JP2855683B2 - 電気抵抗検出形ガスセンサおよび光検出形ガスセンサ - Google Patents

電気抵抗検出形ガスセンサおよび光検出形ガスセンサ

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JP2855683B2 JP21072889A JP21072889A JP2855683B2 JP 2855683 B2 JP2855683 B2 JP 2855683B2 JP 21072889 A JP21072889 A JP 21072889A JP 21072889 A JP21072889 A JP 21072889A JP 2855683 B2 JP2855683 B2 JP 2855683B2
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【発明の詳細な説明】 発明の背景 技術分野 この発明は,導電性高分子ガス感応膜を利用した電気
抵抗形ガスセンサおよび光検出形ガスセンサに関する。
従来技術とその問題点 ガスの存在を検出する装置としてガスセンサがある。
ガスセンサには導電性高分子ガス感応膜の電気抵抗の変
化を検出することによりガスを検出する電気抵抗形ガス
センサと導電性高分子ガス感応膜の色の変化を検出する
ことによりガスを検出する光検出形ガスセンサとがあ
る。この導電性高分子ガス感応膜の1つにポリアニリン
膜がある。
ポリアニリン膜は,たとえば塩酸酸性アニリン水溶液
を電解酸化することによって電極上に得られる(電解重
合法),緑色の導電性の膜である。ポリアニリン膜は,
アルカリ性ガス(たとえばアンモニアガスのように水に
溶けてアルカリ性を示すガス)に接触すると電気抵抗が
数十Ωから数万Ωに変化する。この電気抵抗の変化を利
用して電気抵抗形のガスセンサに利用される。この性質
はポリアニリン膜およびその誘導体膜のみならずポリピ
ロール膜またはその誘導体膜においても現れる。
また,ポリアニリン膜はアルカリ性ガスに接触すると
緑色から青色に変色する。特定波長の透過光強度または
反射光強度を検出することによりガスセンサを構成する
ことができる。この性質はポリアニリン膜の誘導体膜に
も現れる。
しかしながら,上記のような性質をもつポリアニリン
膜またはその誘導体膜は酸性ガス(たとえば塩化水素ガ
スのように水に溶けて酸性を示すガス)に接触しても,
膜の色および電気抵抗がほとんど変化しないので,酸性
ガスの検出には使用することができなかった。
発明の概要 発明の目的 この発明は,酸性ガスの検出が可能な電気抵抗検出形
ガスセンサおよび光検出形ガスセンサを提供することを
目的とする。
またこの発明は,アルカリ性ガスと酸性ガスのいずれ
のガスをも検出することができる電気抵抗検出形ガスセ
ンサおよび光検出形ガスセンサを提供することを目的と
する。
発明の構成,作用および効果 第1の発明は,基板上に間隔をあけて形成された一対
の電極と,これらの電極上および電極間に形成された導
電性高分子ガス感応膜と,これらの電極間の電気抵抗を
計測する電気抵抗計とから構成される電気抵抗検出形の
ガスセンサにおいて,上記導電性高分子ガス感応膜がア
ルカリ性溶液に浸漬処理されたポリアニリン膜またはそ
の誘導体膜によって構成されていることを特徴とする。
この発明によるとポリアニリン膜またはその誘導体膜
はアルカリ性溶液に浸漬処理されるので膜が酸性ガス感
応性をもつようになる。これにより,ポリアニリン膜ま
たはその誘導体膜は酸性ガスに接触するとその電気抵抗
が変化するのでこの変化を計測することにより,塩化水
素ガスなどの酸性ガス濃度を検出することが可能とな
る。
また電気抵抗検出形のガスセンサなので,電気情報シ
ステムとの接続性がよく,防災などの安全管理に役立つ
ものとなる。
第2の発明は,基板上の電極上に形成された導電性高
分子ガス感応膜と,上記導電性高分子ガス感応膜に光を
投射する投光器と,上記導電性高分子ガス感応膜を透過
した光または導電性高分子ガス感応膜から反射した光を
受光する光検出器とから構成される光検出形のガスセン
サにおいて,上記導電性高分子ガス感応膜がアルカリ性
溶液に浸漬処理されたポリアニリン膜またはその誘導体
膜によって構成されていることを特徴とする。
この発明によるとポリアニリン膜またはその誘導体膜
は,アルカリ性溶液に浸漬処理されるので酸性ガス感応
