DE69525226T2

DE69525226T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung von Wasserstoffperoxid

Info

Publication number: DE69525226T2
Application number: DE69525226T
Authority: DE
Inventors: Emi Ashibe; Harumi Uenoyama; Dou Xiaoming; Masayuki Yagi; Yoshinori Yamaguchi
Original assignee: Kyoto Daiichi Kagaku KK
Current assignee: Arkray Inc
Priority date: 1994-11-25
Filing date: 1995-11-24
Publication date: 2002-06-27
Anticipated expiration: 2015-11-25
Also published as: EP0714024B1; DE69525226D1; US5942754A; EP0714024A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestimmen von Wasserstoffperoxid zum Kontrollieren der Qualität einer im Handel erhältlichen wäßrigen Lösung, die Wasserstoffperoxid oder eine andere Substanz enthält, die Wasserstoffperoxid enthält, oder bei einem Wasserstoffperoxidbildungs- oder -zerlegungssystem bei einer chemischen Reaktion, beispielsweise einer Enzymreaktion, und auf eine Vorrichtung, die hierfür verwendet wird.

Beschreibung des technischen Hintergrundes

Bezüglich der Bestimmung von Wasserstoffperoxid in einer wäßrigen Lösung sind in der Technik die folgenden Verfahren bekannt:
(1) Ein Verfahren, bei dem eine Wasserstoffperoxidelektrode verwendet wird.
(2) Spektrophotometrie des Leukotyps oder des Oxidationskondensationstyps (siehe japanische Patentoffenlegungsdruckschrift Nr. 59-182361 (1984)), die in der Regel ausgelegt ist, um Wasserstoffperoxid mit 4- Aminoantipyrin und Phenol zum Färben reagieren zu lassen, und um die Absorption der Färbungsreaktionslösung bei 505 nm zu messen.
(3) Ein Fluoreszenzverfahren, das ausgelegt ist, um Wasserstoffperoxid mit Homovanillinsäure reagieren zu lassen, um eine Fluoreszenz zu erzeugen, und um die Fluoreszenz zu messen.
(4) Chemilumineszenz, die ausgelegt ist, um ein Substrat aus Luminol oder Lucigenin durch Oxidationskraft von Wasserstoffperoxid in der Gegenwart eines Katalysators, beispielsweise POD (Peroxidase), anzuregen und um Licht zu erfassen, das erzeugt wird, wenn das Substrat von dem Anregungszustand zu dem Grundzustand zurückkehrt.
Die vorstehend erwähnten Verfahren (1) bis (4) zum Bestimmen von Wasserstoffperoxid in Proben wäßriger Lösung weisen folgende Probleme auf:
Das Verfahren (1) ist ausgelegt, eine Stromänderung zu messen, die verursacht wird, wenn Wasserstoffperoxid elektrisch oxidiert wird und somit durch eine reduzierende Substanz, die ebenfalls in der Probenlösung vorliegt, ein Einfluß ausgeübt wird.
Bei der Spektrophotometrie des Leukotyps (2) wird ein Fehler leicht durch Färben eines Reagenzienblindwerts, der sich aus einer natürlichen Oxidation eines Chromogens ergibt, verursacht. Andererseits wird bei der Spektrophotometrie des Oxidationskondensationstyps (2) ein negativer Fehler leicht durch eine reduzierende Substanz verursacht. Ferner ist zum Bilden eines Pigments von 1 Mol Wasserstoffoxid von 2 Mol erforderlich, und daher ist dieses Verfahren ungeeignet für eine Bestimmung einer Komponente einer kleinen Menge.
Bei dem Fluoreszenzverfahren (3) hängt die Empfindlichkeit beachtlicherweise von dem Verhalten einer Vorrichtung ab. Somit wird dieses Verfahren äußerst stark durch eine Temperatur und eine gleichzeitig vorliegende Substanz beeinflußt.
Bei der Chemilumineszenz (4) wird eine ausreichende Quantität an Lichtemission lediglich unter alkalischen Bedingungen erhalten. Die Reaktionsgeschwindigkeit ist gering und die Reproduzierbarkeit ist ungenügend. Zudem wird die Intensität einer Lichtemission bei einem gleichzeitigen Vorhandensein von Protein reduziert.
In der JP 60218069 ist ein Verfahren zum quantitativen Bestimmen der Konzentration von Wasserstoffperoxid mittels Färben der Probenlösung durch Bilden eines Pigments aus einer Reaktion zwischen Wasserstoffperoxid und einem Chromogen und anschließendes Messen der Absorbanz der Probenlösung offenbart.
In der JP 60060729 ist eine Reinigungsvorrichtung offenbart, die kontinuierlich und automatisch die Komponentenkonzentration einer Reinigungslösung mißt. Zu diesem Zweck werden ein Strahl ultravioletten Lichts und ein Infrarotlichtstrahl als unterbrochene Lichter auf die Reinigungslösung gerichtet, und die akustischen Signale, die durch die Absorption der unterbrochenen Lichter in der Reinigungslösung erzeugt werden, werden erfaßt. Die Stärke der akustischen Signale entspricht der Konzentration an Wasserstoffperoxid und Ammoniak in der Reinigungslösung.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine einfache quantitative Analyse von Wasserstoffperoxid in einer wäßrigen Lösung mittels einer optischen Analyse zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 15 gelöst.
Eine Wasserstoffperoxidkonzentration wird durch Absorption von Wasserstoffperoxid in einer wäßrigen Lösung über Infrarotbereiche und nahe Infrarotbereiche bestimmt.
