JP2003515131A - 複合フィルム形センサー - Google Patents

複合フィルム形センサー

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JP2003515131A
JP2003515131A JP2001538793A JP2001538793A JP2003515131A JP 2003515131 A JP2003515131 A JP 2003515131A JP 2001538793 A JP2001538793 A JP 2001538793A JP 2001538793 A JP2001538793 A JP 2001538793A JP 2003515131 A JP2003515131 A JP 2003515131A
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ジェイ プロハスカ，オット
ビー ラコンティ，アンソニー
ディ ジナー，ジョーズ
マノークラン，モウラド
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パーキンエルマー インスツルメンツ エルエルシー
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    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
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    • G01N27/3335—Ion-selective electrodes or membranes the membrane containing at least one organic component

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高性能の小型ガスセンサーを提供する。 【解決手段】 非伝導性支持体基材（１）の上に２以上のフィルム形電極（４，５，７）をもち、同電極が同じ固体ポリマーイオノマー電解質膜（８）と接している。新規な３相接触領域が検知電極用にデザインされており、固体イオノマー電解質と接しまた拡散孔（２）を介してガスサンプルとも接するようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は非伝導性基材上に厚い又は薄いフィルムをもつセンサーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
フィルム系の種々のセンサーが検討されており、たとえばＷｅｎｙｉ等（１９
９７）、Ｈｕｇｈｅｓ等（１９９７）、Ｓｔａｌｅｙ（１９９６）、Ａｇｂｏｒ
等（１９９５）、Ｔａｎ及びＴａｎ（１９９５）、Ｍｅｎｉｌ等（１９９４）、
Ｋｕｎｎｅｃｋｅ等（１９９４）、Ｃｒｅａｓｙ及びＶａｍｅｙ（１９９４）、
Ｇｅｉｓｔｌｉｎｇｅｒ（１９９３）、Ｉｓｈｉｊｉ等（１９９３）、Ｎａｉａ
ｆｉ等（１９９２）、Ｈａｍｐｐ等（１９９２）、Ｎａｋａｎｏ及びＯｇａｗａ
（１９９４）、及びＹａｍａｚｏｅ及びＭｉｕｒａ（１９９４）による報告があ
る。固体状ガスセンサーは高温で操作できるという利点をもっているが、Ｌｉｕ
等（１９９３）、Ｎａｒｄｕｃｃｉ等（１９９３）、さらに最近ではＳｃｈｗｅ
ｂｅｌ等（１９９７）、Ｓｈｅｎｇ等（１９９７）及びＭｉｃｏｃｃｉ等（１９
９７）が報告しているように、応答と回復が遅くまた高い内部操作温度をもつと
いう欠点がある。バッテリー利用センサー機器に利用するにはこのタイプのセン
サーは実質的な改善が必要である。
【０００３】 ナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ（商標））被覆金属酸化物ＰＨセンサーが報告され
た（Ｋｉｎｌｅｎ等１９９４）が、これはアルミナセラミック基材にスパッタし
た酸化インジウム感応剤と銀／塩化銀参照電極をもつものである。 ナフィオンは金属酸化物ＰＨ電極の性能に影響する酸化−還元エラーを減少す
るためのカチオン選択性イオノマーとして用いられた。薄層ＣＯセンサー用のポ
リマー電極としてのナフィオンの使用が報告されており（Ｙａｓｕｄａ等１９９
４）、これはスパッタしたＰｔ検知電極と対電極とより小さいスパッタしたＡｕ
