JP2010210466A - 電気化学式臭化水素ガスセンサ - Google Patents

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【課題】臭化水素を高い感度と選択性で検出すること
【解決手段】通気性と導電性を有する炭素繊維から基板の一方の表面にボロンドープダイヤモンドを添着した作用極11を、一方の表面をガス取り入れ口21側となるように対極22とともに電解液24の中に配置して構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、臭化水素を検出するのに適した電気化学式ガスセンサに関する。
臭化水素は、通常、特許文献1に見られるようなガス取り入れ口側となるように酸化触媒を通気性撥水性膜に添着した作用極を対極とともに電解液中に配置して構成された電気化学式ガスセンサにより検出されている。
しかしながら検出対象ガスである臭化水素以外のガスに対しても高い感度を有するばかりでなく、臭化水素に対する感度が低いという問題がある。
特開２００２−７１６２２
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであってその目的とするところは、臭化水素を高い感度と選択性で検出することができる電気化学式ガスセンサを提供することである。
本発明の他の目的は上記電気化学式ガスセンサに適した作用極を提供することである。
このような課題を達成するために本発明においては、通気性と導電性を有する炭素繊維から基板の一方の表面にボロンドープダイヤモンドを添着した作用極を、前記一方の表面をガス取り入れ口側となるように対極とともに電解液中に配置して構成されている。
本発明によれば、臭化水素を高い選択性と感度で検出することができる。
本発明の電気化学式臭化水素ガスセンサの一実施例を示す断面図である。 上記センサに適した作用極の一実施例を示す平面図である。 本発明の作用極のＸＲＤによる分析結果を示す線図である。 ボロンドープダイヤモンドの層の形成時間と検出感度との関係を示す線図である。 上記電気化学式臭化水素ガスセンサの出力の時間変化を示す線図である。 上記センサの臭化水素と出力との関係を示す線図である。 上記センサの応答特性を示す線図である。
本発明の詳細を図示した実施例に基づいて説明する。
図１は本発明のセンサで、図中符号11は、本発明が特徴とする作用極であり、電解液24を収容するケース20のガス取り入れ口21に液密状態で固定されており、被測定ガスの濃度に応じて対極22との間に電解電流を生じるように構成されている。なお図中符号23は参照極である。
作用極11は、図2に示したように例えば炭素繊維をパンチングや圧縮によりシート状に形成して構成された導電性と通気性を有する基材12と、この基材12の一方の面、つまりガス取り入れ口21となる側の表面近傍にボロンドープダイヤモンドの層13を、基材12の周縁部12ａを残すとともにボロンドープダイヤモンドの層13の一部13ａが基材12の外周に到達するように形成して構成されている。
なお、必要に応じて電解液の漏れ出しを防止するために被測定ガス流入側に通気性と撥水性を備えた多孔質シート14を密着させてもよい。
上記ボロンドープダイヤモンドの層13は、通常のボロンドープダイヤモンド成膜法と同様に反応室にアセトン、メタノール、及びトリメトキシボランからなる炭素源となる雰囲気中に基材、例えばカーボンペーパーを収容し、所定電力、この実施例では１３００Ｗのマイクロ波を照射して化学気相成長法（ＣＶＤ）により構成されている。
図3は、基材と、基材にボロンドープダイヤモンドの層を形成したものとのそれぞれのＸＲＤ分析結果で、図中点線の楕円により囲む領域、つまりダイヤモンドの（１１１面）の43.9度でのピークを示すもので、基材だけのものと比較してボロンドープダイヤモンドの層を形成したもののピークが大きくなっていることが確認できる。
一方、成膜時間30分で基材にボロンドープダイヤモンドの層を形成し、走査型電子顕微鏡により観察したところ、平均粒径は150ｎｍ程度のボロンドープダイヤモンドの粒子が相互に接触するとともにガスが透過可能な隙間を形成するようにカーボン繊維の表面に添着されている。
このようにしてダイヤモンド粒子が異なる作用極11をガス取り入れ口に配置して種々のガスに対するセンサ出力を調査したところ、表1に示したように臭化水素に対する感度は、他のガスに比較して極端に高かった。このことから、通気性導電材の表面にボロンドープダイヤモンドを成膜した作用極は臭化水素に対する高い選択性を有することが確認できた。
Figure 2010210466
他方、ボロンドープダイヤモンドの層の密度による影響を確認するため、成膜時間30分乃至120分までを変更しながら基材にボロンドープダイヤモンドの層を形成し、走査型電子顕微鏡により観察したところ平均粒径は150ｎｍ乃至400ｎｍ程度のボロンドープダイヤモンドの粒子がカーボン繊維の表面に添着されていた。
そして、それぞれの作用極により臭化水素に対する検出感度を調査したところ図4のような結果を得た。
このことから、最適な密度が存在することが確認できた。
なお、作用極の安定性を調査するため一定濃度の臭化水素を連続的に供給してその出力を測定したところ図5に示したように初期段階では出力が時間とともに低下したが、以後は、安定状態に到達した。
さらに、濃度の異なる臭化水素を測定したところ図6に示したように高い直線性を有することが確認できた。
一定濃度の臭化水素を間歇的に供給して応答性を調査したところ図7に示したような結果となった。
本発明によれば、臭化水素を高い選択性と感度で検出することができる。
11 作用極
12 基材
13 ボロンドープダイヤモンドの層
14 多孔質シート
21 ガス取り入れ口
22 対極
24 電解液

Claims (2)

  1. 通気性と導電性を有する炭素繊維から基板の一方の表面にボロンドープダイヤモンドを添着した作用極を、前記一方の表面をガス取り入れ口側となるように対極とともに電解液中に配置して構成された電気化学式臭化水素ガスセンサ。
  2. 通気性と導電性を有する炭素繊維から基板の一方の表面にボロンドープダイヤモンドを添着した電気化学式臭化水素ガスセンサの作用極。
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