JP2006090991A - Electrochemical gas sensor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ammonia gas detection electrochemical gas sensor and an alcohol gas detection electrochemical gas sensor having high reliability in long-term use, and having excellent gas selectivity. <P>SOLUTION: This electrochemical gas sensor has at least a working electrode and a counter electrode, and an electrolyte in contact with the working electrode and the counter electrode. The electrolyte is a molten salt constituted of nitrogen-including aromatic cation or aliphatic onium cation and fluorine-including anion, to thereby acquire the miniaturized and thinned electrochemical gas sensor having high reliability and excellent gas selectivity. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、比較的低温でイオン性液体となる常温溶融塩を電解質として用いる電気化学式ガスセンサに関する。   The present invention relates to an electrochemical gas sensor using a room temperature molten salt that becomes an ionic liquid at a relatively low temperature as an electrolyte.

従来、電気化学式ガスセンサは、低消費電力、出力特性がリニア、ガス選択性に比較的優れるなどの特徴を持っていることから、工業用のガス濃度測定機器や、近年では一酸化炭素などの検知警報機などに広く使用されている。   Conventionally, electrochemical gas sensors have features such as low power consumption, linear output characteristics, and relatively good gas selectivity, so they can detect industrial gas concentration measuring instruments and, recently, carbon monoxide, etc. Widely used for alarm devices.

まず、図2に従来の電気化学式ガスセンサの一例を示した。
従来の電気化学式ガスセンサ1は、ケース2を有しており、このケース2は開口部22を有し、さらに小さい開口であるキャピラリ26が形成された蓋25が取り付けられている。
このケース2内に、作用電極11、対向電極12、参照電極13、電解質保持体14、ガス透過性膜15a,15bがそれぞれ収められており、図示しない手段でケース2に固定されている。
また、このケース2内に、電解質溶液31を貯留するための電解質溶液貯留部32が設けられており、電解質溶液貯留部32から電解質保持体14に向かって、ガラス繊維などの親水性を有する導液体33が設けられている。この導液体33を通じて、電解質溶液貯留部32に貯留された電解質溶液31は、電解質保持体14に常に補給される構造が採られている。
この他に、図示しない電極ピンがそれぞれ作用電極11、対向電極12、参照電極13に接して設けられており、外部の回路例えばポテンシオスタットを含む測定回路などと接続するようになっており、検知対象ガスが作用電極11に到達すると、検知対象ガスのガス成分は順次酸化もしくは還元反応を起こし、この反応を作用電極11に接続された電極ピンを通じて外部に出力する。
First, FIG. 2 shows an example of a conventional electrochemical gas sensor.
The conventional electrochemical gas sensor 1 has a case 2, and the case 2 has an opening 22, and a lid 25 in which a capillary 26 having a smaller opening is formed.
In this case 2, a working electrode 11, a counter electrode 12, a reference electrode 13, an electrolyte holding body 14, and gas permeable membranes 15a and 15b are housed, and are fixed to the case 2 by means not shown.
Further, an electrolyte solution storage portion 32 for storing the electrolyte solution 31 is provided in the case 2, and a hydrophilic conductive material such as glass fiber is provided from the electrolyte solution storage portion 32 toward the electrolyte holder 14. A liquid 33 is provided. The electrolyte solution 31 stored in the electrolyte solution storage part 32 through the conductive liquid 33 is configured to be constantly replenished to the electrolyte holder 14.
In addition, electrode pins (not shown) are provided in contact with the working electrode 11, the counter electrode 12, and the reference electrode 13, respectively, and are connected to an external circuit such as a measurement circuit including a potentiostat, When the detection target gas reaches the working electrode 11, the gas component of the detection target gas sequentially undergoes oxidation or reduction reaction, and this reaction is output to the outside through the electrode pin connected to the working electrode 11.

これら電気化学式ガスセンサのうち、特にアンモニアガスを検知する場合においては、他の手段のセンサ例えば半導体式ガスセンサに比べて、電気化学式ガスセンサは安定性について優れており、例えば電解質溶液として塩化リチウム水溶液や有機アンモニウム塩水溶液等を用いるものが知られている(例えば、特許文献1および2参照。)。
しかしながら、これらの電解質溶液は吸湿性が高く、揮発性もあるため、周囲の湿度によっては電解質溶液の体積変化や濃度変化が起こり、感度に影響を及ぼすなど信頼性に欠けるという問題がある。また、体積が増加した場合に、電解質溶液の液漏れを生じるなどの問題がある。
Among these electrochemical gas sensors, particularly when detecting ammonia gas, the electrochemical gas sensor is superior in stability compared to other means such as semiconductor gas sensors. One using an aqueous ammonium salt solution or the like is known (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
However, since these electrolyte solutions are highly hygroscopic and volatile, there is a problem that the volume and concentration of the electrolyte solution change depending on the surrounding humidity, and the reliability is lacking, such as affecting sensitivity. Further, when the volume increases, there is a problem such as leakage of the electrolyte solution.

また、アルコールガスを検知する場合、他の手段のセンサ例えば接触燃焼式ガスセンサに比べて、電気化学式ガスセンサはガス選択性が優れている。例えば、特に接触燃焼式ガスセンサではほとんどの可燃性ガスを検知してしまうが、電気化学式ガスセンサではアルコール以外の可燃性ガスを検知しないため、このような雰囲気中でのアルコールガスの検知に優れている。これらアルコールガスを検知する電気化学式ガスセンサとしては、例えば電解質溶液として硫酸や塩化リチウム水溶液を用いるものが知られている(例えば、特許文献3参照。)。
しかしながら、これらの電解質溶液は、硫酸の場合は吸湿性が高く、また塩化リチウム水溶液の場合は吸湿性が高く揮発性もあるため、周囲の湿度によっては電解質溶液の体積変化や濃度変化が起こりやすくなり、特に塩化リチウム水溶液を用いた場合は、揮発により著しく体積が変化しやすいために感度が変動しやすくなるなど、信頼性に欠けるという問題がある。さらに、硫酸を用いた場合では、吸湿性が高いため、電解質溶液の体積が増加して液漏れをおこすなどの問題もある。
またさらに、これら電解質溶液に塩化リチウム水溶液や硫酸を用いた電気化学式ガスセンサでは、さまざまなガスに感度があるため、目的のガス以外のガスまでも検出してしまうなど、ガスの選択性に問題がある。
In addition, when detecting alcohol gas, the electrochemical gas sensor is superior in gas selectivity compared to sensors of other means such as a catalytic combustion type gas sensor. For example, most flammable gases are detected especially with catalytic combustion gas sensors, but flammable gases other than alcohol are not detected with electrochemical gas sensors, so they are excellent in detecting alcohol gas in such an atmosphere. . As an electrochemical gas sensor for detecting these alcohol gases, for example, one using sulfuric acid or a lithium chloride aqueous solution as an electrolyte solution is known (see, for example, Patent Document 3).
However, these electrolyte solutions are highly hygroscopic in the case of sulfuric acid, and highly hygroscopic and volatile in the case of an aqueous lithium chloride solution, so that volume changes and concentration changes of the electrolyte solution are likely to occur depending on the surrounding humidity. In particular, when a lithium chloride aqueous solution is used, there is a problem in that the volume is remarkably easily changed due to volatilization, so that the sensitivity is likely to fluctuate and the reliability is insufficient. Further, when sulfuric acid is used, the hygroscopic property is high, and there is a problem that the volume of the electrolyte solution increases and liquid leakage occurs.
In addition, electrochemical gas sensors that use lithium chloride aqueous solution or sulfuric acid for these electrolyte solutions are sensitive to various gases, so they may detect gases other than the target gas. is there.