性をもつようになる。これによりポリアニリン膜または
その誘導体膜は酸性ガスに接触するとその色に変化が生
じるので,特定波長の光のこの膜の透過光またはこの膜
からの反射光の強度を測定することにより,塩化水素ガ
スなどの酸性ガス濃度を検出することが可能となる。
また光検出形のガスセンサなので,光情報システムと
の接続性がよく,かつ電磁ノイズの影響を受けることも
ない。さらに防災などの安全管理に役立つものとなる。
第3の発明による電気抵抗検出形のガスセンサは,基
板上に間隔をあけて形成された一対の電極と,これらの
電極上および電極間に形成された導電性高分子ガス感応
膜と,これらの電極間の電気抵抗を計測する電気抵抗計
とからそれぞれ構成される2つの電気抵抗検出形のガス
センサから構成され,一方の導電性高分子ガス感応膜が
アルカリ性溶液に浸漬処理されたポリアニリン膜または
その誘導体膜によって構成されており,他方の導電性高
分子ガス感応膜がアルカリ性溶液に浸漬処理されていな
いポリアニリン膜またはその誘導体膜によって構成され
ていることを特徴とする。
第4の発明による光検出形のガスセンサは,基板上の
電極上に形成された導電性高分子ガス感応膜と,上記導
電性高分子ガス感応膜に光を投射する投光器と,上記導
電性高分子ガス感応膜を透過した光または導電性高分子
ガス感応膜から反射した光を受光する光検出器とからそ
れぞれ構成される2つの光検出形のガスセンサから構成
され,一方の導電性高分子ガス感応膜がアルカリ性溶液
に浸漬処理されたポリアニリン膜またはその誘導体膜に
よって構成されており,他方の導電性高分子ガス感応膜
がアルカリ性溶液に浸漬処理されていないポリアニリン
膜またはその誘導体膜によって構成されていることを特
徴とする。
第3の発明および第4の発明によると,いずれも2種
類のポリアニリン膜またはその誘導体膜が設けられてお
り,一方の膜はアルカリ性溶液に浸漬処理されており,
他方の膜はアルカリ性溶液に浸漬処理されていない。こ
のため一方の膜により酸性ガスの検出をすることがで
き,他方の膜によりアルカリ性ガスの検出をすることが
できるようになるので,アルカリ性ガス,酸性ガスの両
方の検出が可能となる。
実施例の説明 第1図および第2図は電気抵抗検出形のガスセンサの
一例を示すもので,第1図は平面図を,第2図は断面図
をそれぞれ示している。
絶縁基板1上に2との電極2が設けられている。2つ
の電極2は平面からみて若干の間隔をあけて互いにかみ
合うようにくし状に形成されている。そして,これらの
電極2を利用して,くし状に形成された電極2の上に電
解重合法によりポリアニリン膜(導電性高分子ガス感応
膜)3が形成されている。ポリアニリン膜3は電極2の
間にも形成される。
ポリアニリン膜3は酸性溶液によってラビング処理が
行なわれたものを用いることが好ましい。ラビング処理
は,たとえばビーカ中に貯えられた酸性溶液を含ませた
綿をピンセットで持ってポリアニリン膜表面を軽くこす
ることにより行なう。ポリアニリン膜を酸性溶液中に浸
した状態でラビングしてもよいし,綿に酸性溶液を含ま
せておけば溶液外でラビングしてもよい。綿の代わりに
ガーゼ,スポンジ等を用いることもできる。電解重合法
によって作成されたポリアニリン膜は電極表面に近いほ
ど組織が緻密で,電極から離れ膜の上表面にいくほど組
織が粗い。このような上表面に粗い組織部分をもつポリ
アニリン膜を酸性溶液を用いてラビング処理すると,粗
い組織部分が除去され,緻密な組織部分のみが残る。上
記酸性溶液としてはたとえばpH=1.68の標準緩衝液が用
いられるが,これに限られることはない。pHが約3以下
の酸性溶液であればよい。
電解重合法により形成されるポリアニリン膜は酸性を
示しかつ導電性を有しているためこのポリアニリン膜で
は酸性ガスの検出ができない。酸性ガスの検出が可能に
なるように,アルカリ性溶液に浸漬処理を行なう。アル
カリ性溶液にはたとえばpH=9.18の標準緩衝液が用いら
れるが,これに限られることはない。アルカリ性の溶液
であればよいが好ましくは弱アルカリ性溶液がよい。浸
漬処理はたとえばビーカ中に貯えられたアルカリ性溶液
にポリアニリン膜3を10秒から1分程度浸漬し,その後
水を用いて極めて短時間でアルカリ性溶液を除去し,さ
らにアルゴンガス等の不活性ガスを吹きつけ水分を吹き
飛ばすことにより行なうことが好ましい。このアルカリ
