DE4136779A1 - Vorrichtung zum simultanen nachweis verschiedener gaskomponenten - Google Patents

Vorrichtung zum simultanen nachweis verschiedener gaskomponenten

Info

Publication number
DE4136779A1
DE4136779A1 DE4136779A DE4136779A DE4136779A1 DE 4136779 A1 DE4136779 A1 DE 4136779A1 DE 4136779 A DE4136779 A DE 4136779A DE 4136779 A DE4136779 A DE 4136779A DE 4136779 A1 DE4136779 A1 DE 4136779A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
electrode
working electrodes
working
electrolyte
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE4136779A
Other languages
English (en)
Inventor
Christoph Dipl Phys Dr Braden
Jacques Deprez
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Compur Monitors Sensor Technology GmbH
Original Assignee
Bayer AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=6444353&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=DE4136779(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Bayer AG filed Critical Bayer AG
Priority to DE4136779A priority Critical patent/DE4136779A1/de
Priority to US07/966,229 priority patent/US5298146A/en
Priority to DE59209845T priority patent/DE59209845D1/de
Priority to EP92118288A priority patent/EP0540974B1/de
Priority to AT92118288T priority patent/ATE194714T1/de
Priority to CA002082194A priority patent/CA2082194A1/en
Priority to JP04321461A priority patent/JP3143631B2/ja
Publication of DE4136779A1 publication Critical patent/DE4136779A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/404—Cells with anode, cathode and cell electrolyte on the same side of a permeable membrane which separates them from the sample fluid, e.g. Clark-type oxygen sensors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
    • G01N33/0031—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector comprising two or more sensors, e.g. a sensor array