電極を参照電極とするものである。ナフィオンの５wt％ｎ−プロピルアルコール
溶液（デュポン、１１００ＥＷ）が注型によって上記電極上にポリマー電極フィ
ルムをつくるために用いられた。このポリマーは注型前に洗い、硫酸水溶液中で
プロトン化された。このセンサーの寿命は１ケ月未満と報告された。この１ケ月
間にＣＯ酸化電流がもとの値の数％に、安定な測定信号期間なしに低下した。こ
の機器の寿命はナフィオン接触をとおしてＣＯ透過係数を保つためにポリマー電
極層に注型したパーフルオロシクロエーテル−ポリマーフィルムを積層すること
によって３年まで伸ばしうる。理論計算ではこの信号のドリフト率は上記条件下
で顕著に低下する。
【０００４】 代表的な従来技術の水和固体ポリマー電極又はイオノマーセンサー及びセンサ
ーセルがＫｏｓｅｋ等のＵ．Ｓ．特許５，５２７，４４６号、ＬａＣｏｎｔｉ及
びＧｒｉｆｆｉｔｈのＵ．Ｓ．特許４，８２０，３８６号、Ｓｈｅｎ等のＵ．Ｓ
．特許５，５７３，６４８号、及びＳｔｅｔｔｅｒ及びＰａｎのＵ．Ｓ．特許５
，３３１，３１０号に開示されている。水和固体ポリマー電極又はイオノマー技
術に基づくこれらのセンサーセルは従来の電気化学センサーセルに比しいくつか
の利点をもっている。この触媒的電極はプロトン伝導性固体ポリマーイオノマー
膜の両側に直接結合して電解質界面に安定な電極をもたらす。この電解質膜の一
方の側に蒸留水を付与するとセンサーセルが自己湿潤化し外部湿度から独立した
ものとなる。このセンサーセルには腐食性の酸や塩基がないので、固体ポリマー
イオノマーセンサーセルに１０年以上の寿命をもたらしうる。最後に、このセン
サーセルは維持が容易で遠隔の無人の環境での使用にとって理想的である。数ケ
月毎にこのセンサーのハウジング内の受器に水を定期的に加えることと毎月の計
測チェックだけが必要な作業となる。
【０００５】 上記した従来のセンサーの欠点は、重要な環境上の及び生化学的なガス及び蒸
気の極めて低い濃度（ｐｐｂ）の検知に対し、ＳＮ比（ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ｎ
ｏｉｓｅ ｒｅｔｉｏ）が伝導性ではないことである。また応答時間が比較的短
く、センサーとセンサーセル間の再現性の達成も困難である。またこれらのセン
サーは比較的高価である。 最近、固体イオノマー膜が検知すべきガス（サンプルガス）と検知電極間の導
管として作用する小型の厚い及び薄いフィルム形センサーが開発された（Ｙａｓ
ｕｄａ等１９９４）。３相接触領域をもつ膜自身をサンプルガスが透過する。こ
の配置の欠点は固体膜の水含量がガス透過速度とプロトン伝導性も制御すること
である。湿度が増加するにつれ、膜の水含量が増加する。これがガス拡散速度と
プロトン伝導性とセンサー信号応答の増加をもたらす。膜の水含量を制御又は一
定にする最善の方法は膜の裏側上で、フィルム形電極及び非伝導性支持性基材の
位置と直接対向する場所に水受器を配することである。残念ながら、上記の配置
ではサンプルガスが検知電極に膜を通して拡散できるように、膜の裏側は液状が
ないことが必要とされる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は小型電気化学センサーの現在の問題点を解決することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では非伝導性支持基材上にフィルム形電極と優れた固体ポリマーイオノ
マー膜配置とを組合せることによって上記問題を解決する。 基材はサンプルガスの検知電極接触領域への容易なアクセスを可能にする領域
をもつ拡散開口（又は孔）をもつ。本発明のセンサー配置は膜、電極類及び検知
されるガスのインターフェースとして作用する３相接触領域をもたらす。このデ
ザインにより正確な固体状機器成形手段を用いて環境、工業及び生化学のモニタ
リング用の維持管理が容易で、高感度で、速やかな応答性をもち、再現性がある
センサー機器を得ることができる。
【０００８】 本発明は３相接触領域をもち、それによってサンプルガスが非伝導性支持基材
を通して広がる開口、孔又はスリットを通して検知電極及び膜に拡散する制御可
能で再現性のあるガスセンサーを提供する。 本発明はまたガス拡散プロセスがプロトン伝導プロセスと切り離されているガ
スセンサーを提供する。ガス拡散は基材中の開口又は基材とたとえばポリエチレ