In einer Zelle, die an mindestens einer Oberfläche derselben ein Totalreflexionsprisma aufweist, liegt eine Probenlösung vor, ein Meßstrahl, der Licht in dem Infrarotbereich umfaßt, wird in das Totalreflexionsprisma eingebracht, um vollständig reflektiert zu werden, und eine Absorbanz an einer beliebigen Absorptionsspitze, die bei 1200 bis 1500 cm&supmin;¹ oder 2600 bis 3000 cm&supmin;¹ bei einer Absorption des Meßstrahls, die in der Schnittstelle zwischen dem Totalreflexionsprisma und der Probenlösung bewirkt wird, vorliegt, wird gemessen, wodurch Wasserstoffperoxid bestimmt wird. Die Absorbanz bei einer Totalreflexion wird von der Intensität der abgeschwächten Totalreflexion gemessen.
Eine Vorrichtung zur Bestimmung von Wasserstoffperoxid, die eine Messung im Infrarotbereich vornimmt, weist folgende Merkmale auf: eine Totalreflexionszelle, die an mindestens einer der Wandoberflächen ein Totalreflexionsprisma aufweist, das aus einem Material besteht, welches einen größeren Brechungsindex als eine Probenlösung aufweist, wobei die Zelle einen Raum definiert, der Probenlösung speichert; ein optisches Beleuchtungssystem, das eine Infrarotlichtquelle umfaßt, zum Einbringen eines Meßstrahls des Infrarotbereichs in das Totalreflexionsprisma bei einem Einfallswinkel, der eine Totalreflexion bewirkt; und ein optisches Meßsystem, das einen ausgehenden Strahl von dem Totalreflexionsprisma empfängt, zum Messen einer Absorbanz von mindestens einer Absorptionsspitze, die bei 1200 bis 1500 cm&supmin;¹ oder 2600 bis 3000 cm&supmin;¹ vorliegt.
Die Lichtquelle, die in dem optischen Beleuchtungssystem enthalten ist, ist diejenige, die einen Strahl einer kontinuierlichen Wellenlänge erzeugt, wobei in dem optischen Beleuchtungssystem oder dem optischen Meßsystem ein Spektroskop enthalten ist, um eine spektrale Messung durchzuführen. Der Meßstrahl umfaßt einen Strahl von kontinuierlicher Wellenlänge eines mittleren Infrarotbereichs, der 1200 bis 1500 cm&supmin;¹ und 2600 bis 3000 cm&supmin;¹ umfaßt.
Fig. 1 veranschaulicht schematisch ein Verfahren, das eine Totalreflexionszelle 2 verwendet. Mindestens eine Oberfläche der Totalreflexionszelle 2 ist durch ein Innere- Totalreflexion-Prisma 4 gebildet. In der Totalreflexionszelle 2 liegt eine Probenlösung 8 vor, und ein Meßstrahl wird bei einem Einfallswinkel θ von einem optischen Beleuchtungssystem 16 in das Totalreflexionsprisma 4 eingebracht, um eine Totalreflexion zu bewirken, wodurch der Meßstrahl durch das Totalreflexionsprisma 4 durchgelassen wird, wobei er vollständig reflektiert wird. Zu diesem Zeitpunkt dringt der Meßstrahl ein wenig zu der Probenlösung 8 in der Schnittstelle zwischen dem Innere- Totalreflexion-Prisma 4 und der Probenlösung 8 hin vor, eine spezifische Wellenlängenkomponente einer abklingenden Welle von Anregungsenergie des Meßstrahls wird durch Wasserstoffperoxid absorbiert. Der von dem Innere- Totalreflexion-Prisma 4 ausgehende Strahl wird durch ein optisches Meßsystem 18 in seine Spektralkomponenten unterteilt, so daß eine Absorbanz durch eine Totalreflexion einer charakteristischen Wellenlängenkomponente desselben gemessen wird, wodurch Wasserstoffperoxid in der Probenlösung bestimmt wird.
Unter der Annahme, daß n&sub2; den Brechungsindex einer Probenlösung und n&sub1; (n&sub2; < n&sub1;)den eines Totalreflexionsprismas darstellt, wird ein kritischer Winkel θc, der eine Totalreflexion bewirkt, wie folgt ausgedrückt:
θc = sin&supmin;¹ (n&sub2;/n&sub1;) (wobei 0º < θc < 90º)
Der Winkel θ des Einfalls auf die Schnittstelle zwischen dem Totalreflexionsprisma 4 und der Probenlösung 8 in dem Falle, daß ein Meßstrahl von dem optischen Beleuchtungssystem 16 in das Totalreflexionsprisma 4 eingebracht wird, ist in der folgenden Bedingung festgelegt:
θ > θc
Eine Absorption in dem Totalreflexionsprisma 4 ist wie folgt durch eine Absorbanz A ausgedrückt:
A = N·α·de·loge, wobei N die Anzahl von Malen einer Totalreflexion in dem Totalreflexionsprisma 4 darstellt, α den Absorptionskoeffizienten der Probenlösung 8 darstellt und de die Länge des Strahlenganges darstellt, entlang dessen der Meßstrahl in einer einzigen Totalreflexion in die Probenlösung 8 eindringt.
Bei einem Verfahren, bei dem eine Absorption in dem nahen Infrarotbereich zur Verwendung kommt, wird andererseits ein Meßstrahl, der Licht des nahen Infrarotbereichs umfaßt, in eine Probenlösung eingebracht, die in einer lichtdurchlässigen Zelle vorliegt, und Wasserstoffperoxid wird auf der Basis einer Absorbanz einer beliebigen Absorptionsspitze, die bei 4300 bis 4800 cm&supmin;¹ oder 5400 bis 6600 cm&supmin;¹ in dem durchgelassenen Licht vorliegt, bestimmt,
