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JP4691726B2 - Cadmium ion sensor using mixed LB film - Google Patents

Cadmium ion sensor using mixed LB film Download PDF

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JP4691726B2
JP4691726B2 JP2005347300A JP2005347300A JP4691726B2 JP 4691726 B2 JP4691726 B2 JP 4691726B2 JP 2005347300 A JP2005347300 A JP 2005347300A JP 2005347300 A JP2005347300 A JP 2005347300A JP 4691726 B2 JP4691726 B2 JP 4691726B2
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dye
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英之 松永
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Description

本発明は、環境試料などに含有される有害なカドミウムイオンの分析に使用されるカドミウムイオン濃度センサーに関するものであり、更に詳しくは、本発明は、カドミウムイオン応答性色素と高分子化合物とからなる混合ラングミュア・ブロジェット累積膜(混合LB膜)を感応部位とするカドミウムイオンセンサーに関するものである。本発明は、水質管理の分野において、強く求められている現場計測を可能とする簡易高感度カドミウムイオンセンサーを提供するものである。本発明は、固体センサー材の色調の変化を利用する新しい方式を採用することで、現行のカドミウムの排水基準値(0.1mg/L)、環境基準値(0.01mg/L)を簡便、迅速、高感度、かつ低コストで検出定量することを実現できる新しいタイプのカドミウムイオンセンサーに関する新技術・新製品を提供するものである。   The present invention relates to a cadmium ion concentration sensor used for analyzing harmful cadmium ions contained in environmental samples and the like. More specifically, the present invention comprises a cadmium ion responsive dye and a polymer compound. The present invention relates to a cadmium ion sensor having a mixed Langmuir-Blodget cumulative film (mixed LB film) as a sensitive site. The present invention provides a simple high-sensitivity cadmium ion sensor that enables on-site measurement that is strongly demanded in the field of water quality management. The present invention adopts a new method that utilizes the change in color tone of the solid sensor material, thereby simplifying the current cadmium drainage standard value (0.1 mg / L) and environmental standard value (0.01 mg / L), It provides new technologies and new products related to a new type of cadmium ion sensor that can realize detection and quantification quickly, with high sensitivity and at low cost.

環境水等の環境試料水中のカドミウムイオンは、微量であっても生態系に大きな影響を与え、特に、人体への健康被害は非常に深刻であることは、例えば、富山県で起きたいわゆるイタイイタイ病などの事例からもよく知られている。したがって、環境試料水中のカドミウムイオンの濃度を把握することは、環境保全上極めて重要な事項である。従来、これらの環境試料水中のカドミウムイオン濃度の測定には、煩雑で、操作に熟練と時間を要する吸光光度法、原子吸光光度法あるいは誘導結合プラズマ発光分析法などの機器分析法が採用されてきた(JIS)。   Cadmium ions in environmental sample water such as environmental water have a great impact on the ecosystem even in trace amounts. Especially, the health damage to the human body is very serious, for example, the so-called Itai Itai disease that occurred in Toyama Prefecture. It is well known from examples such as. Therefore, grasping the concentration of cadmium ions in the environmental sample water is an extremely important matter for environmental conservation. Conventionally, measurement of the cadmium ion concentration in these environmental sample waters has been performed by instrumental analysis methods such as absorptiometry, atomic absorption spectrophotometry, or inductively coupled plasma emission spectrometry that are complicated and require skill and time for operation. (JIS).

したがって、カドミウムイオンによる環境水の汚染の把握を迅速に行うことは、困難であり、そのことが、汚染対策に手間取る原因の一つともなっている。一方、環境試料中の様々なイオンの濃度の計測に簡易な方法が提案されており、一部は製品化されているが、例えば、カドミウムイオンについては、このような簡易計測法が実用化されている例はほとんどなく、また、一般に利用されているイオン電極法は、その検出感度が十分ではないという欠点があった。   Therefore, it is difficult to quickly grasp the environmental water contamination by cadmium ions, which is one of the causes of troublesome pollution countermeasures. On the other hand, simple methods for measuring the concentration of various ions in environmental samples have been proposed and some of them have been commercialized. For example, for cadmium ions, such a simple measurement method has been put into practical use. There are almost no examples, and the generally used ion electrode method has a drawback that its detection sensitivity is not sufficient.