ン等の追加の速度制限ガス拡散バリアフィルム中の開口を通してだけ制御され、
プロトンの伝導はナフィオン（商標）膜等の電解質層を通してだけ起る。 本発明はまた個々のセンサーが分かれている一連の隣接センサーをつくるため
に構成部材層を積層することによるフィルム形ガスセンサーの大量製造法を提供
する。 本発明はまたガスセンサー制御回路と組合せて用いるガスセンサーを提供する
。 本発明はまたガスセンサー装置に用いるガスセンサーを提供する。
【０００９】 本発明を図面を用いて説明する。 図１は平行列に均一に分配した孔（２）をもつセラミックフィルム形基材（１
）（たとえばアルミナ）の正面図である。平行列中の孔間の距離及び列どうしの
距離がセンサーの寸法をきめる。孔は理想的には単一工程でパンチングされてい
る。アルミナ板は高温焼結前の基材のグリーン段階では軟らかい。孔を形成する
他の手段としてはレーザー摩耗処理や可溶性フィラーの使用がある。
【００１０】 スクリーン印刷又はリトグラフ技術を用いて、多層電極用に、非伝導性基材（
１）の上と伝導性リード（３）と厚い及び薄いフィルム電極を形成する。この方
法を用いる典型的なセンサーデザインを図２に示す。これは単一参照電極（４）
（たとえばＰｔ／空気（Ｏ2 ）電極）及びＰｔ対電極（５）をもつ。検知電極の
接触は孔と同心のリングである。このリングは白金（滑らかでも粗くても、白金
化していてもよい）でつくることができる。電極の同時白金化は正確にマスクし
た多層センサー板上に電解メッキすることで行いうる。
【００１１】 検知又は作用電極（７）はテフロン（商標）結合又はナフィオン結合した白金
又は他のエレクトロ触媒のディスクでよい。多くのディスクをナフィオン電解質
膜等のイオノマーフィルム上に、互に均一の距離で、たとえば転写、シルク印刷
、スプレー印刷、ブラシレタリングその他の適宜の手段で析出させることができ
る。中心から中心へのディスク距離は図１の孔のそれと同じである。
【００１２】 検知又は作動電極ディスクの直径は、ディスクと図２の検知電極支持リングの
間の接触を可能にするため、図１の孔の直径より幾分大きい。 図１の１センサー当りの単一の大きな孔の代りに（これは複分析物の拡散制御
のために基材の使用を必要とする）、複分析物の流れと独立に拡散を制御するた
め小さい十分な直径をもつ一連の小さい開口を用いうる。これらの開口の面積は
センサーに向かうサンプルガスの拡散を制御しまたサンプルガス流速の変化と独
立に一定の拡散速度を維持するように選ばれる。多くのこれらの拡散制御用オリ
フィスを用いることによって大きな信号を維持できる。
【００１３】 本発明の一態様では、空のナルミナ表面（印刷したリードや電極のない表面）
にガス透過性拡散フィルム（９）を析出させる。このフィルムは（図３に示すよ
うに）孔をこえてセンサー電極に適合するか又はセンサー（検知）電極（７）を
こえてゆるくとりつけられる。（印刷された伝導体の多数列をもつ）基材と（多
数の検知電極ディスクをもつ）ナフィオン膜とガス透過性フィルムを図３に示す
ように配置する。すべての構成部材を一体化してから、個々のセンサーユニット
に切断する。 この構造体のさらなる利点は反対側又は図４ｃに示すように検知電極が位置す
るところの裏側にナフィオン膜をこえて水受器を設けることを可能にすることで
ある。 本発明のセンサーセルアセンブリの概略図を図４に示す。本発明の好ましい態
様では、約８０ミル（０．０８０インチ）の孔をフィルム形基材と検知電極接触
部（６）に形成し、そしてＰｔ対電極（５）と参照電極（４）を、図４ａに示す
ように、基材上に析出させる。
【００１４】 本発明の別の態様では、非伝導性基材と一体検知電極接触構造を通して直接的
にドリルで孔あけする。その結果、サンプルガスは図４ｂに示すように、基材の
孔を通して非伝導性基材と直接接触する。このフィルム形基材構造物を図４ｃに
示すようにセンサーハウジング（１０）内に固体イオノマー膜（ナフィオン１７
７）と共に配する。図４に示す取付け具は電極がある膜の反対側に水受器（１１
）をもつ。この受器（１１）に蒸溜水を充たし膜を湿潤化し、かくして膜及び電
極アセンブリの水含量を一定にしまた制御する。受器はキャップ（２０）で密封
する。
【００１５】 上記のフィルム形センサーをポテンシオスタットと一体化し、約＋０．１Ｖの
電圧を、Ｐｔ／空気（Ｏ2 ）参照に関し、Ｐｔ検知電極に印加する。これは常用
水素電極（ＮＨＥ）に関し約１．１６Ｖのポテンシオスタティック電圧に相当す