また近年、溶融塩としては比較的低温でイオン性液体となる常温溶融塩を、各種反応溶媒や電気化学的用途に用いることも検討されており、この常温溶融塩を固体電解質の代わりとして用いた窒素酸化物センサや二酸化炭素センサも提案されている(例えば特許文献4および5。)。
しかしながら、上記の特許文献4および5では、電解質として固体電解質を用いたセンサにおいて、電解質を常温溶融塩に置き換えたものであるため、窒素酸化物センサでは「硝酸リチウムもしくは亜硝酸リチウムを主体とする補助相をガス拡散電極からなる検知極および対極の片方もしくは双方に一体に接合した電極−補助相接合体を備え」ることを必須とし、また二酸化炭素センサでは、「炭酸リチウムを主体とする補助相を前記検知極に一体に接合してなる」ことを必須としている。このため、おのずと構造が複雑になるため、センサの形状も大きくなり、また製造コストも高いものとなる問題がある。また、ガス選択性についての解決については、何ら示唆もない。
In recent years, the use of a room temperature molten salt that becomes an ionic liquid at a relatively low temperature as a molten salt for various reaction solvents and electrochemical applications has been investigated, and this room temperature molten salt was used in place of a solid electrolyte. Nitrogen oxide sensors and carbon dioxide sensors have also been proposed (for example, Patent Documents 4 and 5).
However, in the above Patent Documents 4 and 5, in a sensor using a solid electrolyte as an electrolyte, the electrolyte is replaced with a room temperature molten salt. Therefore, in the nitrogen oxide sensor, “mainly lithium nitrate or lithium nitrite” is used. It is essential that the auxiliary phase is equipped with an electrode-auxiliary phase assembly in which the auxiliary phase is integrally joined to one or both of the detection electrode and the counter electrode made of a gas diffusion electrode. It is essential that the phase is integrally joined to the detection electrode. For this reason, since the structure is naturally complicated, there is a problem that the shape of the sensor becomes large and the manufacturing cost is high. Moreover, there is no suggestion about the solution about gas selectivity.

特開2001−208723号公報 (第2頁)JP 2001-208723 A (page 2) 特開平2−195247号公報 (第1頁、第3頁)JP-A-2-195247 (first page, third page) 米国特許第3966579号明細書 (第6−7頁)US Pat. No. 3,966,579 (pages 6-7) 特開2003−172722号公報 (第2頁)JP 2003-172722 A (Page 2) 特開2003−172723号公報 (第2頁)JP 2003-172723 A (second page)

本発明は、前述の従来技術に鑑み、長期使用において信頼性が高く、またガス選択性にも優れたアンモニアガス検知電気化学式ガスセンサおよびアルコールガス検知電気化学式ガスセンサを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an ammonia gas detection electrochemical gas sensor and an alcohol gas detection electrochemical gas sensor that are highly reliable in long-term use and excellent in gas selectivity.

請求項1記載の電気化学式ガスセンサは、少なくとも作用電極および対向電極と、これら作用電極および対向電極に接する電解質とを有する電気化学式センサであり、前記電解質は、窒素含有芳香族カチオンまたは脂肪族オニウムカチオンと、フッ素含有アニオンとから構成される溶融塩であり、検知対象ガスは、アンモニアガスであることを特徴としている。
そして、電解質を、窒素含有芳香族カチオンまたは脂肪族オニウムカチオンと、フッ素含有アニオンとから構成される、常温の範囲において液体状態である溶融塩とすることで、溶媒を要することなく液体状態となるため、従来の電解質溶液と同様に用いることが出来る。
また、この溶融塩は吸湿性や揮発性がほとんど無いため、体積変化しにくいことから、電解質保持体14にこの溶融塩を充分に含浸させることで足りるため、従来の電気化学式ガスセンサ1において必須であった電解質溶液貯留部32や導液体33が不要となることで、小型化、薄型化した電気化学式ガスセンサとなる。
さらに、この溶融塩は吸湿性や揮発性がほとんど無いため、センサ出力が大きく変動することなく、また液漏れ等のおそれも少なく、信頼性の高い電気化学式ガスセンサとなる。
またさらに、この溶融塩を電解質として用いることで、ガス選択性に優れた好適な電気化学式ガスセンサとなる。
The electrochemical gas sensor according to claim 1 is an electrochemical sensor having at least a working electrode and a counter electrode, and an electrolyte in contact with the working electrode and the counter electrode, wherein the electrolyte is a nitrogen-containing aromatic cation or an aliphatic onium cation. And a fluorine-containing anion, and the detection target gas is ammonia gas.
And it becomes a liquid state without requiring a solvent by making the electrolyte into a molten salt which is composed of a nitrogen-containing aromatic cation or an aliphatic onium cation and a fluorine-containing anion and is in a liquid state in a room temperature range. Therefore, it can be used similarly to the conventional electrolyte solution.
In addition, since the molten salt has almost no hygroscopicity or volatility, it is difficult for the volume to change. Therefore, it is sufficient to sufficiently impregnate the electrolyte holding body 14 with the molten salt. Therefore, it is essential in the conventional electrochemical gas sensor 1. By eliminating the need for the electrolyte solution reservoir 32 and the conductive liquid 33, the electrochemical gas sensor can be reduced in size and thickness.
Further, since this molten salt has almost no hygroscopicity or volatility, the sensor output does not fluctuate greatly, and there is little risk of liquid leakage or the like, and a highly reliable electrochemical gas sensor is obtained.
Furthermore, by using this molten salt as an electrolyte, a suitable electrochemical gas sensor having excellent gas selectivity can be obtained.

請求項2記載の電気化学式ガスセンサは、少なくとも作用電極および対向電極と、これら作用電極および対向電極に接する電解質とを有する電気化学式センサであり、前記電解質は、窒素含有芳香族カチオンまたは脂肪族オニウムカチオンと、フッ素含有アニオンとから構成される溶融塩であり、検知対象ガスは、アルコールガスであることを特徴としている。
そして、電解質を、窒素含有芳香族カチオンまたは脂肪族オニウムカチオンと、フッ素含有アニオンとから構成される、常温の範囲において液体状態である溶融塩とすることで、溶媒を要することなく液体状態となるため、従来の電解質溶液と同様に用いることが出来る。
また、この溶融塩は吸湿性や揮発性がほとんど無いため、体積変化しにくいことから、電解質保持体14にこの溶融塩を充分に含浸させることで足りるため、従来の電気化学式ガスセンサ1において必須であった電解質溶液貯留部32や導液体33が不要となることで、小型化、薄型化した電気化学式ガスセンサとなる。
さらに、この溶融塩は吸湿性や揮発性がほとんど無いため、センサ出力が大きく変動することなく、また液漏れ等のおそれも少なく、信頼性の高い電気化学式ガスセンサとなる。
またさらに、この溶融塩を電解質として用いることで、ガス選択性に優れた好適な電気化学式ガスセンサとなる。
The electrochemical gas sensor according to claim 2 is an electrochemical sensor having at least a working electrode and a counter electrode, and an electrolyte in contact with the working electrode and the counter electrode, wherein the electrolyte is a nitrogen-containing aromatic cation or an aliphatic onium cation. And a fluorine-containing anion, and the detection target gas is an alcohol gas.
And it becomes a liquid state without requiring a solvent by making the electrolyte into a molten salt which is composed of a nitrogen-containing aromatic cation or an aliphatic onium cation and a fluorine-containing anion and is in a liquid state in a room temperature range. Therefore, it can be used similarly to the conventional electrolyte solution.
In addition, since the molten salt has almost no hygroscopicity or volatility, it is difficult for the volume to change. Therefore, it is sufficient to sufficiently impregnate the electrolyte holding body 14 with the molten salt. Therefore, it is essential in the conventional electrochemical gas sensor 1. By eliminating the need for the electrolyte solution reservoir 32 and the conductive liquid 33, the electrochemical gas sensor can be reduced in size and thickness.
Further, since this molten salt has almost no hygroscopicity or volatility, the sensor output does not fluctuate greatly, and there is little risk of liquid leakage or the like, and a highly reliable electrochemical gas sensor is obtained.
Furthermore, by using this molten salt as an electrolyte, a suitable electrochemical gas sensor having excellent gas selectivity can be obtained.

