給水部と反対端に向かって多孔質体40および多孔質体40の表面上に担持付着する検出部10を毛細管現象により流れる検出流体によって拡散し、有機比色試薬微粒子と呈色反応により発色することで固体表面の金属成分を検出することができる。
(Detection material composition and detection principle)
The detection material according to this embodiment comprises a sheet-like porous body 40, a detection unit 10, a metal ion extraction unit 50, a metal ion supply unit 20, and a water supply unit 30, as shown in Figures 1 to 3. Metal ions supplied from the metal ion extraction unit 50 via the metal ion supply unit 20 are diffused by the detection fluid flowing by capillary action through the porous body 40 and the detection unit 10 supported and attached on the surface of the porous body 40 from the water supply unit 30 toward the end opposite the water supply unit, and develop color through a color reaction with organic colorimetric reagent microparticles, thereby enabling detection of metal components on the solid surface.
(多孔質体)
多孔質体は、検出流体が給水部から該給水部と反対端に向かって多孔質体中を毛細管現象により流れる構造を有していることが好ましい。多孔質体の材質は、ナイロン、ニトロセルロース、酢酸セルロース、セルロース混合エステル、ポリエーテルサルフォン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフロライド、ポリカーボネイト、ポリエチレンなど等が好適である。
(Porous body)
The porous body preferably has a structure that allows the detection fluid to flow through the porous body by capillary action from the water supply portion toward the opposite end of the porous body. Suitable materials for the porous body include nylon, nitrocellulose, cellulose acetate, mixed cellulose esters, polyethersulfone, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polycarbonate, polyethylene, etc.
したがって多孔質体としては、メンブレンフィルターや、ニトロセルロース、酢酸セルロース、セルロース混合エステルおよびポリエチレンテレフタラート製のバッキング材からなるイムノメンブレン、アルミナやシリカ等の無機系フィルター、セルロース繊維の濾紙、ガラスフィルター等の公知のものを用いることができる。 Therefore, known porous media such as membrane filters, immunomembranes made of backing materials such as nitrocellulose, cellulose acetate, mixed cellulose esters, and polyethylene terephthalate, inorganic filters such as alumina and silica, cellulose fiber filter paper, and glass filters can be used.
多孔質体にメンブレンフィルターを使用する場合、メンブレンフィルターの孔径は0.005μm以上10μm以下が好ましい。多孔質体にイムノメンブレンを使用する場合、イムノメンブレンは40mmあたりのラテラルフローの吸水時間が50秒以上300秒以下のメンブレンが好ましい。多孔質体に濾紙やガラスフィルターを使用する場合、濾紙やガラスフィルターの保留粒子径が1μm以上5μm以下であるものが好ましい。 When a membrane filter is used as the porous body, the pore size of the membrane filter is preferably 0.005 μm or more and 10 μm or less. When an immunomembrane is used as the porous body, the immunomembrane preferably has a lateral flow absorption time of 50 seconds or more and 300 seconds or less per 40 mm. When filter paper or glass filter is used as the porous body, the retention particle size of the filter paper or glass filter is preferably 1 μm or more and 5 μm or less.
また、「ラテラルフロー」は、本明細書中使用される場合、検出流体が多孔質体または検出部の面に沿って長手方向の一端から他端へ流動する状態を意味する。 Also, as used herein, "lateral flow" refers to a state in which the detection fluid flows from one end to the other in the longitudinal direction along the surface of the porous body or detection portion.
上記多孔質体は、後述する検出部を担持可能な平坦な表面を持つものが好ましい。表面平坦度としては表面粗さRaが1μm以内であれば作製の観点で好適である。また多孔質体は、後述する検出流体が多孔質体中を毛細管現象により流れる構造を有していることが好ましく、シート状に整形されているものが好ましい。毛管現象により検出流体が流れる構造を有するシート状の多孔質体を使用することで検出速度、検出感度において優れた検出材となる。 The porous body preferably has a flat surface capable of supporting the detection unit (described below). From the perspective of manufacturing, a surface roughness Ra of 1 μm or less is suitable for surface flatness. The porous body preferably has a structure that allows the detection fluid (described below) to flow through the porous body due to capillary action, and is preferably shaped like a sheet. Using a sheet-like porous body that allows the detection fluid to flow due to capillary action results in a detection material with excellent detection speed and detection sensitivity.
(検出部)
検出部は有機比色試薬微粒子を有して多孔質体の表面上に配置されることが好ましい。また、検出部は、湿潤剤を含むことが好ましい。
有機比色試薬微粒子を構成する有機比色試薬は金属イオン抽出部から移動した金属イオンと反応し呈色する顔料もしくは染料であり、顔料の場合には有機比色試薬だけが凝集した粒子である。染料の場合は微粒子形成剤と一緒に染料がナノ粒子化した粒子である。
(Detection unit)
The detection unit preferably has organic colorimetric reagent particles disposed on the surface of the porous body, and preferably includes a wetting agent.
The organic colorimetric reagent that constitutes the organic colorimetric reagent microparticles is a pigment or dye that reacts with the metal ions migrated from the metal ion extraction section to produce a color. In the case of a pigment, the particles are made up of the organic colorimetric reagent alone agglomerated. In the case of a dye, the particles are made up of the dye and a microparticle-forming agent in nanoparticle form.
有機比色試薬としての顔料には公知の物質を用いることができる。例えば試薬群としては、ジチゾン、ジフェニルカルバジド、ポルフィリン、ピリジルアゾレゾルシノール、チアゾリルアゾナフトール、カルセイン、ニトロソナフトール、ニトロソフェノール、フェナントロリン、バソフェナントロリン、ビピリジン、トリピリジルトリアジン、フェニレンジアミン、フェニレンジチオール、ピロカテコール、クロマゾール、キシレノールオレンジ、8-キノリノール、クルクミン、フラボノール、フラボン、アントシアニン、アリザリン等を用いることができる。 Known substances can be used as pigments for organic colorimetric reagents. For example, reagents such as dithizone, diphenylcarbazide, porphyrin, pyridylazoresorcinol, thiazolylazonaphthol, calcein, nitrosonaphthol, nitrosophenol, phenanthroline, bathophenanthroline, bipyridine, tripyridyltriazine, phenylenediamine, phenylenedithiol, pyrocatechol, chromazole, xylenol orange, 8-quinolinol, curcumin, flavonol, flavone, anthocyanin, and alizarin can be used.
有機比色試薬としての染料には公知の物質を用いることができる。染料は特定のpHの水または混合溶媒に溶解可能である。例えば試薬群としては、アニオン性試薬のスルホン酸基、カルボキシ基、ヒドロキシ基、チオール基、リン酸基を一つ又はそれ以上有するもの、カチオン性試薬のアミノ基、トリアルキルアミノ基、ジアルキルアミノ基、N-メチルピリジル基等を一つ又はそれ以上有するものが例示される。加えて試薬群としては、フェニルフルオロン、ピロカテコールバイオレッド、ピロガロールレッド、ブロモピロガロールレッド、クロマゾール、タイロン、クプフェロン、クロモトロープ酸、ジニトロナフタレンジオール、モリン、アリザリンレッド、スチルバゾ、エリクロームブラックT、カルコンカルボン酸、カルガマイト、ヒドロキシナフトールブルー、ガリオン、スパドンス、ベリリロンII、カルシクローム、マゴン、シパン、フェナゾ、アルセナゾ、クロポスフォナゾIII、スルフォナゾ、ジニトロスルフォナゾIII、アルセナゾK、スルフォクロロフェノールS、スルファセザン、ピリジルアゾナフトール、ピリジルアゾレソルシノール、チアゾリルアゾフェノール、チアゾリルアゾナフトール、5-ブロモ-PAPS、5-ブロモ-PAPAP、5-ブロモ-DMPAP、ニトロソ-PAPS、5-クロロ-PADAP、TAMB、BTMB、3,5-ジブロモ-PAMB、TAMSMB、5-クロロ-PADAB、5-ブロモ-PMDAB、5-ブロモ-PADAB、5-ブロモ-PSAA、3,5-ジブロモ-PAESA、フタレインコンプレキサン、チモールフタレインコンプレキサン、カルセイン、メチルカルセイン、カルセインブルー、クイン2、フラ2、インド1、ロッド2、フルオ3、キシレノールオレンジ、メチルチモールブルー、メチルキシレノールブルー、グリシンクレゾールレッド、グリシンチモールブルー、サルコシンクレゾールレッド、アリザリンコンプレクソン、8-キノリノール、オキシン-5-スルフォニックアシッド、アゾメチンH、GHA、SAPH,SABF、3-OH-PAA、ジンコン、ムレキシド、2-ニトロソ-1-ナフトール-4-スルホン酸、ニトロソR酸、ニトロソ-DMAP、ニトロソ-ESAP、ニトロソ-PSAP、2,2’-ビピリジン、1,10-フェナントロリン、バソフェナントロリンジスルホン酸、トリピリジルオリアジン、ピリジルジフェニルトリアジン、バソプロインジスルホン酸、BCA、ジメチルグリオキシム、ニオキシム、DAB、DAN、o-フェニレンジアミン、5-クロロ-1,2-フェニレンジアミン、5-ニトロ-1,2-フェニレンジアミン、TPPS、T(3-MPy)P、T(4-MPy)P、T(5-MPy)P、TTMAPP、ジチゾン、チオキシン、DDTC、APDC、ビスムチオールII、インジゴカーミン、2,6-ジクロロインドフェノール、ニュートラルレッド、ガロシアニン、メチレンブルー、バリアミンブルーB、3,3’-ジメチルナフチジンなどを用いることができる。 Known substances can be used as dyes for organic colorimetric reagents. Dyes are soluble in water or mixed solvents at a specific pH. Examples of reagents include anionic reagents containing one or more sulfonic acid groups, carboxyl groups, hydroxyl groups, thiol groups, or phosphate groups, and cationic reagents containing one or more amino groups, trialkylamino groups, dialkylamino groups, N-methylpyridyl groups, etc. In addition, the reagent group includes phenylfluorone, pyrocatechol biored, pyrogallol red, bromopyrogallol red, chromazol, tiron, cupferron, chromotropic acid, dinitronaphthalenediol, morin, alizarin red, stilbazo, ericrom black T, chalconecarboxylic acid, kargamite, hydroxynaphthol blue, gallion, spadons, beryllion II, calcichrome, magon, sipan, phenazo, arsenazo, chlorosulfonazo III, sulfonazo, dinitrosulfonazo III, arsenazo K, sulfochlorophenol S, sulfacezane, pyri Diazonaphthol, pyridylazoresorcinol, thiazolylazophenol, thiazolylazonaphthol, 5-bromo-PAPS, 5-bromo-PAPAP, 5-bromo-DMPAP, nitroso-PAPS, 5-chloro-PADAP, TAMB, BTMB, 3,5-dibromo-PAMB, TAMSMB, 5-chloro-PADAB, 5-bromo-PMDAB, 5-bromo-PADAB, 5-bromo-PSAA, 3,5-dibromo-PAESA, phthalein complex, thymolphthalein complex, calcein, methylcalcein, calcein blue, Quinn 2, Fura 2, Indo 1, Rod 2, Fluo 3, xylenol orange, methyl thymol blue, methyl xylenol blue, glycine cresol red, glycine thymol blue, sarcosine cresol red, alizarin complexone, 8-quinolinol, oxine-5-sulfonic acid, azomethine H, GHA, SAPH, SABF, 3-OH-PAA, zincon, murexide, 2-nitroso-1-naphthol-4-sulfonic acid, nitroso R acid, nitroso-DMAP, nitroso-ESAP, nitroso-PSAP, 2,2'-bipyridine, 1,10-phenanthroline, bathophenanthroline disulfonic acid, tripyridyl olioxalate Examples of suitable dyes that can be used include dimethylglyoxime, pyridyldiphenyltriazine, vasoproinedisulfonic acid, BCA, dimethylglyoxime, nioxime, DAB, DAN, o-phenylenediamine, 5-chloro-1,2-phenylenediamine, 5-nitro-1,2-phenylenediamine, TPPS, T(3-MPy)P, T(4-MPy)P, T(5-MPy)P, TTMAPP, dithizone, thioxine, DDTC, APDC, bismuthiol II, indigo carmine, 2,6-dichloroindophenol, neutral red, gallocyanine, methylene blue, variamine blue B, and 3,3'-dimethylnaphthidine.
特定の金属イオンを検出するためには、Cdに対しては2-(5-ブロモ-2-ピリジルアゾ)-5-(ジエチルアミノ)フェノールもしくはα,β,γ,δ-テトラキス(1-メチルピリジニウム-4-イル)ポルフィリンを用いると効果的である。 To detect specific metal ions, 2-(5-bromo-2-pyridylazo)-5-(diethylamino)phenol or α,β,γ,δ-tetrakis(1-methylpyridinium-4-yl)porphyrin are effective for detecting Cd.
Pbに対してはメチルチモールブルーもしくはα,β,γ,δ-テトラキス(1-メチルピリジニウム-4-イル)ポルフィリンを用いると効果的である。 For Pb, methylthymol blue or α,β,γ,δ-tetrakis(1-methylpyridinium-4-yl)porphyrin are effective.
Hgに対してはジチゾンを用いると効果的である。 The use of dithizone is effective against Hg.
Niに対しては2-(3,5-ジブロモ-2-ピリジルアゾ)-5-(ジエチルアミノ)フェノールもしくは2-(5-ブロモ-2-ピリジルアゾ)-5-(ジエチルアミノ)フェノールを用いると効果的である。 For Ni, using 2-(3,5-dibromo-2-pyridylazo)-5-(diethylamino)phenol or 2-(5-bromo-2-pyridylazo)-5-(diethylamino)phenol is effective.
Znに対してはジンコンを用いると効果的である。 Using Zincon is effective against Zn.
Mnに対しては2-(3,5-ジブロモ-2-ピリジルアゾ)-5-(ジエチルアミノ)フェノールもしくは2-(5-ブロモ-2-ピリジルアゾ)-5-(ジエチルアミノ)フェノールを用いると効果的である。 For Mn, using 2-(3,5-dibromo-2-pyridylazo)-5-(diethylamino)phenol or 2-(5-bromo-2-pyridylazo)-5-(diethylamino)phenol is effective.
Feに対してはバソフェナントロリンもしくはバソフェナントロリンスルホン酸ナトリウムを用いると効果的である。 For Fe, using bathophenanthroline or sodium bathophenanthroline sulfonate is effective.
Fに対してはフラボノール-2‘-スルホン酸ナトリウムもしくはフラボノール、フィセチン、モリンを用いると効果的である。 For F, using sodium flavonol-2'-sulfonate or flavonol, fisetin, or morin is effective.
Bに対してはクロモトノープ酸もしくはクルクミンを用いると効果的である。 For B, using chromotonous acid or curcumin is effective.
微粒子形成剤は、ラテックス、ポリスチレンなどの有機ポリマーもしくは、シリカ、アルミナ、ジルコニウム等の金属酸化物を用いることができ、大きさ1nm以上1000nm以下であり、好ましくは3nm以上500nm以下で有機比色試薬である染料が吸着しうるものである。 The microparticle-forming agent can be an organic polymer such as latex or polystyrene, or a metal oxide such as silica, alumina, or zirconium, and should be between 1 nm and 1000 nm in size, preferably between 3 nm and 500 nm, and capable of adsorbing a dye, which is an organic colorimetric reagent.