る。 空気と空気中７．４ｐｐｍのＳＯ2 のガスサンプルを上記の取り付け具のサン
プリングポートに導入する。ガス流速は約６０ｃｍ2 ／分で、温度は約２５℃で
ある。サンプルガスは非伝導性基材の８０ミルの孔を通って拡散し、さらされて
いる検知電極／固体イオノマー電解質表面で電気化学的に反応する。湿潤化は受
器中の水でもたらされる。膜の電極があるのとは反対又は裏側を水に浸す。
【００１６】 空気でのバックラウンド応答信号は３０ナノアンペア（ｎＡ）である。空気中
７．４ｐｐｍのＳＯ2 での応答信号は１３５ｎＡである。これは空気中７．４ｐ
ｐｍのＳＯ2 の、８０ミルの孔当り１０５ｎＡ又は１４．２ｎＡ／ｐｐｍの正味
の応答信号に相当する。一体の検知電極上の基材中の孔の数を増加することによ
って信号及びＳＮ比（ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）の倍率を
増加しうる。 この配置で、ＣＯ、ＮＯ、ＮＯ2 、Ｈ2 Ｓ、オゾン、ＣＯ2 、水素、ヒドラジ
ン、アンモニア、ＨＣｌ、アルコール及びアセトン等の他の酸化性又は還元性ガ
スを検知できる。
【００１７】 図５及び６にセンサー制御回路のブロック図を示す。センサー制御回路（１３
）は、（１）検知電極（７）の電位差を予め定めた電圧（ポテンシオスタティッ
ク電圧又は「Ｅｐｏｔ」）で制御し、（２）温度を測定し、（１）ガス濃度−関
連電流の温度補償した電圧信号への変換、及び（４）データ取得／保存マイクロ
プロセッサ（１４）への正しく増幅した電圧の付与のためにデザインされる。オ
ンボードマイクロパワー調節した電源（１６）がセンサー回路用に必要な±３．
９ボルトを与えるためのマイクロプロセッサ（１４）電源として用いられる。こ
のＤＣ電力は６ボルトバッテリー（１６ｄ）又はＤＣアダプタ（１６ｅ）によっ
て供給される。
【００１８】 センサー制御回路（１３）の制御増幅器部分（１７ｂ）はマイクロパワー操作
増幅器（たとえばＭＡＸ４０７又はＬＭ６０６２）からなる。センサーアセンブ
リ（１）の検知電極（７）対電極（５）及び参照電極（４）部分は、図５に示す
ように、制御増幅器（１７ｂ）のフィードハックループにある。これはポテンシ
オスタット回路の標準的配置である。調節可能な電圧デイバイダ（１７ａ）が分
極電圧（Ｅｐｏｅ）をたとえば０〜５０ｍＶの予め定めた電圧範囲にすることを
可能にする。この信号をセンサー制御回路（１３）の対照増幅器（１７ｂ）によ
って参照電極（７）電圧と比較する。後者はセンサーセル（１０）を通してＥｐ
ｏｔ電圧と参照電極（４）電圧の差を最小にする。
【００１９】 センサーセルアセンブリ（１９）電流（検知電極（７）から対電極（５）への
電子の流れ）は、ガスの濃度に対し直線関係にあり、電流電対コンバータ（１５
ａ）によって電圧信号にかえられる。センサー信号の温度補償はガスセンサープ
ラスチックハウジング（１０）内に配されたサーミスタ（１８ａ）を用いて次の
段階の増幅（１５ｂ）で行なわれる。
【００２０】 最終段階の増幅（１５ｃ）は、電圧信号の必要な反転と利得調節をもたらしセ
ンサー内の感度の標準偏差の較正を可能にする。同じタイプのマイクロパワー操
作増幅器がこれらの段階（１５ａ）、（１５ｂ）、（１５ｃ）用に、制御増幅器
（１５ｂ）用と同様に用いられる。変換した電流信号はマイクロプロセッサ（１
４）のデータ取得ボード上のＡ／Ｄチャネルに向けられる。
【００２１】 センサー制御回路（１３）用の電力はマイクロパワー調整パワーサプライ（１
６）を通してＤｕｒａｃｅｌｌ ６−Ｖバッテリーによって与えられる。パワー
サプライ（１６）は電圧インバータ（たとえばＩＣＬ ７６６０）を用いて正の
バッテリー電圧を同じ倍数の負の電圧にかえ、また正の電圧アレギュレータ（た
とえばＭＡＸ６６３）（１６ｃ）と負の電圧レギュレータ（たとえばＭＡＸ６６
４）が安定な±３．９ボルトを与える。
【００２２】 図６に示すフィルム形ガス又は蒸気検知装置（１２）は、センサーセルアセン
ブリ（１９）と電位差制御回路（１３）とデータ取得−記録ユニットをもつマイ
クロプロセッサ（１４）をもつ。検知装置（１２）は好ましくはバッテリー駆動
式であり、ガス又は蒸気の信号及び温度信号を数日ないし数週間ランダムアクセ
スメモリ（ＲＡＭ）に保存しうる。このデータ取得回路マイクロプロセッサを付
リセット間隔でガス温度信号を読みそして記録するようにプログラムする。デー
