JPS6013135B2

JPS6013135B2 - 固体分散液中の揮発性成分の測定法

Info

Publication number: JPS6013135B2
Application number: JP15942877A
Authority: JP
Inventors: 恒夫山根; 和夫大楽
Original assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1977-12-28
Filing date: 1977-12-28
Publication date: 1985-04-05
Also published as: JPS5491396A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、固体分散液中の揮発性成分の濃度の測定法に
関するものであり、迅速かつ正確な測定を目的とするも
のである。

固体分散液例えば、微生物培養系において、主炭素源及
びその他の徴量成分、代謝生産物の濃度や、濃度変化量
を測定することは、培養を管理する上で極めて重要なこ
とである。

そして、そりは、一般に、アルコール類、アルデヒド
類、ケント類、有機酸、メルカプタン、低級炭化水素等
、培養液中の揮発性成分であることが多い。従って、微
生物培養液中の揮発性成分の濃度を迅速かつ正確に測定
する方法の開発は、強く望まれていた。また、オリゴマ
ー等の重合物の懸濁しているラテツクス中の揮発性成分
についても同様である。しかるに、固体分散液は、滋中
に固形物が混在する系であり、上記測定は、甚だ困難で
あった。

従来、一般に行なわれてきた測定法を述べると、まずサ
ンプリングした液を遠心分離器にかけてト固形分を除去
し、次に上燈液を一定量ガスクロマトグラフにかけ、目
的成分の濃度を測定していた。従ってサンプリング後、
測定結果を得るまで、通常１３分程度の遅れがあり、ま
た測定に人手を要する等の欠点があった。また、一方例
えば微生物培養系の管理の自動化を目的とする場合「管
理に必要な指標としての培養液中の揮発性成分の濃度を
測定する過程を上記した従来の原理により自動化すれな
ま、当然約１粉ふ程度の応答遅れが見込まれるとともに
、固形物除去装置等ト非常に複雑なサンプリング装置を
必要とする為、設備的にも甚だ不利である。

最近これらの欠点を改良する目的で、培養液中にシリコ
ンチューブを浸し、一定量の空気をチューブ中に通じて
、チューブ壁を透過して拡散してくるメタノール（主炭
素源）をガスクロマトグラフで検出し、培養液中のメタ
ノール濃度を測定する方法が提案されても、る。

確かに、この方法によれば「従来の方法に比べて遠心分
離にかける過程が省略出来る為、それに必要とする時間
及び手間が省ける点はも優れている。しかし一方もチュ
ーブのシリコン壁は「揮発性成分の透過に対して〜かな
りの抵抗を持っており「そのため培養液中のメタノール
の濃度変化に対して〜約１０〜２脱ふの応答遅れを生じ
るので「この方法も培養を管理する上では不都合である
。そこで本発明者は「これらの欠点をなくする目的で
固体分散液中の揮発性成分の濃度を迅速かつ正確に測定
する方法に関して鋭意研究した結果、本発明に到った。

以下「本発明の詳細について述べる。

本発明法は「疎水性の多孔質体チューブ、望ましくは、
四弗化エチレン樹脂製多孔質体によるチューブを固体分
散液中に浸し、このチューブの中にキャリャー気体を通
じ、これを測定器に導き、膜を透過して、気体中に拡散
してくる液中の揮発性成分の濃度を連続的または、間欠
的に頚。

定る測定方法である。弟’図は、本装置のフローの概略
を示したものである。

チューブ中には、好ましくは、窒素、ヘリウム等のキャ
リャー気体を通じる。検出器によっては空気を用いても
よい。上記気体の圧力及び流量は、望ましくは一定に保
ちつつ、例えば内整数肋のチューブを用いる場合、気体
の流速は、４０〜８０ｃｃ′分程度の値で一定に保つの
が好ましい。

そして「チューブ中に通じる気体と固体分散液との差圧
はゼロでもよく、また加圧、負技の何れでもよい。但し
、加圧の場合、通気する気体側の圧力が高過ぎると多孔
質体の級孔を通じて気体が固体分散液中へ噴出するので
好ましくない。要するに紬孔を通じて分散液中に気体が
噴出しない程度の加圧に保つべきである。また、負圧の
場合はチューブ中に通じる気体と分散液との差圧が、分
散液がチューブの紬孔を適ってチューブ内壁へ液状で惨
出しない程度の負圧に保つべきである。また、チューブ
中では、気体の圧力損失は、小さい方がよいのでチュー
ブ内径はト数肌が好ましい。

