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JPH0686774A - 二酸化炭素センサーの安定化方法 - Google Patents

二酸化炭素センサーの安定化方法

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JPH0686774A
JPH0686774A JP5119454A JP11945493A JPH0686774A JP H0686774 A JPH0686774 A JP H0686774A JP 5119454 A JP5119454 A JP 5119454A JP 11945493 A JP11945493 A JP 11945493A JP H0686774 A JPH0686774 A JP H0686774A
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JP
Japan
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carbon dioxide
sensor
solution
gas
aqueous
Prior art date
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Pending
Application number
JP5119454A
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English (en)
Inventor
Alan M Nelson
エム ネルソン アレン
Henry K Hui
ケイ ヒュイ ヘンリー
Monte Bennett
ベネット モンテ
Soonkap Hahn
ハーン スーンカプ
Charles S Bankert
エス バンカート チャールズ
Jeffrey T Jackson
トーマス ジャクソン ジェフリー
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Puritan Bennett Corp
Original Assignee
Puritan Bennett Corp
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】二酸化炭素の測定における非特異的ドリフトに
対して安定化された静脈内二酸化炭素センサー及びその
ような静脈内二酸化炭素センサーを使用する測定を安定
化する方法を提供する。 【構成】 二酸化炭素センサーを安定化する方法は、重
炭酸塩緩衝溶液を、約３０mM〜約２００mM重炭酸塩、好
ましくは約１００mM重炭酸塩の重炭酸塩イオン濃度でセ
ンサー中に調製することを包含する。この方法はまた、
センサーを処理して、このようなセンサーが非常に低濃
度または非常に高濃度の二酸化炭素に長い時間暴露した
際に二酸化炭素センサーに起こり得る不安定性を減少さ
せることを包含する。このセンサーは、このセンサーを
少なくとも２重量％の二酸化炭素を含む水性溶液に数日
間〜数ケ月間暴露することによって処理される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般的に、流体または気
体混合物中の分析対象の化学的及び生化学的分析に関
し、より詳しく言うと、二酸化炭素の測定における非特
異的ドリフトに対して安定化された静脈内二酸化炭素セ
ンサー及びそのような静脈内二酸化炭素センサーを使用
する測定を安定化する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】血液中の酸度（pH）並びに二酸化炭素及
び酸素の張力及び分圧の測定は、現代医学、特に患者の
呼吸器の状態の測定に関して重要になっている。そのよ
うな測定を行うことができる電極が開発されているが、
それらの医学分野における使用には一般的に限界があ
る。測定される分析対象物に対して透過性の膜中に蛍光
指示物質を封入すると、その指示物質由来の蛍光強度を
測定するために１またはそれ以上の光ファイバーに結合
するという原理に基づいて、血液中の酸度並びに二酸化
炭素及び酸素濃度の静脈内測定を行う光学的センサーも
開発されている。適当に選択された指示物質の蛍光反応
は、測定される酸度、二酸化炭素または酸素のレベルに