タはＲＳ２３２ポートを介してマイクロプロセッサをアクセスすることにより個
人のコンピュータにオフロードされる。
【００２３】 センサーアセンブリ（１９）とその電位差制御回路（１４）が３２Ｋメモリー
のバッテリー作動式マイクロプロセッサ（１４）と一体化され、そこでセンサー
信号や温度その他の信号を１０、２０又は３０秒間隔で読み、プログラム可能な
プロトコールに従って、２、５又は１０分間隔で平均値を保存する。マイクロプ
ロセッサ（１４）中のデータ取得／保存ユニットはたとえば８日間のデータを記
録し、２分間隔で保存するか又は４０日まで記録し１０分間隔で保存できる。デ
ータの臨床テストでは、１日の臨床検討にとって２分間隔が好ましく、またより
長い使用には１０分間隔が好ましい。データ取得／論理回路をもつマイクロプロ
セッサ（１４）は対照回路（１３）からの１以上のアナログ信号を読みまたそれ
らをデジタル信号にかえて、リアルタイムデータと共にプリセット間隔でそれら
（即ちガス濃度と温度）を保存するようにプログラムすることができる。マイク
ロプロセッサ（１４）をＲＳ２３２ポートを介してアクセスすることによってデ
ータを個人用コンピュータにオフロードする。ダウンロードの後にデジタル信号
をガス濃度と温度のエンジニアリングユニットに移してメニュー駆動したＬｏｔ
ｕｓ（商標）１２３スプレットシートによってグラフ化することができる。
【００２４】 利得増幅器回路（１５ｃ）中の電圧計を通して校正したガスサンプルで校正し
て外気中のガス濃度を示すことができる。図３に示す電位差制御回路（１３）は
、好ましくは６個の１ １／２ボルトＡＡ−サイズバッテリー（１６ｄ）を電源
とする。用いるに適するデータ取得−記録容量をもつ典型的なマイクロプロセッ
サ（１４）はマサチューセッツ州ファルモウスのＯＮＳＥＴコンピューター社か
らＴａｔｔｌｅｔａｌｅ Ｌｉｆｅ（商標）の商品名で市販されている。制御回
路（１３）をもつセンサーアセンブリ（１）はまたガスフラックスに比較する電
流又は電圧信号をうるようにデザインされ、データを遠隔の受信機器又は中央の
モニターステーション等に連続的に移送しうる。
【００２５】 検知電極は必要数の対電極又は参照電極を含む多列又は多セットの形に組織化
できる。Ｐｔ／空気（Ｏ2 ）、ＰｔＯ2 又はＧｉｎｅｒ（１９６４）に記載され
ている動的水素電極等の参照電極を用いうる。電気駆動の３−又は２−電極フィ
ルム形配置をポテンシオスタティック、ポテンシオダイナミック又はポテンシャ
ル制御を用いて利用しうる。２電極配置は検知電極よりも高いＢＥＴ（Ｂｒｕｎ
ａｕｅｒ，Ｅｍｍｅｔｔ，Ｔｅｌｌｅｒ）表面積（２５ｍ2 ／ｇ以上）をもつＰ
ｔ／空気（Ｏ2 ）、ＰｔＯ2 又はＰｔ／Ｈ2 等の可逆的又は安定な対電極を必要
とする。
【００２６】 電気的に可逆的な電極を３又は２電極配置で用いうるが、対電極が参照電極と
しても作用する２電極配置で特に有効である。電気的に可逆的な電極は安定な触
媒物質からつくられまた通常は比較的多く就中電気化学活性表面積をもち、安定
でそれらの電位差が小さい電流で乱されない。例としてはＰｔＯ2 及びＡｇ／Ａ
ｇＣｌ電極がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 非伝導性支持基材の断面図を示す。
【図２】 Ｐｔ／空気（Ｏ2 ）参照をもつフィルム形電気化学センサーセルを示す。
【図３】 検知電極膜上にガス拡散ポリマー層をもつフィルム形電気化学センサーセルを
示す。
【図４】 フィルム形電気化学センサーセルを示し、ａは平面図、ｂはＡ−Ａ断面図、ｃ
はセンサーセルアセンブリの断面図を示す。
【図５】 ガスセンサー制御回路のブロック図を示す。
【図６】 ガス検知装置内にガスセンサーを用いたブロック図を示す。
【符号の説明】
１ 支持基材 ２ 拡散孔 ３ 伝導性リード ４ 参照電極 ５ 対電極 ７ 検知電極 ８ 固体イオノマー膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ， ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，Ｋ Ｐ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ， ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，Ｓ Ｇ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ラコンティ，アンソニー ビー アメリカ合衆国マサチューセッツ州 01940 リンフィールド ロベル ロード ７ (72)発明者 ジナー，ジョーズ ディ アメリカ合衆国マサチューセッツ州 02446 ブルックリン ウィンチェスター ストリート 103 (72)発明者 マノークラン，モウラド アメリカ合衆国マサチューセッツ州 02172 ウオタータウン エッジクリフ ロード 16