またチューブ壁は、若干の圧力差に耐える必要があり、
「一方壁を厚くすると壁を通じた拡散速度が４・さく
なるので数百仏程度が好ましい。チューブの長さは、望
ましくは気体中の揮発性成分の濃度が固体分散液中の同
成分の濃度に対し、平衡に達する程度の長さが必要であ
り「例えば、上記外径のチューブでは、２０〜３０肌あ
れば充分満足できる。また多孔質体の孔雀は、液中の菌
体等の分散物の目詰りを防止する為にト分散物の粒径よ
りも小さなものが望ましい。例えば微生物の培養液の場
合酵母等ではへ約２ぷ以下勺バクテリア類では約１仏以
下のものを用いることが好ましい。測定器は「望ましく
は、ガスクロマトグラフを用いればよい。気体中に複数
の揮発性成分を含む場合は、チューブを出た気体は、ガ
スサンプラーで一定量採取し、カラムで分離し、それぞ
れの量を検出器で測定することもできる。

一方、気体中に、実質的には、単一の揮発性成分しか含
まない場合は、当然カラムを用いて分離する必要はなく
、チューブを出た気体を直接、水素炎イオン化検出器に
連続的に流して検出すればよい。この場合、カラム、ガ
スサンプラーを用いないので、機械的に簡単であり、か
つ連続的にデータが得られるので自動制御に用いる測定
法として極めて渡れている。次に、チューブから測定器
までの闇の配管は、揮発性成分の凝縮もしくは、吸着に
よる応答遅れを防ぐ目的で、固体分散液の温度以上に、
望ましくは、液温プラス５℃以上に保つとが好ましい。

本発明の特徴は、疎水性の多孔質膜チューブを用い固液
の混在する固体分散液中から揮発性成分を公知の測定器
、望ましくはガスクロマトグラフにて測定しやすい気体
状にして迅速に連続的もしくは間欠的に、かつ簡単な機
構でサンプリングし、上記測定器で、液中の揮発性成分
の濃度を測定する点にある。前記したように、既にシリ
コン製チューブを用いた測定法について報告されている
が、揮発性物質が固体分散液中から、チューブ中の気体
へ拡散する機構を比較すると、シリコンの場合、膜中を
揮発性物質が溶解拡散し、チューブ内側の気体中へ移動
するのに対し、本法では多孔質体の細孔中を揮発性物質
が気体となって拡散するので機構的に全く異なる。そし
て、後者の拡散機構による方が拡散速度が飛躍的に大き
い。疎水性多孔質体により隔てられた液相中への揮発性
物質の拡散速度は、｛１ー式である。

【１｝式の分母は、拡散に対する抵抗に相当する項でり
、第１項の波側境膜中の抵抗と第２項の多孔質体級孔を
通過する場合の抵抗との二つの要素からなる。

一般に第２項は第１項に比べて甚だ小さく、両者を合せ
た総括抵抗は、ほとんど第１項すなわち、液側境腰中の
抵抗により支配されている。

一方、シリコン膜の場合は膜中を揮発性成分が溶解拡散
し、その抵抗は、液側境膜中の抵抗に比べて一般に甚だ
大きい。従って、疎水性多孔質体とシリコン膜の拡散速
度を比較すると液側境膜による拡散抵抗が支配している
前者の方が、液側境腰より甚だ大きい膜中の溶解拡散抵
抗に支配されている後者よりも、拡散速度は速い。すな
わち、前者の方が液相中の揮発性成分の濃度変化に対す
る応答が遠いと言える。。このように拡散速度の大きい
チューブ材質を用いた本法によれば固体分散液中の揮発
性成分の濃度変化に対し、９０％応答が１分前後であり
、シリコン膜を用いた場合に比べて約１ぴ音以上の応答
速度を示し、著しい優位性がみられる。更に、例えば培
養液中に浸す器具に対して、第１に、通常の熱殺菌に耐
える耐熱性、第２に食品、医薬品に対しての安全性が要
求される場合、チュ−ブ材質として、四弗化エチレン多
孔質体等を用いればこれらの条件を十分に満足するので
、本発明法は、工業用測定法として優れている。

実施例１培養液中の揮発性成分の測定を行う為、次に
述べる培養実験を行い培養液中のエタノール濃度を測定
した。

使用菌株：Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓｃｅｒｅｖｉｓ
ｉａｅ（パン酵母）主炭素源及び栄養源：３０％グルコ
ースを主炭素源とし、他の栄養源を次の通りとした。