請求項3記載の電気化学式ガスセンサは、請求項1または2記載の電気化学式ガスセンサにおいて、窒素含有芳香族カチオンが、アルキルイミダゾリウムイオンまたはアルキルピリジニウムイオンであることを特徴としている。
そして、溶融塩を構成する窒素含有芳香族カチオンが、アルキルイミダゾリウムイオンまたはアルキルピリジニウムイオンであることで、より好ましい特性の電気化学式ガスセンサとなる。
The electrochemical gas sensor according to claim 3 is the electrochemical gas sensor according to claim 1 or 2, wherein the nitrogen-containing aromatic cation is an alkylimidazolium ion or an alkylpyridinium ion.
Then, the nitrogen-containing aromatic cation constituting the molten salt is an alkylimidazolium ion or an alkylpyridinium ion, whereby an electrochemical gas sensor having more preferable characteristics is obtained.

請求項4記載の電気化学式ガスセンサは、請求項1または2記載の電気化学式ガスセンサにおいて、フッ素含有アニオンが、ホウフッ化物イオン、リンフッ化物イオンまたはトリフルオロメタンスルホン酸イオンであることを特徴としている。
そして、溶融塩を構成するフッ素含有アニオンが、ホウフッ化物イオン、リンフッ化物イオンまたはトリフルオロメタンスルホン酸イオンであることで、より好ましい特性の電気化学式ガスセンサとなる。
The electrochemical gas sensor according to claim 4 is the electrochemical gas sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the fluorine-containing anion is a borofluoride ion, a phosphofluoride ion or a trifluoromethanesulfonate ion.
Then, when the fluorine-containing anion constituting the molten salt is a borofluoride ion, a phosphofluoride ion or a trifluoromethanesulfonic acid ion, an electrochemical gas sensor having more preferable characteristics is obtained.

請求項1記載の電気化学式ガスセンサによれば、少なくとも作用電極および対向電極と、これら作用電極および対向電極に接する電解質とを有し、前記電解質を、窒素含有芳香族カチオンまたは脂肪族オニウムカチオンと、フッ素含有アニオンとから構成される溶融塩とし、アンモニアガスを検知対象としたことで、従来の電気化学式ガスセンサに比べ、小型化、薄型化し、さらに信頼性が高く、ガス選択性に優れた電気化学式ガスセンサを得ることができる。   According to the electrochemical gas sensor of claim 1, it has at least a working electrode and a counter electrode, and an electrolyte in contact with the working electrode and the counter electrode, and the electrolyte includes a nitrogen-containing aromatic cation or an aliphatic onium cation, Electrochemical system with a molten salt composed of fluorine-containing anions and ammonia gas as a detection target, which is smaller, thinner, more reliable, and more selective than conventional electrochemical gas sensors. A gas sensor can be obtained.

請求項2記載の電気化学式ガスセンサによれば、少なくとも作用電極および対向電極と、これら作用電極および対向電極に接する電解質とを有し、前記電解質を、窒素含有芳香族カチオンまたは脂肪族オニウムカチオンと、フッ素含有アニオンとから構成される溶融塩とし、アルコールガスを検知対象としたことで、従来の電気化学式ガスセンサに比べ、小型化、薄型化し、さらに信頼性が高く、ガス選択性に優れた電気化学式ガスセンサを得ることができる。   According to the electrochemical gas sensor of claim 2, it has at least a working electrode and a counter electrode, and an electrolyte in contact with the working electrode and the counter electrode, and the electrolyte is a nitrogen-containing aromatic cation or an aliphatic onium cation, Electrochemical system with a molten salt composed of fluorine-containing anions and alcohol gas as a detection target, which is smaller, thinner, more reliable, and more selective than conventional electrochemical gas sensors. A gas sensor can be obtained.

請求項3記載の電気化学式ガスセンサによれば、請求項1または2記載の電気化学式ガスセンサにおいて、窒素含有芳香族カチオンを、アルキルイミダゾリウムイオンまたはアルキルピリジニウムイオンとしたことで、より好ましい特性の電気化学式ガスセンサを得ることができる。   According to the electrochemical gas sensor according to claim 3, in the electrochemical gas sensor according to claim 1 or 2, the nitrogen-containing aromatic cation is an alkylimidazolium ion or an alkylpyridinium ion. A gas sensor can be obtained.

請求項4記載の電気化学式ガスセンサによれば、請求項1または2記載の電気化学式ガスセンサにおいて、フッ素含有アニオンを、ホウフッ化物イオン、リンフッ化物イオンまたはトリフルオロメタンスルホン酸イオンとしたことで、より好ましい特性の電気化学式ガスセンサを得ることができる。   According to the electrochemical gas sensor of claim 4, in the electrochemical gas sensor of claim 1 or 2, the fluorine-containing anion is a borofluoride ion, a phosphofluoride ion, or a trifluoromethanesulfonate ion. The electrochemical gas sensor can be obtained.

以下、本発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1に電気化学式ガスセンサの一実施の形態を示し、この電気化学式ガスセンサ10は、例えば合成樹脂製のケース21を有している。
このケース21は、一面側すなわち上面側に開口部22を有し、この一面側に例えば合成樹脂製の蓋25が取り付けられており、この蓋25には小さい開口であるキャピラリ26が形成されている。また、ケース21は複数の部品により構成され、図示しない接合部により接合され形成されている。
FIG. 1 shows an embodiment of an electrochemical gas sensor. The electrochemical gas sensor 10 has a case 21 made of, for example, a synthetic resin.
The case 21 has an opening 22 on one surface side, that is, the upper surface side, and a lid 25 made of, for example, synthetic resin is attached to the one surface side, and a capillary 26 that is a small opening is formed on the lid 25. Yes. Further, the case 21 is composed of a plurality of parts and is formed by being joined by a joint portion (not shown).

このケース21内に、作用電極11、対向電極12、参照電極13、電解質保持体14、ガス透過性膜15a,15bがそれぞれ収められている。   In the case 21, the working electrode 11, the counter electrode 12, the reference electrode 13, the electrolyte holding body 14, and the gas permeable membranes 15a and 15b are housed.