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基材、検知電極、対電極及び参照電極からなるガス検知用セ
    ンサーセルであって、該検知電極と対電極と参照電極が該基材と緊密接触してお
    り、且つ該基材、該検知電極、該対電極及び該参照電極と接触しているイオノマ
    ー膜を有し、さらに該検知電極に近い該基材内に開放３相領域をもち、該領域が
    検知されるガス中で該検知電極及び該イオノマー膜と接触するようになっており
    、さらに該検知電極の近くに拡散開口をもつことを特徴とするセンサーセル。
  2. 【請求項２】 該拡散開口が該基材中の少なくとも１の開口からなり且つ該
    検知電極と接触している請求項１の装置。
  3. 【請求項３】 該検知電極、対電極又は参照電極の少なくとも１が該イオノ
    マー膜と結合したフルオロカーボン結合粒状触媒を含有する請求項１の装置。
  4. 【請求項４】 該フルオロカーボン結合粒状触媒がポリマーの薄いガス透過
    性拡散層フィルムを被覆してもつ請求項３の装置。
  5. 【請求項５】 該検知電極、対電極又は参照電極の少なくとも１が該イオノ
    アー膜と結合したイオノマー結合粒状触媒を含有する請求項１の装置。
  6. 【請求項６】 該イオノマー結合粒状触媒がポリマーの薄いガス透過性拡散
    層フィルムを被覆してもつ請求項５の装置。
  7. 【請求項７】 該検知電極、対電極及び参照電極が該イオノマー膜と接触し
    ている請求項１の装置。
  8. 【請求項８】 該イオノマー膜がプロトン交換膜である請求項１の装置。
  9. 【請求項９】 該イオノマー膜がアニオン性ヒドロキシドイオン交換膜であ
    る請求項１の装置。
  10. 【請求項１０】 該検知電極と対電極と参照電極が該膜上への析出によって
    形成される請求項１の装置。
  11. 【請求項１１】 該検知電極と対電極と参照電極が該基材上への析出によっ
    て形成される請求項１の装置。
  12. 【請求項１２】 該検知電極と対電極と参照電極が金属からなる請求項１の
    装置。
  13. 【請求項１３】 該検知電極と対電極と参照電極がＰｔ，Ａｕ，Ｃ，白金化
    Ｐｔ及び白金化Ａｕからなる群から選ばれる請求項１の装置。
  14. 【請求項１４】 該イオノマー膜と基材と電極が接着によって緊密接触して
    いる請求項１の装置。
  15. 【請求項１５】 該イオノマー膜が水性物質によって湿潤化されている請求
    項１の装置。
  16. 【請求項１６】 該センサーセルが２電極センサー配置で電子的に制御され
    ている請求項１の装置。
  17. 【請求項１７】 該センサーセルが３電極センサー配置で電子的に制御され
    ている請求項１の装置。
  18. 【請求項１８】 該センサーセルが該検知電極と対電極と参照電極に接続し
    たポテンシオスタティック回路によって電子的に制御されている請求項１の装置
    。
  19. 【請求項１９】 該センサーセルが該検知電極と対電極と参照電極に接続し
    たポテンシオダイナミック回路によって電子的に制御されている請求項１の装置
    。
  20. 【請求項２０】 該センサーセルが該検知電極に接続している定電圧源及び
    参照電極として作用する電気化学的に可逆的な対電極によって電子的に制御され
    ている請求項１の装置。
  21. 【請求項２１】 リアルタイムのデータ読み出し、データの保存及び修正及
    び遠隔へのデータ伝達用のマイクロプロセッサをもつ請求項１の装置。
  22. 【請求項２２】 ガス検知装置に組み込んだ請求項１の装置。
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