日３Ｐ０４４０００ｐｐｍＦｅＳ０４１７日２０
２００ｐｐｍＫＣ〃４０００ ″ ＺｎＳ
０４・７日２０２００〃Ｍ蜂Ｓ〇４４０００〃
ＭｎＳ〇４・６日２０２０ ″硫安５０
０〃ＣｕＳ０４０５日２０４″ＮａＣＺＩ
ＯＯ〃ビタミン混合物１５０〃ＣａＣム２
２００〃イーストエキス１０００ ″培
養条件等：３０１容ジャーファーメンターを用い、温度
３３００、ｐＨ４．５になるようにアンモニア水溶液で
コントロールした。通気量は、２０ＮＩ／ｍｉｎ、蝿拝
数は５０仇ｐｍとし、上記グルコース以外の栄養源を仕
込んだ後、グルコースを指数流加法にて供給した。尚、
菌体濃度は、１％（乾燥重量）でスタートした。培養液
中のエタノールは、本来、酵母の代謝生成物であるが本
実験では、測定器のステップ応答を見る目的で、一定量
のエタノールを３分おきに間欠的に加え、測定値の応答
性をみた。

測定方法：ジャーファーメンター中に疎水性多孔質体チューブ（四
弗化エチレン樹脂製、外径５柵、肉厚５０叫、細孔径０
．秋、空隙率３０％）のものを第１図に示す如く浸し、
チューブを出た気体を水素炎イオン化検出器に導き、そ
の出力を連続的に記録させた（第２図）。

尚、チューブ中に通じるキャリャー気体は、窒素ガスを
用い通気量は６０ｃｃ／ｍｉｎとした。この場合、気体
と培養液との差圧は殆んど０であった。結果は、第２図
に示すように培養液中のエタノールのステップ状の濃度
変化に対し、９０％応答で約４０〜５現砂という良好な
応答性を持つことが判明した。

また、培養液中のエタノール濃度と検出器の出力は、第
３図に示すように直線関係にあり、充分定量性を持って
いる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明測定法の概略図、第２図は、本発明固
体分散液（酵母培養液）中のエタノール濃度のステップ
状変化に対する応答を示すグラフ、第３図は、同エタノ
ール濃度と検出器出力（ピークの高さ）との関係を示す
グラフである。１・・・・・・固体分散液、２・・・・・・疎水性多孔
質体チューブ、３…・・・測定器、４・・・キャリャー
気体。ゲＺ胸汐Ｚ函ク３１２

Claims

【特許請求の範囲】１疎水性の多孔質体チユーブを固体分散液中に浸し、
このチユーブの中にキヤリヤー気体を通じ、該気体を測
定器に導き、チユーブの膜を透過して気体中に拡散して
くる固体分散液中の揮発性成分の量を検出することによ
り固体分散中の揮発性成分の濃度を連続的または間欠的
に測定する測定法。２チユーブ材質が四弗化エチレン樹脂製多孔質膜であ
る特許請求の範囲第１項記載の測定法。３固体分散液が微生物の培養液である特許請求の範囲
第１項記載の測定法。４固体分散液がオリゴマー等の重合物が懸濁している
ラテツクスである特許請求の範囲第１項記載の測定法。５キヤリヤー気体が窒素である特許請求の範囲第１項
記載の測定法。６キヤリヤー気体がヘリウムである特
許請求の範囲第１項記載の測定法。７キヤリヤー気体と固体分散液との差圧がゼロである
特許請求の範囲第１項記載の測定法。８固体分散液中に気体が噴出しない程度の加圧に保つ
特許請求の範囲第１項記載の測定法。９固体分散液がチユーブ内壁へ液状で滲出しない程度
の負圧に保つ特許請求の範囲第１項記載の測定法。１０キヤリヤー気体中に拡散した揮発性成分の量をガ
スクロマトグラフで間欠的に測定する特許請求の範囲第
１項記載の測定法。１１気体中揮発性成分が実質的に単一である場合、そ
の成分の量を水素炎イオン化検出器を用いて検出するこ
とによって、固体分散液中の揮発成分の濃度を連続的に
測定する特許請求の範囲第１項記載の測定法。１２チユーブから測定器まで気体を送る配管を固体分
散液の温度以上に保つ特許請求の範囲第１項記載の測定
法。