ガス透過性膜15aは図示しない接合部によりかしめ等によってケース21に液密に結合されており、ガス透過性膜15aのケース21内に臨む一面側には作用電極11が密接して設けられている。もう一方のガス透過性膜15bの一面側には対向電極12および参照電極13が密接して設けられており、対向電極12、参照電極13、そして作用電極11の各々が電解質保持体14に接するように配置され、電解質保持体14をガス透過性膜15aおよび15bで挟むように接し、ケース21内に保持、固定されている。なお、ケース21内の図示しない突起やあるいは図示しない電極ピンなどで固定されていてもよい。
ガス透過性膜15a,15bは、疎水性および通気性を有する例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などの材質で、シート状に形成されている。
The gas permeable membrane 15a is liquid-tightly coupled to the case 21 by caulking or the like through a joint portion (not shown), and the working electrode 11 is provided in close contact with the one side facing the case 21 of the gas permeable membrane 15a. Yes. A counter electrode 12 and a reference electrode 13 are provided in close contact with one surface of the other gas permeable membrane 15b, and each of the counter electrode 12, the reference electrode 13, and the working electrode 11 is in contact with the electrolyte holding body 14. The electrolyte holder 14 is in contact with the gas permeable membranes 15a and 15b so as to be held and fixed in the case 21. It may be fixed by a projection (not shown) in the case 21 or an electrode pin (not shown).
The gas permeable membranes 15a and 15b are formed into a sheet shape with a material such as polytetrafluoroethylene (PTFE) having hydrophobicity and air permeability.

対向電極12および参照電極13は、ガス透過性膜15b、ケース21内の空隙、およびガス透過性膜15aの作用電極11が設けられていない部分を通じ、さらに蓋25に設けられたキャピラリ26を通じて外部に連通している。
なおここで、ケース21に図示しない小さな開口部等を設けて、この開口部等を通じて外部と連通させてもよい。
The counter electrode 12 and the reference electrode 13 are externally connected through a gas permeable membrane 15b, a gap in the case 21, and a portion of the gas permeable membrane 15a where the working electrode 11 is not provided, and further through a capillary 26 provided on the lid 25. Communicating with
Here, a small opening or the like (not shown) may be provided in the case 21 so as to communicate with the outside through the opening or the like.

作用電極11、対向電極12および参照電極13は、触媒および疎水性樹脂を含むガス拡散電極からなり、触媒としては、白金(Pt)、金(Au)、ルテニウム(Ru)、酸化ルテニウム(RuO)、パラジウム(Pd)、カーボン(C)などが好適に用いられ、疎水性樹脂としてはPTFE樹脂などが好適に用いられる。 The working electrode 11, the counter electrode 12 and the reference electrode 13 are gas diffusion electrodes containing a catalyst and a hydrophobic resin. As the catalyst, platinum (Pt), gold (Au), ruthenium (Ru), ruthenium oxide (RuO 2 ). ), Palladium (Pd), carbon (C) and the like are suitably used, and PTFE resin and the like are suitably used as the hydrophobic resin.

電解質保持体14は、例えばガラス繊維にて構成されており、この電解質保持体14には、電解質として常温溶融塩が充分に含浸されている。
この常温溶融塩としては、常温すなわち例えば−10℃から+50℃の範囲において液体状態となる、主に窒素含有芳香族カチオンもしくは脂肪族オニウムカチオンとフッ素含有アニオンとから構成される溶融塩が用いられる。
上記窒素含有芳香族カチオンとしては、例えばアルキルイミダゾリウムイオンまたはアルキルピリジニウムイオンが用いられる。また上記フッ素含有アニオンは、例えばホウフッ化物イオン、リンフッ化物イオンまたはトリフルオロメタンスルホン酸イオンが用いられる。
The electrolyte holder 14 is made of, for example, glass fiber, and the electrolyte holder 14 is sufficiently impregnated with a room temperature molten salt as an electrolyte.
As this room temperature molten salt, a molten salt mainly composed of a nitrogen-containing aromatic cation or aliphatic onium cation and a fluorine-containing anion that is in a liquid state at room temperature, for example, in the range of −10 ° C. to + 50 ° C., is used. .
As the nitrogen-containing aromatic cation, for example, an alkyl imidazolium ion or an alkyl pyridinium ion is used. As the fluorine-containing anion, for example, borofluoride ion, phosphorous fluoride ion or trifluoromethanesulfonate ion is used.

この他に、図示しない電極ピンがそれぞれ作用電極11、対向電極12、参照電極13に接して設けられており、外部の回路例えばポテンシオスタットを含む測定回路などと接続するようになっている。   In addition, electrode pins (not shown) are provided in contact with the working electrode 11, the counter electrode 12, and the reference electrode 13, respectively, and are connected to an external circuit such as a measurement circuit including a potentiostat.

そして、この電気化学式ガスセンサ10では、アンモニアガスやアルコールガスなどの検知対象のガスが、蓋25のキャピラリ26内を制限された移動速度で移動した後、ケース21の開口部22およびガス透過性膜15aを通じて作用電極11に到達する。この作用電極11において検知対象ガスのガス成分は順次酸化もしくは還元反応を起こし、この反応を作用電極11に接続された電極ピンを通じて外部に出力する。   In this electrochemical gas sensor 10, after the gas to be detected such as ammonia gas or alcohol gas moves in the capillary 26 of the lid 25 at a limited moving speed, the opening 22 of the case 21 and the gas permeable membrane The working electrode 11 is reached through 15a. The gas component of the detection target gas in this working electrode 11 sequentially undergoes oxidation or reduction reaction, and this reaction is output to the outside through an electrode pin connected to the working electrode 11.

また、ガス透過性膜15bを用いずに、電解質保持体14に直接対向電極12および参照電極13を設けてもよい。さらに、この図1の例では、作用電極11、対向電極12、参照電極13と、3つの電極を有するタイプのセンサを示したが、この他に、作用電極11、対向電極12と、2つの電極を有するタイプのセンサでもよい。   Further, the counter electrode 12 and the reference electrode 13 may be provided directly on the electrolyte holder 14 without using the gas permeable membrane 15b. Further, in the example of FIG. 1, a working electrode 11, a counter electrode 12, a reference electrode 13, and a sensor having three electrodes are shown, but in addition to this, the working electrode 11, the counter electrode 12, A sensor having an electrode may be used.

次に、上記実施の形態の実施例を説明する。なお、以降の実施例の全てにおいて、電気化学式ガスセンサ本来の性能を評価するため、蓋25を取り付けない状態で測定した。
まず、乾燥雰囲気中における本願発明の電気化学式ガスセンサの特性について説明する。
Next, examples of the above embodiment will be described. In all of the following examples, measurement was performed without the lid 25 attached in order to evaluate the original performance of the electrochemical gas sensor.
First, the characteristics of the electrochemical gas sensor of the present invention in a dry atmosphere will be described.

