JP2004093144A - Gas sensor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はガスセンサに関し、特に、生ゴミや口臭などの生活臭の検出に適した定電位電解式のガスセンサに関する。
【0002】
【従来の技術】
環境問題が重視される今日では、悪臭などの臭気についての定量的データを収集するために、種々のガスセンサが利用されている。特に、近年では、生活水準の向上に伴い、冷蔵庫やゴミ処理施設などにおける生ゴミの臭いや、口臭などの生活臭を検出することができる低コストのセンサの需要が見込まれている。
【0003】
日常生活における生活臭を検出するためのセンサとして、空気中のガスを直接検出することができる定電位電解式のガスセンサが提案されている。このガスセンサは、検出対象ガスと電気化学反応を生じる性質をもった反応溶液中に、一対の電極を浸漬させ、この電極間に所定の電圧を印加したときに、反応溶液中を流れる電流を測定するという原理に基づくものである。反応溶液中に検出対象ガスを導入させた状態で電解現象を生じさせれば、反応溶液中を流れる電流に基づいて、導入した検出対象ガスを定量的に検出することが可能になる。通常は、反応溶液中に更に参照電極を浸漬させ、ポテンショスタットを用いた三電極法に基づく測定が行われることが多い。
【0004】
このような定電位電解式のガスセンサでは、通常、反応溶液を収容する溶液収容槽の隔壁の一部に、検出対象ガスを導入するためのガス透過膜が形成される。このガス透過膜としては、たとえば、ポリテトラフルオロエチレン(poly tetrafluoroethylene)やナフィオン(Nafion:米国デュポン社の登録商標)などの高分子膜の表面に金属膜を形成したものが用いられており、この金属膜部分が電解を行う際の作用電極として利用されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来提案されている定電位電解式のガスセンサには、一般的な生活臭に対する常温での検出感度が低いという問題がある。工場や研究施設などでのガス検出の用途では、比較的高温の雰囲気下において検出が可能であれば実用上十分な場合が多いが、生ゴミの臭いや、口臭などの生活臭を検出する用途では、常温での検出感度が要求される。また、従来提案されている定電位電解式のガスセンサには、検出対象ガスの選択性が低いという問題があり、特に、生活臭の原因とされるメチルメルカプタン(肉類の腐敗臭の主原因)、トリメチルアミン(魚の腐敗臭)、酢酸、アセトアルデヒド、エチレンなどのガス検出に用いた場合、これらのガスに対して選択的な検出感度を有するセンサを実現することが困難であった。
【0006】
そこで本発明は、特定のガスを選択的に検出でき、かつ、十分な検出感度が得られるガスセンサを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
(1) 本発明の第1の態様は、定電位電解式のガスセンサにおいて、
内側が固体電解質層、外側が繊維構造を有する金属層からなり、検出対象ガスを透過する性質をもったガス透過膜と、
このガス透過膜を隔壁の一部とする溶液収容槽と、
この溶液収容槽に収容され、検出対象ガスと電気化学反応を生じる性質をもった反応溶液と、
この反応溶液中に浸漬された対向電極と、
ガス透過膜の内側部分を構成する金属層を作用電極とし、この作用電極と対向電極との間に所定の検出用電圧を印加し、そのときに反応溶液中を伝わって両電極間に流れる電流を検出する検出手段と、
を設けるようにしたものである。
【0008】
(2) 本発明の第2の態様は、上述の第1の態様に係るガスセンサにおいて、
反応溶液中に浸漬された参照電極を更に設け、検出手段が、ポテンショスタットを利用してこの参照電極を基準電位とした電流検出を行うようにしたものである。
【0009】
(3) 本発明の第3の態様は、上述の第1または第2の態様に係るガスセンサにおいて、
固体電解層の両面に繊維構造を有する金属層を形成した膜をガス透過膜として用いるようにしたものである。
【0010】
(4) 本発明の第4の態様は、上述の第1〜第3の態様に係るガスセンサにおいて、
ガス透過膜を構成する固体電解質層として、検出対象ガスを透過する性質をもったイオン導電性の高分子膜を用いるようにしたものである。
【0011】
(5) 本発明の第5の態様は、上述の第1〜第4の態様に係るガスセンサにおいて、
ガス透過膜を構成する金属層として、金属塩を含む溶液中において析出した金属の繊維構造層を用いるようにしたものである。
【0012】
(6) 本発明の第6の態様は、上述の第1〜第5の態様に係るガスセンサにおいて、
金属層を繊維構造を有する白金層によって構成し、反応溶液を硫酸によって構成し、メチルメルカプタンを検出対象ガスとして検出できるようにしたものである。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。図1は、本発明に係るガスセンサの基本構成を示す構成図である(一部は断面図、一部はブロック図として示す)。このガスセンサの基本構成要素は、図示のとおり、ガス透過膜10、溶液収容槽20、反応溶液30、対向電極40、検出手段50である。ガス透過膜10は、検出対象ガスを透過する性質をもった膜であり、溶液収容槽20の隔壁の一部を構成する。溶液収容槽20内に収容された反応溶液30は、検出対象ガスと電気化学反応を生じる性質をもった溶液であり、定電位電解法によるガス検出を行う上での電解液として機能する。溶液収容槽20の一部の隔壁がガス透過膜10によって構成されているため、外部に存在する検出対象ガスGは、ガス透過膜10を透過して溶液収容槽20の内部へと透過することができる。ガス透過膜10は、反応溶液30は透過させないため、反応溶液30が溶液収容槽20の外部へ漏れ出ることはない。
【0014】
図1には、ガス透過膜10、溶液収容槽20、対向電極40のそれぞれ断面が示されている。図示のとおり、ガス透過膜10は、2層構造を有しており、外側は金属層11、内側は固体電解質層12となっている。この金属層11は、定電位電解法を行う上での作用電極として機能する。反応溶液30内には、対向電極40が浸漬された状態となっており、検出手段50は、金属層11からなる作用電極と対向電極40との間に所定の検出用電圧を印加し、そのときに反応溶液30中を伝わって金属層11と対向電極40との間に流れる電流を検出する機能を有する。こうして検出された電流の値が検出対象ガスGの定量値を示すものになる。これは、ガス透過膜10を透過した検出対象ガスGが、反応溶液30と電気化学反応を起こし、反応溶液30内で生じる電解現象に影響を与えるためである。反応溶液30内に導入される検出対象ガスGの量が多ければ多いほど、反応溶液30中を伝わって金属層11と対向電極40との間に流れる電流値に大きな影響を与えることになるので、この電流値を測定することにより、検出対象ガスGの定量値を得ることが可能になる。
【0015】
このような原理に基づくガスセンサは、一般に定電位電解式ガスセンサとして知られている公知のセンサであり、図1に示すような基本構成をもったガスセンサ自体は、既に利用されている公知のガスセンサである。通常、ガス透過膜10の内側層を構成する固体電解質層12としては、たとえば、ポリテトラフルオロエチレン(poly tetrafluoroethylene)やナフィオン(Nafion:米国デュポン社の登録商標)などの高分子膜が用いられ、ガス透過膜10の外側層を構成する金属層11としては、白金などの金属薄膜が用いられる。しかしながら、既に述べたように、従来提案されている定電位電解式のガスセンサには、一般的な生活臭に対する検出感度が低く、また、検出対象ガスの選択性も低いという問題があった。
【0016】
本発明に係るガスセンサは、基本的には、従来から利用されている定電位電解式ガスセンサである。ただ、本願発明者は、金属層11の構造を変えることにより、これら従来のガスセンサの問題点を解決することができることを見い出したのである。すなわち、本発明の特徴は、図1に示す基本構成を有するガスセンサにおいて、ガス透過膜10の外側部分を構成する金属層11を、繊維構造をもった金属層によって構成することにより、特定の検出対象ガスに対して選択的に検出感度を高めることを可能にした点にある。
【0017】
