NO154475B - Reagens for bestemmelse av ionestyrke eller egenvekt av en vandig proeve. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et reagens for bestemmelse av ionestyrke eller egenvekt av en vandig prøve.

Bestemmelse av egenvekten av en væske finner anvendelse innen et utall områder. Således innbefatter slike ube-slektede fagområder som brygging, urinanalyse, vannrensing, fremstilling av drikkevann ombord på skip, alle måling av egenvekt. En rask og enkel metode for bestemmelse av denne egenskap vil i sterk grad forbedre forholdet innen mange vitenskapelige områder, inn-befattet enhver teknologi hvor hurtig, nøyaktig bestemmelse av egenvekt ville være gunstig. Hvis f.eks. en medisinsk labora-torietekniker kunne nøyaktig måle egenvekten på en urinprøve i løpet av sekunder, ville ikke bare de hurtige resultater hjelpe legen i diagnosen, men laboratorieeffektiviteten ville også øke til en grad hvori mange flere analyser kunne utføres enn hva som tidligere var mulig.

Bestemmelse av urinens egenvekt er av betydelig verdi ved forståelse og klinisk behandling av elektrolyttforstyrrelser. Således bør,: og vanligvis må en komplett urinanalyse, innbefatte bestemmelse av egenvekt. Generelt vil en slik bestemmelse innbefatte måling av egenvekt direkte med en egnet anordning, men like brukbar er måling av andre beslektede egenskaper slik som osmolalitet eller ionestyrke, som deretter kan føres tilbake til de tilsvarende egenvektsverdier.

Egenvekt er dimensjonsløs og angår, når det gjelder en løsning, forholdet mellom vekten av et visst volum av løsningen og vekten av et likt volum vann ved samme temperatur. For løs-ninger slik som urin er egenvekten en funksjon av antallet, densiteten, ioneladning og vekt av de forskjellige arter av opp-løste forbindelser.

Tidligere kjente metoder for bestemmelse av egenvekt gjør bruk av hydrometere, urinometere, pyknometere, gravimetere

og lignende. Selv om disse kjente prosedyrer er tilfredsstillen-de følsomme i de fleste tilfeller, innbefatter de alle ømfintlige store instrumenter som må konstant renses, opprettholdes og kalibreres for kontinuerlig å sikre deres pålitelighet. I tillegg er det mange ulemper forbundet med bruk av disse instrumenter.

Avlesning av menisken kan være vanskelig. Skum eller bobler på væskeoverflaten kan innvirke på avlesningen. Det er også en tendens ved urinometere å addere til sidene av karet inneholdende væskeprøven. Når det gjelder urin er mengden av prøven ofte utilstrekkelig til en av de ovenfor angitte anordninger .

Et nylig gjennombrudd hvorved alle de ovenfor beskrevne ulemper er blitt fjernet, og som gir en rask osmolalitetbestem-melse (dvs. egenvekt), er beskrevet i US patentskrift 4 015 462, innlevert av Greuson et al. 8. januar 1976. Dette patent beskriver en oppfinnelse hvori en bærematrise er inkorporert med osmotisk sprø mikrokapsler, hvis vegger er sammensatt av et semi-permeabel membranmateriale. Innkapslet på innside av veggene er en løsning inneholdende en fargende substans. Når kapslene er i kontakt med en løsning med en lavere osmolalitet enn inne i kapslene, oppstår en osmotisk gradient over kapselveggene i retnin-gen av den lavere osmolalitet, og øker derved det hydrostatiske trykk innen kapselen og bevirker disse til å svelle og til slutt briste og frigi deres farvede innhold. Mengden av farve som dannes, er en funksjon av løsningens egenvekt.

Det fremgår fra det foregående at ved siden av de utallige anordninger som måler egenvekter direkte, er det også mulig å måle egenvekt ved anvendelse av indirekte midler slik som os-molaliteten på en løsning. En annen måte for bestemmelse av egenvekt uten måling av denne direkte, innbefatter en bestemmelse som er propor-sjonal med ionestyxken av en løsning. Et slikt prinsipp anvendes ved foreliggende oppfinnelse. Det er meget kjent at egenvekten på et vandig system påvirkes sterkt av nærvær av ladede ioner.

Når det gjelder ioniske løsninger, er det således mulig å approk-simere egenvekten på de respektive løsninger via avlesninger som er proporsjonale med deres ionestyrker og å referere disse avlesninger til et forkalibrert referansesystem.