本願発明の電気化学式ガスセンサとして、上述したような図1に示す構造の電気化学式ガスセンサ10を2個用意した。まず、ガス透過性シート15a,15bとしては、PTFEシートを用い、作用電極11、対向電極12、参照電極13の触媒としては、白金(Pt)を用い、電解質としての常温溶融塩としては、まずアルキルイミダゾリウムイオンとトリフルオロメタンスルホン酸イオンとの組合せであり、常温において液体状態である、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム トリフルオロメタンスルホン酸塩(1-Ethyl-3-methylimidazolium Trifluoromethanesulfonate)(以下「EMIMTf塩」と略す)を選択し、これを電解質保持体14に、充分に含浸させる量として0.05mlを注入した。なお、このEMIMTf塩の構造式を化1に示す。   As the electrochemical gas sensor of the present invention, two electrochemical gas sensors 10 having the structure shown in FIG. 1 as described above were prepared. First, PTFE sheets are used as the gas permeable sheets 15a and 15b, platinum (Pt) is used as a catalyst for the working electrode 11, the counter electrode 12, and the reference electrode 13, and a room temperature molten salt as an electrolyte is 1-Ethyl-3-methylimidazolium Trifluoromethanesulfonate (1-Ethyl-3-methylimidazolium Trifluoromethanesulfonate) (hereinafter “ EMIMTf salt ”was selected, and 0.05 ml was injected into the electrolyte support 14 as a sufficient amount for impregnation. The structural formula of this EMIMTf salt is shown in Chemical Formula 1.

Figure 2006090991
Figure 2006090991

このようにして得られた本願発明の電気化学式ガスセンサを試料1−(1)および試料1−(2)とした。
この試料1−(1)および試料1−(2)を、アンモニアガス100ppmに曝露して2分後のセンサ出力を測定し、これを初期の出力とした。この後、試料1−(1)および試料1−(2)を乾燥機中、毎分約5mlの乾燥空気フロー中で約50℃という乾燥雰囲気中に3日間おき、再度同様にアンモニアガス100ppmに曝露して2分後のセンサ出力を測定し、これを3日後の出力とした。さらにこの後、同様の乾燥雰囲気中にさらに4日間おき、再度同様にアンモニアガス100ppmに曝露して2分後のセンサ出力を測定し、これを7日後の出力とした。この結果を表1に示す。
The electrochemical gas sensors of the present invention thus obtained were designated as Sample 1- (1) and Sample 1- (2).
Sample 1- (1) and Sample 1- (2) were exposed to 100 ppm of ammonia gas, and the sensor output after 2 minutes was measured. This was the initial output. Thereafter, Sample 1- (1) and Sample 1- (2) were placed in a dryer at a temperature of about 50 ° C. in a dry atmosphere of about 5 ° C. for 3 days in a dryer, and again with ammonia gas of 100 ppm. The sensor output 2 minutes after exposure was measured, and this was taken as the output 3 days later. Furthermore, after that, it was left in the same dry atmosphere for another 4 days, again exposed to 100 ppm of ammonia gas again, and the sensor output after 2 minutes was measured. This was the output after 7 days. The results are shown in Table 1.

また比較のため、従来の電気化学式ガスセンサとして、図2に示すような構造の電気化学式ガスセンサ1を2個用意し、電解質として、アンモニアガスを検知する電気化学式ガスセンサに一般的に用いられる2Mの塩化リチウム(LiCl)水溶液を用いた他は、実施例1と同様の部材を用いて電気化学式ガスセンサを作成した。このとき、電解質としての塩化リチウム水溶液は、電解質溶液貯留部32に0.3ml注入した。こうして得られた従来の電気化学式ガスセンサを比較例1−(1)および比較例1−(2)として、試料1−(1)および試料1−(2)と同様に初期のセンサ出力と、乾燥雰囲気中に置いた場合おける3日後および7日後のセンサ出力を測定した。この結果もあわせて表1に示す。   For comparison, two electrochemical gas sensors 1 having the structure shown in FIG. 2 are prepared as conventional electrochemical gas sensors, and 2M chloride generally used in an electrochemical gas sensor for detecting ammonia gas as an electrolyte. An electrochemical gas sensor was prepared using the same members as in Example 1 except that a lithium (LiCl) aqueous solution was used. At this time, 0.3 ml of the lithium chloride aqueous solution as the electrolyte was injected into the electrolyte solution reservoir 32. The conventional electrochemical gas sensor thus obtained is referred to as Comparative Example 1- (1) and Comparative Example 1- (2), as in Samples 1- (1) and 1- (2). The sensor output was measured after 3 days and 7 days when placed in an atmosphere. The results are also shown in Table 1.

Figure 2006090991
Figure 2006090991

これら、表1に示す結果より、電解質として常温溶融塩のEMIMTf塩を用いた本願発明の試料1−(1)および試料1−(2)では、50℃の乾燥雰囲気中に3日間および7日間置いた場合においても、センサ出力は若干変動したものの、大幅な出力の変化はなかったことがわかる。これに対して、電解質として塩化リチウム水溶液を用いた従来タイプの比較例1−(1)および比較例1−(2)では、乾燥雰囲気中3日間後ですでにセンサ出力がほぼゼロとなっており、ガスセンサとして機能しなくなっていることがわかる。
さらに、乾燥雰囲気中7日間後の比較例1−(1)および比較例1−(2)のセンサ内部を調べると、電解質溶液貯留部32および電解質保持体14には塩化リチウム水溶液は蒸発して乾いた状態となっていた。
このほかの種類の常温溶融塩でも同様の実験を行なったが、50℃乾燥雰囲気中に7日間置いた場合において、いずれもセンサ出力に大きな変化は見られなかった。
From these results shown in Table 1, in Sample 1- (1) and Sample 1- (2) of the present invention using EMIMTf salt as a normal temperature molten salt as an electrolyte, 3 days and 7 days in a dry atmosphere at 50 ° C. Even when the sensor was placed, the sensor output changed slightly, but it was found that there was no significant change in output. On the other hand, in the comparative type 1- (1) and the comparative example 1- (2) of the conventional type using the lithium chloride aqueous solution as the electrolyte, the sensor output is already almost zero after 3 days in the dry atmosphere. Thus, it can be seen that it no longer functions as a gas sensor.
Further, when the inside of the sensor of Comparative Example 1- (1) and Comparative Example 1- (2) after 7 days in a dry atmosphere is examined, the lithium chloride aqueous solution evaporates in the electrolyte solution reservoir 32 and the electrolyte holder 14. It was in a dry state.
The same experiment was conducted with other types of room temperature molten salts, but no significant changes were observed in the sensor output when placed in a dry atmosphere at 50 ° C. for 7 days.

これらのことから、電解質として常温溶融塩を用いた本願発明の電気化学式ガスセンサは、電解質として塩化リチウムなどの塩の水溶液を用いた従来タイプの電気化学式ガスセンサに比べ、乾燥雰囲気中での使用においても、センサ出力が大きく変化せず、高い信頼性を有していることがわかる。   Therefore, the electrochemical gas sensor of the present invention using a normal temperature molten salt as an electrolyte can be used in a dry atmosphere as compared with a conventional electrochemical gas sensor using an aqueous solution of a salt such as lithium chloride as an electrolyte. It can be seen that the sensor output does not change greatly and has high reliability.

次に、検知対象ガスとしてアンモニアガスを選択した際において、電解質として種々の常温溶融塩を用いた場合のガス感度について説明する。   Next, gas sensitivity when various room temperature molten salts are used as the electrolyte when ammonia gas is selected as the detection target gas will be described.