応じて変化するが、これらのセンサーは、適合可能な静
脈内カテーテルシステムと合わせられた際には、これら
の因子の遠隔測定を可能にする。
【０００３】光ファイバー化学センサーはまた、センサ
ー中に化学的に結合され得るフェノールレッドのような
光吸収指示物質の使用により、pHの測定に使用されるこ
とができる。このタイプのpHセンサーにおいて、緑色及
び赤色の光は典型的には１の光ファイバーから出て染料
を通過してセンサー中に入り、反対に光ファイバーを通
って検出システムへ反射される。緑色の光は、指示物質
の塩基形態物により吸収され、赤色の光は指示物質から
吸収されず、それ故に赤色の光は光対照として使用され
ることができる。そのために緑色と赤色の光の比率を測
定して、pHと関係づけることができる。
【０００４】蛍光指示物質を励起させて異なる波長の光
を放射するために使用される１の波長領域中の光ととも
に、蛍光指示物質を同様の方法で使用することができ
る。このような光pHセンサーは典型的には、光ファイバ
ーの先端上に配置されたフルオレセインまたはヒドロキ
シピレントリスルホン酸（ＨＰＴＳ）のような蛍光指示
物質染料と、測定されるヒドロニウムイオンに透過性の
染料上の膜被覆を含む。光ファイバーによりそれに伝導
された一定の波長の光に暴露された際に、この染料は蛍
光を発する。実際、pHセンサーは、pH感受性染料をファ
イバーの末端に付着されたマトリックス中に不動化する
ことによって製作される。この染料は典型的には、２つ
の形態、即ちアニオン性または塩基性形態及びプロトン
性または酸性形態で存在することができる。この２つの
形態は、それぞれ異なる周波数により励起されるが、同
じ周波数において蛍光を発し、適当な異なる周波数にお
ける励起に対して反応する出力は、センサーが暴露され
る試料のpHに比例している。このような方法により、指
示物質染料の蛍光の強度は、pHに関連付けることができ
る。血液気体因子としての二酸化炭素の測定のための臨
床的に有用な範囲は、約１.４重量％から約１５重量％
の二酸化炭素であることが判明している。従って、二酸
化炭素センサーは、少なくともこの範囲において正確で
反復可能であることが望まれる。
【０００５】二酸化炭素センサーは、低二酸化炭素濃度
に暴露された際にはしばしば脱安定化されること及び高
二酸化炭素濃度への暴露の後に、蛍光強度の漸進的損失
が、蛍光指示物質を利用するセンサー中に生じることが
判明している。センサーが非常に低濃度または非常に高
濃度の二酸化炭素に、例えば数日のような長い期間暴露
された際に、このような光ファイバーをベースとする二
酸化炭素センサーの不安定性が、二酸化炭素濃度の測定
の非特異的ドリフトをしばしばもたらす。静脈内センサ
ーとしての二酸化炭素血液気体センサーの使用のため
に、二酸化炭素センサーは安定で、静脈内センサーとし
ての少なくとも７２時間の使用のための二酸化炭素濃度
の測定において最小のドリフト示すことが重要である。
製造方法、多重因子センサー装置への混入、滅菌及び保
存のような種々のファクターが、非特異的ドリフトの有
害な問題を生じさせる二酸化炭素センサー化学の脱安定
化をもたらす。さらに、このようなセンサーは、センサ
ーが暴露され得る検量気体またはその他の気体中に痕跡
量の汚染物質が入ることによって脱安定化される。さら
に、センサーの内部pHが約７.０から８.０の所望の範囲
から実質的に逸脱した際には、センサーは脱安定化され
る。従って、この非特異的ドリフトの不安定性を緩和す
る二酸化炭素血液気体センサーを提供することが望まれ
る。
【０００６】従来の二酸化炭素血液気体センサーは典型
的には、約１mM〜約１０mM重炭酸塩の範囲の濃度を有す
る重炭酸塩緩衝溶液を含んでいた。２０〜３０mM重炭酸
塩を越える重炭酸塩緩衝剤濃度は、一般的には感受性の
明らかな損失のために有用でないと判断されている。し
かしながら、実質的に高い重炭酸塩緩衝剤濃度は、二酸
化炭素の測定における非特異的ドリフトに対して二酸化
炭素血液気体センサーを安定化することができることが
現在判明している。従って、二酸化炭素濃度の測定にお
いて安定でしかも感受性のあるこのような高濃度の重炭
酸塩を有する緩衝剤を混入した二酸化炭素血液気体セン
サーを提供することが望まれる。
【０００７】
【作用】簡単に、かつ一般的な語句で言うと、本発明
