JP2006162570A - Reference electrode for detecting degree of acidity and basicity of oil - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、油の酸性、塩基性度検出用基準電極に関するものである。 The present invention relates to a reference electrode for detecting the acidity and basicity of oil.
産業界においては、燃料、作動油、焼入れ油、潤滑油などの各種の油が使用されている。それらは、貯蔵あるいは使用中において、大気による酸化、あるいは、燃料生成物の蓄積などにより、次第に酸性度が増大し、やがて腐食その他、初期性能の低下をもたらすことが知られている。 In the industry, various oils such as fuel, hydraulic oil, quenching oil and lubricating oil are used. It is known that during storage or use, the acidity gradually increases due to oxidation by the atmosphere or accumulation of fuel products, and eventually corrosion and other deterioration of initial performance are caused.
したがって、油の変質を迅速的確に検出することは、油剤管理の上で極めて重要なことである。このような油の変質を検出するものとしては、従来より、油の酸性、塩基性度に感応して電位が変化する感応電極と、該感応電極とは電位変化の傾き度合いの異なる基準電極とよりなる電極対が知られている(特許文献1)。
油の酸性、塩基性度検出用の基準電極は、感応電極との電位差で油のpHを計測しているので、pHの変化にかかわらず一定の電位を示すことが望ましい。一定電位とするには、基準電極材の金属の素地が溶解されて露出しやすい金属を選定している。 Since the reference electrode for detecting the acidity and basicity of the oil measures the pH of the oil by the potential difference from the sensitive electrode, it is desirable to show a constant potential regardless of the change in pH. In order to obtain a constant potential, a metal that is easily exposed by melting the metal base material of the reference electrode material is selected.
上記の特許文献1においては、油の酸性、塩基性度検出用の基準電極として、Zn(亜鉛)が使用されている。ところが、この基準電極の電極電位を計測すると、図6に示すような特性図となる(計測方法については、後ほど詳細に説明する)。この特性図では、被験液のpHが6から3に変化する間に、基準電極の電極電位が約450mV変化することが認められた。図6に示すようにpHの変化に伴い電極電位が変化すると、精度よく油の酸性、塩基性度を検出することができない。 In Patent Document 1, Zn (zinc) is used as a reference electrode for detecting the acidity and basicity of oil. However, when the electrode potential of the reference electrode is measured, a characteristic diagram as shown in FIG. 6 is obtained (the measurement method will be described in detail later). In this characteristic diagram, it was recognized that the electrode potential of the reference electrode changed by about 450 mV while the pH of the test solution changed from 6 to 3. As shown in FIG. 6, when the electrode potential changes with the change in pH, the acidity and basicity of the oil cannot be accurately detected.
本発明は、被験液のpHが変化しても電極電位がほぼ一定となるような油の酸性、塩基性度検出用の基準電極を提供すること目的としている。 It is an object of the present invention to provide a reference electrode for detecting the acidity and basicity of oil so that the electrode potential becomes substantially constant even when the pH of the test solution changes.
本発明は、種々の基準電極について実験検討した結果に基づいてなされたものである。請求項1に記載の発明では、油の酸性、塩基性度に感応して電位差が変化する感応電極と組み合わせて使用される油の酸性、塩基性度検出用基準電極であって、電極基材の表面に、所定の金属と、その金属の酸化物との質量比率がほぼ一定の層が形成されていることを特徴としている。 The present invention has been made based on the results of experimental studies on various reference electrodes. According to the first aspect of the present invention, there is provided a reference electrode for detecting the acidity and basicity of oil used in combination with a sensitive electrode whose potential difference changes in response to the acidity and basicity of the oil. A layer having a substantially constant mass ratio between a predetermined metal and an oxide of the metal is formed on the surface.
