蛍光発光性化合物およびこれを用いた水分検出方法
【課題】試料中の極性物質の影響を受けることなく水分検出可能な蛍光発光性化合物及びこれを用いた水分検出方法を提供することを目的とする。
【解決手段】蛍光発光性化合物は、式１で表される。
Ｒ２Ｎ−Ａ−Ｂ−Ｒ・・・（式１）
（式中、Ｒは水素、アルキル基、酸性プロトン性官能基または酸性プロトン性官能基を有する基であり、少なくとも１つのＲは酸性プロトン性官能基または酸性プロトン性官能基を有する基、Ａは酸素またはＣＨ２、Ｂは蛍光発光母体を表す。）
この蛍光発光性化合物は、水分子が介在すると双生イオン構造となって蛍光を発する。この蛍光を蛍光強度計等で測定することにより、水分量の検出ができる。
【解決手段】蛍光発光性化合物は、式１で表される。
Ｒ２Ｎ−Ａ−Ｂ−Ｒ・・・（式１）
（式中、Ｒは水素、アルキル基、酸性プロトン性官能基または酸性プロトン性官能基を有する基であり、少なくとも１つのＲは酸性プロトン性官能基または酸性プロトン性官能基を有する基、Ａは酸素またはＣＨ２、Ｂは蛍光発光母体を表す。）
この蛍光発光性化合物は、水分子が介在すると双生イオン構造となって蛍光を発する。この蛍光を蛍光強度計等で測定することにより、水分量の検出ができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料に含まれる水分を検出する蛍光発光性化合物およびこれを用いた水分検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機溶剤、固体材料、及び、大気中に含まれる微量水分を検出することは、生物工学、工業製品や食品等の品質管理、環境モニタリングなどの自然環境や人間生活の面で非常に重要である。
【０００３】
微量水分を検出すべく、非特許文献１〜３に示すように、蛍光性水センサー色素の開発が行われている。これらの蛍光性水センサー色素を用いた水分検出では、水分子の極性を利用し、水分含有量の増加に伴う試料の極性の増大を蛍光強度の減少によって追跡している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】「Ｏｐｔｉｃａｌ ｓｅｎｓｏｒ ｆｏｒ ｏｎ−ｌｉｎｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｌｖｅｎｔ ｍｉｘｔｕｒｅｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ａ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ ｓｏｌｖｅｎｔ ｐｏｌａｒｉｔｙ ｐｒｏｂｅ」Ｍａｎｆｒｅｄ Ａ．Ｋｅｓｓｌｅｒ，Ｊｕｒｇｅｎ Ｇ．Ｇａｉｌｅｒ，Ｏｔｔｏ Ｓ．Ｗｏｌｆｂｅｉｓ ；Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ Ｂ，３（１９９１）；２６７−２７２
【非特許文献２】「Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｓｅ ｗａｔｅｒ ｓｅｎｓｏｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｏｖａｌｅｎｔ ｉｍｍｏｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｈａｌｃｏｎｅ ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ」Ｃｈｅｎｇ−Ｇａｎｇ Ｎｉｕ，Ａｉ−Ｌｉｎｇ Ｇｕａｎ，Ｇｕａｎｇ−Ｍｉｎｇ Ｚｅｎｇ，Ｙｕｎ−Ｇｕｏ Ｌｉｕ，Ｚｈｏｎｇ−Ｗｕ Ｌｉ ；Ａｎａｌｙｔｉｃａ Ｃｈｉｍｉｃａ Ａｃｔａ ５７７（２００６）；２６４−２７０
【非特許文献３】「Ｆｕｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ｓｅｎｓｏｒ ｆｏｒ ｗａｔｅｒ ｉｎ ｏｒｇａｎｉｃ ｓｏｌｖｅｎｔｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｆｒｏｍ ｃｏｖａｌｅｎｔ ｉｍｍｏｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ４−ｍｏｒｐｈｏｌｉｎｌ−１，８−ｎａｐｈｔｈａｌｉｍｉｄｅ」Ｃｈｅｎｇ−Ｇａｎｇ Ｎｉｕ，Ａｉ−Ｌｉｎｇ Ｇｕａｎ，Ｇｕａｎｇ−Ｍｉｎｇ Ｚｅｎｇ，Ｙｕｎ−Ｇｕｏ Ｌｉｕ，Ｚｈｏｎｇ−Ｗｕ Ｌｉ ；Ａｎａｌ Ｂｉｏａｎａｌ Ｃｈｅｍ（２００７）３８７；１０６７−１０７４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、非特許文献１〜３の蛍光性水センサー色素を用いた水分検出方法では、試料中に含まれる水分以外の極性物質に強く影響を受ける。すなわち、水分以外の極性物質が蛍光物質に付着してしまい、蛍光物質が発する蛍光強度が低下してしまう。このため、微量な水分量を正確に検出することは困難であった。
【０００６】
本発明は、上記事項に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、試料中の極性物質の影響を受けることなく水分検出可能な蛍光発光性化合物及びこれを用いた水分検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る蛍光発光性化合物は、
式１で表されることを特徴とする。
Ｒ２Ｎ−Ａ−Ｂ−Ｒ・・・（式１）
（式中、Ｒは水素、アルキル基、酸性プロトン性官能基または酸性プロトン性官能基を有する基であり、少なくとも１つのＲは酸性プロトン性官能基または酸性プロトン性官能基を有する基、Ａは酸素またはＣＨ２、Ｂは蛍光発光母体を表す。）
【０００８】
また、前記酸性プロトン性官能基はカルボキシル基、スルホン酸基またはリン酸基であることが好ましい。
【０００９】
また、前記酸性プロトン性官能基を有する基はアルキルカルボキシル基、アルキルスルホン酸基またはアルキルリン酸基であることが好ましい。
【００１０】