Uttrykket "ionestyrke" henviser til det matematiske forhold mellom antallet av forskjellige typer av ioner bestemt løsning og deres respektive ladninger. Ionestyrken er således matematisk representert ved formelen hvori c er den molale konsentrasjon av et bestemt ion og z den absolutte verdi av dens ladning. Summen E taes over alle de forskjellige typer av ioner i løsning.

US patentskrift 3 449 080 beskriver måling av oppløst natrium eller kloridioner. Denne publikasjon er rettet mot en testanordning for bestemmelse av konsentrasjonene av disse ioner i kroppssvette. Kort angitt er det i dette patent beskrevet bruk av ionebytterharpikser sammen med en pH-indikator. Ved anvendelse av denne anordning er nærvær av natrium eller kloridioner angitt å kunne bestemmes gjennom en farveforandring i ionebytter-harpiksen fremkalt av pH-indikatoren. Mens denne referanse på-stås å beskrive en måte for måling av ionestyrke, ble det funnet at en slik lære som angitt i eksemplene, ikke var anvendbare for måling av egenvekt.

Både osmolalitet-fremgangsmåten og ionestyrke-fremgangsmåten til indirekte bestemmelse av egenvekt kan påvirkes med hensyn til nøyaktighet ved nærværet av ikke-ioniske forbindelser. Følgelig er US patentsøknad 716 962 innlev. 23. aug. 1976, rettet mot en fremgangsmåte for å fjerne denne potensielle feilkilde, og beskriver en anordning i hvilken det egenvekt-følsomme system inneholder et ioniseringsmiddel som er i stand til å omdanne det ikke-ioniske oppløste produkt til ionisert produkt.

For å oppsummere den for tiden rådende teknikk kan det angis at mange metoder er kjent for måling av egenvekt, både direkte og indirekte. Direkte måling innbefatter anvendelse av anordninger som er ømfintlige, store og kostbare, og som konstant må renses, opprettholdes og kalibreres. Av de indirekte metoder kan målingen av den sammenbindende løsningsegenskap kjent som osmolalitet gi en nøyaktig korrelasjon til egenvekt. Forelig-geride oppfinnelse gjør bruk av et annet prinsipp, nemlig forholdet mellom egenvekt og en løsnings ionestyrke.

US patentskrift 3 449 080 beskriver en metode for måling av konsentrasjonen av natrium og/eller kloridioner i kroppssvette. Denne referanse utnytter svakt sure eller svakt basiske ionebyt-terharpiksers affinitet for ukjente ioner, og farveforandrings-evnen til kjente pH-indikatorer. Ingen av de kjente publikasjo-ner beskriver eller foreslår foreliggende oppfinnelse.

Oppfinnelsen angår således et reagens for bestemmelse

av ionestyrke eller egenvekt av en vandig prøve, hvilket reagens er kjennetegnet ved at det omfatter en svakt sur eller svakt basisk polyelektrolyttpolymer, omfattende poly(acrylsyre), poly(maleinsyre), maleinsyre-vinylmethylether-copolymer, poly(methacrylsyre), styren-maleinsyre-copolymer, poly(vinylamin) eller poly(4-vinylpyridin), hvilken polymer er minst 50% nøytralisert, og en pH-lndikatorforbindelse.

Fig. 1 - 8 er grafiske avbildninger av (a) responsen

av tre polyelektrolytter overfor prøver med varierende egenvekt, og (b) titrering eller delvis nøytralisering av disse polymerer. Således er fig. 1, 2 og 3 titreringskurver for en copolymer av methylvinylether og maleinsyreanhydrid, poly(acrylsyre) og poly(vinylamin). Fig. 4, 5 og 6 viser ytelsen av disse polyelektrolytter ved bestemmelse av urinegenvekter etter varierende grader av partiell nøytralisering av polymerens vedhengende gruppe.

Fig. 7 viser lignende ytelse av poly(vinylamin) i vandige salt-løsninger med varierende konsentrasjoner. Fig. 8 viser ytelsen av en foretrukket anordning.

Foreliggende reagens omfatter som en bestanddel, en

svakt sur eller svakt basisk polyelektrolytt. Utallige eksempler på slike polymerer er kjent innen faget, deres felles karakteristika er sentrert rundt graden av dissosiasjon av de ioniske vedhengende grupper når polymeren utsettes for et vandig miljø. De fleste polyelektrolytter er løselige eller delvis løselige i vann og er lett ioniserbare, avhengig av den ioniske natur av (a) det vandige system og (b) de ioniserbare arter på polymerkjeden.