Eine Wasserstoffperoxidbestimmungs-/Meßvorrichtung, die angewandt wird, um eine Messung in dem nahen Infrarotbereich durchzuführen, verwendet eine lichtdurchlässige Zelle anstatt der Totalreflexionszelle bei der Meßvorrichtung für das erste Verfahren.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung läßt sich nicht nur auf eine Messung einer wäßrigen Probenlösung, die bereits Wasserstoffperoxid enthält, anwenden, sondern auch auf das Überwachen eines Reaktionssystems, beispielsweise einer Enzymreaktion, zum Bilden oder Zerlegen von Wasserstoffperoxid.
Bei einem ersten Beispiel wird das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung auf ein Reaktionssystem zum Bilden von Wasserstoffperoxid durch eine spezifische Reaktion zwischen einem Oxidationsenzym und einer biologischen oder metabolischen Komponente angewandt. Wenn angenommen wird, daß S ein Substrat darstellt, P ein Produkt und E ein Enzym darstellt, wird die Menge an Wasserstoffperoxid, das durch die folgende Reaktion gebildet wird, durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung gemessen. Die Menge des Substrats S oder des Produktes P kann aus der gemessenen Menge an Wasserstoffperoxid erhalten werden. Ferner kann die Enzymaktivität auch aus der gemessenen Menge an Wasserstoffperoxid gemessen werden.
S + O&sub2; P + H&sub2;O&sub2;
Beispielhafte Kombinationen des Substrats S und des Enzyms E sind Glukose und Glukoseoxidase, Cholesterol und Cholesteroloxidase, Harnstoff und Uricase, Pyruvinsäure und Oxidasepyruvat sowie Hexose und Pyranoseoxidase, wobei die Kombination nicht auf diese beschränkt ist, soweit eine Enzymreaktion zum Bilden von Wasserstoffperoxid bewirkt wird.
Ein zweites Beispiel ist dazu ausgelegt, eine Reaktion durch ein Enzym durchzuführen, das spezifisch mit Wasserstoffperoxid zur Reaktion gebracht wird und dasselbe zerlegt, zum Messen von Wasserstoffperoxid durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung. Unter der Annahme, daß PH&sub2; einen Reaktionspartner darstellt, P ein Produkt und E ein Enzym darstellt, kann die Menge des Reaktionspartners PH&sub2; oder des Produktes P durch Messen der Menge an durch die folgende Enzymreaktion reduziertem Wasserstoffperoxid erhalten werden. Ferner kann die Enzymaktivität durch die gemessene Menge an reduziertem Wasserstoffperoxid gemessen werden.
H&sub2;O&sub2; + PH&sub2; P + 2H&sub2;O
Während das Enzym eine Dehydrogenase, beispielsweise Peroxidase oder Katalase, sein kann, ist die vorliegende Erfindung auch auf eine Reaktion anwendbar, die sich auf ein anderes Enzym bezieht, soweit dieselbe eine Konjugatreaktion mit Wasserstoffperoxid darstellt.
Es ist möglich, einen Reaktionspartner zunächst mit einer Verbindung wie beispielsweise Peroxidase oder Katalase, die fähig ist, mit Wasserstoffperoxid zu reagieren, zu markieren, und daraufhin den Reaktionspartner mit einer konstanten Menge an Wasserstoffperoxid zur Reaktion zu bringen, wodurch die Menge des Reaktionspartners ausgehend von der Menge an reduziertem Wasserstoffperoxid geschätzt wird. Beispielsweise wird die Menge eines Antikörpers gemessen, indem man einen Anti-Antikörper, der mit Peroxidase markiert ist, mit einer Antigen-Antikörper- Reaktionskombination zur Reaktion bringt, wobei eine BF- Trennung in Form des Trennens und Entfernens des nicht in Reaktion getretenen markierten Anti-Antikörpers von demjenigen, der mit der Antigen-Antikörper-Reaktionskombination reagiert hat, durchgeführt wird, und indem man daraufhin Peroxidase mit Wasserstoffperoxid zur Reaktion bringt, um die Menge an reduziertem Wasserstoffperoxid zu messen. Es können entweder das Antigen oder der Antikörper oder auch entweder der Antikörper oder der Anti-Antikörper markiert werden. Fachleuten ist die Antigen-Antikörper-Reaktion hinreichend bekannt, und ein Verfahren zum Durchführen der Antigen-Antikörper-Reaktion ist nicht beschränkt.
Die meisten Enzymreaktionen erzeugen Wasserstoffperoxid.
Während eine Enzymreaktion im allgemeinen mit einem Farbbildner überwacht wird, kann die Enzymreaktion durch das erfindungsgemäße Verfahren ohne Verwendung eines Farbbildners direkt überwacht werden.
Das Vorstehende und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der vorliegenden Erfindung näher hervor, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 stellt schematisch ein erstes Verfahren der vorliegenden Erfindung dar, bei dem eine Totalreflexionszelle verwendet wird;
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das schematisch eine Meßvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 3A ist eine vordere Schnittansicht, die eine erste beispielhafte Totalreflexionszelle zeigt, die lediglich eine Öffnung aufweist;
Fig. 3B zeigt eine vordere und eine Draufsichtsschnittansicht einer zweiten beispielhaften Totalreflexionszelle, die lediglich eine Öffnung aufweist;
