【発明の詳細な説明】
微小燃料電池酸素ガス・センサ
発明の背景および要約
電気化学的電池は、最も単純な言い方をすると、アノード（酸化電極）、カソ
ード（還元電極）、及び、電解液から構成される。電気化学的電池が機能するた
めには、電解液が、電極における酸化及び還元のメカニズムに適合しなければな
らない。同様に、電極間においてイオン種を移送するための導電性経路を形成し
なければならない。
電気化学的電池の概念は、産業及び科学における作業過程で広く用いられてい
る。電気メッキ、浄水、及び、高純度のガス及び金属の生産には、電解槽が利用
されるが、バッテリ及び燃料電池のような電気化学的電池によってエネルギを蓄
積し、発生するための簡便な手段が得られる。
また、感度が非常に高レベルのため、電気化学的電池は、各種分析手順におけ
る測定に利用されており、多くの実験及びプロセス制御用計器が、その機能を検
知素子としての電気科学的電池に依存している。
米国特許第４，９６０，４９７号には、電解槽によって、ｐｐｂ範囲の酸素を
測定するシステムが開示されている。このシステムの場合、電解液に溶解した酸
素を除去することによって、ガス・サンプルにおける酸素濃度の正確な読み取り
が可能になる。しかし、このシステムの場合、０〜１００ｐｐｂの範囲で測定す
ると、場合によっては、Ｓ／Ｎ比が、一貫して正確な読み取りを可能にするほど
高くないということが分かった。
０〜１００ｐｐｂの範囲で酸素を測定する、現在利用可能な他の電気化学的シ
ステムが存在する。これらのシステムでは、一般に、鉛またはカドミウムによる
アノードが、消耗半電池の働きをする。これらのシステムに固有の欠点は、アノ
ードが消耗するので、その性質または特性が、時間によって変化し、これが、と
りわけ、ｐｐｂ範囲における測定精度に影響を及ぼす可能性があるということで
ある。この欠点は、消耗（バッテリ）タイプの電気化学的酸素センサにおいては
一般的である。
本発明は、分析物、すなわち、ｐｐｂ範囲における酸素、水素、アンモニア、
及び、ヒドラジンを測定するための電気化学的システム及び方法に向けられてい
る。一般に、本システムは、分析物、すなわち、酸素がカソードにおいて還元さ
れる率、あるいは、分析物、すなわち、水素、アンモニア、ヒドラジンが、アノ
ードにおいて酸化される率に対して線形な電流を発生するように構成された、水
素・酸素アルカリ燃料電池として機能する。本発明によるシステムは、先行技術
による燃料電池が、電気エネルギの出力を最適化するように設計または構成され
ており、とりわけ、ｐｐｂ範囲における分析物センサとして機能するように設計
されていないという点で、先行技術による燃料電池とは異なる。本発明のシステ
ムでは、アノードが、非減損または非消耗性であるので、本発明と先行技術によ
るｐｐｂ酸素センサ・システムとは異なる。本発明のシステムの場合、センサ内
で化学変化は生じないので、時間に対して酸素測定を安定した状態に保つことが
可能である。
望ましい実施例の場合、本発明は、電気化学的電池から構成される。測定すべ
き酸素を含む気体流が、酸素に対して触媒的に最適化されたカソードに接触する
。酸素が還元されて、水酸基イオンが生じる。同時に、水素気体流が、非減損性
のアノードに接触する。水素が酸化され（水酸基イオンが存在する場合）、これ
らの反応が、まとまって、カソードにおける酸素の還元率に比例した電流を発生
することになる。測定電流は、気体流中における酸素濃度の変化に正確に対応す
る。
本発明の利点の１つは、システムが比較的クリーンなシステムであり、レドッ
クス副産物は、酸化鉛（鉛のアノード）または水酸化カドミウム（カドミウムの
アノード）の場合とは対照的に、水である。このシステムの場合、副産物である
水は、害を及ぼすことなく蒸発するが、酸化鉛及び水酸化カドミウムといった副
産物は、電気化学的反応に対する抑制剤の働きをする。米国特許第４，９６０，
４９７号に開示の従来のｐｐｂ酸素センサ・システムと比べた明確な利点には、
酸素感度が高く、バックグラウンド・オフセットが少なく、オフセット・ドリフ
トが少なく、線形応答が向上し、応答速度が改良され、温度感度が低下するとい
ったことがある。
図面の簡単な説明
図１は、本発明の実施例の機能ブロック図である。
図２は、本発明の実施例の分解透視図である。
好ましい実施例の説明
図１を参照すると、本発明の望ましい実施例である、電気化学的システム１０
のブロック図が示されており、２つの検知電極１４ａ及び１４ｂと、２つの追加
電極１８ａ及び１７ａが配置された、電気化学的電池のキャビティ１２が含まれ
ている。リザーバ１６が、流体流で電池のキャビティと通じており、電極１８ｂ
及び１７ｂを備えている。検知電極１４ａ及び１４ｂの負荷は、ＤＣ回路及び電
力調整器２０によって加えられる。電池のキャビティ１２の電解液と電極１４ａ
及び１４ｂによって電解回路が完成する。電力調整器２０が、独立したＤＣ回路
（不図示）によって電池キャビティ１２及びリザーバ１６に共通した電極１８ａ
及び１８ｂと電解液間に一定の電位を印加する。電力調整器２０は、第３の独立
したＤＣ回路（不図示）を介して電池キャビティ１２及びリザーバ１６に共通し
た電極１７ａ及び１７ｂと電解液間にも、一定の電流を供給する。不図示ではあ
るが、電力調整器には、特に、３つの独立した組をなす電極のそれぞれによって
必要とされる回路条件を制御するため、適合する抵抗器、増幅器等が含まれるこ
とになる。メータ２２は、電力調整器２０を介して電極１４ａ及び１４ｂと通じ
ており、分析される成分の電気還元に対応した直接読み取りを可能にしている。
図２を参照すると、電池キャビティ１２及びリザーバ１６が、さらに詳細に示
されている。分析される分析物を含む気体流が、供給源２４から入口２８を通っ
て入口プレート３０に流入する。入口プレート３０には、気体流が通るキャビテ
ィ状の凹所３４が設けられている。アパーチャ付きの拡散プレート３８が、電極
１４ａに対するサンプル流内の酸素の拡散を計測する。集電器４０が、拡散プレ
ート３８と、アパーチャを備えた電極保持プレート４２の間に挟まれている。電
極１４ａは、このアパーチャに収容される。電極１４ａとプラチナ・スクリーン
電極１８ａの間には、非導電性透過隔離体４４が挿入されている。流通路を備え
た電解質プレート４６は、一方の側が電極１８ａに接し、もう一方の側がＯリン
グ５０を受ける。
ハウジング５２は、一般に、下方の電池キャビティ・ハウジング１２と、上方
のリザーバ１６から構成される。導管６０ａ及び６０ｂが、電池キャビティ・ハ
ウジング１２に形成され、リザーバ１６の底に収容される。リザーバのスリーブ
６４が、導管６０ｂを介して、電極１７ｂ及び１８ｂから電極１７ａ及び１８ａ
を分離するため、導管６０ａにかぶせられる。電極１８ａ及び１８ｂの接続ワイ
ヤはスリーブ６４を通る。電極１７ｂ及び１８ｂは、任意の適合するやり方でリ
ザーバ１６内に固定される。電池キャビティ１２及びリザーバ１６内の電解液は
、導管６０ｂだけを介して互いに流体流で通じている。
ハウジング５２のもう一方の側には、Ｏリング６６、流通路を備えた電解質プ
レート６８、ステンレス鋼スクリーン７０、石綿薄膜のような非導電性透過隔離
体７２、電極１４ｂ、電極保持プレート７４、集電器７６、及び、ガス拡散プレ
ート７８が設けられている。入口プレート８０には、キャビティ状凹所、入口８
