特許 7558229 尿素を検出する方法および装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-19

(45)【発行日】2024-09-30

(54)【発明の名称】尿素を検出する方法および装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 31/00 20060101AFI20240920BHJP

   G01N 30/88 20060101ALI20240920BHJP

   G01N 31/22 20060101ALI20240920BHJP

   G01N 33/18 20060101ALN20240920BHJP

【ＦＩ】

G01N31/00 V

G01N30/88 C

G01N31/22 122

G01N33/18 B

【請求項の数】 6

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022140081

(22)【出願日】2022-09-02

(65)【公開番号】P2023036565

(43)【公開日】2023-03-14

【審査請求日】2022-12-19

(31)【優先権主張番号】63/240,087

(32)【優先日】2021-09-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390023582

【氏名又は名称】財團法人工業技術研究院

【氏名又は名称原語表記】ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．１９５，Ｓｅｃ．４，ＣｈｕｎｇＨｓｉｎｇＲｄ．，Ｃｈｕｔｕｎｇ，Ｈｓｉｎｃｈｕ，Ｔａｉｗａｎ ３１０４０

(74)【代理人】

【識別番号】110001494

【氏名又は名称】前田・鈴木国際特許弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】胡傑筆

(72)【発明者】

【氏名】▲黄▼靜萍

(72)【発明者】

【氏名】葉▲バイ▼華

【審査官】三木 隆

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１０３９５４７２２（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１３２１９０８９（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１９１１００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１４４０６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２１／１０６２６７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００８－２９２４４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１８４４３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１７９５４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１９１０９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－１９２１５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－３４４３７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－３３８０９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０２９２８５３０（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０２３５３７２８（ＣＮ，Ａ）

【文献】Clark, Shona，Determination of urea using high-performance liquid chromatography with fluorescence detection after automated derivatisation with xanthydrol，Journal of Chromatography A，2007年06月02日，Vol.1161 No.(1-2)，Page.207-213

【文献】Du, Guang-yu，Determination of urea content in swimming pool based on high performance liquid chromatography，Zhongguo Weisheng Gongchengxue [ISSN: 1671-4199]，2015年10月，Vol.14 No.5，Page.478-479

【文献】Zeng Qi，Determination of urea in canned foods by high performance liquid chromatography-fluorescence detection coupled with precolumn derivatization，Se pu = Chinese journal of chromatography [ISSN: 1000-8713]，2015年01月，Vol.33,No.1，Page.80-83

【文献】Wang, Ruoyan，SIMULTANEOUS DETECTION OF ETHYL CARBAMATE AND UREA IN CHINESE YELLOW RICE WINE BY HPLC-FLD，Journal of Liquid Chromatography & Related Technologies，2013年10月16日，Vol.37 No.1，Page.39-47

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ３１／００

Ｇ０１Ｎ ３０／８８

Ｇ０１Ｎ ３１／２２

Ｇ０１Ｎ ３３／１８

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＣＡｐｌｕｓ／ＲＥＧＩＳＴＲＹ（ＳＴＮ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

供給ユニットと、
前記供給ユニットと接続して、誘導体化試薬とサンプルが前記供給ユニットから導入される反応ユニットであって、前記誘導体化試薬が前記反応ユニット中で前記サンプルと反応して混合物が得られ、かつ前記サンプル中の尿素と前記誘導体化試薬とが一定の反応時間内に誘導体化生成物を形成するようになっている、反応ユニットと、
前記反応ユニットと接続して、前記混合物が導入される体積制御ユニットと、
前記体積制御ユニットと接続して、前記体積制御ユニットにより固定容量の前記混合物が導入され、前記混合物中の前記誘導体化生成物を分離する分離ユニットと、
前記分離ユニットと接続し、分離された前記誘導体化生成物の含量を分析すると共に、前記サンプル中の尿素の濃度を算出するのに用いられる分析ユニットと、
前記サンプル中の尿素と前記誘導体化試薬とが確実に前記反応時間内に完全に反応して前記誘導体化生成物を形成するようになっている反応制御エレメントを含む尿素検出装置であって、
前記誘導体化試薬が、化合物と酸性有機溶液とが反応した後に得られる生成物を含み、前記化合物が９－ヒドロキシキサンテン（ｘａｎｔｈｙｄｒｏｌ）、ジアセチルモノオキシム（ｄｉａｃｅｔｙｌ ｍｏｎｏｘｉｍｅ）、またはこれらの組み合わせであり、
前記誘導体化試薬の濃度が０．０２ｗｔ％から０．２ｗｔ％であり、
前記反応制御エレメントは乱流器であって、
前記乱流器は反応コイルであり、
前記反応コイルの内径は０．７５から１．２ミリメートル（ｍｍ）であり、前記反応コイルの長さは約９４～２００センチメートル（ｃｍ）である、尿素検出装置。