Fig. 4A zeigt eine perspektivische und eine vordere Schnittansicht einer Wegwerf-Totalreflexionszelle, und Fig. 4B bis 4E zeigen jeweils eine perspektivische und eine vordere Schnittansicht von beispielhaften Totalreflexions-Durchflußzellen;
Fig. 5 veranschaulicht Totalreflexions-Absorptionsspektren von Wasserstoffperoxid-Standardproben einiger Konzentrationswerte sowie von destilliertem Wasser;
Fig. 6 veranschaulicht eine Wasserstoffperoxid-Kalibrierkurve, die auf Absorbanzwerten an der Peaklage einer Absorptionswellenzahl von 1388,2 cm&supmin;¹ cm&supmin;¹ bei den in Fig. 5 gezeigten Totalreflexions- Absorptionsspektren basiert;
Fig. 7 veranschaulicht eine Wasserstoffperoxid- Kalibrierkurve, die auf Absorbanzwerten an der Peaklage einer Absorptionswellenzahl von 2831,9 cm&supmin;¹ bei den in Fig. 5 gezeigten Totalreflexions- Absorptionsspektren basiert;
Fig. 8 veranschaulicht Totalreflexions-Absorptionsspektren einer im Handel erhältlichen Waschlösung für Kontaktlinsen und von destilliertem Wasser;
Fig. 9 veranschaulicht die Absorbanzwerte an der Peaklage von 1388,2 cm&supmin;¹ bei den in Fig. 8 gezeigten Totalreflexions-Absorptionsspektren, die auf die Kalibrierkurve der Fig. 6 angewandt sind;
Fig. 10 veranschaulicht die Absorbanzwerte an der Peaklage von 2831,9 cm&supmin;¹ bei den in Fig. 8 gezeigten Totalreflexions-Absorptionsspektren, die auf die Kalibrierkurve der Fig. 7 angewandt sind;
Fig. 11 veranschaulicht Totalreflexions-Absorptionsspektren einer im Handel erhältlichen antiseptischen Peroxidlösung und von destilliertem Wasser;
Fig. 12 veranschaulicht die Absorbanzwerte an der Peaklage von 1388,2 cm&supmin;¹ bei den in Fig. 11 gezeigten Totalreflexions-Absorptionsspektren, die auf die Kalibrierkurve der Fig. 6 angewandt sind;
Fig. 13 veranschaulicht die Absorbanzwerte an der Peaklage von 2831,9 cm&supmin;¹ bei den in Fig. 11 gezeigten Totalreflexions-Absorptionsspektren, die auf die Kalibrierkurve der Fig. 7 angewandt sind;
Fig. 14 veranschaulicht Absorptionsspektren des nahen Infrarotbereichs von Wasserstoffperoxid- Standardproben von 10 bis 30% sowie von destilliertem Wasser;
Fig. 15 veranschaulicht Absorptionsspektren im nahen Infrarotbereich von Wasserstoffperoxid- Standardproben von 0,3 bis 2,5% sowie von destilliertem Wasser;
Fig. 16 zeigt eine Wasserstoffperoxid-Kalibrierkurve der in Fig. 14 und 15 gezeigten Absorptionsspektren bei einer Absorptionswellenzahl von 4700 cm&supmin;¹;
Fig. 17 zeigt eine Wasserstoffperoxid-Kalibrierkurve der in Fig. 14 und 15 gezeigten Absorptionsspektren bei einer Absorptionswellenzahl von 5550 cm&supmin;¹;
Fig. 18 zeigt eine Wasserstoffperoxid-Kalibrierkurve der in Fig. 14 und 15 gezeigten Absorptionsspektren bei einer Absorptionswellenzahl von 5860 cm&supmin;¹;
Fig. 19 zeigt eine Wasserstoffperoxid-Kalibrierkurve der in Fig. 14 und 15 gezeigten Absorptionsspektren bei einer Absorptionswellenzahl von 6300 cm&supmin;¹;
Fig. 20 veranschaulicht ein Absorptionsspektrum des nahen Infrarotbereichs einer im Handel erhältlichen antiseptischen Peroxidlösung; und
Fig. 21 veranschaulicht ein Absorptionsspektrum des nahen Infrarotbereichs einer im Handel erhältlichen Waschlösung für Kontaktlinsen.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Fig. 2 veranschaulicht schematisch eine Meßvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Eine Meßzelle 102 ist durch eine Totalreflexionszelle zum Messen einer Absorption in dem Infrarotbereich oder durch eine lichtdurchlässige Zelle zum Messen einer Absorption in dem nahen Infrarotbereich gebildet.
Die Totalreflexionszelle weist an mindestens einer Oberfläche derselben ein Totalreflexionsprisma auf. Diese Totalreflexionszelle kann durch eine Zelle, die lediglich eine Öffnung zum Aufnehmen einer Probenlösung aufweist, oder eine Durchflußzelle, die eine Einlaßöffnung und eine Auslaßöffnung aufweist, der eine Probenlösung zugeführt wird, gebildet sein. Das Material für das Innere-Totalreflexion- Prisma kann aus ZnSe, Ge, Si, Al&sub2;O&sub3; oder MgO hergestellt sein. Dieses Material kann entweder für lediglich die Totalreflexionszelle oder für alle Wandoberflächen der Totalreflexionszelle, einschließlich des Innere-Totalreflexion- Prismas, verwendet werden.
Andererseits ist die lichtdurchlässige Zelle aus einem Material wie z. B. Glas, Quarz oder Polyethylenterephthalat zum Aufnehmen oder Durchlassen der Probenlösung hergestellt.
Ein optisches Beleuchtungssystem 16 umfaßt eine Infrarotlichtquelle 16a, die einen Meßstrahl erzeugt, und ein optisches Strahljustierungssystem 16b. Die Lichtquelle 16a erzeugt einen Strahl, der einen Strahl mit kontinuierlicher Wellenlänge umfaßt. Für ein Infrarotlicht können eine Fluoreszenzlampe, eine Xenonlampe oder eine Hohlraumstrahlungsquelle verwendet werden. Andererseits können für Licht im nahen Infrarotbereich eine Halogenlampe, eine Fluoreszenzlampe, eine Xenonlampe oder eine Hohlraumstrahlungsquelle verwendet werden. Eine solche, die einen Strahl von breiter Wellenlänge über den Infrarotbereich und den nahen Infrarotbereich erzeugt, kann für eine Messung in beiden Bereichen gemeinsam verwendet werden.