顔料タイプの有機比色試薬を粒子状で備える場合には、平均粒径が10nm以上500nm以下であることが好ましく、さらに好ましくは20nm以上200nm以下であり、更に好ましくは50nm以上150nm以下である。これにより有機比色試薬が十分に多孔質体に担持可能となり、検出部の厚さを繰り返し精度良く作製できる。平均粒径は電子顕微鏡観察により、算術平均で求められる。 When a pigment-type organic colorimetric reagent is provided in particulate form, the average particle size is preferably 10 nm or more and 500 nm or less, more preferably 20 nm or more and 200 nm or less, and even more preferably 50 nm or more and 150 nm or less. This allows the organic colorimetric reagent to be sufficiently supported in the porous body, and the thickness of the detection section can be repeatedly adjusted with high accuracy. The average particle size can be determined by the arithmetic mean through observation with an electron microscope.
染料タイプの有機比色試薬は、微粒子形成剤によって当該微粒子形成剤の表面に吸着させることで微粒子の凝集を誘発し、形成された凝集体が十分に多孔質体表面に担持可能な大きさとなり、検出部を繰り返し精度良く作製できる。 Dye-type organic colorimetric reagents induce aggregation of microparticles by being adsorbed onto the surface of a microparticle-forming agent. The aggregates formed are large enough to be supported on the surface of a porous material, allowing detection units to be repeatedly and accurately produced.
有機比色試薬微粒子は疎水性が高く、検出部が検出流体にて金属イオンの拡散や検出に十分な水の浸透性を得るためには、検出部には検出流体で湿潤させるための湿潤剤を含むことが好ましい。そのため検出部には湿潤剤として後述のゲル化剤、水溶性高分子、低分子保湿剤の少なくともいずれか1つを添加すると好適である。 Organic colorimetric reagent microparticles are highly hydrophobic, and in order for the detection unit to have sufficient water permeability for the diffusion and detection of metal ions in the detection fluid, it is preferable that the detection unit contain a wetting agent for wetting with the detection fluid. Therefore, it is preferable to add at least one of the following wetting agents to the detection unit: a gelling agent, a water-soluble polymer, or a low-molecular-weight moisturizing agent, as described below.
ゲル化剤としては、例えば、ゼラチン、コラーゲン分解物、ペクチン、カラギナン、グルコマンナン、有機電解質オリゴマー、相互侵入高分子網目等、水性溶媒を含有可能な公知の物質を用いることができる。 Gelling agents that can be used include known substances that can contain aqueous solvents, such as gelatin, collagen hydrolysates, pectin, carrageenan, glucomannan, organic electrolyte oligomers, and interpenetrating polymer networks.
水溶性高分子としては、ポリビニルアルコール、ポリジアリルジメチルアンモニウム塩、ポリアネトールスルホン酸塩、デンドロンなどを用いることができる。 Water-soluble polymers that can be used include polyvinyl alcohol, polydiallyldimethylammonium salt, polyanethole sulfonate, and dendron.
低分子保湿剤としては公知のところのアミノ酸、尿素、グリセリンなどが挙げられ、これらはイオン化に十分な水分を含有でき、これにより金属イオンを安定にゲル層に保持できるようになる。 Low molecular weight humectants include well-known compounds such as amino acids, urea, and glycerin, which can contain enough water for ionization, thereby stably retaining metal ions in the gel layer.
有機比色試薬微粒子と湿潤剤との割合は、有機比色試薬微粒子:湿潤剤の重量比で100:1から1:100000であればよく、好ましくは10:1から1:1000、さらに好ましくは1:1から1:1000である。 The ratio of organic colorimetric reagent microparticles to wetting agent may be 100:1 to 1:100,000 by weight, preferably 10:1 to 1:1,000, and more preferably 1:1 to 1:1,000.
検出部の厚さは半定量もしくは定量分析の観点から100nm以上20μm以下であることが好ましく、さらに好ましくは200nm以上3μm以下であり、更に好ましくは400nm以上1μm以下である。これにより呈色反応の十分なシグナル強度が得られ、検出流体の毛細管現象による拡散によって、高感度でばらつきが少なく再現性が高い高精の定量分析が可能となる。検出部の厚さは電子顕微鏡観察とデジタルマイクロスコープでの観察で求められる。 From the perspective of semi-quantitative or quantitative analysis, the thickness of the detection area is preferably 100 nm or more and 20 μm or less, more preferably 200 nm or more and 3 μm or less, and even more preferably 400 nm or more and 1 μm or less. This ensures sufficient signal strength for the color reaction, and the diffusion of the detection fluid due to capillary action enables highly sensitive, highly accurate quantitative analysis with little variance and high reproducibility. The thickness of the detection area can be determined by observation with an electron microscope and a digital microscope.
(検出部作製方法)
検出部の作製については、多孔質体に粒子状の有機比色試薬の分散液もしくは微粒子形成剤と有機比色試薬の凝集体の分散液を吸引濾過することで、多孔質体表面上に直接作製することができる。分散液の濃度によって検出部の厚さが調節可能である。このような作製方法により金属イオンの検出感度の調整が可能である。
(Method for producing the detection unit)
The detection unit can be fabricated directly on the surface of a porous material by suction filtering a dispersion of a particulate organic colorimetric reagent or a dispersion of a particle-forming agent and an aggregate of the organic colorimetric reagent. The thickness of the detection unit can be adjusted by changing the concentration of the dispersion. This fabrication method allows adjustment of the detection sensitivity of metal ions.
(金属イオン抽出部)
金属イオン抽出部は、固体表面の金属成分をイオン化するイオン化成分を有するゲルを備えることが好ましい。具体的には、金属イオン抽出部は、固体表面の金属成分をイオン化して、その金属イオンを抽出可能で保持することができ、かつ金属イオン供給部と接したときに検出流体によって金属イオンが金属イオン供給部を経て検出部に移動することが可能なゲルを備えることが好ましい。
(Metal ion extraction section)
The metal ion extraction unit preferably includes a gel having an ionizing component that ionizes metal components on the solid surface. Specifically, the metal ion extraction unit preferably includes a gel that can ionize metal components on the solid surface and extract and retain the metal ions, and that, when in contact with the metal ion supply unit, allows the metal ions to migrate via the metal ion supply unit to the detection unit by the detection fluid.
金属イオン抽出部は、ゲルを把持できる支持フレームを有してもよく、ゲル自体で形を維持できる強度を有している場合には支持フレームは不要であるが、少なくとも固体試料の表面にゲルの少なくとも一部が直接接触可能な形態であることが好ましい。 The metal ion extraction unit may have a support frame that can hold the gel; if the gel itself is strong enough to maintain its shape, a support frame is not necessary; however, it is preferable that at least a portion of the gel be in direct contact with the surface of the solid sample.
イオン化成分としては、水分を主とした抽出向上剤を用いることが好ましい。 It is preferable to use an extraction enhancer that contains water as the ionizable component.
ゲルとしては親水性であることが好ましく、例えば、ゼラチン、コラーゲン分解物、寒天、ペクチン、カラギナン、グルコマンナン、有機電解質オリゴマー、相互侵入高分子網目等、水性溶媒を含有可能な公知の物質を用いることができる。これにより金属成分のイオン化に十分な水分を含有でき、金属イオンを安定にゲル層に保持できるようになる。ゲルは抽出向上剤としての機能を果たす場合もある。 The gel is preferably hydrophilic, and known substances capable of containing aqueous solvents, such as gelatin, collagen hydrolysate, agar, pectin, carrageenan, glucomannan, organic electrolyte oligomers, and interpenetrating polymer networks, can be used. This allows the gel to contain sufficient water to ionize the metal components, allowing the metal ions to be stably retained in the gel layer. The gel may also function as an extraction enhancer.
抽出向上剤としては、イオン化剤、抽出剤、イオン強度調整剤、マスキング剤の少なくともいずれか一つを含ませることが好ましい。 The extraction enhancer preferably contains at least one of an ionization agent, an extraction agent, an ionic strength adjuster, and a masking agent.
金属イオンの検出に十分な量の金属成分をイオン化するために、水分に加えて、イオン化剤を含ませることが好ましい。イオン化剤としては、酸、アルカリ、酸化剤や還元剤が挙げられ、硝酸、塩酸、硫酸、過塩素酸、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムなどが好適である。 In order to ionize a sufficient amount of metal components for metal ion detection, it is preferable to include an ionizing agent in addition to water. Examples of ionizing agents include acids, alkalis, oxidizing agents, and reducing agents, and preferred examples include nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, perchloric acid, sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, and sodium bicarbonate.
イオン化剤でイオン化が困難な金属に対しては、目的の金属成分に適した抽出剤を用いることが好ましい。抽出剤としては、溶媒抽出用の試薬などを用いることができ、ジチゾン、ジエチルジチチオカルバミン酸、キサントゲン酸、8-キノリノール、α-ジオキシム、クロロペン、β-ジケトン、アセチルアセトン、テノイルトリフルオロアセトン、1-ニトロソ-2-ナフトール、1-(2-ピリジルアゾ)-2-ナフトール、エチレンジアミン四酢酸、1,10-フェナントロリン、ネオクプロイン、2,2‘-ジピリジル、リン酸トリブチル、クラウンエーテル類などが挙げられる。 For metals that are difficult to ionize with an ionizing agent, it is preferable to use an extractant appropriate for the target metal component. Examples of extractants that can be used include solvent extraction reagents, such as dithizone, diethyldithiocarbamate, xanthogenic acid, 8-quinolinol, α-dioxime, chloropene, β-diketone, acetylacetone, thenoyltrifluoroacetone, 1-nitroso-2-naphthol, 1-(2-pyridylazo)-2-naphthol, ethylenediaminetetraacetic acid, 1,10-phenanthroline, neocuproine, 2,2'-dipyridyl, tributyl phosphate, and crown ethers.
目的の金属成分以外がイオン化し、検出の際の妨害となる場合は、妨害成分除去の目的でマスキング剤を用いることが好適である。マスキング剤としては、チオ尿素、エチレンジアミン四酢酸、シアン化カリウム、トリエタノールアミン、アセチルアセトン、2,3-ジメルカプトプロパノール、ジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム、3-メルカプトプロピオン酸、2-アミノエタンチオール、チオグリコール酸、ユニチオール、シュウ酸、酒石酸、クエン酸、サリチル酸、タイロン、アスコルビン酸、ヨウ化カリウム、チオ硫酸ナトリウム、硫化ナトリウム、フッ化アンモニウム、リン酸アンモニウム、ヒドロキシルアミン、1,10-フェナントロリン、過酸化水素等が挙げられ、目的の金属成分に応じて選択し、含有させることが好ましい。 If components other than the target metal component ionize and interfere with detection, it is preferable to use a masking agent to remove the interfering components. Examples of masking agents include thiourea, ethylenediaminetetraacetic acid, potassium cyanide, triethanolamine, acetylacetone, 2,3-dimercaptopropanol, sodium diethyldithiocarbamate, 3-mercaptopropionic acid, 2-aminoethanethiol, thioglycolic acid, Unithiol, oxalic acid, tartaric acid, citric acid, salicylic acid, tiron, ascorbic acid, potassium iodide, sodium thiosulfate, sodium sulfide, ammonium fluoride, ammonium phosphate, hydroxylamine, 1,10-phenanthroline, and hydrogen peroxide. It is preferable to select and include a masking agent depending on the target metal component.
また金属イオン抽出部には、金属イオンの抽出率を安定化するため、イオン強度調整剤を含ませることが好適である。イオン強度調整剤としては、塩類を添加する場合がある。塩類の例としては、塩化ナトリウム、過塩素酸ナトリウム、臭化ナトリウム、フッ化ナトリウム、塩化カリウム、硝酸カリウム、臭化カリウム、ヨウ化カリウム、過塩素酸カリウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム等、目的に適したものを選択することが好ましい。 It is also preferable to include an ionic strength adjuster in the metal ion extraction section to stabilize the extraction rate of metal ions. Salts may be added as ionic strength adjusters. Examples of salts include sodium chloride, sodium perchlorate, sodium bromide, sodium fluoride, potassium chloride, potassium nitrate, potassium bromide, potassium iodide, potassium perchlorate, magnesium sulfate, and calcium sulfate, and it is preferable to select one that is appropriate for the purpose.
金属イオン抽出部では、イオン化剤、抽出剤、イオン強度調整剤、マスキング剤から目的の金属成分の検出に適した物質を選択し、適した濃度で混合させることで、積極的に目的の金属成分を溶解させ抽出でき、固体表面分析に活用することができる。あるいは抽出向上剤の成分を組み合わせることで、固体表面の環境暴露試験や負荷試験等を行うことができる。例えば塩害の環境評価、酸性雨などによる影響予測、アレルギー物質の溶解調査、赤ちゃん用おもちゃの安全調査などに活用することができる。 In the metal ion extraction section, substances suitable for detecting the target metal component are selected from ionizing agents, extractants, ion strength adjusters, and masking agents, and mixed at the appropriate concentration to actively dissolve and extract the target metal component, making it suitable for use in solid surface analysis. Alternatively, by combining components of an extraction enhancer, environmental exposure tests and stress tests can be performed on solid surfaces. For example, it can be used for environmental assessments of salt damage, predicting the impact of acid rain, investigating the dissolution of allergens, and safety studies of baby toys.
(金属イオン供給部)
金属イオン供給部は、検出部と少なくとも一部が接して配置される。イオン化成分によりイオン化した金属イオンは金属イオン抽出部から金属イオン供給部に供給される。すなわち金属イオン供給部は、金属イオン抽出部で抽出された目的の金属成分を検出部へ供給するため、金属イオン供給部の一部が検出部に接するよう配置される。あるいは検出部の一部を金属イオン供給部として使用することも好ましく、金属イオン供給部が検出部に面で接することが最も好ましい。
(Metal ion supply unit)
The metal ion supply unit is disposed so that at least a portion thereof is in contact with the detection unit. Metal ions ionized by the ionizable component are supplied from the metal ion extraction unit to the metal ion supply unit. That is, the metal ion supply unit is disposed so that a portion of the metal ion supply unit is in contact with the detection unit in order to supply the target metal component extracted by the metal ion extraction unit to the detection unit. Alternatively, it is preferable to use a portion of the detection unit as the metal ion supply unit, and it is most preferable that the metal ion supply unit be in contact with the detection unit on all sides.
金属イオン抽出部は常に金属イオン供給部に接触していても良く(ゲル一体型)、金属イオン供給部が金属イオンの供給を受けるときだけ金属イオン抽出部を金属イオン供給部に接触していても良い(ゲル分離型)。また金属イオン抽出部に取り込んだ金属イオンを別のゲルやイオン透過性シートなど別の物質を介して金属イオン供給部に供給してもよく、固体表面から抽出し金属イオン抽出部に取り込んだ金属イオンを金属イオン供給部に供給することができればその形態は問わない。 The metal ion extraction unit may be in constant contact with the metal ion supply unit (gel-integrated type), or it may be in contact with the metal ion supply unit only when the metal ion supply unit is receiving a supply of metal ions (gel-separated type). Furthermore, the metal ions taken up in the metal ion extraction unit may be supplied to the metal ion supply unit via another substance such as a separate gel or ion-permeable sheet. The form is not important as long as the metal ions extracted from the solid surface and taken up in the metal ion extraction unit can be supplied to the metal ion supply unit.