また、前記蛍光発光母体はアントラセン系骨格、クマリン系骨格またはピレン系骨格であることが好ましい。
【００１１】
本発明に係る水分検出方法は、
上記いずれかに記載の蛍光発光性化合物を試料に添加して紫外線を照射し、
前記蛍光発光性化合物が双生イオン構造となって発する蛍光の強度を測定して、前記試料中の水分量を検出する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る蛍光発光性化合物は、水分子が介在すると双生イオン構造となり、蛍光を発する。この蛍光を蛍光強度計等で測定することにより、水分量の検出ができる。蛍光発光性化合物は水１分子に対して蛍光性の双生イオン構造を形成し、その双生イオンの生成量に伴って蛍光強度が増大する。この蛍光発光性化合物は極性溶媒があっても影響を受けない。このため、極性の有無によらず、有機溶媒等に含有する水分量を高感度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】水が存在しない状況下での蛍光発光性化合物のメカニズムを説明する図である。
【図２】水が存在しない状況下での蛍光発光性化合物のメカニズムを説明する図である。
【図３】水が存在する状況下での蛍光発光性化合物のメカニズムを説明する図である。
【図４】水が存在する状況下での蛍光発光性化合物のメカニズムを説明する図である。
【図５】実施例において、水分を含有する１，４−ｄｉｏｘａｎｅに蛍光発光性化合物を添加した際の蛍光強度を示す。
【図６】実施例において、水分を含有する１，４−ｄｉｏｘａｎｅに蛍光発光性化合物を添加した際の水分濃度と相対蛍光強度との関係を示すグラフである。
【図７】実施例において、水分を含有するＴＨＦに蛍光発光性化合物を添加した際の蛍光強度を示す。
【図８】実施例において、ＴＨＦに蛍光発光性化合物を添加した際の水分濃度と相対蛍光強度との関係を示すグラフである。
【図９】実施例において、水分を含有するａｃｅｔｏｎｉｔｒｉｌｅに蛍光発光性化合物を添加した際の蛍光強度を示す。
【図１０】実施例において、水分を含有するａｃｅｔｏｎｉｔｒｉｌｅに蛍光発光性化合物を添加した際の水分濃度と相対蛍光強度との関係を示すグラフである。
【図１１】実施例において、水分を含有するｅｔｈａｎｏｌに蛍光発光性化合物を添加した際の蛍光強度を示す。
【図１２】実施例において、水分を含有するｅｔｈａｎｏｌに蛍光発光性化合物を添加した際の水分濃度と相対蛍光強度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（蛍光発光性化合物）
本実施の形態に係る蛍光発光性化合物は、式１で表される。
Ｒ２Ｎ−Ａ−Ｂ−Ｒ・・・（式１）
【００１５】
式１中、Ｒは水素、アルキル基、酸性プロトン性官能基、または、酸性プロトン性官能基を有する基である。そして、少なくとも１つのＲは酸性プロトン性官能基、または、酸性プロトン性官能基を有する基である。
【００１６】
所謂酸性プロトン性官能基は水が介在すると解離してプロトンを放出する機能を発揮する。酸性プロトン性官能基としては、上記機能を発揮する官能基であれば特に限定されないが、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基が挙げられる。また、酸性プロトン性官能基を有する基としては、アルキルカルボキシル基、アルキルスルホン酸基、アルキルリン酸基が挙げられる。
【００１７】
式１中、Ａは、−Ｏ−（酸素）或いは−ＣＨ２−である（これらは、以下スペーサーともいう。）。後述するが、アミノ基と蛍光発光母体との間にこれらのスペーサーが導入されていることにより、アミノ基（窒素）の電子が蛍光発光母体に供与される。なお、アミノ基と蛍光発光母体が直接結合している場合では、アミノ基は蛍光発光母体の一部となり、アミノ基（窒素）から蛍光発光母体への電子供与は生じない。
【００１８】
式１中、Ｂは、蛍光発光母体である。蛍光発光母体として、光照射を受けて蛍光を発するものであれば制限されることはなく、例として、−Ｃ１４Ｈ８−等のアントラセン系骨格、−Ｃ９Ｈ４Ｏ２（ＣＨ３Ｏ）２−等のクマリン系骨格または−Ｃ１６Ｈ８−等のピレン系骨格が挙げられる。
【００１９】
上述した蛍光発光性化合物は、水分子が存在しない状況下では、蛍光を発しない。蛍光は、蛍光発光母体に光（紫外線）が照射されて、励起状態になり基底状態に戻る際に発生されるものである。蛍光発光性化合物は水が介在しない状況下では、図１に示すように、光が蛍光発光性化合物に照射されると、電子供与体であるアミノ基（窒素）から蛍光発光母体へ電子が供与される。蛍光発光母体の近くに電子密度の高い電子供与体があると、所謂光誘起電子移動特性（ＰＥＴ：Ｐｈｏｔｏ−ｉｎｄｕｃｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ）が起こるためである。
【００２０】
より詳細に説明すると、図２に示すように、光が蛍光発光性化合物に照射されると、蛍光発光母体が励起されて、ＨＯＭＯ準位の電子がＬＵＭＯ準位に移る。そして、蛍光発光母体にスペーサーを介して結合しているアミノ基（窒素）のＨＯＭＯ準位は、蛍光発光母体のＨＯＭＯ準位よりも高いエネルギー準位にあり、光誘起電子移動特性によって、アミノ基（窒素）のＨＯＭＯ準位の電子は、より低いエネルギー準位にある蛍光発光母体のＨＯＭＯ準位に移ることになる。このアミノ基（窒素）からの電子移動は、蛍光発光母体のＬＵＭＯ準位からＨＯＭＯ準位への電子移動よりも先に起こる。このように、蛍光発光母体のＬＵＭＯ準位からＨＯＭＯ準位への電子移動が阻害されるので、蛍光発光母体は蛍光を発しない。
【００２１】
このように、蛍光発光母体が励起され、ＬＵＭＯ準位に移った電子がＨＯＭＯ準位に戻ることができないので、蛍光発光母体は蛍光を発しない。
【００２２】
一方で、蛍光発光性化合物は、水分子が存在する状況下では、光誘起電子移動特性が起こらず、蛍光を発することになる。図３に示すように、水が存在すると、蛍光発光性化合物のカルボキシル基等の酸性プロトン性官能基は解離して、水素イオンを放出する。この水素イオンは窒素と結合して、双生イオン構造となる。より詳細には、放出された水素イオンは水分子と結合してオキソニウムイオン（Ｈ３Ｏ＋）となり、このオキソニウムイオンがアミノ基の窒素と配位結合することになる。そして、アミノ基（窒素）のＨＯＭＯ準位は低くなる。
