JP6315983B2 - Constant potential electrolytic gas sensor - Google Patents
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Description
本発明は、ガスを検知するガス電極として被検知ガスを電気化学反応させる作用電極、前記作用電極に対する対極、前記作用電極の電位を制御する参照電極を、電解液を収容した電解槽の電解液収容部に臨んで備えた定電位電解式ガスセンサに関する。 The present invention provides a working electrode for electrochemically reacting a gas to be detected as a gas electrode for detecting a gas, a counter electrode for the working electrode, and a reference electrode for controlling the potential of the working electrode. The present invention relates to a constant potential electrolytic gas sensor provided facing a housing portion.
従来の定電位電解式ガスセンサは、電極を電解液が密に収容される電解槽の電解液収容部内に臨んで設けて構成してあり、例えば電極としては、ガスを検知するガス電極として被検知ガスを電気化学反応させる作用電極、当該作用電極に対する対極、作用電極の電位を制御する参照電極の3電極を設けてあり、また、これらが接触自在な電解液を収容した電解槽と、各電極の電位を設定するポテンシオスタット回路等を接続してある。前記3電極の材料としては、撥水性を有するガス透過性の多孔質PTFE膜に白金・金・パラジウム等の貴金属触媒等を塗布したものが用いられ、電解液としては、硫酸やリン酸等の酸性水溶液、臭化リチウムや塩化カルシウムなどの中性塩水溶液等が用いられていた。 A conventional constant potential electrolytic gas sensor is configured such that an electrode is provided facing an electrolytic solution storage part of an electrolytic cell in which an electrolytic solution is densely stored. For example, an electrode is detected as a gas electrode that detects gas. There are provided three electrodes, a working electrode for electrochemically reacting gas, a counter electrode for the working electrode, and a reference electrode for controlling the potential of the working electrode. A potentiostat circuit for setting the potential is connected. As the material for the three electrodes, a gas-permeable porous PTFE film having water repellency and a noble metal catalyst such as platinum, gold, and palladium are used, and as an electrolyte, sulfuric acid, phosphoric acid, or the like is used. Acidic aqueous solutions, neutral salt aqueous solutions such as lithium bromide and calcium chloride, and the like have been used.
尚、本発明における従来技術となる上述した定電位電解式ガスセンサは、一般的な技術であるため、特許文献等の従来技術文献は示さない。 Note that the above-described constant potential electrolytic gas sensor, which is a conventional technique in the present invention, is a general technique, and therefore does not show any prior art documents such as patent documents.
上述した定電位電解式ガスセンサにおいては、使用する電極の材料および電解液の組み合わせによって、例えば参照電極上で析出物が析出する虞があった。この析出物は、場合によっては電解液中に浮遊し、例えば作用電極に付着する虞があった。このように作用電極に当該析出物が付着すると、当該電極の電位が変化して指示電流が過大に流れる結果、ガスの存在の有無に関わらず、センサが検出したガスの濃度が実際のガスの濃度に比べて大きくなってしまうという問題点があった。 In the above-described constant potential electrolytic gas sensor, there is a possibility that precipitates may be deposited on the reference electrode, for example, depending on the combination of the electrode material used and the electrolytic solution. In some cases, the precipitate floats in the electrolyte and may adhere to, for example, the working electrode. When the deposit adheres to the working electrode in this way, the potential of the electrode changes and the indicator current flows excessively. As a result, the concentration of the gas detected by the sensor becomes the actual gas concentration regardless of the presence or absence of the gas. There was a problem that it became larger than the concentration.
従って、本発明の目的は、実際のガスの濃度を正確に検出できる定電位電解式ガスセンサを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a constant potential electrolytic gas sensor capable of accurately detecting the actual gas concentration.