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum simultanen Nachweis verschiedener Gaskomponenten mit einer Vielzahl von elektrochemischen Dreielektroden­ meßzellen (Arbeitselektrode-Gegenelektrode-Bezugs­ elektrode) mit einem gemeinsamen Elektrolyt und einer potentiostatischen Auswerteschaltung zur Vorgabe und Kegelung unterschiedlicher Potentiale an den Arbeits­ elektroden und zur Messung der elektrochemisch er­ zeugten, mit den einzelnen Gaskonzentrationen korrelierten elektrischen Signale.
Potentiostatische Dreielektrodensensoren sind weit ver­ breitet zur Messung von Gasen im Spurenbereich bis hin zu Untersuchungen an reinen Gasen. Diese Gassensoren sind in der Regel reproduzierbar, empfindlich und für eine Vielzahl von verschiedenen Gasen realisierbar. Die Selektivität kann durch die Wahl des Katalysators an der Meßelektrode, des Elektrolyts und des Potentials an der Meßelektrode (Arbeitselektrode) beeinflußt werden. Jedoch lassen sich nicht alle Querempfindlichkeiten gleichzeitig ausschalten. Vielmehr muß in der Praxis von Anwendungsfall zu Anwendungsfall ein Kompromiß zwischen der Empfindlichkeit und der Unterdrückung von Quer­ empfindlichkeit gegenüber störenden anderen Gasen gefunden werden.
Als Alternative bietet sich an, mehrere Sensoren zu einem Sensor-Array zusammenzufassen und die unter­ schiedlichen Empfindlichkeiten für die gesuchte Meßkom­ ponente und die störenden Querkomponenten bei der Meß­ wertverarbeitung zu benutzen. Durch Berücksichtigung aller Sensorsignale läßt sich dann die Zusammensetzung des Gases bestimmen (Mustererkennung). Derartige Sensor- Arrays wurden schon auf der Basis von Leitfähigkeits- Festkörper-Gassensoren realisiert.
Ein elektrochemischer Multielektroden-Sensor, bei dem das Gas durch hintereinander angeordnete elektro­ chemische Meßzellen strömt, ist in DE 24 35 813 be­ schrieben. Die Meßzellen sind über ein mit den Elek­ troden verbundenes Widerstandsnetzwerk derart mitein­ ander verknüpft, daß in jeder Zelle nur eine einem bestimmten Schadstoff zugeordnete Meßspannung gebildet wird. Voraussetzung ist dafür, daß in jeder Stufe eine vollständige Reaktion erfolgt, so daß längere Verweil­ zeiten und damit auch längere Totzeiten bei der Messung in Kauf genommen werden müssen. Das zugrundeliegende Meßprinzip bedingt ferner, daß sämtliche Elektroden für jede Meßzelle separat herausgeführt sind. Diese Eigen­ schaften stehen der Forderung nach einem einfach aufge­ bauten, kompakten elektrochemischen Multielektroden- Sensor entgegen.
Außerdem müssen Temperaturunterschiede und unterschied­ liche Anströmungen bei den einzelnen Meßzellen berück­ sichtigt werden.
Ferner sind aus US 43 15 753 und EP 00 64 337 potentio­ statische Vierelektroden-Sensoren zur Messung spezieller Gassysteme bekannt. Es besteht jedoch keine Möglichkeit, die Potentiale der Arbeitselektroden unabhängig vonein­ ander zu wählen. Damit entfällt ein wesentlicher Frei­ heitsgrad zur individuellen Optimierung der Selektivi­ täten. Davon abgesehen, ist bei diesem Stand der Technik zum Teil auch eine aufwendige Gasführung erforderlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mehrere Gas­ komponenten gleichzeitig und unabhängig voneinander mit Hilfe eines elektrochemischen Multielektroden-Sensors zu messen, wobei im Hinblick auf eine Optimierung der Selektivität für den Nachweis der einzelnen Gaskompo­ nenten vollkommene Freiheit bei der Festlegung des Elektrodenpotentials, der Auswahl des Elektrodenmateri­ als einschließlich katalytischer Zusätze und der Verwen­ dung geeigneter Gasfilter und Gasdiffusionsbarrieren herrscht.
Diese Aufgabe wird bei einem elektrochemischen Sensor mit einer Vielzahl von Dreielektrodenmeßzellen erfin­ dungsgemäß dadurch gelöst,
  • a) daß die Dreielektrodenmeßzellen durch eine Vielzahl von Arbeitselektroden mit einer gemeinsamen Gegen­ elektrode und einer gemeinsamen Bezugselektrode gebildet werden, die mit demselben Elektrolyt in Verbindung stehen,
  • b) daß eine potentiostatische Auswerteschaltung Regel­ kreise enthält, die die Potentiale der Arbeits­ elektroden, bezogen auf die Bezugselektrode, einzeln und unabhängig voneinander konstant halten
  • c) und daß die Auswerteschaltung Mittel zur Erfassung der in die Arbeitselektroden fließenden, mit den Gaskonzentrationen korrelierten elektrischen Strom­ signale aufweist.
Vorzugsweise besteht ein Regelkreis in der potentiosta­ tischen Auswerteschaltung jeweils aus zwei in Kaskade geschalteten Operationsverstärkern, wobei der erste Ver­ stärker die Potentialdifferenz zwischen einer Arbeits­ elektrode und der gemeinsamen Bezugselektrode hochohmig abgreift und der zweite Verstärker diese Potential­ differenz am Ausgang des ersten Verstärkers mit einem voreingestellten Sollwert Un vergleicht und den vom Ausgang des zweiten Verstärkers zur Arbeitselektrode fließenden Strom In so nachregelt, daß die Abweichung vom Sollwert Un minimiert wird. Die Ströme In, die sich bei dieser Regelung an den verschiedenen Arbeitselek­ troden einstellen, sind die Meßwerte für die Gaskonzen­ trationen der an den Arbeitselektroden eintreffenden Gaskomponenten.
Vorzugsweise wird ein flüssiger Elektrolyt verwendet. Die Arbeitselektroden werden vorteilhaft in Form von räumlich getrennten Meßfeldern auf der einen Oberfläche des Elektrolyten untergebracht, während die gemeinsame Gegenelektrode und die gemeinsame Bezugselektrode auf der gegenüberliegenden Seite des Elektrolyten angeordnet sind. Auf diese Weise läßt sich besonders gut ein kom­ pakter elektrochemischer Multielektroden-Sensor reali­ sieren.