ここに示す実施形態の場合、ガス透過膜10は、米国デュポン社製の「ナフィオン:型番117」なるイオン導電性の高分子膜からなる固体電解質層12と、繊維構造を有する白金からなる金属層11とによって構成されている。また、反応溶液30は硫酸によって構成されており、対向電極40は白金からなるメッシュ状の板によって構成されている。後述するように、ここに示す実施形態に係るガスセンサは、特に、メチルメルカプタンに対して選択的に高い検出感度を有している。これは、イオン導電性を有する高分子膜からなる固体電解質層12や、繊維構造を有する白金からなる金属層11が、いずれもメチルメルカプタンの分子を透過させることができ、反応溶液30となる硫酸中にメチルメルカプタンの分子を導入させることができるためである。ここに示す実施形態に係るガスセンサにおいて、メチルメルカプタンに対して選択的に高い検出感度が得られるようになった理由は、金属層11を、従来のような薄膜構造ではなく、繊維構造にしたためである。このような繊維構造をもった金属層11の具体例やその作成方法については後に詳述する。
【0018】
なお、図1には、金属層11と対向電極40との間に所定の検出電圧(定電圧)を加えた状態において、これら両電極間を流れる電流を測定する、いわゆる二極方式による検出を行っているが、実用上は、反応溶液30中に参照電極を更に加えるようにし、検出手段50が、ポテンショスタットを利用してこの参照電極を基準電位とした三極方式による電流検出を行うようにするのが好ましい。
【0019】
図2は、このような三極方式による検出を行うタイプの具体的な実施形態を示す構成図である(一部は断面図、一部はブロック図として示す)。この図2に示す具体的な実施形態では、ケース25の中仕切りとして、ガス透過膜10が配置されており、ケース25の上面は、蓋26によって密閉されている。ケース25とガス透過膜10とによって仕切られた右側の部屋Rが、図1に示す溶液収容槽20として機能し、この中に、反応溶液30が収容されている。反応溶液30内には、対向電極40とともに参照電極45が浸漬されている。検出手段50としては、ポテンショスタット55が用いられており、金属層11、対向電極40、参照電極45の3つの電極を用いた三極方式によって、定電位電解法による測定が行われる。すなわち、参照電極45の電位を基準電位として各電極に所定の電圧を印加した状態において、対向電極40と金属層11との間に流れる電流が測定されることになる。このようなポテンショスタット55を用いた三極方式による定電位電解法の測定は、既に公知の技術であるため、ここでは詳しい説明は省略する。
【0020】
一方、ケース25とガス透過膜10とによって仕切られた左側の部屋Lは、ガス導入室として機能し、ポンプ60からのガス導入管61が接続されている。ポンプ60は、検出対象となる外気を吸引し、この吸引した外気をガス導入管61を通してガス導入室Lへと導入する機能を果たす。したがって、外気に含まれる検出対象ガスGは、ポンプ60からガス導入管61を通って、ガス導入室Lへと導かれ、ガス透過膜10を透過して、反応溶液30内へと導入されることになる。
【0021】
この図2に示す具体的な実施形態において、ガス透過膜10は、前述したように、米国デュポン社製の「ナフィオン:型番117」なるイオン導電性の高分子膜からなる固体電解質層12と、繊維構造を有する白金からなる金属層11とによって構成されている。この「ナフィオン」なる高分子膜は、図3に示すような化学構造をもつ陽イオン導電性の固体電解質であり、通常の状態では、薄い膜状のシートである。ところが、これを水や電解液などに浸すと、図3に示す[ ]内の部分は固体のままであるが、Na+がイオン化して移動可能になる。Na+が移動することによって、他の陽イオンも膜の内外を移動可能となる。
【0022】
金属層11は、この「ナフィオン」なる高分子膜上に形成された白金からなる繊維構造体である。図4は、この繊維構造をもった白金の金属層11の平面図(電子顕微鏡写真に基づいて作成した図)である。図の下に、50nmの実寸長を参考までに示す。この実施形態における検出対象ガスGとなるメチルメルカプタンの分子サイズは、10nm以下であるので、図4に示す繊維構造は、メチルメルカプタンの分子を十分に透過可能な寸法をもった空洞構造をなしていることになる。
【0023】
一方、図2における反応溶液30(電解液)は、0.5Mの濃度の硫酸によって構成されており、対向電極40は白金からなるメッシュ状の板によって構成されており、参照電極45は銀の表面に塩化銀の膜を形成した棒状の電極(いわゆる銀/塩化銀電極)によって構成されている。参照電極45は、定電位電解法による測定を安定させるためのものであり、反応溶液30(この例では硫酸)に対して可逆的なイオン交換を行う性質をもった材料を用いるのが好ましい。
【0024】
続いて、この図2に示すガスセンサを用いた5種類のガスについての検出結果を、図5のグラフに示す。すなわち、このグラフは、代表的な生活臭とされているメチルメルカプタン、トリメチルアミン、酢酸、アセトアルデヒド、エチレンの5種類のガスを、それぞれ検出対象ガスGとして窒素ガスに混ぜ、50ml/minの流量で導入した場合の検出感度(測定された電流値をガス濃度1ppmあたりの値に換算した値)を、電極間電圧(原理的には、金属層11と対向電極40との間に印加する検出用電圧であるが、図2に示す三極方式の場合は、参照電極45と金属層11との間の電圧値になる)をパラメータとして示したものに相当する。図示のとおり、メチルメルカプタンに関しては、かなり広い電極間電圧にわたって、他の4種類のガスに比べて大きな検出感度が得られている。すなわち、この実施形態に係るガスセンサは、メチルメルカプタンに対して選択的に大きな検出感度が得られたことになる。このような大きな検出感度や、特定ガスの選択性は、従来の一般的な定電圧電解式センサ(金属層11が単なる金属の薄膜であるセンサ)では決して得られなかった特性である。
【0025】
図6および図7は、この実施形態に係るガスセンサにおけるメチルメルカプタンの定量的な検出特性を示すグラフであり、図6のグラフは流量依存性、図7のグラフは濃度依存性を示している。まず、図6のグラフは、窒素ガス中のメチルメルカプタンの濃度を2ppm、1.5ppm、0.5ppmの3通りに変えた場合に、ポンプ60によって導入するガスの流量と検出電流との関係を示すものである(電極間電圧は1.0V)。グラフに示す結果のとおり、ガス濃度を高くすれば、それだけ検出電流は増えることになり、また、流量を増やせば、それだけ検出電流は増えることになる。一方、図7のグラフは、ガスの流量を200ml/minに固定し、窒素ガス中のメチルメルカプタンの濃度を0.5ppm〜19ppmに変化させた場合の検出電流を示すものである(電極間電圧は1.0V)。グラフに示す結果のとおり、検出電流は、ガス濃度に対してほぼ線形に増加している。
【0026】
図8は、この実施形態に係るガスセンサにおけるメチルメルカプタンの検出応答性を示すグラフである。上段のグラフは、ガス濃度が10ppmの場合、下段のグラフは、ガス濃度が1.0ppmの場合の結果(ガスの流量は200ml/min)を示す。横軸は時間軸である。具体的には、これらのグラフは、ポンプ60によるガスの導入開始および導入中止を連続的に繰り返す実験を行ったときの検出電流の変化を示すものである。グラフの立ち上がり時点が導入開始時点に相当し、立ち下がり時点が導入中止時点に相当する。図示のとおり、ガスの導入を開始すると、1〜2分程度で反応溶液となる硫酸内のガス濃度が平衡状態に達することになり、ガスの導入を中止すると、やはり1〜2分程度で反応溶液となる硫酸中からガスの脱離が完了することがわかる。これは、本発明に係るセンサが、繰り返して何度も測定を行うことが可能であることを示している。
【0027】
以上のとおり、ガス透過膜10の内側を構成する白金の金属層11を、従来のような薄膜構造ではなく、図4に示すような繊維構造にすることにより、従来は十分な検出感度が得られなかったメチルメルカプタンに対して、十分な検出感度が得られるようになり、かつ、他の4種類のガスに比べてメチルメルカプタンについてのみ十分な検出感度が選択的に得られるようになった。その理由は、繊維構造を有する白金の金属層11が、メチルメルカプタン分子に対して選択的に、良好な透過性を有するとともに、良好な表面反応性を提供するに至ったためと考えられる。すなわち、検出対象ガスGが反応溶液30に対して電気化学的な影響を与えるに至るためには、まず、ガスが金属層11を透過する必要があり、更に、金属層11の表面から固体電解質層12を介して反応溶液30へと化学反応によってガスが導入されるようにする必要がある。したがって、金属層11において、検出対象ガスGの透過性と検出対象ガスGに対する表面反応性が、当該検出対象ガスGの検出感度に大きな影響を与えることになる。今回、金属層11の構造を薄膜構造から繊維構造に変えた結果、この透過性と表面反応性が大きく変化することになり、メチルメルカプタンに対する検出感度が向上したものと思われる。