上記目的を達成するための本発明に係る定電位電解式ガスセンサは、ガスを検知するガス電極として被検知ガスを電気化学反応させる作用電極、前記作用電極に対する対極、前記作用電極の電位を制御する参照電極を、電解液を収容した電解槽の電解液収容部に臨んで備えた定電位電解式ガスセンサであって、その第一特徴構成は、前記電解液収容部において、前記作用電極と前記参照電極との間に、固体浮遊物は透過しないが前記電解液は透過する電解液透過フィルターを設け、前記電解液収容部の内部に突出するように構成し、前記電解液透過フィルターを固定するフィルター固定部を備えた点にある。 In order to achieve the above object, a constant potential electrolytic gas sensor according to the present invention controls a working electrode for electrochemically reacting a gas to be detected as a gas electrode for detecting gas, a counter electrode for the working electrode, and a potential of the working electrode. A constant potential electrolytic gas sensor provided with a reference electrode facing an electrolytic solution housing part of an electrolytic cell containing an electrolytic solution, the first characteristic configuration of the working electrode and the reference in the electrolytic solution housing unit Provided with an electrolyte solution permeable filter that does not allow solid suspended matter to permeate between the electrodes but allows the electrolyte solution to permeate, and is configured to protrude into the electrolyte solution storage portion, and to fix the electrolyte solution permeable filter In the point provided with the fixed part .
本構成によれば、仮に参照電極上で析出した析出物が、当該参照電極から離脱して電解液中に浮遊したとしても、当該析出物が浮遊した固体浮遊物が電解液透過フィルターによって作用電極の側に移動するのを防止することができる。これにより当該固形浮遊物が作用電極の表面に付着するのを未然に防止できるため、固形浮遊物が付着したことを原因として作用電極に指示電流が過大に流れることを防止することができる。従って、本発明の定電位電解式ガスセンサであれば、実際のガスの濃度を正確に検出できる。
また、電解液透過フィルターは、フィルター固定部に支持或いは接着して確実に固定することができる。
According to this configuration, even if the deposit deposited on the reference electrode is detached from the reference electrode and floats in the electrolyte, the solid suspension in which the deposit is suspended is applied to the working electrode by the electrolyte permeation filter. Can be prevented from moving to the side. As a result, it is possible to prevent the solid suspended matter from adhering to the surface of the working electrode, so that it is possible to prevent the indicator current from flowing excessively to the working electrode due to the solid suspended matter adhering. Therefore, the constant potential electrolytic gas sensor of the present invention can accurately detect the actual gas concentration.
Moreover, the electrolyte solution permeable filter can be securely fixed by being supported or adhered to the filter fixing part.
本発明に係る定電位電解式ガスセンサの第二特徴構成は、前記作用電極は前記電解槽の側方に開口するガス導通部の側に設け、前記参照電極は、前記電解槽の側方に開口し、かつ前記ガス導通部に対向して設けられた酸素ガス導入口の側に設けた点にある。 The second characteristic configuration of the constant potential electrolytic gas sensor according to the present invention is such that the working electrode is provided on the side of the gas conduction portion that opens to the side of the electrolytic cell, and the reference electrode is opened to the side of the electrolytic cell. And it is in the point provided in the side of the oxygen gas inlet provided facing the said gas conduction | electrical_connection part.
本構成によれば、前記ガス導通部および酸素ガス導入口を対向して形成でき、かつ、作用電極および参照電極を対向配置することができるため、定電位電解式ガスセンサをコンパクトに構成することができる。 According to this configuration, the gas conduction part and the oxygen gas inlet can be formed to face each other, and the working electrode and the reference electrode can be arranged to face each other, so that the constant potential electrolytic gas sensor can be configured in a compact manner. it can.
本発明に係る定電位電解式ガスセンサの第三特徴構成は、前記作用電極および前記対極の少なくとも何れかをカーボン電極とし、前記参照電極を銀電極とし、前記電解液を臭化リチウム溶液とした点にある。 The third characteristic configuration of the controlled potential electrolytic gas sensor according to the present invention is that at least one of the working electrode and the counter electrode is a carbon electrode, the reference electrode is a silver electrode, and the electrolytic solution is a lithium bromide solution. It is in.
本構成によれば、極低濃度で毒性を有する有毒ガスを、精度よく検知することができる。 According to this configuration, it is possible to accurately detect a toxic gas having toxicity at an extremely low concentration.
本発明に係る定電位電解式ガスセンサの第四特徴構成は、検知するガスをジボランとした点にある。 The fourth characteristic configuration of the potentiostatic gas sensor according to the present invention is that the gas to be detected is diborane.