Således stemples en polyelektrolytt som svakt eller sterkt sur eller basisk avhengig av dets ioneadferd. Generelt betraktes en polyelektrolytt som nærmest fullstendig ioniserer når den kommer i kontakt med vann, slik som poly(vinylsvovelsyre) og poly-(styrensulfonsyre) som sterke polyelektrolytter. Svake polyelektrolytter på den annen side, inneholder svakt sure eller basiske ioniserbare grupper. Ladningstettheten langs molekyl-kjeden i disse polymerer kan varieres ved å variere graden av nøytralisasjon. Eksempler på svakt sure eller svakt basiske polyelektrolytter som finner særlig anvendelse ved foreliggende oppfinnelse er poly(acrylsyre), poly(maleinsyre), maleinsyre/- methylvinylethercopolymer, poly(methacrylsyre), styren-maleinsyre-copolymer, poly(4-vinylpyridin) og andre.

Reagensene ifølge oppfinnelsen innbefatter svakt

basiske og svakt sure polyelektrolytter, men innbefatter nærmere bestemt de som er minst 50% nøytralisert. Minst noen av de funksjonelle grupper i polymeren, det være seg svakt sure (f.eks. COOH) eller svakt basiske, er først delvis titrert med en base eller syre før inkorporering av polyelektrolytten i reagenset.

Typisk anvendes vandige løsninger av titreringsmidlet, og basiske titreringsmidler innbefatter løsninger av NaOH, KOH, Na2C0.j, poly(ethylenimin) , tris (hydroxymethylamin)methan og andre som er kjent for fagmannen. Ganske overraskende har en slik partiell titrering eller nøytralisering blitt funnet å være nød-vendig for å muliggjøre signifikant differensiering mellom egenvektnivåer i løsningene.

Polymeren nøytraliseres til minst 50%, dvs. at

minst halvparten av de ioniserbare grupper er nøytralisert.

Et ideelt nøytraliseringsområde, og som er funnet mest fordelaktig ved foreliggende reagens, er fra 75 til 95 % nøytralisering, hvor 90 % er blitt funnet å være optimalt for å gi den største separasjon i pH-forandring eller annen påvisbar respons når det gjelder egenvekt eller ionestyrke.

Polyelektrolytten valgt for bruk ved foreliggende oppfinnelse må som ovenfor angitt, være delvis nøytralisert. Dette oppnås ved titrering av polymeren med egnet syre eller base, eller på andre måter som gir den ønskede partielle nøytralisasjon. Fig. 1 viser titreringskurven for "Gantrez S-97", en maleinsyreanhydrid/methylvinylethercopolymer med natriumhydroxyd i vandig løsning. Fig. 2 viser lignende data for poly(acrylsyre) , og fig. 3 poly(vinylamin).

Et annet element i reagenset er en indikatorforbindelse som gir respons på ionebytting. Denne kan anta slike for-

mer som et pH-meter, en pH-indikator og andre anordninger som

kan betjenes av fagmannen. Således kan pH-meteret anvendes med en standard pH-elektrode (i løsningssystemer) eller med en over-flate pH-elektrode (hvor reagenset innarbeides med en bærermatrise). pH-meterresponsen kan deretter observeres over forskjellige ionestyrkeverdier og et referansesystem kan etableres, en bestemt forandring i pH svarende til en bestemt prøve-ionestyrke.

Alternativt kan kjente pH-følsomme kromogene reagens-forbindelser anvendes, og disse kan gi en forandring i eller tilsynekomst av farve, som kan observeres av den person som ut-fører målingen, som er en indikasjon på ionestyrken eller egenvekten av prøven. Hvis et kromogen anvendes, kan et referansefarvesystem etableres på forhånd, slik at en hurtig visuell sammenligning av prøven og referansesystemet gir de ønskede resultater. Eksempler på kromogener egnet for bruk ved foreliggende oppfinnelse er bromthymolblått, alizarin, bromcresolfiolett, fenolrødt og nøytralrødt hvor bromthymolblått er funnet å være spesielt egnet.

En anordning hvori en bærermatrise er innarbeidet

med det beskrevne reagens, vil utgjøre et verktøy for opp-nåelse av hurtige, pålitelige bestemmelser av løsningsegen-vekter. Bærematrisen er vanligvis, men ikke nødvendigvis,

et porøst materiale slik som filterpapir. Andre former for bærermatrisematerialer er filt, porøse keramiske remser og vevede glassfibre eller glassfibermatter (US patentskrift 3 846 247). Også foreslått er bruk av tre, tekstil, svamp-materiale og leireaktige materialer (US patentskrift

3 552 928). Alle slike bærermaterialer er egnet for bruk.