基準電極に使用される電極金属の一種である亜鉛(Zn)には、その表面付近にZnの酸化物、すなわち酸化亜鉛(ZnO)が形成されている。金属酸化物は、どの金属の表面付近にも形成されている。金属に対する金属酸化物の質量比率は、表面が最も高く、内部ほど金属酸化物の質量比率は低下しているのが一般的である(図9参照)。また、こういった金属を油の酸性、塩基性度検出用の基準電極として使用すると、金属表面が溶液の酸性、塩基性度により、溶解してしまうため、電極表面において、金属に対する金属酸化物の質量比率が変化してしまう。発明者は、この質量比率の変化が基準電極の電極電位に影響を与えることに着目し、本発明に至った。 In zinc (Zn), which is a kind of electrode metal used for the reference electrode, Zn oxide, that is, zinc oxide (ZnO) is formed in the vicinity of the surface. The metal oxide is formed near the surface of any metal. In general, the mass ratio of the metal oxide to the metal is the highest on the surface, and the mass ratio of the metal oxide is generally lowered toward the inside (see FIG. 9). In addition, when these metals are used as a reference electrode for detecting the acidity and basicity of oil, the metal surface dissolves due to the acidity and basicity of the solution. The mass ratio of changes. The inventor has focused on the fact that the change in the mass ratio affects the electrode potential of the reference electrode, and has reached the present invention.
請求項1に記載の発明により、溶液のpHにより基準電極の表面が溶解しても、基準電極の電極金属と、その金属の酸化物の質量比率がほぼ一定とすることができるので、基準電極の電極電位もほぼ一定の値とすることができる。 According to the first aspect of the present invention, even if the surface of the reference electrode is dissolved by the pH of the solution, the mass ratio between the electrode metal of the reference electrode and the oxide of the metal can be made substantially constant. The electrode potential can also be set to a substantially constant value.
請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の金属は、イオン化傾向が水素(H)よりも大きい金属であることを特徴としている。
The invention according to
これにより、基準電極は、油中で溶解しやすくなり、感応電極と組み合わせたときに電位差が大きくなる。計測される電位差が大きいと、油のpH、すなわち油の劣化度の計測分解能が高くできる。 Thereby, the reference electrode is easily dissolved in oil, and the potential difference becomes large when combined with the sensitive electrode. When the measured potential difference is large, the measurement resolution of the pH of the oil, that is, the degree of deterioration of the oil can be increased.
具体的には、請求項3に記載されているように、亜鉛(Zn)、鉛(Pb)、コバルト(Co)、インジウム(In)、スズ(Sn)、ニッケル(Ni)の中から選ばれた1種の金属であることを特徴としている。
Specifically, as described in
亜鉛(Zn)、鉛(Pb)、コバルト(Co)、インジウム(In)、スズ(Sn)、ニッケル(Ni)は、いずれも油中での溶解性が高く、かつ表面に酸化膜を形成し難い金属であるため、基準電極の前記層の金属として使用するのに最適である。 Zinc (Zn), lead (Pb), cobalt (Co), indium (In), tin (Sn), and nickel (Ni) all have high solubility in oil and form an oxide film on the surface. Because it is a difficult metal, it is optimal for use as the metal of the layer of the reference electrode.
請求項4に記載の発明では、基準電極の表面に形成されている層は、スパッタ法、もしくは蒸着法によって形成されていることを特徴としている。
The invention described in
これにより、基準電極の表面に容易に所望の層を形成することができる。 Thereby, a desired layer can be easily formed on the surface of the reference electrode.
以下、本発明に係る実施形態について説明する。図1は、通常の油の酸性、塩基性度検出器(以下、pHセンサと呼ぶ)の原理図である。図2は、その測定原理図である。図3は、本実施形態の基準電極の断面図である。 Embodiments according to the present invention will be described below. FIG. 1 is a principle diagram of a normal oil acidity and basicity detector (hereinafter referred to as a pH sensor). FIG. 2 shows the measurement principle. FIG. 3 is a cross-sectional view of the reference electrode of the present embodiment.