【請求項2】

前記供給ユニットが混合エレメントを含み、化合物と酸性有機溶液とが前記混合エレメント中で前記誘導体化試薬を形成する、請求項１に記載の尿素検出装置。

【請求項3】

前記反応制御エレメントが温度コントローラを含み、前記誘導体化試薬と前記サンプルとを４０℃以下で反応させる、請求項１に記載の尿素検出装置。

【請求項4】

前記分離ユニットが少なくとも２つのクロマトグラフィー用カラムを含み、かつ前記少なくとも２つのクロマトグラフィー用カラムが前記分離ユニット内に並列接続の方式で設置され、前記体積制御ユニットが、固定容量の前記混合物を各クロマトグラフィー用カラムに順次導入する、請求項１に記載の尿素検出装置。

【請求項5】

前記体積制御ユニットが多方弁を含む、請求項４に記載の尿素検出装置。

【請求項6】

請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の尿素検出装置を用いて行う尿素検出方法であって、
前記誘導体化試薬と前記サンプルとを前記反応ユニットで反応させて前記混合物を得るステップであって、前記サンプル中の尿素と前記誘導体化試薬とが前記反応時間内に前記誘導体化生成物を形成するように制御される、ステップと、
前記混合物を前記体積制御ユニットに導入して、固定容量の前記混合物を前記分離ユニットに導入するステップと、
前記分離ユニットが、前記誘導体化生成物を前記混合物から分離するステップと、
前記分析ユニットが、分離された前記誘導体化生成物の含量を分析して、前記サンプル中の尿素の濃度を決定するステップと、
を含む尿素検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、尿素を検出する方法および装置に関する。

【背景技術】

【0002】

環境の変化により水不足が生じるリスクが日増しに高まっており、産業界や各国政府は、工業用水として使用するための新たな水源または再生水の積極的な確保に取り組んでいる。ウェハ製造工程におけるＤＵＶ液浸リソグラフィプロセスは、超純水を介して光源の光を集める。超純水の水質、例えば有機不純物（例として尿素）は現像プロセスに影響を及ぼして、Ｔ－トッピング（Ｔ－ｔｏｐｐｉｎｇ）が生じてしまい、製品の線幅が影響を受ける。よって、ウェハの歩留まりを確保するべく、ウェハ製造工程で使用する超純水の水質中における微量の尿素含量を制御する必要がある。

【0003】

水中における微量の尿素の検出方式は、液体クロマトグラフ質量分析計（ＬＣ－ＭＳ／ＭＳ）で分析および確認を行うものとすることができるが、前述した検出方法は、人の手で試料を採取し、実験室に持ち帰って検出を行なわなければならず、現場におけるオンライン検出には適用できない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】米国特許出願第２０２００３５５５８６号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

関連文献では、ジアセチルモノオキシムを用いる尿素検出を提示しているが、かかる方法は５０℃以上、１５０℃以下の環境下で行う必要があり、かつジアセチルモノオキシムは尿素と似た構造を有する化合物と反応しやすいため、尿素の定量分析において誤判定を引き起こし易い。また、関連文献では、９－ヒドロキシキサンテン（ｘａｎｔｈｙｄｒｏｌ）を用いて酸性環境下で尿素と反応させ、定量分析を行うことも提示されている。しかしながら、単に９－ヒドロキシキサンテンを用いて尿素と反応させる場合、反応時間は比較的長く、かつ検出の感度があまり良くないため、オンラインのリアルタイム検出の開発が制限され、かつ半導体産業における検出のニーズを満たすことはできない。

【0006】

よって目下、微量の尿素のオンライン検出における化学試薬の応用のボトルネックを克服する新規な装置および方法が求められている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示は尿素検出方法を提供する。前記尿素検出方法は以下のステップを含む。誘導体化試薬をサンプルと反応させて混合物を得る。前記サンプル中の尿素と前記誘導体化試薬は、一定の反応時間内に誘導体化生成物を形成するように制御される。前記誘導体化生成物を前記混合物から分離し、そして、分離された誘導体化生成物の含量を分析して、前記サンプル中の尿素の濃度を決定する。

【0008】

本開示の実施形態によれば、本開示は尿素検出装置を提供する。前記尿素検出装置は、供給ユニット、反応ユニット、体積制御ユニット、分離ユニット、および分析ユニットを含む。前記供給ユニットと前記反応ユニットとは接続し、誘導体化試薬とサンプルを前記供給ユニットから前記反応ユニットに導入するようになっている。前記誘導体化試薬が前記反応ユニット中で前記サンプルと反応して混合物が得られ、かつ前記サンプル中の尿素と前記誘導体化試薬とは一定の反応時間内に誘導体化生成物を形成する。前記体積制御ユニットと前記反応ユニットとは接続し、混合物を前記体積制御ユニットに導入するようになっている。前記分離ユニットと前記体積制御ユニットとは接続し、前記体積制御ユニットが固定容量の前記混合物を前記分離ユニットに導入し、そして前記混合物中の前記誘導体化生成物が分離ユニットで分離されるようになっている。前記分析ユニットと前記分離ユニットとは接続し、分離された誘導体化生成物の含量を分析すると共に、前記サンプル中の尿素の濃度を算出するのに用いられる。