４、及び、少量の水素が通る出口８６が設けられている。拡散プレート７８は、
電極１４ｂに対する水素の拡散を計量する。
電極１４ａ（カソードの働きをする）は、一般に、酸素に対して触媒的に固有
の半透過性電極である。カソードにおける酸素還元率が、拡散プレート３８によ
る酸素の拡散率に比例する限りにおいて、非固有のカソードを利用することも可
能である。電極１４ｂは、水素に対して触媒的に固有の半透過性電極である。
電極１７ａは、ニッケルのような金属が望ましく、対応する電極１７ｂは、プ
ラチナである。
電極１８ａ、すなわち、バリヤ電極は、プラチナのワイヤ・メッシュが望まし
い。対応する電極１８ｂは、プラチナのロッドが望ましい。
発明の動作
本発明の動作時、水成電解液（１Ｍの水酸化カリウム溶液のような）が、リザ
ーバ及び電池キャビティに導入される。第１の電解経路が、電池キャビティ１２
の電極１４ａと１４ｂの間に形成され、第２の電解経路が、電極１７ａと１７ｂ
の間に形成され、第３の電解経路が、電極１８ａと１８ｂの間に形成される。第
２と第３の電解経路は、電池キャビティ１２及びリザーバ１６に共通した電解液
を利用する。３対の電極１４ａ−１４ｂ、１７ａ−１７ｂ、及び、１８ａ−１８
ｂが、適合するコネクタ（不図示）を介して、電力調整器２０に接続されている
。電力調整器２０には、電極１７ａ及び１７ｂ間にわずかな連続した電流を供給
するのに適合した回路が設けられている。電力調整器２０には、電極１４ａ及び
１４ｂによって電気化学的に生じる電流を検知するのに適合した測定回路が含ま
れている。電力調整器２０は、電極１８ａ及び１８ｂ間に印加される１．５ＶＤ
Ｃの電位を発生する。
有限濃度の酸素を含むサンプル気体流２４が、入口プレート３０を通って流れ
る。流量は、０．５〜３ｓｃｆｈが望ましい。ガスは、温度が３２〜１２０°Ｆ
で、ゲージ圧力が約１ｐｓｉである。同時に、供給源８８からの水素流が、入口
プレート８０を通って流れる。ここで、必要な流量は、約１０ｓｃｃｈである。
この水素のごくわずかな量が、電気化学的反応によって実際に消耗され、残りの
水素ガスは、出口８６を介して、安全に排気される。この低レベルの水素供給は
、制御された水の電解から発生する水素を集めることによって、簡単に生じさせ
ることが可能である。
サンプル流中の酸素は、拡散プレート３８によって拡散し、電極１４ａにおい
て電気化学的に還元される。カソードの働きをするこの電極１４ａは、金属によ
る触媒作用を受けたカーボン・テフロン電極が望ましい。供給源の水素は、拡散
プレート７８によって拡散し、電極１４ｂにおいて電気化学的に酸化される。ア
ノードの働きをするこの電極１４ｂは、水素の酸化に関して触媒的に活性の金属
、できれば、プラチナを含む任意の半透過性電極とすることが可能である。
この実施例の場合、酸素は、電極１４ａにおいて電気化学的に還元され、水酸
基イオンＯＨ−が生じる。水酸基イオンは、電池キャビティ１２を越えて電極１
４ｂまで移動し、ここで、イオン回路を完成して、水素の酸化による水の発生を
容易にする。
検知装置１０は、サンプル・ガス中の酸素が電極１４ａに対して拡散する率に
正確に比例した電流を発生する。この発生する電流（すなわち、酸素拡散率）は
、センサが限流領域で動作する場合、酸素濃度の変化と正確に線形をなす。気体
サンプル２４に酸素が存在する場合、センサによって生じる電流は、電力調整器
２０によって測定され、メータ２２によって表示される。例えば、気体サンプル
２４における酸素濃度が７ｐｐｍの場合、電極１４ａに対する酸素の拡散率は、
約４．７Ｅ−３ｃｃ／ｈｒであり、電池に２１マイクロアンペアの電流を発生す
る。この電流で、センサは、９．４Ｅ−３ｃｃ／ｈｒの水素を消費する。気体サ
ンプル２４における酸素濃度が、７０ｐｐｂまで低下すると、電池の電流も２１
０ナノアンペアまで線形に減少するので、酸素濃度の変化に対する理想的に線形
の応答が得られる。
電極１７ａ及び１７ｂは、検知装置１０の動作にとって必須の、独立した機能
を実施する。この電極は、電解溶液中の微量イオン不純物の除去及び混入の両方
または一方を行うメカニズムを提供する。電解液中へのこうした微量の不純物を
導入は、可能性のある３つの供給源の１つまたは全てから生じる。まず、不純物
は、元の電解溶液中に存在する。第２に、不純物は、センサ（電極を含む）の構
成材料と電解質との間における別個の化学反応の結果として、電解溶液中に導入
される。最後に、不純物は、気体サンプル流から、例えば、酸性ガスのような汚
染物として侵入する。
これら微量のイオン不純物を除去するのか、あるいは、これらから保護するの
かという点は、微量（＜１００ｐｐｂ）酸素流をモニタする上で重要である。測
定する酸素濃度が漸次低くなる場合のように、電池の電流が連続して減少する場
合は、微量のイオン不純物は、安定した検知にとって、さらに大きい問題になる
。これらの不純物は、活性領域でしっかり吸収され、従って、酸素還元のための
有効表面積が減少する可能性がある。微量イオン不純物は、酸素に対する電気化
学的感度を変更する可能性のある、反応物質及び中間物の吸収にも影響する。印
加電位及び定電流における電極１７ａ及び１７ｂの存在には、溶液中の微量イオ
ン
不純物に対するスカベンジング効果があり、従って、酸素検知電極１４ａ及び１
４ｂが保護され、長期の安定した測定が可能になる。この機能については、参考
までに、本開示にそっくり組み込まれている、米国特許第３，９２９，５８７号
に開示されている。
電極１８ａ及び１８ｂは、検知装置１０の動作にとって必須の、やはり独立し
た機能を実施する。この電極は、電池キャビティ１２内に保持された電解液から
溶解酸素を除去するメカニズムを提供する。存在する溶解酸素がごく微量であっ
たとしても、電流を生じ、気体サンプル流における酸素のｐｐｂレベルの正確な
分析が妨げられることになる。電力調整器２０は、電極１８ａと１８ｂ間に約１
．５ＶＤＣの電位を生じさせる。この電位範囲において、電極１８ａに水素が発
生する。この機能の詳細については、参考までに、本開示にそっくり組み込まれ
ている、米国特許第４，９６０，４９７号に開示されている。
以上の説明は、本発明の特定の実施例に制限したものである。しかし、本発明
に変更及び修正を加えても、本発明の利点の一部または全てを達成することがで
きるのは、明らかである。従って、付属の請求項の目的は、本発明の真の精神及
び範囲内に含まれるこうした変更及び修正の全てを包含することにある。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Micro fuel cell oxygen gas sensor
BACKGROUND AND SUMMARY OF THE INVENTION
An electrochemical cell, in its simplest terms, has an anode (oxidized electrode),
(Reduction electrode) and electrolyte. The electrochemical cell works
The electrolyte must be compatible with the oxidation and reduction mechanisms at the electrodes.
