DE4224612A1 - Elektrochemischer ozonsensor - Google Patents

Elektrochemischer ozonsensor

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Description

Die Erfindung besteht in einem elektrochemischen Ozonsensor zum Nachweis von Ozon-Konzentrationen in Gasen oder Flüssigkeiten, der eine Arbeitselektrode, die auf einem porösen Kunststoffträger einen Katalysator aus Graphit, Graphit und Metall, Graphit und Metalloxid oder Graphit und Halbleiteroxid enthält, und minde­ stens eine Gegenelektrode aus Metall sowie einen Elektrolyten auf­ weist.
In der US-PS 48 85 929 ist u. a. ein an einer potentiostatischen Schaltung zu betreibender elektrochemischer Ozonsensor mit einer Referenzelektrode, einer Gegenelektrode und einer Arbeitselektrode beschrieben, die auf einem porösen Kunststoffträger einen Edel­ metall-Katalysator, insb. aus MnO2 oder aus CuO, aufweist.
Dieser Ozonsensor kann zu einem nach einem anderen Prinzip arbei­ tenden Ozonsensor, nämlich einem Dünnfilm-Halbleiter-Ozonsensor, in Form eines Ozon-Doppelsensors vereinigt sein, mit dem ein mög­ lichst breiter Ozon-Konzentrationsbereich gemessen werden kann. Dabei mißt der Dünnfilm-Halbleiter-Ozonsensor niedere Konzentrati­ onen und der elektrochemische Ozonsensor mittlere und hohe Konzentrationen.
Die in den Ansprüchen definierte Erfindung dient der Vereinfachung dieses bekannten Ozon-Doppelsensors dahingehend, daß mit einem einzigen elektrochemischen Ozonsensor ein möglichst weiter Ozon- Konzentrationsbereich, beginnend bei einer Größenordnung von etwa 0,1 ppm, meßbar wird.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung enthält die Arbeits­ elektrode zusätzlich zum Graphit eine Metall-Legierung, eine Metalloxid-Mischung oder eine Halbleiteroxid-Mischung. In Aus­ gestaltung der Erfindung und dieser Weiterbildung ist der Elek­ trolyt eine anorganische Säure und die Gegenelektrode ist aus einem Edelmetall, insb. Platin, einer Edelmetall-Legierung, einem Edelmetalloxid, einer Edelmetalloxid-Mischung einer Metall/Metall­ oxid-Mischung oder einer Metall/Metallsalz-Mischung.
In einer ersten Weiterbildung dieser Ausgestaltungen der Erfindung kann eine Referenzelektrode vorgesehen werden, die auf einem weiteren porösen Kunststoffträger ebenfalls einen Katalysator aus Graphit, Graphit und Metall, Graphit und Metalloxid oder Graphit und Halbleiteroxid enthält; dieser (weitergebildete) Ozonsensor ist an einer potentiostatischen Schaltung zu betreiben.
In einer zweiten Weiterbildung der obigen Ausgestaltungen der Erfindung kann die Arbeitselektrode allein aus Graphit, Graphit und Metall, Graphit und Metalloxid oder Graphit und Halbleiteroxid bestehen und eine Referenzelektrode aus einem Edelmetall, insb. Platin, einer Edelmetall-Legierung, einem Edelmetalloxid, einer Edelmetalloxid-Mischung, einer Metall/Metalloxid-Mischung oder einer Metall/Metallsalz-Mischung; dieser (weitergebildete) Ozon­ sensor ist ebenfalls an einer potentiostatischen Schaltung zu betreiben.
Wenn wie oben angegeben bei einigen der Weiterbildungen der Erfindung die entsprechende Elektrode aus einer Metall/Metalloxid- Mischung oder einer Metall/Metallsalz-Mischung enthält, so werden solche Elektroden auch als "Elektroden zweiter Art" bezeichnet; sie haben ein besonders konstantes Elektrodenpotential. Die erwähnten Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind besonders vorteilhaft, wenn das Potential der Arbeitselek­ trode gegenüber einer Wasserstoff-Elektrode zwischen -100 mV und +2,4 V liegt oder mittels der potentiostatischen Schaltung gegenüber der Referenzelektrode in diesem Spannungsbereich eingestellt ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Graphit eine spezifische Oberfläche von 0,5 m2/g bis 2000 m2/g, vorzugsweise 300 m2/g bis 650 m2/g, aufweisen oder die Oberfläche des Graphits mit einem Edelmetall, einer Edelmetall-Legierung, einem Metalloxid oder einer Metalloxid-Mischung dotiert sein.
Ferner kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der Elektrolyt mit einem Leitsalz elektrisch leitend gemacht sein oder es dient Schwefelsäure, Phosphorsäure oder Salpetersäure in flüssiger oder gelierter Form als Elektrolyt, der gegebenenfalls auch mit Wasser und/oder einem organischem Lösungsmittel verdünnt sein oder in einem Festkörper enthalten sein kann.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung näher erläutert, in der gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen sind.
Fig. 1 zeigt schematisch im Schnitt einen Zwei-Elektroden- Ozonsensor, und
Fig. 2 zeigt schematisch im Schnitt einen Drei-Elektroden- Ozonsensor mit potentiostatischer Schaltung.
Der in Fig. 1 schematisch gezeigte Ozonsensor ist für die Gasmes­ sung konzipiert und hat an der Stirnseite seines Gehäuses 10 als Gaseinlaß einen porösen Kunststoffträger 1 (z. B. Polytetrafluor­ ethylen) für das Gas mit dem zu messenden Ozonanteil. Auf der Innenseite des Kunststoffträgers 1 befindet sich eine Arbeits­ elektrode 2, die einen Katalysator 3 aus Graphit, Graphit und Metall, Graphit und Metalloxid oder Graphit und Halbleiteroxid enthält.
An der anderen Stirnseite des Gehäuses 10 befindet sich auf einem Kunststoffträger 1′ eine Gegenelektrode 4 aus Metall. Zwischen den beiden Stirnseiten befindet sich ein Elektrolyt 5, z. B. eine der oben genannten Säuren. Arbeitselektrode 2 und Gegenelektrode 4 sind mit entsprechenden Zuleitungen 21 bzw. 41 versehen.
Der Ozonsensor von Fig. 2 weist gegenüber Fig. 1 zusätzlich eine Referenzelektrode 7 auf, die auf einem weiteren porösen Kunst­ stoffträger 6 einen weiteren Katalysator 8 aus Graphit, Graphit und Metall, Graphit und Metalloxid oder Graphit und Halbleiteroxid enthält. Die Referenzelektrode 7 ist mit einer Zuleitung 71 verse­ hen. Ferner ist eine zum Betrieb erforderliche potentiostatische Betriebsschaltung 9 üblicher Art vorgesehen, an die die drei Elek­ troden-Zuleitungen 21, 41, 71 angeschlossen sind.