Die Empfindlichkeit einer Arbeitselektrode für ein be­ stimmtes Gas und damit die Empfindlichkeit eines Meß­ feldes für eine bestimmte Gaskomponente, ist in bekann­ ter Weise vom Elektrodenmaterial und vom Elektroden­ potential abhängig und kann damit über das Elektroden­ potential eingestellt werden. Weiterhin kann die Selek­ tivität eines Meßfeldes durch katalytische Aktivierung der Arbeitselektrode und durch Vorschaltung von gas­ spezifischen Filtern verbessert werden. Ferner kann die Empfindlichkeit einer Meßzelle durch Blenden oder Diffusionsmembranen unterschiedlich eingestellt werden. Ein Multielektroden-Sensor mit unterschiedlichen Emp­ findlichkeiten der einzelnen Meßfelder erlaubt grund­ sätzlich eine Mustererkennung und damit die Identifi­ zierung von bestimmten Gasgemischen.
Mit der Erfindung werden folgende Vorteile erzielt:
  • - Gegenüber den bisher bekannten elektrochemischen Mehr­ elektroden-Sensoren kann aufgrund der raumsparenden Bauweise eine deutliche Volumenreduzierung erreicht werden, da Bezugselektrode, Gegenelektrode, Elektrolyt und das gesamte Sensorgehäuse für alle Arbeitselek­ troden gemeinsam genutzt werden.
  • - Bei Verwendung eines Festkörperelektrolyts ergibt sich eine weitere Volumenreduzierung, wenn der Sensor in Hybridtechnik gefertigt wird.
  • - Alle Arbeitselektroden werden bei identischen Tempera­ tur-, Druck- und Anströmungsbedingungen betrieben. Auf diese Weise können Störeinflüsse, die auf unterschied­ liche Schwankungen dieser Parameter zurückzuführen sind, vermieden werden.
  • - Alle Meßsignale an den Arbeitselektroden (Arbeitselek­ trodenströme In) beziehen sich auf dieselbe Bezugs­ elektrode und denselben Elektrolyten, so daß Potentialdrifts der Bezugselektrode erkannt und gegebenenfalls kompensiert werden können.
  • - Mit dem erfindungsgemäßen Multielektroden-Sensor kann man ein zyklisch voltametrisches Diagramm (Voltamo­ gramm) mit sehr hoher Auflösung (entsprechend der An­ zahl der Arbeitselektroden) momentan und simultan statisch aufnehmen, wohingegen man bei der klassischen zyklischen Voltametrie selbst bei sehr langsamen Mes­ sungen (Geschwindigkeiten bis zu 1 mV/min) nur dyna­ mische Grenzwerte erhält.
  • - Der erfindungsgemäße Multielektroden-Sensor läßt ferner eine gezielte Unterdrückung von Querempfind­ lichkeiten gegenüber anderen unerwünschten Gaskompo­ nenten zu.
  • - Da die einzelnen Arbeitselektroden vollkommen unab­ hängig voneinander potentiostatisch betrieben werden, besteht vollkommene Freiheit bei der Wahl und Ein­ stellung des Elektrodenpotentials, der Auswahl der Katalysatoren an den Arbeitselektroden, der Vor­ schaltung von gasspezifischen Filtern, so daß die einzelnen Meßzellen mit optimaler Selektivität an das Meßproblem angepaßt werden können.
  • - Das zu untersuchende Gas steht gleichzeitig an allen Arbeitselektroden an, da die Gaswege gleich sind. Dadurch können unterschiedliche Ansprechzeiten, die auf verschiedene Strömungswege oder Diffusionsstrecken bei den einzelnen Gaskomponenten zurückzuführen sind, vermieden werden.
  • - Grundsätzlich bestehen bei dem erfindungsgemäßen Multielektroden-Sensor hinsichtlich des Nachweises be­ stimmter Gaskomponenten oder eines bestimmten Ge­ misches keine Einschränkungen. So können z. B. feste, flüssige, anorganische oder organische Elektrolyten verwendet werden.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau eines Multielektro­ den-Sensors mit einer Vielfach-Potentio­ statenschaltung zur Regelung der Arbeitselek­ troden, Potentiale und Messung der in die Arbeitselektroden fließenden Ströme,
Fig. 2 die praktische Ausführung eines Multielek­ troden-Sensors,
Fig. 3a-3c Ausführungen des Multielektroden-Sensors mit zwei, drei und vier Meßfeldern auf der Gas­ seite eines flüssigen Elektrolyten,
Fig. 4-6 verschiedene Meßbeispiele zur Erläuterung des Einflusses des Arbeitselektrodenpotentials auf die Selektivität,
Fig. 7 den zeitlichen Verlauf des Meßsignales (Re­ sponse-Kurve) an zwei Meßfeldern bei einem Mehrelektroden-Sensor gemäß Fig. 1 bei Bega­ sung mit Cl2 und HCl und
Fig. 8 die Response-Kurven bei demselben Mehrelek­ troden-Sensor bei der Begasung mit Cl2 und HCl .
In Fig. 1 ist der Multielektroden-Sensor mit dem Gehäuse 1, dem Meßzellenelektrolyt 2 und den Elektroden nur schematisch dargestellt. Die Gegenelektrode 3, die Be­ zugselektrode 4 und die Arbeitselektroden 5 1.., 5n tauchen in den Elektrolyt 2 ein. Es können z. B. bis zu acht Arbeitselektroden (n = B) vorgesehen werden. Dabei bildet jede Arbeitselektrode 5 n mit der gemeinsamen Gegenelektrode 3 und der gemeineamen Bezugselektrode 2 einen Dreielektrodensensor.
Die Auswerteschaltung 6 besteht aus n über die gemein­ samen Elektroden 3 und 4 miteinander gekoppelten potentiostatischen Regelkreise 7 1.., 7n. Jeder Regelkreis besteht aus zwei in Kaskade geschalteten Operationsver­ stärkern 8 n und 9n. Mit Hilfe des ersten Verstärkers 8 n wird jeweils hochohmig die Potentialdifferenz zwischen einer Arbeitselektrode 5 n und der gemeinsamen Bezugs­ elektrode 4 gemessen. Diese Differenz wird vom zweiten Verstärker 9 n am Ausgang des ersten Verstärkers 8 n mit dem jeweils eingestellten Sollwert Un verglichen und der Strom durch die zur Arbeitselektrode 5 n führende Rück­ kopplungsleitung 10 n automatisch so nachgeregelt, daß die Abweichung vom Sollwert Un (Regelabweichung) mini­ miert wird. Die Sollwerte Un und damit die Potentiale an den Arbeitselektroden 5 n können individuell und unabhängig voneinander eingestellt werden. Die Ströme In durch die Rückkopplungsleitungen 10 n fließen von den Arbeitselektroden 5 n durch den Elektrolyt 2 zu der gemeinsamen, geerdeten Gegenelektrode 3 ab. Da die Potentiale zwischen den Arbeitselektroden 5 n und der gemeinsamen Bezugselektrode 4 hochohmig gemessen werden und die gemeinsame Gegenelektrode 3 geerdet ist, arbei­ ten die einzelnen Potentiostatenstufen 7 n (potentio­ statische Regelkreise) unabhängig voneinander. Die mit Hilfe der Anzeigegeräte 11 1.., 1n in den Rückkopplungs­ leitungen 10 1.., 10n gemessenen Ströme I1.., In sind ein direktes Maß für die an den Arbeitselektroden 5 1.., 5n umgesetzten Gasmengen. Anstelle der Anzeigegeräte 11 1.. 11n können auch andere Mittel zur Erfassung der in die Arbeitselektroden 5 1.. 5n fließenden Ströme z. B. elek­ tronische Speicher, eingesetzt werden. Dabei wird das zu messende Gas gleichzeitig allen Arbeitselektroden 5 1.., 5n angeboten.