No. Similarly, forming a conductive path for transporting ionic species between the electrodes
There must be.
The concept of electrochemical cells is widely used in industrial and scientific work processes.
You. Electrolyzers are used for electroplating, water purification, and production of high-purity gases and metals
But energy is stored by electrochemical cells such as batteries and fuel cells.
A simple means for stacking and generating is obtained.
Also, due to the very high level of sensitivity, electrochemical cells can be used in various analytical procedures.
Many laboratory and process control instruments are testing their functions.
It relies on an electrochemical battery as an intelligent element.
U.S. Pat. No. 4,960,497 discloses that an electrolytic cell provides oxygen in the ppb range.
A system for measuring is disclosed. In this system, the acid dissolved in the electrolyte
Accurate reading of oxygen concentration in gas samples by removing oxygen
Becomes possible. However, in the case of this system, measurement is performed in the range of 0 to 100 ppb.
In some cases, the signal-to-noise ratio is such that consistently accurate readings are possible.
I found that it was not high.
Other currently available electrochemical systems that measure oxygen in the range of 0-100 ppb
There is a stem. These systems generally use lead or cadmium.
The anode acts as a consumable half-cell. The inherent disadvantage of these systems is that
As the card wears out, its properties or properties change over time, which
In other words, it may affect the measurement accuracy in the ppb range
is there. This drawback is a disadvantage in a consumable (battery) type electrochemical oxygen sensor.
General.
The invention relates to analytes, i.e. oxygen, hydrogen, ammonia in the ppb range,
And an electrochemical system and method for measuring hydrazine.
You. In general, the system provides for the analyte, i.e., oxygen, to be reduced at the cathode.
Or the analytes, i.e., hydrogen, ammonia, hydrazine,
Water configured to generate a current that is linear with respect to the rate of oxidation in the
Functions as an elementary-oxygen alkaline fuel cell. The system according to the invention is
Fuel cell is designed or configured to optimize the output of electrical energy
And specifically designed to function as an analyte sensor in the ppb range
It differs from prior art fuel cells in that it is not. The system of the present invention
In accordance with the present invention and the prior art, the anode is non-depleting or non-consumable.
Ppb oxygen sensor system. In the case of the system of the present invention,
To keep the oxygen measurement stable over time
It is possible.
In a preferred embodiment, the invention comprises an electrochemical cell. Measurement
A gas stream containing oxygen contacts a cathode that is catalytically optimized for oxygen
. Oxygen is reduced to form hydroxyl ions. At the same time, the hydrogen gas flow is non-destructive
Contact with the anode. Hydrogen is oxidized (if a hydroxyl ion is present)
Together, these reactions produce a current proportional to the rate of oxygen reduction at the cathode.
Will be. The measured current accurately corresponds to changes in oxygen concentration in the gas stream.
You.
One of the advantages of the present invention is that the system is relatively clean,
By-products are lead oxide (lead anode) or cadmium hydroxide (cadmium
(Anode), in contrast to water. A by-product of this system
Water evaporates harmlessly, but has the secondary effects of lead oxide and cadmium hydroxide.
The product acts as an inhibitor for the electrochemical reaction. U.S. Pat. No. 4,960,
The distinct advantages over the conventional ppb oxygen sensor system disclosed in US Pat.
High oxygen sensitivity, low background offset, offset drift
Lower response, improved linear response, improved response speed, and reduced temperature sensitivity
I have.
BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
FIG. 1 is a functional block diagram of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view of an embodiment of the present invention.
Description of the preferred embodiment
Referring to FIG. 1, a preferred embodiment of the present invention, an electrochemical system 10
The block diagram of FIG. 2 shows two sensing electrodes 14a and 14b and two additional electrodes.
Includes the electrochemical cell cavity 12 in which the electrodes 18a and 17a are located.
ing. Reservoir 16 is in fluid flow communication with the cell cavity and includes electrode 18b.
And 17b. The load on the sensing electrodes 14a and 14b is
Applied by force regulator 20. Electrolyte and electrode 14a in battery cavity 12
And 14b complete the electrolytic circuit. Power regulator 20 is an independent DC circuit
(Not shown), an electrode 18a common to the battery cavity 12 and the reservoir 16
And a constant potential is applied between 18b and the electrolyte. The power conditioner 20 has a third independent
Common to the battery cavity 12 and the reservoir 16 via a DC circuit (not shown)
A constant current is also supplied between the electrodes 17a and 17b and the electrolyte. Not shown
However, the power conditioner has, in particular, each of the three independent sets of electrodes.
Appropriate resistors, amplifiers, etc. should be included to control required circuit conditions.
And The meter 22 communicates with the electrodes 14a and 14b via the power regulator 20.
And enables direct reading corresponding to the electroreduction of the components to be analyzed.
Referring to FIG. 2, the battery cavity 12 and the reservoir 16 are shown in more detail.
Have been. A gas stream containing the analyte to be analyzed is supplied from a source 24 through an inlet 28.
And flows into the inlet plate 30. The inlet plate 30 has a cavity through which the gas flows.
A recess 34 is provided. The diffusion plate 38 with the aperture is
Measure the diffusion of oxygen in the sample stream to 14a. The current collector 40 is
And an electrode holding plate 42 having an aperture. Electric
The pole 14a is housed in this aperture. Electrode 14a and platinum screen
A non-conductive transparent separator 44 is inserted between the electrodes 18a. Equipped with a flow passage
The electrolyte plate 46 has one side in contact with the electrode 18a and the other side
Receive 50
The housing 52 generally comprises a lower battery cavity housing 12 and an upper
Of the reservoir 16. Conduits 60a and 60b are connected to battery cavity housings.
Formed in the housing 12 and housed at the bottom of the reservoir 16. Reservoir sleeve
64 is connected to electrodes 17a and 18a from electrodes 17b and 18b via conduit 60b.
In order to separate it from the tube 60a. Connection wire for electrodes 18a and 18b
The sleeve passes through the sleeve 64. The electrodes 17b and 18b are connected in any suitable manner.
It is fixed in the reservoir 16. The electrolyte in the battery cavity 12 and the reservoir 16
, Are in fluid communication with each other only through conduit 60b.
On the other side of the housing 52, an O-ring 66 and an electrolyte plug having a flow passage are provided.
Rate 68, stainless steel screen 70, non-conductive transparent isolation such as asbestos film
Body 72, electrode 14b, electrode holding plate 74, current collector 76, and gas diffusion
A port 78 is provided. The inlet plate 80 has a cavity recess, an inlet 8
4 and an outlet 86 through which a small amount of hydrogen passes. The diffusion plate 78
The diffusion of hydrogen to the electrode 14b is measured.