【0009】

本開示のいくつかの実施形態により、本開示は、上記尿素検出装置を使用して行う尿素検出方法を提供する。前記尿素検出方法は以下のステップを含む。誘導体化試薬をサンプルと前記反応ユニット中で反応させて前記混合物を得る。前記サンプル中の尿素と前記誘導体化試薬は、前記反応時間内に誘導体化生成物を形成するように制御される。混合物を前記体積制御ユニットに導入し、固定容量の前記混合物を前記分離ユニットに導入する。前記分離ユニットが前記誘導体化生成物を前記混合物から分離し、そして前記分析ユニットが分離された誘導体化生成物の含量を分析し、前記サンプル中の尿素の濃度が決定される。

【発明の効果】

【0010】

本開示は尿素検出方法および装置を提供する。本開示に係る尿素検出方法は、誘導体化試薬とサンプル中の尿素とが反応して誘導体化生成物を形成し、さらに誘導体化生成物を分離することで、高精度の定性および定量検出を行うことができる。本開示に係る尿素検出装置は、反応制御エレメント（例えばマイクロリアクター、ブレンダーまたは乱流器）を有する反応ユニットに導入することにより、サンプルおよび誘導体化試薬が、リアルタイムかつ安定に誘導体化生成物を生成することができる。また、本開示に係る尿素検出装置は、分離ユニット（例えばクロマトグラフィー用カラム）および分析ユニット（例えば、質量分析計または光学検出システム）を利用して、従来の統尿素検出システムが複雑な水質（例えば都市汚水、放流水、流入水、井戸水、地下水）には適用不可能という技術的問題を克服し、かつ検出感度を改善することができる（水中尿素検出の適用可能範囲は０から３００ｐｐｂ）。さらに、本開示に係る尿素検出装置の分離ユニットは、複数のクロマトグラフィー用カラム（互いに並列接続する方式で前記分離ユニット内に設置される）を含み得るため、体積制御ユニットと組み合わせることで、誘導体化生成物に対しシリアル分析（ｓｅｒｉａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ）を行うという技術的目的が達成される。また、分離ユニットが複数のクロマトグラフィー用カラムを有する場合、それら複数のクロマトグラフィー用カラムは交換して使用することができる。

【0011】

詳細な説明を以下の実施形態において行う。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本開示の実施形態に係る尿素検出方法１０のステップフロー図である。

【図2】異なる濃度の９－ヒドロキシキサンテンにおける誘導体化試薬の反応性の強度を示している。

【図3】本開示の実施形態に係る尿素検出装置１００の概略図である

【図4】本開示の他の実施形態に係る尿素検出装置１００の概略図である。

【図5】本開示の別の実施形態に係る尿素検出方法２００のステップフロー図である。

【図6】異なる時点で実施例３および比較例１の尿素検出方法により測定された誘導体化生成物の強度を示している。

【発明を実施するための形態】

【0013】

尿素検出方法および装置について、以下の実施形態において詳細に説明する。以下の詳細な記載では、説明の目的で、本開示がより十分に理解されるよう、多数の特定の詳細および実施形態が示される。以下の詳細な説明において記載される特定の構成要素および構成は、本開示の説明を明確にするために示される。しかしながら、ここに示される例示的な実施形態は、説明の目的で用いられるに過ぎず、それら例示的な実施形態に限定されることなく本発明概念は様々な形で具体化され得るということは、明らかであろう。本明細書中で使用される場合、量に関する用語における「約」という語は、当業者にとって通常かつ妥当な量を増やす、または減らすことを指す。

【0014】

図１は、本開示の一実施形態に係る尿素検出方法１０のステップフロー図である。

【0015】

本開示に係る尿素検出方法１０は以下のステップを含む。先ず、誘導体化試薬（ｄｅｒｉｖａｔｉｚａｔｉｏｎ ｒｅａｇｅｎｔ）をサンプルと反応させて混合物を得る。このうち、前記サンプル中の尿素と前記誘導体化試薬は一定の反応時間内に誘導体化生成物を形成するように制御されている（ステップ１２）。次いで、前記誘導体化生成物を前記混合物から分離する（ステップ１４）。次いで、分離された誘導体化生成物の含量を分析して、前記サンプル中の尿素の濃度を決定する（ステップ１６）。