Det er funnet at filterpapir er spesielt egnet.

Filterpapir fuktes med en løsning

eller suspensjon av en minst 50% nøytralisert poly-

elektrolytt i vann eller annen egnet bærer som lett kan bestemmes ved laboratorierutineforsøk, og som deretter tørkes. Det polyelektrolytt-bærende filterpapir fuktes deretter med en løsning av den ønskede indikator (slik som bromthymolblått) i methanol eller annet egnet løsningsmiddel slik som ethanol, N,N-dimethylforma-mid, dimethylsulfoxyd og tørkes deretter. Alternativt kan en én-dypningsmetode anvendes hvorved polyelektrolytten og indikatoren samtidig er til stede i løsningen eller suspensjonen.

Den tørkede reagens-bærende matrise kan monteres på et underlagsmateriale om ønsket. Således kan en testanordning omfatte en filterpapir-bærermatrise inkorporert med en minst 50% nøytralisert polyelektrolytt og indikatormidler som ovenfor beskrevet, og hvor matrisen er festet til én side av et langstrakt stykke av transparent polystyrenfilm. Matrisen festes til en ende av filmen ved hjelp av egnede midler slik som en dobbeltklebende tape, og den andre ende av polystyren-filmen tjener som håndtak. Ved bruk holdes en slik anordning ved den frie ende av polystyrenfilmunderlaget og matriseenden dyppes i prøven (f.eks. urin) og fjernes raskt. Enhver farve-dannelse eller annen påvisbar respons observeres etter en på forhånd bestemt tid og sammenlignes med en referansestandard svarende til responser på kjente ionestyrker eller egenvekter av løsningen.

Den bestemte referansestandard som anvendes avhenger av hvorvidt reagenset skal anverides som sådan eller inkorporert med en bærermatrise, såvel som av den bestemte indikator. Hvis således den partielt nøytraliserte polyelektrolytt tilsettes direkte til prøven, og indikatoranordningen er et pH-meter, kan en referansestandard tilveiebringes ved å tilsette en standardvekt av polyelektrolytt til et standardvolum av en løs-ning med kjent ionestyrke. pH-forandringen før og etter polyelektrolytt il setning nedtegnes ved bruk av pH-meteret. Denne prosedyre følges for en serie av løsninger med varierte kjente ionestyrker. For å bestemme ionestyrken av en ukjent testprøve følges den samme prosedyre og pH-forandringen sammenlignes med de for de kjente løsninger.

Hvor en testanordning omfattende en bærermatrise inneholdende partielt nøytralisert polyelektrolytt og et kromogen anvendes, kan en referansestandard omfatte en serie av farge-klisjeer som avbilder fargen utviklet av bærermatrisen etter en på forhånd bestemt tid i respons til løsninger med kjent ionestyrke. Ved testing av en ukjent prøve, dyppes bærermatrisen av testanordningen i prøven, fjernes og observeres for tilsynekomst av eller forandring i farve etter den på forhånd bestemte tid. Hver farverespons sammenlignes deretter med referansestandard-farveklisjeene for å fastslå ionestyrken eller egenvekten på prøven.

De etterfølgende eksempler illustrerer ytterligere oppfinnelsen. Foretrukne utførelsesformer er således beskrevet og analysert.

Eksempel 1 - Partiell nøytralisering av maleinsyreanhydrid/ methylvinylether- copolymer

Dette forsøk ble utført for å studere den partielle nøytralisering av en polyelektrolytt "Gantrex S-97" og dets effekt for måling av løsningsegenvekt.

En modul-automatisk titrator ble montert for titrering av forskjellige polyelektrolytter aktuelle for oppfinnelsen. Titratoren besto av en automatisk pipette. Dette instrument

er i stand til å utlevere et konstant volum titreringsmiddel pr. tidsenhet i polymerløsningen som skal titreres. Tilset-ningshastigheten av titreringsmidlet (dvs. hastigheten av polyelektrolytt-nøytraliseringen) ble regulert gjennom valg av pipettevolum, fraksjonen av pipettevolum som utleveres, og konsentrasjonen av titreringsmiddel. Forandringer i pH under titreringen ble påvist under anvendelse av en standard pH-elektrode og et "Orion Model 701" digital pH-meter. Utgangssignalene fra pH-meteret ble innført i en "Hewlett-Packard Model 17500A" 25,4 cm skriver hvis skala var blitt kalibrert slik at 2,54 cm svarte til en forandring på én pH-enhet. Således ga skriveren en kontinuerlig overvåkning av pH-forandringen med hensyn til tiden (ergo med hensyn til volum tilsatt titreringsmiddel).