The electrode 14a (acting as a cathode) is generally catalytically unique to oxygen.
Is a semi-permeable electrode. The oxygen reduction rate at the cathode is
Non-unique cathodes can be used as long as they are proportional to the oxygen diffusivity.
Noh. The electrode 14b is a semi-permeable electrode catalytically unique to hydrogen.
The electrode 17a is desirably a metal such as nickel, and the corresponding electrode 17b is a metal.
Latin.
Electrode 18a, the barrier electrode, is preferably a platinum wire mesh.
No. The corresponding electrode 18b is preferably a platinum rod.
Operation of the invention
In operation of the present invention, an aqueous electrolyte (such as a 1 M potassium hydroxide solution)
And into the battery cavity. The first electrolysis path is the cell cavity 12
Formed between the electrodes 14a and 14b, and a second electrolytic path is formed between the electrodes 17a and 17b.
And a third electrolytic path is formed between the electrodes 18a and 18b. No.
The second and third electrolysis paths are common electrolytes for the battery cavity 12 and the reservoir 16.
Use Three pairs of electrodes 14a-14b, 17a-17b, and 18a-18
b is connected to the power conditioner 20 via a suitable connector (not shown).
. The power regulator 20 is supplied with a slight continuous current between the electrodes 17a and 17b.
A suitable circuit is provided for The power conditioner 20 has electrodes 14a and
Includes a measurement circuit adapted to detect the current generated electrochemically by 14b
Have been. The power regulator 20 has a voltage of 1.5 VD applied between the electrodes 18a and 18b.
C potential is generated.
A sample gas stream 24 containing a finite concentration of oxygen flows through the inlet plate 30.
You. The flow rate is desirably 0.5 to 3 scfh. The gas has a temperature between 32-120 ° F
And the gauge pressure is about 1 psi. At the same time, a stream of hydrogen from source 88
Flows through plate 80. Here, the required flow rate is about 10 scch.
A negligible amount of this hydrogen is actually consumed by the electrochemical reaction and the remaining
Hydrogen gas is safely vented through outlet 86. This low level hydrogen supply
Easily produced by collecting hydrogen generated from controlled water electrolysis,
It is possible to
Oxygen in the sample stream is diffused by the diffusion plate 38 and
And is electrochemically reduced. This electrode 14a serving as a cathode is made of metal.
A catalyzed carbon Teflon electrode is preferred. Source hydrogen diffuses
It is diffused by the plate 78 and electrochemically oxidized at the electrode 14b. A
This electrode 14b, acting as a node, is made of a catalytically active metal with respect to the oxidation of hydrogen.
Preferably, any semi-permeable electrode including platinum can be used.
In this embodiment, oxygen is electrochemically reduced at electrode 14a and
The base ion OH- is generated. Hydroxyl ions pass through the cell cavity 12 and into the electrode 1
4b, where the ion circuit is completed and the generation of water by oxidation of hydrogen
make it easier.
The detector 10 determines the rate at which oxygen in the sample gas diffuses to the electrode 14a.
Generates an exactly proportional current. The resulting current (ie, oxygen diffusivity) is
When the sensor operates in the current limiting region, it is exactly linear with the change in oxygen concentration. gas
If oxygen is present in sample 24, the current generated by the sensor will be
Measured by 20 and displayed by meter 22. For example, a gas sample
When the oxygen concentration at 24 is 7 ppm, the diffusion rate of oxygen to the electrode 14a is
Approximately 4.7E-3cc / hr, generating 21 microamps of current in the battery
You. At this current, the sensor consumes 9.4E-3 cc / hr of hydrogen. Gas
When the oxygen concentration in the sample 24 drops to 70 ppb,
Ideally linear for changes in oxygen concentration as it decreases linearly to 0 nanoamps
Is obtained.
The electrodes 17a and 17b are independent functions essential for the operation of the detection device 10.
Is carried out. This electrode both removes and incorporates trace ionic impurities in the electrolytic solution.
Or provide a mechanism to do either. These small amounts of impurities in the electrolyte
The introduction results from one or all of the three possible sources. First, impurities
Is present in the original electrolytic solution. Second, the impurities are included in the structure of the sensor (including the electrodes).
Introduced into the electrolytic solution as a result of a separate chemical reaction between the material and the electrolyte
Is done. Finally, impurities are removed from the gaseous sample stream, e.g.
Invades as dye.
Do you want to remove these traces of ionic impurities or protect them?
This is important in monitoring trace (<100 ppb) oxygen flow. Measurement
When the battery current decreases continuously, such as when the oxygen concentration
Trace ion impurities are a bigger problem for stable detection
. These impurities are firmly absorbed in the active region and, therefore,
Effective surface area may be reduced. Trace ion impurities are electrified for oxygen
It also affects the absorption of reactants and intermediates, which can alter the chemical sensitivity. mark
The presence of the electrodes 17a and 17b at the applied potential and the constant current depends on the trace ion in the solution.
N
There is a scavenging effect on impurities, and therefore the oxygen sensing electrodes 14a and 14a
4b is protected, and long-term stable measurement becomes possible. For more information about this feature,
No. 3,929,587, previously incorporated by reference in its entirety into this disclosure.
Is disclosed.
Electrodes 18a and 18b are independent of each other, essential for the operation of sensing device 10.
Implement the function. This electrode is formed from the electrolyte held in the battery cavity 12.
Provides a mechanism for removing dissolved oxygen. Very little dissolved oxygen is present
Even so, an electric current is generated and an accurate ppb level of oxygen in the gaseous sample stream is obtained.
The analysis will be hampered. The power conditioner 20 has approximately one electrode between the electrodes 18a and 18b.
. A potential of 5 VDC is generated. In this potential range, hydrogen is generated on the electrode 18a.
Live. Details of this feature are incorporated into this disclosure by reference.
U.S. Pat. No. 4,960,497.
The foregoing description has been limited to a specific embodiment of this invention. However, the present invention
Changes and modifications may still achieve some or all of the advantages of the present invention.
It's clear. Therefore, the purpose of the appended claims is to define the true spirit and scope of the invention.
It is intended to cover all such changes and modifications that come within the scope of the invention.