(給水部)
給水部は、多孔質体の一端側に配置されることが好ましい。あるいは金属イオン供給部と給水部が同一の部位に配置することも好ましい。給水部は、検出流体を供給する部分である。給水部は、多孔質体の一端を使用しても良い。もしくは他の多孔質体や繊維等を接続して構成しても良い。あるいは金属イオン供給部の少なくとも一部を給水部として使用しても良い。給水部を構成する材質は特には限定されないが、多孔質体と同じ材質であることが好ましい。
(Water supply section)
The water supply section is preferably arranged at one end of the porous body. Alternatively, it is also preferable that the metal ion supply section and the water supply section are arranged in the same location. The water supply section is a section that supplies the detection fluid. One end of the porous body may be used as the water supply section. Alternatively, it may be configured by connecting another porous body, fiber, or the like. Alternatively, at least a part of the metal ion supply section may be used as the water supply section. The material that constitutes the water supply section is not particularly limited, but it is preferably the same material as the porous body.
(検出流体)
検出流体は、金属イオン供給部を湿潤させかつ給水部から当該給水部と反対端に向かって多孔質体および検出部を一方向に流れることを特徴とする。検出流体が流動する駆動力は多孔質体の微細構造および揮発に起因した毛細管現象による検出流体のラテラルフローを主とする。
(Detection fluid)
The detection fluid wets the metal ion supply section and flows unidirectionally through the porous body and the detection section from the water supply section to the opposite end of the water supply section. The driving force for the detection fluid flow is mainly the lateral flow of the detection fluid due to capillary action caused by the microstructure and volatilization of the porous body.
検出流体の構成成分は特に規定はされないが、固体表面からイオンとして溶出させイオンを安定に存在させるために水性溶媒であると目的の金属成分のイオン化において有利である。 The components of the detection fluid are not particularly specified, but an aqueous solvent is advantageous for ionizing the target metal component, as it allows the ions to dissolve from the solid surface and remain stable.
さらに検出流体は、感度向上剤を含むことが好ましい。すなわち検出流体には、検出部でのイオンの移動を促進または安定化することで、後述する呈色部を伸長させ検出感度を向上させるために感度向上剤を添加することが好適である。 Furthermore, it is preferable that the detection fluid contains a sensitivity enhancer. In other words, it is preferable to add a sensitivity enhancer to the detection fluid in order to promote or stabilize the movement of ions in the detection area, thereby extending the color-developing area described below and improving detection sensitivity.
感度向上剤は、前述の湿潤剤、抽出向上剤の他、pH緩衝成分やイオン対試薬などが挙げられる。 Sensitivity enhancers include the aforementioned wetting agents and extraction enhancers, as well as pH buffer components and ion-pairing reagents.
(呈色反応)
検出部において、検出流体によって金属イオン供給部から検出部に拡散した金属イオンと有機比色試薬微粒子とが呈色反応し発色する。すなわち、固体表面から溶出した金属イオンが有機比色試薬微粒子と反応することで、金属イオンを検出することができる。検出部内で呈色反応により発色した範囲を呈色部と呼ぶ。
(Color reaction)
In the detection section, metal ions diffused from the metal ion supply section to the detection section by the detection fluid react with the organic colorimetric reagent microparticles to produce a color. That is, metal ions eluted from the solid surface react with the organic colorimetric reagent microparticles, allowing the detection of metal ions. The area in the detection section that produces a color due to the color reaction is called the colored section.
(実施形態1:ゲル一体型による金属成分の抽出)
図1にゲルを金属イオン抽出部として搭載した、ゲル一体型の金属成分を検出する検出材の構造図の一例を示す。この形態の検出材の場合、金属成分の抽出は、多孔質体を把持して金属イオン抽出部を分析したい固体表面に接触させる。この構成とすることで検出材を直接金属表面に接触させることができることから可搬性に優れた検出材となる。加えて検出操作時のコンタミネーションも防止でき、金属表面に存在する金属成分を的確に検出することが可能となる。
(Embodiment 1: Extraction of metal components using a gel-integrated type)
Figure 1 shows an example of the structure of a gel-integrated metal component detection device, which uses gel as a metal ion extraction unit. With this type of detection device, metal components are extracted by grasping the porous body and contacting the metal ion extraction unit with the solid surface to be analyzed. This configuration allows the detection device to be directly contacted with the metal surface, making it highly portable. Additionally, contamination during the detection operation can be prevented, enabling accurate detection of metal components present on the metal surface.
(実施形態2:ゲル分離型による金属成分の抽出)
図2にゲルを搭載していない、ゲル分離型の金属成分を検出する検出材の構造図の一例を示す。この形態の検出材の場合、金属成分の抽出は、分析したい固体表面に金属イオン抽出部を接触させた後に、金属イオン供給部に接触させる。この構成とすることで、プラスチック製ピンセットもしくは非金属製のへらなどを用いて狭い空間に位置する金属表面や孔の裏側表面の金属成分を検出することができることから複雑な形状の固体表面に対して適用可能となる。加えて、ゲル分離型では検出部への影響を気にすることがなくなり、ゲル成分の選択肢が格段に増えることから、多種多用な固体サンプルへの対応が可能となり、固体表面の環境暴露試験や負荷試験等に好適である。特に、ゲル成分の有機比色試薬微粒子への影響がある場合は、検出時のみの接触であるため、その影響を最小限に抑えることができ、検出直前までの検出材の保存を的確に行うことができる。
(Embodiment 2: Extraction of metal components by gel separation)
Figure 2 shows an example of the structure of a gel-separation-type metal detection material that does not contain a gel. With this type of detection material, metal components are extracted by first contacting the metal ion extraction unit with the solid surface to be analyzed, and then contacting the metal ion supply unit. This configuration allows for detection of metal components on metal surfaces located in narrow spaces or on the back surfaces of holes using plastic tweezers or a non-metallic spatula, making it applicable to solid surfaces with complex shapes. Additionally, the gel-separation type eliminates concerns about the effects on the detection unit and dramatically increases the number of gel component options, making it possible to accommodate a wide variety of solid samples and suitable for environmental exposure tests and stress tests of solid surfaces. In particular, if the gel component has an effect on the organic colorimetric reagent microparticles, contact is limited to the detection period, minimizing the effect. Furthermore, the detection material can be stored appropriately until immediately before detection.
(実施形態3:イオン供給-給水併合型による金属成分の抽出)
図3に金属イオン供給部と給水部を同一の部位に配置した検出材の構造図の一例を示す。この形態の検出材の場合、金属イオン抽出部のゲルに金属成分を検出部に拡散させるために十分な量の検出流体をあらかじめ含ませることで、ゲルから滲み出した検出流体が検出部の一端から多端へ向かって一方向のラテラルフローとなり金属成分を検出できる。この構成とすることで、他に検出流体を準備することなく簡便性に優れ、安全性の高い検出材となる。尚、金属イオン抽出部は実施形態1もしくは2のいずれでも構わない。
(Embodiment 3: Extraction of metal components by combined ion supply and water supply)
Figure 3 shows an example of the structure of a detection material in which the metal ion supply unit and the water supply unit are arranged in the same location. In the case of this type of detection material, by pre-soaking the gel in the metal ion extraction unit with a sufficient amount of detection fluid to diffuse the metal components into the detection unit, the detection fluid seeping out of the gel becomes a unidirectional lateral flow from one end of the detection unit to the other end, allowing the metal components to be detected. This configuration makes it possible to achieve a detection material that is simple and safe, without the need to prepare a separate detection fluid. Note that the metal ion extraction unit may be either embodiment 1 or 2.
本発明の金属成分を検出する検出材は、本明細書においてタッチテストデバイスと呼ぶこともある。 The detection material for detecting metal components of the present invention is sometimes referred to as a touch test device in this specification.
(金属イオンの検出)
図4にゲル一体型およびゲル分離型でゲルを固体表面と接触させた後の状態で、検出流体を用いたラテラルフローでのタッチテストデバイスの金属成分検出概念を図示する。ある一定長さまで検出流体が浸透した後のソルベントフロント12で給水部からの検出流体の給水を止め、その時間までの検出部および呈色部を色分析する。すなわち検出部の中に設けられるソルベントフロント12は、検出流体の流れを停止させる目安となるラインであり、目的の金属成分に応じて設置位置が異なる。
(Detection of metal ions)
Figure 4 illustrates the concept of metal component detection in a lateral flow touch test device using a detection fluid after the gel has been brought into contact with a solid surface in both the gel-integrated and gel-separated types. The supply of detection fluid from the water supply unit is stopped at the solvent front 12 after the detection fluid has penetrated a certain distance, and the detection unit and color-developed unit are analyzed for color up to that point. In other words, the solvent front 12 located within the detection unit is a line that serves as a guide for stopping the flow of detection fluid, and its location varies depending on the target metal component.
金属イオン抽出部に抽出される金属イオンの種類と量は、抽出部のゲルに含まれる抽出向上剤によって選択、制御が可能である。金属イオンの抽出は、一般的には酸性水溶液を用いているが、本実施形態ではゲルという固体で金属イオンの抽出を行うことにより本検出材の簡便性および汎用性を高めている。酸性溶液と比較して本抽出部のゲルはより多種の抽出向上剤を保持可能であり、ゲルの構成成分である高分子も抽出向上剤となりうる。 The type and amount of metal ions extracted by the metal ion extraction section can be selected and controlled by the extraction enhancer contained in the gel in the extraction section. Metal ions are generally extracted using an acidic aqueous solution, but in this embodiment, metal ions are extracted using a solid gel, increasing the ease of use and versatility of this detection material. Compared to acidic solutions, the gel in this extraction section can hold a wider variety of extraction enhancers, and the polymers that make up the gel can also serve as extraction enhancers.
金属イオン抽出部に抽出された金属イオンは、給水部から金属イオン供給部を通り検出部へと通り抜けるように流れる検出流体によって、検出部の中を徐々に拡散する。ここでは、給水部からのラテラルフローで流れる検出流体が金属イオン供給部近隣の金属イオンを流し去り、それを駆動力として金属イオン抽出部から供給部へ金属イオンが拡散され、さらにそれを流体が流し去る、という過程が連続的に起こり、結果、検出流体のラテラルフローにより金属イオン抽出部から連続的に検出部に金属イオンが拡散、供給されると考えられる。このようにして検出部に供給された金属イオンは、一部の金属イオンが近接する有機比色試薬微粒子と反応し拡散を停止するが、未反応の金属イオンが更に検出部の内部をラテラルフローで拡散し別の位置に存在する有機比色試薬微粒子と反応する。このような反応がラテラルフローにより検出部の一端から多端に沿って繰り返されることで発色した呈色部の範囲が広がり、任意に設定されたソルベントフロントによってラテラルフローが停止されるまで起こると考えられる。 The metal ions extracted into the metal ion extraction section are gradually diffused through the detection section by the detection fluid, which flows from the water supply section through the metal ion supply section and into the detection section. Here, the detection fluid, flowing by lateral flow from the water supply section, washes away metal ions near the metal ion supply section. This drives the metal ions to diffuse from the metal ion extraction section to the supply section, where they are then washed away by the fluid. This process occurs continuously, resulting in the lateral flow of the detection fluid causing metal ions to continuously diffuse and be supplied from the metal ion extraction section to the detection section. Of the metal ions supplied to the detection section in this way, some react with nearby organic colorimetric reagent microparticles and stop diffusing, but unreacted metal ions continue to diffuse through the detection section by lateral flow, reacting with organic colorimetric reagent microparticles in other locations. This reaction is thought to occur repeatedly along the detection section from one end to the other due to lateral flow, expanding the area of the colored area and continuing until the lateral flow is stopped by an arbitrarily set solvent front.
呈色部の長さや面積、また呈色部の吸光度や色相、明度、彩度や検出部と呈色部でのそれらの差などは、1つもしくは2つ以上の要素と固体表面からの金属イオン溶出量との相関があり、ここから固体表面の目的金属の定性もしくは定量分析が可能となると考えられる。 The length and area of the colored area, as well as the absorbance, hue, brightness, and saturation of the colored area, and the differences in these values between the detection area and the colored area, are correlated with one or more factors and the amount of metal ions eluted from the solid surface, and it is believed that this enables qualitative or quantitative analysis of the target metal on the solid surface.
従来技術による検出材(例えば、非特許文献1および特許文献2)は、金属イオンの濃度は呈色部の色の濃淡で判定していたため、検出感度領域が狭く定性は可能であるが定量には難があり、妨害成分などの影響を受ける。本実施形態の検出材では、金属イオン抽出部や検出流体による妨害成分の除去が可能で、ラテラルフローにより一方向に展開させることで目的成分を呈色部の長さや面積、吸光度や色相、明度、彩度などの要素を加えることができるため高感度かつ定量範囲の拡大に繋がり、広い範囲での定量が可能となる。さらに長さや面積などの要素が加わっているため、目視によっても精度を高く判定が可能となりかつ分析作業が容易となり、従来の検出材よりも現場分析での使用に適している。 In conventional detection materials (e.g., Non-Patent Document 1 and Patent Document 2), the concentration of metal ions is determined by the color intensity of the colored area. This narrow sensitivity range allows for qualitative determination, but quantification is difficult and subject to the influence of interfering components. The detection material of this embodiment can remove interfering components using a metal ion extraction unit or detection fluid, and by developing the target component in one direction using lateral flow, it is possible to add factors such as the length and area of the colored area, absorbance, hue, brightness, and saturation to the material, resulting in high sensitivity and an expanded quantification range, enabling quantification over a wide range. Furthermore, the addition of factors such as length and area allows for highly accurate determination even by visual inspection and simplifies the analysis process, making it more suitable for use in on-site analysis than conventional detection materials.
(検出システム)
図5は金属イオン検出システムの概念図である。検出部10において呈色反応により発色した色を元に金属イオンの種類及び溶出した金属イオンの溶出量を判定可能な判定部60を備える。
判定部60には色を検出可能な公知の技術を用いることができる。具体的には、目視もしくは色を検出できる色彩計などの光学分析器、カメラ、スキャナ、TLCスキャナ、光ファイバ分光器等を用い、色データをコンピュータや携帯端末等に取り込むことで金属イオンの種類及び溶出した金属イオンの溶出量が判定できる。判定は、コンピュータや携帯端末等に予めインストールされている色解析ソフトもしくは表計算ソフトなどで取り込んだ色データを適宜解析し判定することができる。目視による判定の場合には、予め用意した判定見本と色や呈色長さ、呈色面積などを比較し判定することができる。
(Detection System)
5 is a conceptual diagram of a metal ion detection system, which includes a determination unit 60 that can determine the type of metal ion and the amount of eluted metal ion based on the color developed by the color reaction in the detection unit 10.