【0028】
図5のグラフに示すように、5種類の検出対象ガスGの中で、メチルメルカプタンのみの検出感度が向上した理由は、図4に示す繊維状白金層のサイズや構造が、メチルメルカプタン分子に対する透過性および表面反応性向上に適していたためと考えられる。ここで、どのような繊維構造を採用すれば、どのようなガスに対する検出感度が向上するか、という詳しい理論的考察を行うことは、現段階では困難であるが、種々の形態、種々のサイズの繊維構造をもった金属層12を作成し、試行錯誤により、種々のガスに対する検出感度を測定すれば、特定のガスに対して良好な検出感度が得られる繊維構造を特定することが可能になろう。
【0029】
所望の形態、所望のサイズの繊維構造をもった金属層11を作成する手法としては、金属塩を含む溶液中において、金属を析出させるプロセスを採るのが好ましい。今回、上述したガス透過膜10を作成するにあたっては、「ナフィオン」なる高分子膜を、白金塩溶液に浸した後、還元剤溶液に浸す工程を行い、繊維構造をもった白金を析出させるプロセスを採った。具体的には、次のようなプロセスを実行した。
【0030】
まず、市販の「ナフィオン:型番117」なる高分子膜を、一辺2.0cmの正方形状に切断し、正方形の膜片を得る。そして、この膜片を、濃硝酸中に30分間浸し、純水でリンスした後、約80°Cの純水に2時間浸す前処理を行った。この前処理は、高分子膜の表面の汚れや不純物を除去し、反応性を高めるための処理である。
【0031】
続いて、白金塩の溶液として、テトラアンミンジクロロ白金(Pt(NH3)4Cl2)溶液を用意し、還元剤の溶液として、水素化ホウ素ナトリウム(NaBH4)溶液を用意する。そして、上述の前処理を行った膜片を、この白金塩溶液中に40分間浸漬させた(浸透過程)。次に、この膜片を純水でリンスした後、還元剤溶液中に入れ、撹拌子を用いて一定の回転率で撹拌しながら、120分間浸漬させた(還元過程)。最後に、この膜片を、0.5Mの硫酸溶液に浸し、表面や内部の不純物を除去した(リンス過程)。
【0032】
本願発明者は、図5のグラフに示す結果が得られる繊維状白金層(図4に示す金属層11)を得るまでに、上記プロセスの条件をいくつか変えた実験を行った。すなわち、上記プロセスに用いる白金塩溶液の濃度を、0.001M、0.003M、0.005Mの3通りの条件に設定し、更に、還元剤溶液の濃度を、0.01M、0.05M、0.10M、0.15Mの4通りの条件に設定し、合計12通りの条件で、「ナフィオン」の膜片上に繊維状白金層を形成した試料を作成した。その結果、白金塩溶液の濃度を0.005Mとし、還元剤溶液の濃度を0.1Mとした場合に、メチルメルカプタンに対して最も高い検出感度を得ることができた。図5〜図8のグラフに示す結果は、この最適な条件で作成された試料を用いて得られた結果である。
【0033】
図9は、上述した12通りの試料についての表面粗さを測定した結果を示すグラフであり、図10は、この12通りの試料についての表面積を測定した結果を示すグラフである。表面粗さ(nm)は、繊維状白金層の垂直上方から、カンチレバーで支持されたプローブを接触させ、繊維状白金層の凹凸表面を二次元的に走査し、このプローブの上下方向の変動距離の2乗和の平方根の値を求めたものである。一方、表面積(単位は任意尺度)は、「ナフィオン」の膜片上の所定面積をもった領域上に形成されている繊維状白金層の凹凸表面の全表面積を示すものである。このグラフに示されているとおり、表面粗さおよび表面積は、いずれも、白金塩溶液の濃度を0.005Mとし、還元剤溶液の濃度を0.1Mとした場合に、最大値が得られており、上述した12通りの試料に関する限りにおいて、表面粗さや表面積が最も大きな試料を用いた場合に、最も高い検出感度が得られる結果となっている。
【0034】
このように、「ナフィオン」の膜片上に、白金を析出させ、繊維構造をもった白金層を形成させるプロセスにおいて、白金塩溶液の濃度と還元剤溶液の濃度は、形成される繊維構造の形態やサイズを左右する重要なパラメータになる。本願発明者は、その理由を次のように考えている。まず、還元剤溶液の濃度を0.10Mに固定し、白金塩溶液の濃度を、0.001M、0.003M、0.005Mの3通りの条件に設定した場合に、白金の析出プロセスにどのような差が生じるかを考えてみる。
【0035】
図11は、このような析出プロセスの概念図である。図11(a) ,(b) ,(c) は、それぞれ白金塩溶液の濃度を0.001M,0.003M,0.005Mとしたときの、析出プロセスを示している。還元剤溶液の濃度は、いずれも0.10Mである。図における白丸は白金イオンを示し、黒丸は白金粒子(原子団)を示し、これら白丸および黒丸を支持する基体は、「ナフィオン」の膜片を示している。まず、浸透過程(「ナフィオン」の膜片を、白金塩溶液に浸漬させる過程)において、白金塩中の白金イオン(白丸)が基体表面に吸着する。このとき、吸着する白金イオンの密度は、白金塩溶液の濃度に依存し、濃度が高いほど吸着密度も高くなる。図に白丸で示す白金イオンは、基体上に定着したわけではなく、このままの状態では容易に離脱してしまう。還元過程(白金イオンが吸着した「ナフィオン」の膜片を、還元剤溶液に浸漬させる過程)は、白金イオンを還元することにより、これを白金粒子(黒丸)として基体表面に定着させるプロセスである。図11に示す例では、濃度0.10Mの還元剤溶液を用いた還元過程により、図示のとおり、基体上に吸着した白金イオン(白丸)がいずれも還元により白金粒子(黒丸)として定着することになる。こうして定着した白金粒子(黒丸)は、リンス過程を経ても、基体表面に残ったままとなる。
【0036】
この図11(a) ,(b) ,(c) における還元およびリンス過程後の白金層を比較すると、白金粒子の密度がそれぞれ異なっているが、これは、浸透過程における白金塩溶液の濃度の差に基づくものである。繊維構造をもった白金層を得るためには、ある程度の密度をもった白金粒子を定着させる必要があり、前述したように、白金塩溶液の濃度を0.005Mに設定した場合(図11(c) )に、図4に示すような繊維構造をもった白金層が得られる結果となり、良好な検出感度が得られることになった。
【0037】
一方、図12(a) は、白金塩溶液の濃度を0.005Mとしたときの浸透過程の後の状態を示し(図11(c) の左側の図と同じ)、図12(b) ,(c) ,(d) ,(e) は、それぞれ還元剤溶液の濃度を0.01M,0.05M,0.10M,0.015Mとしたときの、還元過程およびリンス過程のプロセスを示している。図12(a) に示すように、浸透過程の後の段階では、白金イオン(白丸)が基体表面に吸着している。白金塩溶液の濃度を0.005Mとしたため、吸着した白金イオンの密度はかなり高くなっている。ただ、これら白丸で示す白金イオンは、基体上に定着したわけではなく、このままの状態では容易に離脱してしまう。還元過程では、白金イオンを還元することにより、これを白金粒子(黒丸)として基体表面に定着させるプロセスが行われるが、この還元反応の進行具合は、還元剤溶液の濃度に依存し、濃度が高いほど還元される白金イオンが増加すると考えられる。図12(b) 〜(e) の左側の図には、この還元過程の直後の状態が示されている。還元剤溶液の濃度が低い場合には、白金イオン(白丸)のごく一部だけが還元されて白金粒子(黒丸)として定着しているのに対し、還元剤溶液の濃度が高い場合には、ほとんどの白金イオン(白丸)が還元されて白金粒子(黒丸)として定着することになる。
【0038】