また、ラングミュア・ブロジェット膜では、容易に有機薄膜を得ることができるため、これを利用する各種センサーに関する研究が盛んに行われている。先行技術として、例えば、特定の化学物質に対して活性を有する酵素、抗原あるいは抗体分子をトランスデューサー上に固定化した化学センサー(特許文献1)、光学的に検知可能な染料と一緒に、決定されるイオンのためのイオノホアを含む、親水性領域及び疎水性領域を含んでなる光化学センサー(特許文献2)、試料中の特定成分を測定するための、膜電位感受性色素を超薄膜のLB膜内に固定した光センサー(特許文献3)、等が提案されている。しかし、これらの薄膜は、一般に、機械的安定性に欠ける欠点を持つことから、その構造安定性の向上が実用上不可欠である。そのため、より安定な高分子LB膜を用いる手法(特許文献4)が提案されているが、この手法では、支持体から最も離れている単分子LB膜の最外面が親水性であることに限定されており、更に、単分子化合物と高分子化合物との混合膜については何も示されていない。   In addition, since the Langmuir-Blodgett film can easily obtain an organic thin film, research on various sensors using the film has been actively conducted. As a prior art, for example, a chemical sensor (Patent Document 1) in which an enzyme, antigen or antibody molecule having activity against a specific chemical substance is immobilized on a transducer, and an optically detectable dye are determined. Photochemical sensor comprising a hydrophilic region and a hydrophobic region including an ionophore for the ion to be produced (Patent Document 2), a membrane potential sensitive dye for measuring a specific component in a sample, and an ultra-thin LB film An optical sensor (Patent Document 3) fixed inside is proposed. However, since these thin films generally have a defect that lacks mechanical stability, it is practically essential to improve their structural stability. For this reason, a technique using a more stable polymer LB film (Patent Document 4) has been proposed, but this technique is limited to the outermost surface of the monomolecular LB film that is farthest from the support being hydrophilic. Furthermore, nothing is shown about a mixed film of a monomolecular compound and a polymer compound.

特開昭62−207951号公報Japanese Patent Laid-Open No. 62-207951 特開2000−28532号公報JP 2000-28532 A 特開平5−332937号公報JP-A-5-332937 特開昭63−166263号公報JP 63-166263 A

このような状況の中で、本発明者は、上記従来技術に鑑みて、水中カドミウムイオンを高感度で簡便に検出できるカドミウムイオンセンサーを開発することを目標として鋭意研究を重ねた結果、カドミウムイオン応答性色素と高分子化合物とからなる混合LB膜を感応部位として支持体に構築することで目標とするカドミウムイオンセンサーが得られることを見出し、更に研究を重ねて、本発明を完成するに至った。   Under such circumstances, the present inventor, in view of the above prior art, as a result of earnest research for the purpose of developing a cadmium ion sensor that can easily detect cadmium ions in water with high sensitivity, results in cadmium ions. We have found that a target cadmium ion sensor can be obtained by constructing a mixed LB film composed of a responsive dye and a polymer compound as a sensitive site on a support, and further research has been completed to complete the present invention. It was.

本発明は、環境水等の水中カドミウムイオンを高感度で簡便に検出できるカドミウムイオンセンサーを提供することを目的とするものである。更に、本発明は、カドミウムイオンセンサーにおいて、環境水等の水中カドミウムイオンと反応して色調を変化させる性質を有する色素と高分子化合物とを含む混合ラングミュア・ブロジェット膜を感応部位として支持体に構築することでカドミウムイオンセンサーとして機能する新規カドミウムイオンセンサーを提供することを目的とするものである。   An object of the present invention is to provide a cadmium ion sensor that can easily detect cadmium ions in water such as environmental water with high sensitivity. Furthermore, the present invention provides a cadmium ion sensor having, as a sensitive site, a mixed Langmuir-Blodgett membrane containing a dye having a property of changing color tone by reacting with cadmium ions in water such as environmental water as a sensitive site. The object is to provide a novel cadmium ion sensor that functions as a cadmium ion sensor by construction.