Fig. 2 zeigt die praktische Ausführung eines elektro­ chemischen Multielektroden-Sensors. Der Elektrolyt 12 besteht hier aus einer wäßrigen Elektrolytlösung (50%ig H2SO4), der von dem Gehäuse 13 umschlossen ist. Das untere Ende wird durch die Gegenelektrode 14 und die Bezugselektrode 15 (z. B. eine Pt/Luft-Elektrode) ab­ gegrenzt. Die Gegenelektrode 14 und die Bezugselektrode 15 sind über die Anschlüsse 16, 17 herausgeführt.
Am oberen Ende sind zwei Arbeitselektroden 18 1 und 18 2 angeordnet, die mit den Zuleitungen 19 und 20 verbunden sind.
Die Arbeitselektroden sind an ihrer Außenseite, d. h. zur Gasseite hin, mit einer Diffusionsmembran 26 versehen. Über der Diffusionsmembran 26, die z. B. aus einer PTFE- Folie besteht, befindet sich ein gasdurchlässiger Ab­ standshalter 25, auf dem zur Einstellung und Anpassung der Empfindlichkeit Blenden 24 1 und 24 2 angeordnet sind. Die mit dem Elektrolyt 12 in Verbindung stehen­ de Innenfläche der Arbeitselektroden 18 1, 18 2 kann katalytisch aktiviert sein. Die Auswahl geeigneter Katalysatoren, um die elektrochemische Reaktion an der Grenzfläche Arbeitselektrode/Elektrolyt gegenüber einer bestimmten Gaskomponente selektiv zu beeinflussen, ist Stand der Technik. Die Empfindlichkeit des Multielek­ troden-Sensors kann mit Hilfe einer vorgeschalteten Blende 21 dem jeweiligen Meßproblem angepaßt werden.
Wie in Fig. 3a dargestellt, werden durch die Arbeits­ elektroden 18 1 und 182 auf der Oberfläche des Elektro­ lyten 12 halbkreisförmige Meßfelder 22 1 und 22 2 ge­ bildet, die durch einen Spalt 23 voneinander getrennt sind. Die Fig. 3b und 3c zeigen Ausführungsbeispiele für eine Sensoroberfläche mit drei bzw. vier sektorförmigen Meßfeldern für verschiedene Gaskomponenten. Zur Ver­ besserung der Selektivität können den Meßfeldern unter­ schiedliche gasspezifische Filter vorgeschaltet werden. Die Sensorkonstruktion gemäß den Fig. 2 und 3 ermöglicht einen raumsparenden und kompakten Aufbau des Multi­ elektroden-Sensors.
Beispiel 1
Als Beispiel wird das System Au/H2SO4 beschrieben, für das in Fig. 4 die potentialabhängige Empfindlichkeit für die Messung verschiedener Gase mit Hilfe einer klas­ sischen zyklischen Voltametrie gezeigt ist. Es wird eine PTFE-Goldpulver-Gasdiffusionselektrode verwendet. Der Elektrolyt besteht aus 0,5 m Schwefelsäure. Die Mes­ sungen werden bei Zimmertemperatur und bei einer Testgasströmung von 5 l/h durchgeführt. Das Diagramm zeigt quasi stationäre Strom-Spannungskurven für die Gaskomponenten NO, SO2, NO2, HCl, Cl2 und H2S. Das so­ genannte Grundbild (dick ausgezogene Kurve) wird bei reiner Luft aufgenommen. Das Potential wird gegen eine reversible H2-Elektrode im Elektrolyt gemessen. Aus diesem mit Hilfe eines Standard-Dreielektrodensensors gemessenen Diagramms kann jeweils ein günstiges gas­ spezifisches Elektrodenpotential bestimmt werden. Bei der Festlegung des Potentials geht man in der Regel einen Kompromiß ein zwischen der gewünschten Empfind­ lichkeit und den zu unterdrückenden Querempfindlich­ keiten. Der erfindungsgemäße Multielektroden-Sensor schafft die Voraussetzungen, daß einzelne Arbeits­ elektroden jeweils bei den günstigsten Potentialen betrieben werden. Beispielsweise werden die Potentiale auf 1,2 V zur NO-Messung, 1,1 V zur SO2-Messung und 1 V zur NO2-Messung eingestellt. Da erfahrungsgemäß die Meßempfindlichkeit für alle Meßkomponenten ausreichend hoch ist, bedeutet der durch eine Verkleinerung der Meßelektrodenoberfläche entsprechend den Meßfeldern 22 (Fig. 3a bis 3c) hervorgerufene Empfindlichkeitsverlust keine Einschränkung. Die gemessenen Ströme können zum direkten Nachweis der einzelnen detektierten Gase benutzt werden. Außerdem kann man durch die parallele Messung mehrerer Komponenten die Querempfindlichkeit einer oder mehrerer Hauptkomponenten rechnerisch korrigieren.
Beispiel 2
Fig. 5a zeigt die Abhängigkeit der Meßströme von einer vorgegebenen HCl-Konzentration für einen Multielek­ troden-Sensor mit nur zwei Arbeitselektroden. Beide Arbeitselektroden bestehen aus Gold. Die erste Arbeits­ elektrode wird bei einem Potential von 150 mV und die zweite Arbeitselektrode bei 0 mV gegen eine Pt/Luft- Elektrode in einem Schwefelsäurelektrolyt betrieben. Man erkennt, daß die erste Arbeitselektrode empfindlicher auf HCl reagiert. Fig. 5b zeigt die Meßströme desselben Multielektroden-Sensors gegen eine fest eingestellte Cl2-Konzentration. Aufgrund der unterschiedlichen Arbeitselektrodenpotentiale zeigt hier die zweite Arbeitselektrode eine höhere Empfindlichkeit gegenüber Cl2 als die erste Arbeitelektrode.