は、流体中の二酸化炭素濃度の測定の非特異的ドリフト
に対して安定化された新規で改良型の二酸化炭素センサ
ーを提供するものである。この二酸化炭素センサーは、
約３０mM〜約２００mM重炭酸塩(bicarbonate) イオンの
重炭酸塩濃度を有する重炭酸塩緩衝溶液を混入してお
り、１００mM重炭酸塩イオン濃度を有する緩衝溶液を含
むことが好ましい。この二酸化炭素センサーはさらに、
使用前に、センサーを高い濃度の二酸化炭素を吹込まれ
た(infused) 予備溶液に暴露することにより、非特異的
ドリフトに対して安定化されることができる。
【０００８】従って、本発明は、センサーの感受性と干
渉すると従来考えられていたある濃度の重炭酸塩イオン
を混入することにより、二酸化炭素の測定における非特
異的ドリフトに対する安定性が増加された改良型の二酸
化炭素血液気体センサーに関する。本発明はまた、この
ようなセンサーを非常に低濃度または非常に高濃度の二
酸化炭素に長い期間暴露した際に二酸化炭素センサーに
起こり得る不安定性を減少する方法に関する。本発明の
方法において、センサーの測定安定性を達成するために
十分な時間センサーは高濃度の二酸化炭素に暴露され
る。本発明の方法は、本発明を使用していなかったセン
サーの使用と比較して、ドリフトの安定性を達成するた
めに必要な初期時間を減少させるように作用する。この
センサーは２〜１００重量％の二酸化炭素を含む気体流
を、数日〜数週間の範囲の期間吹込まれた溶液を含む保
存容器中に保持されることが好ましい。目下の１の好適
方法は、センサーを約８重量％の二酸化炭素を吹込まれ
た調製溶液中において保存容器中に保持し、それによ
り、センサーを生理学的有意範囲の中央における二酸化
炭素張力において静的に保持する。２〜１００重量％の
二酸化炭素を吹込まれた溶液中にセンサーを保存するこ
とは、動脈血の二酸化炭素を長い時間モニターするため
にセンサーが必要とされる応用における変換された二酸
化炭素含量測定の不正確さをもたらす非特異的な長期の
ドリフトの原因を減少することが判明している。この調
整方法は、使用の直前に生理学的に有意の二酸化炭素張
力においてセンサーを維持することにより、使用時点に
おける迅速な検量をも促進させる。
【０００９】本発明のこれらの目的及びその他の目的及
び利点は、例えば本発明の特徴を記載した下記の詳細な
説明から明らかとなるであろう。二酸化炭素血液気体セ
ンサーの非特異的ドリフトの問題は、インビボ及びイン
ビトロのセンサー不安定性の試験において見られる。本
発明の方法の現在の好適具体例によれば、二酸化炭素セ
ンサーは、生理学的有意範囲の二酸化炭素張力を有する
溶液中の受動的保存により、準備が整えられた状態に付
される。代替的好適具体例において、このセンサーは、
絶対二酸化炭素張力に対して非常に高い張力を有する気
体流を動的に吹込まれた溶液中の高い二酸化炭素濃度に
センサーを暴露し、次いで生理学的に有意範囲の二酸化
炭素張力を有するその他の溶液中に受動的に保存するこ
との組合せにより調整されることができる。
【００１０】本発明は特に、センサー中に不動化された
重炭酸塩緩衝剤のpHの変化に対して感受性を有する二酸
化炭素センサーにより、血液のような流体中の二酸化炭
素の濃度の測定を安定化するために応用することができ
る。典型的なセンサーは、血液中の二酸化炭素に透過性
のシリコーンのようなポリマーマトリックス中にフルオ
レセインのような染料物質を混入している。センサーは
典型的には、インビボの血液気体測定のために、患者の
脈管構造中に挿入されることができる光ファイバーの先
端に配置される。このセンサーは、pHの変化に対して感
受性を有するタイプであり、マトリックス物質は一般的
には重炭酸塩溶液中に浸漬されてこの溶液をマトリック
ス物質中に混入するか、またはセンサーは、その他の場
合には、良く知られた下記式に従って緩衝剤として作用
する重炭酸塩溶液を混入する：
【００１１】
【化１】 この重炭酸塩緩衝溶液は、約３０mM〜約２００mMの重炭
酸塩イオンの濃度を含有するように調製されることが好
ましく、約１００mMの重炭酸塩イオンの濃度を含有する
ように調製されることが最も好ましい。重炭酸塩緩衝剤
は、例えば、重炭酸ナトリウム、重炭酸カリウム、重炭
酸セシウム等の重炭酸塩、炭酸ナトリウム、炭酸カリウ
ム、炭酸セシウム等の炭酸塩またはそれらの組合せ物を