続くリンス過程を経ると、定着した白金粒子(黒丸)はそのまま残ることになるが、白金イオン(白丸)は洗い流されて除去されてしまう。その結果、還元剤溶液の濃度が低い場合には、わずかな白金粒子しか残らないのに対し、還元剤溶液の濃度が高い場合には、十分な白金粒子が残ることになる。ただし、本発明に必要な繊維構造は、必ずしも還元剤溶液の濃度の最も高い場合に得られるわけではない。実際、図4に示すような理想的な繊維構造が得られたのは、還元剤溶液の濃度を0.10Mにした場合(図12(d) )であり、最も濃度の高い0.15Mにした場合(図12(e) )ではない。最も濃度の高い0.15Mにした場合は、繊維構造ではなく、いわゆる団子状の白金塊が形成されることになり、良好な検出感度は得られなかった。このように、還元剤溶液の濃度は、高ければ高いほどよいというわけではなく、繊維状構造を得るためには最適な濃度値が存在する。その理由は、図12(d) に示すように、最適な濃度値(この例では、0.10M)の場合は、一部の白金イオンが還元されない状態のまま残存し、これがリンス過程で除去されることにより、適度な空隙が生じ、繊維構造が得られることになるのに対し、濃度値が高すぎる場合は、図12(e) に示すように、還元過程においてすべての白金イオンが還元されて白金粒子となり、更に、これら白金粒子が何らかの圧力や負荷の影響を受けて塊を作り、最終的に団子状の白金塊を形成するためと考えられる。
【0039】
結局、金属塩を含む溶液中において、金属を析出させることによって金属層11を形成させる場合は、浸透過程で用いる金属塩溶液の濃度と、還元過程で用いる還元剤溶液の濃度と、の組み合わせによって、得られる金属層の形態が左右されることになる。したがって、特定の検出対象ガスGを検出するための理想的な繊維構造をもった金属層11を得るためには、当該検出対象ガスGに応じた所定のサイズや形態をもった繊維構造を形成することができるように、浸透過程で用いる金属塩溶液の濃度と、還元過程で用いる還元剤溶液の濃度と、の最適な組み合わせを見い出せばよい。
【0040】
現在のところ、メチルメルカプタンを検出対象ガスGとする場合の最適な組み合わせは、上述したように、白金塩溶液(テトラアンミンジクロロ白金)の濃度を0.001Mとし、還元剤溶液(水素化ホウ素ナトリウム)の濃度を0.01Mとする組み合わせであることが実験により判明した。今のところ、特定の検出対象ガスGに最適な金属塩溶液の種類および濃度と還元剤溶液の種類および濃度との組み合わせを、理論的に求める方法は確立していないが、少なくとも試行錯誤により種々の溶液や濃度値の組み合わせにより種々のサイズや形態の繊維構造をもった金属層11を形成し、種々のガスに対する検出感度を実測すれば、特定の検出対象ガスGを検出するのに最適なガス透過膜10を作成することが可能である。
【0041】
したがって、本明細書では、メチルメルカプタンを検出対象ガスGとする場合の実施例のみしか示されていないが、本発明は、メチルメルカプタン検出用のガスセンサに限定されるものではなく、その他にも種々のガスを検出対象とするガスセンサに利用可能である。本発明の本旨は、ガス透過膜10の内側層となる金属層11を、従来の平坦な薄膜構造にする代わりに、多数の凹凸や空洞を含んだ繊維構造とすることにより、当該繊維構造に適合した特定のガスに対して選択的に高い検出感度を得られるようにした、という点にあり、本発明は、このような本旨から外れない限り、種々の態様で実施可能である。
【0042】
また、上述の実施例では、内側が固体電解質層、外側が繊維構造を有する金属層からなる二層構造の膜をガス透過膜として用いているが、その代わりに、固体電解質層の両面に繊維構造を有する金属層を形成した三層構造の膜をガス透過膜として用いてもかまわない。
【0043】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明に係るガスセンサによれば、特定のガスを選択的に検出でき、かつ、十分な検出感度を得ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るガスセンサの基本構成を示す構成図である(一部は断面図、一部はブロック図として示す)。
【図2】三極方式による検出を行うタイプの本発明の具体的な実施形態に係るガスセンサを示す構成図である(一部は断面図、一部はブロック図として示す)。
【図3】本発明の一実施形態に係るガスセンサに用いられる固体電解質層12を構成する「ナフィオン(登録商標)」なる高分子膜の化学構造を示す図である。
【図4】本発明の一実施形態に係るガスセンサに用いられる繊維構造をもった白金層11の平面図(電子顕微鏡写真に基づいて作成した図)である。
【図5】本発明の一実施形態に係るガスセンサを用いた5種類のガスについて検出特性を示すグラフである。
【図6】本発明の一実施形態に係るガスセンサを用いたメチルメルカプタンの検出値の流量依存性を示すグラフである。
【図7】本発明の一実施形態に係るガスセンサを用いたメチルメルカプタンの検出値の濃度依存性を示すグラフである。
【図8】本発明の一実施形態に係るガスセンサを用いたメチルメルカプタンの検出応答性を示すグラフであり、上段のグラフは、ガス濃度が10ppmの場合、下段のグラフは、ガス濃度が1.0ppmの場合の結果(ガスの流量は200ml/min)を示す。
【図9】本発明に係るガスセンサに用いる金属層11として作成した12通りの試料についての表面粗さを測定した結果を示すグラフである。
【図10】本発明に係るガスセンサに用いる金属層11として作成した12通りの試料についての表面積を測定した結果を示すグラフである。
【図11】本発明に係るガスセンサに用いる金属層11を作成する析出プロセスの概念図である。
【図12】本発明に係るガスセンサに用いる金属層11を作成する析出プロセスの別な概念図である。
【符号の説明】
10…ガス透過膜
11…金属層
12…固体電解質層
20…溶液収容槽
25…ケース
26…蓋
30…反応溶液(電解液)
40…対向電極
45…参照電極
50…検出手段
55…ポテンショスタット
60…ポンプ
61…ガス導入管
G…検出対象ガス
L…左側の部屋(ガス導入室)
R…右側の部屋(溶液収容槽)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas sensor, and more particularly, to a potentiostatic gas sensor suitable for detecting living odors such as garbage and bad breath.
[0002]
[Prior art]
In today's environment-conscious environment, various gas sensors are used to collect quantitative data on odors such as odors. In particular, in recent years, demand for low-cost sensors capable of detecting the smell of garbage in refrigerators and garbage disposal facilities and living odors such as bad breath has been expected with the improvement of living standards.
[0003]
2. Description of the Related Art As a sensor for detecting a living odor in daily life, a potentiostatic electrolytic gas sensor capable of directly detecting gas in the air has been proposed. In this gas sensor, a pair of electrodes is immersed in a reaction solution having the property of causing an electrochemical reaction with the gas to be detected, and when a predetermined voltage is applied between the electrodes, the current flowing in the reaction solution is measured. It is based on the principle of doing. If the electrolysis phenomenon is caused while the detection target gas is introduced into the reaction solution, the introduced detection target gas can be quantitatively detected based on the current flowing through the reaction solution. Usually, a reference electrode is further immersed in a reaction solution, and measurement based on a three-electrode method using a potentiostat is often performed.
