JPH04136040A - 陽イオン交換膜およびこれを用いた二酸化炭素濃度測定用電極 - Google Patents
陽イオン交換膜およびこれを用いた二酸化炭素濃度測定用電極Info
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- JPH04136040A JPH04136040A JP2257194A JP25719490A JPH04136040A JP H04136040 A JPH04136040 A JP H04136040A JP 2257194 A JP2257194 A JP 2257194A JP 25719490 A JP25719490 A JP 25719490A JP H04136040 A JPH04136040 A JP H04136040A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は血液等の水溶液中に溶存した二酸化炭素ガス(
CO,)の濃度の測定に用いる陽イオン交換膜およびこ
れを用いた二酸化炭素濃度測定用電極に係り、特に遷移
金属錯体を陽イオン交換膜中に挿入し、二酸化炭素ガス
の還元電流をアンペロメトリック法により測定する固体
膜型の二酸化炭素濃度測定用電極に関する。
CO,)の濃度の測定に用いる陽イオン交換膜およびこ
れを用いた二酸化炭素濃度測定用電極に係り、特に遷移
金属錯体を陽イオン交換膜中に挿入し、二酸化炭素ガス
の還元電流をアンペロメトリック法により測定する固体
膜型の二酸化炭素濃度測定用電極に関する。
従来、水性媒体中の二酸化炭素ガスの濃度を測定するに
は、次の反応式に示すようにシリコーン膜等の二酸化炭
素ガス選択透過膜を透過した二酸化炭素ガスを炭酸水素
ナトリウム水溶液中に吸収させて、その結果生じる炭酸
水素す) IJウム水溶液中での水素イオン濃度の変化
をpH測定電極により測定し、この水素イオン濃度の変
化量から二酸化炭素ガスの濃度を検出していた。。
は、次の反応式に示すようにシリコーン膜等の二酸化炭
素ガス選択透過膜を透過した二酸化炭素ガスを炭酸水素
ナトリウム水溶液中に吸収させて、その結果生じる炭酸
水素す) IJウム水溶液中での水素イオン濃度の変化
をpH測定電極により測定し、この水素イオン濃度の変
化量から二酸化炭素ガスの濃度を検出していた。。
CD□+H20モヨlI2Co3.=”H’″+HCO
3〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、このpH測定電極は内部に電解液を必要
とするため、液漏れを生じるおそれがあるとともに、小
型化が困難である。また、被検液中から炭酸水素ナトリ
ウムが溶解するため、このときの水素イオン濃度を内部
のpH測定電極で測定するときに10分以上応答時間が
かかるという問題があった。
3〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、このpH測定電極は内部に電解液を必要
とするため、液漏れを生じるおそれがあるとともに、小
型化が困難である。また、被検液中から炭酸水素ナトリ
ウムが溶解するため、このときの水素イオン濃度を内部
のpH測定電極で測定するときに10分以上応答時間が
かかるという問題があった。
この点に鑑み、本出願人と同一出願人は、二酸化炭素ガ
スの濃度を還元電流値をもって電気化学的に測定するも
のとして、既に、弗素樹脂系のパーフルオロカーボン系
で側鎖の末端にスルホニル基を有する陽イオン交換膜〔
ナフィオン(登録商標Nafion 、デュポン社)〕
中に、ターピリジン系配位子(2,・2’;6’、2”
ターピリジン(terpy))−遷移金属(Ru)の錯
体化合物[Ru(terpy) 、]2+ (CILL
2 を含有させた二酸化炭素ガスの還元電流法による固
体膜型の二酸化炭素濃度測定用電極を提案した(「二酸
化炭素濃度測定用電極」 (平成2年7月6日出願)、
「二酸化炭素濃度の測定方法」 (平成2年3月28日
出願))。
スの濃度を還元電流値をもって電気化学的に測定するも
のとして、既に、弗素樹脂系のパーフルオロカーボン系
で側鎖の末端にスルホニル基を有する陽イオン交換膜〔
ナフィオン(登録商標Nafion 、デュポン社)〕
中に、ターピリジン系配位子(2,・2’;6’、2”
ターピリジン(terpy))−遷移金属(Ru)の錯
体化合物[Ru(terpy) 、]2+ (CILL
2 を含有させた二酸化炭素ガスの還元電流法による固
体膜型の二酸化炭素濃度測定用電極を提案した(「二酸
化炭素濃度測定用電極」 (平成2年7月6日出願)、
「二酸化炭素濃度の測定方法」 (平成2年3月28日
出願))。
この二酸化炭素濃度測定用電極を用いて掃引速度10m
V/Sで測定した結果、二酸化炭素の還元電流ピークは
、−1,4V (対SSC巳(飽和塩化ナトリウムカロ
メル電極))付近に観測され、この時の二酸化炭素ガス
濃度に相当する還元電流値は14μ八であった。しかし
、同じ電位値での酸素濃度に相当する還元電流値は3.