【００２３】
この状態で、光が蛍光発光性化合物に照射され、蛍光発光母体が励起されると、図４に示すように、蛍光発光母体のＨＯＭＯ準位からＬＵＭＯ準位に電子が移る。この電子は再度ＨＯＭＯ準位に戻ってくるので、この際に蛍光を発する。
【００２４】
アミノ基（窒素）のＨＯＭＯ準位はオキソニウムイオンとの配位結合によって、蛍光発光母体のＨＯＭＯ準位よりも低くなっているので、アミノ基（窒素）の電子はそれよりもエネルギー準位の高い蛍光発光母体のＨＯＭＯ準位に移ることはなく、ＬＵＭＯ準位に移った電子がＨＯＭＯ準位に戻ることを妨げないからである。
【００２５】
上述した式（１）で表される蛍光発光性化合物を合成できるならば、どのような方法であっても構わないが、一例として以下のようにして合成することができる。
【００２６】
アントラセン系骨格、クマリン系骨格、またはピレン系骨格の蛍光発光母体にスペーサーを介してアミノ基が結合した化合物と、ハロゲンを有するカルボン酸エステル化合物、スルホン酸エステル化合物、またはリン酸エステル化合物とを反応させることで、各種のエステル基を導入した前駆体が得られる。この前駆体を酸及びアルカリで処理することによってエステル基が加水分解され、アミノ基の窒素に酸性プロトン性官能基であるカルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基、または、酸性プロトン性官能基を有する基であるアルキルカルボキシル基、アルキルスルホン酸基、アルキルリン酸基が結合した蛍光発光性化合物が得られる。上記の反応式を下記に例示する。
【化１】
【化２】
【化３】
【００２７】
（水分検出方法）
上述した蛍光発光性化合物を用いて、以下のように有機溶剤や固体材料等の試料中に含まれる微量水分を検出できる。
【００２８】
水を含有する有機溶剤等の試料に蛍光発光性化合物を添加する。蛍光発光性化合物は、上述したように水分子と接触することで、蛍光性の双生イオン構造を形成する。この試料に紫外線を照射することにより、双生イオンの生成量に伴って蛍光を発する。この双生イオンの生成量に伴う蛍光強度の増大を、蛍光強度計等を用いて測定することにより、試料に含まれる微量水分の検出をすることができる。
【００２９】
蛍光発光性化合物は、水１分子に対して蛍光性の双生イオン構造を一個形成し、蛍光を発する。蛍光強度は、双生イオンの生成量に応じて強くなるので、微量な水分量であっても高感度で、且つ、定量的に検出することができる。
【００３０】
更に、蛍光発光性化合物の蛍光発光特性は試料の極性に影響を受けない。このため、極性溶媒等の試料においても含有する水分量を正確に検出することができる。
【００３１】
なお、蛍光発光性化合物は水と接触すると双生イオン構造になるが、この双生イオンは熱を加えることで元の蛍光発光性化合物に戻る。このため、使用した蛍光発光性化合物を試料から分離して取り出すことで再利用することもできる。
【実施例】
【００３２】
（蛍光発光性化合物（４−（Ａｎｔｈｒａｃｅｎ−９−ｙｌｍｅｔｈｙｌ−ｍｅｔｈｙｌ−ａｍｉｎｏ）−ｂｕｔｙｒｉｃ ａｃｉｄ）の合成）
【００３３】
９−（Ｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏｍｅｔｈｙｌ）−ａｎｔｈｒａｃｅｎｅ（２．０ｇ（９．０４ｍｍｏｌ））（シグマアルドリッチジャパン株式会社）を三口フラスコにてアセトニトリル（７０ｍｌ）に溶解させた。
【００３４】
これにＮａＨ（１．４５ｇ（３６．２ｍｍｏｌ））を添加し、室温で１時間撹拌した。
【００３５】
その後、Ｅｔｈｙｌ ４−ｂｒｏｍｏｂｕｔｙｒａｔｅ（８．８１ｇ（４５．２ｍｍｏｌ））（和光純薬工業株式会社）をゆっくり加えながら室温で１時間撹拌した。反応終了後、反応溶液を減圧濃縮して塩化メチレン−水で抽出・洗浄後、減圧下で濃縮した。
【００３６】
得られた濃縮物をカラムクロマトグラフィー（展開溶媒：塩化メチレン：酢酸エチル＝３：１）により分離精製し、４−（Ａｎｔｈｒａｃｅｎ−９−ｙｌｍｅｔｈｙｌ−ｍｅｔｈｙｌ−ａｍｉｎｏ）−ｂｕｔｙｒｉｃ ａｃｉｄ ｅｔｈｙｌ ｅｓｔｅｒ（０．９０ｇ，３０％）を得た。
【００３７】
上記の化学反応式を示す。
【化４】
【００３８】
得られた４−（Ａｎｔｈｒａｃｅｎ−９−ｙｌｍｅｔｈｙｌ−ｍｅｔｈｙｌ−ａｍｉｎｏ）−ｂｕｔｙｒｉｃ ａｃｉｄ ｅｔｈｙｌ ｅｓｔｅｒの測定値を以下に示す。
ＩＲ（ＡＴＲ）：ν＝１７２８，ｃｍ−１；１Ｈ ＮＭＲ（［Ｄ６］Ａｃｅｔｏｎｅ，ＴＭＳ）δ＝１．１２（ｔ，３Ｈ），１．７７−１．８２（ｍ，２Ｈ），２．２０−２．２３（ｍ，５Ｈ），２．５９（ｔ，２Ｈ），３．９２−３．９７（ｍ，２Ｈ），４．４６（ｓ，２Ｈ），７．４７−７．５５（ｍ，４Ｈ），８．０６（ｄ，２Ｈ），８．５４（ｔ，３Ｈ）；ＥＩ（＋）ＭＳｍ／ｚ３３５（Ｍ＋）．
【００３９】
続いて、得られた４−（Ａｎｔｈｒａｃｅｎ−９−ｙｌｍｅｔｈｙｌ−ｍｅｔｈｙｌ−ａｍｉｎｏ）−ｂｕｔｙｒｉｃ ａｃｉｄ ｅｔｈｙｌ ｅｓｔｅｒ（０．７２ｇ（２．１５ｍｍｏｌ））を三口フラスコ中にてエタノール（３０ｍｌ）に溶解させた。
【００４０】
これに、水（５０ｍｌ）にＮａＯＨ（０．４３ｇ（１０．７ｍｍｏｌ））を溶解させたＮａＯＨ水溶液を加え、６０℃で３時間撹拌した。
【００４１】
その後、反応溶液を減圧濃縮して塩化メチレン−１０％塩酸水溶液で抽出・洗浄後、減圧下で濃縮した。
【００４２】
得られた濃縮物を塩化メチレン：ヘキサン＝３：１の混合溶媒を用いて再沈殿を行い、４−（Ａｎｔｈｒａｃｅｎ−９−ｙｌｍｅｔｈｙｌ−ｍｅｔｈｙｌ−ａｍｉｎｏ）−ｂｕｔｙｒｉｃ ａｃｉｄ（０．６４ｇ，９７％）を得た。
【００４３】
上記の化学反応式を以下に示す。
【化５】
【００４４】
得られた４−（Ａｎｔｈｒａｃｅｎ−９−ｙｌｍｅｔｈｙｌ−ｍｅｔｈｙｌ−ａｍｉｎｏ）−ｂｕｔｙｒｉｃ ａｃｉｄの測定値を以下に示す。