The determination unit 60 can use known technology capable of detecting color. Specifically, the type of metal ion and the amount of eluted metal ion can be determined by visual inspection or by using an optical analyzer such as a colorimeter that can detect color, a camera, a scanner, a TLC scanner, an optical fiber spectrometer, or the like, and importing color data into a computer, mobile terminal, or the like. The determination can be made by appropriately analyzing the imported color data using color analysis software or spreadsheet software pre-installed on the computer or mobile terminal, or the like. In the case of visual inspection, the color, colored length, colored area, etc. can be compared with a previously prepared determination sample to make the determination.
(検出方法)
図6は本実施形態のタッチテストデバイスを用いた固体表面の金属を検出する方法の手順を示す図である。
金属イオンの検出には金属イオン抽出部に備えるゲルに水分を含ませることでゲルを湿潤させる湿潤ステップと、固体表面に金属イオン抽出部に接触させる接触ステップと、金属イオンを金属イオン供給部に供給する供給ステップと、給水部から検出流体を流し金属イオンを検出部に拡散する拡散ステップと、金属イオンが有機比色試薬微粒子と呈色反応し発色する反応ステップと、呈色反応により発色した色を元に金属イオンの種類及び溶出した金属イオンの溶出量を判定する判定ステップを有する。
(Detection method)
FIG. 6 is a diagram showing the procedure of a method for detecting metal on a solid surface using the touch test device of this embodiment.
The detection of metal ions includes a wetting step in which the gel provided in the metal ion extraction section is moistened by adding water to the gel; a contact step in which the metal ion extraction section is brought into contact with a solid surface; a supply step in which the metal ions are supplied to the metal ion supply section; a diffusion step in which a detection fluid is flowed from the water supply section to diffuse the metal ions into the detection section; a reaction step in which the metal ions react with organic colorimetric reagent microparticles to produce a color; and a determination step in which the type of metal ion and the amount of eluted metal ion are determined based on the color produced by the color reaction.
(湿潤ステップ:S1、S1’)
湿潤ステップは、金属イオン抽出部に備えるゲルに水分を含ませる段階である(S1はゲル一体型、S1’はゲル分離型)。
(Wetting steps: S1, S1')
The wetting step is a stage in which the gel provided in the metal ion extraction unit is moistened with water (S1 is a gel-integrated type, and S1' is a gel-separated type).
(接触ステップ:S2、S2’)
接触ステップは、固体表面に、該固体表面の金属成分をイオン化して、その金属イオンを金属イオン抽出部に保持することができ、かつ金属イオン接触部と接したときに検出流体によって金属イオンが検出部に移動することが可能となるよう、ゲルを固体表面に接触させる段階である。ゲルが乾燥している場合は適宜水性溶媒で湿らせてから接触させる(S1はゲル一体型、S1’はゲル分離型)。
(Contacting steps: S2, S2')
The contacting step is a step in which a gel is brought into contact with a solid surface so that metal components on the solid surface can be ionized, the metal ions can be retained in the metal ion extraction section, and the metal ions can be transferred to the detection section by the detection fluid when the gel comes into contact with the metal ion contact section. If the gel is dry, it is moistened with an aqueous solvent as appropriate before contacting (S1 is a gel-integrated type, and S1' is a gel-separated type).
(供給ステップ:S3、S3’)
供給ステップは、金属イオンを金属イオン供給部に移動させる段階である。接触ステップで適時接触の後、ゲル一体型では固体表面からゲルを離すことで適量の金属イオンを供給することができる。もしくは固体表面からゲルを離し、給水部からの検出流体と金属イオン供給部が接触することが駆動力となり金属イオン供給部に金属イオンを供給することができる。ゲル分離型では、まずゲルを固体表面に接触させ金属イオンをゲルに溶出させ、金属イオン抽出部を金属イオン供給部に載せることで適量の金属イオンを供給することができる。もしくは金属イオン抽出部を金属イオン供給部へ載せた後で、給水部からの検出流体と金属イオン供給部が接触することが駆動力となり金属イオン供給部に金属イオンを供給することができる。
(Supply steps: S3, S3')
The supply step is a stage in which metal ions are moved to the metal ion supply unit. After appropriate contact in the contact step, in the gel-integrated type, an appropriate amount of metal ions can be supplied by separating the gel from the solid surface. Alternatively, the gel can be separated from the solid surface, and the metal ion supply unit can be supplied with the driving force of contact between the detection fluid from the water supply unit and the metal ion supply unit. In the gel-separated type, the gel is first brought into contact with the solid surface to elute the metal ions into the gel, and then the metal ion extraction unit is placed on the metal ion supply unit, thereby supplying an appropriate amount of metal ions. Alternatively, after the metal ion extraction unit is placed on the metal ion supply unit, the metal ions can be supplied with the driving force of contact between the detection fluid from the water supply unit and the metal ion supply unit.
(拡散ステップ:S4)
拡散ステップは、供給ステップの後に、給水部からの検出流体が、供給部の浸漬したりや供給部への滴下する、もしくはイオン供給-給水併合型では十分な量の検出流体をゲル中に含ませておいたりすることで提供され、ラテラルフローで、給水部と反対端に向かって一方向に検出流体の流れが生じ、その流れにより金属イオン供給部の金属イオンが検出部に拡散される段階である。
(Diffusion step: S4)
The diffusion step is a step that occurs after the supply step, in which the detection fluid from the water supply section is provided by immersing the supply section or dripping it onto the supply section, or in the case of a combined ion supply-water supply type, by allowing a sufficient amount of detection fluid to be contained in a gel, and a lateral flow of detection fluid occurs in one direction toward the end opposite the water supply section, and this flow diffuses the metal ions from the metal ion supply section into the detection section.
(反応ステップ:S5)
反応ステップは、拡散ステップで検出部に拡散された金属イオンが、検出部の有機比色試薬微粒子と反応し、呈色する段階である。反応ステップは、検出流体が浸透しソルベントフロント位置まで検出流体が拡散した時点で給水部からの検出流体の給水を止める。
(Reaction step: S5)
The reaction step is a stage in which the metal ions diffused into the detection unit in the diffusion step react with the organic colorimetric reagent particles in the detection unit to produce color. In the reaction step, the supply of detection fluid from the water supply unit is stopped when the detection fluid has penetrated and diffused up to the solvent front position.
(判定ステップ:S6)
判定ステップでは、反応ステップにおいて金属イオンが有機比色試薬微粒子と反応した時間までの検出部および呈色部の色データを判定部で取得する。色データの取得には、目視もしくは色を検出できる色彩計などの光学分析器、カメラ、スキャナ、TLCスキャナ、光ファイバ分光器等を用い、色データをコンピュータや携帯端末等に取り込むことができる。コンピュータや携帯端末等に予めインストールされている色解析ソフトもしくは表計算ソフトなどでデータを読み込んで適宜解析し、検出しても良い。
(Determination step: S6)
In the determination step, the determination unit acquires color data from the detection unit and the color-development unit up to the time when the metal ions react with the organic colorimetric reagent microparticles in the reaction step. The color data can be acquired visually or using an optical analyzer such as a colorimeter that can detect color, a camera, a scanner, a TLC scanner, an optical fiber spectrometer, or the like, and the color data can be imported into a computer, mobile device, or the like. The data can also be read using color analysis software or spreadsheet software pre-installed on a computer or mobile device, and analyzed and detected as appropriate.
ここで、上記実施形態に係る検出材、金属イオン検出システムおよび金属イオン検出方法について、以下具体的に説明する。表1は実施例および比較例の一覧である。 The detection material, metal ion detection system, and metal ion detection method according to the above embodiments will now be described in detail. Table 1 lists examples and comparative examples.
(実施例11~16:概要)
ジチゾンナノ繊維膜を検出部とし、牛骨アルカリ処理ゼラチンのゲルを金属イオン抽出部としたタッチテストデバイス(検出材)による、実施形態2のゲル分離型での固体金属スズの接触分析を行った。
(Examples 11 to 16: Overview)
A contact analysis of solid metallic tin was carried out using a gel separation type of embodiment 2 using a touch test device (detection material) in which a dithizone nanofiber membrane was used as the detection section and a gel of alkali-treated bovine bone gelatin was used as the metal ion extraction section.
(実施例11~16:検出部の作製)
顔料であるジチゾンは、1000rpmで攪拌している0.25M L-アスコルビン酸水溶液9.9mlに2mM ジチゾンアセトン溶液をマイクロシリンジで100μl射出後、2分間静置してナノ粒子分散液を作製した。湿潤剤のコラーゲンペプチド10g/Lおよび3mM 4-メトキシフェノールを含み、塩酸でpH2.0に調整した溶液10mlを別途準備し、ナイロンメンブレンフィルター(孔径0.20μm)をセットしたろ過器にジチゾンナノ粒子分散液とともに注ぎ、減圧濾過した。ジチゾンナノ繊維はメンブレンフィルターに青灰色の薄膜状に存在する。乾燥後におおよそ30から40mmの長さで3mm幅にカットすることでジチゾンナノ薄膜を検出部とし、ナイロンメンブレンフィルターを多孔質体とするタッチテストデバイスを作製した。
(Examples 11 to 16: Preparation of detection unit)
Dithizone, a pigment, was prepared by injecting 100 μl of a 2 mM dithizone acetone solution into 9.9 ml of 0.25 M L-ascorbic acid aqueous solution stirred at 1000 rpm using a microsyringe and allowing to stand for 2 minutes to produce a nanoparticle dispersion. A 10 ml solution containing 10 g/L of humectant collagen peptide and 3 mM 4-methoxyphenol, adjusted to pH 2.0 with hydrochloric acid, was separately prepared and poured into a filter equipped with a nylon membrane filter (pore size 0.20 μm) along with the dithizone nanoparticle dispersion, followed by vacuum filtration. Dithizone nanofibers were present on the membrane filter as a bluish-gray thin film. After drying, the sample was cut into approximately 30-40 mm long and 3 mm wide pieces to produce a touch test device with the dithizone nanofilm as a detection element and the nylon membrane filter as a porous material.
(実施例11~16:給水部)
本実施例ではナイロンメンブレンフィルターの一端を給水部として使用した。尚、以降の全ての実施例と比較例についても同じく多孔質体の一端を給水部として使用した。
(Examples 11 to 16: Water supply section)
In this example, one end of the nylon membrane filter was used as the water supply part, and in all subsequent examples and comparative examples, one end of the porous body was also used as the water supply part.
(実施例11~16:金属イオン抽出部の作製)
50g/L 牛骨由来ゼラチン溶液にイオン化剤である塩酸を加えpH2.0に調整した。この溶液をプラスチックシャーレに10ml加え、冷蔵庫で冷やし固め、3×3mmにカットしゼラチンゲルを作製した。このゼラチンゲルをキムワイプ(日本製紙クレシア株式会社製)で拭いた後にISFET電極(イオン感応性電界効果トランジスタ電極)を用いてpHを測定した。ゲルのpHは2.024であった。
(Examples 11 to 16: Preparation of metal ion extraction unit)
A 50 g/L bovine bone-derived gelatin solution was adjusted to pH 2.0 by adding hydrochloric acid, an ionizing agent. 10 ml of this solution was added to a plastic petri dish, cooled in a refrigerator, and cut into 3 x 3 mm pieces to prepare a gelatin gel. After wiping the gel with Kimwipes (manufactured by Nippon Paper Crecia Co., Ltd.), the pH was measured using an ISFET electrode (ion-sensitive field-effect transistor electrode). The pH of the gel was 2.024.
(実施例11~16:金属イオン供給部)
本実施例では検出部の一端を金属イオン供給部として使用した。尚、以降の全ての実施例と比較例についても同じく検出部の一端を金属イオン供給部として使用した。
(Examples 11 to 16: Metal ion supply unit)
In this example, one end of the detection section was used as the metal ion supply section. In all subsequent examples and comparative examples, the same one end of the detection section was used as the metal ion supply section.
(実施例11~16:金属イオンの検出)
タッチテストデバイスは両面テープを貼ったプラ板に貼り付け固定した。カットしたゼラチンは金属スズに10から600秒接触させてから、接触させた面が検出部に接するように金属イオン供給部(検出部)にのせ、給水部からpH2.0の塩酸水溶液を検出流体として展開し、金属イオン供給部の端から25mmの部分までソルベントフロントが達したところで検出流体をとめた。比較例として金属イオン抽出部のゼラチンを金属スズに接触しないで金属イオン供給部に接触させた(比較例10)。給水部から検出流体を給水し、金属イオン供給部の端から25mmの部分にソルベントフロントが達するまでの展開時間は、7分9秒、7分5秒、7分49秒、8分27秒、7分21秒で、平均7分34秒±34秒であった。検出部はピンク色に呈色した。
(Examples 11 to 16: Detection of metal ions)
The touch test device was attached and fixed to a plastic plate with double-sided tape. The cut gelatin was contacted with the metal tin for 10 to 600 seconds, and then placed on the metal ion supply unit (detection unit) so that the contacted surface was in contact with the detection unit. A pH 2.0 hydrochloric acid solution was applied as the detection fluid from the water supply unit, and the detection fluid was stopped when the solvent front reached a point 25 mm from the end of the metal ion supply unit. As a comparative example, the gelatin in the metal ion extraction unit was contacted with the metal ion supply unit without contacting the metal tin (Comparative Example 10). The detection fluid was supplied from the water supply unit, and the development time until the solvent front reached a point 25 mm from the end of the metal ion supply unit was 7 minutes 9 seconds, 7 minutes 5 seconds, 7 minutes 49 seconds, 8 minutes 27 seconds, and 7 minutes 21 seconds, with an average of 7 minutes 34 seconds ± 34 seconds. The detection unit turned pink.
(実施例11~16:金属イオンの判定)
展開および呈色後のタッチテストデバイスは、薄層クロマトグラフィー(TLC)スキャナにて、610nmの1mm×2mmのビームをスキャンさせ反射吸光度を測定した。併せてゼラチンとタッチテストデバイスを濃硝酸で湿式分解し、誘導結合プラズマ発光分光分析(ICP-OES)にてスズを定量した。
TLC分析による、接触時間と呈色部の長さ(呈色距離)、ソルベントフロントから求めたRf値、またTLCから求めた呈色面積(呈色部の610nmにおける反射吸光度の面積)を表2に示す。尚、Rf=呈色距離/金属イオン供給部の上流端からソルベントフロントまでの距離で求められる値である。
(Examples 11 to 16: Determination of metal ions)
After development and color development, the touch test device was scanned with a 1 mm x 2 mm beam of 610 nm using a thin layer chromatography (TLC) scanner to measure the reflection absorbance. In addition, the gelatin and the touch test device were wet decomposed with concentrated nitric acid, and tin was quantified by inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP-OES).
The contact time and length of the colored portion (colored distance), the Rf value determined from the solvent front, and the colored area (area of the colored portion with reflection absorbance at 610 nm) determined from TLC are shown in Table 2. Rf = colored distance/distance from the upstream end of the metal ion supply portion to the solvent front.