Das optische Strahljustierungssystem 16b umfaßt ein optisches System zum Umwandeln des Strahls von der Lichtquelle 16a in einen parallelen Strahl, einen Strahlteiler zum Unterteilen desselben in einen Meßstrahl 20s und einen Referenzstrahl 20r, sowie ein optisches System zum Einbringen des Meßstrahls 20s in die Meßzelle 102. In dem Fall, daß die Meßzelle 102 durch eine Totalreflexionszelle gebildet ist, wird das optische Strahljustierungssystem 16b justiert, um den Strahl bei einem Einfallswinkel, der eine Totalreflexion bewirkt, in das Totalreflexionsprisma einzubringen.
Ein optisches System 22 zum Justieren eines Lichtstroms des Meßstrahls 20s, der durch das Totalreflexionsprisma vollständig reflektiert und durch dieses hindurchgelassen wird, oder desjenigen, der durch die lichtdurchlässige Zelle hindurchgelassen wird, und ein Spektroskop 23, beispielsweise ein FTIR (Fourier-Transformations-Infrarot- Spektrophotometer), zum Aufnehmen des Meßstrahls 20s, der durch das optische System 22 justiert ist, und zum Unterteilen des Meßstrahls 20s in seine Spektralteile, sind an einem Strahlengang des Meßstrahls 20s angeordnet, so daß der Meßstrahl 20s, der in seine Spektralteile unterteilt ist, zu einem Erfassungsteil 26 geführt und durch dieses erfaßt wird. Das optische Meßsystem 18 in Fig. 1 weist das optische System 22, das Spektroskop 23 und das Erfassungsteil 26 in Fig. 2 auf.
Andererseits ist ein optisches System 24 zum Justieren des Lichtstroms des Referenzstrahls 20r an dem Strahlengang des Referenzstrahls 20r zum Korrigieren einer Schwankung des Meßstrahls 20s angeordnet, so daß der justierte Referenzstrahl 20r zu dem Erfassungsteil 26 geführt und durch dieses erfaßt wird. Das Erfassungsteil 26 ist ausgelegt, um den Meßstrahl 20s, der in seine Spektralteile unterteilt ist, durch die Meßzelle 102 und das Spektroskop 23 mit einer Intensität des Referenzstrahls 20r, der eine Lichtquellenintensität zum Berechnen einer Absorbanz angibt, zu korrigieren.
Bezugszeichen 28 bezeichnet eine Steuervorrichtung, die die Spektraloperation an dem Spektroskop 23 steuert und eine Erfassungsausgabe des Erfassungsteils 26 an eine Datenverarbeitungseinheit 30 übermittelt. Das Bezugszeichen 32 bezeichnet eine Ausgabeeinheit, beispielsweise ein Aufzeichnungsgerät oder eine Kathodenstrahlröhre, das bzw. die ein Verarbeitungsergebnis der Datenverarbeitungseinheit 30 ausgibt.
Fig. 3A bis 4E veranschaulichen beispielhafte Totalreflexionszellen.
Fig. 3A und 38 veranschaulichen beispielhafte Reflexionszellen, die lediglich einzelne Öffnungen aufweisen. Fig. 3A zeigt die in Fig. 1 veranschaulichte Zelle 2, die an ihrer unteren Oberfläche ein Totalreflexionsprisma 4 aufweist. Fig. 3B zeigt eine vordere und eine Draufsichtsschnittansicht einer Zelle 40, die jeweils an ihrer Seitenoberfläche ein Totalreflexionsprisma 4 aufweist. In einer horizontalen Ebene ist ein Meßstrahl 20s in das Prisma 4 eingebracht.
Fig. 4A bis 4E zeigen jeweils eine perspektivische und eine Draufsichtsschnittansicht von Zellen, die andere Formen aufweisen.
Fig. 4A zeigt eine einseitige Wegwerfzelle, die mit einem engen Zwischenraum 42 zum Ansaugen einer Probenlösung durch eine Kapillarwirkung versehen ist, wobei entlang des Zwischenraums 42 ein Innere-Totalreflexion-Prisma 4 gebildet ist. Bezugszeichen 15 gibt die Probenlösung an, die entlang des Zwischenraums 42 angesaugt wird.
Fig. 4B zeigt eine beispielhafte doppelseitige Totalreflexions-Durchflußzelle, die durch einen Raum, dem eine Probenlösung zugeführt ist, an oberen und unteren Oberflächen derselben mit Innere-Totalreflexion-Prismen 4 und 4' versehen ist. Bezugszeichen 44 gibt eine Einlaßöffnung zum Einbringen der Probenlösung in die Zelle an, und Bezugszeichen 46 gibt eine Auslaßöffnung für die Probenlösung an.
Fig. 4C zeigt eine beispielhafte Totalreflexions- Durchflußzelle mit zylindrischer Oberfläche, die gebildet ist, um eine Seitenoberfläche eines zylindrischen Totalreflexionsprismas 4 zu umgeben, so daß eine Probenlösung 15 entlang der zylindrischen Oberfläche des Totalreflexionsprismas 4 zugeführt wird.
Fig. 4D zeigt eine weitere beispielhafte doppelseitige Totalreflexions-Durchflußzelle, die so gebildet ist, daß eine Probenlösung 15 jeweils an zwei gegenüberliegenden Ebenen eines Totalreflexionsprismas 4 entlangfließt.
Fig. 4E zeigt eine beispielhafte einseitige Totalreflexions-Durchflußzelle, die an einer Oberfläche, welche einen Raum definiert, dem eine Probenlösung 15 zugeführt wird, ein Totalreflexionsprisma 4 aufweist.