ＩＲ（ＡＴＲ）：ν＝１７０６ｃｍ−１；１Ｈ ＮＭＲ（［Ｄ６］Ａｃｅｔｏｎｅ，ＴＭＳ）δ＝１．８４（ｔ，２Ｈ），２．２２−２．２８（ｍ，５Ｈ），２．６８（ｔ，２Ｈ），４．５１（ｓ，２Ｈ），７．４８−７．５７（ｍ，４Ｈ），８．０７（ｄ，２Ｈ），８．５６（ｔ，３Ｈ）；ＥＩ（＋）ＭＳｍ／ｚ３０７（Ｍ＋）．
【００４５】
（水分量の検出）
得られた４−（Ａｎｔｈｒａｃｅｎ−９−ｙｌｍｅｔｈｙｌ−ｍｅｔｈｙｌ−ａｍｉｎｏ）−ｂｕｔｙｒｉｃ ａｃｉｄを用いて、各種溶液の水分量の検出を行った。
【００４６】
４−（Ａｎｔｈｒａｃｅｎ−９−ｙｌｍｅｔｈｙｌ−ｍｅｔｈｙｌ−ａｍｉｎｏ）−ｂｕｔｙｒｉｃ ａｃｉｄを約５×１０−６ｍｏｌ（１．６ｍｇ程度）を、市販の無水溶媒である１，４−ｄｉｏｘａｎｅに溶解させ、５０ｍＬ（１×１０−４ｍｏｌ／Ｌ）の溶液を作った。
【００４７】
作成した溶液にそれぞれ異なる分量の水を入れ、種々の水分量の試料溶液とした。
【００４８】
カールフィッシャー法にて、それぞれの試料溶液（２×１０−５ｍｏｌ／Ｌ）の水分量（ｗｔ％）を測定した。なお、試料溶液の水分量が０〜１ｗｔ％の試料溶液では電量滴定法を、サンプル水分量が５〜８０ｗｔ％の試料溶液では容量滴定法を用いた。
【００４９】
それぞれの水分量の試料溶液について蛍光強度を測定した。その結果を図５に示す。なお、測定条件は以下の通りである。
測定装置：ＨＩＴＡＣＨＩ Ｆ−４５００ 測定条件：励起波長（光照射波長）：３６６ｎｍ スキャンスピード：１２００ｎｍ／ｍｉｎ 励起側スリット：５．０ｎｍ 蛍光側スリット：５．０ｎｍ ホトマル：４００Ｖ レスポンス：０．００４ｓ
【００５０】
そして、カールフィッシャー法にて測定した水分濃度（ｗｔ％）ｖｓ．相対蛍光強度（Ｒｅｌａｔｉｖｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）（Ｉ／Ｉ０）のプロットを行った。なお、相対蛍光強度は、図５において蛍光強度が高かった蛍光極大波長４１７ｎｍの値を用いた。ここで、Ｉ０は初期蛍光強度（最も微量な水分量の試料溶液の蛍光強度）とし、Ｉは各水分濃度での蛍光強度である。
【００５１】
カールフィッシャー法にて測定した水分濃度（ｗｔ％）および相対蛍光強度（Ｉ／Ｉ０）を表１に示す。また、水分濃度と相対蛍光強度との関係を図６に示す。なお、図６はカールフィッシャー法において水分濃度１．２重量％以下についてプロットを行なったものである。
【表１】
【００５２】
図６を見ると、カールフィッシャー法にて測定した水分濃度（ｗｔ％）の増加に対し、相対蛍光強度は直線的に高くなっている。水分濃度と相対蛍光強度は比例関係を示していることから、蛍光発光性化合物を用いることで、水分濃度が１重量％以下と微量な場合でも、精度よく検出できることがわかる。
【００５３】
更に、無水溶媒として極性を有するＴＨＦ（Ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏｆｕｒａｎ）、ａｃｅｔｏｎｉｔｒｉｌｅ、ｅｔｈａｎｏｌを用い、上記の１，４−ｄｉｏｘａｎｅを用いた場合と同様に、カールフィッシャー法による水分濃度の測定、蛍光強度の測定を行なった。そして、相対蛍光強度を求めた。
【００５４】
図７にＴＨＦを用いた場合の蛍光強度、図８にＴＨＦを用いた場合の水分濃度と相対蛍光強度との関係を示す。また、図９にａｃｅｔｏｎｉｔｒｉｌｅを用いた場合の蛍光強度、図１０にａｃｅｔｏｎｉｔｒｉｌｅを用いた場合の水分濃度と相対蛍光強度との関係示す。また、図１１にｅｔｈａｎｏｌを用いた場合の蛍光強度、図１２にｅｔｈａｎｏｌを用いた場合の水分濃度と相対蛍光強度との関係示す。
【００５５】
また、表２にＴＨＦ中の水分濃度と相対蛍光強度との関係を、表３にａｃｅｔｏｎｉｔｒｉｌｅ中の水分濃度と相対蛍光強度との関係を、表４にｅｔｈａｎｏｌ中の水分濃度と相対蛍光強度との関係をそれぞれ示す。
【００５６】
【表２】
【００５７】
【表３】
【００５８】
【表４】
【００５９】
図８，１０，１２を見ると、カールフィッシャー法で測定した水分濃度と相対蛍光強度はそれぞれ大凡比例関係にあることがわかる。蛍光発光性化合物を用いることで、極性を有する溶媒中の微量水分であっても、溶媒の極性に影響を受けることなく、精度よく検出できることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
蛍光発光性化合物は、水分子が介在すると双生イオン構造となり、蛍光を発する。この蛍光を蛍光強度計等で測定することにより、水分量の検出ができる。蛍光発光性化合物は水１分子に対して蛍光性の双生イオン構造を形成し、その双生イオンの生成量に伴って蛍光強度が増大する。そして、蛍光発光性化合物は極性溶媒があっても影響を受けない。このため、極性の有無によらず、有機溶媒等に含有する水分量を高感度に検出することができ、化学薬品や医療品等の品質管理、排管等の水漏れの検出等、種々の分野にて利用可能である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料に含まれる水分を検出する蛍光発光性化合物およびこれを用いた水分検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機溶剤、固体材料、及び、大気中に含まれる微量水分を検出することは、生物工学、工業製品や食品等の品質管理、環境モニタリングなどの自然環境や人間生活の面で非常に重要である。
【０００３】
微量水分を検出すべく、非特許文献１〜３に示すように、蛍光性水センサー色素の開発が行われている。これらの蛍光性水センサー色素を用いた水分検出では、水分子の極性を利用し、水分含有量の増加に伴う試料の極性の増大を蛍光強度の減少によって追跡している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】「Ｏｐｔｉｃａｌ ｓｅｎｓｏｒ ｆｏｒ ｏｎ−ｌｉｎｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｌｖｅｎｔ ｍｉｘｔｕｒｅｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ａ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ ｓｏｌｖｅｎｔ ｐｏｌａｒｉｔｙ ｐｒｏｂｅ」Ｍａｎｆｒｅｄ Ａ．Ｋｅｓｓｌｅｒ，Ｊｕｒｇｅｎ Ｇ．Ｇａｉｌｅｒ，Ｏｔｔｏ Ｓ．Ｗｏｌｆｂｅｉｓ ；Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ Ｂ，３（１９９１）；２６７−２７２