【0016】

本開示の実施形態によれば、前記誘導体化試薬は、化合物と酸性有機溶液とを反応させた後に得られた生成物を含み得る。本開示の実施形態によれば、前記化合物は９－ヒドロキシキサンテン（ｘａｎｔｈｙｄｒｏｌ）、ジアセチルモノオキシム（ｄｉａｃｅｔｙｌ ｍｏｎｏｘｉｍｅ）、またはこれらの組み合わせであってよい。本開示の実施形態によれば、前記酸性有機溶液は、塩酸有機溶液、硝酸有機溶液、硫酸有機溶液、トリフルオロ酢酸有機溶液、またはこれらの組み合わせであってよい。本開示の実施形態によれば、前記酸性有機溶液の濃度は約０．０５Ｍから６Ｍであってよく、酸性有機溶液を調製するのに用いる有機溶媒は、各種異なる形式のアルコール類であってよい。

【0017】

本開示の実施形態によれば、前記誘導体化試薬の濃度（つまり、前記化合物の誘導体化試薬における濃度）は、約０．０２ｗｔ％から０．２ｗｔ％、例えば約０．０３ｗｔ％、０．０５ｗｔ％、０．０８ｗｔ％、０．１ｗｔ％、または０．１５ｗｔ％であり得る。誘導体化試薬濃度が低すぎると、尿素検出方法の感度が低下する（誘導体化試薬と尿素との反応性が低下する）。誘導体化試薬の濃度が高すぎると、誘導体化試薬の保存が難しくなってしまう（結晶が析出する)。

【0018】

本開示の実施形態によれば、前記誘導体化試薬は混合物を含んでいてよく、前記混合物は、９－ヒドロキシキサンテン（ｘａｎｔｈｙｄｒｏｌ）と酸性有機溶液と混合し、酸性化反応を進行させて得られるものである。９－ヒドロキシキサンテン（ｘａｎｔｈｙｄｒｏｌ）有機溶液の総重量に対し、９－ヒドロキシキサンテン（ｘａｎｔｈｙｄｒｏｌ）の添加量は約０．０２ｗｔ％から０．２ｗｔ％であってよい。

【0019】

図２は、異なる濃度の９－ヒドロキシキサンテンにおける誘導体化試薬の反応性の強度を示している（使用したサンプルの尿素濃度は５ｐｐｂ）。９－ヒドロキシキサンテンの濃度が低すぎると、尿素検出方法の感度が低下する（誘導体化試薬と尿素との反応性が低下する）。９－ヒドロキシキサンテンの濃度が高すぎると、誘導体化試薬の保存が難しくなってしまう（結晶が析出する）。上述した９－ヒドロキシキサンテン（ｘａｎｔｈｙｄｒｏｌ）の酸性化反応は以下のとおりである。

【0020】

【化1】

【0021】

また、尿素と前記誘導体化試薬とが誘導体化生成物を形成する反応は以下のとおりである。

【0022】

【化2】

【0023】

本開示の実施形態によれば、本開示に係る尿素検出方法１０は、ステップ１２において、誘導体化試薬とサンプルとの反応をさらに最適化することができ（例えば反応温度を高める、乱流設計を追加する、リアクターの数を増やす等）、これにより誘導体化試薬の使用量の低減および反応時間の短縮の目的が達成される。こうすることで、前記サンプル中の尿素と前記誘導体化試薬とが前記反応時間内に誘導体化生成物を形成するように制御されて、誘導体化生成物を迅速かつ安定に形成する、および副産物の生成を抑えるという目的が達成され、本開示に係る尿素検出方法がオンラインサンプルのリアルタイム尿素含量検出に適用可能となる。本開示の実施形態によれば、誘導体化試薬とサンプルとは室温下で反応を進行することができる。また、本開示の実施形態によれば、誘導体化試薬とサンプルとを約２５℃から４０℃（例えば約３０℃、３５℃）に制御することができる。

【0024】

本開示の実施形態によれば、前記反応時間は、８秒から６０秒（例えば１０秒、１５秒、２０秒、２５秒、３０秒、３５秒、４０秒、４５秒、５０秒、または５５秒）に制御することができる。反応時間が短すぎると、尿素検出方法の感度が低下し、かつ副産物が析出しやすくなってしまう（管路が詰まる）。反応時間が長すぎると、尿素検出方法の全所要時間が長くなってしまう。本開示の実施形態によれば、本開示に係る尿素検出方法は、感度が高く（サンプルの尿素濃度が５ｐｐｂ未満であり得る）、かつ適用範囲が広い（検出尿素含量０から３００ｐｐｂのサンプルに使用可能）。

【0025】

本開示の実施形態によれば、前記誘導体化生成物を前記混合物から分離する方法は液体クロマトグラフィーであってよい。本開示の実施形態によれば、分離された誘導体化生成物の含量を分析する方法は、蛍光信号、分子量、または紫外線吸収信号により測定することができる。本開示の実施形態によれば、尿素濃度が既知のサンプルをあらかじめ調製しておいて、それを標準物質とし（誘導体化試薬と反応して、含量の異なる誘導体化生成物を生成する）、検量線を作成してから、測定された信号強度を照合し、前記サンプル中の尿素の濃度を算出することができる。