pHセンサ10は、例えばZnで形成されている基準電極30と、例えばステンレス鋼などで形成されている感応電極40とからなる電極対20および、この電極対20間の電位差ΔEを検出する電位差計(電圧計)60とを備えている。
The
電極対20は、通常、図示しないが、オイルパンの底部に取り付けられている、オイル導入可能な被験オイル槽50内に設置されている。そして、図示しないマイコンなどの制御装置は、各レベルの標準pH溶液における電極対20間の電位差ΔEとpHとの関係を予め計測した計測データに基づいて、電位差計60で検出された電位差ΔEをpHに換算してオイル中のpHを算出する(図2参照)。その後、算出されたpHが、潤滑性能が低下したとみなされる値となれば、上記制御装置は、オイル警告灯などの報知装置に信号を出力する。
Although not shown, the
上記のように、pHセンサ10は、電極対20の電位差ΔEに基づいてオイルのpHを求めているので、電極対20に使用される基準電極30は、pHの変化にかかわらず一定の電位を示すことが望ましい。
As described above, since the
本実施形態では、図3に示すように基準電極70として、例えば電極基材80としてのシリコン(Si)の表面に、ZnとZnOとの質量比率を所定の値(例えば、約80%をZnOとしている)に調整した層90を形成している。この層90の厚さは、約42nmとしている。この層90は、スパッタ法、もしくは蒸着法によってSi80の表面に形成されている。この方法により、容易にZnとZnOとの質量比率を所定の値とする層90を電極基材80に形成することができる。
In this embodiment, as shown in FIG. 3, as a
なお、本実施形態では、電極基材80としてSiを使用しているが、もちろん、層90に使用する金属と同じものを使用してもよい。すなわち、Znを電極基材80とし、その電極基材80の表面に、ZnとZnOとからなる層90を形成してもよい。
In this embodiment, Si is used as the
上記のような構造を呈する基準電極70をpHセンサ10に使用することで、pHの変化にかかわらずほぼ一定にすることが可能となる。
By using the
次に、本実施形態における油の酸性、塩基性度検出用の基準電極70としての性能を、従来のZnで形成されている基準電極とを比較した例を図4から図6に基づいて説明する。図4は、基準電極の電極特性の試験方法を示す原理図である。図5は、本実施形態の基準電極の電極特性の試験結果である。図6は、従来の基準電極(比較例)の電極特性の試験結果である。
Next, the performance as the
図4に示すような試験装置を使用して、Si80の表面にZnとZnOとの質量比率が所定値である層90が形成されている本実施形態、およびZnで形成されている従来の各基準電極の電極特性を測定した。
This embodiment in which a
2−プロパノール内に塩酸を入れてpHを調整した溶液(被験液)に、短冊状(例えば、縦5cm、横3cm、厚さ2mm)に形成された本実施形態の基準電極70を浸漬した。なお、被験液のpHは、公知のpHメータ120などを用いて測定した。
The
その後、本実施形態の基準電極70と公知の基準電極である銀/塩化銀電極100とを被験液中にて組み合わせ(例えば、基準電極70と銀/塩化銀電極100との対向距離を3cm程度とする)、本実施形態の基準電極70と銀/塩化銀電極100との間に発生する電位差ΔEを電位差計(電圧計)110を用いて室温にて計測した。比較例の基準電極についても、本実施形態の基準電極70と同じ条件で電位差ΔEを計測した。銀/塩化銀電極100を基準として実測された電位差ΔEとpHメータ120によって測定された被験液のpHとの関係を、図5および図6に示す。
Thereafter, the
図5は、本実施例の基準電極の電極特性の試験結果であり、図6は、比較例の基準電極の電極特性の試験結果である。各電極特性の評価については、プロットしたpHを変化させたときの電位差ΔEのデータを直線近似したもので判断する。従来の基準電極の電位差ΔEは、例えば、pH6からpH3に変化する間に、約450mV変化しているのが図6から分かる。一方、本実施形態の基準電極70の電位差ΔEは、例えば、pH6からpH3に変化する間に、約60mV変化しているのが分かる。この試験結果により、本実施形態の基準電極70の方が、従来の基準電極に比べ、基準電極としての性能が高いことが確認できた。
FIG. 5 shows the test results of the electrode characteristics of the reference electrode of this example, and FIG. 6 shows the test results of the electrode characteristics of the reference electrode of the comparative example. The evaluation of each electrode characteristic is determined by linear approximation of the data of the potential difference ΔE when the plotted pH is changed. It can be seen from FIG. 6 that the potential difference ΔE of the conventional reference electrode changes by about 450 mV while changing from
次に、本実施形態、および従来技術の各基準電極の表層部の状態をXPS法(X線光電子分光法)で計測した結果を図7から図9に示す。図7は、被験液のpHが比較的高い状態の本実施形態の基準電極の表層部の状態を計測した結果であり、図8は、被験液のpHが比較的低い状態の本実施形態の基準電極の表層部の状態を計測した結果である。図9は、従来技術の基準電極の表層部の状態を計測した結果である。図7から図9の計測結果は、縦軸をZnとOの元素比率(%)とし、横軸を表面からの深さ(nm)としている。 Next, FIG. 7 to FIG. 9 show the results of measurement of the state of the surface layer portion of each reference electrode according to the present embodiment and the prior art by the XPS method (X-ray photoelectron spectroscopy). FIG. 7 is a result of measuring the state of the surface layer portion of the reference electrode of the present embodiment in which the pH of the test solution is relatively high, and FIG. 8 is the result of the embodiment in which the pH of the test solution is relatively low. It is the result of having measured the state of the surface layer part of a reference electrode. FIG. 9 shows the result of measuring the state of the surface layer portion of the reference electrode of the prior art. In the measurement results of FIGS. 7 to 9, the vertical axis represents the element ratio (%) of Zn and O, and the horizontal axis represents the depth (nm) from the surface.