【非特許文献２】「Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｓｅ ｗａｔｅｒ ｓｅｎｓｏｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｏｖａｌｅｎｔ ｉｍｍｏｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｈａｌｃｏｎｅ ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ」Ｃｈｅｎｇ−Ｇａｎｇ Ｎｉｕ，Ａｉ−Ｌｉｎｇ Ｇｕａｎ，Ｇｕａｎｇ−Ｍｉｎｇ Ｚｅｎｇ，Ｙｕｎ−Ｇｕｏ Ｌｉｕ，Ｚｈｏｎｇ−Ｗｕ Ｌｉ ；Ａｎａｌｙｔｉｃａ Ｃｈｉｍｉｃａ Ａｃｔａ ５７７（２００６）；２６４−２７０
【非特許文献３】「Ｆｕｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ｓｅｎｓｏｒ ｆｏｒ ｗａｔｅｒ ｉｎ ｏｒｇａｎｉｃ ｓｏｌｖｅｎｔｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｆｒｏｍ ｃｏｖａｌｅｎｔ ｉｍｍｏｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ４−ｍｏｒｐｈｏｌｉｎｌ−１，８−ｎａｐｈｔｈａｌｉｍｉｄｅ」Ｃｈｅｎｇ−Ｇａｎｇ Ｎｉｕ，Ａｉ−Ｌｉｎｇ Ｇｕａｎ，Ｇｕａｎｇ−Ｍｉｎｇ Ｚｅｎｇ，Ｙｕｎ−Ｇｕｏ Ｌｉｕ，Ｚｈｏｎｇ−Ｗｕ Ｌｉ ；Ａｎａｌ Ｂｉｏａｎａｌ Ｃｈｅｍ（２００７）３８７；１０６７−１０７４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、非特許文献１〜３の蛍光性水センサー色素を用いた水分検出方法では、試料中に含まれる水分以外の極性物質に強く影響を受ける。すなわち、水分以外の極性物質が蛍光物質に付着してしまい、蛍光物質が発する蛍光強度が低下してしまう。このため、微量な水分量を正確に検出することは困難であった。
【０００６】
本発明は、上記事項に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、試料中の極性物質の影響を受けることなく水分検出可能な蛍光発光性化合物及びこれを用いた水分検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る蛍光発光性化合物は、
式１で表されることを特徴とする。
Ｒ２Ｎ−Ａ−Ｂ−Ｒ・・・（式１）
（式中、Ｒは水素、アルキル基、酸性プロトン性官能基または酸性プロトン性官能基を有する基であり、少なくとも１つのＲは酸性プロトン性官能基または酸性プロトン性官能基を有する基、Ａは酸素またはＣＨ２、Ｂは蛍光発光母体を表す。）
【０００８】
また、前記酸性プロトン性官能基はカルボキシル基、スルホン酸基またはリン酸基であることが好ましい。
【０００９】
また、前記酸性プロトン性官能基を有する基はアルキルカルボキシル基、アルキルスルホン酸基またはアルキルリン酸基であることが好ましい。
【００１０】
また、前記蛍光発光母体はアントラセン系骨格、クマリン系骨格またはピレン系骨格であることが好ましい。
【００１１】
本発明に係る水分検出方法は、
上記いずれかに記載の蛍光発光性化合物を試料に添加して紫外線を照射し、
前記蛍光発光性化合物が双生イオン構造となって発する蛍光の強度を測定して、前記試料中の水分量を検出する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る蛍光発光性化合物は、水分子が介在すると双生イオン構造となり、蛍光を発する。この蛍光を蛍光強度計等で測定することにより、水分量の検出ができる。蛍光発光性化合物は水１分子に対して蛍光性の双生イオン構造を形成し、その双生イオンの生成量に伴って蛍光強度が増大する。この蛍光発光性化合物は極性溶媒があっても影響を受けない。このため、極性の有無によらず、有機溶媒等に含有する水分量を高感度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】水が存在しない状況下での蛍光発光性化合物のメカニズムを説明する図である。
【図２】水が存在しない状況下での蛍光発光性化合物のメカニズムを説明する図である。
【図３】水が存在する状況下での蛍光発光性化合物のメカニズムを説明する図である。
【図４】水が存在する状況下での蛍光発光性化合物のメカニズムを説明する図である。
【図５】実施例において、水分を含有する１，４−ｄｉｏｘａｎｅに蛍光発光性化合物を添加した際の蛍光強度を示す。
【図６】実施例において、水分を含有する１，４−ｄｉｏｘａｎｅに蛍光発光性化合物を添加した際の水分濃度と相対蛍光強度との関係を示すグラフである。
【図７】実施例において、水分を含有するＴＨＦに蛍光発光性化合物を添加した際の蛍光強度を示す。
【図８】実施例において、ＴＨＦに蛍光発光性化合物を添加した際の水分濃度と相対蛍光強度との関係を示すグラフである。
【図９】実施例において、水分を含有するａｃｅｔｏｎｉｔｒｉｌｅに蛍光発光性化合物を添加した際の蛍光強度を示す。
【図１０】実施例において、水分を含有するａｃｅｔｏｎｉｔｒｉｌｅに蛍光発光性化合物を添加した際の水分濃度と相対蛍光強度との関係を示すグラフである。
【図１１】実施例において、水分を含有するｅｔｈａｎｏｌに蛍光発光性化合物を添加した際の蛍光強度を示す。