上記課題を解決するための本発明は、以下の技術的手段から構成される。
(1)カドミウムイオンセンサーにおいて、感応部として、カドミウムイオン応答性色素と高分子化合物とからなる、あるいは上記応答性色素と高分子化合物のそれぞれの成分の単独膜が別々に積層して構築されてなる混合LB膜を支持体に単層あるいは多層に累積してなる膜状の感応部位を有することを特徴とするカドミウムイオンセンサー。
(2)カドミウムイオン応答性色素が、水中カドミウムイオンと反応して色調を変化させる性質を有する色素である、前記(1)に記載のカドミウムイオンセンサー。
(3)上記色素が、アゾ色素、トリフェニルメタン系色素、ポルフィリン系色素、フタロシアニン系色素、又はシッフ塩基系色素である、前記(2)に記載のカドミウムイオンセンサー。
(4)高分子化合物が、ポリペプチド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアミン、ポリアミド、ポリイミド、ポリウレタン、ポリ尿素、ポリスルフィド、又はポリスルホンからなる縮合系高分子化合物を含む、前記(1)に記載のカドミウムイオンセンサー。
(5)高分子化合物が、カルボキシル基、ケトン基、エステル基、エーテル基、アミノ基、アミド基、イミド基、尿素基、水酸基、又はスルホン酸基からなる親水性基を有する付加重合化合物系高分子化合物を含む、前記(1)に記載のカドミウムイオンセンサー。
(6)支持体が、ガラス板、合成樹脂板、又は石英板である、前記(1)に記載のカドミウムイオンセンサー。
(7)カドミウムイオン応答性色素と高分子化合物とからなる混合LB膜において、それぞれの成分が同一膜内で混合されている、前記(1)に記載のカドミウムイオンセンサー。
)支持体から最も離れた膜が高分子化合物を含むLB膜である、前記(1)に記載のカドミウムイオンセンサー。
)上記高分子化合物を含むLB膜が、多層に累積されている、前記()に記載のカドミウムイオンセンサー。
The present invention for solving the above-described problems comprises the following technical means.
(1) In the cadmium ion sensor, the sensitive part is composed of a cadmium ion responsive dye and a polymer compound , or a single film of each component of the responsive dye and the polymer compound is separately laminated. A cadmium ion sensor having a film-like sensitive site formed by accumulating a mixed LB film on a support in a single layer or multiple layers.
(2) The cadmium ion sensor according to (1), wherein the cadmium ion-responsive dye is a dye having a property of changing color tone by reacting with cadmium ions in water.
(3) The cadmium ion sensor according to (2), wherein the dye is an azo dye, a triphenylmethane dye, a porphyrin dye, a phthalocyanine dye, or a Schiff base dye.
(4) The cadmium ion sensor according to (1) above, wherein the polymer compound includes a condensation polymer compound composed of a polypeptide, polyester, polycarbonate, polyamine, polyamide, polyimide, polyurethane, polyurea, polysulfide, or polysulfone. .
(5) Addition polymerization compound system in which the polymer compound has a hydrophilic group comprising a carboxyl group, a ketone group, an ester group, an ether group, an amino group, an amide group, an imide group, a urea group, a hydroxyl group, or a sulfonic acid group The cadmium ion sensor according to (1), including a molecular compound.
(6) The cadmium ion sensor according to (1), wherein the support is a glass plate, a synthetic resin plate, or a quartz plate.
(7) The cadmium ion sensor according to (1), wherein each component is mixed in the same film in a mixed LB film composed of a cadmium ion responsive dye and a polymer compound.
( 8 ) The cadmium ion sensor according to (1), wherein the membrane farthest from the support is an LB membrane containing a polymer compound.
( 9 ) The cadmium ion sensor according to ( 8 ), wherein the LB film containing the polymer compound is accumulated in multiple layers.

次に、本発明について更に詳細に説明する。
本発明は、カドミウムイオンセンサーにおいて、感応部として、カドミウムイオン応答性色素と高分子化合物とからなる混合LB膜を支持体に単層あるいは多層に累積してなる膜状の感応部位を有することを特徴とするものである。また、本発明は、上記カドミウムイオン応答性色素と高分子化合物とからなる混合LB膜において、それぞれの成分が同一膜内で混合されていること、また、上記カドミウムイオン応答性色素と高分子化合物とからなる混合LB膜において、それぞれの成分の単独膜が別々に積層して構築されていること、を特徴とするものである。
Next, the present invention will be described in more detail.
The cadmium ion sensor according to the present invention has a film-like sensitive site formed by accumulating a mixed LB film composed of a cadmium ion-responsive dye and a polymer compound in a single layer or multiple layers on a support as a sensitive part. It is a feature. In the mixed LB film composed of the cadmium ion responsive dye and the polymer compound, the present invention is such that the respective components are mixed in the same film, and the cadmium ion responsive dye and the polymer compound. In the mixed LB film, the individual films of the respective components are separately laminated and constructed.

上記課題を解決するために、本発明者は、カドミウムイオンセンサー材料の開発につき鋭意検討を重ねた結果、環境水等の水中カドミウムイオンと反応してその色調を変化させる色素を公知の手法であるラングミュア・ブロジェット法により支持体上に薄膜化することにより、水中カドミウムイオンに応答して色調を変化させる性質を有し、かつ高い構造安定性を持つカドミウムイオンセンサーを創製できることを見出した。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor has made extensive studies on the development of cadmium ion sensor materials, and as a result, is a known technique for a dye that reacts with cadmium ions in water such as environmental water to change its color tone. It has been found that a cadmium ion sensor having a property of changing the color tone in response to cadmium ions in water and having high structural stability can be created by forming a thin film on a support by the Langmuir-Blodgett method.

本発明で用いられる、水中カドミウムイオンと反応してその色調を変化させる色素としては、特定のカドミウムイオンに応答してその色調を変化させる性質を持ったもので、LB膜を形成できるものであれば、どのような色素でも利用できるが、好ましくは、水に溶け難い色素が利用され、好適には、例えば、化1で表されるようなアゾ色素をあげることができる。また、その他の例として、トリフェニルメタン系色素、ポルフィリン系色素、フタロシアニン系色素、シッフ塩基系色素等が例示される。このように、本発明では、カドミウムイオンと反応してその色調を変化させ、かつ、本発明による作製方法でLB膜を形成する色素であれば、どのような色素でも利用可能である。   The dye that reacts with cadmium ions in water and changes its color tone used in the present invention has a property of changing its color tone in response to a specific cadmium ion, and can form an LB film. For example, any dye can be used, but a dye that is hardly soluble in water is preferably used. For example, an azo dye represented by Chemical Formula 1 can be used. Other examples include triphenylmethane dyes, porphyrin dyes, phthalocyanine dyes, Schiff base dyes, and the like. Thus, in the present invention, any dye can be used as long as it is a dye that reacts with cadmium ions to change its color tone and forms an LB film by the manufacturing method according to the present invention.