本構成によれば、半導体材料ガスとして使用される有毒ガスであるジボランを検知する定電位電解式ガスセンサとすることができる。 According to this structure, it can be set as the constant potential electrolytic type gas sensor which detects the diborane which is toxic gas used as semiconductor material gas.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1に示すように、本発明の定電位電解式ガスセンサXは、ガスを検知するガス電極10として被検知ガスを電気化学反応させる作用電極11、作用電極11に対する対極12、作用電極11の電位を制御する参照電極13を、電解液20を収容した電解槽30の電解液収容部31に臨んで備えた定電位電解式ガスセンサXであって、電解液収容部31において、作用電極11と参照電極13との間に、固体浮遊物は透過しないが電解液20は透過する電解液透過フィルター50を設けている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the constant potential electrolytic gas sensor X of the present invention includes a working
作用電極11、対極12及び参照電極13は、特に限定されるものではないが、例えば撥水性を有する多孔質のガス透過膜14の表面に、公知の電極材料より作製したペーストを塗布・焼成して形成することができる。或いは、作用電極11および対極12の少なくとも何れか一方をカーボンで形成してもよいし、参照電極13を銀線で形成してもよい。本実施形態では、それぞれのガス電極10の配置は、作用電極11と、対極12及び参照電極13とを、対向配置した場合について説明する。
The working
電解槽30は側方に開口する開口部32を形成してサンプルガスが導通するガス導通部33を形成している。ガス透過膜14は二枚設けられ、一方のガス透過膜14には作用電極11が配設され、他方のガス透過膜14には対極12及び参照電極13が配設される。即ち、本実施形態では、作用電極11は電解槽30の側方に開口するガス導通部33の側に設け、対極12及び参照電極13は、電解槽30の側方に開口し、かつガス導通部33に対向して設けられた酸素ガス導通部35の側に設けてある。当該酸素ガス導通部35は雰囲気ガス(酸素ガス)が導通する。
The
作用電極11の側に配設されたガス透過膜14は、開口部32に臨むように電解槽30に取り付けられる。ガス透過膜14は、例えば疎水性でガスを透過する性質を有するものであればどのような膜でもよく、例えば耐薬品性を有する多孔質PTFE膜などを使用することができる。被検知ガスはガス導通部33より導入され、作用電極11上で反応する。
The gas
それぞれのガス透過膜14は、Oリング15および蓋部材16によって固定される。電解槽30の一面には、電解液20の注入等のメンテナンスを行う電解液注入口34が形成されている。電解液20は、硫酸やリン酸等の酸性水溶液、臭化リチウムや塩化カルシウムなどの中性塩水溶液等を使用することができるが、これらに限定されるものではない。
Each gas
電解液透過フィルター50は、電解液収容部31において、作用電極11と参照電極13との間に配設され、固体浮遊物は透過しないが電解液20は透過するものであれば、特に限定されることなく使用できる。電解液透過フィルター50を配設する位置は、作用電極11と参照電極13との間であればどのような態様であってもよい。例えば、電解液収容部31において、電解液透過フィルター50によって作用電極11側の領域と参照電極13側の領域とに隔てるように構成すればよい。また、参照電極13が電解液透過フィルター50によって覆われるように構成してもよい。
The electrolyte solution
電解液透過フィルター50は、例えば一定の大きさ以下の分子またはイオンのみを透過させる半透膜や、親水性のポリエチレン系多孔質焼結体等を使用することができる。ポリエチレン系多孔質焼結体は、例えば旭化成ケミカルズ株式会社製サンファインAQなどが適している。
As the electrolyte solution
電解液収容部31において、電解液透過フィルター50を固定するフィルター固定部36を設けてある。当該フィルター固定部36は、電解液収容部31の内部に突出するように構成し、この突出部分で電解液透過フィルター50を支持或いは接着して固定するように構成するとよい。
In the electrolytic
尚、本明細書における「固体浮遊物」とは、例えば参照電極などのガス電極10上で析出した析出物が、当該ガス電極10から離脱して電解液中に浮遊し、他のガス電極10に付着する可能性のあるものなどをいうものとする。
In the present specification, the term “solid suspended matter” refers to, for example, a precipitate deposited on the
このような定電位電解式ガスセンサXは、被検知ガスの反応によって作用電極11上で生じた電子に基づく電流を検知自在な電流測定部と、作用電極11の電位制御自在な電位制御部とを備えたガス検知回路(図外)に接続して、ガス検知装置として用いられる。本発明の定電位電解式ガスセンサXは、例えばシラン、ホスフィン、ゲルマン、アルシン、ジボランなどの半導体用特殊材料ガスの検知に用いられる。
Such a constant potential electrolytic gas sensor X includes a current measuring unit capable of detecting a current based on electrons generated on the working
本実施形態では、作用電極11および対極12をカーボンで形成したカーボン電極とし、参照電極13を銀線で形成した銀電極とし、作用電極11と、対極12及び参照電極13とを、対向配置させ、電解液20を臭化リチウム溶液(8mol/L)とした場合について説明する。本構成であれば、例えば半導体材料ガスとして使用され、極低濃度で毒性を有する有毒ガスであるジボランを、精度よく検知することができる。
尚、臭化リチウム溶液の濃度は、8mol/Lに限定されるものではなく、所望のガスを好適に検知できる濃度であればよい。
In this embodiment, the working
In addition, the density | concentration of a lithium bromide solution is not limited to 8 mol / L, What is necessary is just the density | concentration which can detect a desired gas suitably.