【手続補正書】特許法第１８４条の８
【提出日】平成５年１１月４日（１９９３．１１．４）
【補正内容】
補正請求の範囲
１．アノード、酸素に触媒的に固有のカソード、及び、電解液を備えた電気化
学的電池と、
カソードとアノードの間に電解経路を形成する手段と、
気相拡散に基づいて、カソードに対する酸素を計量し、体積濃度に比例した測
定値が得られる手段と、
カソードにおいて酸素を還元し、水酸基イオンを生じさせる手段と、
安定した送り出し圧力で、水素が、常に、カソードで還元される酸素を超える
状態に保持されるようにして、アノードに対するほぼ純粋な水素の計量を行う手
段と、
アノードにおいて水素を酸化させて、水を生じさせ、サンプル・ガス中におけ
る酸素の体積濃度と線形をなす電流を発生する手段と、
還元された酸素を測定する手段と
から構成されるガス中の酸素量をｐｐｂ単位で測定するためのシステム。
２．電解液は、０．１〜１０Ｍ ＫＯＨの水成であり、１Ｍ ＫＯＨが望まし
い請求項１に記載の測定システム。
３．ガスが流入するキャビティと、カソードへのガスを計量するためにキャビ
ティとカソードの間に挿入された拡散プレートが設けられている請求項１に記載
の測定システム。
４．水素が流入するキャビティと、
アノードへの水素の流れを計量するため、アノードとキャビティの間に挿入さ
れた拡散プレートが設けられている請求項１に記載の測定システム。
５．カソードが、触媒作用を受けたカーボン・テトラフルオロエチレン電極で
ある請求項１に記載の測定システム。
６．アノードが、水素の酸化に固有の、プラチナによる触媒作用を受けたカー
ボン・テトラフルオロエチレン電極である請求項１に記載の測定システム。
７．電解液、及び、電解液中に配置された１対の検知電極と、
検知電極間に電解経路を形成する手段と、
気相拡散に基づいて、分析物に触媒的に固有の電極に対するガスを計量し、体
積濃度に比例した測定値を得る手段と、
分析物を非イオン種に転化し、サンプル・ガス中における分析物の体積濃度と
線形をなす電流を電解液中に生じさせる手段と、
安定した送り出し圧力で、ガスが、常に、もう一方の検知電極で酸化される分
析物を超える状態に保持されるようにして、もう一方の電極に対するほぼ純粋な
ガスの計量を行って、イオン種を生じさせる手段と、
生じた電流を測定する手段と
から構成されるガス中における分析物の量をｐｐｂ単位で測定するためのシステ
ム。
８．アノードに分析物を酸化する手段が設けられている
検知電極の１つがアノードであり、分析物が、本質的に、水素、アンモニア、
及び、ヒドラジンから成るグループから選択された請求項７に記載の測定システ
ム。
９．カソードに酸素を還元する手段が設けられている
検知電極の１つがカソードであり、分析物が酸素である請求項７に記載の測定
システム。
１０．第１の電解経路の機能とは別個の機能を備えた第２の電解経路を構成す
る第１のバリヤ電極及び第２の電極と、
第１と第２の電極間に電圧を印加してバリヤ電極を作動させ、電解質の望まし
くない成分が、電気化学的にカソードに対して拡散しないようにするための手段
が設けられている請求項１または７に記載の測定システム。
１１．電池の電解液と通じた電解液のリザーバが設けられ、第２の電極がリザ
ーバ内に配置され、リザーバ及び電気化学的電池の電解液が流体流で通じている
請求項１０に記載の測定システム。
１２．溶解した酸素が同時に消耗して第２の電極に酸素が生じ、リザーバの電
解液中に解放される電位まで第１のバリヤ電極を分極する手段が含まれる請求項
１１に記載の測定システム。
１３．電気化学的電池の電解液と通じた電解液のリザーバが設けられ、
アノード及びカソードが第１の対をなす電極から構成され、第１のバリヤ電極
及びその関連する第２の電極が第２の対をなす電極を構成し、一方が電解液のリ
ザーバ内に配置され、もう一方が、電気化学的電池の電解液中に配置されている
第３の対をなす電極が設けられ、その第３の対をなす電極によって、第１または
第２の電解経路の機能とは別個の機能を備えた第３の電解経路が形成され、
第３の対をなす電極間に電流を発生することによって、リザーバの電解液と電
気化学的電池の電解液の間にｐＨ勾配を生じさせる手段が設けられ、第３の電解
経路が望ましくないイオン種を電解液からリザーバに移動させる手段を形成し、
望ましくないイオン種がリザーバから電池に後方拡散するのを抑制する手段が
設けられていることを特徴とする、
請求項１、７、または、１０に記載の測定システム。
１４．電解液中でカソードとアノードから構成される検知電極の間の電解経路
を形成するステップと、
気体流とカソードを接触させるステップと、
カソードで酸素を還元し、水酸基イオンを生じさせるステップと、
水素とアノードを接触させるステップと、
アノードで水素を酸化して、水を生じさせ、カソードにおける酸素の還元率と
線形をなす電流を発生するステップと
から構成されるガス中の酸素量を測定する方法。
１５．ガスをキャビティに流入させるステップと、
キャビティから拡散プレートを介してカソードに達するガスを計測するステッ
プとが含まれる請求項１４に記載の測定方法。
１６．０．５〜３．０ｓｃｆｈの流量でキャビティにガスを流入させるステッ
プが含まれる請求項15に記載の測定方法。
１７．ガスが、約３２〜１２５°Ｆの温度である請求項１５に記載の測定方法
。
１８．サンプルの圧力が約１．０ｐｓｉｇである請求項１５に記載の測定方法
。
１９．電解液は、０．１〜１０Ｍ ＫＯＨの水成であり、１Ｍ ＫＯＨが望ま
しい請求項１４に記載の測定方法。
２０．カソードが、酸素還元に固有の触媒作用を受けたカーボン・テフロン電
極である請求項１４に記載の測定方法。
２１．水素をキャビティに流入させるステップと、
キャビティから拡散プレートを介してアノードに達する水素を計測するステッ
プと
が含まれる請求項１４に記載の測定方法。
２２．１０〜２５ｓｃｃｈの流量でキャビティに水素を流入させるステップが
含まれる請求項２１に記載の測定方法。
２３．キャビティに送られる水素濃度が、一般に、約１００体積パーセントで
ある請求項２１に記載の測定方法。
２４．アノードが、水素の酸化に固有のプラチナの触媒作用を受けたカーボン
・テフロン電極である請求項１４に記載の測定方法。
２５．カソードとアノードの間の電解経路が第１の電解経路であり、
第１のバリヤ電極及び第２の電極を設けて、バリヤ電極をカソードとバルク電
解質の間に挿入し、第１と第２の電極によって、機能が第１の電解経路から独立
した第２の電解経路を形成するステップと、
第１と第２の電極の間に電圧を印加してバリヤ電極を作動させ、電解質の望ま
しくない成分が電気化学的にカソードに対して拡散しないようにするステップと
が含まれる請求項１４に記載の測定方法。
２６．電池の電解液と通じた電解液のリザーバを設けるステップが含まれ、第
２の電極がリザーバ内に配置され、電池の電解液及びリザーバが流体流で通じて
いる請求項２５に記載の測定方法。
２７．第１のバリヤ電極を分極して前記第１のバリヤ電極に水素を発生させ、
同時に、第２の電極に酸素を発生させるステップが含まれる請求項２５に記載の
測定方法。
２８．第２の電極で発生した酸素がリザーバから泡となって出たものである請
求項２７に記載の測定方法。
２９．バリヤ電極と第２の電極の間の電流がバリヤ電極で利用可能な平衡濃度
０２に相当する請求項２７に記載の測定方法。
３０． 電解液と通じた電解液のリザーバを設けるステップと、一方が電解液
のリザーバ内に配置され、もう一方が電解液内に配置されるとともに、第３の電
解経路が形成され、この経路の機能が、第１と第２の電解経路の機能とは別個の
ものである第３の対をなす電極を設けるステップとが含まれ、
第３の対をなす電極間に電流を発生することによって、リザーバの電解液と電
解液の間にｐＨ勾配を生じさせ、カソードにおける反応に直接影響しない望まし
くないイオン種が電解液からリザーバに移動できるようにするステップが含まれ