(Beispiel 1)

Ein Beispiel der Durchführung einer Messung mit einer Totalreflexionszelle, die ein Totalreflexionsprisma aus einem ZnSe-Kristall aufweist, wird nun beschrieben.

(Bildung einer Kalibrierkurve)

Ein standardmäßiges Wasserstoffperoxidreagens von 30% (Los 3018930428 von Santoku Chemical Industries Co., Ltd.) wurde mit destilliertem Wasser verdünnt, um Wasserstoffperoxid- Standardproben von jeweils ZO%, 5%, 3% bzw. 1% herzustellen, und Totalreflexions-Absorptionsspektren dieser Standardproben und von Wasser wurden gemessen. Fig. 5 zeigt die Ergebnisse. Das Spektrum der Standardprobe von 1% wurde weggelassen, da dasselbe ungefähr dem des destillierten Wassers entspricht. Absorptionsspitzen von Wasserstoffperoxid werden bei Positionen von Wellenzahlen 1388,2 cm&supmin;¹ bzw. 2831, 9 cm&supmin;¹ beobachtet.
Fig. 6 zeigt eine Wasserstoffperoxid-Kalibrierkurve, die durch Abbilden der Absorbanzwerte an der Peaklage von 1388,2 cm&supmin;¹ bei den in Fig. 5 gezeigten Spektren auf der Ordinatenachse bei gleichzeitigem Abbilden von Konzentrationswerten auf der Abszissenachse gebildet ist.
Fig. 7 zeigt eine Wasserstoffperoxid-Kalibrierkurve, die durch Abbilden der Absorbanzwerte an der Peaklage von 2831,9 cm&supmin;¹ bei den in Fig. 5 gezeigten Spektren auf der Ordinatenachse bei gleichzeitigem Abbilden von Konzentrationswerten auf der Abszissenachse gebildet ist.

(Probenmessung)

Beispiele des Bestimmens von im Handel erhältlichen Wasserstoffperoxidlösungen mit diesen Kalibrierkurven werden nun beschrieben.

(1) Messung einer im Handel erhältlichen Waschlösung für Kontaktlinsen:

Ähnlich der Messung zum Bilden der Kalibrierkurven wurde eine im Handel erhältliche Waschlösung für Kontaktlinsen (Consent F) (Handelsname), von Barndshaind Co., Ltd. importiert) (als 2,98% einer angegebenen Konzentration berechnet) gemessen, um ein Totalreflexions-Absorptionsspektrum 1 in Fig. 8 zu erhalten. 2 zeigt ein Totalreflexions- Absorptionsspektrum von destilliertem Wasser, das auf ähnliche Weise gemessen wurde.
Eine Absorbanz des Spektrums bei einer Peaklage von 1388,2 cm&supmin;¹ wurde berechnet und auf die Kalibrierkurve der Fig. 6 aufgetragen, wodurch eine Wasserstoffperoxidkonzentration von 3,11% geschätzt wurde, wie in Fig. 9 gezeigt.
Eine Absorbanz des Spektrums bei der Peaklage von 2831,9 cm&supmin;¹ wurde berechnet und auf die Kalibrierkurve der Fig. 7 aufgetragen, wodurch eine Wasserstoffperoxidkonzentration von 3,18% geschätzt wurde, wie in Fig. 10 gezeigt.

(2) Messung einer im Handel erhältlichen antiseptischen Peroxidlösung:

Ähnlich der Messung zur Bildung der Kalibrierkurven wurde eine im Handel erhältliche antiseptische Peroxidlösung (Produkt von Fujimi Seiyaku Co., Ltd.; als 3 Gewichtsprozent (W/V %) angegeben) gemessen, um ein in Fig. 11 gezeigtes Totalreflexions-Absorptionsspektrum 1 zu erhalten. 20 zeigt ein Totalreflexions-Absorptionsspektrum von destilliertem Wasser, das auf ähnliche Weise gemessen wurde.
Eine Absorbanz des Spektrums an der Peaklage von 1388,2 cm&supmin;¹ wurde berechnet und auf die Kalibrierkurve der Fig. 6 aufgetragen, wodurch eine Wasserstoffperoxidkonzentration von 3,26%, wie in Fig. 12 gezeigt, geschätzt wurde.
Ein Absorbanz des Spektrums an der Peaklage von 2831,9 cm&supmin;¹ wurde berechnet und auf die Kalibrierkurve der Fig. 7 aufgetragen, wodurch eine Wasserstoffperoxidkonzentration von 3,32%, wie in Fig. 13 gezeigt, geschätzt wurde.
Somit kann Wasserstoffperoxid durch eine Absorbanz eines Totalreflexions-Absorptionsspektrums einer Probenlösung, die Wasserstoffperoxid bei der Peaklage von 1388,2 cm&supmin;¹ oder 2831,9 cm&supmin;¹ enthält, bestimmt werden.

(Beispiel 2)

Im folgenden wird ein Beispiel der Durchführung einer Messung durch Verwenden einer lichtdurchlässigen Zelle, die aus einem Quarzkristall hergestellt wurde, einer Halogenlampe als Lichtquelle sowie einer FTIR (Perkin Elmer System 2000) als Spektroskop beschrieben.