Figure 0004691726
Figure 0004691726

本発明では、色素分子は、単独であるいは高分子化合物と混合して支持体上に成膜される。いずれの場合も、色素分子あるいは色素分子と高分子化合物との混合物を、揮発性の溶媒に溶解し、これを水面上に展開して膜化して支持体に単層あるいは多層に累積して移し取ることにより、単分子膜あるいは多層膜として成膜される。支持体に膜を移し取る方法には、主として、垂直浸漬法と水平付着法とが利用可能であるが、本発明では、膜を移し取る方法に制限はなく、どのような方法も用いられる。   In the present invention, the dye molecules are formed on the support alone or mixed with a polymer compound. In any case, a dye molecule or a mixture of a dye molecule and a polymer compound is dissolved in a volatile solvent, and this is spread on a water surface to form a film, which is transferred to a support in a single layer or multiple layers. By taking it, it forms into a monomolecular film or a multilayer film. As a method for transferring the film to the support, a vertical dipping method and a horizontal adhesion method can be used. However, in the present invention, the method for transferring the film is not limited, and any method can be used.

また、色素と高分子化合物の混合比率には、特に制限はなく、水中カドミウムイオンと反応して起こる色調の変化を読み取れる範囲の色素量から適切に決定される。更に、膜を安定させて色素の損失を少なくするために、色素を含む膜の最外膜の上に、色素を含まない高分子化合物の膜を形成させることが好適である。この場合、本発明では、色素を含む膜の最外膜が親水性であるか、疎水性であるかを問わない。また、最外膜の上に積層する高分子化合物のLB膜の積層数にも、特に制限はなく、膜の安定性を考慮して任意に決定することができる。   Further, the mixing ratio of the dye and the polymer compound is not particularly limited, and is appropriately determined from the amount of the dye within a range in which a change in color tone caused by reaction with cadmium ions in water can be read. Further, in order to stabilize the film and reduce the loss of the dye, it is preferable to form a film of the polymer compound not containing the dye on the outermost film of the film containing the dye. In this case, in the present invention, it does not matter whether the outermost film of the film containing the dye is hydrophilic or hydrophobic. Further, the number of polymer compound LB films laminated on the outermost film is not particularly limited, and can be arbitrarily determined in consideration of the stability of the film.

本発明において、LB膜を累積する支持体は、水面から累積膜を移し取ることができる支持体であればどのようなものでも良いが、例えば、ガラス板や合成樹脂板、石英板などが好ましく用いられる。上記合成樹脂板としては、好適には、アクリル板、ポリ塩化ビニル板、ポリエチレン板、ポリプロピレン板、テフロン(登録商標)板等が例示される。しかし、これらに制限されるものではない。また、これらは、例えば、10mm×50mm、厚さ1mmの形状で使用されるが、その材料及び形態は特に制限されるものではなく、実際の使用に合わせて適宜その材料及び形態を任意に選択することができる。   In the present invention, the support for accumulating the LB film may be any support as long as it can transfer the accumulated film from the water surface. For example, a glass plate, a synthetic resin plate, a quartz plate, etc. are preferable. Used. Preferable examples of the synthetic resin plate include an acrylic plate, a polyvinyl chloride plate, a polyethylene plate, a polypropylene plate, and a Teflon (registered trademark) plate. However, it is not limited to these. These are used in a shape of, for example, 10 mm × 50 mm and a thickness of 1 mm, but the material and form are not particularly limited, and the material and form are arbitrarily selected according to actual use. can do.

本発明で用いられる高分子化合物としては、分子量が1000以上、好ましくは10000以上のものが望ましい。こうした高分子化合物は、ラングミュア・ブロジェット膜として成膜できるものであればどのようなものでも用いることができるが、本発明において、望ましい高分子化合物として、例えば、以下のものが挙げられる。   The polymer compound used in the present invention has a molecular weight of 1000 or more, preferably 10,000 or more. Any polymer compound can be used as long as it can be formed as a Langmuir-Blodgett film. In the present invention, examples of desirable polymer compounds include the following.