[0004]
In such a constant potential electrolytic gas sensor, a gas permeable membrane for introducing a gas to be detected is usually formed on a part of a partition wall of a solution storage tank that stores a reaction solution. As the gas permeable membrane, for example, a polymer membrane such as polytetrafluoroethylene (Nafion: registered trademark of DuPont, U.S.A.) and a metal film formed on the surface thereof is used. The metal film portion is used as a working electrode when performing electrolysis.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventionally proposed constant potential electrolysis type gas sensor has a problem that the detection sensitivity to ordinary living odor at normal temperature is low. In gas detection applications in factories and research facilities, it is often practically sufficient if detection is possible in a relatively high-temperature atmosphere.However, it is used to detect the smell of garbage and living odors such as bad breath. Requires detection sensitivity at room temperature. Further, the conventionally proposed constant potential electrolysis type gas sensor has a problem that the selectivity of a gas to be detected is low. In particular, methyl mercaptan (a main cause of putrefactive odor of meat), which is a cause of life odor, When used for detection of gases such as trimethylamine (rot odor of fish), acetic acid, acetaldehyde, ethylene, etc., it has been difficult to realize a sensor having selective detection sensitivity to these gases.
[0006]
Therefore, an object of the present invention is to provide a gas sensor capable of selectively detecting a specific gas and obtaining sufficient detection sensitivity.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
(1) A first aspect of the present invention relates to a potentiostatic gas sensor,
A gas permeable membrane having a property that the inside is formed of a solid electrolyte layer and the outside is formed of a metal layer having a fiber structure, and has a property of transmitting a gas to be detected.
A solution storage tank in which the gas permeable membrane is part of a partition,
A reaction solution which is contained in the solution containing tank and has a property of causing an electrochemical reaction with the gas to be detected;
A counter electrode immersed in the reaction solution,
A metal layer constituting the inner part of the gas permeable membrane is used as a working electrode, and a predetermined detection voltage is applied between the working electrode and the counter electrode. Detecting means for detecting
Is provided.
[0008]
(2) A second aspect of the present invention provides the gas sensor according to the first aspect,
A reference electrode immersed in the reaction solution is further provided, and the detection means uses a potentiostat to perform current detection using the reference electrode as a reference potential.
[0009]
(3) A third aspect of the present invention provides the gas sensor according to the first or second aspect described above,
A membrane in which a metal layer having a fiber structure is formed on both surfaces of a solid electrolytic layer is used as a gas permeable membrane.
[0010]
(4) A fourth aspect of the present invention provides the gas sensor according to the first to third aspects described above,
As the solid electrolyte layer constituting the gas permeable membrane, an ion conductive polymer membrane having a property of transmitting a gas to be detected is used.