【図１２】実施例において、水分を含有するｅｔｈａｎｏｌに蛍光発光性化合物を添加した際の水分濃度と相対蛍光強度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（蛍光発光性化合物）
本実施の形態に係る蛍光発光性化合物は、式１で表される。
Ｒ２Ｎ−Ａ−Ｂ−Ｒ・・・（式１）
【００１５】
式１中、Ｒは水素、アルキル基、酸性プロトン性官能基、または、酸性プロトン性官能基を有する基である。そして、少なくとも１つのＲは酸性プロトン性官能基、または、酸性プロトン性官能基を有する基である。
【００１６】
所謂酸性プロトン性官能基は水が介在すると解離してプロトンを放出する機能を発揮する。酸性プロトン性官能基としては、上記機能を発揮する官能基であれば特に限定されないが、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基が挙げられる。また、酸性プロトン性官能基を有する基としては、アルキルカルボキシル基、アルキルスルホン酸基、アルキルリン酸基が挙げられる。
【００１７】
式１中、Ａは、−Ｏ−（酸素）或いは−ＣＨ２−である（これらは、以下スペーサーともいう。）。後述するが、アミノ基と蛍光発光母体との間にこれらのスペーサーが導入されていることにより、アミノ基（窒素）の電子が蛍光発光母体に供与される。なお、アミノ基と蛍光発光母体が直接結合している場合では、アミノ基は蛍光発光母体の一部となり、アミノ基（窒素）から蛍光発光母体への電子供与は生じない。
【００１８】
式１中、Ｂは、蛍光発光母体である。蛍光発光母体として、光照射を受けて蛍光を発するものであれば制限されることはなく、例として、−Ｃ１４Ｈ８−等のアントラセン系骨格、−Ｃ９Ｈ４Ｏ２（ＣＨ３Ｏ）２−等のクマリン系骨格または−Ｃ１６Ｈ８−等のピレン系骨格が挙げられる。
【００１９】
上述した蛍光発光性化合物は、水分子が存在しない状況下では、蛍光を発しない。蛍光は、蛍光発光母体に光（紫外線）が照射されて、励起状態になり基底状態に戻る際に発生されるものである。蛍光発光性化合物は水が介在しない状況下では、図１に示すように、光が蛍光発光性化合物に照射されると、電子供与体であるアミノ基（窒素）から蛍光発光母体へ電子が供与される。蛍光発光母体の近くに電子密度の高い電子供与体があると、所謂光誘起電子移動特性（ＰＥＴ：Ｐｈｏｔｏ−ｉｎｄｕｃｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ）が起こるためである。
【００２０】
より詳細に説明すると、図２に示すように、光が蛍光発光性化合物に照射されると、蛍光発光母体が励起されて、ＨＯＭＯ準位の電子がＬＵＭＯ準位に移る。そして、蛍光発光母体にスペーサーを介して結合しているアミノ基（窒素）のＨＯＭＯ準位は、蛍光発光母体のＨＯＭＯ準位よりも高いエネルギー準位にあり、光誘起電子移動特性によって、アミノ基（窒素）のＨＯＭＯ準位の電子は、より低いエネルギー準位にある蛍光発光母体のＨＯＭＯ準位に移ることになる。このアミノ基（窒素）からの電子移動は、蛍光発光母体のＬＵＭＯ準位からＨＯＭＯ準位への電子移動よりも先に起こる。このように、蛍光発光母体のＬＵＭＯ準位からＨＯＭＯ準位への電子移動が阻害されるので、蛍光発光母体は蛍光を発しない。
【００２１】
このように、蛍光発光母体が励起され、ＬＵＭＯ準位に移った電子がＨＯＭＯ準位に戻ることができないので、蛍光発光母体は蛍光を発しない。
【００２２】
一方で、蛍光発光性化合物は、水分子が存在する状況下では、光誘起電子移動特性が起こらず、蛍光を発することになる。図３に示すように、水が存在すると、蛍光発光性化合物のカルボキシル基等の酸性プロトン性官能基は解離して、水素イオンを放出する。この水素イオンは窒素と結合して、双生イオン構造となる。より詳細には、放出された水素イオンは水分子と結合してオキソニウムイオン（Ｈ３Ｏ＋）となり、このオキソニウムイオンがアミノ基の窒素と配位結合することになる。そして、アミノ基（窒素）のＨＯＭＯ準位は低くなる。
【００２３】
この状態で、光が蛍光発光性化合物に照射され、蛍光発光母体が励起されると、図４に示すように、蛍光発光母体のＨＯＭＯ準位からＬＵＭＯ準位に電子が移る。この電子は再度ＨＯＭＯ準位に戻ってくるので、この際に蛍光を発する。
【００２４】
アミノ基（窒素）のＨＯＭＯ準位はオキソニウムイオンとの配位結合によって、蛍光発光母体のＨＯＭＯ準位よりも低くなっているので、アミノ基（窒素）の電子はそれよりもエネルギー準位の高い蛍光発光母体のＨＯＭＯ準位に移ることはなく、ＬＵＭＯ準位に移った電子がＨＯＭＯ準位に戻ることを妨げないからである。
【００２５】
上述した式（１）で表される蛍光発光性化合物を合成できるならば、どのような方法であっても構わないが、一例として以下のようにして合成することができる。
【００２６】
アントラセン系骨格、クマリン系骨格、またはピレン系骨格の蛍光発光母体にスペーサーを介してアミノ基が結合した化合物と、ハロゲンを有するカルボン酸エステル化合物、スルホン酸エステル化合物、またはリン酸エステル化合物とを反応させることで、各種のエステル基を導入した前駆体が得られる。この前駆体を酸及びアルカリで処理することによってエステル基が加水分解され、アミノ基の窒素に酸性プロトン性官能基であるカルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基、または、酸性プロトン性官能基を有する基であるアルキルカルボキシル基、アルキルスルホン酸基、アルキルリン酸基が結合した蛍光発光性化合物が得られる。上記の反応式を下記に例示する。
【化１】
【化２】
【化３】
【００２７】
（水分検出方法）
上述した蛍光発光性化合物を用いて、以下のように有機溶剤や固体材料等の試料中に含まれる微量水分を検出できる。
【００２８】
水を含有する有機溶剤等の試料に蛍光発光性化合物を添加する。蛍光発光性化合物は、上述したように水分子と接触することで、蛍光性の双生イオン構造を形成する。この試料に紫外線を照射することにより、双生イオンの生成量に伴って蛍光を発する。この双生イオンの生成量に伴う蛍光強度の増大を、蛍光強度計等を用いて測定することにより、試料に含まれる微量水分の検出をすることができる。