すなわち、本発明では、高分子化合物として、好適には、例えば、ポリペプチド、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、ポリ尿素、ポリアミン、ポリスルフィド、ポリスルホン、ポリカーボネート、ポリイミド等の縮合系高分子化合物、及び、エステル基、アミド基、ケトン基、カルボキシル基、イミド基、尿素基。炭酸エステル基、アミノ基、水酸基、エーテル基等の親水性基を有する付加重合化合物系高分子化合物、あるいはこれらと同等ないし類似の性質を持つ化合物が用いられる。   That is, in the present invention, the polymer compound is preferably a condensed polymer compound such as a polypeptide, polyester, polyamide, polyurethane, polyurea, polyamine, polysulfide, polysulfone, polycarbonate, polyimide, and ester group. Amide group, ketone group, carboxyl group, imide group, urea group. An addition polymerization compound polymer compound having a hydrophilic group such as a carbonic acid ester group, an amino group, a hydroxyl group or an ether group, or a compound having the same or similar properties as these is used.

本発明において、前記化1で表される色素と、支持体であるガラスプレートとを用いて作製されたカドミウムイオンセンサーは、図1に示すような可視紫外吸収スペクトルを示し、オレンジ色を呈する。これは、水中カドミウムイオンと反応して、その濃度に応じて紫色に変色し、したがって、その吸収スペクトルも図1のように変化する。本発明において、カドミウムイオン濃度は、この支持体の色調の変化を目視で判定する方法、及び、波長600nmの吸光度を可視紫外吸光光度計などの機器を用いて計測する方法、を用いることで測定することができる。   In the present invention, a cadmium ion sensor produced using the dye represented by Chemical Formula 1 and a glass plate as a support exhibits a visible ultraviolet absorption spectrum as shown in FIG. 1 and exhibits an orange color. This reacts with cadmium ions in water and turns purple according to its concentration. Therefore, its absorption spectrum also changes as shown in FIG. In the present invention, the cadmium ion concentration is measured by using a method for visually determining a change in the color tone of the support and a method for measuring absorbance at a wavelength of 600 nm using a device such as a visible ultraviolet absorptiometer. can do.

従来、カドミウムイオン濃度の測定の方法及び装置では、吸光光度法、原子吸光光度法、誘導結合プラズマ発光分析法等の機器分析法が採用されているが、これらの方法及び装置は、煩雑で操作に熟練と時間を要することから、その使用の範囲が大きく制限されるという問題点があった。これに対して、本発明では、カドミウムイオン応答性色素と高分子化合物からなる混合LB膜を感応部位として用いた、固体センサー材の色調の変化を利用する新しい方式を採用することで、現行のカドミウムの排水基準値及び環境基準値を簡便、迅速、高感度、かつ低コストで検出定量できる、現場計測が可能な新しいタイプのカドミウムイオンセンサーを構築し、提供することを実現することができる。   Conventionally, instrumental analysis methods such as absorptiometry, atomic absorptiometry, inductively coupled plasma emission spectrometry, etc. have been employed in methods and apparatuses for measuring cadmium ion concentration, but these methods and apparatuses are cumbersome and difficult to operate. Since it requires skill and time, there is a problem that the range of its use is greatly limited. On the other hand, in the present invention, by adopting a new method using a change in color tone of a solid sensor material using a mixed LB film composed of a cadmium ion responsive dye and a polymer compound as a sensitive site, It is possible to construct and provide a new type of cadmium ion sensor capable of on-site measurement capable of detecting and quantifying cadmium drainage standard values and environmental standard values easily, quickly, with high sensitivity and at low cost.

本発明により、次のような効果が奏される。
(1)本発明により、簡便な操作、高感度、及び低コストで、水中カドミウムイオンを検出定量できるカドミウムイオンセンサーを提供することが可能である。
(2)本発明によれば、例えば、前記化1で表される色素と支持体であるガラスプレートとを用いて作製されたカドミウムイオンセンサーを用いて、10−7M(M=mol/l)の水中カドミウム濃度を、熟練した操作を必要とせずに、15分以内に検出することが可能である。
(3)同濃度のカドミウムイオンを、従来技術で測定しようとした場合、大型の装置を用いて、熟練した分析者による、通常1時間以上の操作が必要であるが、本発明では、その操作性を大幅に改善することができる。
(4)本発明では、選定された特定の性質を有する色素を本発明の上記構成に基づいてセンサー化したことにより、色素だけでは得られないカドミウムイオンセンサーとしての格別の効果が得られる。
(5)本発明では、カドミウムイオンに応答する特定の色素を選択し、本発明の技術を適用することで同様の効果を有するカドミウムイオンセンサーを構築できる。
(6)本発明では、色素をLB膜として累積することができる支持体を選択し、本発明の技術を適用することで同様の効果を有するカドミウムイオンセンサーを構築できる。
The present invention has the following effects.
(1) According to the present invention, it is possible to provide a cadmium ion sensor capable of detecting and quantifying cadmium ions in water with simple operation, high sensitivity, and low cost.
(2) According to the present invention, for example, 10 −7 M (M = mol / l) using a cadmium ion sensor produced using the dye represented by Chemical Formula 1 and a glass plate as a support. ) Can be detected within 15 minutes without the need for skilled operation.
(3) When cadmium ions of the same concentration are to be measured by the conventional technique, an operation by a skilled analyst is usually required for one hour or more by using a large apparatus. The sex can be greatly improved.
(4) In the present invention, since a dye having a selected specific property is converted into a sensor based on the above-described configuration of the present invention, a special effect as a cadmium ion sensor that cannot be obtained only by the dye can be obtained.
(5) In the present invention, a cadmium ion sensor having the same effect can be constructed by selecting a specific dye that responds to cadmium ions and applying the technique of the present invention.
(6) In the present invention, a cadmium ion sensor having the same effect can be constructed by selecting a support capable of accumulating a dye as an LB film and applying the technique of the present invention.