Denne apparatur ble anvendt for å titrere og observere effektene av partiell nøytralisering på "Gantrez S-97", en svakt sur polyelektrolytt. En løsning av "Gantrez" ble fremstilt omfattende 2 0 gram av polyelektrolytten pr. liter avionisert vann. Tre 100 ml' s aliquoter av denne løsning ble innført i 250 ml1 s begerglass. Én aliquot ble innstilt til 0,1N og en annen til 1,0N med NaCl. Ikke noe salt ble tilsatt til den gjenværende aliquot ved titrering av hver av disse polyelektrolyttløsninger med 1,0N NaOH i en 50 ml<1>s pipette med en hastighet på 9,0 ml titreringsmiddel pr. time, og avlesning av pH-forandringen mot volum titreringsmiddel, var det mulig å undersøke titrerings-karakteristikaene for "Gantrez", såvel som effektene av partiell i nøytralisering på dens evne til å differensiere variende ionestyrker.

De titreringsdata som ble erholdt i dette forsøk er nedtegnet grafisk i fig. 1. Kurve A representerer titrering av polyelektrolyttløsningen til hvilken intet salt var tilsatt, kurve B representerer titrering av polyelektrolyttløsningen gjort 0,1N NaCl, og kurve C representerer titreringen av poly-elektrolyttløsningen inneholdende NaCl til 1,0N konsentrasjonen. Den klare separasjon som fremstår mellom kurve A, B og C i fig. 1 er en indikasjon på effekten av ionestyrke og den tilsynelatende pK på polymeren. Ved således å observere graden av separasjon mellom titreringskurvene, dvs. pH-verdiene for en gitt mengde titreringsmiddel, kan man beregne maksimering med hensyn til å bestemme forskjellige nivåer av egenvekt. Eksempelvis observeres større separasjon i regionene mellom pH 5 og pH 10 enn ved andre trinn av polymernøytralisering. Kurvene i fig. 1 indikerer at optimal separasjon finner sted med en grad av polymernøytrali-sering fra 70 % til 95 % eller mer, dvs. tilsetning av 6,0 til 9,0 ml titreringsmiddel. Ikke bare er denne informasjon nyttig ved å bestemme effektiviteten av polymeren i vandige systemer, men den er også nyttig for å bestemme optimal nøytra-lisering av polyelektrolyttene for inkorporering med en bærermatrise hvilket vil sees fra eksempel IV.

Den prosentvise nøytralisering av en gitt polyelektrolytt kan beregnes fra titreringsdata slik som de som er presen-tert grafisk i fig. 1 ved kurve A (titrering av polyelektrolytten, her "Gantrez S-97" uten noe tilsatt salt). Prosentnøytra-lisasjonen av polymeren beregnes for en gitt pH av titrert poly-merløsning ved å finne løsningens pH på vertikalaksen, trekke en horisontal linje fra vertikalaksen til kurve A, og trekke en vertikallinje fra dette punkt på kurve A til horisontalaksen, dvs. ml av 1,0N NaOH. Volumet av titreringsmiddel (svarende til kryssingen av vertikallinjen og horisontalaksen) dividert med titreringsvolumet ved endepunktet av titreringen, multiplisert med 100 gir en nær approksimering av prosent polyelektrolytt-nøytralisering. Titreringsendepunkt er indikert ved vertikal linearitet av kurve A lengst til høyre, og kan uttrykkes i volum tilsatt titreringsmiddel.

Således er endepunktet for "Gantrez S-97" vist i fig. 1 meget nær 9,0 (ca. 8,6 ml) 1,ON NaOH. Titrering av Gantrez-løsningen i avionisert vann til en pH på ca. 7,5 svarer til et volum på ca. 6,0 titreringsmiddel. Da endepunktet er ca. 8,6 ml titreringsmiddel, beregnes prosent nøytralisering ved

Eksempel 2 - Partiell nøytralisering av poly( acrylsyre)

Dette forsøk ble utført for å studere den partielle nøytralisering av poly(acrylsyre) og effekten av slik nøytrali-sering på anvendbarheten av denne polyelektrolytt ved bestemmelse av en løsnings egenvekt. Den automatiske titrator, pH-meter og elektrode som er beskrevet i eksempel 1, ble anvendt, såvel som prosedyren.