Die Selektivität kann in bekannter Weise dadurch erhöht werden, daß als Arbeitselektroden katalytisch wirksame Materialien eingesetzt werden. So kann zum Beispiel mit Hilfe einer Ruthenium-Schwarz-Arbeitselektrode, die mit einem Elektrodenpotential von 0,6 V gegen die reversible Wasserstoffelektrode betrieben wird, unter einer Platin­ arbeitselektrode, die auf ein Potential von 1,1 V einge­ stellt ist, mit Schwefelsäure als Elektrolyt ein Sensor zur simultanen und unabhängigen Messung von NO2 und CO realisiert werden.
Beispiel 3
Als letztes Beispiel wurde das Zeitverhalten und die Querempfindlichkeit eines Multielektrodensensors ge­ mäß Fig. 1 für die Gase Cl2 und HCl untersucht. Die beiden Arbeitselektroden bestehen dabei aus Goldpulver- Diffusionselektroden. Als Bezugselektrode und Gegen­ elektrode wurden Platin-Schwarz-Diffusionselektroden verwendet. Der Elektrolyt bestand aus 50%iger Schwefel­ saure.
Das Potential für die chlorempfindliche Arbeitselektrode wurde auf 1000 mV und für die HCl-empfindliche Arbeits­ elektrode auf 1150 mV eingestellt. In Fig. 7 sind die als Funktion der Zeit simultan registrierten Verläufe der Meßsignale an der Cl2-Arbeitselektrode und der HCl- Arbeitselektrode bei einer Begasung des Multielektroden­ sensors mit 5 ppm Cl2 dargestellt, wobei das Testgas mit einem Mengenstrom von 5 l/h zugeführt wurde. Die Cl2- Arbeitselektrode zeigt ein signifikantes Meßsignal, während die HCl-Arbeitselektrode nur eine geringe Quer­ empfindlichkeit aufweist.
Fig. 8 zeigt in analoger Weise die Response-Kurven für die HCl-Begasung desselben Multielektrodensensors. Im übrigen wird mit den gleichen Bedingungen gearbeitet, wie bei dem Versuch nach Fig. 7. In diesem Fall zeigt die HCl-Arbeitselektrode ein signifikantes Meßsignal, während umgekehrt die Cl2-Arbeitselektrode eine geringe Querempfindlichkeit aufweist.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum simultanen Nachweis verschiedener Gaskomponenten mit einer Vielzahl von elektrochemi­ schen Dreielektrodenmeßzellen (Arbeitselektrode- Gegenelektrode-Bezugselektrode) mit einem gemein­ samen Elektrolyt und einer potentiostatischen Auswerteschaltung zur Vorgabe und Regelung der Potentiale an den Arbeitselektroden und zur Messung der elektrochemisch erzeugten, mit den einzelnen Gaskonzentrationen korrelierten elektrischen Signale, dadurch gekennzeichnet,
  • a) daß die Dreielektrodenmeßzellen durch eine Vielzahl von Arbeitselektroden mit einer ge­ meinsamen Gegenelektrode (3) und einer ge­ meinsamen Bezugselektrode (4) gebildet werden
  • b) daß die potentiostatische Auswerteschaltung (6) Regelkreise (7 1 7n) enthält, diedie Potentiale der Arbeitselektroden (5 1 5n), bezogen auf die Bezugselektrode (4) einzeln und unabhängig voneinander konstant halten
  • c) und daß die Auswerteschaltung (6) Mittel (11 1.. 11 n) zur Erfassung der in die Arbeits­ elektroden (5 1 5 n) fließenden, den Gaskon­ zentrationen entsprechenden Stromsignale (I1 In) aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Regelkreis (7 n) jeweils aus zwei in Kaskade geschalteten Operationsverstärkern (8 n und 9 n) besteht, wobei der erste Verstärker (8 n) die Potentialdifferenz zwischen einer Arbeitselektrode An und der Bezugselektrode (4) hochohmig abgreift und der zweite Verstärker (9 n) diese Potential­ differenz am Ausgang des ersten Verstärkers (8 n) mit einem voreingestellten Sollwert Un vergleicht und den vom Ausgang des zweiten Verstärkers (9 n) zur Arbeitselektrode (5 n) fließenden Strom In so nachregelt, daß die Abweichung vom Sollwert Un minimiert wird.
3. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Elektrolyt (12) aus einer Elektrolyt-Lösung besteht und die Arbeitselektrode (18 1, 18 2) in Form von räumlich getrennten Meß­ feldern (22 1, 22 2) auf einer gemeinsamen Membran den Elektrolyt zur Gasseite hin begrenzen, während die Gegenelektrode (14) und die Bezugselektrode (15) auf der gegenüberliegenden Seite des Elektrolyten (12) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß den Arbeitselektroden (5 n, 18 1, 18 2) bzw. den Meßfeldern (22) gasspezifische Filter vorgeschaltet sind.
5. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Arbeitselektroden (5 n, 18 1, 18 2) entsprechend den zu messenden Gaskomponenten in unterschiedlicher Weise katalytisch aktiviert sind.
6. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Meßempfindlichkeit der Arbeitselektroden (5 n, 18 1, 18 2) durch Vorschaltung von Blenden (24 1, 24 2) oder Diffusionsmembranen (26) unterschiedlich einstellbar ist.
7. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Messung von HCl und Cl der Elektrolyt aus wäßriger Schwefelsäure und die Arbeitselektroden aus Gold bestehen.
DE4136779A 1991-11-08 1991-11-08 Vorrichtung zum simultanen nachweis verschiedener gaskomponenten Withdrawn DE4136779A1 (de)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4136779A DE4136779A1 (de) 1991-11-08 1991-11-08 Vorrichtung zum simultanen nachweis verschiedener gaskomponenten
US07/966,229 US5298146A (en) 1991-11-08 1992-10-26 Device for the simultaneous detection of dissimilar gas components
DE59209845T DE59209845D1 (de) 1991-11-08 1992-10-26 Vorrichtung zum simultanen Nachweis verschiedener Gaskomponenten
EP92118288A EP0540974B1 (de) 1991-11-08 1992-10-26 Vorrichtung zum simultanen Nachweis verschiedener Gaskomponenten
AT92118288T ATE194714T1 (de) 1991-11-08 1992-10-26 Vorrichtung zum simultanen nachweis verschiedener gaskomponenten
CA002082194A CA2082194A1 (en) 1991-11-08 1992-11-05 Device for the simultaneous detection of dissimilar gas components
JP04321461A JP3143631B2 (ja) 1991-11-08 1992-11-06 互いに相異なる複数のガス成分の同時検出装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4136779A DE4136779A1 (de) 1991-11-08 1991-11-08 Vorrichtung zum simultanen nachweis verschiedener gaskomponenten