次に、製造例及び実施例によって本発明を具体的に説明するが、以下の製造例及び実施例は、本発明の範囲を限定あるいは制限するものではない。   Next, the present invention will be specifically described with reference to production examples and examples, but the following production examples and examples do not limit or limit the scope of the present invention.

製造例1
まず、本発明で好ましく利用される前記化1で表される色素を、ベンゼンに溶解し(10−3mol dm−3)、その200μLを水槽内の水面上に展開したのち、水相表面を適当な方法で圧縮し、水面上に色素膜を形成させた。次いで、あらかじめ水槽内に設置しておいたガラスプレートを適当な速度で垂直に引き上げ、水面上の色素膜をガラスプレート上に移し取った。このガラスプレートを再度垂直に水槽内に押し戻して、次の色素膜を積層させた。
Production Example 1
First, the dye represented by the chemical formula 1 preferably used in the present invention is dissolved in benzene (10 −3 mol dm −3 ), and 200 μL of the dye is spread on the water surface in the water tank. It was compressed by an appropriate method to form a dye film on the water surface. Subsequently, the glass plate previously installed in the water tank was pulled up vertically at an appropriate speed, and the dye film on the water surface was transferred onto the glass plate. The glass plate was again pushed back into the water tank again to laminate the next dye film.

このようにして、所定の積層数に達した時点で、水面上の色素を吸い取るなどして取り除き、本発明で好ましく利用される高分子のベンゼン溶液(10−3mol dm−3)200μLを水面上に展開した。展開後、表面を再び圧縮し、水面上に高分子LB膜を作製したところで、前述の色素を積層したガラスプレートを上下させることで、最外面に高分子LB膜を形成させた。 In this way, when the predetermined number of layers is reached, the dye on the water surface is sucked off and removed, and 200 μL of a polymer benzene solution (10 −3 mol dm −3 ) preferably used in the present invention is removed from the water surface. Expanded above. After the development, the surface was compressed again, and when a polymer LB film was produced on the water surface, the polymer LB film was formed on the outermost surface by moving up and down the glass plate on which the aforementioned dye was laminated.

製造例2
また、前記化1で表される色素と高分子LB膜との混合ベンゼン溶液(10−3mol dm−3)をあらかじめ作製し、その200μLを水槽内の水面上に展開したのち、水相表面を適当な方法で圧縮し、水面上に色素−高分子混合LB膜を形成させた。次いで、あらかじめ水槽内に設置しておいたガラスプレートを適当な速度で垂直に引き上げ、水面上の色素−高分子混合LB膜をガラスプレート上に移し取った。このガラスプレートを再度垂直に水槽内に押し戻して、次の色素−高分子混合LB膜を積層させた。
Production Example 2
Moreover, after preparing the mixed benzene solution (10 <-3 > moldm <-3> ) of the pigment | dye represented by said Chemical Formula 1 and a polymer LB film | membrane beforehand and spreading | deploying 200 microliters on the water surface in a water tank, the surface of an aqueous phase Was compressed by an appropriate method to form a dye-polymer mixed LB film on the water surface. Subsequently, the glass plate previously installed in the water tank was pulled up vertically at an appropriate speed, and the dye-polymer mixed LB film on the water surface was transferred onto the glass plate. This glass plate was pushed back into the water tank again vertically, and the next dye-polymer mixed LB film was laminated.

このようにして、所定の積層数に達した時点で、水面上の色素等を吸い取るなどして取り除き、本発明で好ましく利用される高分子のベンゼン溶液(10−3mol dm−3)200μLを水面上に展開した。展開後、表面を再び圧縮し、水面上に高分子LB膜を作製したところで、前述の色素−高分子混合LB膜を積層したガラスプレートを上下させることで、最外面に高分子LB膜を形成させた。 In this way, when the predetermined number of layers is reached, the dye on the water surface is removed by sucking or the like, and 200 μL of a polymer benzene solution (10 −3 mol dm −3 ) preferably used in the present invention is removed. Developed on the surface of the water. After the development, the surface is compressed again, and when the polymer LB film is produced on the water surface, the polymer LB film is formed on the outermost surface by moving up and down the glass plate on which the aforementioned dye-polymer mixed LB film is laminated. I let you.