[0011]
(5) According to a fifth aspect of the present invention, in the gas sensor according to the first to fourth aspects,
As the metal layer constituting the gas permeable membrane, a fiber structure layer of metal precipitated in a solution containing a metal salt is used.
[0012]
(6) According to a sixth aspect of the present invention, in the gas sensor according to the first to fifth aspects,
The metal layer is composed of a platinum layer having a fiber structure, the reaction solution is composed of sulfuric acid, and methyl mercaptan can be detected as a detection target gas.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described based on an illustrated embodiment. FIG. 1 is a configuration diagram showing a basic configuration of a gas sensor according to the present invention (a part is shown as a sectional view, and a part is shown as a block diagram). As shown, the basic components of the gas sensor are a gas
[0014]
FIG. 1 shows a cross section of each of the gas
[0015]
The gas sensor based on such a principle is a known sensor generally known as a potentiostatic gas sensor, and the gas sensor itself having the basic configuration as shown in FIG. 1 is a known gas sensor already used. is there. Normally, as the
[0016]
The gas sensor according to the present invention is basically a potentiostatic electrolytic gas sensor conventionally used. However, the inventor of the present application has found that the problems of these conventional gas sensors can be solved by changing the structure of the
[0017]
In the case of the embodiment shown here, the gas
[0018]
FIG. 1 shows a so-called two-pole detection in which a predetermined detection voltage (constant voltage) is applied between the
[0019]
FIG. 2 is a configuration diagram showing a specific embodiment of a type that performs detection by such a triode method (a part is shown as a cross-sectional view, and a part is shown as a block diagram). In the specific embodiment shown in FIG. 2, the gas
[0020]
On the other hand, the left room L partitioned by the
[0021]
In the specific embodiment shown in FIG. 2, the gas
[0022]
The
[0023]
On the other hand, the reaction solution 30 (electrolyte solution) in FIG. 2 is composed of sulfuric acid having a concentration of 0.5 M, the
[0024]
Subsequently, the results of detection of five types of gases using the gas sensor shown in FIG. 2 are shown in the graph of FIG. That is, in this graph, five types of gases, which are typical living odors, such as methyl mercaptan, trimethylamine, acetic acid, acetaldehyde, and ethylene, are mixed with nitrogen gas as the detection target gas G, and introduced at a flow rate of 50 ml / min. The detection sensitivity (the value obtained by converting the measured current value into a value per 1 ppm of gas concentration) in the case of the above is converted into a voltage between electrodes (in principle, a detection voltage applied between the
[0025]
6 and 7 are graphs showing quantitative detection characteristics of methyl mercaptan in the gas sensor according to this embodiment. The graph of FIG. 6 shows the flow rate dependency, and the graph of FIG. 7 shows the concentration dependency. First, the graph of FIG. 6 shows the relationship between the flow rate of the gas introduced by the
[0026]
FIG. 8 is a graph showing the detection response of methyl mercaptan in the gas sensor according to this embodiment. The upper graph shows the results when the gas concentration is 10 ppm, and the lower graph shows the results when the gas concentration is 1.0 ppm (gas flow rate is 200 ml / min). The horizontal axis is the time axis. Specifically, these graphs show changes in the detected current when an experiment in which the introduction and stop of the introduction of the gas by the
[0027]
As described above, by forming the
[0028]
As shown in the graph of FIG. 5, the reason why the detection sensitivity of only methyl mercaptan among the five types of detection target gases G was improved is that the size and structure of the fibrous platinum layer shown in FIG. This is probably because the composition was suitable for improving permeability and surface reactivity. Here, it is difficult at this stage to make a detailed theoretical consideration of what kind of fiber structure should be used to improve the detection sensitivity for what kind of gas, but it is difficult to obtain various forms and sizes. By forming a
[0029]
As a method for forming the
[0030]
First, a commercially available polymer film “Nafion: Model No. 117” is cut into a square shape having a side of 2.0 cm to obtain a square film piece. Then, this film piece was immersed in concentrated nitric acid for 30 minutes, rinsed with pure water, and then subjected to a pretreatment of immersing in about 80 ° C. pure water for 2 hours. This pretreatment is a treatment for removing dirt and impurities on the surface of the polymer film and increasing the reactivity.
[0031]
Subsequently, as a solution of a platinum salt, tetraamminedichloroplatinum (Pt (NH 3 ) 4 Cl 2 ) Solution is prepared, and sodium borohydride (NaBH 4 ) Prepare a solution. Then, the membrane piece subjected to the above pretreatment was immersed in this platinum salt solution for 40 minutes (permeation process). Next, the membrane piece was rinsed with pure water, then placed in a reducing agent solution, and immersed for 120 minutes while stirring at a constant rotation rate using a stirrer (reduction process). Finally, the film piece was immersed in a 0.5 M sulfuric acid solution to remove impurities on the surface and inside (rinsing process).
[0032]
The inventor of the present application conducted an experiment in which some of the above-mentioned process conditions were changed until a fibrous platinum layer (
[0033]
FIG. 9 is a graph showing the results of measuring the surface roughness of the above 12 kinds of samples, and FIG. 10 is a graph showing the results of measuring the surface areas of the above 12 kinds of samples. The surface roughness (nm) is obtained by bringing a probe supported by a cantilever into contact with the probe vertically above the fibrous platinum layer, scanning the uneven surface of the fibrous platinum layer two-dimensionally, and moving the probe up and down in the vertical direction. Is the value of the square root of the sum of squares. On the other hand, the surface area (unit is an arbitrary scale) indicates the total surface area of the uneven surface of the fibrous platinum layer formed on a region having a predetermined area on the “Nafion” film piece. As shown in this graph, the maximum values of the surface roughness and the surface area were obtained when the concentration of the platinum salt solution was 0.005 M and the concentration of the reducing agent solution was 0.1 M. As far as the above 12 samples are concerned, the result that the highest detection sensitivity is obtained when the sample having the largest surface roughness or surface area is used.
[0034]
As described above, in the process of depositing platinum on a film piece of “Nafion” and forming a platinum layer having a fiber structure, the concentration of the platinum salt solution and the concentration of the reducing agent solution are different from those of the formed fiber structure. It is an important parameter that determines form and size. The inventor of the present application considers the reason as follows. First, when the concentration of the reducing agent solution is fixed at 0.10 M and the concentration of the platinum salt solution is set to three conditions of 0.001 M, 0.003 M, and 0.005 M, which method is used for the platinum deposition process. Let's consider whether such a difference occurs.