性溶液への浸漬処理によってポリアニリン膜の電気抵抗
は大きくなり,かつその色は緑から青に変化する。
ポリアニリン膜3の両端部の2つの電極2上において
絶縁膜4が形成されている。2つの電極2の間には電気
抵抗計5が接続されている。
ポリアニリン膜3はアルカリ性溶液に浸漬処理がされ
ているので電気抵抗が大きい。酸性ガス(たとえば塩化
水素ガス)と接触することにより電気抵抗が変化し,小
さくなる。電気抵抗計5の指示値により酸性ガス濃度を
検知することができる。
また第1図および第2図に示す構成のガスセンサを2
つ組合わせて,たとえば1つの台板上に2個配置するこ
とにより,1つのガスセンサを構成することができる。こ
のようなガスセンサのうち一方のガスセンサを構成する
ポリアニリン膜は上述したようにアルカリ性溶液に浸漬
処理が行なわれている。このため酸性ガスと接触するこ
とにより電気抵抗が変化し(減少し),一方の電気抵抗
計の指示値により酸性ガス濃度を検知することができ
る。また他方のガスセンサを構成するポリアニリン膜は
アルカリ性溶液に浸漬する処理は行なわれていない。こ
のためアルカリ性ガス(たとえばアンモニアガス)と接
触すると膜の電気抵抗が変化し(増大し),他方の電気
抵抗計の指示値によりアルカリ性ガス濃度を検知するこ
とができる。
したがって,アルカリ性溶液に浸漬処理されたポリア
ニリン膜を用いたガスセンサとアルカリ性溶液に浸漬処
理されていないポリアニリン膜を用いたガスセンサとを
組合わせてガスセンサを構成することにより酸性ガスの
濃度とアルカリ性ガスの濃度との両方を検知することが
できる。
2つのガスセンサから構成される上述のガスセンサの
うち,一方のガスセンサはそのポリアニリン膜をアルカ
リ性溶液に浸漬処理を行なうために取り外しが可能なこ
とが好ましい。これによりポリアニリン膜のアルカリ性
溶液への浸漬処理が比較的容易となる。
上述の電位検出計のガスセンサにおいて,ポリアニリ
ン膜に代えてその誘導体膜を用いることができるのはい
うまでもない。さらにポリアニリン膜に代えてポリピロ
ール膜およびその誘導体膜を用いることもできる。
第3図は光検出形のガスセンサの一例を示す断面図で
ある。
透明基板11上に形成された透明電極12上にポリアニリ
ン膜(導電性高分子ガス感応膜)13が形成されている。
このポリアニリン膜13も好ましくは酸性溶液によってラ
ビング処理が行なわれたものを用いることがよい。これ
により上述のようにポリアニリン膜13は緻密な組織部分
のみとなる。
さらにこのポリアニリン膜13もアルカリ性溶液に浸漬
処理が行なわれている。
透明電極12とポリアニリン膜13が形成された透明基板
11は容器16内に入れられ,固定台15によって容器16に固
定される。容器16は,ガスの入口としての開口21とガス
の出口としての開口22との2つの開口21,22が開けられ
た蓋20によって閉じられている。
ポリアニリン膜13に光を投射するように容器16の外側
に光源18が配置されている。また容器16を挟んで光源18
の反対側には光検出器19が配置されている。そして,光
源18から特定波長の光がポリアニリン膜13に投射され
る。この膜13,透明電極12および透明基板11を透過した
光は光検出器19によって検知される。
ポニアニリン膜13は,ガスセンサの使用前に上述した
ようにあらかじめアルカリ性溶液に浸漬する処理が行な
われ,その色が青色になっている。酸性ガスが容器16内
に導入されるとポリアニリン膜13は緑色に変色する。光
源18と光検出器19によってこのような色の変化を検出す
るように構成することにより,光検出器19の出力信号の
レベルから容器16内における酸性ガスの存在またはその
濃度を検知することができる。
また第3図に示すような透明基板上の透明電極上に形
成されたポリアニリン膜を容器16内に2つ並べて配置
し,かつそれぞれのポリアニリン膜に対して光源と光検
出器を設ける。これらのポリアニリン膜のうち一方のポ
リアニリン膜は上述のようにアルカリ性溶液に浸漬する
処理が行なわれているものであり,他方のポリアニリン
膜はアルカリ性溶液に浸漬する処理が行なわれていない
ものである。一方のポリアニリン膜を透過した光を一方
の光検出器によって検出しその出力信号のレベルから酸
性ガスの存在またはその濃度を検知することができ,他
方のポリアニリン膜を透過した光を他方の光検出器によ