pHを7.5とした1×10−4mol dm−3のカドミウムイオン水溶液20mLを、50mLふた付きサンプルビンに取り、これに、製造例1あるいは製造例2で作製したカドミウムイオンセンサーを入れて、温浴中40℃で放置した。放置時間を変えて、試料ビンからセンサーを取り出し、その吸収スペクトルを測定した。その結果を図1及び2に示す。このことから、15分間以上でカドミウムイオンに応答したセンサーの吸収スペクトル変化がほぼ一定になることがわかった。 Take 20 mL of a 1 × 10 −4 mol dm −3 cadmium ion aqueous solution with a pH of 7.5 in a 50 mL sample bottle with a lid, and put the cadmium ion sensor prepared in Production Example 1 or Production Example 2 into this. And left in a warm bath at 40 ° C. The sensor was taken out from the sample bottle by changing the standing time, and its absorption spectrum was measured. The results are shown in FIGS. From this, it was found that the change in the absorption spectrum of the sensor in response to the cadmium ions was almost constant over 15 minutes.

それぞれpHの異なる1×10−4mol dm−3のカドミウムイオン水溶液20mLを、50mLふた付きサンプルビンに取り、これに、製造例1あるいは2で作製したカドミウムイオンセンサーを入れて、温浴中40℃で15分間放置した。次いで、試料ビンからセンサーを取り出し、その吸光度を測定した。その結果を図3に示す。このことから、最も最適なpHはおよそ7.5であることが判明した。 20 mL of 1 × 10 −4 mol dm −3 cadmium ion aqueous solutions each having a different pH are placed in a 50 mL sample bottle with a lid, and the cadmium ion sensor prepared in Production Example 1 or 2 is placed therein, and the temperature is 40 ° C. in a warm bath. Left for 15 minutes. Next, the sensor was taken out from the sample bottle, and its absorbance was measured. The result is shown in FIG. From this, it was found that the most optimum pH was approximately 7.5.

10mLの試料水溶液を、50mLふた付きサンプルビンに取り、これにpH7.5の緩衝液10mLを加え、全量を20mLとした。これに、製造例1あるいは製造例2で作製したカドミウムイオンセンサーを入れて、温浴中40℃で15分間放置した。次いで、試料ビンからセンサーを取り出し、その変色の有無を目視により判定して、カドミウムの存在を判定した。この操作により判定可能な検体濃度は、少なくとも1×10−7M(約6ppb)であった。 10 mL of the sample aqueous solution was placed in a 50 mL sample bottle with a lid, and 10 mL of pH 7.5 buffer was added thereto to make a total volume of 20 mL. The cadmium ion sensor produced in Production Example 1 or Production Example 2 was put in this, and left in a warm bath at 40 ° C. for 15 minutes. Subsequently, the sensor was taken out from the sample bottle, and the presence or absence of the color change was visually determined to determine the presence of cadmium. The analyte concentration that can be determined by this operation was at least 1 × 10 −7 M (about 6 ppb).

同様に、既知量のカドミウムイオンを含む標準試料溶液10mLを、50mLのふた付きサンプルビンに取り、pH7.5の緩衝液10mLを加え、全量を20mLとした。これに、製造例1あるいは製造例2で作製したカドミウムイオンセンサーを入れて、温浴中40℃で15分間放置した。次いで、試料ビンからセンサーを取り出し、その600nmにおける吸光度を測定した。バックグラウンド補正後の吸光度とカドミウムイオン濃度との関係(検量線)を図4示す。   Similarly, 10 mL of a standard sample solution containing a known amount of cadmium ion was placed in a 50 mL lidded sample bottle, and 10 mL of pH 7.5 buffer was added to make a total volume of 20 mL. The cadmium ion sensor produced in Production Example 1 or Production Example 2 was put in this, and left in a warm bath at 40 ° C. for 15 minutes. Subsequently, the sensor was taken out from the sample bottle, and the absorbance at 600 nm was measured. FIG. 4 shows the relationship (calibration curve) between the absorbance after the background correction and the cadmium ion concentration.

以上詳述したように、本発明は、混合LB膜を用いたカドミウムイオンセンサーに係るものであり、本発明により、機械的に安定で、高感度なカドミウムイオンセンサーを作製し、提供することが可能となる。本発明により、固体センサー材の色調変化を利用した新しいカドミウムイオンの検出定量法を提供できる。本発明により、現行のカドミウムの排出基準値、環境基準値を簡便、迅速で、かつ低コストで検出定量できるカドミウムイオンセンサーを提供できる。本発明のカドミウムイオンセンサーを用いることで、高額な装置による多大な労力とコストをかけた従来法による測定に代えて、簡素な器具セットを用いて、測定現場において、排水基準値(0.1mg/L)あるいは環境基準値(0.01mg/L)のカドミウムイオンの検出を行うことが可能となる。   As described above in detail, the present invention relates to a cadmium ion sensor using a mixed LB film. According to the present invention, a mechanically stable and highly sensitive cadmium ion sensor can be produced and provided. It becomes possible. According to the present invention, it is possible to provide a new cadmium ion detection and quantification method using the color tone change of a solid sensor material. According to the present invention, it is possible to provide a cadmium ion sensor capable of detecting, quantifying current cadmium emission standard values and environmental standard values simply, quickly and at low cost. By using the cadmium ion sensor of the present invention, instead of the measurement by the conventional method, which requires a great amount of labor and cost by an expensive apparatus, a simple instrument set is used at the measurement site, and the drainage standard value (0.1 mg / L) or environmental standard value (0.01 mg / L) cadmium ions can be detected.