[0035]
FIG. 11 is a conceptual diagram of such a deposition process. FIGS. 11 (a), (b) and (c) show the deposition process when the concentration of the platinum salt solution is 0.001M, 0.003M and 0.005M, respectively. The concentration of each of the reducing agent solutions is 0.10M. In the figure, white circles indicate platinum ions, black circles indicate platinum particles (atomic groups), and a substrate supporting these white and black circles indicates a film piece of “Nafion”. First, in a permeation process (a process in which a piece of “Nafion” membrane is immersed in a platinum salt solution), platinum ions (open circles) in the platinum salt are adsorbed on the substrate surface. At this time, the density of the platinum ions adsorbed depends on the concentration of the platinum salt solution, and the higher the concentration, the higher the adsorption density. The platinum ions indicated by white circles in the figure are not fixed on the substrate, but are easily separated in this state. The reduction process (the process of immersing a film piece of “Nafion” on which platinum ions are adsorbed in a reducing agent solution) is a process in which platinum ions are reduced and fixed on the substrate surface as platinum particles (black circles). . In the example shown in FIG. 11, the platinum ions (open circles) adsorbed on the substrate are fixed as platinum particles (black circles) by reduction, as shown in the drawing, by a reduction process using a reducing agent solution having a concentration of 0.10 M. become. The platinum particles (black circles) thus fixed remain on the substrate surface even after the rinsing process.
[0036]
Comparing the platinum layers after the reduction and rinsing processes in FIGS. 11 (a), (b) and (c), the densities of the platinum particles are different from each other. It is based on the difference. In order to obtain a platinum layer having a fiber structure, it is necessary to fix platinum particles having a certain density. As described above, when the concentration of the platinum salt solution is set to 0.005M (FIG. 11 ( c) As shown in FIG. 4, a platinum layer having a fiber structure as shown in FIG. 4 was obtained, and good detection sensitivity was obtained.
[0037]
On the other hand, FIG. 12 (a) shows the state after the permeation process when the concentration of the platinum salt solution is 0.005M (same as the left figure in FIG. 11 (c)). (C), (d), and (e) show the processes of the reduction process and the rinsing process when the concentration of the reducing agent solution is 0.01 M, 0.05 M, 0.10 M, and 0.015 M, respectively. I have. As shown in FIG. 12A, at the stage after the permeation process, platinum ions (open circles) are adsorbed on the surface of the base. Since the concentration of the platinum salt solution was 0.005M, the density of the adsorbed platinum ions was considerably high. However, these platinum ions indicated by white circles are not fixed on the substrate, but are easily separated in this state. In the reduction process, a process is performed in which platinum ions are fixed as platinum particles (black circles) on the substrate surface by reducing platinum ions. The progress of the reduction reaction depends on the concentration of the reducing agent solution. It is considered that the higher the value, the more the reduced platinum ions. 12 (b) to 12 (e) show the state immediately after the reduction process. When the concentration of the reducing agent solution is low, only a small part of the platinum ions (open circles) are reduced and fixed as platinum particles (black circles), whereas when the concentration of the reducing agent solution is high, Most of the platinum ions (open circles) are reduced and fixed as platinum particles (black circles).
[0038]
After the subsequent rinsing process, the fixed platinum particles (black circles) remain, but platinum ions (white circles) are washed out and removed. As a result, when the concentration of the reducing agent solution is low, only a few platinum particles remain, while when the concentration of the reducing agent solution is high, sufficient platinum particles remain. However, the fiber structure required for the present invention is not always obtained when the concentration of the reducing agent solution is the highest. Actually, the ideal fiber structure as shown in FIG. 4 was obtained when the concentration of the reducing agent solution was 0.10 M (FIG. 12 (d)). This is not the case (FIG. 12 (e)). When the concentration was set to 0.15M, which is the highest concentration, not a fiber structure but a so-called dumpling-shaped platinum lump was formed, and good detection sensitivity was not obtained. As described above, the higher the concentration of the reducing agent solution, the better it is not, and there is an optimum concentration value for obtaining a fibrous structure. The reason is that, as shown in FIG. 12 (d), in the case of the optimum concentration value (0.10M in this example), some platinum ions remain unreduced and are removed in the rinsing process. In this way, appropriate voids are formed and a fiber structure is obtained. On the other hand, when the concentration value is too high, all the platinum ions are reduced in the reduction process as shown in FIG. It is considered that these particles are formed into platinum particles, and further, these platinum particles form a lump under the influence of some pressure or load, and finally form a cluster-like platinum lump.
[0039]
After all, when the
[0040]
At present, when methyl mercaptan is used as the detection target gas G, as described above, the concentration of the platinum salt solution (tetraamminedichloroplatinum) is set to 0.001M, and the reducing agent solution (sodium borohydride) is used. It has been found from experiments that the combination is a concentration of 0.01M. At present, no method has been established to theoretically determine the optimum combination of the type and concentration of the metal salt solution and the type and concentration of the reducing agent solution for the specific gas G to be detected. By forming the
[0041]
Therefore, in this specification, only an example in which methyl mercaptan is used as the detection target gas G is shown, but the present invention is not limited to a gas sensor for detecting methyl mercaptan, and various other The present invention can be used for a gas sensor that detects a gas of the type described above. The gist of the present invention is that the
[0042]
Further, in the above-described embodiment, the membrane having a two-layer structure including the solid electrolyte layer on the inner side and the metal layer having the fiber structure on the outer side is used as the gas permeable membrane. A film having a three-layer structure in which a metal layer having a structure is formed may be used as the gas permeable film.
[0043]
【The invention's effect】
As described above, according to the gas sensor of the present invention, a specific gas can be selectively detected, and sufficient detection sensitivity can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a basic configuration of a gas sensor according to the present invention (a part is shown as a cross-sectional view, and a part is shown as a block diagram).
FIG. 2 is a configuration diagram showing a gas sensor according to a specific embodiment of the present invention of a type that performs detection by a triode method (a part is shown as a cross-sectional view and a part is shown as a block diagram).
FIG. 3 is a view showing a chemical structure of a polymer film of “Nafion (registered trademark)” constituting the
FIG. 4 is a plan view (a diagram created based on an electron micrograph) of a
FIG. 5 is a graph showing detection characteristics of five types of gases using the gas sensor according to one embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing a flow rate dependency of a detected value of methyl mercaptan using a gas sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a graph showing the concentration dependence of the detected value of methyl mercaptan using the gas sensor according to one embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a graph showing the detection response of methyl mercaptan using the gas sensor according to one embodiment of the present invention. The upper graph shows a gas concentration of 10 ppm, and the lower graph shows a gas concentration of 1. The results in the case of 0 ppm (the gas flow rate is 200 ml / min) are shown.
FIG. 9 is a graph showing the results of measuring the surface roughness of twelve samples prepared as the metal layers 11 used in the gas sensor according to the present invention.
FIG. 10 is a graph showing the results of measuring the surface area of twelve samples prepared as the metal layers 11 used in the gas sensor according to the present invention.