用いて調製された水性溶液であることができる。実験に
より、このような高濃度の重炭酸塩イオンを含む二酸化
炭素血液気体センサーは、センサーの安定性を劇的に増
加し、センサーの感受性または反応時間を著しく低下さ
せずに二酸化炭素濃度の測定のドリフトを最小限にする
ことが判明している。
【００１２】使用のための本発明の二酸化炭素センサー
のさらに別の好適製造方法によれば、この二酸化炭素セ
ンサーは、好ましくは比較的高い二酸化炭素分圧を有す
る水性溶液を含む密閉された溶液中に保存することがで
きる。この水性溶液はまた、センサーがその中で最終的
に使用される、流体、典型的には血液の浸透圧または浸
透度に概ね合致するように浸透圧的に調整されることが
好ましい。センサーを溶液中に配置した後に、その溶液
に適当な二酸化炭素含量を吹込むこともできるが、この
溶液は予め製造されることが好ましい。
【００１３】この水性溶液は、少なくとも２重量％の二
酸化炭素含量を含むことが好ましく、２〜１００重量％
の二酸化炭素と残量の窒素のような不活性気体とを含む
気体流をこの溶液に吹込むことにより製造して、第２の
溶液に生理学的に有意な二酸化炭素張力を注入すること
ができる。その中にセンサーが保存されるべき水性溶液
は、約８重量％の二酸化炭素と残量の不活性気体により
吹込まれることが好ましい。この保存溶液はまた、二酸
化炭素センサーがその中で最終的に使用される流体の浸
透強度に概ね等しいように浸透圧的に調整されることが
好ましい。このセンサーは典型的には、保存溶液と共に
密閉された溶液中に、少なくとも１日、好ましくは数日
〜数ケ月保存されて、センサーを検量及び使用のために
調節させる。
【００１４】その他の好適な具体例において、本発明の
二酸化炭素センサーは任意的に、第２の水性溶液中に保
存される前に、予備水性溶液に予め暴露されることがで
きる。この２段階方法において、このセンサーを予備水
性溶液に暴露する一方で、比較的高い二酸化炭素分圧と
好ましくは約１００重量％の二酸化炭素を有する気体流
を、この気体流を溶液中に１時間から必要に応じて数日
間吹込むことにより、その溶液中に定期的にまたは連続
的に動的に吹込む。
【００１５】次いでこのセンサーを約２重量％またはそ
れ以上の２重量％の二酸化炭素含量を有する第２水性溶
液中に保存することができる。センサーがその中に保存
される第２溶液は、予め製造されることが好ましいが、
２〜１００重量％の二酸化炭素と残量の窒素のような不
活性気体を含む気体流を吹込むことにより、センサーを
溶液中に配置した後に任意的に動的に製造して、第２溶
液に生理学的に有意の二酸化炭素張力を吹込むことがで
きる。気体流に対する二酸化炭素濃度の生理学的有意範
囲は、典型的には、２重量％〜１５重量％の二酸化炭素
と残量の不活性気体であり、第２水性溶液は、約８重量
％の二酸化炭素と残量の不活性気体を含有する気体を吹
込まれることが好ましい。第２溶液はまた、二酸化炭素
センサーが最終的にその中で使用される流体の浸透強度
に概ね等しいように浸透圧的に調整されることが好まし
い。次いで、センサーは典型的には、第２溶液とともに
密閉された容器中に保存され、センサーは少なくとも１
日、好ましくは数日〜数ケ月それに暴露されて、センサ
ーを検量及び使用のために調整される。
【００１６】上記したような二酸化炭素センサーは、溶
液における低または高濃度の二酸化炭素濃度の７２時間
を越える長い期間の測定において以前に見られたような
非特異的なドリフトを示さず、インビトロ及びインビボ
の血液気体測定のための二酸化炭素張力の実質的に安定
化された測定方法を提供する。この方法はまた、センサ
ーを生理学的に有意な二酸化炭素張力に維持することに
より、使用時点における検量の迅速化を可能にする。
【００１７】重炭酸塩緩衝剤または類似の緩衝剤のpHの
変化を測定するpH電極のような二酸化炭素センサーのそ
の他の形態もまた、本発明の方法により安定化され得る
と理解されたい。以上本発明の特定の態様を記載した
が、本発明の精神及び範囲から逸脱せずに種々の変更を
なすことが可能であることは、上記の記載から明らかで
ある。
【００１８】従って、本発明は、特許請求の範囲による