電解質として、表2に示す常温溶融塩を0.05mlずつ用いた他は、実施例1の試料1−(1)と同様の方法で電気化学式ガスセンサを作成し、これを試料2−(1)ないし試料2−(3)とした。
これら試料2−(1)ないし試料2−(3)を、アンモニアガス100ppmに曝露して2分後のセンサ出力を測定し、各々のセンサ出力を表2示した。
また比較のため、従来タイプの電気化学式ガスセンサとして、実施例1の比較例1−(1)と同様のセンサ、すなわち電解質として2Mの塩化リチウム水溶液0.3mlを用いた電気化学式ガスセンサ用意し、これを比較例2とした。
An electrochemical gas sensor was prepared in the same manner as Sample 1- (1) in Example 1 except that 0.05 ml of room temperature molten salt shown in Table 2 was used as the electrolyte. It was set as Sample 2- (3).
Samples 2- (1) to 2- (3) were exposed to 100 ppm of ammonia gas, and the sensor outputs after 2 minutes were measured.
For comparison, as a conventional type electrochemical gas sensor, a sensor similar to Comparative Example 1- (1) of Example 1, that is, an electrochemical gas sensor using 0.3 ml of a 2M lithium chloride aqueous solution as an electrolyte was prepared. It was set as Comparative Example 2.

Figure 2006090991
Figure 2006090991

これら、表2に示す結果より、窒素含有芳香族カチオンがアルキルイミダゾリウムイオンである常温溶融塩を用いた試料2−(1)ないし試料2−(3)において、塩化リチウム水溶液を用いた比較例2に比べると、多少出力は劣るものの好ましいセンサ出力が得られた事がわかる。
なお、これら試料2−(1)ないし試料2−(3)において、実施例1と同様の試験を行なったところ、試料1−(1)や試料1−(2)と同様に乾燥雰囲気中に置いた場合でもセンサ出力が維持されることが確認できた。
From these results shown in Table 2, in Samples 2- (1) to 2- (3) using a room temperature molten salt in which the nitrogen-containing aromatic cation is an alkylimidazolium ion, a comparative example using an aqueous lithium chloride solution Compared to 2, it can be seen that a preferable sensor output was obtained although the output was somewhat inferior.
In addition, when these samples 2- (1) to 2- (3) were tested in the same manner as in Example 1, they were in a dry atmosphere as in samples 1- (1) and 1- (2). It was confirmed that the sensor output was maintained even when placed.

また、触媒の材料として白金を用いた場合の結果を示したが、白金の他に、酸化ルテニウム(RuO)、金(Au)、パラジウム(Pd)についても同様に実験をしたところ、同じように良好なセンサ出力が得られることを確認できた。
さらに、カチオンがアルキルピリジニウムイオンや、脂肪族オニウムイオンとして例えば脂肪族アンモニウムイオンである常温溶融塩についても、同様にアンモニアガスに対するセンサ出力を確認した結果、上記試料2−(1)ないし試料2−(3)と同等か、若干劣るものの、センサ出力が得られることを確認できた。
Moreover, although the result in the case of using platinum as a catalyst material has been shown, the same experiment was conducted on ruthenium oxide (RuO 2 ), gold (Au), and palladium (Pd) in addition to platinum. It was confirmed that a good sensor output was obtained.
Furthermore, as for the ambient temperature molten salt in which the cation is an alkylpyridinium ion or an aliphatic onium ion, for example, an aliphatic ammonium ion, the sensor output for ammonia gas was confirmed in the same manner. As a result, the above sample 2- (1) to sample 2- Although it is equivalent to (3) or slightly inferior, it was confirmed that sensor output was obtained.

このように、検知対象ガスとしてアンモニアガスを選択した際において、電解質として、カチオンがアルキルイミダゾリウムイオンやアルキルピリジニウムイオンや脂肪族オニウムイオンである常温溶融塩を用いた場合、良好な電気化学式ガスセンサを得られることがわかる。   As described above, when ammonia gas is selected as the detection target gas, a normal electrochemical gas sensor is used when an ambient temperature molten salt whose cation is an alkylimidazolium ion, an alkylpyridinium ion, or an aliphatic onium ion is used as an electrolyte. It turns out that it is obtained.

次に、検知対象ガスとしてアルコールガスを選択した際において、電解質として種々の常温溶融塩を用いた場合のガス感度について説明する。   Next, gas sensitivity when various normal temperature molten salts are used as the electrolyte when alcohol gas is selected as the detection target gas will be described.

電解質として、表3に示す常温溶融塩を0.05mlずつ用いた他は、実施例1の試料1−(1)と同様の方法で電気化学式ガスセンサを作成し、これを試料3−(1)ないし試料3−(3)とした。なお、試料3−(2)および試料3−(3)については、常温溶融塩の販売元が組成を明らかにしていないため、販売元と型番を表3に示した。
これら試料3−(1)ないし試料3−(3)を、アルコールガスとしてエタノールガス100ppmに曝露して2分後のセンサ出力を測定し、おのおののセンサ出力を表3示した。
また比較のため、従来タイプの電気化学式ガスセンサとして、電解質として40%硫酸0.3mlを用いた他は実施例1の比較例1−(1)と同様の電気化学式ガスセンサ用意し、これを比較例3とした。
An electrochemical gas sensor was prepared in the same manner as Sample 1- (1) in Example 1 except that 0.05 ml of room temperature molten salt shown in Table 3 was used as the electrolyte. It was set as Sample 3- (3). In addition, about the sample 3- (2) and the sample 3- (3), since the vendor of the room temperature molten salt did not clarify the composition, the vendor and the model number are shown in Table 3.
Samples 3- (1) to 3- (3) were exposed to 100 ppm of ethanol gas as alcohol gas, and the sensor output after 2 minutes was measured. Table 3 shows the respective sensor outputs.
For comparison, an electrochemical gas sensor similar to Comparative Example 1- (1) of Example 1 was prepared as a conventional type electrochemical gas sensor except that 0.3 ml of 40% sulfuric acid was used as an electrolyte. It was.

Figure 2006090991
Figure 2006090991

これら、表3に示す結果より、まずカチオンがアルキルイミダゾリウムイオンである試料3−(1)については、電解質として硫酸を用いた従来の電気化学式ガスセンサである比較例3に比べても、ほぼ同等のセンサ出力が得られることがわかる。一方、カチオンがアルキルピリジニウムイオンである試料3−(2)およびカチオンが脂肪族アンモニウムイオンである試料3−(3)については、試料3−(1)または比較例3と比べると約1/10程度ではあるが、センサ出力を得ることが出来た。
なお、触媒の材料として白金を用いた場合の結果を示したが、白金の他に、酸化ルテニウム(RuO)、金(Au)、パラジウム(Pd)についても同様に実験をしたところ、同じように良好なセンサ出力が得られることを確認できた。
From these results shown in Table 3, sample 3- (1) in which the cation is an alkylimidazolium ion is almost equivalent to Comparative Example 3 which is a conventional electrochemical gas sensor using sulfuric acid as an electrolyte. It can be seen that the sensor output can be obtained. On the other hand, Sample 3- (2) in which the cation is an alkylpyridinium ion and Sample 3- (3) in which the cation is an aliphatic ammonium ion are about 1/10 compared to Sample 3- (1) or Comparative Example 3. The sensor output was able to be obtained though it was about.
Note that although the results in the case of using platinum as the material of the catalyst, in addition to platinum, ruthenium oxide (RuO 2), gold (Au), was the same experiment also palladium (Pd), just as It was confirmed that a good sensor output was obtained.