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE4136779A1 true DE4136779A1 (de) 1993-05-13

Family

ID=6444353

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE4136779A Withdrawn DE4136779A1 (de) 1991-11-08 1991-11-08 Vorrichtung zum simultanen nachweis verschiedener gaskomponenten
DE59209845T Revoked DE59209845D1 (de) 1991-11-08 1992-10-26 Vorrichtung zum simultanen Nachweis verschiedener Gaskomponenten

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE59209845T Revoked DE59209845D1 (de) 1991-11-08 1992-10-26 Vorrichtung zum simultanen Nachweis verschiedener Gaskomponenten

Country Status (6)

Country Link
US (1) US5298146A (de)
EP (1) EP0540974B1 (de)
JP (1) JP3143631B2 (de)
AT (1) ATE194714T1 (de)
CA (1) CA2082194A1 (de)
DE (2) DE4136779A1 (de)

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE29500216U1 (de) * 1995-01-07 1995-02-23 Hessabi, Iradj, Dipl.-Ing., 33813 Oerlinghausen Gasmeßvorrichtung
DE4424355A1 (de) * 1994-07-11 1996-01-18 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zur elektrochemischen Analyse
DE19533911C1 (de) * 1995-09-13 1996-05-09 Draegerwerk Ag Elektrochemische Meßzelle
DE19622931A1 (de) * 1996-06-07 1997-12-11 Draegerwerk Ag Elektrochemischer Mehrgassensor
DE19622930A1 (de) * 1996-06-07 1997-12-11 Draegerwerk Ag Elektrochemische Meßzelle
EP1154267A2 (de) * 2000-05-13 2001-11-14 Alphasense Limited Elektrochemischer Sensor zur Bestimmung eines Analyts in Anwesenheit eines Störgases
DE10156098A1 (de) * 2001-11-16 2003-05-28 Schellbach Winfried Mehrfachsensorsystem
DE10160213A1 (de) * 2001-12-07 2003-06-26 Knick Elektronische Mesgeraete Messeinrichtung für elektrochemische Messgrössen, insbesondere pH-Messeinrichtung
DE10208074C1 (de) * 2002-02-25 2003-09-25 Draegerwerk Ag Elektrochemischer Gassensor mit nicht planarer Diffusionsmembran und Elektrodenanordnung
DE10229374C1 (de) * 2002-06-29 2003-11-20 November Ag Molekulare Medizin Vorrichtung und Verfahren zum elektrochemischen Nachweis
DE10330704B3 (de) * 2003-07-08 2004-12-23 Dräger Safety AG & Co. KGaA Elektrochemischer Gassensor mit Filter
US7169289B2 (en) 2002-06-28 2007-01-30 november Aktiengesellschaft Gesellschaft für Molekulare Medizin Electrochemical detection method and device
DE102005026491B4 (de) * 2005-06-09 2007-05-16 Draeger Safety Ag & Co Kgaa Elektrochemische Gassensoranordnung
EP2581735A1 (de) * 2011-10-11 2013-04-17 Life Safety Distribution AG Zusatzgasdiffusioniselektroden zur Diagnose von elektrochemischen Gassensoren
US11085896B2 (en) 2011-10-11 2021-08-10 Life Safety Distribution Gmbh Auxiliary micro-electrodes for diagnostics of electrochemical gas sensors

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9318941D0 (en) * 1993-09-14 1993-10-27 Northumbrian Water Group Plc Digital control of a mutli sensor system
GB9526101D0 (en) 1995-12-20 1996-02-21 City Tech Electrochemical gas sensor
DE19739317A1 (de) * 1997-09-08 1999-03-11 Conducta Endress & Hauser Elektrische Schaltung für einen elektrochemischen Sensor
DE19847706A1 (de) * 1998-10-16 2000-04-20 Varta Geraetebatterie Gmbh Elektrochemischer Gas-Sensor
US7136704B2 (en) * 2003-04-16 2006-11-14 Alfred E. Mann Foundation For Scientific Research Blood oxygen monitoring system and a lead therefor
GB0319043D0 (en) * 2003-08-13 2003-09-17 Anglo Europ Design Engineers L Electrochemical gas sensors
CA2543961A1 (en) * 2003-10-31 2005-05-19 Lifescan Scotland Limited Electrochemical test strip for reducing the effect of direct and mediated interference current
CN1902481A (zh) * 2003-10-31 2007-01-24 生命扫描苏格兰有限公司 用于在电化学测试条中降低直接和间接干扰电流影响的方法
US7655119B2 (en) * 2003-10-31 2010-02-02 Lifescan Scotland Limited Meter for use in an improved method of reducing interferences in an electrochemical sensor using two different applied potentials
GB0329103D0 (en) * 2003-12-16 2004-01-21 Alphasense Ltd Electrochemical sensor
DE102004059280B4 (de) * 2004-12-09 2007-08-16 Dräger Safety AG & Co. KGaA Elektrochemischer Gassensor
FR2884318B1 (fr) * 2005-04-12 2007-12-28 Univ Rennes I Etablissement Pu Procede d'analyse electrochimique par voltametrie, support d'analyse et dispositif pour sa mise en oeuvre.
US8855955B2 (en) * 2005-09-29 2014-10-07 Custom Array, Inc. Process and apparatus for measuring binding events on a microarray of electrodes
US8002957B2 (en) * 2008-01-02 2011-08-23 General Electric Company Sensor apparatus for measuring and detecting acetylene and hydrogen dissolved in a fluid
US8366894B2 (en) * 2009-02-20 2013-02-05 Giner, Inc. Multi-gas microsensor assembly
US9180288B2 (en) 2011-09-01 2015-11-10 Zoll Medical Corporation Medical equipment electrodes
US9784755B2 (en) 2011-10-14 2017-10-10 Msa Technology, Llc Sensor interrogation
US10908111B2 (en) 2011-10-14 2021-02-02 Msa Technology, Llc Sensor interrogation
CN104854407A (zh) * 2012-12-21 2015-08-19 克利尔赛恩燃烧公司 包括互补电极对的电燃烧控制系统
US10667732B2 (en) * 2017-05-12 2020-06-02 The Florida International University Board Of Trustees Method for transdermal measurement of volatile anesthetics
US20190004006A1 (en) * 2017-07-03 2019-01-03 Arch Chemicals, Inc. Potentiostat circuit
US11079363B2 (en) * 2017-08-03 2021-08-03 Industrial Scientific Corporation Systems and methods for evaluating toxic gas sensors using electrochemical impedance spectroscopy
US11112378B2 (en) 2019-06-11 2021-09-07 Msa Technology, Llc Interrogation of capillary-limited sensors
CN113155918B (zh) * 2021-04-26 2022-06-10 中国核动力研究设计院 一种恒电位驱动型氢浓度传感器变送电路