ICP-OES分析による、タッチテストデバイスの金属イオン抽出部のゼラチンおよび検出材中のそれぞれスズの物質量およびこれらの合計量を表3に示す。 Table 3 shows the amounts of tin in the gelatin and detection material in the metal ion extraction portion of the touch test device, as well as the total amount of these, as determined by ICP-OES analysis.
TLC分析による接触時間と呈色距離のプロットを図7、接触時間と呈色面積のプロットを図8に示す。ICP-OESによる接触時間と溶出したスズ量のプロットを図9に示す。また呈色距離と溶出したスズの物質量との関係を図10に、接触面積と溶出したスズの物質量とのプロットを図11に示す。 Figure 7 shows a plot of contact time and coloration distance from TLC analysis, and Figure 8 shows a plot of contact time and coloration area. Figure 9 shows a plot of contact time and the amount of eluted tin from ICP-OES. Figure 10 shows the relationship between coloration distance and the amount of eluted tin substance, and Figure 11 shows a plot of contact area and the amount of eluted tin substance.
TLC分析より、ゼラチンゲルと金属スズの接触時間に応じて、呈色距離およびRf値は伸長し、呈色面積は増加し、相関が確認された(表2、図7、図8)。ICP分析によるゼラチンゲルと金属スズの接触時間に応じて、溶出するスズ量は増加し、相関が確認された(図9)。本タッチテストデバイスを用いたスズ分析では、図10および図11より呈色距離や呈色面積からスズの定量分析が可能である。本実施例によれば、数nmolから数十nmolの固体表面からの溶出が定量分析できる。 TLC analysis confirmed that the color distance and Rf value increased and the colored area increased depending on the contact time between the gelatin gel and metallic tin, confirming a correlation (Table 2, Figures 7 and 8). ICP analysis confirmed that the amount of tin eluted increased depending on the contact time between the gelatin gel and metallic tin, confirming a correlation (Figure 9). Tin analysis using this touch test device allows quantitative analysis of tin from the colored distance and colored area, as shown in Figures 10 and 11. This example enables quantitative analysis of elution from a solid surface in the range of several nmol to several tens of nmol.
(実施例21~23:概要)
実施例11に準拠して作製されたジチゾンナノ薄膜を検出部とするタッチテストデバイスによる、実施形態1のゲル一体型での固体金属スズの接触分析を行った。
(Examples 21 to 23: Overview)
Using a touch test device having a dithizone nano-thin film as a detection unit prepared in accordance with Example 11, contact analysis of solid metallic tin was carried out in the gel-integrated type of embodiment 1.
(実施例21~23:タッチテストデバイス(ゲル一体型)の作製)
実施例11の検出部の一端側に、幅3mmの長方形の穴をあけた厚さ0.25mmのプラ板をのせ、スパチュラのヘラで潰した実施例11と同じゼラチンゲルをスクリーン塗布した。
(Examples 21 to 23: Preparation of touch test device (integrated with gel))
A 0.25 mm thick plastic plate with a 3 mm wide rectangular hole was placed on one end of the detection part of Example 11, and the same gelatin gel as in Example 11 was crushed with a spatula and screen coated.
(実施例21~23:金属イオンの検出)
タッチテストデバイスの固定は実施例11に準拠し、金属スズに60、180、300秒接触させ続けた。接触後、給水部からpH2.0の塩酸水溶液を検出流体として展開し、金属イオン供給部の端から25mmの部分までソルベントフロントが達したところで検出流体をとめた。検出部はピンク色に呈色した。
(Examples 21 to 23: Detection of metal ions)
The touch test device was fixed in the same manner as in Example 11, and was kept in contact with the metal tin for 60, 180, and 300 seconds. After contact, a pH 2.0 hydrochloric acid solution was introduced as a detection fluid from the water supply section, and the detection fluid was stopped when the solvent front reached a point 25 mm from the end of the metal ion supply section. The detection section turned pink.
(実施例21~23:金属イオンの判定)
スキャナにて検出材全体の画像を取り込み、取り込んだ画像を画像処理ソフトウェアであるImageJで処理した。3mm幅のデバイスの中心線から±1mmの範囲(幅2mm)と検出材の長さで囲まれた範囲でRGB分析した。それらのプロットの青灰色の検出部とピンク色の呈色部の差に基づいて、呈色距離および呈色面積(SR、SG、SB)を求め、表4に示す。
(Examples 21 to 23: Determination of metal ions)
The entire image of the detector was captured using a scanner, and the captured image was processed using ImageJ, an image processing software. RGB analysis was performed within a range of ±1 mm (2 mm wide) from the center line of the 3 mm wide device and the area surrounded by the length of the detector. Based on the difference between the blue-gray detection area and the pink colored area of the plots, the colored distance and colored area ( SR , SG , SB ) were calculated and are shown in Table 4.
ImageJ分析より、ゲル一体型のタッチテストデバイスでもゲル分離型と同様に、接触時間に応じて、呈色距離およびRf値は伸長し、呈色面積は増加し、相関が確認された。 ImageJ analysis showed that, similar to the gel-separated type, the colored distance and Rf value increased and the colored area increased with contact time in the integrated gel touch test device, confirming a correlation.
(実施例31~33:概要)
実施例11に準拠して作製されたジチゾンナノ薄膜を検出部とするゲル分離型のタッチテストデバイスによる、イオン供給-給水併合型による固体金属スズの分析を行った。
(Examples 31 to 33: Overview)
Using a gel separation type touch test device having a dithizone nano-thin film as a detection section prepared in accordance with Example 11, solid metallic tin was analyzed by a combined ion supply and water supply method.
(実施例31~33:タッチテストデバイス(イオン供給-給水併合型)の作製)
実施例11の検出部の作製で作製されたタッチテストデバイスの一端に検出部が露出するように多孔質体を切断成形した。
(Examples 31 to 33: Preparation of touch test device (combined ion supply and water supply type))
The porous body was cut and shaped so that the detection part was exposed at one end of the touch test device prepared in the preparation of the detection part of Example 11.
(実施例31~33:金属イオンの検出)
3×3mmのゼラチンを金属スズに60、180、600秒接触させてから、ゼラチンの接触させた面が多孔質体の一端側に設けた金属イオン供給部(検出部)に接するようにのせ20分間放置した。
(Examples 31 to 33: Detection of metal ions)
A 3 x 3 mm piece of gelatin was brought into contact with metallic tin for 60, 180, and 600 seconds, and then the contacted surface of the gelatin was placed in contact with a metal ion supply unit (detection unit) provided at one end of the porous body and left for 20 minutes.
(実施例31~33:金属イオンの判定)
検出材全体の画像をスキャナによりデータを取り込みRGB値として解析した。20分間放置した後のソルベントフロントの距離は、2.850cm、2.850cm、2.815cmであった。ラテラルフローの繰り返し精度がよい。
ImageJ分析により求めた呈色距離、ソルベントフロントから求めたRf値、またおよびR、G、Bの成分ごとの面積強度(SR、SG、SB)を表5に示す。
(Examples 31 to 33: Determination of metal ions)
The image of the entire detection material was scanned and analyzed as RGB values. After leaving it for 20 minutes, the solvent front distances were 2.850 cm, 2.850 cm, and 2.815 cm. The lateral flow repeatability was good.
Table 5 shows the color distances determined by ImageJ analysis, the Rf values determined from the solvent front, and the area intensities ( SR , SG , SB ) for each of the R, G, and B components.
多孔質体がラテラルフローに微小量の水しか必要でない、ナイロンメンブレンフィルターのような場合は、金属イオン検出部のゲルにラテラルフローに必要な量より多い水分をあらかじめ含んでいれば、その水分を検出流体として利用でき、ゲルから滲み出した検出流体が検出部の一端から多端へ向かって一方向のラテラルフローとなり金属成分を検出できる。予め含ませた量以上の検出流体を必要としないため、サンプル固体への接触のみで検出が可能となる。 In the case of porous materials such as nylon membrane filters, where only a minute amount of water is required for lateral flow, if the gel in the metal ion detection section already contains more water than is necessary for lateral flow, that water can be used as the detection fluid, and the detection fluid seeping out of the gel will form a unidirectional lateral flow from one end of the detection section to the other, allowing metal components to be detected. Because no more detection fluid than the amount already contained is required, detection is possible simply by contacting the sample solid.
(実施例41~45:概要)
実施例11に準拠して作製されたジチゾンナノ薄膜を検出部とするタッチテストデバイスを使用し、スズを含んだ合金にゲルを接触させ金属成分の検出を行った。
(Examples 41 to 45: Overview)
Using a touch test device having a dithizone nano-thin film as a detection section prepared in accordance with Example 11, the gel was brought into contact with an alloy containing tin to detect metal components.
(実施例41~45:タッチテストデバイス)
タッチテストデバイスは実施例11と同じものを使用した。
(Examples 41 to 45: Touch Test Device)
The same touch test device as in Example 11 was used.
(実施例41~45:金属イオンの検出)
スズを含んだ合金サンプルとして、スズ45%鉛55%のはんだを使用した。20gを耐熱容器に入れ、ホットプレートを用いておよそ300℃で溶解後、放冷し固めた。
3×3mmのゼラチン(pH2.036)を合金サンプルに10、30、60、180、600秒接触させてから、接触させた面が検出部に接するように金属イオン供給部(検出部)にのせ、給水部からpH2.0の塩酸水溶液を検出流体として展開し、金属イオン供給部の端から25mmの部分までソルベントフロントが達したところで検出流体をとめた。
(Examples 41 to 45: Detection of metal ions)
As the alloy sample containing tin, 45% tin and 55% lead solder was used. 20 g of the alloy was placed in a heat-resistant container, melted at approximately 300° C. using a hot plate, and then allowed to cool and solidify.
A 3 x 3 mm piece of gelatin (pH 2.036) was brought into contact with the alloy sample for 10, 30, 60, 180, and 600 seconds, and then placed on the metal ion supply section (detection section) so that the contacted surface was in contact with the detection section. A pH 2.0 aqueous hydrochloric acid solution was introduced from the water supply section as the detection fluid, and the detection fluid was stopped when the solvent front reached a point 25 mm from the end of the metal ion supply section.
(実施例41~45:金属イオンの判定)
実施例21と同様に、データを取り込み、ImageJを用いてRGB値として解析した。呈色距離、Rf値、呈色面積(SR、SG、SB)を表6に、またImageJ分析による接触時間と呈色距離のプロットを図12および接触時間と呈色面積SRのプロットを図13に示す。
The data was imported and analyzed as RGB values using ImageJ in the same manner as in Example 21. The colored distance, Rf value, and colored area ( SR , SG , SB ) are shown in Table 6, and a plot of the contact time and colored distance from ImageJ analysis is shown in Figure 12, and a plot of the contact time and colored area SR is shown in Figure 13.
本タッチテストデバイスにより、合金サンプル中のスズを検出可能であることがわかった。 This touch test device was found to be capable of detecting tin in alloy samples.
(実施例51~55:概要)
3,5-diBrPADAPナノ薄膜を検出部に有し、金属イオン抽出部が水とゼラチンのみのゲルを使用したタッチテストデバイスによる、100円硬貨からのニッケルの接触分析を行った。
(Examples 51 to 55: Overview)
A touch test device with a 3,5-diBrPADAP nano-thin film in the detection section and a gel consisting of only water and gelatin in the metal ion extraction section was used to perform contact analysis of nickel from 100 yen coins.
(実施例51~55:検出部の作製)
顔料である3,5-diBrPADAPは、1000rpmで攪拌している超純水10mlに2mM,5-diBrPADAPアセトン溶液100μlをマイクロシリンジで射出後、2分間静置してナノ粒子分散液とした。ナイロンメンブレンフィルター(孔径0.20μm)をセットしたろ過器に3,5-diBrPADAPナノ粒子分散液を注ぎ、減圧濾過した。3,5-diBrPADAPナノ粒子はメンブレンフィルターにオレンジ色の薄膜状に存在する。乾燥後に3mm幅にカットすることで3,5-diBrPADAPナノ薄膜を検出部とし、ナイロンメンブレンフィルターを多孔質体とするタッチテストデバイスを作製した。
(Examples 51 to 55: Preparation of detection unit)
The pigment 3,5-diBrPADAP was prepared by injecting 100 μl of a 2 mM 5-diBrPADAP acetone solution into 10 ml of ultrapure water stirred at 1,000 rpm using a microsyringe, then allowing it to stand for 2 minutes to form a nanoparticle dispersion. The 3,5-diBrPADAP nanoparticle dispersion was poured into a filter equipped with a nylon membrane filter (pore size 0.20 μm) and filtered under reduced pressure. The 3,5-diBrPADAP nanoparticles were present on the membrane filter as an orange thin film. After drying, the filter was cut to a width of 3 mm to produce a touch test device in which the 3,5-diBrPADAP nanofilm served as the detection element and the nylon membrane filter was used as the porous body.
(実施例51~55:金属イオン抽出部の作製)
50g/L牛骨由来ゼラチン溶液を超純水に溶かした溶液をプラスチックシャーレに10ml加え、冷蔵庫で冷やし固め、3×3mmにカットし、水とゼラチンのみから構成されるゲルを作製した。このゼラチンゲルをキムワイプで拭いた後にISFET電極を用いてpHを測定した。ゲルのpHは6.099であった。
(Examples 51 to 55: Preparation of metal ion extraction unit)
10 ml of a 50 g/L solution of bovine bone-derived gelatin dissolved in ultrapure water was added to a plastic dish, cooled in a refrigerator, and cut into 3 x 3 mm pieces to produce a gel consisting only of water and gelatin. After wiping the gel with a Kimwipe, the pH was measured using an ISFET electrode. The pH of the gel was 6.099.
(実施例51~55:金属イオンの検出)
実施例11と同様にタッチテストデバイスは両面テープを貼ったプラ板に貼り付け固定した。カットしたゼラチンは100円硬貨に10から300秒接触させてから、接触させた面が検出部に接するように金属イオン供給部(検出部)にのせ、給水部から0.01mol/Kgほう酸塩緩衝液(pH9.18)を検出流体として展開し、金属イオン供給部の端から25mmの部分までソルベントフロントが達したところで検出流体をとめた。呈色部は赤紫色に呈色した。
給水部から検出流体を給水し、金属イオン供給部の端から25mmの部分にソルベントフロントが達するまでの展開時間は、2分12秒、1分56秒、2分15秒、2分5秒、2分19秒で、平均2分9秒±9秒であった。
(Examples 51 to 55: Detection of metal ions)
As in Example 11, the touch test device was attached and fixed to a plastic plate with double-sided tape. The cut gelatin was contacted with a 100-yen coin for 10 to 300 seconds, then placed on the metal ion supply unit (detection unit) so that the contacted surface was in contact with the detection unit. A 0.01 mol/kg borate buffer solution (pH 9.18) was introduced from the water supply unit as the detection fluid. The detection fluid was stopped when the solvent front reached a point 25 mm from the end of the metal ion supply unit. The colored area turned reddish purple.
The detection fluid was supplied from the water supply section, and the development time until the solvent front reached a point 25 mm from the end of the metal ion supply section was 2 minutes 12 seconds, 1 minute 56 seconds, 2 minutes 15 seconds, 2 minutes 5 seconds, and 2 minutes 19 seconds, with an average of 2 minutes 9 seconds ± 9 seconds.