57μAであるので、二酸化炭素ガスと酸素ガスとが共
存した水系中での、二酸化炭素ガス濃度相当の真の還元
電流値は10゜43μA と見積もられる。この値は、
特に血液中等の低分圧の二酸化炭素ガス濃度を測定する
には十分な値ではない。
V/Sで測定した結果、二酸化炭素の還元電流ピークは
、−1,4V (対SSC巳(飽和塩化ナトリウムカロ
メル電極))付近に観測され、この時の二酸化炭素ガス
濃度に相当する還元電流値は14μ八であった。しかし
、同じ電位値での酸素濃度に相当する還元電流値は3.
57μAであるので、二酸化炭素ガスと酸素ガスとが共
存した水系中での、二酸化炭素ガス濃度相当の真の還元
電流値は10゜43μA と見積もられる。この値は、
特に血液中等の低分圧の二酸化炭素ガス濃度を測定する
には十分な値ではない。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、血液等
の水系中に溶存した二酸化炭素ガスによる還元電流値の
感度を向上させるとともに共存酸素ガスとの選択性を向
上させることができる陽イオン交換膜を提供することを
目的とする。
の水系中に溶存した二酸化炭素ガスによる還元電流値の
感度を向上させるとともに共存酸素ガスとの選択性を向
上させることができる陽イオン交換膜を提供することを
目的とする。
また、本発明はこの陽イオン交換膜を用いて二酸化炭素
ガス濃度の測定精度が向上した二酸化炭素濃度測定用電
極を提供することを目的とする。
ガス濃度の測定精度が向上した二酸化炭素濃度測定用電
極を提供することを目的とする。
本発明の陽イオン交換膜は、フッ素樹脂系で側鎖の末端
にスルホニル基およびトリフルオロ酢酸基の少なくとも
一方を有するとともに、ターピリジン系配位子−遷移金
属錯体を含有している。
にスルホニル基およびトリフルオロ酢酸基の少なくとも
一方を有するとともに、ターピリジン系配位子−遷移金
属錯体を含有している。
この陽イオン交換膜には、流水基または電子供与基を含
むことが好ましい。これにより溶媒分子、特に水分子の
接近を弱め、かつ配位の可能性を減することができ、二
酸化炭素分子の還元反応を促進させることができる。
むことが好ましい。これにより溶媒分子、特に水分子の
接近を弱め、かつ配位の可能性を減することができ、二
酸化炭素分子の還元反応を促進させることができる。
ターピリジン系配位子としては、ターピリジン、ビピリ
ジンおよびこれらの誘導体が挙げられ、具体的には次式
(1)〜(5)で示される。
ジンおよびこれらの誘導体が挙げられ、具体的には次式
(1)〜(5)で示される。
R,=[:R3(CL)、、 (n= O〜27)
、CF3(CF2)。 (nO〜7)、OH,D
HCH2CH2、OCH3、CH30C)12CH2、
SCH3、R2、R,=II または R,、R2、R3=CH3、C,R5、CF3、C2F
3、OH。
、CF3(CF2)。 (nO〜7)、OH,D
HCH2CH2、OCH3、CH30C)12CH2、
SCH3、R2、R,=II または R,、R2、R3=CH3、C,R5、CF3、C2F
3、OH。
0HCH2CH2、OCH3、CH30CH2CH2,
5CH3R4、R6、R,=Hまたは R= −CL (C)12)、 (n=O〜27)、C
F3(CF2)、、(n=0〜7) 、DH,0HCH
2CH2、OCH3、CHJCtlaCHa、5CHs
、R3、R,=Hまたは R4、R6、R,= CL (CH2)、 (n=
0〜27)CF3(CF2)、 (n= O〜?
) 、OH,0HCHzCH2、OCH,、CH30C
H,CH,、SCH。
5CH3R4、R6、R,=Hまたは R= −CL (C)12)、 (n=O〜27)、C
F3(CF2)、、(n=0〜7) 、DH,0HCH
2CH2、OCH3、CHJCtlaCHa、5CHs
、R3、R,=Hまたは R4、R6、R,= CL (CH2)、 (n=
0〜27)CF3(CF2)、 (n= O〜?