って検出しその出力信号のレベルからアルカリ性ガスの
存在またはその濃度を検知することができる。
アルカリ性溶液に浸漬処理されるポリアニリン膜が形
成されている透明基板は,容器から取り外し可能なこと
が好ましい。これにより電解重合法で形成されたポリア
ニリン膜であってもアルカリ性溶液に浸漬する処理が比
較的容易となる。
また上述したいずれのガスセンサにおいてもその誘導
体膜を用いることができるのはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
第1図は電気抵抗検出形ガスセンサの一例を示す平面
図,第2図は第1図に示す電気抵抗検出形ガスセンサの
断面図である。 第3図は光検出形ガスセンサの一例を示す断面図であ
る。 1……基板, 2……電極, 3,13……ポリアニリン膜, 5……電気抵抗計, 11……透明基板, 12……透明電極, 18……光源, 19……光検出器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−72097(JP,A) Conducting Polyme rs,189−198,1987 Anal.Chem.59,253−258, 1987 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01N 27/12 G01N 21/77 - 21/78 G01N 31/22

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上に間隔をあけて形成された一対の電
    極と,これらの電極上および電極間に形成された導電性
    高分子ガス感応膜と,これらの電極間の電気抵抗を計測
    する電気抵抗計とから構成される電気抵抗検出形のガス
    センサにおいて, 上記導電性高分子ガス感応膜がアルカリ性溶液に浸漬処
    理されたポリアニリン膜またはその誘導体膜によって構
    成されている電気抵抗検出形ガスセンサ。
  2. 【請求項2】基板上の電極上に形成された導電性高分子
    ガス感応膜と,上記導電性高分子ガス感応膜に光を投射
    する投光器と,上記導電性高分子ガス感応膜を透過した
    光または導電性高分子ガス感応膜から反射した光を受光
    する光検出器とから構成される光検出形のガスセンサに
    おいて, 上記導電性高分子ガス感応膜がアルカリ性溶液に浸漬処
    理されたポリアニリン膜またはその誘導体膜によって構
    成されている光検出形ガスセンサ。
  3. 【請求項3】基板上に間隔をあけて形成された一対の電
    極と,これらの電極上および電極間に形成された導電性
    高分子ガス感応膜と,これらの電極間の電気抵抗を計測
    する電気抵抗計とからそれぞれ構成される2つの電気抵
    抗検出形のガスセンサから構成され, 一方の導電性高分子ガス感応膜がアルカリ性溶液に浸漬
    処理されたポリアニリン膜またはその誘導体膜によって
    構成されており,他方の導電性高分子ガス感応膜がアル
    カリ性溶液に浸漬処理されていないポリアニリン膜また
    はその誘導体膜によって構成されている電気抵抗検出形
    ガスセンサ。
  4. 【請求項4】基板上の電極上に形成された導電性高分子
    ガス感応膜と,上記導電性高分子ガス感応膜に光を投射
    する投光器と,上記導電性高分子ガス感応膜を透過した
    光または導電性高分子ガス感応膜から反射した光を受光
    する光検出器とからそれぞれ構成される2つの光検出形
    のガスセンサから構成され, 一方の導電性高分子ガス感応膜がアルカリ性溶液に浸漬
    処理されたポリアニリン膜またはその誘導体膜によって
    構成されており,他方の導電性高分子ガス感応膜がアル
    カリ性溶液に浸漬処理されていないポリアニリン膜また
    はその誘導体膜によって構成されている光検出形ガスセ
    ンサ。
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JP2912526B2 (ja) * 1993-07-05 1999-06-28 三菱電機株式会社 半導体パワーモジュールおよび複合基板
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