、
望ましくないイオン種がリザーバから電池に後方拡散するのを抑制し、これに
よって、望ましくないイオン種が電解液から分離された状態に留まるようにする
ステップが含まれる
カソードとアノードの間の電解経路が第１の電解経路である請求項１４または
２１に記載の測定方法。
３１．バルク電解質中における水酸基イオンとは濃度の異なる、リザーバの電
解液中の水酸基イオンのゾーンを形成するステップが含まれる請求項３０に記載
の測定方法。
３２．泡立ちによってリザーバからイオン種を放出するステップが含まれる請
求項３０に記載の測定方法。
３３．アノードにおける直接酸化によってイオン種を放出するステップが含ま
れる請求項３０に記載の測定方法。
３４．電極表面の吸収を介してイオン種のスカベンジングを行うステップが含
まれる請求項３０に記載の測定方法。
３５．電解液中に検知電極間に電解経路を形成するステップと、
分析物に触媒的に固有のセンサをガスに接触させるステップと、
分析物をイオン種に転化するステップと、
イオン種を電気化学的副産物に再転化し、分析物の転化率と線形をなす電流を
電解液中に生じさせるステップと
から構成されるガス中の分析物の量を測定するための方法。
３６．アノードに分析物を酸化するステップが含まれている、
検知電極の１つがアノードで、分析物が、本質的に、水素、アンモニア、及び、
ヒドラジンから成るグループから選択されている請求項３５に記載の測定方法。
３７．カソードに酸素を還元するステップが含まれている、
検知電極の１つがカソードであり、分析物が酸素である請求項３５に記載の測定
方法。
【手続補正書】
【提出日】平成１２年３月２７日（２０００．３．２７）
【補正内容】
請求の範囲
１．水素−酸素アルカリ燃料電池の構成に基づいて気体流（２４）中の酸素量を
０から１００ｐｐｂの量において計量する方法であって、
電池中の電解液中で、カソード（１４ａ）と非減耗性アノード（１４ｂ）から
成る検知電極の間に第１の電解経路を形成するステップであって、前記経路は第
１のバリヤ電極（１８ａ）と第２の電極（１８ｂ）から成る第２の対をなす電極
を含み、そのバリヤ電極はカソードと電池中の電解液のバルクとの間に配置され
ており、前記第１の電極と前記第２の電極は、電池中で、前記第１の電解経路の
機能とは別個の機能を有する第２の電解経路を形成するステップと、
電池中の電解液と通じている電解液のリザーバ（１６）を設け、かつ第３の対
を成す電極を設けるステップであって、前記第３の対の一方の電極（１７ｂ）は
前記リザーバ中に配置され、他方の電極（１７ａ）は電解液中に配置され、その
第３の対の電極は、前記第１と第２の電解経路の機能とは別個の機能を有する第
２の電解経路を形成するステップと、
気体流をカソード（１４ａ）と接触するように配置するステップと、
第２の対を成す電極間に電圧を印加して、バリヤ電極を作動させ、それによっ
て電解質中の望ましくない成分がカソードに電解的に拡散するのを抑止するステ
ップと、
第３の対をなす電極間に電流を発生させて、リザーバ中の電解液と電池キャビ
ティ中の電解液との間にｐＨ勾配を生じさせ、望ましくないイオン種が電池キャ
ビティからリザーバに移動できるようにし、その望ましくないイオン種はカソー
ドにおける反応に直接影響せず、前記望ましくないイオン種がリザーバから電池
に後方拡散するのを制限し、それによって前記不要なイオン種が電池中の電解液
から分離された状態に留まるステップと、
カソード（１４ａ）において酸素を還元させて水酸基イオンを生じさせるステ
ップと、
水素の流れを非減耗性アノード（１４ｂ）に接触させるステップと、
気相拡散に基づいてカソードへの酸素を計量するステップと、
アノード（１４ｂ）において水素を水酸基イオンで酸化させて水を生じさせ、
カソードにおいて還元される酸素の濃度と線形をなす電流を発生させるステップ
とから成る方法。
２．ガスを電池キャビティ（１２）中に流すステップと、
キャビティ（１２）から拡散プレート（３８）を介してカソード（１４ａ）に
流れるガスを計量するステップとを含む請求項１に記載の方法。
３．電解液が０．１〜１０Ｍ ＫＯＨの水成であるが、１Ｍ ＫＯＨが望ましい
、請求項１または２に記載の方法。
４．カソード（１４ａ）が酸素の還元に固有な、触媒作用を受けたカーボン−Ｐ
ＴＦＥ電極である、請求項１、２または３に記載の方法。
５．キャビティ（１２）に水素を流すステップと、
キャビティ（１２）から拡散プレート（７８）を介してアノード（１４ｂ）に
流れる水素を計量することを含む、前記何れかの請求項に記載の方法。
６．水素−酸素アルカリ燃料電池の構成に基づいてガス中の酸素量を０から１０
０ｐｐｂの量において計量するシステムであって、
電解液と、カソード（１４ａ）と非減耗性アノード（１４ｂ）とから成る第１
の対をなす電極を有する電気化学的電池（１２）と、
アノードとカソードの間に第１の電解経路を形成する手段（２０）と、
カソードと電池中の電解液のバルクの間に配置された第１のバリヤ電極（１８
ａ）と、第２の電極（１８ｂ）から成る第２の対をなす電極と、
第２の対を成す第１と第２の電極の間に電圧を印加して、前記第１の電解経路
とは別個の第２の電解経路を構成し、バリヤ電極を作動させて、望ましくない種
がカソードに拡散するのを防ぐ手段と、
電池中の電解液と通じている電解液のリザーバ（１６）と、
一方の電極（１７ｂ）がリザーバ中に配置され、他方の電極（１７ａ）が電池
の電解液中に配置されている、第３の対を成す電極と、
第１と第２の電解経路とは別個の第３の電解経路に沿って、前記第３の対を成
す電極の間に電流を流し、リザーバ中の電解液と電池の電解液の問にｐＨ勾配を
生じさせる手段と、
カソード（１４ａ）に流れるガスを計量する手段（３８）と、
酸素をカソードにおいて還元させて水酸基イオンを生じさせる手段と、
ほぼ１００％の濃度と安定した送り出し圧量で、非減耗性アノード（１４ｂ）
に流れる水素の流れを計量する手段（７８）と、
アノードにおいて水酸基イオンで水素を酸化して水を生じさせ、カソードにお
ける酸素の還元率と線形的に比例する電流を発生させる手段と、
還元される酸素を計量する手段（２０）から成るシステム（１０）。
７．電解液が０．１〜１０Ｍ ＫＯＨの水成であるが、１Ｍ ＫＯＨが望ましい
請求項６に記載のシステム。
８．ガスがその中に流れるキャビテイ（１２）と、
キャビティ（１２）とカソード（１４ａ）の間に配置され、カソード（１４ａ
）へのガスを計量する拡散プレート（３８）とを含む、請求項６または７に記載
のシステム。
９．水素がその中に流れるキャビティ（１２）と、
アノード（１４ｂ）とキャビティ（１２）の間に配置され、アノード（１４ｂ
）への水素の流れを計量する拡散プレート（７８）とを含む、請求項６または７
に記載のシステム。
１０．カソード（１４ｂ）が酸素の還元に固有なカーボン−テフロン電極である
、請求項６、７、８または９に記載のシステム。[Procedure of Amendment] Article 184-8 of the Patent Act
[Submission date] November 4, 1993 (1993.1.4)
[Correction contents]
Claims for amendment
1. Electrification with anode, cathode catalytically specific to oxygen, and electrolyte
Battery and
Means for forming an electrolytic path between the cathode and the anode;
Oxygen to the cathode is measured based on gas phase diffusion and measured in proportion to volume concentration.