また、これら試料3−(1)ないし試料3−(3)において、実施例1と同様の試験を行なったところ、試料1−(1)や試料1−(2)と同様に乾燥雰囲気中に置いた場合でもセンサ出力が維持されることが確認できた。
さらに、実施例1とは逆に、60℃で相対湿度90%の高湿度雰囲気に30日間置いた場合においては、比較例3は電解質の吸湿により体積が増加するなどして液漏れをしてしまったが、試料3−(1)ないし試料3−(3)においては、液漏れなどすることは無く、センサ出力が維持されることが確認できた。
Further, when the same tests as those of Example 1 were performed on these samples 3- (1) to 3- (3), they were in a dry atmosphere in the same manner as samples 1- (1) and 1- (2). It was confirmed that the sensor output was maintained even when placed.
Further, contrary to Example 1, when placed in a high humidity atmosphere at 60 ° C. and a relative humidity of 90% for 30 days, Comparative Example 3 leaks liquid due to an increase in volume due to moisture absorption of the electrolyte. However, in Samples 3- (1) to 3- (3), it was confirmed that the sensor output was maintained without causing liquid leakage.

また、検知対象ガスとしてエタノール以外のアルコールガスとして、例えばメタノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−オクタノールについて同様に測定したところ、各々の感度は異なるものの、それぞれ好適なセンサ出力が得られることを確認できた。   Further, as alcohol gas other than ethanol as a detection target gas, for example, methanol, 2-propanol, 1-butanol, and 2-octanol are measured in the same manner, but each sensor has a different sensitivity, but a suitable sensor output can be obtained. Was confirmed.

このように、検知対象ガスとして、アルコールガスを選択した際において、電解質として、カチオンがアルキルイミダゾリウムイオンやアルキルピリジニウムイオンや脂肪族オニウムイオンである常温溶融塩を用いた場合、良好な電気化学式ガスセンサを得られることがわかる。   Thus, when alcohol gas is selected as the gas to be detected, when an ambient temperature molten salt whose cation is an alkylimidazolium ion, an alkylpyridinium ion or an aliphatic onium ion is used as the electrolyte, a good electrochemical gas sensor It can be seen that

次に、検知対象ガスとしてアンモニアガスまたはアルコールガスを選択した際において、ガスの選択性について説明する。   Next, gas selectivity will be described when ammonia gas or alcohol gas is selected as the detection target gas.

まず、検知対象ガスがアンモニアガスである電気化学式ガスセンサとして、実施例1の試料1−(1)ないし試料1−(2)と全く同じセンサ、すなわち電解質としての常温溶融塩としてEMIMTf塩を用いたセンサを作成し、これを試料4−(1)とした。
また、比較のため、実施例1の比較例1と全く同じセンサ、すなわち電解質として2M塩化リチウム水溶液を用いたセンサを作成し、これを比較例4−(1)とした。
First, as an electrochemical gas sensor whose detection target gas is ammonia gas, the same sensor as Sample 1- (1) to Sample 1- (2) of Example 1, that is, EMIMTf salt was used as a room temperature molten salt as an electrolyte. A sensor was prepared and used as Sample 4- (1).
For comparison, a sensor identical to that of Comparative Example 1 of Example 1, that is, a sensor using a 2M lithium chloride aqueous solution as an electrolyte was prepared, and this was designated as Comparative Example 4- (1).

これら試料4−(1)および比較例4−(1)を、まず検知対象ガスであるアンモニアガス100ppmに曝露し、2分後のセンサ出力を測定した。次に検知対象ガス以外のガス(以下、「雑ガス」という)として、一酸化炭素(CO)100ppm、水素(H)100ppm、硫化水素(HS)10ppm、二酸化硫黄(SO)30ppm、一酸化窒素(NO)10ppm、エチレン(C)100ppm、二酸化炭素(CO)1%、メタノールガス100ppmに各々曝露した際の2分後のセンサ出力も測定した。なお、これらガス濃度のうち毒性の強いガスである硫化水素、二酸化硫黄、一酸化窒素については10ppmまたは30ppmとした。これらの結果から、試料4−(1)のセンサ出力値と比較例4−(1)のセンサ出力値を求め、さらに検知対象ガスであるアンモニアガスの出力を各々100とした相対出力として、表4に示す。 Sample 4- (1) and Comparative Example 4- (1) were first exposed to 100 ppm of ammonia gas, which is a detection target gas, and the sensor output after 2 minutes was measured. Next, as a gas other than the detection target gas (hereinafter referred to as “miscellaneous gas”), carbon monoxide (CO) 100 ppm, hydrogen (H 2 ) 100 ppm, hydrogen sulfide (H 2 S) 10 ppm, sulfur dioxide (SO 2 ) 30 ppm. The sensor output after 2 minutes when exposed to 10 ppm of nitric oxide (NO), 100 ppm of ethylene (C 2 H 4 ), 1% of carbon dioxide (CO 2 ) and 100 ppm of methanol gas was also measured. Of these gas concentrations, hydrogen sulfide, sulfur dioxide, and nitric oxide, which are highly toxic gases, were set to 10 ppm or 30 ppm. From these results, the sensor output value of Sample 4- (1) and the sensor output value of Comparative Example 4- (1) were obtained, and the relative output with the output of ammonia gas, which is the detection target gas, set to 100, respectively. 4 shows.

Figure 2006090991
Figure 2006090991

これら表4に示す結果より、電解質としての常温溶融塩としてEMIMTf塩を用いた本願発明の試料4−(1)は、電解質として塩化リチウム水溶液を用いた従来の比較例4−(1)に比べて、検知対象ガスに対する雑ガス感度が低く、ガス選択性に優れた電気化学式ガスセンサであることがわかり、特に一酸化炭素(CO)ガス対するガス選択性については特に優れていることがわかる。   From the results shown in Table 4, the sample 4- (1) of the present invention using the EMIMTf salt as the ambient temperature molten salt as the electrolyte is compared with the conventional comparative example 4- (1) using the lithium chloride aqueous solution as the electrolyte. Thus, it can be seen that the miscellaneous gas sensitivity with respect to the detection target gas is low and the electrochemical gas sensor has excellent gas selectivity, and in particular, the gas selectivity with respect to carbon monoxide (CO) gas is particularly excellent.

次に、検知対象ガスがアルコールガスである電気化学式ガスセンサとして、実施例3の試料3−(1)と全く同じセンサ、すなわち電解質としての常温溶融塩として1−n−ブチル−3−メチルイミダゾリウム トリフルオロメタンスルホン酸塩(以下「BMIMTf塩」と表す)を用いたセンサを作成し、これを試料4−(2)とした。
また、比較のため、実施例3の比較例1と全く同じセンサ、すなわち電解質として40%硫酸を用いたセンサを5個作成し、これを比較例4−(2)とした。
Next, as an electrochemical gas sensor whose detection target gas is alcohol gas, the same sensor as Sample 3- (1) of Example 3, that is, 1-n-butyl-3-methylimidazolium as a room temperature molten salt as an electrolyte A sensor using trifluoromethanesulfonate (hereinafter referred to as “BMIMTf salt”) was prepared, and this was used as Sample 4- (2).
For comparison, five sensors identical to Comparative Example 1 of Example 3, that is, a sensor using 40% sulfuric acid as an electrolyte were prepared, and this was designated as Comparative Example 4- (2).