(実施例51~55:金属イオンの判定)
実施例21と同様に、スキャナでデータを取り込み、ImageJを用いてRGB値として解析した。それらのプロットのオレンジ色の検出部と赤紫色の呈色部の差に基づいて、呈色距離、Rf値、呈色面積(SR、SG、SB)を表7に、またImageJ分析による接触時間と呈色距離のプロットを図14および接触時間と呈色面積SBのプロットを図15に示す。
(Examples 51 to 55: Determination of metal ions)
Data was scanned and analyzed as RGB values using Image J in the same manner as in Example 21. Based on the difference between the orange detection area and the reddish-purple colored area in these plots, the colored distance, Rf value, and colored area ( SR , SG , SB ) are shown in Table 7. A plot of contact time and colored distance from Image J analysis is shown in Figure 14, and a plot of contact time and colored area SB is shown in Figure 15.
金属イオン抽出部に水のみでも固体表面から金属イオンの抽出が可能であることが分かった。 It was found that metal ions can be extracted from solid surfaces using only water as the metal ion extraction agent.
(実施例61~65:概要)
3,5-diBrPADAPナノ薄膜を検出部に有し、金属イオン抽出部に水とゼラチン以外に人工汗およびマスキング剤としてチオ尿素を含んだゲルを使用したタッチテストデバイスによる、100円硬貨からのニッケルの接触分析を行った。
(Examples 61 to 65: Overview)
Contact analysis of nickel from 100-yen coins was performed using a touch test device with a 3,5-diBrPADAP nanofilm in the detection section and a gel containing artificial sweat and thiourea as a masking agent in addition to water and gelatin in the metal ion extraction section.
(実施例61~65:タッチテストデバイスの作製)
50g/L牛骨由来ゼラチン溶液に、塩化ナトリウム31mM、塩化カリウム6.1mM、乳酸14.0mM、尿素10mM、アンモニア5.3mMおよびマスキング剤であるチオ尿素5.3mMとなるように超純水に溶かし、水酸化ナトリウム水溶液でpH調整し、pH5.5~5.7の酸性汗の範囲になるように調整した。尚塩化ナトリウムはここではイオン強度調整剤として、また乳酸は湿潤剤であり、尿素はニッケルイオンとの錯形成定数が大きいため抽出向上剤としての役割も担う。この溶液をプラスチックシャーレに10ml加え、冷蔵庫で冷やし固め、3×3mmにカットし、人工汗およびマスキング剤を含んだゲルを作製した。このゼラチンゲルをキムワイプで拭いた後にISFET電極を用いてpHを測定した。ゲルのpHは5.442であった。実施例11と同様にタッチテストデバイスは両面テープを貼ったプラ板に貼り付け固定した。
(Examples 61 to 65: Preparation of touch test devices)
A 50 g/L bovine bone-derived gelatin solution was dissolved in ultrapure water to a concentration of 31 mM sodium chloride, 6.1 mM potassium chloride, 14.0 mM lactic acid, 10 mM urea, 5.3 mM ammonia, and 5.3 mM thiourea (a masking agent). The pH was then adjusted with aqueous sodium hydroxide solution to a pH of 5.5-5.7, which corresponds to the acidic sweat range. Sodium chloride acts as an ionic strength adjuster, lactic acid acts as a humectant, and urea, due to its high complex formation constant with nickel ions, also serves as an extraction enhancer. 10 ml of this solution was added to a plastic dish, cooled and hardened in the refrigerator, and cut into 3 x 3 mm pieces to produce a gel containing artificial sweat and a masking agent. After wiping the gel with a Kimwipe, the pH was measured using an ISFET electrode. The gel's pH was 5.442. As in Example 11, the touch test device was attached to a plastic plate with double-sided tape.
(実施例61~65:金属イオンの検出)
カットしたゼラチンは100円硬貨に10から300秒接触させてから、接触させた面が検出部に接するように金属イオン供給部(検出部)にのせ、給水部から0.01mol/Kgほう酸塩緩衝液(pH9.18)を検出流体として展開し、金属イオン供給部の端から25mmの部分までソルベントフロントが達したところで検出流体をとめた。ほう酸緩衝液は発色を至適pHで行うための感度向上剤である。呈色部は赤紫色に呈色した。
(Examples 61 to 65: Detection of metal ions)
The cut gelatin was contacted with a 100-yen coin for 10 to 300 seconds, then placed on the metal ion supply section (detection section) with the contacted surface facing the detection section. A 0.01 mol/kg borate buffer solution (pH 9.18) was introduced from the water supply section as the detection fluid, and the detection fluid was stopped when the solvent front reached a point 25 mm from the end of the metal ion supply section. The borate buffer solution is a sensitivity enhancer that ensures color development at the optimal pH. The colored section turned reddish purple.
(実施例61~65:金属イオンの判定)
実施例21と同様に、スキャナでデータを取り込み、ImageJを用いてRGB値として解析した。それらのプロットのオレンジ色の検出部と赤紫色の呈色部の差に基づいて、呈色距離、Rf値、呈色面積(SR、SG、SB)を表8に、またImageJ分析による接触時間と呈色距離のプロットを図16および接触時間と呈色面積SBのプロットを図17に示す。
(Examples 61 to 65: Determination of metal ions)
Data was scanned and analyzed as RGB values using Image J in the same manner as in Example 21. Based on the difference between the orange detection area and the reddish-purple colored area in these plots, the colored distance, Rf value, and colored area ( SR , SG , SB ) are shown in Table 8. A plot of contact time and colored distance from Image J analysis is shown in Figure 16, and a plot of contact time and colored area SB is shown in Figure 17.
金属イオン抽出部に人工汗成分を再現でき、この分析は金属アレルギー対象の評価法となり得る。またイオン強度調整剤や抽出向上剤、湿潤剤などを内含したデバイスは実施例51のそれらを含まない水のみの場合と比較し、接触時間がある程度長くなるまで抽出量は増え続けていることがわかる。 Artificial sweat components can be reproduced in the metal ion extraction section, making this analysis a potential evaluation method for subjects with metal allergies. Furthermore, compared to Example 51, in which only water was used and no ionic strength adjusters, extraction enhancers, or wetting agents were used, the amount of extraction continued to increase until the contact time was extended to a certain extent.
(実施例71~74:概要)
金属イオン抽出部として使用可能なκ-カラギーナンゲルおよび寒天ゲルを用いた場合の固体金属表面からの金属イオンの溶出挙動を調査した。
(Examples 71 to 74: Overview)
The elution behavior of metal ions from solid metal surfaces was investigated using κ-carrageenan gel and agar gel, which can be used as metal ion extractors.
(実施例71、72:金属イオン抽出部の作製1)
κ-カラギーナンは、0.2gに超純水を19.98ml加え、ホットプレートで加熱しながら溶解し、撹拌しながら1M塩化カリウム溶液を20μl滴下、さらに塩酸を加えて攪拌pH1.5に調整した。このゾルをプラスチックシャーレに10ml入れ、冷蔵庫で冷やしゲル化し、3×3mmにカットした。このゼラチンゲルをキムワイプで拭いた後にISFET電極を用いてpHを測定した。ゲルのpHは1.543であった。
(Examples 71 and 72: Preparation of metal ion extraction part 1)
0.2 g of κ-carrageenan was dissolved in 19.98 ml of ultrapure water while heating on a hot plate. 20 μl of 1 M potassium chloride solution was added dropwise while stirring, and hydrochloric acid was added to adjust the pH to 1.5. 10 ml of this sol was placed in a plastic petri dish, cooled in a refrigerator, and gelled. The gelatin gel was then cut into 3 x 3 mm pieces. After wiping the gel with a Kimwipe, the pH was measured using an ISFET electrode. The pH of the gel was 1.543.
(実施例71、72:金属イオンの溶出確認1)
やすりで研磨した金属スズにκ-カラギーナンゲルを30、180秒接触させた後濃硝酸を用いて湿式分解した。比較例としておよび金属スズに未接触のκ-カラギーナンゲルも濃硝酸を用いて湿式分解した(比較例70)。乾固寸前まで濃硝酸を蒸発させた後、1M塩酸を20ml加え試料溶液を作製し、ICP-OESにてスズの分析を行った。結果、30秒の金属スズへの接触で3×3mmのゲル中に3.34×10-9mol、180秒の接触で5.91×10-9molのスズが抽出された。未接触のゲルからはスズは検出されなかった。
(Examples 71 and 72: Confirmation of Metal Ion Elution 1)
κ-carrageenan gel was contacted with metallic tin polished with a file for 30 and 180 seconds, and then wet-decomposed using concentrated nitric acid. As a comparative example, κ-carrageenan gel not contacted with metallic tin was also wet-decomposed using concentrated nitric acid (Comparative Example 70). After evaporating the concentrated nitric acid to near dryness, 20 ml of 1 M hydrochloric acid was added to prepare a sample solution, which was then analyzed for tin using ICP-OES. As a result, 3.34 × 10 -9 mol of tin was extracted into a 3 × 3 mm gel after 30 seconds of contact with metallic tin, and 5.91 × 10 -9 mol after 180 seconds of contact. No tin was detected in the gel that had not been contacted.
(実施例73、74:金属イオン抽出部の作製2)
寒天は、20g/Lの濃度でpH2となるよう調整した後、このゾルをプラスチックシャーレに10ml入れ、冷蔵庫で冷やしてゲル化し、3×3mmにカットした。このゼラチンゲルをキムワイプで拭いた後にISFET電極を用いてpHを測定した。ゲルのpHは2.00であった。
(Examples 73 and 74: Preparation of metal ion extraction part 2)
The agar was adjusted to a concentration of 20 g/L and a pH of 2. 10 ml of this sol was placed in a plastic petri dish, cooled in a refrigerator to gel, and cut into 3 x 3 mm pieces. The gelatin gel was wiped with a Kimwipe and then the pH was measured using an ISFET electrode. The pH of the gel was 2.00.
(実施例73、74:金属イオンの溶出確認2)
100円硬貨に30および60秒接触させ、濃硝酸を用いて湿式分解した。乾固寸前まで濃硝酸を蒸発させた後、pH2.0の硝酸溶液を20ml加え試料溶液を作製し、ICP-OESにて100円硬貨に含まれるニッケルの分析を行った。結果、30秒の100円玉への接触で3×3mmのゲル中に3.71×10-10mol、60秒の接触で8.28×10-10molのニッケルが抽出された。
(Examples 73 and 74: Confirmation of Metal Ion Elution 2)
The gel was contacted with a 100-yen coin for 30 and 60 seconds and then subjected to wet decomposition using concentrated nitric acid. After evaporating the concentrated nitric acid until it was almost dry, 20 ml of a pH 2.0 nitric acid solution was added to prepare a sample solution, and the nickel contained in the 100-yen coin was analyzed using ICP-OES. As a result, 3.71 x 10-10 mol of nickel was extracted into a 3 x 3 mm gel after 30 seconds of contact with the 100-yen coin, and 8.28 x 10-10 mol after 60 seconds of contact.
カラギーナンゲルおよび寒天ゲル(酸性の水性ゲル)で固体表面から金属イオンを溶解、抽出が可能であり、タッチテストデバイスの金属イオン抽出部として利用できることがわかった。 It was found that carrageenan gel and agar gel (acidic aqueous gels) can dissolve and extract metal ions from solid surfaces, and can be used as the metal ion extraction portion of a touch test device.
(実施例81、82:概要)
異種の架橋性高分子が相互侵入した網目構造(Interpenetrating Polymer Network: IPN)を持つヒドロゲル(IPNヒドロゲル)は、機械的強度の高いゲルを形成し網目構造に水を保持できるため高い保水性を有するため、金属イオン抽出部としての挙動を調査した。調査は、ポリビニルアルコール(PVA)と、イタコン酸を架橋剤N,N’-メチレンビスアクリルアミドと重合開始剤過硫酸アンモニウムを加えてポリマー化したものが絡み合ったPVA-イタコン酸IPNヒドロゲルおよび、カルボキシメチルセルロース(CMC)とデンプンをカルシウムイオンで架橋したポリマーが絡み合ったCMC-デンプンIPNヒドロゲルの2つで行った。
(Examples 81 and 82: Overview)
Hydrogels with a network structure (Interpenetrating Polymer Network: IPN) in which different crosslinked polymers interpenetrate (IPN) (IPN hydrogels) have high water retention properties due to the ability to hold water in the network structure, forming a gel with high mechanical strength. Therefore, we investigated their behavior as metal ion extraction sites. The investigation was carried out on two hydrogels: a PVA-itaconic acid IPN hydrogel, in which polyvinyl alcohol (PVA) and itaconic acid polymerized with the crosslinker N,N'-methylenebisacrylamide and polymerization initiator ammonium persulfate were entangled, and a CMC-starch IPN hydrogel, in which carboxymethylcellulose (CMC) and starch crosslinked with calcium ions were entangled.
(実施例81:タッチテストデバイスの作製1)
PVAを0.15gとり超純水5mlに溶解し、イタコン酸2.07gとMBA0.16gを加えて、その後過硫酸アンモニウム0.02gを加えて撹拌し、この溶液を実施例51と同様な方法でセルロース系メンブレンフィルター(孔径0.10μm)を多孔質体とした3,5-diBrPADAPナノ粒子を検出部とする検出材にディップコートし、80℃のオーブンで重合させIPNヒドロゲルを載せた一体型のタッチテストデバイスを作製した。
(Example 81: Preparation of touch test device 1)
0.15 g of PVA was dissolved in 5 ml of ultrapure water, and 2.07 g of itaconic acid and 0.16 g of MBA were added, followed by the addition of 0.02 g of ammonium persulfate and stirring. This solution was then dip-coated in the same manner as in Example 51 onto a detection material having 3,5-diBrPADAP nanoparticles as the detection unit, which was a porous cellulose membrane filter (pore size 0.10 μm). The material was then polymerized in an oven at 80°C to produce an integrated touch test device with an IPN hydrogel on top.
(実施例82:タッチテストデバイスの作製2)
CMCをおよびさつまいもデンプンを超純水に溶かし撹拌し、シャーレに流し込み、これを80℃の湯浴で1分半加熱した後に水浴し30分冷却した。ここに塩化カルシウム溶液を添加し24時間ゲル化させた。最終濃度は、CMC1.14wt%、さつまいもデンプンを13.1wt%、超純水を85.7wt%、塩化カルシウム0.06wt%となるよう調整した。固まったゲルは型から切り抜き、上記検出材にのせて、ゲル一体型のタッチテストデバイスとした。
(Example 82: Preparation of touch test device 2)
CMC and sweet potato starch were dissolved in ultrapure water, stirred, and poured into a petri dish. The mixture was heated in an 80°C water bath for 1.5 minutes, then cooled in a water bath for 30 minutes. Calcium chloride solution was added and allowed to gel for 24 hours. The final concentrations were adjusted to 1.14 wt% CMC, 13.1 wt% sweet potato starch, 85.7 wt% ultrapure water, and 0.06 wt% calcium chloride. The solidified gel was cut out from the mold and placed on the detection material to create a gel-integrated touch test device.