Means for obtaining a fixed value,
Means for reducing oxygen at the cathode to produce hydroxyl ions;
At steady delivery pressure, hydrogen always exceeds the oxygen reduced at the cathode
A means of metering nearly pure hydrogen to the anode so that it is maintained
Steps and
Oxidation of the hydrogen at the anode to produce water, which is added to the sample gas
Means for generating a current that is linear with the volume concentration of oxygen;
Means for measuring reduced oxygen; and
A system for measuring the amount of oxygen in a gas composed of:
2. The electrolyte is an aqueous solution of 0.1 to 10 M KOH, and 1 M KOH is preferable.
The measurement system according to claim 1.
3. The cavity into which the gas flows and the cavity for metering the gas to the cathode
The diffusion plate according to claim 1, further comprising a diffusion plate inserted between the tee and the cathode.
Measuring system.
4. A cavity into which hydrogen flows,
Inserted between the anode and the cavity to meter the flow of hydrogen to the anode
The measurement system according to claim 1, further comprising a diffuser plate provided.
5. The cathode is a catalyzed carbon tetrafluoroethylene electrode
The measurement system according to claim 1.
6. The anode is a platinum-catalyzed car that is inherent in the oxidation of hydrogen.
The measurement system according to claim 1, wherein the measurement system is a bon-tetrafluoroethylene electrode.
7. An electrolytic solution, and a pair of detection electrodes disposed in the electrolytic solution;
Means for forming an electrolytic path between the sensing electrodes,
Based on gas phase diffusion, the gas for the electrode catalytically unique to the analyte is
Means for obtaining a measurement proportional to the product concentration;
The analyte is converted to a non-ionic species and the volume concentration of the analyte in the sample gas increases.
Means for producing a linear current in the electrolyte;
At a steady delivery pressure, the gas is always oxidized at the other sensing electrode.
Near pure material to the other electrode
Means for metering the gas to produce ionic species;
Means for measuring the resulting current;
System for measuring the amount of an analyte in a gas composed of
M
8. Anode is provided with means for oxidizing analytes
One of the sensing electrodes is the anode, and the analyte is essentially hydrogen, ammonia,
And a measurement system according to claim 7, selected from the group consisting of hydrazine.
M
9. Means for reducing oxygen are provided on the cathode
The measurement of claim 7, wherein one of the sensing electrodes is a cathode and the analyte is oxygen.
system.
10. Construct a second electrolysis path having a function different from the function of the first electrolysis path
A first barrier electrode and a second electrode,
A voltage is applied between the first and second electrodes to actuate the barrier electrode and to provide a desired electrolyte.
Means to prevent unwanted components from diffusing electrochemically to the cathode
The measurement system according to claim 1, wherein the measurement system is provided.
11. An electrolyte reservoir is provided in communication with the battery electrolyte, and the second electrode is a reservoir.
Located in the reservoir and the reservoir and electrochemical cell electrolyte are in fluid flow
The measurement system according to claim 10.
12. The dissolved oxygen is consumed at the same time, and oxygen is generated in the second electrode, and the voltage of the reservoir is reduced.
A means is included for polarizing the first barrier electrode to a potential that is released during lysis.
12. The measurement system according to 11.
13. An electrolyte reservoir connected to the electrolyte of the electrochemical cell is provided;
An anode and a cathode comprising a first pair of electrodes, a first barrier electrode
And its associated second electrode constitute a second pair of electrodes, one of which is an electrolyte reservoir.
Located in the reservoir and the other in the electrolyte of the electrochemical cell
A third pair of electrodes is provided, and depending on the third pair of electrodes, the first or
Forming a third electrolysis path with a function distinct from the function of the second electrolysis path;
By generating a current between the third pair of electrodes, the electrolyte in the reservoir and the electrode are charged.
Means for creating a pH gradient between the electrolytes of the electrochemical cells is provided,
Forming means for moving unwanted ionic species from the electrolyte to the reservoir;
Measures to prevent unwanted ionic species from back-diffusion from the reservoir to the battery
Characterized by being provided,
The measurement system according to claim 1, 7, or 10.
14． Electrolysis path between sensing electrode consisting of cathode and anode in electrolyte
Forming a
Contacting the gas stream with the cathode;
Reducing oxygen at the cathode to produce hydroxyl ions;
Contacting the anode with hydrogen;
Oxidation of hydrogen at the anode produces water, which reduces the rate of reduction of oxygen at the cathode.
Generating a linear current;
A method for measuring the amount of oxygen in a gas composed of:
15. Flowing gas into the cavity;
Step for measuring gas reaching the cathode from the cavity through the diffusion plate
The method according to claim 14, further comprising:
16. A step for flowing gas into the cavity at a flow rate of 0.5 to 3.0 scfh.
16. The measurement method according to claim 15, wherein the measurement method includes a loop.
17． The method according to claim 15, wherein the gas is at a temperature of about 32-125 ° F.
.
18. The method of claim 15, wherein the sample pressure is about 1.0 psig.
.
19. The electrolyte is an aqueous solution of 0.1 to 10 M KOH, and 1 M KOH is preferable.
The method according to claim 14.
20. The cathode is a carbon teflon electrode catalyzed by oxygen reduction.
The measurement method according to claim 14, which is a pole.
21. Flowing hydrogen into the cavity;
Step to measure hydrogen reaching the anode from the cavity through the diffusion plate
And
The method according to claim 14, comprising:
22. Flowing hydrogen into the cavity at a flow rate of 10 to 25 scch
22. The measuring method according to claim 21, which is included.
23. The concentration of hydrogen delivered to the cavity is typically about 100 volume percent
The measuring method according to claim 21.
24. The anode is made of carbon catalyzed by platinum, which is inherent in the oxidation of hydrogen.
The method according to claim 14, which is a Teflon electrode.
25. An electrolytic path between the cathode and the anode is a first electrolytic path;
A first barrier electrode and a second electrode are provided, and the barrier electrode is connected to a cathode and a bulk electrode.
Inserted between desolvation, function is independent of the first electrolysis path by first and second electrodes
Forming a second electrolysis path,
A voltage is applied between the first and second electrodes to actuate the barrier electrode, thereby providing a desired electrolyte.
Preventing the unwanted components from electrochemically diffusing into the cathode; and
The method according to claim 14, comprising:
26. Providing a reservoir of an electrolyte that is in communication with the electrolyte of the battery;
The two electrodes are located in the reservoir and the electrolyte and reservoir of the battery are in fluid flow.
The measuring method according to claim 25, wherein
27. Polarizing the first barrier electrode to generate hydrogen at the first barrier electrode;
26. The method of claim 25, further comprising the step of generating oxygen at the second electrode at the same time.
Measuring method.