【0026】

本開示の実施形態によれば、本開示は尿素検出装置も提供する。図３は、本開示の実施形態に係る尿素検出装置１００の概略図である。

【0027】

図３に示されるように、前記尿素検出装置１００は、供給ユニット１１０、反応ユニット１２０、体積制御ユニット１３０、分離ユニット１４０、および分析ユニット１５０を含んでいてよい。本開示の実施形態によれば、前記供給ユニット１１０と前記反応ユニット１２０とは接続し、誘導体化試薬とサンプルを前記供給ユニット１１０から前記反応ユニット１２０に導入するようになっており、前記誘導体化試薬は前記反応ユニット１２０中で前記サンプルと反応して混合物が得られると共に、前記サンプル中の尿素と前記誘導体化試薬とが一定の反応時間内に誘導体化生成物を形成する。前記体積制御ユニット１３０と前記反応ユニット１２０とは接続し、混合物を前記体積制御ユニット１３０に導入するようになっている。前記分離ユニット１４０と前記体積制御ユニット１３０とは接続している。前記体積制御ユニット１３０は、固定容量の前記混合物を前記分離ユニット１４０に導入することができる。前記混合物中の前記誘導体化生成物は前記分離ユニット１４０により分離され得る。前記分析ユニット１５０と前記分離ユニット１４０とは接続し、分離された誘導体化生成物の含量を分析すると共に、前記サンプル中の尿素の濃度を算出するのに用いられる。

【0028】

本開示の実施形態によれば、前記分離ユニット１４０は、少なくとも１つのクロマトグラフィー用カラム（図示せず）および溶離液供給ユニット（図示せず）を含む。また、本開示の実施形態によれば、前記分離ユニット１４０は、複数（例えば少なくとも２つ）のクロマトグラフィー用カラムを含んでいてよく、かつそれら少なくとも複数のクロマトグラフィー用カラムは前記分離ユニット内に並列接続の方式で設置される。このようであると、前記体積制御ユニット１３０は、固定容量の前記混合物を各クロマトグラフィー用カラムに順次導入して、誘導体化生成物に対しシリアル分析（ｓｅｒｉａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ）を行うという技術的な目的が達成され得る。

【0029】

本開示の実施形態によれば、分離ユニットが複数のクロマトグラフィー用カラムを有する場合、前記複数のクロマトグラフィー用カラムは交換して使用することもできる。例えば、分離ユニットが第１のクロマトグラフィー用カラムおよび第２のクロマトグラフィー用カラムを有する場合、第１のクロマトグラフィー用カラムを用いて誘導体化生成物の分離を行っている際、同時に第２のクロマトグラフィー用カラムを洗浄することができる。

【0030】

本開示の実施形態によれば、前記体積制御ユニット１３０は多方弁（例えば六方弁、または十方弁）を含み、前記多方弁は前記反応ユニット１２０と分離ユニット１４０との連通を制御（固定容量の混合物をクロマトグラフィー用カラム中に導入するため）、または前記溶離液供給ユニットとクロマトグラフィー用カラムとの連通を制御（溶離液をクロマトグラフィー用カラム中に導入し、混合物に対してクロマトグラフィーを行うため）することができる。本開示の実施形態によれば、前記分析ユニット１５０は、蛍光分光計、質量分析計、または可視・紫外分光光度計を含み得る。

【0031】

本開示の実施形態によれば、前記分析ユニット１５０は照合エレメント（図示せず）を含み、測定されたサンプルの信号強度を標準物質の検量線と照合し、前記サンプル中の尿素の濃度を算出するようになっていてよい。本開示の実施形態によれば、本開示に係る溶離液は、高極性溶媒、例えば水、アルコール類等の組み合わせであり得る。

【0032】

図４は、本開示のその他の実施形態に係る尿素検出装置１００の概略図である。

【0033】

図４に示されるように、混合エレメント１１５が前記供給ユニット１１０中にさらに設置されてよく、化合物と酸性有機溶液とが前記混合エレメント１１５中で前記誘導体化試薬を形成する。また、反応制御エレメント１２５が前記反応ユニット１２０中にさらに設置されてよい。前記反応制御エレメント１２５により、誘導体化試薬とサンプルとの反応をさらに最適化して（例えば、反応温度を高める、乱流設計を追加する、リアクターの数を増やす等）、サンプル中の尿素と誘導体化試薬とが確実に前記反応時間内に完全に反応して前記誘導体化生成物を形成するようにすることができる。本開示の実施形態によれば、前記した追加の乱流設計は反応コイルであってよく、前記反応コイルは一定の内径および長さを有し、内径は０．７５から１．２ミリメートル（ｍｍ）、長さは約９４～２００センチメートル（ｃｍ）である。前記反応コイルは、反応時間を延長し、乱流を増加して反応を十分に混合させることができる。

【0034】

本開示の実施形態によれば、前記反応制御エレメント１２５は、マイクロリアクター、ブレンダー、乱流器（例えば、Ｙ型コネクタもしくはＴ型コネクタ）、温度コントローラ、またはこれらの組み合わせを含んでいてよい。本開示の実施形態によれば、前記温度コントローラは、誘導体化試薬とサンプルとを室温または２５℃から４０℃で反応させることができる。