Claims (12)

1. Elektrochemischer Ozonsensor zum Nachweis von Ozon-Konzentra­ tionen in Gasen oder Flüssigkeiten, der eine Arbeitselektrode (2), die auf einem porösen Kunststoffträger (1) einen Katalysator (3) aus Graphit, Graphit und Metall, Graphit und Metalloxid oder Gra­ phit und Halbleiteroxid enthält, und mindestens eine Gegenelek­ trode (4) aus Metall sowie einen Elektrolyten (5) aufweist.
2. Elektrochemischer Ozonsensor nach Anspruch 1 mit einer eine Metall-Legierung, eine Metalloxid-Mischung oder eine Halbleiter­ oxid-Mischung aufweisenden Arbeitselektrode (2).
3. Elektrochemischer Ozonsensor nach Anspruch 1 oder 2 mit einer anorganischen Säure als Elektrolyten (5) und mit einer Gegenelek­ trode (4) aus einem Edelmetall, insb. Platin, einer Edelmetall- Legierung, einem Edelmetalloxid, einer Edelmetalloxid-Mischung, einer Metall/Metalloxid-Mischung oder einer Metall/Metallsalz- Mischung.
4. Elektrochemischer Ozonsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer Referenzelektrode (7), die auf einem weiteren porösen Kunststoffträger (6) einen weiteren Katalysator (8) aus Graphit, Graphit und Metall, Graphit und Metalloxid oder Graphit und Halb­ leiteroxid enthält, und mit einer potentiostatischen Betriebs­ schaltung (9).
5. Elektrochemischer Ozonsensor nach Anspruch 3, bei dem die Arbeitselektrode (4) aus Graphit, Graphit und Metall, Graphit und Metalloxid oder Graphit und Halbleiteroxid besteht, und mit einer Referenzelektrode (7) aus einem Edelmetall, insb. Platin, einer Edelmetall-Legierung, einem Edelmetalloxid, einer Edelmetalloxid- Mischung, einer Metall/Metalloxid-Mischung oder einer Metall/Me­ tallsalz-Mischung sowie mit einer potentiostatischen Betriebs­ schaltung (9).
6. Elektrochemischer Ozonsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Potential der Arbeitselektrode (2) gegenüber einer Wasserstoff-Elektrode zwischen -100 mV und +2,4 U liegt oder mittels der potentiostatischen Schaltung (9) gegenüber der Referenzelektrode (7) diesem Spannungsbereich eingestellt ist.
7. Elektrochemischer Ozonsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Graphit eine spezifische Oberfläche von 0,5 m2/g bis 2000 m2/g, vorzugsweise 300 m2/g bis 650 m2/g, aufweist.
8. Elektrochemischer Ozonsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Oberfläche des Graphits mit einem Edelmetall, einer Edelmetall-Legierung, einem Metalloxid oder einer Metalloxid- Mischung dotiert ist.
9. Elektrochemischer Ozonsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit einem durch Leitsalze elektrisch leitend gemachten Elektro­ lyten (5, 8).
10. Elektrochemischer Ozonsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit Schwefelsäure, Phosphorsäure oder Salpetersäure in flüssiger oder gelierter Form als Elektrolyten.
11. Elektrochemischer Ozonsensor nach Anspruch 10 mit in Wasser und/oder einem organischem Lösungsmittel verdünntem Elektrolyten.
12. Elektrochemischer Ozonsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11 mit einem in einem Festkörper enthaltenen Elektrolyten.
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