(Bildung einer Kalibrierkurve)

Das gleiche standardmäßige Wasserstoffperoxidreagens von 30 Gewichtsprozent (W/V %) wie das in Beispiel 1 wurde mit destilliertem Wasser verdünnt, um Wasserstoffperoxid- Standardproben von jeweils 30%, 20%, 10%, 2,5%, 1,5%, 0,75%, 0,3%, 0,225%, 0,15%, 0,075% und 0,03% herzustellen, und es wurden Absorptionsspektren dieser Standardproben und von destilliertem Wasser gemessen. Fig. 14 und 15 zeigen einige der Ergebnisse in Bereichen hoher bzw. niedriger Konzentration. Das Absorptionsspektrum von destilliertem Wasser wurde von denjenigen der Standardproben in Fig. 14 und 15 subtrahiert, und somit erscheinen Absorbanzwerte der Wasserstoffperoxid-Absorptionsspitzen auf positiven Seiten. Die Absorptionsspitzen werden in der Nähe von 4300 bis 4800 cm&supmin;¹, 5500 cm&supmin;¹, 5860 cm&supmin;¹ und 6300 cm&supmin;¹ als charakteristische Peaks von Wasserstoffperoxid anerkannt.
Fig. 16 bis 19 veranschaulichen Wasserstoffperoxid- Kalibrierkurven, die durch Abbilden von Absorbanzwerten bei Peaklagen von jeweiligen Absorptionswellenzahlen auf der Ordinatenachse bei gleichzeitigem Abbilden von Konzentrationswerten auf der Abszissenachse und durch Auftragen gerader Linien zu denselben durch Anpassung der kleinsten Quadrate gebildet.

(Probenmessung)

Es werden nun Beispiele des Bestimmens von im Handel erhältlichen Wasserstoffperoxidlösungen mit diesen Kalibrierkurven beschrieben.

(1) Messung einer im Handel erhältlichen antiseptischen Peroxidlösung:

Ähnlich der Messung zur Bildung der Kalibrierkurven wurde die gleiche im Handel erhältliche antiseptische Peroxidlösung wie jene in Beispiel 1 gemessen, um ein in Fig. 20 gezeigtes Absorptionsspektrum zu erhalten. Es wurden Absorbanzwerte bei jeweiligen Absorptionsspitzen in der Nähe von 4700 cm&supmin;¹, 5500 cm&supmin;¹, 5860 cm&supmin;¹ und 6300 cm&supmin;¹ in diesem Spektrum erhalten, und die jeweiligen in Fig. 16 bis 19 gezeigten Kalibrierkurven wurden auf diese Absorbanzwerte aufgetragen, wodurch Wasserstoffperoxid-Konzentrationswerte von 3,26%, 3,21%, 3,31% bzw. 3,29% geschätzt wurden.

(2) Messung einer im Handel erhältlichen Waschlösung für Kontaktlinsen:

Ähnlich der Messung zur Bildung der Kalibrierkurven wurde die gleiche im Handel erhältliche Waschlösung für Kontaktlinsen wie jene in Beispiel 1 gemessen, um ein in Fig. 21 gezeigtes Absorptionsspektrum zu erhalten. Es wurden Absorbanzwerte bei jeweiligen Absorptionsspitzen in der Nähe von 4300 bis 4800 cm&supmin;¹, 5500 cm&supmin;¹, 5860 cm&supmin;¹ und 6300 cm&supmin;¹ in diesem Spektrum erhalten, und die in Fig. 16 bis 19 gezeigten jeweiligen Kalibrierkurven wurden auf diese Absorbanzwerte aufgetragen, wodurch Wasserstoffperoxid- Konzentrationswerte von 3,12%, 3,22%, 3,18% bzw. 3,08% geschätzt wurden.
Es ist somit möglich, Wasserstoffperoxid durch eine beliebige Absorptionsspitze, die bei 4300 bis 4800 cm&supmin;¹ oder 5400 bis 6600 cm&supmin;¹ vorliegt, eines Infrarot-Absorptionsspektrums einer Probenlösung, die Wasserstoffperoxid enthält, zu bestimmen.

Claims

1. Ein Verfahren zum Bestimmen einer Konzentration von Wasserstoffperoxid, das folgende Schritte aufweist:

Einbringen eines Strahls beliebiger Wellenlänge über Nahe-Infrarot- bis zu Infrarot -Wellenlängen-Bereiche in eine wäßrige Lösungsprobe, und

Messen einer Lichtabsorption von Wasserstoffperoxid, wodurch die Konzentration an Wasserstoffperoxid auf der Basis einer Absorbanz bei einer beliebigen Absorptionsspitze bestimmt wird, wobei

die wäßrige Lösungsprobe (8) in einer Meßzelle (2), die an mindestens einer Oberfläche derselben ein Totalreflexionsprisma (4) aufweist, oder in einer lichtdurchlässigen Zelle vorliegt, und

ein Meßstrahl des Infrarotbereichs in das Totalreflexionsprisma (4) oder in die wäßrige Probenlösung, die in der lichtdurchlässigen Zelle vorliegt, eingebracht wird, um vollständig reflektiert zu werden.

2. Das Bestimmungsverfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die wäßrige Lösungsprobe (8) in einer Meßzelle (2), die an mindestens einer Oberfläche derselben ein Totalreflexionsprisma (4) aufweist, vorliegt, und bei dem die Bestimmung des Wasserstoffperoxids auf der Basis einer Absorbanz einer beliebigen Absorptionsspitze, die bei 1200 bis 1500 cm&supmin;¹ oder 2600 bis 3000 cm&supmin;¹ vorliegt, bei einer Absorption des Meßstrahls, die in einer Schnittstelle zwischen dem Totalreflexionsprisma (4) und der wäßrigen Lösungsprobe (8) bewirkt wird, durchgeführt wird.