) 、OH,0HCHzCH2、OCH,、CH30C
H,CH,、SCH。
Rフ
X =O、S 、(CH2)20 −CO−−C
OO−C(CL)2− −N、−−3O2−−C)1
.− R1、R8、R9=Hまたは R,=CH3((:R2)、、(n= O〜27)
、CF3(CF2)、、(nO〜7) 、DH,DHC
ll、C)1.、OCR,、、CH30CH2CH2、
SCH,、R8、R9=Hまたは R7、R8、R9=CH3(CH2)、、 (n=
0〜27)CF3(CF、)、、(n= O〜7)
、0H101iCH2CH,、OCH3、C)13D
C)I2CH,、SCI!。
OO−C(CL)2− −N、−−3O2−−C)1
.− R1、R8、R9=Hまたは R,=CH3((:R2)、、(n= O〜27)
、CF3(CF2)、、(nO〜7) 、DH,DHC
ll、C)1.、OCR,、、CH30CH2CH2、
SCH,、R8、R9=Hまたは R7、R8、R9=CH3(CH2)、、 (n=
0〜27)CF3(CF、)、、(n= O〜7)
、0H101iCH2CH,、OCH3、C)13D
C)I2CH,、SCI!。
R1゜、R+8、R12=Hまたは
Lo =CH3(CH2)II (n= O〜27
) 、CF3(CF2)II(n= 0〜7) 、0
)1.0)ICH,CL、0C11,、、Cll30C
H,C)12、SCH3、 R,、、R,□=Hまたは R,0、R,、、R,、=CI(3(CI(2)。 <
n= 0〜27)CF3(CF、)n (口= 0〜
7)、 DH1OHCH20H2、OCH3、[:H3
OCH2CH2,5C)I 3Y 〜0 、S
、 (CL)J −Co−−COO−−C11,−
C(CH3)2 N−SO□− R33、R14、R3,=Hまたは R13=CL(CL)、 (n= 0〜27) 、C
F、(CF、)I。
) 、CF3(CF2)II(n= 0〜7) 、0
)1.0)ICH,CL、0C11,、、Cll30C
H,C)12、SCH3、 R,、、R,□=Hまたは R,0、R,、、R,、=CI(3(CI(2)。 <
n= 0〜27)CF3(CF、)n (口= 0〜
7)、 DH1OHCH20H2、OCH3、[:H3
OCH2CH2,5C)I 3Y 〜0 、S
、 (CL)J −Co−−COO−−C11,−
C(CH3)2 N−SO□− R33、R14、R3,=Hまたは R13=CL(CL)、 (n= 0〜27) 、C
F、(CF、)I。
(n= 0〜7) 、0)1.0HCH,CH,、OC
H3、CH,0[:112cH2,5CII、、 R14、R+s =)I または R13、R,4、RIS =CI(3(CH2)II
(n= O〜27)CF3(CF2)−(n= 0
〜7) 、0)1.0)ICH2CII2、OCH3、
CH30CH2CH2、SCH。
H3、CH,0[:112cH2,5CII、、 R14、R+s =)I または R13、R,4、RIS =CI(3(CH2)II
(n= O〜27)CF3(CF2)−(n= 0
〜7) 、0)1.0)ICH2CII2、OCH3、
CH30CH2CH2、SCH。
また、ターピリジン系配位子−遷移金属錯体は、一般に
次式(6)〜(8)で示される。
次式(6)〜(8)で示される。
なお、MeはCo。
Ru。
Fe。
ll
Mn等の遷移金属を
示し、X 1tCI04− 、BF、−、PF、
−,5O3CF3So3= Cl−1SO1”−1
またR1は−CH3NO2、Off 、 []flCL
CLを示す。
−,5O3CF3So3= Cl−1SO1”−1
またR1は−CH3NO2、Off 、 []flCL
CLを示す。
陽イオン交換膜としては、強酸で、被検液の組成の影響
を受は難いものとして、フッ素樹脂系のパーフルオロカ
ーボン系で側鎖の末端にスルホニル基、トリプルオロ酢
酸基を有するものが好ましく、具体的にはたとえばナフ
ィオン(登録商標Nafion 、デュポン社)〕が挙
げられる。
を受は難いものとして、フッ素樹脂系のパーフルオロカ
ーボン系で側鎖の末端にスルホニル基、トリプルオロ酢
酸基を有するものが好ましく、具体的にはたとえばナフ
ィオン(登録商標Nafion 、デュポン社)〕が挙
げられる。