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2435813A1 (de) * 1974-07-25 1976-02-05 Licentia Gmbh Einrichtung zur gleichzeitigen quantitativen konzentrationsueberwachung im immissions- und emissionsbereich von gasfoermigen schadstoffen
DE3526348A1 (de) * 1985-07-23 1987-02-05 Fraunhofer Ges Forschung Sensoren fuer die selektive bestimmung von komponenten in fluessiger oder gasfoermiger phase
DE3504401C2 (de) * 1984-02-10 1988-03-24 Sharp K.K., Osaka, Jp

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3969209A (en) * 1975-07-08 1976-07-13 The United States Of America As Represented By The United States Energy Research And Development Administration Automatic electrochemical ambient air monitor for chloride and chlorine
US4315753A (en) * 1980-08-14 1982-02-16 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Interior Electrochemical apparatus for simultaneously monitoring two gases
GB2097931B (en) * 1981-04-30 1984-11-28 Nat Res Dev Carbon dioxide measurement
US4729824A (en) * 1982-05-11 1988-03-08 Giner, Inc. Gas sensor and method of using same
US4506226A (en) * 1982-05-19 1985-03-19 Lockheed Missiles & Space Company, Inc. Ion concentration monitor
US4670405A (en) * 1984-03-02 1987-06-02 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Sensor array for toxic gas detection
JPS6371649A (ja) * 1986-09-16 1988-04-01 Fujitsu Ltd ガスセンサ
US4847783A (en) * 1987-05-27 1989-07-11 Richard Grace Gas sensing instrument
EP0293541B1 (de) * 1987-06-05 1992-02-26 ORBISPHERE LABORATORIES (INC.), Wilmington, Succursale de Collonge-Bellerive Amperometrisches Verfahren, Gerät und Zelle zur Bestimmung von verschiedenen Gasarten

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2435813A1 (de) * 1974-07-25 1976-02-05 Licentia Gmbh Einrichtung zur gleichzeitigen quantitativen konzentrationsueberwachung im immissions- und emissionsbereich von gasfoermigen schadstoffen
DE3504401C2 (de) * 1984-02-10 1988-03-24 Sharp K.K., Osaka, Jp
DE3526348A1 (de) * 1985-07-23 1987-02-05 Fraunhofer Ges Forschung Sensoren fuer die selektive bestimmung von komponenten in fluessiger oder gasfoermiger phase