図9から、従来の基準電極の表面付近の状態は、表面からの深さが深くなるほど、ZnとOの元素比率が変化している、すなわちZnとZnOの質量比率が変化していることが分かる。これでは、被験液のpHが低くなり基準電極の表面が溶解すると、基準電極の表面におけるZnとZnOの質量比率も変化してしまい、図6に示すように電位差ΔEの変動が大きくなってしまう。 From FIG. 9, the state near the surface of the conventional reference electrode shows that the element ratio of Zn and O changes as the depth from the surface increases, that is, the mass ratio of Zn and ZnO changes. I understand. In this case, when the pH of the test solution is lowered and the surface of the reference electrode is dissolved, the mass ratio of Zn and ZnO on the surface of the reference electrode also changes, and the fluctuation of the potential difference ΔE increases as shown in FIG. .
一方、ZnとOの元素比率、すなわちZnとZnOの質量比率が一定の値をもつ層90をSi80表面に形成している本実施形態の基準電極70では、被験液のpHが変化し、層90の表面が溶解しても、基準電極70の表面におけるZnとZnOの質量比率をほぼ一定に保つことが可能なことが、図7および図8から分かる。これにより、図5に示すように電位差ΔEの変動を従来技術の基準電極よりも抑えることができる。
On the other hand, in the
なお、本実施形態では、基準電極70の層90として使用する金属をZnとして説明したが、層90として使用する金属は、その他にPb、Co、In、Sn、Niを採用してもよい。これらの金属は、油中で溶解し易く、表面に酸化膜が形成され難い金属であるので、油の酸性、塩基性度検出用の基準電極70として使用する金属としては、最適である。
In the present embodiment, the metal used as the
10 pHセンサ
20 電極対
30 基準電極
40 感応電極
50 被験オイル槽
60 電位差計
70 基準電極(本実施形態)
80 電極基材(本実施形態)
90 層(本実施形態)
100 銀/塩化銀電極
110 電位差計
120 pHメータ
10
80 Electrode substrate (this embodiment)
90 layers (this embodiment)
100 Silver /
Claims (4)
その電極基材の表面に、所定の金属と、その金属の酸化物との質量比率がほぼ一定の層が形成されていることを特徴とする油の酸性、塩基性度検出用基準電極。 A reference electrode for detecting the acidity and basicity of oil used in combination with a sensitive electrode whose potential difference changes in response to the acidity and basicity of the oil,
A reference electrode for detecting acidity and basicity of oil, wherein a layer having a substantially constant mass ratio between a predetermined metal and an oxide of the metal is formed on the surface of the electrode substrate.
イオン化傾向が水素(H)よりも大きい金属であることを特徴とする請求項1に記載の油の酸性、塩基性度検出用基準電極。 The metal is
The reference electrode for detecting acidity and basicity of oil according to claim 1, wherein the reference electrode is a metal having an ionization tendency larger than that of hydrogen (H).
亜鉛(Zn)、鉛(Pb)、コバルト(Co)、インジウム(In)、スズ(Sn)、ニッケル(Ni)の中から選ばれた1種の金属であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の油の酸性、塩基性度検出用基準電極。 The metal is
2. The metal according to claim 1, wherein the metal is selected from zinc (Zn), lead (Pb), cobalt (Co), indium (In), tin (Sn), and nickel (Ni). A reference electrode for detecting the acidity and basicity of the oil according to claim 2.
スパッタ法、もしくは蒸着法によって形成されていることを特徴とする請求項1に記載の油の酸性、塩基性度検出用基準電極。 The layer formed on the surface of the reference electrode,
The reference electrode for detecting acidity and basicity of oil according to claim 1, wherein the reference electrode is formed by sputtering or vapor deposition.
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JP2004358801A JP2006162570A (en) | 2004-12-10 | 2004-12-10 | Reference electrode for detecting degree of acidity and basicity of oil |
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