En løsning av poly(acrylsyre), en svakt sur polyelektrolytt ble fremstilt ved å oppløse 20 g polymer i 1 liter avionisert vann. fremstilt ved å oppløse 20 g polymer i 1 liter avionisert vann. Aliquoter på 100 ml hver av denne løsning ble plasert i 250 ml's begerglass. En av ali.quotene ble gjort 0,1N og en annen 1, ON i NaCl. Ikke noe salt ble tilsatt til den tredje aliquot. Hver av disse løsninger ble deretter titrert med 10,ON NaOH i en 50 ml<1>s pipette med en hastighet på 3,0 ml titreringsmiddel pr. time. Resultatene er vist i fig. 2, hvori kurve A representerer poly-elektrolyttløsningen ikke inneholdende noe salt, kurve B viser løsningen gjort 0,IN i NaCl, og kurve C løsningen gjort 1,ON i NaCl.

De data som er avbildet i fig. 2 viser at den største separasjon når det gjelder ionestyrken (dvs. mellom kurvene A, B og C) fremkommer fra 50 % til 95 % eller større nøytrali-sering av polymeren (dvs. tilsetning av 1,5 til 3,0 ml titreringsmiddel). Hvor for eksempel polymeren er blitt titrert over en 4 0 minutters periode (med 2,0 ml 10N NaOH) kan man se markert separering av den resulterende pH avhengig av ionestyrken på løsningen. Kurve C som svarer til 1,0N NaCl gir en resulterende pH-verdi på ca. 5,25, kurve B svarende til 0,1N NaCl gir en pH-verdi på ca. 5,8, og kurve A, som svarer til en konsentrasjon av NaCl på null, gir en pH-verdi på ca. 6,25. Således kan ionestyrken eller egenvekten av en bestemt løsning approksimeres ved anvendelse av disse verdier og interpolering mellom dem.

Eksempel 3 - Partiell nøytralisering av poly( vinylamin)

Dette forsøk ble utført for å studere den partielle nøytralisering av en svakt basisk polyelektrolytt, poly(vinylamin) og effektene av en slik nøytralisering

på anvendeligheten av denne polyelektrolytt ved bestemmelse av egenvekt. Den automatiske titrator, pH-meter og elektrode som er beskrevet i eksempel 1 ble anvendt, såvel som den der beskrevne prosedyre.

En løsning av poly(vinylamin) i dets hydrokloridsalt-form (fullstendig nøytralisert) med en molekylvekt på ca. 60 000 ble fremstilt med en polymer konsentrasjon på 20,0 g pr. liter avionisert vann. Tre aliquoter på 100 ml hver av denne løsning ble plasert i et 250 ml's begerglass. Én av aliquotene ble gjort 0,5N og en annen 3,ON NaCl. Ikke noe salt ble tilsatt til den gjenværende aliquot. Hver av disse løsninger ble deretter titrert med 1,0N NaOH under anvendelse av en 50 ml's pipette med en hastighet på 9,0 ml titreringsmiddel pr. time. Resultatene er avbildet i fig. 3 hvori kurve A representerer titrering av poly-elektrolyttløsningen til hvilken intet salt var tilsatt, kurve B løsningen gjort 0,5N i NaCl og kurve C titrering av løsningen gjort 3,ON i NaCl.

Dataene vist i fig. 3 viser at liten respons fremkommer når det gjelder ionestyrken når polymeren er fullstendig i amin eller ikke-nøy.tralisert form (pH 10, 35 minutter), mens glimrende separasjon fremkommer ved lavere titreringsgrader, dvs. hvor nøytralisering av polymeren er mer omfattende. Poly(vinylaminet)s evne til å skille forskjellige ionestyrkernivåer varierer således omvendt med mengden av titreringsmiddel, slik at starten av titreringen (i overskudd av 95 % nøytralisering) fåes det glimrende separasjon, mens det ved null nøytralisering (tilsetning av ca. 5,3 ml titreringsmiddel) finner det ikke sted noen separasjon.

Eksempel 4 - Ytelsen av maleinsyreanhydrid/ methylvinylether-kopolymer i en bærermatrise

Løsningen anvendt i eksempel 1 (20 g "Gantrez S-97" pr. liter avionisert vann) ble ytterligere studert for å observere dets adferd ved måling av urinegenvekt når denne er inkorporert med en bærermatrise.