(比較例80:金属イオン抽出部を有しない検出材)
IPNヒドロゲルを載せない検出材を比較対照とし、実施例61の人工汗をIPNヒドロゲルを載せない検出材に染み込ませて100円硬貨への接触を3分間行った。
(Comparative Example 80: Detecting material without metal ion extraction part)
A detection material without IPN hydrogel was used as a control, and the artificial sweat of Example 61 was impregnated into a detection material without IPN hydrogel, and the material was allowed to come into contact with a 100 yen coin for 3 minutes.
(実施例81、82、比較例80:金属イオンの検出)
PVA-イタコン酸IPNヒドロゲルおよびCMC-デンプンIPNヒドロゲルを金属イオン抽出部に有する検出材は、検出部に紫色の呈色部が現れたが、比較対照のIPNヒドロゲルを載せない検出材では、検出部はオレンジ色のままで呈色反応が起きなかった。IPNヒドロゲルが金属イオン抽出部として機能していることがわかる。
(Examples 81 and 82, Comparative Example 80: Detection of Metal Ions)
The detection materials with PVA-itaconic acid IPN hydrogel and CMC-starch IPN hydrogel in the metal ion extraction section showed a purple color in the detection area, but the control detection material without IPN hydrogel showed an orange color in the detection area and no color reaction occurred, indicating that the IPN hydrogel was functioning as a metal ion extraction section.
(比較例90:概要)
金属イオン抽出部の役割を調査するため、ジチゾンナノ繊維膜を検出部とした検出材による固体金属スズの接触分析で、ゼラチンゲルなしの場合の検出挙動を調査した。
(Comparative Example 90: Overview)
To investigate the role of the metal ion extraction part, the detection behavior without gelatin gel was investigated in the contact analysis of solid metallic tin using a detection material with a dithizone nanofiber membrane as the detection part.
(比較例90:検出部の作製)
実施例11に準拠して作製した。
(Comparative Example 90: Preparation of detection unit)
It was produced in accordance with Example 11.
(比較例90:金属表面への接触)
検出部の一部を金属イオン供給部として使用した。金属スズに金属イオン供給部を直接接触させ、パラフィルムで包み30分間放置した。接触前後において色彩計で金属イオン供給部の反射吸収スペクトルを測定した。結果を図18に示す。
(Comparative Example 90: Contact with Metal Surface)
A part of the detection unit was used as a metal ion supply unit. The metal ion supply unit was directly contacted with metallic tin, wrapped in parafilm, and left for 30 minutes. The reflection/absorption spectrum of the metal ion supply unit was measured using a colorimeter before and after contact. The results are shown in Figure 18.
(比較例90:金属イオンの検出)
図18の結果より、金属イオン抽出部であるゲルがない場合、金属イオン供給部への金属接触では検出部の色変化が見らなかった。これはスズイオンが溶出していないため検出部のジチゾンと反応していないことを示している。
(Comparative Example 90: Detection of Metal Ions)
As shown in Figure 18, when there was no gel (metal ion extraction part), no color change was observed in the detection part when metal contacted the metal ion supply part. This indicates that tin ions were not eluted and therefore did not react with dithizone in the detection part.
(実施例101~103:概要)
顔料であるピリジルアゾレゾルシノールナノ粒子を検出部とするタッチテストデバイスによる、500円硬貨による亜鉛の接触分析を行った。
(Examples 101 to 103: Overview)
Contact analysis of zinc was carried out on a 500 yen coin using a touch test device with pyridylazoresorcinol nanoparticles as the detection element.
(実施例101~103:タッチテストデバイスの作製)
多孔質体としてイムノメンブレンを用いた。1000rpmで攪拌している10mlの超純水に、顔料の3mMピリジルアゾレゾルシノール(PAN)100μlを射出し、1分間静置してナノ粒子分散液を作製した。イムノメンブレン上にPANナノ粒子薄膜を形成させた。乾燥後に3mm幅にカットすることでPANナノ粒子薄膜を黄色の検出部とし、イムノメンブレンを多孔質体とするタッチテストデバイスを作製した。ゲルは実施例11に準拠して作製した。ゼラチンゲルのpHは2.00であった。
(Examples 101 to 103: Preparation of touch test device)
An immunomembrane was used as the porous body. 100 μl of 3 mM pyridylazoresorcinol (PAN) pigment was injected into 10 ml of ultrapure water stirred at 1000 rpm and allowed to stand for 1 minute to produce a nanoparticle dispersion. A PAN nanoparticle thin film was formed on the immunomembrane. After drying, the PAN nanoparticle thin film was cut to a width of 3 mm to form a yellow detection area, and a touch test device was produced using the immunomembrane as a porous body. The gel was prepared in accordance with Example 11. The pH of the gelatin gel was 2.00.
(実施例101~103:金属イオンの検出)
ゲル分離型にて、ゲルを20秒500円硬貨に接触させた後に、3つの検出流体、0.025mol/Kg中性りん酸塩pH緩衝溶液(pH6.86)、0.05mol/Kgフタル酸塩pH緩衝溶液(pH4.01)、0.01mol/Kgほう酸塩pH緩衝溶液(pH9.18)にて検出を行った。金属イオン供給部の端から25mmの部分までソルベントフロントが達したところで検出流体をとめた。
給水部から検出流体を給水し、pH4.01、6.86、9.18のとき、それぞれ1分31秒、1分30秒、1分38秒で、平均1分33秒であった。
(Examples 101 to 103: Detection of metal ions)
In the gel separation type, the gel was contacted with a 500-yen coin for 20 seconds, and then detection was performed using three detection fluids: 0.025 mol/kg neutral phosphate pH buffer solution (pH 6.86), 0.05 mol/kg phthalate pH buffer solution (pH 4.01), and 0.01 mol/kg borate pH buffer solution (pH 9.18). The detection fluid was stopped when the solvent front reached a point 25 mm from the end of the metal ion supply section.
The detection fluid was supplied from the water supply unit, and when the pH was 4.01, 6.86, and 9.18, the test times were 1 minute 31 seconds, 1 minute 30 seconds, and 1 minute 38 seconds, respectively, with an average of 1 minute 33 seconds.
(実施例101~103:金属イオンの判定)
金属イオン抽出部では500円硬貨から金属イオン抽出部への亜鉛(II)イオンの抽出が進行し、Zn(II)―PAN錯体の生成に基づく赤色の呈色部が現れた。呈色距離はpH6.86、9.18が長くpH4.01が短かった。これはZn(II)―PAN錯体の生成pHと相関している。また多孔質体であるイムノメンブレンは25mmの距離を約1分半というラテラルフローであり、この場合でも十分に検出が可能である。
(Examples 101 to 103: Determination of metal ions)
In the metal ion extraction section, extraction of zinc(II) ions from the 500 yen coin progressed, and a red color appeared due to the formation of a Zn(II)-PAN complex. The coloration distance was long at pH 6.86 and 9.18, and short at pH 4.01. This correlates with the pH at which the Zn(II)-PAN complex forms. Furthermore, the immunomembrane, which is a porous material, is a lateral flow material, with a distance of 25 mm taking approximately one and a half minutes, making detection possible even in this case.
(実施例111、112、比較例110:概要)
染料と微粒子形成剤からなる有機比色試薬微粒子を検出部として用いた場合のゲル分離型タッチテストデバイスでの鉄板の接触分析を行った。
(Examples 111 and 112, Comparative Example 110: Overview)
The contact analysis of an iron plate was carried out using a gel separation type touch test device in which organic colorimetric reagent particles consisting of a dye and a particle forming agent were used as the detection element.
(実施例111、112、比較例110:検出部の作製)
10mlの超純水に、染料の2mMバソフェナントロリンジスルホン酸(Bath-s)100μlおよび微粒子形成剤であるトリメチルアミノ化されたラテックスナノ粒子(平均100nm、25mg/ml)100μlを加え2分間振り混ぜて、アニオンのBath-sを正に帯電したラテックスナノ粒子上に静電吸着させることで凝集を誘起し、イムノメンブレン上にBath-s/LatexN(CH3)3ナノコンポジット薄膜を形成させた。乾燥後に3mm幅にカットすることでBath-s/LatexN(CH3)3ナノコンポジット薄膜を無色の検出部とし、イムノメンブレンを多孔質体とするタッチテストデバイスを作製した。
(Examples 111 and 112, Comparative Example 110: Preparation of Detection Unit)
To 10 ml of ultrapure water, 100 μl of 2 mM bathophenanthroline disulfonic acid (Bath-s) dye and 100 μl of trimethylaminated latex nanoparticles (average 100 nm, 25 mg/ml) as a microparticle forming agent were added, and the mixture was shaken for 2 minutes. The anionic Bath-s was electrostatically adsorbed onto the positively charged latex nanoparticles, inducing aggregation and forming a Bath-s/LatexN(CH3)3 nanocomposite thin film on the immunomembrane. After drying, the Bath-s/LatexN(CH3)3 nanocomposite thin film was cut to a width of 3 mm, resulting in a colorless detection section, and a touch test device was fabricated using the immunomembrane as a porous body.
(実施例111、112、比較例110:金属イオン抽出部の作製)
50g/L牛骨由来ゼラチン溶液に、イオン化剤のL-アスコルビン酸0.1Mを溶かした。この溶液をプラスチックシャーレに10ml加え、冷蔵庫で冷やし固め、3×3mmにカットし、人工汗およびマスキング剤としてチオ尿素を含んだゲルを作製した。このゼラチンゲルをキムワイプで拭いた後にISFET電極を用いてpHを測定した。ゲルのpHは3.557であった。
(Examples 111 and 112, Comparative Example 110: Preparation of Metal Ion Extraction Unit)
0.1 M of the ionizing agent L-ascorbic acid was dissolved in a 50 g/L solution of bovine bone-derived gelatin. 10 ml of this solution was added to a plastic petri dish, cooled in a refrigerator, and then cut into 3 x 3 mm pieces to produce a gel containing artificial sweat and thiourea as a masking agent. After wiping the gel with a Kimwipe, the pH was measured using an ISFET electrode. The pH of the gel was 3.557.
(実施例111、112、比較例110:金属イオンの検出)
実施例11と同様にタッチテストデバイスは両面テープを貼ったプラ板に貼り付け固定、カットしたゼラチンは鉄板に接触させてから、接触させた面が検出部に接するように金属イオン供給部(検出部)にのせ、給水部から0.1Mクエン酸緩衝液(pH3.0)を検出流体として展開した。鉄板の接触時間は60秒(比較例110)、180秒(実施例111)、600秒(実施例112)とした。クエン酸緩衝液は発色を至適pHで行うための感度向上剤である。ラテラルフローで40mm進む時間が180秒のイムノメンブレンを用いたため金属イオン供給部の端から25mm進むための時間は1分30秒であり、検出部が透明であるためソルベントフロントではなく検出流体を1分30秒流した時点で検出流体をとめた。呈色部は赤色に呈色した。
(Examples 111 and 112, Comparative Example 110: Detection of Metal Ions)
As in Example 11, the touch test device was attached and fixed to a plastic plate with double-sided tape. The cut gelatin was then brought into contact with an iron plate and placed on the metal ion supply unit (detection unit) so that the contacted surface was in contact with the detection unit. 0.1 M citrate buffer (pH 3.0) was applied from the water supply unit as the detection fluid. The contact time with the iron plate was 60 seconds (Comparative Example 110), 180 seconds (Example 111), and 600 seconds (Example 112). The citrate buffer is a sensitivity enhancer for color development at the optimal pH. Because an immunomembrane with a lateral flow time of 180 seconds was used to advance 40 mm, the time required to advance 25 mm from the end of the metal ion supply unit was 1 minute 30 seconds. Since the detection unit was transparent, the detection fluid was stopped after 1 minute 30 seconds of flowing the detection fluid, not the solvent front. The colored area turned red.
(実施例111、112、比較例110:金属イオンの判定)
実施例21と同様に、スキャナでデータを取り込み、ImageJを用いてRGB値として解析した。結果、60秒では呈色が確認できず、180秒で呈色距離0.41cm、SR1034、SG894、SB966、600秒でSR1059、SG763、SB865となった。
Bath-sはFe(II)イオンとのみ特異的に反応し赤色の錯体を形成することが知られている。鉄板の表面の鉄は酸化されており、この表面に金属イオン抽出部を接触させることで含まれる還元剤かつ酸であるL-アスコルビン酸によりFe(II)イオンが溶解し、Bath-s/LatexN(CH3)3ナノコンポジット薄膜の検出部で赤色のFe(II)―Bath-s錯体として検出されたことがわかる。ただし、鉄板の表面が酸化されているため、60秒の接触では十分量抽出できず、呈色距離が伸びなかったと考えられる。接触時間が増加すると赤色も強くなった。
(Examples 111 and 112, Comparative Example 110: Determination of Metal Ions)
Data was scanned and analyzed as RGB values using ImageJ in the same manner as in Example 21. As a result, no coloration was observed at 60 seconds, the coloration distance was 0.41 cm at 180 seconds, S R 1034, S G 894, S B 966, and at 600 seconds, S R 1059, S G 763, S B 865.
Bath-s is known to react specifically with Fe(II) ions only, forming a red complex. The iron on the surface of the iron plate is oxidized, and by contacting this surface with the metal ion extraction unit, the Fe(II) ions are dissolved by the L-ascorbic acid, a reducing agent and acid contained in the iron plate, and are detected as a red Fe(II)-Bath-s complex in the detection unit of the Bath-s/LatexN( CH3 ) 3 nanocomposite thin film. However, because the surface of the iron plate is oxidized, a sufficient amount could not be extracted with 60 seconds of contact, and it is thought that the coloration distance did not increase. The red color became stronger as the contact time increased.
(比較例121~124:概要)
検出流体の流れ方、すなわち一方向フローであるラテラフルローと比較するため、検出流体を同心円状フローとして測定した。
(Comparative Examples 121 to 124: Overview)
In order to compare with the flow pattern of the detection fluid, that is, the lateral flow, which is a unidirectional flow, the detection fluid was measured as a concentric flow.
(比較例121~124:タッチテストデバイスの作製)
実施例11に準拠して作製されたジチゾンナノ薄膜を検出部とし多孔質体が棒状ではなく円状に成形した検出材において、イオン供給-給水併合型によるタッチテストデバイスにおいて検出流体の供給を行い固体金属スズの分析を行った。
(Comparative Examples 121 to 124: Preparation of Touch Test Devices)
Using a detection material in which a dithizone nano-thin film prepared in accordance with Example 11 was used as the detection portion and the porous body was formed into a circular shape rather than a rod shape, a detection fluid was supplied to a touch test device with a combined ion supply and water supply, and solid metallic tin was analyzed.
(比較例121~124:金属イオンの検出)
タッチテストデバイスによる金属イオンの抽出および供給は実施例11に準拠し、金属イオンの抽出に対してはゲル分離型で行った。ゲルのpHは2.023であった。
カットしたゼラチンを金属スズに30、60、180、600秒接触させてから、接触させた面が金属イオン供給部(検出部)に接するように、円形の検出材の中心部におき、そのまま10分間放置した。10分間の放置により、中心のゲルから同心円状にピンク色が広がった。
(Comparative Examples 121 to 124: Detection of Metal Ions)
The extraction and supply of metal ions using the touch test device was carried out in the same manner as in Example 11, and the extraction of metal ions was carried out using a gel separation method. The pH of the gel was 2.023.