【0035】

本開示のいくつかの実施形態によれば、本開示は、図５に示されるような、本開示に係る尿素検出装置を用いて行う尿素検出方法２００も提供する。前記尿素検出方法は以下のステップを含む。先ず、誘導体化試薬およびサンプルを前記供給ユニット１１０から前記反応ユニット１２０内に導入する（ステップ２０２）。次いで、誘導体化試薬とサンプルとを前記反応ユニット１２０で反応させて前記混合物を得る。前記サンプル中の尿素と前記誘導体化試薬は、前記反応時間内に誘導体化生成物を形成するように制御される（ステップ２０４）。次いで、混合物を前記体積制御ユニット１３０に導入して、固定容量の前記混合物を前記分離ユニット１４０に導入する（ステップ２０６）。次いで、前記分離ユニット１４０が前記誘導体化生成物を前記混合物から分離する（ステップ２０８）。次いで、前記分析ユニット１５０が、分離された誘導体化生成物の含量を分析し、前記サンプル中の尿素の濃度が決定される（ステップ２１０）。

【0036】

本開示の実施形態によれば、化合物と酸性有機溶液とは混合エレメント１１５中で前記誘導体化試薬を形成することができる。本開示の実施形態によれば、本開示に係る尿素検出方法２００は、ステップ２０２において、誘導体化試薬とサンプルとの反応を、反応制御エレメント１２５を用い最適化して（例えば反応温度を高める、乱流設計を追加する、リアクターの数を増やす等）、誘導体化試薬の使用量の低減および反応時間の短縮という目的を達成することができる。こうすることで、前記サンプル中の尿素と前記誘導体化試薬とが、前記反応時間内に誘導体化生成物を形成するように制御されて、誘導体化生成物の迅速かつ安定な形成、および副産物生成の低減という目的が達成され、本開示に係る尿素検出方法がオンラインサンプルのリアルタイム尿素含量検出に適用可能となる。

【0037】

本開示の実施形態によれば、分離ユニット１４０を用いて前記誘導体化生成物を前記混合物から分離する方法は、液体クロマトグラフィーであってよい。本開示の実施形態によれば、分離された誘導体化生成物の量は、分析ユニット１５０により、蛍光信号、分子量、または紫外線吸収信号を用いて測定することができる。

【0038】

以下に、当該分野において通常の知識を有する者が容易に理解できるよう、例示的な実施形態を詳細に記載する。本発明概念は、ここに示される例示的な実施形態に限定されることなく、様々な形で具体化され得る。

【実施例】

【0039】

実施例１
供給ユニットの混合エレメント中で９－ヒドロキシキサンテンと塩酸有機溶液（０．３Ｍ、メタノールに溶解）とを反応させ、誘導体化試薬を調製した（濃度０．１５ｗｔ％）。次いで、供給ユニットより誘導体化試薬および標準物質（尿素濃度５ｐｐｂ）を反応ユニットに導入した。前記誘導体化試薬の流速を１６μＬ／ｓ、前記標準物質の流速を１６μＬ／ｓとした。次いで、誘導体化試薬と標準物質とを反応ユニットで反応させ（反応温度は３５℃に制御）、混合物を得ると共に、反応ユニット内の反応制御エレメントにより誘導体化試薬と標準物質との反応時間を制御した。ここで、誘導体化試薬と標準物質との反応時間は５８．３秒に制御された。次いで、体積制御ユニットにより混合物を分離ユニットの第１のクロマトグラフィー用カラムおよび第２のクロマトグラフィー用カラム中に導入して分離を行い、誘導体化生成物を得た。最後に、得られた誘導体化生成物を分析ユニット中の蛍光分光計に導いて測定を進行し、照合後に尿素の濃度を算出した。実験を１０回繰り返した後、反応時間５８．３秒下での相対標準偏差を得た。結果は表１に示されるとおりである。

【0040】

実施例２
供給ユニットの混合エレメント中で９－ヒドロキシキサンテンと塩酸有機溶液（０．３Ｍ、メタノールに溶解）とを反応させ、誘導体化試薬を調製した（濃度０．１５ｗｔ％）。次いで、供給ユニットより誘導体化試薬および標準物質（尿素濃度５ｐｐｂ）を反応ユニットに導入した。前記誘導体化試薬の流速を１６μＬ／ｓ、前記標準物質の流速を１６μＬ／ｓとした。次いで、誘導体化試薬と標準物質とを反応ユニットで反応させ（反応温度は３５℃に制御）、混合物を得ると共に、反応ユニット内の反応制御エレメントにより誘導体化試薬と標準物質との反応時間を制御した。ここで、誘導体化試薬と標準物質との反応時間は３４．１秒に制御された。次いで、体積制御ユニットにより混合物を分離ユニットの第１のクロマトグラフィー用カラムおよび第２のクロマトグラフィー用カラム中に導入して分離を行い、誘導体化生成物を得た。最後に、得られた誘導体化生成物を分析ユニット中の蛍光分光計に導いて測定を進行し、照合後に尿素の濃度を算出した。実験を１０回繰り返した後、反応時間３４．１秒下での相対標準偏差を得た。結果は表１に示されるとおりである。