【００２９】
蛍光発光性化合物は、水１分子に対して蛍光性の双生イオン構造を一個形成し、蛍光を発する。蛍光強度は、双生イオンの生成量に応じて強くなるので、微量な水分量であっても高感度で、且つ、定量的に検出することができる。
【００３０】
更に、蛍光発光性化合物の蛍光発光特性は試料の極性に影響を受けない。このため、極性溶媒等の試料においても含有する水分量を正確に検出することができる。
【００３１】
なお、蛍光発光性化合物は水と接触すると双生イオン構造になるが、この双生イオンは熱を加えることで元の蛍光発光性化合物に戻る。このため、使用した蛍光発光性化合物を試料から分離して取り出すことで再利用することもできる。
【実施例】
【００３２】
（蛍光発光性化合物（４−（Ａｎｔｈｒａｃｅｎ−９−ｙｌｍｅｔｈｙｌ−ｍｅｔｈｙｌ−ａｍｉｎｏ）−ｂｕｔｙｒｉｃ ａｃｉｄ）の合成）
【００３３】
９−（Ｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏｍｅｔｈｙｌ）−ａｎｔｈｒａｃｅｎｅ（２．０ｇ（９．０４ｍｍｏｌ））（シグマアルドリッチジャパン株式会社）を三口フラスコにてアセトニトリル（７０ｍｌ）に溶解させた。
【００３４】
これにＮａＨ（１．４５ｇ（３６．２ｍｍｏｌ））を添加し、室温で１時間撹拌した。
【００３５】
その後、Ｅｔｈｙｌ ４−ｂｒｏｍｏｂｕｔｙｒａｔｅ（８．８１ｇ（４５．２ｍｍｏｌ））（和光純薬工業株式会社）をゆっくり加えながら室温で１時間撹拌した。反応終了後、反応溶液を減圧濃縮して塩化メチレン−水で抽出・洗浄後、減圧下で濃縮した。
【００３６】
得られた濃縮物をカラムクロマトグラフィー（展開溶媒：塩化メチレン：酢酸エチル＝３：１）により分離精製し、４−（Ａｎｔｈｒａｃｅｎ−９−ｙｌｍｅｔｈｙｌ−ｍｅｔｈｙｌ−ａｍｉｎｏ）−ｂｕｔｙｒｉｃ ａｃｉｄ ｅｔｈｙｌ ｅｓｔｅｒ（０．９０ｇ，３０％）を得た。
【００３７】
上記の化学反応式を示す。
【化４】
【００３８】
得られた４−（Ａｎｔｈｒａｃｅｎ−９−ｙｌｍｅｔｈｙｌ−ｍｅｔｈｙｌ−ａｍｉｎｏ）−ｂｕｔｙｒｉｃ ａｃｉｄ ｅｔｈｙｌ ｅｓｔｅｒの測定値を以下に示す。
ＩＲ（ＡＴＲ）：ν＝１７２８，ｃｍ−１；１Ｈ ＮＭＲ（［Ｄ６］Ａｃｅｔｏｎｅ，ＴＭＳ）δ＝１．１２（ｔ，３Ｈ），１．７７−１．８２（ｍ，２Ｈ），２．２０−２．２３（ｍ，５Ｈ），２．５９（ｔ，２Ｈ），３．９２−３．９７（ｍ，２Ｈ），４．４６（ｓ，２Ｈ），７．４７−７．５５（ｍ，４Ｈ），８．０６（ｄ，２Ｈ），８．５４（ｔ，３Ｈ）；ＥＩ（＋）ＭＳｍ／ｚ３３５（Ｍ＋）．
【００３９】
続いて、得られた４−（Ａｎｔｈｒａｃｅｎ−９−ｙｌｍｅｔｈｙｌ−ｍｅｔｈｙｌ−ａｍｉｎｏ）−ｂｕｔｙｒｉｃ ａｃｉｄ ｅｔｈｙｌ ｅｓｔｅｒ（０．７２ｇ（２．１５ｍｍｏｌ））を三口フラスコ中にてエタノール（３０ｍｌ）に溶解させた。
【００４０】
これに、水（５０ｍｌ）にＮａＯＨ（０．４３ｇ（１０．７ｍｍｏｌ））を溶解させたＮａＯＨ水溶液を加え、６０℃で３時間撹拌した。
【００４１】
その後、反応溶液を減圧濃縮して塩化メチレン−１０％塩酸水溶液で抽出・洗浄後、減圧下で濃縮した。
【００４２】
得られた濃縮物を塩化メチレン：ヘキサン＝３：１の混合溶媒を用いて再沈殿を行い、４−（Ａｎｔｈｒａｃｅｎ−９−ｙｌｍｅｔｈｙｌ−ｍｅｔｈｙｌ−ａｍｉｎｏ）−ｂｕｔｙｒｉｃ ａｃｉｄ（０．６４ｇ，９７％）を得た。
【００４３】
上記の化学反応式を以下に示す。
【化５】
【００４４】
得られた４−（Ａｎｔｈｒａｃｅｎ−９−ｙｌｍｅｔｈｙｌ−ｍｅｔｈｙｌ−ａｍｉｎｏ）−ｂｕｔｙｒｉｃ ａｃｉｄの測定値を以下に示す。
ＩＲ（ＡＴＲ）：ν＝１７０６ｃｍ−１；１Ｈ ＮＭＲ（［Ｄ６］Ａｃｅｔｏｎｅ，ＴＭＳ）δ＝１．８４（ｔ，２Ｈ），２．２２−２．２８（ｍ，５Ｈ），２．６８（ｔ，２Ｈ），４．５１（ｓ，２Ｈ），７．４８−７．５７（ｍ，４Ｈ），８．０７（ｄ，２Ｈ），８．５６（ｔ，３Ｈ）；ＥＩ（＋）ＭＳｍ／ｚ３０７（Ｍ＋）．
【００４５】
（水分量の検出）
得られた４−（Ａｎｔｈｒａｃｅｎ−９−ｙｌｍｅｔｈｙｌ−ｍｅｔｈｙｌ−ａｍｉｎｏ）−ｂｕｔｙｒｉｃ ａｃｉｄを用いて、各種溶液の水分量の検出を行った。
【００４６】
４−（Ａｎｔｈｒａｃｅｎ−９−ｙｌｍｅｔｈｙｌ−ｍｅｔｈｙｌ−ａｍｉｎｏ）−ｂｕｔｙｒｉｃ ａｃｉｄを約５×１０−６ｍｏｌ（１．６ｍｇ程度）を、市販の無水溶媒である１，４−ｄｉｏｘａｎｅに溶解させ、５０ｍＬ（１×１０−４ｍｏｌ／Ｌ）の溶液を作った。
【００４７】
作成した溶液にそれぞれ異なる分量の水を入れ、種々の水分量の試料溶液とした。
【００４８】
カールフィッシャー法にて、それぞれの試料溶液（２×１０−５ｍｏｌ／Ｌ）の水分量（ｗｔ％）を測定した。なお、試料溶液の水分量が０〜１ｗｔ％の試料溶液では電量滴定法を、サンプル水分量が５〜８０ｗｔ％の試料溶液では容量滴定法を用いた。
【００４９】
それぞれの水分量の試料溶液について蛍光強度を測定した。その結果を図５に示す。なお、測定条件は以下の通りである。
測定装置：ＨＩＴＡＣＨＩ Ｆ−４５００ 測定条件：励起波長（光照射波長）：３６６ｎｍ スキャンスピード：１２００ｎｍ／ｍｉｎ 励起側スリット：５．０ｎｍ 蛍光側スリット：５．０ｎｍ ホトマル：４００Ｖ レスポンス：０．００４ｓ
【００５０】
そして、カールフィッシャー法にて測定した水分濃度（ｗｔ％）ｖｓ．相対蛍光強度（Ｒｅｌａｔｉｖｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）（Ｉ／Ｉ０）のプロットを行った。なお、相対蛍光強度は、図５において蛍光強度が高かった蛍光極大波長４１７ｎｍの値を用いた。ここで、Ｉ０は初期蛍光強度（最も微量な水分量の試料溶液の蛍光強度）とし、Ｉは各水分濃度での蛍光強度である。
【００５１】
カールフィッシャー法にて測定した水分濃度（ｗｔ％）および相対蛍光強度（Ｉ／Ｉ０）を表１に示す。また、水分濃度と相対蛍光強度との関係を図６に示す。なお、図６はカールフィッシャー法において水分濃度１．２重量％以下についてプロットを行なったものである。