3. Das Bestimmungsverfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die wäßrige Lösungsprobe (8) in einer lichtdurchlässigen Zelle vorliegt und die Bestimmung des Wasserstoffperoxids auf der Basis einer Absorbanz einer beliebigen Absorptionsspitze, die bei 4300 bis 4800 cm&supmin;¹ oder 5400 bis 6600 cm&supmin;¹ vorliegt, in Licht, das durch dieselbe durchgelassen wird, durchgeführt wird.

4. Das Bestimmungsverfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die wäßrige Lösungsprobe bereits Wasserstoffperoxid enthält.

5. Das Bestimmungsverfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die wäßrige Lösungsprobe eine reaktive Lösung ist, die präpariert ist, um eine Enzymreaktion des Erzeugens von Wasserstoffperoxid und ein Reaktionssystem zu bewirken, das durch die folgende Enzymreaktion unter der Annahme, daß S ein Substrat darstellt, P ein Produkt darstellt und E ein Enzym darstellt, Wasserstoffperoxid erzeugt:

S + O&sub2; P + H&sub2;O&sub2;

6. Das Bestimmungsverfahren gemäß Anspruch 5, bei dem die Menge des Substrats 5 oder des Produkts P durch Messung der Menge an erzeugtem Wasserstoffperoxid erhalten wird.

7. Das Bestimmungsverfahren gemäß Anspruch 5, bei dem eine Enzymaktivität durch Messen der Menge an erzeugtem Wasserstoffperoxid gemessen wird.

8. Das Bestimmungsverfahren gemäß Anspruch 5, bei dem das Enzym eine Oxidase ist.

9. Das Bestimmungsverfahren gemäß Anspruch 8, bei dem eine Kombination des Substrats und des Enzyms aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus Glukose und Glukoseoxidase, Cholesterol und Cholesteroloxidase, Harnstoff und Uricase, Pyruvinsäure und Oxidasepyruvat sowie Hexose und Pyranoseoxidase besteht.

10. Das Bestimmungsverfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die wäßrige Lösungsprobe eine reaktive Lösung ist, die präpariert ist, um eine Enzymreaktion des Zerlegens von Wasserstoffperoxid und ein Reaktionssystem zu bewirken, das in der folgenden Enzymreaktion unter der Annahme, daß PH&sub2; einen Reaktionspartner darstellt, P ein Produkt darstellt und E ein Enzym darstellt, Wasserstoffperoxid reduziert:

H&sub2;O&sub2; + PH&sub2; P + 2H&sub2;O

11. Das Bestimmungsverfahren gemäß Anspruch 10, bei dem die Menge des Reaktionspartners PH&sub2; oder des Produkts P durch Messen der Menge an reduziertem Wasserstoffperoxid erhalten wird.

12. Das Bestimmungsverfahren gemäß Anspruch 10, bei dem das Enzym E eine aus Peroxidase oder Katalase bestehende Dehydrogenase ist.

13. Das Bestimmungsverfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die wäßrige Lösungsprobe ein Reaktionssystem ist, das einen Reaktionspartner, der mit einer Verbindung markiert ist, welche eine Reaktionsbereitschaft gegenüber Wasserstoffperoxid aufweist, sowie eine konstante Menge an Wasserstoffperoxid enthält, wobei die Menge des Reaktionspartners von der an reduziertem Wasserstoffperoxid erhalten wird.

14. Das Bestimmungsverfahren gemäß Anspruch 13, bei dem ein mit Peroxidase markierter Anti-Antikörper mit einer Antigen-Antikörper-Reaktionskombination zur Reaktion gebracht, einer BF-Trennung unterworfen und daraufhin mit Wasserstoffperoxid zur Reaktion gebracht wird, so daß die Menge des Antikörpers durch Messen derjenigen an reduziertem Wasserstoffperoxid erhalten wird.

15. Eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Wasserstoffperoxidkonzentration, welche folgende Merkmale aufweist:

eine Meßzelle (102), die einen Raum zum Aufnehmen einer Probenlösung definiert;

ein optisches Beleuchtungssystem (16) zum Einbringen eines Meßstrahls eines Infrarotbereichs in die Meßzelle (102); und

ein optisches Meßsystem (18) zum Aufnehmen eines von der Meßzelle (102) ausgehenden Strahls zum Messen einer Absorbanz von mindestens einer Absorptionsspitze,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Meßzelle (102) durch eine Totalreflexionszelle (2, 40) gebildet ist, die an mindestens einer von Wandoberflächen ein Totalreflexionsprisma (4) aufweist;

das optische Beleuchtungssystem (16) ausgelegt ist, den Meßstrahl bei einem Einfallswinkel zum Bewirken einer Totalreflexion in das Totalreflexionsprisma (4) einzubringen; und

die mindestens eine Absorptionsspitze bei 1200 bis 1500 cm&supmin;¹ oder 2600 bis 3000 cm&supmin;¹ vorliegt.

16. Die Vorrichtung zur Bestimmung einer Wasserstoffperoxidkonzentration gemäß Anspruch 15, bei der die Totalreflexionszelle (2, 40) eine Zelle ist, die lediglich eine Öffnung aufweist.

17. Die Vorrichtung zur Bestimmung einer Wasserstoffperoxidkonzentration gemäß Anspruch 15, bei der die Totalreflexionszelle eine Durchflußzelle ist, die eine Einlaßöffnung und eine Auslaßöffnung zum Zuführen der Probenlösung zu derselben aufweist.