【0041】

実施例３
供給ユニットの混合エレメント中で９－ヒドロキシキサンテンと塩酸有機溶液（０．３Ｍ、メタノールに溶解）とを反応させ、誘導体化試薬を調製した（濃度０．１５ｗｔ％）。次いで、供給ユニットより誘導体化試薬および標準物質（尿素濃度５ｐｐｂ）を反応ユニットに導入した。前記誘導体化試薬の流速を１６μＬ／ｓ、前記標準物質の流速を１６μＬ／ｓとした。次いで、誘導体化試薬と標準物質とを反応ユニットで反応させ（反応温度は３５℃に制御）、混合物を得ると共に、反応ユニット内の反応制御エレメントにより誘導体化試薬と標準物質との反応時間を制御した。ここで、誘導体化試薬と標準物質との反応時間は２６．６秒に制御された。次いで、体積制御ユニットにより混合物を分離ユニットの第１のクロマトグラフィー用カラムおよび第２のクロマトグラフィー用カラム中に導入して分離を行い、誘導体化生成物を得た。最後に、得られた誘導体化生成物を分析ユニット中の蛍光分光計に導いて測定を進行し、照合後に尿素の濃度を算出した。実験を１０回繰り返した後、反応時間２６．６秒下での相対標準偏差を得た。結果は表１に示されるとおりである。

【0042】

実施例４
供給ユニットの混合エレメント中で９－ヒドロキシキサンテンと塩酸有機溶液（０．３Ｍ、メタノールに溶解）とを反応させ、誘導体化試薬を調製した（濃度０．１５ｗｔ％）。次いで、供給ユニットより誘導体化試薬および標準物質（尿素濃度５ｐｐｂ）を反応ユニットに導入した。前記誘導体化試薬の流速を１６μＬ／ｓ、前記標準物質の流速を１６μＬ／ｓとした。次いで、誘導体化試薬と標準物質とを反応ユニットで反応させ（反応温度は３５℃に制御）、混合物を得ると共に、反応ユニット内の反応制御エレメントにより誘導体化試薬と標準物質との反応時間を制御した。ここで、誘導体化試薬と標準物質との反応時間は２３．６秒に制御された。次いで、体積制御ユニットにより混合物を分離ユニットの第１のクロマトグラフィー用カラムおよび第２のクロマトグラフィー用カラム中に導入して分離を行い、誘導体化生成物を得た。最後に、得られた誘導体化生成物を分析ユニット中の蛍光分光計に導いて測定を進行し、照合後に尿素の濃度を算出した。実験を１０回繰り返した後、反応時間２３．６秒下での相対標準偏差を得た。結果は表１に示されるとおりである。

【0043】

実施例５
供給ユニットの混合エレメント中で９－ヒドロキシキサンテンと塩酸有機溶液（０．３Ｍ、メタノールに溶解）とを反応させ、誘導体化試薬を調製した（濃度０．１５ｗｔ％）。次いで、供給ユニットより誘導体化試薬および標準物質（尿素濃度５ｐｐｂ）を反応ユニットに導入した。前記誘導体化試薬の流速を１６μＬ／ｓ、前記標準物質の流速を１６μＬ／ｓとした。次いで、誘導体化試薬と標準物質とを反応ユニットで反応させ（反応温度は３５℃に制御）、混合物を得ると共に、反応ユニット内の反応制御エレメントにより誘導体化試薬と標準物質との反応時間を制御した。ここで、誘導体化試薬と標準物質との反応時間は１３．３秒に制御された。次いで、体積制御ユニットにより混合物を分離ユニットの第１のクロマトグラフィー用カラムおよび第２のクロマトグラフィー用カラム中に導入して分離を行い、誘導体化生成物を得た。最後に、得られた誘導体化生成物を分析ユニット中の蛍光分光計に導いて測定を進行し、照合後に尿素の濃度を算出した。実験を１０回繰り返した後、反応時間１３．３秒下での相対標準偏差を得た。結果は表１に示されるとおりである。

【0044】

【表1】

【0045】

表１からわかるように、本開示に係る尿素検出方法は、誘導体化生成物を迅速かつ安定に形成することのできるものである。よって、本開示に係る尿素検出方法は、オンラインサンプルのリアルタイム尿素含量検出に適用することができる。