本発明の定電位電解式ガスセンサXは、電解液収容部31において、作用電極11と参照電極13との間に、固体浮遊物は透過しないが電解液20は透過する電解液透過フィルター50を設けているため、仮に参照電極13上で析出した析出物が、当該参照電極13から離脱して電解液20中に浮遊したとしても、当該析出物が浮遊した固体浮遊物が電解液透過フィルター50によって作用電極11の側に移動するのを防止することができる。これにより当該固形浮遊物が作用電極11の表面に付着するのを未然に防止できるため、固形浮遊物が付着したことを原因として作用電極11に指示電流が過大に流れることを防止することができる。従って、本発明の定電位電解式ガスセンサXであれば、実際のガスの濃度を正確に検出できる。
The constant potential electrolytic gas sensor X of the present invention is provided with an electrolyte
〔別実施形態1〕
上述した実施形態では、それぞれのガス電極10の配置は、作用電極11と、対極12及び参照電極13とを、対向配置した場合について説明したが、このような態様に限らず、作用電極11、対極12及び参照電極13を直線状に配設してもよい(図2)。
この場合においても、電解液透過フィルター50は、作用電極11と参照電極13との間に配設する。
[Another embodiment 1]
In the above-described embodiment, the arrangement of the
Also in this case, the electrolytic solution
〔別実施形態2〕
上述した実施形態では、電解液透過フィルター50を固定するため、電解液収容部31の内部に突出するフィルター固定部36を設けたが、このフィルター固定部36は電解液収容部31の内部に突出するように構成しなくてもよい。この場合、電解液透過フィルター50は、電解液収容部31の内壁に接着して固定することができる。
[Another embodiment 2]
In the embodiment described above, in order to fix the electrolyte solution
本発明は、ガスを検知するガス電極として被検知ガスを電気化学反応させる作用電極、前記作用電極に対する対極、前記作用電極の電位を制御する参照電極を、電解液を収容した電解槽の電解液収容部に臨んで備えた定電位電解式ガスセンサに利用することができる。 The present invention provides a working electrode for electrochemically reacting a gas to be detected as a gas electrode for detecting a gas, a counter electrode for the working electrode, and a reference electrode for controlling the potential of the working electrode. It can utilize for the constant potential electrolytic gas sensor provided facing the accommodating part.
X 定電位電解式ガスセンサ
10 ガス電極
11 作用電極
12 対極
13 参照電極
20 電解液
30 電解槽
31 電解液収容部
50 電解液透過フィルター
X Constant Potential
Claims (4)
前記電解液収容部において、前記作用電極と前記参照電極との間に、固体浮遊物は透過しないが前記電解液は透過する電解液透過フィルターを設け、
前記電解液収容部の内部に突出するように構成し、前記電解液透過フィルターを固定するフィルター固定部を備えた定電位電解式ガスセンサ。 As a gas electrode for detecting gas, a working electrode for electrochemically reacting a gas to be detected, a counter electrode for the working electrode, and a reference electrode for controlling the potential of the working electrode are faced to an electrolytic solution housing part of an electrolytic cell containing an electrolytic solution. A constant potential electrolytic gas sensor provided in
In the electrolyte container, an electrolyte solution permeable filter that does not transmit solid suspended matter but transmits the electrolyte solution is provided between the working electrode and the reference electrode .
A potentiostatic gas sensor comprising a filter fixing part configured to protrude into the electrolyte container and fixing the electrolyte permeable filter .
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