これら試料4−(2)および比較例4−(2)を、まず検知対象ガスであるアルコールガスとして、エタノールガス100ppmに曝露し、2分後のセンサ出力を測定した。次に雑ガスとして、一酸化炭素(CO)100ppm、水素(H)100ppm、硫化水素(HS)10ppm、二酸化硫黄(SO)30ppm、一酸化窒素(NO)10ppm、エチレン(C)100ppm、二酸化炭素(CO)1%、アンモニアガス100ppmに各々曝露した際の2分後のセンサ出力も測定した。なお、これらガス濃度のうち毒性の強いガスである硫化水素、二酸化硫黄、一酸化窒素については10ppmまたは30ppmとした。これらの結果から、試料4−(2)のセンサ出力値と比較例4−(2)のセンサ出力値を求め、さらに検知対象ガスであるエタノールガスの出力を各々100とした相対出力として、表5に示す。 The sample 4- (2) and the comparative example 4- (2) were first exposed to 100 ppm of ethanol gas as an alcohol gas as a detection target gas, and the sensor output after 2 minutes was measured. Next, as miscellaneous gases, carbon monoxide (CO) 100 ppm, hydrogen (H 2 ) 100 ppm, hydrogen sulfide (H 2 S) 10 ppm, sulfur dioxide (SO 2 ) 30 ppm, nitrogen monoxide (NO) 10 ppm, ethylene (C 2 The sensor output after 2 minutes when exposed to 100 ppm of H 4 ), 1% of carbon dioxide (CO 2 ), and 100 ppm of ammonia gas was also measured. Of these gas concentrations, hydrogen sulfide, sulfur dioxide, and nitric oxide, which are highly toxic gases, were set to 10 ppm or 30 ppm. From these results, the sensor output value of Sample 4- (2) and the sensor output value of Comparative Example 4- (2) were obtained, and the relative output with the output of ethanol gas, which is the detection target gas, being 100, As shown in FIG.

Figure 2006090991
Figure 2006090991

これら表5に示す結果より、電解質としての常温溶融塩としてBMIMTf塩を用いた本願発明の試料4−(2)は、電解質として硫酸を用いた従来の比較例4−(2)に比べて、検知対象ガスに対する雑ガス感度が低く、ガス選択性に優れた電気化学式ガスセンサであることがわかり、特に一酸化炭素(CO)ガスやエチレン(C)に対するガス選択性については特に優れていることがわかる。 From the results shown in Table 5, the sample 4- (2) of the present invention using BMIMTf salt as the room temperature molten salt as the electrolyte is compared with the conventional comparative example 4- (2) using sulfuric acid as the electrolyte. It can be seen that this is an electrochemical gas sensor with low miscellaneous gas sensitivity to the detection target gas and excellent gas selectivity, and particularly excellent gas selectivity with respect to carbon monoxide (CO) gas and ethylene (C 2 H 4 ). I understand that.

このように、電解質として常温溶融塩を用いた本願発明の電気化学式ガスセンサは、従来の電気化学式ガスセンサと比較して、優れたガス選択性を有していることがわかる。   Thus, it can be seen that the electrochemical gas sensor of the present invention using a room temperature molten salt as an electrolyte has excellent gas selectivity as compared with a conventional electrochemical gas sensor.

本発明のアンモニアガスを検知する電気化学式ガスセンサは、安定性に優れ、かつガス選択性にも優れるため、主に化学工場などで利用される工業用ガスセンサや環境モニタリング用センサに好適に利用できる。さらに、小型化、薄型化が可能となるため、例えばポータブル測定器や個人ガスモニタといった用途などにも利用できる。   The electrochemical gas sensor for detecting ammonia gas of the present invention is excellent in stability and gas selectivity, and can be suitably used for industrial gas sensors and environmental monitoring sensors mainly used in chemical factories. Furthermore, since it can be reduced in size and thickness, it can be used for applications such as portable measuring instruments and personal gas monitors.

また、本発明のアルコールガスを検知する電気化学式ガスセンサは、安定性に優れ、かつガス選択性にも優れるため、主に機器組み込み用の呼気中エタノールガスセンサや工業用の用途に好適に利用できる。さらに、小型化、薄型化が可能となるため、例えば携帯用呼気中エタノールチェッカーや携帯用口臭チェッカーといった用途などにも利用できる。   The electrochemical gas sensor for detecting alcohol gas of the present invention is excellent in stability and excellent in gas selectivity, and can be suitably used mainly for an ethanol gas sensor in breath for use in equipment and industrial applications. Furthermore, since the size and thickness can be reduced, it can be used for applications such as a portable breath ethanol checker and a portable bad breath checker.

本発明の一実施の形態の電気化学式ガスセンサの断面図である。It is sectional drawing of the electrochemical type gas sensor of one embodiment of this invention. 従来の形態の電気化学式ガスセンサの断面図である。It is sectional drawing of the electrochemical gas sensor of the conventional form.

符号の説明Explanation of symbols

11 作用電極
12 対向電極
13 参照電極
14 電解質保持体
15a,15b ガス透過性膜
21 ケース
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Working electrode 12 Counter electrode 13 Reference electrode 14 Electrolyte holding body 15a, 15b Gas-permeable film 21 Case

Claims (4)

少なくとも作用電極および対向電極と、これら作用電極および対向電極に接する電解質とを有する電気化学式センサであって、
前記電解質は、窒素含有芳香族カチオンまたは脂肪族オニウムカチオンと、フッ素含有アニオンとから構成される溶融塩であって、
検知対象ガスは、アンモニアガスである
ことを特徴とする電気化学式ガスセンサ。
An electrochemical sensor having at least a working electrode and a counter electrode, and an electrolyte in contact with the working electrode and the counter electrode,
The electrolyte is a molten salt composed of a nitrogen-containing aromatic cation or aliphatic onium cation and a fluorine-containing anion,
An electrochemical gas sensor, wherein the gas to be detected is ammonia gas.
少なくとも作用電極および対向電極と、これら作用電極および対向電極に接する電解質とを有する電気化学式センサであって、
前記電解質は、窒素含有芳香族カチオンまたは脂肪族オニウムカチオンと、フッ素含有アニオンとから構成される溶融塩であって、
検知対象ガスは、アルコールガスである
ことを特徴とする電気化学式ガスセンサ。
An electrochemical sensor having at least a working electrode and a counter electrode, and an electrolyte in contact with the working electrode and the counter electrode,
The electrolyte is a molten salt composed of a nitrogen-containing aromatic cation or aliphatic onium cation and a fluorine-containing anion,
An electrochemical gas sensor, wherein the gas to be detected is alcohol gas.
窒素含有芳香族カチオンは、アルキルイミダゾリウムイオンまたはアルキルピリジニウムイオンであることを特徴とする請求項1または2記載の電気化学式ガスセンサ。   The electrochemical gas sensor according to claim 1 or 2, wherein the nitrogen-containing aromatic cation is an alkyl imidazolium ion or an alkyl pyridinium ion. フッ素含有アニオンは、ホウフッ化物イオン、リンフッ化物イオンまたはトリフルオロメタンスルホン酸イオンであることを特徴とする請求項1または2記載の電気化学式ガスセンサ。
3. The electrochemical gas sensor according to claim 1, wherein the fluorine-containing anion is a borofluoride ion, a phosphorus fluoride ion, or a trifluoromethanesulfonate ion.
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