After contacting the cut gelatin with the metal tin for 30, 60, 180, and 600 seconds, the gelatin was placed in the center of the circular detector so that the contacted surface was in contact with the metal ion supply unit (detection unit) and left for 10 minutes. After leaving the gel in the center for 10 minutes, a pink color spread concentrically from the gel in the center.
(比較例121~124:金属イオンの判定)
実施例21に準拠し画像をImageJで処理した。円形で呈色面積からゲルの中心を0としたときの半径r(呈色距離)やソルベントフロント、Rf値、呈色面積(SR、SG、SB)を表9に示す。また接触時間と呈色面積SRの関係を図19に示す。
(Comparative Examples 121 to 124: Determination of Metal Ions)
The images were processed with ImageJ in accordance with Example 21. The radius r (colored distance) from the colored area of a circle, with the center of the gel set to 0, the solvent front, Rf value, and colored area ( SR , SG , SB ) are shown in Table 9. The relationship between contact time and colored area SR is also shown in Figure 19.
表9および図19から、接触時間が長くなると呈色距離および呈色面積が減少する現象が見られた。これは実施例11などにはなく、測定可能範囲(ダイナミックレンジ)が狭い事を示している。 Table 9 and Figure 19 show that the colored distance and colored area decrease as the contact time increases. This phenomenon is not seen in Example 11, etc., and indicates a narrow measurable range (dynamic range).
(実施例131、比較例130:概要)
検出部が有機比色試薬微粒子で構成され多孔質体の表面上に配置される必要性を示すため、有機比色試薬を含浸させることで分子として多孔質体に分散させた濾紙(含浸濾紙)を比較例として作製し、検出特性を比較した。タッチテストデバイスの作製は実施例11に準拠した。
(Example 131, Comparative Example 130: Overview)
In order to demonstrate the necessity of the detection unit being composed of organic colorimetric reagent particles and being placed on the surface of the porous body, a filter paper (impregnated filter paper) in which the organic colorimetric reagent was impregnated and dispersed as molecules in the porous body was prepared as a comparative example, and the detection characteristics were compared. The touch test device was prepared in accordance with Example 11.
(比較例130:含浸濾紙の作製)
有機比色試薬を分子として含浸させた多孔質体は、プラ板の上で3×40mmに切断した濾紙(5C濾紙)を置き、1.25mMジチゾンアセトン溶液20μlを濾紙の一端からもう一端へと4回に分けて(5μlずつ)吸わせることで含浸させ、アセトンを乾燥させ作製した。この含浸濾紙では、実施例11のタッチテストデバイスと保持させたジチゾンの物質量が同じになるように調整した。
(Comparative Example 130: Preparation of Impregnated Filter Paper)
The porous material impregnated with the organic colorimetric reagent was prepared by placing a 3 x 40 mm piece of filter paper (5C filter paper) on a plastic plate, absorbing 20 μl of 1.25 mM dithizone acetone solution in four separate aliquots (5 μl each) from one end of the filter paper to the other, and then drying the acetone. The amount of dithizone held in this impregnated filter paper was adjusted to be the same as that of the touch test device in Example 11.
(実施例131、比較例130:金属イオン抽出部の作製)
金属イオン抽出部のゼラチンの作製方法は実施例11に準拠した。
(Example 131, Comparative Example 130: Preparation of metal ion extraction unit)
The gelatin for the metal ion extraction part was prepared in accordance with Example 11.
(実施例131、比較例130:金属イオンの検出)
ゼラチン(pH2.036)を金属スズに10分接触後、タッチテストデバイスおよび含浸濾紙に載せ、接触させた面が検出部に接するように金属イオン供給部(検出部)にのせ、給水部からpH2.0の塩酸水溶液を検出流体として展開し、25mm部分までソルベントフローが展開したら、フローを止めるためにセラミックばさみで切断した。
(Example 131, Comparative Example 130: Detection of Metal Ions)
After contacting gelatin (pH 2.036) with metal tin for 10 minutes, it was placed on the touch test device and impregnated filter paper, and then placed on the metal ion supply unit (detection unit) so that the contacting surface was in contact with the detection unit. A hydrochloric acid solution with a pH of 2.0 was introduced from the water supply unit as the detection fluid, and when the solvent flow had developed up to a 25 mm section, it was cut with ceramic scissors to stop the flow.
(実施例131、比較例130:金属イオンの判定)
展開および呈色後はスキャナにて画像を取り込み、取り組んだ画像を色分析ソフトimageJで処理した。サイズ2×35mmの長方形でRGB分析を行った。
タッチテストデバイスの表面のスキャナ写真とimageJによる解析を図20に、裏面のスキャナ写真とimageJによる解析を図21に示した。含浸濾紙のスキャナ写真とimageJによる解析を図22に、裏面のスキャナ写真とimageJによる解析を図23に示した。
(Example 131, Comparative Example 130: Determination of Metal Ions)
After development and color development, the images were scanned and processed using the color analysis software imageJ. RGB analysis was performed on a rectangle measuring 2 x 35 mm.
A scanned photograph of the front surface of the touch test device and its analysis by ImageJ are shown in Figure 20, and a scanned photograph of the back surface and its analysis by ImageJ are shown in Figure 21. A scanned photograph of the impregnated filter paper and its analysis by ImageJ are shown in Figure 22, and a scanned photograph of the back surface and its analysis by ImageJ are shown in Figure 23.
検出前のタッチテストデバイスと含浸濾紙では、前者が濃い青灰色で、表面のみにジチゾンの微粒子が薄膜状に存在し、裏面からは色が見えないが、後者では上から見た色が薄くかつ裏面も同様な色であり、濾紙では厚み方向全体にジチゾンが分子として分散して存在していることがわかる。検出後は、タッチテストデバイスは表面のみに呈色部(ピンク色)が検出部同様に明確に観察されR値が明確に増加しており(図20)、裏面からは色が見えない(図21)が、含浸濾紙では呈色は表面(図22)と裏面(図23)にありかつシグナルは薄い。ピンクの呈色に由来するR値の変化から、タッチテストデバイスでは検出部と呈色部の境目が明確かつ強度が大きく、長さや面積の判定が容易である。一方、含浸濾紙では境目が不明瞭で、長さや面積の判定が難しく、固体表面の金属分析に適さないことがわかる。呈色長さもタッチテストデバイスでは21.7mmで、含浸濾紙では7.7mmであった。含浸濾紙では試薬が濾紙の厚み方向で分子状に分散しているため、シグナルも厚み方向に分散してしまい、定量が困難である要因となっている。タッチテストデバイスでは微粒子として薄膜状に全て検出可能なシグナルとして存在するため、すべての目的金属イオンが薄膜中に存在しシグナルが厚み方向に分散することなく、これより感度も高くなりかつ定量範囲も広くなることがわかる。 Before detection, the touch test device and impregnated filter paper were a dark blue-gray color, with dithizone particles present only on the surface in a thin film, invisible from the back. The latter, however, was paler in color from above and the same color on the back, indicating that dithizone molecules were dispersed throughout the entire thickness of the filter paper. After detection, the touch test device displayed a clearly visible pink colored area only on the surface, similar to the detection area, with a clear increase in the R value (Figure 20). The color was invisible from the back (Figure 21). On the impregnated filter paper, color was present on both the surface (Figure 22) and back (Figure 23), and the signal was faint. The change in R value due to the pink coloration indicates that the touch test device had a clear and strong boundary between the detection and colored areas, making it easy to determine their length and area. On the other hand, the boundary on the impregnated filter paper was unclear, making it difficult to determine their length and area, demonstrating its unsuitability for metal analysis on solid surfaces. The colored length was also 21.7 mm for the touch test device and 7.7 mm for the impregnated filter paper. With impregnated filter paper, the reagents are dispersed molecularly in the thickness direction of the filter paper, which means the signal also disperses in the thickness direction, making quantification difficult. With the touch test device, all of the target metal ions are present in the thin film as fine particles, meaning that the signal does not disperse in the thickness direction, resulting in higher sensitivity and a wider quantification range.
本発明は機器分析に依らない迅速な固体表面分析に有用で固体表面上金属成分の日常的な現場分析に使用できる。 The present invention is useful for rapid solid surface analysis without relying on instrumental analysis and can be used for routine on-site analysis of metal components on solid surfaces.
1・・・・・検出材
2・・・・・検出システム
10・・・・検出部
11・・・・呈色部
12・・・・ソルベントフロント
20・・・・金属イオン供給部
30・・・・給水部
40・・・・多孔質体
50・・・・金属イオン抽出部
60・・・・判定部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1. Detection material 2. Detection system 10. Detection section 11. Coloring section 12. Solvent front 20. Metal ion supply section 30. Water supply section 40. Porous body 50. Metal ion extraction section 60. Determination section
Claims (7)
前記検出部は有機比色試薬微粒子を有して前記多孔質体の表面上に配置され、
前記金属イオン抽出部は、前記固体表面の金属成分をイオン化するイオン化成分を有するゲルを備え、
前記金属イオン供給部は、前記多孔質体の表面上で前記検出部と少なくとも一部が接して配置され、且つ、
前記金属イオン抽出部が前記金属イオン供給部の上面と接して、前記イオン化成分によりイオン化した金属イオンが、検出流体と前記金属イオン供給部とが接触することが駆動力となり、前記金属イオン抽出部から前記金属イオン供給部に供給されるよう配置され、且つ、
前記給水部から前記金属イオン供給部を通り前記検出部へと通り抜けるよう流れる前記検出流体によって前記金属イオン供給部からの前記金属イオンが前記検出部に拡散されるよう配置され、
前記給水部は、前記多孔質体の一端側に配置され、
前記多孔質体は、前記検出流体が前記給水部から前記給水部と反対端に向かって前記多孔質体中を毛細管現象により流れる構造を有し、
前記検出流体によって前記金属イオン供給部から前記検出部に拡散した前記金属イオンと前記有機比色試薬微粒子とが呈色反応し発色する、
ことを特徴とする検出材。 A detection material for detecting metal components on a solid surface, comprising a sheet-like porous body, a detection unit, a metal ion extraction unit, a metal ion supply unit, and a water supply unit,
the detection unit has organic colorimetric reagent particles and is disposed on the surface of the porous body;
the metal ion extraction unit includes a gel having an ionization component that ionizes metal components on the solid surface;
the metal ion supply unit is disposed on the surface of the porous body so as to be at least partially in contact with the detection unit, and
the metal ion extraction unit is disposed in contact with an upper surface of the metal ion supply unit, and the metal ions ionized by the ionization component are supplied from the metal ion extraction unit to the metal ion supply unit by the driving force generated when the detection fluid contacts the metal ion supply unit ; and
the detection fluid flows from the water supply section through the metal ion supply section to the detection section, and the metal ions from the metal ion supply section are diffused into the detection section;
The water supply section is disposed on one end side of the porous body,
the porous body has a structure in which the detection fluid flows through the porous body from the water supply portion toward the end opposite the water supply portion by capillary action,
the metal ions diffused from the metal ion supply unit to the detection unit by the detection fluid react with the organic colorimetric reagent microparticles to produce a color;
A detection material characterized by:
ことを特徴とする請求項1に記載の検出材。 The detection unit includes a wetting agent.
The detecting material according to claim 1 .
ことを特徴とする請求項1に記載の検出材。 The metal ion extraction unit includes an extraction enhancer.
The detecting material according to claim 1 .
ことを特徴とする請求項1に記載の検出材。 The metal ion supply unit and the water supply unit are the same.
The detecting material according to claim 1 .
ことを特徴とする請求項1に記載の検出材。 the detection fluid includes a sensitivity enhancer;
The detecting material according to claim 1 .
前記呈色反応により発色した色を元に前記金属イオンの種類及び前記金属イオンの溶出量のうち少なくともどちらか一つを判定可能な判定部を備える、
ことを特徴とする検出システム。 A detection system for detecting metal components on a solid surface using the detection material according to claim 1,
a determination unit capable of determining at least one of the type of the metal ion and the amount of elution of the metal ion based on the color developed by the color reaction,
A detection system comprising:
有機比色試薬微粒子を有して多孔質体の表面上に配置される検出部と、
前記固体表面の金属成分をイオン化するイオン化成分を有するゲルを備える金属イオン抽出部と、
前記多孔質体の表面上で前記検出部と少なくとも一部が接して配置される金属イオン供給部と、
前記イオン化成分によりイオン化した金属イオンが、前記金属イオン抽出部から金属イオン供給部へと供給され、
前記多孔質体の一端側に配置される給水部と、
検出流体が前記給水部から前記給水部と反対端に向かって前記多孔質体中を毛細管現象により流れる構造を有する前記多孔質体を備える検出材を用いて、
前記固体表面に前記金属イオン抽出部を接触させる接触ステップと、
前記金属イオン抽出部が前記金属イオン供給部の上面と接して、前記検出流体と前記金属イオン供給部とが接触することが駆動力となり、前記金属イオンを前記金属イオン供給部に供給する供給ステップと、
前記給水部から前記検出流体を流し、前記給水部から前記金属イオン供給部を通り前記検出部へと通り抜けるよう流れる前記検出流体によって前記金属イオン供給部からの前記金属イオンを前記検出部に拡散する拡散ステップと、
前記金属イオンが前記有機比色試薬微粒子と呈色反応し発色する反応ステップと、
前記呈色反応により発色した色を元に前記金属イオンの種類及び前記金属イオンの溶出量のうち少なくともどちらか一つを判定する判定ステップと、
を有することを特徴とする検出方法。
A method for detecting metal components on a solid surface, comprising:
a detection unit having organic colorimetric reagent particles and disposed on the surface of the porous body;
a metal ion extraction unit including a gel having an ionization component that ionizes metal components on the solid surface;
a metal ion supply unit disposed on the surface of the porous body so as to be at least partially in contact with the detection unit;
The metal ions ionized by the ionization component are supplied from the metal ion extraction unit to a metal ion supply unit ,
A water supply section disposed on one end side of the porous body;
A detection material having a porous body having a structure in which a detection fluid flows through the porous body from the water supply portion toward the end opposite the water supply portion by capillary action,
a contacting step of contacting the metal ion extraction unit with the solid surface;
a supply step in which the metal ion extraction unit comes into contact with an upper surface of the metal ion supply unit, and the contact between the detection fluid and the metal ion supply unit serves as a driving force to supply the metal ions to the metal ion supply unit;
a diffusion step of flowing the detection fluid from the water supply unit and diffusing the metal ions from the metal ion supply unit to the detection unit by the detection fluid flowing from the water supply unit through the metal ion supply unit to the detection unit;
a reaction step in which the metal ions react with the organic colorimetric reagent microparticles to produce a color;
a determination step of determining at least one of the type of the metal ions and the amount of elution of the metal ions based on the color developed by the color reaction;
A detection method comprising:
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