【表１】
【００５２】
図６を見ると、カールフィッシャー法にて測定した水分濃度（ｗｔ％）の増加に対し、相対蛍光強度は直線的に高くなっている。水分濃度と相対蛍光強度は比例関係を示していることから、蛍光発光性化合物を用いることで、水分濃度が１重量％以下と微量な場合でも、精度よく検出できることがわかる。
【００５３】
更に、無水溶媒として極性を有するＴＨＦ（Ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏｆｕｒａｎ）、ａｃｅｔｏｎｉｔｒｉｌｅ、ｅｔｈａｎｏｌを用い、上記の１，４−ｄｉｏｘａｎｅを用いた場合と同様に、カールフィッシャー法による水分濃度の測定、蛍光強度の測定を行なった。そして、相対蛍光強度を求めた。
【００５４】
図７にＴＨＦを用いた場合の蛍光強度、図８にＴＨＦを用いた場合の水分濃度と相対蛍光強度との関係を示す。また、図９にａｃｅｔｏｎｉｔｒｉｌｅを用いた場合の蛍光強度、図１０にａｃｅｔｏｎｉｔｒｉｌｅを用いた場合の水分濃度と相対蛍光強度との関係示す。また、図１１にｅｔｈａｎｏｌを用いた場合の蛍光強度、図１２にｅｔｈａｎｏｌを用いた場合の水分濃度と相対蛍光強度との関係示す。
【００５５】
また、表２にＴＨＦ中の水分濃度と相対蛍光強度との関係を、表３にａｃｅｔｏｎｉｔｒｉｌｅ中の水分濃度と相対蛍光強度との関係を、表４にｅｔｈａｎｏｌ中の水分濃度と相対蛍光強度との関係をそれぞれ示す。
【００５６】
【表２】
【００５７】
【表３】
【００５８】
【表４】
【００５９】
図８，１０，１２を見ると、カールフィッシャー法で測定した水分濃度と相対蛍光強度はそれぞれ大凡比例関係にあることがわかる。蛍光発光性化合物を用いることで、極性を有する溶媒中の微量水分であっても、溶媒の極性に影響を受けることなく、精度よく検出できることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
蛍光発光性化合物は、水分子が介在すると双生イオン構造となり、蛍光を発する。この蛍光を蛍光強度計等で測定することにより、水分量の検出ができる。蛍光発光性化合物は水１分子に対して蛍光性の双生イオン構造を形成し、その双生イオンの生成量に伴って蛍光強度が増大する。そして、蛍光発光性化合物は極性溶媒があっても影響を受けない。このため、極性の有無によらず、有機溶媒等に含有する水分量を高感度に検出することができ、化学薬品や医療品等の品質管理、排管等の水漏れの検出等、種々の分野にて利用可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
式１で表される蛍光発光性化合物。
Ｒ２Ｎ−Ａ−Ｂ−Ｒ・・・（式１）
（式中、Ｒは水素、アルキル基、酸性プロトン性官能基または酸性プロトン性官能基を有する基であり、少なくとも１つのＲは酸性プロトン性官能基または酸性プロトン性官能基を有する基、Ａは酸素またはＣＨ２、Ｂは蛍光発光母体を表す。）
【請求項２】
前記酸性プロトン性官能基はカルボキシル基、スルホン酸基またはリン酸基であることを特徴とする請求項１に記載の蛍光発光性化合物。
【請求項３】
前記酸性プロトン性官能基を有する基はアルキルカルボキシル基、アルキルスルホン酸基またはアルキルリン酸基であることを特徴とする請求項１又は２に記載の蛍光発光性化合物。
【請求項４】
前記蛍光発光母体はアントラセン系骨格、クマリン系骨格またはピレン系骨格であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の蛍光発光性化合物。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の蛍光発光性化合物を試料に添加して紫外線を照射し、
前記蛍光発光性化合物が双生イオン構造となって発する蛍光の強度を測定して、前記試料中の水分量を検出する、ことを特徴とする水分検出方法。
【請求項１】
式１で表される蛍光発光性化合物。
Ｒ２Ｎ−Ａ−Ｂ−Ｒ・・・（式１）
（式中、Ｒは水素、アルキル基、酸性プロトン性官能基または酸性プロトン性官能基を有する基であり、少なくとも１つのＲは酸性プロトン性官能基または酸性プロトン性官能基を有する基、Ａは酸素またはＣＨ２、Ｂは蛍光発光母体を表す。）
【請求項２】
前記酸性プロトン性官能基はカルボキシル基、スルホン酸基またはリン酸基であることを特徴とする請求項１に記載の蛍光発光性化合物。
【請求項３】
前記酸性プロトン性官能基を有する基はアルキルカルボキシル基、アルキルスルホン酸基またはアルキルリン酸基であることを特徴とする請求項１又は２に記載の蛍光発光性化合物。
【請求項４】
前記蛍光発光母体はアントラセン系骨格、クマリン系骨格またはピレン系骨格であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の蛍光発光性化合物。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の蛍光発光性化合物を試料に添加して紫外線を照射し、
前記蛍光発光性化合物が双生イオン構造となって発する蛍光の強度を測定して、前記試料中の水分量を検出する、ことを特徴とする水分検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−９５１１１（Ｐ２０１１−９５１１１Ａ）
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２４９４８５（Ｐ２００９−２４９４８５）
【出願日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【出願人】（５０４１３６５６８）国立大学法人広島大学 (924)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【出願人】（５０４１３６５６８）国立大学法人広島大学 (924)
【Ｆターム（参考）】
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