FIG. 11 is a conceptual diagram of a deposition process for forming a
FIG. 12 is another conceptual diagram of a deposition process for forming the
[Explanation of symbols]
10. Gas permeable membrane
11 ... metal layer
12 ... Solid electrolyte layer
20 ... solution storage tank
25… Case
26 ... Lid
30 ... Reaction solution (electrolyte solution)
40 ... Counter electrode
45 Reference electrode
50 ... Detection means
55 ... Potentiometer
60 ... pump
61 ... Gas inlet pipe
G: Detection target gas
L: Room on the left (gas introduction room)
R: Room on the right (solution storage tank)
Claims (6)
前記ガス透過膜を隔壁の一部とする溶液収容槽と、
前記溶液収容槽に収容され、前記検出対象ガスと電気化学反応を生じる性質をもった反応溶液と、
前記反応溶液中に浸漬された対向電極と、
前記金属層からなる作用電極と前記対向電極との間に所定の検出用電圧を印加し、そのときに前記反応溶液中を伝わって前記金属層と前記対向電極との間に流れる電流を検出する検出手段と、
を備えることを特徴とするガスセンサ。A gas permeable membrane having a property that the inside is formed of a solid electrolyte layer and the outside is formed of a metal layer having a fiber structure, and has a property of transmitting a gas to be detected.
A solution storage tank in which the gas permeable membrane is part of a partition,
A reaction solution that is contained in the solution containing tank and has a property of causing an electrochemical reaction with the gas to be detected,
A counter electrode immersed in the reaction solution,
A predetermined detection voltage is applied between the working electrode made of the metal layer and the counter electrode, and at this time, a current flowing between the metal layer and the counter electrode transmitted through the reaction solution is detected. Detecting means;
A gas sensor comprising:
反応溶液中に浸漬された参照電極を更に備え、検出手段が、ポテンショスタットを利用して前記参照電極を基準電位とした電流検出を行うことを特徴とするガスセンサ。The gas sensor according to claim 1,
A gas sensor further comprising a reference electrode immersed in a reaction solution, wherein the detecting means performs current detection using the reference electrode as a reference potential using a potentiostat.
固体電解質層の両面に繊維構造を有する金属層を形成した膜をガス透過膜として用いることを特徴とするガスセンサ。The gas sensor according to claim 1 or 2,
A gas sensor characterized in that a membrane in which a metal layer having a fiber structure is formed on both surfaces of a solid electrolyte layer is used as a gas permeable membrane.
ガス透過膜を構成する固体電解質層として、検出対象ガスを透過する性質をもったイオン導電性の高分子膜が用いられていることを特徴とするガスセンサ。The gas sensor according to any one of claims 1 to 3,
A gas sensor, wherein an ion-conductive polymer film having a property of transmitting a gas to be detected is used as a solid electrolyte layer constituting a gas permeable film.
ガス透過膜を構成する金属層として、金属塩を含む溶液中において析出した金属の繊維構造層が用いられていることを特徴とするガスセンサ。The gas sensor according to any one of claims 1 to 4,
A gas sensor, wherein a metal fiber structure layer deposited in a solution containing a metal salt is used as a metal layer constituting a gas permeable membrane.
金属層が繊維構造を有する白金層によって構成され、反応溶液が硫酸によって構成され、メチルメルカプタンを検出対象ガスとすることを特徴とするガスセンサ。The gas sensor according to any one of claims 1 to 5,
A gas sensor, wherein the metal layer is composed of a platinum layer having a fiber structure, the reaction solution is composed of sulfuric acid, and methyl mercaptan is used as a gas to be detected.
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JP (1) | JP2004093144A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009270980A (en) * | 2008-05-09 | 2009-11-19 | Funai Electric Advanced Applied Technology Research Institute Inc | Biosensor, enzyme sensor, and gas detecting system |
JP2009276209A (en) * | 2008-05-15 | 2009-11-26 | Funai Electric Advanced Applied Technology Research Institute Inc | Concentration measuring system and method |
WO2014203939A1 (en) * | 2013-06-18 | 2014-12-24 | 新コスモス電機株式会社 | Controlled potential electrolysis gas sensor |
JP6082855B1 (en) * | 2015-06-02 | 2017-02-15 | オリンパス株式会社 | Endoscope reprocessor |
CN112577408A (en) * | 2020-11-12 | 2021-03-30 | 南京航空航天大学 | Device and method for detecting thickness of electrolyte plasma polishing anode gas film |
-
2002
- 2002-08-29 JP JP2002250627A patent/JP2004093144A/en active Pending
Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009270980A (en) * | 2008-05-09 | 2009-11-19 | Funai Electric Advanced Applied Technology Research Institute Inc | Biosensor, enzyme sensor, and gas detecting system |
JP2009276209A (en) * | 2008-05-15 | 2009-11-26 | Funai Electric Advanced Applied Technology Research Institute Inc | Concentration measuring system and method |
TWI660172B (en) * | 2013-06-18 | 2019-05-21 | 日商新宇宙電機股份有限公司 | Controlled potential electrolysis gas sensor |
TWI631332B (en) * | 2013-06-18 | 2018-08-01 | 新宇宙電機股份有限公司 | Controlled potential electrolysis gas sensor |
KR20160020517A (en) * | 2013-06-18 | 2016-02-23 | 신코스모스덴끼 가부시끼가이샤 | Controlled potential electrolysis gas sensor |
JP5918910B2 (en) * | 2013-06-18 | 2016-05-18 | 新コスモス電機株式会社 | Constant potential electrolytic gas sensor |
JP2016176946A (en) * | 2013-06-18 | 2016-10-06 | 新コスモス電機株式会社 | Constant potential electrolysis-type gas sensor |
US9551683B2 (en) | 2013-06-18 | 2017-01-24 | New Cosmos Electric Co., Ltd. | Controlled potential electrolysis gas sensor |
KR102166047B1 (en) * | 2013-06-18 | 2020-10-16 | 신코스모스덴끼 가부시끼가이샤 | Controlled potential electrolysis gas sensor |
CN105339784A (en) * | 2013-06-18 | 2016-02-17 | 新宇宙电机株式会社 | Controlled potential electrolysis gas sensor |
CN105339784B (en) * | 2013-06-18 | 2018-08-03 | 新宇宙电机株式会社 | Fixed electric potential electroanalysis formula gas sensor |
EP3421983A1 (en) * | 2013-06-18 | 2019-01-02 | New Cosmos Electric Co., Ltd. | Controlled potential electrolysis gas sensor |
WO2014203939A1 (en) * | 2013-06-18 | 2014-12-24 | 新コスモス電機株式会社 | Controlled potential electrolysis gas sensor |
JP6082855B1 (en) * | 2015-06-02 | 2017-02-15 | オリンパス株式会社 | Endoscope reprocessor |
CN112577408A (en) * | 2020-11-12 | 2021-03-30 | 南京航空航天大学 | Device and method for detecting thickness of electrolyte plasma polishing anode gas film |
CN112577408B (en) * | 2020-11-12 | 2021-10-22 | 南京航空航天大学 | Device and method for detecting thickness of electrolyte plasma polishing anode gas film |
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