限定を除いて、限定されることを意図しない。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヘンリー ケイ ヒュイ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92656 ラグナ ニジェール ランチョー グランド 28426 (72)発明者 モンテ ベネット アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92026 エスコンディド ノース アイリ ス 2241 (72)発明者 スーンカプ ハーン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92064 ポーウェイ クリコット コート 17110 (72)発明者 チャールズ エス バンカート アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92054 オーシャンサイド エリー スト リート 147 (72)発明者 ジェフリー トーマス ジャクソン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92064 ポーウェイ ケース アヴェニダ 12738

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 流体中の生理学的有意範囲の二酸化炭素
    濃度を測定するための二酸化炭素血液気体センサーを安
    定化する方法であって、前記センサーが二酸化炭素気体
    に透過性のマトリックスを有し、前記マトリックスが、
    センサー中に不動化された水性重炭酸塩緩衝溶液のpHの
    変化に感受性を有する染料指示物質を含み、前記センサ
    ーが、二酸化炭素気体の濃度の変化による染料指示物質
    の変化に感受性を有する測定可能なレスポンスを有し：
    少なくとも約３０mMの重炭酸塩イオン濃度を有するよう
    に前記重炭酸塩緩衝溶液を調製することを含む前記方
    法。
  2. 【請求項２】 前記重炭酸塩緩衝溶液が、約１００mMの
    重炭酸塩イオン濃度を有するように調製される請求項１
    に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記重炭酸塩緩衝溶液が、約３０mM〜約
    ２００mMの重炭酸塩イオン濃度を有するように調製され
    る請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記センサーを、２重量％〜１００重量
    ％の濃度の二酸化炭素に少なくとも１日間暴露する工程
    をさらに含む請求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記センサーをある濃度の二酸化炭素に
    暴露する工程が：前記センサーを、２重量％〜１００重
    量％の二酸化炭素と残量の不活性気体からなる気体を含
    む水性処理溶液とともに、密閉された容器中に少なくと
    も１日間保存することを含む請求項４に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記処理溶液が、実質的に１００重量％
    の二酸化炭素からなる気体により飽和される請求項５に
    記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記溶液が、血液と実質的に同じ浸透圧
    を有するように調整される請求項５に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記センサーがある濃度の二酸化炭素に
    暴露される前記工程が、前記センサーを、密閉された溶
    液中において少なくとも１日間その中に気体が吹込まれ
    る水性処理溶液中に保存することを含み、前記気体が、
    実質的に２重量％〜１００重量％の二酸化炭素と残量の
    不活性気体からなる請求項４に記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記処理溶液が、実質的に１００重量％
    の二酸化炭素からなる気体により飽和される請求項８に
    記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記センサーを前記水性処理溶液中に
    保存する工程の前に、前記センサーを少なくとも２重量