En testanordning følsom overfor ionestyrke eller egenvekt ble fremstilt ved inkorporering av løsningen av "Gantrez S-97" i filterpapir og deretter foretatt tørking. Flere testanordninger ble fremstilt for å studere ytelsen av polyelektro-<1->lytten ved forskjellige nøytralisasjonsgrader. Således ble aliquoter av "Gantrez S-97" løsningen nøytralisert til forskjellige grader ved titrering med NaOH. Remser av filterpapir ble dyppet i disse partielt titrerte aliquoter og deretter tørket. Impregnerte, tørrede remser fremstilt fra hver av aliquotene, ble deretter dyppet i urin med forskjellig kjente egenvekter og i avionisert vann, og pH ble målt. Et pH-meter med en flat overflateelektrode ble anvendt for disse målinger. Verdiene av ApH, dvs. forskjellen i pH av identiske remser dyppet hhv. i avionisert vann og urin med kjent egenvekt, er oppført i den etterfølgende tabell.

Dataene i den ovenfor angitte tabell er nedtegnet i fig. 4, hvori de tre kurver representerer verdiene av ApH fremkalt av urin med de angitte egenvektsverdier testet med remser fremstilt fra aliquoter ved forskjellig nøytralisasjonsgrad. Det sees fra fig. 4 at graden av separasjon for kurvene øker markert etter som graden av nøytralisering av polyelektrolytten økes, dvs. pH. Jo større grad av partiell nøytralisering av Gantrez-polyelektrolytten har, desto større er dens evne til å differensiere mellom egenvektnivåer i urin.

Eksempel 5 - Ytelse av poly( acrylsyre) i en bærermatrise Polyelektrolytten anvendt i eksempel 2 (20 g poly-(acrylsyre) pr. liter avionisert vann) ble ytterligere studert for å observere dens adferd ved måling av urinegenvekt når den er inkorporert med en bærermatrise.

Testanordninger ble fremstilt og testet som beskrevet

i eksempel 4, med det unntak at poly(acrylsyre) ble anvendt i stedenfor "Gantrez S-97". En løsning på 20 g poly(acrylsyre) pr. liter avionisert vann ble fremstilt. Aliquoter av denne løsning ble titrert med ION natriumhydroxyd inntil de pH-verdier som er angitt i den etterfølgende tabell ble nådd. Remser av filterpapir ble dyppet i disse aliquoter og tørket. De ble deretter dyppet i urin med forskjellig kjent egenvekt av avionisert vann, og pH ble målt. Verdiene av A pH ble bestemt som i eks-

erapel 4 og er oppført i den etterfølgende tabell. Et pH-meter med en flat overflateelektrode ble anvendt for disse målinger.

Dataene i den ovenfor angitte tabell er nedtegnet i fig. 5, hvilken - som fig. 5 - viser at graden av separering av kurvene øker markert etter som graden av nøytralisering, dvs.

pH på polyelektrolytten øker.

Eksempel 6 - Ytelse av poly( vinylamin) i en bærermatrise

Polyelektrolytten anvendt i eksempel 3 ble ytterligere studert for å observere dens adferd ved måling av forskjellige urinegenvekter når den er inkorporert med en bærermatrise.

Testanordninger ble fremstilt og testet som beskrevet i eksempel 4 og 5, med det unntak at poly(vinylamin) ble anvendt isteden for "Gantrez S-97" eller poly (acrylsyre). En løsning ble fremstilt omfattende 20 g poly(vinylamin);

molvekt 60 000, se Dawson et al, J.A.C.. 98, 5996, 1976) pr. liter avionisert vann. Den anvendte polyelektrolytt var i hydrokloridform og var således i fullstendige nøytralisert til-stand. Aliquotter av denne løsning ble titrert med 1,0N NaOH til å gi de løsnings pH-nivåer som er angitt i den etterfølgende tabell. Remser av filterpapir ble dyppet i disse aliquoter og tørket. De ble deretter dyppet i forskjellige uriner med kjent evenvekt og i avionisert vann, og pH ble målt under anvendelse av den flate overflateelektrode som er beskrevet i eksempel 4

og 5. Verdiene av A pH ble deretter bestemt som beskrevet i eksempel 4 og 5, og disse er oppført i etterfølgende tabell.

Kurven for disse data, fig. 6, viser anvendbar separering når polyelektrolytten er partielt nøytralisert til under ca. pH 5. Kurven for urin med en egenvekt på 1,005 resulterer i en meget mindre forandring i pH enn for urin med egenvekt 1,030. Urin med en egenvekt på 1,015 resulterte i mellomliggende ApH-verdier som ventet.

Denne effekt kan enda mer drastisk demonstreres når poly(vinylamin)-testanordningene dyppes i vandig saltløsninger ved forskjellig ionestyrke og i avionisert vann, og pH måles for å gi ApH-verdiene. Således ble remser fremstilt som ovenfor angitt testet ved forskjellige konsentrasjoner av natriumklorid i avionisert vann. Spesifikt var disse saltløsningskonsentrasjoner 0,5, 1,5 og 3,ON i NaCl. De data som ble erholdt i dette forsøk er oppført i den etterfølgende tabell og nedtegnet i fig. 7. Kurve A, B og C svarer til saltløsninger på 3,0, 1,5 og 0,5N

i NaCl.