本発明により製造したカドミウムイオンセンサーのカドミウムイオンによる吸収スペクトル変化に及ぼす反応時間の影響を示す。The influence of reaction time on the absorption spectrum change by the cadmium ion of the cadmium ion sensor manufactured by this invention is shown. 本発明により製造したカドミウムイオンセンサーのカドミウムイオンによる吸光度変化に及ぼす反応時間の影響を示す。The influence of reaction time on the absorbance change by cadmium ion of the cadmium ion sensor manufactured by this invention is shown. 本発明により製造したカドミウムイオンセンサーのカドミウムイオン応答に及ぼすpHの影響を示す。The influence of pH on the cadmium ion response of the cadmium ion sensor manufactured by this invention is shown. 本発明により製造したカドミウムイオンセンサーのカドミウムイオン検量線を示す。The cadmium ion calibration curve of the cadmium ion sensor manufactured by this invention is shown.

Claims (9)

カドミウムイオンセンサーにおいて、感応部として、カドミウムイオン応答性色素と高分子化合物とからなる、あるいは上記応答性色素と高分子化合物のそれぞれの成分の単独膜が別々に積層して構築されてなる混合LB膜を支持体に単層あるいは多層に累積してなる膜状の感応部位を有することを特徴とするカドミウムイオンセンサー。 In the cadmium ion sensor, as a sensitive part, a mixed LB composed of a cadmium ion responsive dye and a polymer compound , or a single layer of each component of the responsive dye and the polymer compound is separately laminated. A cadmium ion sensor characterized by having a membrane-like sensitive site formed by accumulating a membrane on a support in a single layer or multiple layers. カドミウムイオン応答性色素が、水中カドミウムイオンと反応して色調を変化させる性質を有する色素である、請求項1に記載のカドミウムイオンセンサー。   The cadmium ion sensor according to claim 1, wherein the cadmium ion responsive dye is a dye having a property of changing color tone by reacting with cadmium ions in water. 上記色素が、アゾ色素、トリフェニルメタン系色素、ポルフィリン系色素、フタロシアニン系色素、又はシッフ塩基系色素である、請求項2に記載のカドミウムイオンセンサー。   The cadmium ion sensor according to claim 2, wherein the dye is an azo dye, a triphenylmethane dye, a porphyrin dye, a phthalocyanine dye, or a Schiff base dye. 高分子化合物が、ポリペプチド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアミン、ポリアミド、ポリイミド、ポリウレタン、ポリ尿素、ポリスルフィド、又はポリスルホンからなる縮合系高分子化合物を含む、請求項1に記載のカドミウムイオンセンサー。   The cadmium ion sensor according to claim 1, wherein the polymer compound includes a condensation polymer compound composed of a polypeptide, polyester, polycarbonate, polyamine, polyamide, polyimide, polyurethane, polyurea, polysulfide, or polysulfone. 高分子化合物が、カルボキシル基、ケトン基、エステル基、エーテル基、アミノ基、アミド基、イミド基、尿素基、水酸基、又はスルホン酸基からなる親水性基を有する付加重合化合物系高分子化合物を含む、請求項1に記載のカドミウムイオンセンサー。   An addition polymerization compound-based polymer compound in which the polymer compound has a hydrophilic group comprising a carboxyl group, a ketone group, an ester group, an ether group, an amino group, an amide group, an imide group, a urea group, a hydroxyl group, or a sulfonic acid group The cadmium ion sensor according to claim 1, comprising: 支持体が、ガラス板、合成樹脂板、又は石英板である、請求項1に記載のカドミウムイオンセンサー。   The cadmium ion sensor according to claim 1, wherein the support is a glass plate, a synthetic resin plate, or a quartz plate. カドミウムイオン応答性色素と高分子化合物とからなる混合LB膜において、それぞれの成分が同一膜内で混合されている、請求項1に記載のカドミウムイオンセンサー。   The cadmium ion sensor according to claim 1, wherein each component is mixed in the same film in a mixed LB film composed of a cadmium ion responsive dye and a polymer compound. 支持体から最も離れた膜が高分子化合物を含むLB膜である、請求項1に記載のカドミウムイオンセンサー。   The cadmium ion sensor according to claim 1, wherein the film farthest from the support is an LB film containing a polymer compound. 上記高分子化合物を含むLB膜が、多層に累積されている、請求項に記載のカドミウムイオンセンサー。 The cadmium ion sensor according to claim 8 , wherein the LB film containing the polymer compound is accumulated in multiple layers.
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