    ％の濃度の二酸化炭素を含む予備水性溶液に少なくとも
    １時間暴露する請求項５に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記センサーを水性処理溶液に暴露す
    る工程の前に、前記センサーを、その中に気体流が吹込
    まれる水性予備溶液に少なくとも１時間暴露し、前記気
    体流が実質的に１００重量％の二酸化炭素からなる請求
    項５に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 センサー中のpHの変化に感受性を有す
    るセンサーによる流体中の二酸化炭素の濃度の測定を安
    定化する方法であって、前記センサーが、励起エネルギ
    ーに暴露された時に、二酸化炭素によって変化する蛍光
    を示し測定可能な蛍光反応を与える少なくとも１の染料
    指示物質を含み：水性重炭酸塩緩衝溶液をセンサー中に
    混入し、前記緩衝溶液が約３０mMから２００mMの重炭酸
    塩イオン濃度を有し；次いで前記センサーを実質的に２
    重量％〜１００重量％の二酸化炭素と残量の不活性気体
    からなる気体を吹込まれた水性処理溶液に少なくとも１
    日間暴露する工程を含む前記方法。
  13. 【請求項１３】 前記センサーを前記水性処理溶液中に
    暴露する工程の前に、前記センサーを少なくとも２重量
    ％の二酸化炭素を含む予備水性溶液に少なくとも１時間
    暴露する請求項１２に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記センサーを前記水性溶液に暴露す
    る工程の前に、前記センサーを実質的に１００重量％の
    二酸化炭素からなる気体流に動的に吹込まれた水性溶液
    に少なくとも１時間暴露する請求項１２に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記水性溶液が、実質的に１００重量
    ％の二酸化炭素により吹込まれる請求項１２に記載の方
    法。
  16. 【請求項１６】 流体中の二酸化炭素の濃度の測定に適
    合した光ファイバー二酸化炭素センサーの安定化方法で
    あって、前記センサーが二酸化炭素気体に透過性のマト
    リックスを含み、前記マトリックスがpHの変化に感受性
    を有する染料指示物質を含み：水性重炭酸塩緩衝溶液を
    センサー中に混入し、前記緩衝溶液が約３０mMから２０
    ０mMの重炭酸塩イオン濃度を有し；前記センサーを、比
    較的高濃度の二酸化炭素を吹込まれた第１水性溶液に少
    なくとも１時間暴露し；次いで前記センサーを、２重量
    ％〜１００重量％の二酸化炭素と残量の不活性流体から
    実質的になる流体を吹込まれた第２水性溶液に少なくと
    も１日暴露することを含む前記方法。
  17. 【請求項１７】 前記センサーを前記第１水性溶液に暴
    露する一方で、前記第１水性溶液に、前記第１水性溶液
    に実質的に１００重量％の二酸化炭素からなる気体流を
    気泡させることにより動的に吹込む請求項１６に記載の
    方法。
  18. 【請求項１８】 第１溶液が、血液と実質的に同じ浸透
    圧を有するように調整される請求項１６に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記第２水性溶液が、実質的に２重量
    ％〜１５重量％の二酸化炭素と残量の不活性気体からな
    る気体により吹込まれる請求項１６に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 前記第２水性溶液が、実質的に約８重
    量％の二酸化炭素と残量の不活性気体からなる気体によ
    り吹込まれる請求項１６に記載の方法。
  21. 【請求項２１】 前記水性重炭酸塩緩衝溶液が、重炭酸
    ナトリウム、重炭酸カリウム、重炭酸セシウム、炭酸ナ
    トリウム、炭酸カリウム、炭酸セシウム及びこれらの組
    合せからなる群から選択される重炭酸塩イオン源を含む
    請求項１６に記載の方法。
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