Under henvisning til fig. 7 sees at ved pH 10 hvor polyelektrolytten er hovedsakelig uprotonisert <q>g uladet, er effekten av varierende saltkonsentrasjon i realiteten ikke eksisterende. Partiell nøytralisering av polymeren bevirker imidlertid en stadig økende divergens av ytelsen i respons til ionestyrken, som vist ved økende forskjell mellom de respektive punkter som gjenspeiler divergerende ApH-respons til forskjellige ionestyrker.

Eksempel 7 - Testanordning fremstilt under anvendelse av maleinsyreanhydrid/ methylvJ. nyletherkopolymer og bromthymolblått

Reagenset iføjge eksempel 1 ble anvendt i en bærermatrise sammen med bromthymolblått, en kjent pH-indikator, for å studere de karakteristiske trekk når det gjelder visuell bestemmelse av egenvekt.

En løsning ble fremstilt inneholdende 20 g "Gantrez S-97" pr. liter avionisert vann. En aliquot av denne løsning ble titrert med NaOH inntil pH på den resulterende løsning var 8,0 som målt med pH-meteret og den elektrode som er beskrevet i eksempel 1. En remse av filterpapir

ble dyppet i den partielt titrerte (nøytraliserte) aliquot og deretter tørket. pen tørkede polymer-bærende remse ble deretter dyppet i en methanqlløsning av bromthymolblått med en konsentrasjon på 1,2 g pr. liter. Etter tørking ble filterpapirremsen

montert på et klart plastunderlagsmateriale "Trycite" under anvendelse av en dobbeltklebende tape. De resulterende testanordninger omfattet hver en remse av "Trycite" som målte 8,89 x 0,51 cm hvis ene ende bærer et kvadrat av det impregnerte filterpapir på 0,51 cm. Resten av "Trycite"-underlaget tjente som håndtak.

Følsomheten av disse testanordninger overfor egenvekt ble studert ved å teste urinprøver med tre forskjellige egenvekter og med vann. Anordningen ble dyppet i den bestemte testløs-ning og hurtig fjernet. Etter 60 sekunder ble anordningen eksa-minert i reflektansspektrofotometer som avsøker og måler intensi-teten av reflektert lys fra testanordningen over de synlige spek-tralregioner hvert halve sekund.

Dataene erholdt ved 60 sekunder er nedtegnet i fig. 8 og viser markert separering som muliggjør lett og nøyaktig egen-vektdifferensiering mellom vann (egenvekt lik 1,000) og uriner med egenvekter på 1,005, 1,015 og 1,030. Visuell farvedifferen-tiering var like lett, anordningen utviste en blå farve med vann, blågrønn med urin med egenvekt 1,005, grønn ved 1,015 og gul ved 1,030.

Dette eksempel viser forholdet mellom partiell polyelek-trolyttnøytralisering og egenvekt eller ionestyrkebestemmelse. "Gantrez"-løsningen fra hvilken anordningen var fremstilt hadde en pH på ca. 8. Under henvisning til kurve A i fig. 1 sees at denne pH svarer til ca. 6,8 ml titreringsmiddel. Ved å anvende den beregning som er beskrevet i eksempel 1, svarer dette til ca. 79 % nøytralisering. Den betydelige differensiering mellom egenvekt-nivåer som oppnås i det foregående forsøk skyldes denne relativt høye grad av polyelektrolyttnøytralisering.

Claims (3)

1. Reagens for bestemmelse av ionestyrke eller egenvekt av en vandig prøve, karakterisert ved at det omfatter en svakt sur eller svakt basisk polyelektrolyttpolymer, omfattende poly(acrylsyre), poly(maleinsyre), maleinsyre-vinylmethylether-copolymer, poly(methacrylsyre), styren-maleinsyre-copolymer, poly(vinylamin) eller poly(4-vinylpyridin), hvilken polymer er minst 50% nøytralisert, og en pH-indikatorforbindelse.

2. Reagens ifølge krav 1, karakterisert ved at polyelektrolyttpolymeren er 75 til 95% nøytralisert.

3. Reagens ifølge krav 1, karakterisert ved at polyelektrolytten er en methylvinylether-maleinsyrecopolymer, og at pH-indikator-forbindelsen er bromthymolblått.