Cited By (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4424355A1 (de) * 1994-07-11 1996-01-18 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zur elektrochemischen Analyse
US5830343A (en) * 1994-07-11 1998-11-03 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. Electrochemical analysis process
DE29500216U1 (de) * 1995-01-07 1995-02-23 Hessabi, Iradj, Dipl.-Ing., 33813 Oerlinghausen Gasmeßvorrichtung
DE19533911C1 (de) * 1995-09-13 1996-05-09 Draegerwerk Ag Elektrochemische Meßzelle
FR2738635A1 (fr) * 1995-09-13 1997-03-14 Draegerwerk Ag Cellule de mesure electrochimique
US5723036A (en) * 1995-09-13 1998-03-03 Dragerwerk Aktiengesellschaft Electrochemical measuring cell
DE19622931A1 (de) * 1996-06-07 1997-12-11 Draegerwerk Ag Elektrochemischer Mehrgassensor
DE19622930A1 (de) * 1996-06-07 1997-12-11 Draegerwerk Ag Elektrochemische Meßzelle
DE19622930C2 (de) * 1996-06-07 1998-06-10 Draegerwerk Ag Elektrochemische Meßzelle
US5932079A (en) * 1996-06-07 1999-08-03 Dragerwerk Ag Electrochemical multigas sensor
DE19622931C2 (de) * 1996-06-07 2001-02-22 Draegerwerk Ag Elektrochemischer Mehrgassensor
EP1154267A3 (de) * 2000-05-13 2002-10-30 Alphasense Limited Elektrochemischer Sensor zur Bestimmung eines Analyts in Anwesenheit eines Störgases
EP1154267A2 (de) * 2000-05-13 2001-11-14 Alphasense Limited Elektrochemischer Sensor zur Bestimmung eines Analyts in Anwesenheit eines Störgases
DE10156098A1 (de) * 2001-11-16 2003-05-28 Schellbach Winfried Mehrfachsensorsystem
DE10160213B4 (de) * 2001-12-07 2004-04-08 Knick Elektronische Meßgeräte GmbH & Co. Messeinrichtung für elektrochemische Messgrössen, insbesondere pH-Messeinrichtung
DE10160213A1 (de) * 2001-12-07 2003-06-26 Knick Elektronische Mesgeraete Messeinrichtung für elektrochemische Messgrössen, insbesondere pH-Messeinrichtung
DE10208074C1 (de) * 2002-02-25 2003-09-25 Draegerwerk Ag Elektrochemischer Gassensor mit nicht planarer Diffusionsmembran und Elektrodenanordnung
US6695959B2 (en) 2002-02-25 2004-02-24 DRäGERWERK AKTIENGESELLSCHAFT Electrochemical gas sensor with nonplanar diffusion membrane and electrode array
US7169289B2 (en) 2002-06-28 2007-01-30 november Aktiengesellschaft Gesellschaft für Molekulare Medizin Electrochemical detection method and device
DE10229374C1 (de) * 2002-06-29 2003-11-20 November Ag Molekulare Medizin Vorrichtung und Verfahren zum elektrochemischen Nachweis
DE10330704B3 (de) * 2003-07-08 2004-12-23 Dräger Safety AG & Co. KGaA Elektrochemischer Gassensor mit Filter
DE102005026491B4 (de) * 2005-06-09 2007-05-16 Draeger Safety Ag & Co Kgaa Elektrochemische Gassensoranordnung
EP2581735A1 (de) * 2011-10-11 2013-04-17 Life Safety Distribution AG Zusatzgasdiffusioniselektroden zur Diagnose von elektrochemischen Gassensoren
US9377435B2 (en) 2011-10-11 2016-06-28 Honeywell International Inc. Auxiliary gas diffusion electrodes for diagnostics of electrochemical gas sensors
US11085896B2 (en) 2011-10-11 2021-08-10 Life Safety Distribution Gmbh Auxiliary micro-electrodes for diagnostics of electrochemical gas sensors

Also Published As

Publication number Publication date
EP0540974B1 (de) 2000-07-12
ATE194714T1 (de) 2000-07-15
CA2082194A1 (en) 1993-05-09
EP0540974A3 (en) 1995-12-20
EP0540974A2 (de) 1993-05-12
JPH05302910A (ja) 1993-11-16
US5298146A (en) 1994-03-29
DE59209845D1 (de) 2000-08-17
JP3143631B2 (ja) 2001-03-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0540974B1 (de) Vorrichtung zum simultanen Nachweis verschiedener Gaskomponenten
DE19622931C2 (de) Elektrochemischer Mehrgassensor
DE69713698T2 (de) Gasfühler
DE69821410T2 (de) Gassensor
DE68912939T2 (de) Elektrochemisches Messgerät.
DE69629640T2 (de) NOx-Sensor und Messverfahren dazu
DE3788519T2 (de) Sensor für verbrennungsgas.
DE2224703B2 (de) Elektrochemische Meßeinrichtung
DE2513264A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum auffinden und messen von stickoxid und stickstoffdioxid in gasen
CH640055A5 (de) Verfahren und vorrichtung zur bestimmung des dielektrischen durchbruches und der groesse von als umhuellung eine membran aufweisenden partikeln.
DE2556483C3 (de) Vorrichtung zum Nachweis gasförmiger Anhydride in einem sauerstoffhaltigen Gas nach dem Prinzip der Potentialdifferenzmessung
DE19734860C2 (de) Verfahren zur Bestimmung oxidierbarer Bestandteile in einem Gasgemisch
DE102007029154A1 (de) Mischpotenzialsensor mit beschleunigtem Ansprechverhalten zur Detektion verschiedener Gase in Gasgemischen, sowie Verfahren zum Betrieb desselben
DE69028495T2 (de) Fühler für ionisierbare Substanzen
DE19847706A1 (de) Elektrochemischer Gas-Sensor
EP0016423B1 (de) Gasdetektor
DE69402705T2 (de) Bestimmung der gaskonzentration
DE10228121A1 (de) Gasfühleraufbau zur Minimierung von Fehlern im Fühlerausgangssignal
DE212020000534U1 (de) Elektrochemischer Biosensor mit zwei Kanälen zum Messen von Hämoglobin-Konzentrazion
DE69029446T2 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Minimierung der Effekte, des in einem Elektrolyten gelösten Sauerstoffgehaltes, bei Analysatoren für niedrige Sauerstoffkonzentrationen
EP1489408A1 (de) Verfahren und Sensor zum Bestimmen eines chemischen Elements
DD202213A5 (de) Messanordnung zur bestimmung der ionenaktivitaet von loesungen oder partialdruecke von gasen
DE10330704B3 (de) Elektrochemischer Gassensor mit Filter
DE69320108T2 (de) Als galvanische Zelle ausgeführter Gaskonzentrationssensor zur Bestimmung verschiedener Gasarten
DE4030873C2 (de) Verfahren zur Konzentrationsbestimmung von elektrochemisch umsetzbaren Gasen

Legal Events

Date Code Title Description
OM8 Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: COMPUR MONITORS SENSOR TECHNOLOGY GMBH, 81539 MUEN

8110 Request for examination paragraph 44
8139 Disposal/non-payment of the annual fee