28. Oxygen generated at the second electrode is bubbled out of the reservoir.
28. The measuring method according to claim 27.
29. The equilibrium concentration at which the current between the barrier electrode and the second electrode is available at the barrier electrode
28. The method according to claim 27, which corresponds to 02.
30. Providing a reservoir for the electrolyte that communicates with the electrolyte;
And the other is placed in the electrolyte and the third
A solution pathway is formed, and the function of this pathway is distinct from that of the first and second electrolysis pathways.
Providing a third pair of electrodes that are
By generating a current between the third pair of electrodes, the electrolyte in the reservoir and the electrode are charged.
It is desirable to create a pH gradient during the lysis and not directly affect the reaction at the cathode.
Steps to allow unwanted ionic species to move from the electrolyte to the reservoir
,
This prevents unwanted ionic species from back-diffusion from the reservoir to the battery,
Thus, the undesired ionic species remain separated from the electrolyte.
Step included
15. The electrolysis path between the cathode and the anode is a first electrolysis path or
22. The measuring method according to 21.
31. Reservoir charge at a different concentration from the hydroxyl ions in the bulk electrolyte
31. The method of claim 30, comprising forming a zone of hydroxyl ions during lysis.
Measurement method.
32. A process that includes releasing ionic species from the reservoir by bubbling.
30. The measuring method according to claim 30.
33. Includes releasing ionic species by direct oxidation at the anode
31. The measurement method according to claim 30, wherein the measurement is performed.
34. Includes the step of scavenging ionic species via absorption at the electrode surface
31. The measurement method according to claim 30, wherein
35. Forming an electrolytic path between the sensing electrodes in the electrolyte,
Contacting the analyte with a gas catalytically specific to the analyte;
Converting the analyte to an ionic species;
Reconverts ionic species to electrochemical byproducts, producing a current that is linear with the analyte conversion.
Generating in the electrolyte;
A method for measuring the amount of an analyte in a gas composed of:
36. Oxidizing the analyte at the anode,
One of the sensing electrodes is the anode, and the analyte is essentially hydrogen, ammonia, and
36. The method of claim 35, wherein the method is selected from the group consisting of hydrazine.
37. Reducing oxygen to the cathode,
36. The measurement of claim 35, wherein one of the sensing electrodes is a cathode and the analyte is oxygen.
Method.
[Procedure amendment]
[Submission date] March 27, 2000 (2000.3.27)
[Correction contents]
The scope of the claims
1. The amount of oxygen in the gas stream (24) is determined based on the configuration of the hydrogen-oxygen alkaline fuel cell.
A method for weighing in an amount of 0 to 100 ppb,
From the cathode (14a) and the non-depleting anode (14b) in the electrolyte in the battery
Forming a first electrolytic path between the sensing electrodes, said path comprising:
A second pair of electrodes comprising one barrier electrode (18a) and a second electrode (18b)
Wherein the barrier electrode is located between the cathode and the bulk of the electrolyte in the battery.
And the first electrode and the second electrode are connected to each other in the battery by the first electrolysis path.
Forming a second electrolytic pathway having a function distinct from the function;
Providing a reservoir (16) for the electrolyte in communication with the electrolyte in the battery;
And providing one of the electrodes (17b) of the third pair.
The other electrode (17a) is located in the reservoir and the other electrode (17a) is located in the electrolyte.
The third pair of electrodes has a function different from that of the first and second electrolysis paths.
Forming two electrolysis paths;
Arranging the gas stream in contact with the cathode (14a);
A voltage is applied between the second pair of electrodes to activate the barrier electrodes, thereby
To prevent unwanted components in the electrolyte from electrolytically diffusing into the cathode.
And
An electric current is generated between the third pair of electrodes, and the electrolyte in the reservoir and the battery cabinet are
Creates a pH gradient between the electrolyte and the electrolyte in the
Transfer from Viti to the reservoir, where unwanted ionic species are
The undesirable ionic species do not directly affect the reaction in the
Back-diffusion to the electrolyte in the battery.
Staying separate from the
A step of reducing oxygen at the cathode (14a) to form hydroxyl ions;
And
Contacting a stream of hydrogen with a non-depleting anode (14b);
Metering oxygen to the cathode based on gas phase diffusion;
Oxidizing hydrogen with hydroxyl ions at the anode (14b) to produce water;
Generating a current that is linear with the concentration of oxygen being reduced at the cathode
And a method comprising:
2. Flowing gas through the cell cavity (12);
From the cavity (12) to the cathode (14a) via the diffusion plate (38)
Metering the flowing gas.
3. The electrolytic solution is an aqueous solution of 0.1 to 10 M KOH, but 1 M KOH is preferable.
A method according to claim 1 or 2.
4. Cathode (14a) catalyzed carbon-P specific to oxygen reduction
The method according to claim 1, 2 or 3, which is a TFE electrode.
5. Flowing hydrogen through the cavity (12);
From the cavity (12) to the anode (14b) via the diffusion plate (78)
A method according to any preceding claim, comprising metering flowing hydrogen.
6. Based on the configuration of the hydrogen-oxygen alkaline fuel cell, the amount of oxygen in the gas is
A system for weighing in quantities of 0 ppb,
A first comprising an electrolyte, a cathode (14a) and a non-depleting anode (14b);
An electrochemical cell (12) having a pair of electrodes:
Means (20) for forming a first electrolytic path between the anode and the cathode;
A first barrier electrode (18) located between the cathode and the bulk of the electrolyte in the battery
a) and a second pair of electrodes comprising a second electrode (18b);
Applying a voltage between a first electrode and a second electrode forming a second pair to form a first electrolytic path;
A second electrolysis path, separate from the first, and actuating the barrier electrode to remove unwanted species.
Means for preventing diffusion to the cathode;
An electrolyte reservoir (16) communicating with the electrolyte in the battery;
One electrode (17b) is located in the reservoir and the other electrode (17a) is
A third pair of electrodes disposed in the electrolyte of
Forming the third pair along a third electrolysis path separate from the first and second electrolysis paths.
Apply a current between the electrodes to create a pH gradient between the electrolyte in the reservoir and the electrolyte in the battery.
Means for producing;
Means (38) for measuring the gas flowing to the cathode (14a);
Means for reducing oxygen at the cathode to produce hydroxyl ions,
Non-depleting anode (14b) with almost 100% concentration and stable delivery pressure
Means (78) for measuring the flow of hydrogen flowing through
Hydrogen is oxidized by hydroxyl ions at the anode to produce water, and
Means for generating a current that is linearly proportional to the rate of reduction of oxygen
A system (10) comprising means (20) for measuring the oxygen to be reduced.
7. The electrolytic solution is an aqueous solution of 0.1 to 10 M KOH, but 1 M KOH is preferable.
The system according to claim 6.
8. A cavity (12) into which gas flows,
A cathode (14a) disposed between the cavity (12) and the cathode (14a);
)) And a diffusion plate (38) for metering gas into the gas.
System.
9. A cavity (12) through which hydrogen flows,
An anode (14b) disposed between the anode (14b) and the cavity (12);
)) And a diffusion plate (78) for metering the flow of hydrogen to the gas.
System.
10. The cathode (14b) is a carbon-Teflon electrode unique to the reduction of oxygen
The system according to claim 6, 7, 8 or 9.