【0046】

比較例１
供給ユニットの混合エレメント中で９－ヒドロキシキサンテンと塩酸有機溶液（０．３Ｍ、メタノールに溶解）とを反応させ、誘導体化試薬を調製した（濃度０．１５ｗｔ％）。次いで、供給ユニットより誘導体化試薬および標準物質（尿素濃度５ｐｐｂ）を反応ユニットに導入した。前記誘導体化試薬の流速を１６μＬ／ｓ、前記標準物質の流速を１６μＬ／ｓとした。次いで、誘導体化試薬と標準物質とを反応ユニットで反応させ（反応温度は３５℃に制御）、混合物を得ると共に、反応ユニット内の反応制御エレメントにより誘導体化試薬と標準物質との反応時間を制御した。ここで、誘導体化試薬と標準物質との反応時間は４．９秒に制御された。次いで、体積制御ユニットにより混合物を分離ユニットの第１のクロマトグラフィー用カラムおよび第２のクロマトグラフィー用カラム中に導入して分離を行い、誘導体化生成物を得た。最後に、得られた誘導体化生成物を分析ユニット中の蛍光分光計に導いて測定を進行し、照合後に尿素の濃度を算出した。

【0047】

実施例３および比較例１の尿素検出方法の１回目の測定後、それぞれ１８０分供給および運転を続けた。３０分ごとに尿素誘導体化生成物について測定された蛍光強度を記録した。結果は図６に示されるとおりである。

【0048】

図６からわかるように、反応制御エレメントを調整して誘導体化試薬と尿素とを反応ユニット中で反応させる反応時間を短くしすぎると、尿素検出方法の安定性が低下してしまう。

【0049】

実施例６
サンプルである５ｐｐｂ尿素標準物質を再生水に変えたこと以外は、実施例３に記載した方式で行った。測定後、再生水中の尿素濃度を得た。結果は表２に示すとおりである。また、液体クロマトグラフィータンデム質量分析計（ＬＣ－ＭＳ／ＭＳ）で再生水の尿素濃度の測定を行った。結果は表２に示すとおりである。

【0050】

実施例７
サンプルである５ｐｐｂ尿素標準物質を地下水に変えたこと以外は、実施例３に記載した方式で行った。測定後、地下水中の尿素濃度を得た。結果は表２に示すとおりである。また、液体クロマトグラフィータンデム質量分析計（ＬＣ－ＭＳ／ＭＳ）で地下水の尿素濃度の測定を行った。結果は表２に示すとおりである。

【0051】

実施例８
サンプルである５ｐｐｂ尿素標準物質を水道水に変えたこと以外は、実施例３に記載した方式で行った。測定後、水道水中の尿素濃度を得た。結果は表２に示すとおりである。また、液体クロマトグラフィータンデム質量分析計（ＬＣ－ＭＳ／ＭＳ）で水道水の尿素濃度の測定を行った。結果は表２に示すとおりである。

【0052】

実施例９
サンプルである５ｐｐｂ尿素標準物質を５ｐｐｂのＮ－メチル尿素を含むサンプルに変えたこと以外は、実施例３に記載した方式で行った。測定後、５ｐｐｂのＮ－メチル尿素を含むサンプル中の尿素濃度を得た。結果は表２に示すとおりである。また、液体クロマトグラフィータンデム質量分析計（ＬＣ－ＭＳ／ＭＳ）で、５ｐｐｂのＮ－メチル尿素を含むサンプルの尿素濃度の測定を行った。結果は表２に示すとおりである。

【0053】

実施例１０
サンプルである５ｐｐｂ尿素標準物質を超純水に変えたこと以外は、実施例３に記載した方式で行った。測定後、超純水中の尿素濃度を得た。結果は表２に示すとおりである。また、液体クロマトグラフィータンデム質量分析計（ＬＣ－ＭＳ／ＭＳ）で超純水の尿素濃度の測定を行った。結果は表２に示すとおりである。

【0054】

【表2】

【0055】

表２からわかるように、本開示に係る尿素検出装置および方法は、複雑な水質中の微量の尿素含量の検出に使用することができ、かつ尿素と構造の似た化合物の干渉を受けることがない。

【0056】

上述によれば、本開示に係る尿素検出方法は、誘導体化試薬とサンプル中の尿素とが反応して誘導体化生成物を形成すると共に、誘導体化生成物を分離することで、高精度の定性および定量検出を行うことができる。また、本開示に係る尿素検出装置は、分離ユニットおよび分析ユニットを利用することにより、従来の尿素検出システムが複雑な水質に適用できないという技術的問題を克服することができ、かつ検出感度を改善することができる。

【0057】

開示された方法および物質に様々な変更および変化を加え得ることは明らかであろう。明細書および実施形態は単に例示とみなされるよう意図されており、本開示の真の範囲は、以下の請求項およびそれらの均等物によって示される。

【符号の説明】

【0058】

１００…尿素検出装置
１１０…供給ユニット
１１５…混合エレメント
１２０…反応ユニット
１２５…反応制御エレメント
１３０…体積制御ユニット
１４０…分離ユニット
１５０…分析ユニット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】