この陽イオン交換膜にターピリジン系配位子−遷移金属
錯体を担持させる方法としては、次のような方法がある
。
錯体を担持させる方法としては、次のような方法がある
。
■陽イオン交換膜を適切な溶媒に溶解した後、ターピリ
ジン系配位子−遷移金属錯体を溶解させる。この液を塗
布乾燥して製膜する。
ジン系配位子−遷移金属錯体を溶解させる。この液を塗
布乾燥して製膜する。
■ターピリジン系配位子−遷移金属錯体を溶解した溶液
中に、陽イオン交換膜を浸漬して錯体を挿入固定化させ
る。
中に、陽イオン交換膜を浸漬して錯体を挿入固定化させ
る。
本発明の陽イオン交換膜においては、さらにターピリジ
ン系化合物−遷移金属錯体を担持させるようにしてもよ
い。
ン系化合物−遷移金属錯体を担持させるようにしてもよ
い。
本発明の陽イオン交換膜は、さらに次式(9)で示すス
チレンスルホン酸塩またはポリスチレンスルホン酸塩を
担持させるようにしてもよい。
チレンスルホン酸塩またはポリスチレンスルホン酸塩を
担持させるようにしてもよい。
本発明の二酸化炭素濃度測定用電極は、導電性基体上に
前記陽イオン交換膜を被覆したものである。
前記陽イオン交換膜を被覆したものである。
導電性基体としては、たとえばベーサル・プレーン・ピ
ロリティック・グラファイト (BPG)、グラッシー
カーボン等の炭素材料、金、白金、銀、パラジウム等の
貴金属またはこれらの表面に酸化インジウム、酸化スズ
等の膜を被覆させたものが挙げられる。
ロリティック・グラファイト (BPG)、グラッシー
カーボン等の炭素材料、金、白金、銀、パラジウム等の
貴金属またはこれらの表面に酸化インジウム、酸化スズ
等の膜を被覆させたものが挙げられる。
本出願人と同一出願人が先に出願した二酸化炭素濃度測
定用電極においては、陽イオン交換膜中に、ターピリジ
ン系配位子(2,2’ ;6’、2″ターピリジン(
terllY) )−遷移金属(Ru)の錯体化合物[
Ru(terpy)2]” ([”104)2 を含有
させるよ、うにしたので、遷移金属がターピリジン中の
窒素原子と6配位結合をし、この結合の一部が、イオン
(CIO,−、BF4− 、 SO3−、CF3SO3
−等)や極性溶媒(アセトニトリル、ジメチルホルムア
ミド、ジクロロエタン、テトラヒドロフラン(THF)
、ポリカーボネート(PC)、ジメチルスルホキシ
ド)と金属錯体との相互作用により弱まり、この部位に
一酸化炭素分子が配位し、その結果二酸化炭素分子が還
元反応を受けることを利用している。
定用電極においては、陽イオン交換膜中に、ターピリジ
ン系配位子(2,2’ ;6’、2″ターピリジン(
terllY) )−遷移金属(Ru)の錯体化合物[
Ru(terpy)2]” ([”104)2 を含有
させるよ、うにしたので、遷移金属がターピリジン中の
窒素原子と6配位結合をし、この結合の一部が、イオン
(CIO,−、BF4− 、 SO3−、CF3SO3
−等)や極性溶媒(アセトニトリル、ジメチルホルムア
ミド、ジクロロエタン、テトラヒドロフラン(THF)
、ポリカーボネート(PC)、ジメチルスルホキシ
ド)と金属錯体との相互作用により弱まり、この部位に
一酸化炭素分子が配位し、その結果二酸化炭素分子が還
元反応を受けることを利用している。
本発明の二酸化炭素濃度測定用電極では、陽イオン交換
膜中に、ターピリジン系誘導体−遷移金属錯体を含有さ
せ、またはターピリジン化合物−遷移金属錯体とともに
スチレンスルホン酸塩またはポリスチレンスルホン酸塩
を担持させ、これにより陽イオン性基、ラジカル性基(
メチル、含窒素化合物(ピリジニウムイオン、アニリン
、アミノ)等)、陰イオン基(CIO,−、BF、−、
So、 −。
膜中に、ターピリジン系誘導体−遷移金属錯体を含有さ
せ、またはターピリジン化合物−遷移金属錯体とともに
スチレンスルホン酸塩またはポリスチレンスルホン酸塩
を担持させ、これにより陽イオン性基、ラジカル性基(
メチル、含窒素化合物(ピリジニウムイオン、アニリン
、アミノ)等)、陰イオン基(CIO,−、BF、−、
So、 −。
CF、SO3−等)、または以下の体積効果の大きな立
体障害を有する基 すなわち、 (R=NO□、OH,0HCH2CH,)を導入するこ
とにより、遷移金嘱−ターピリジニル中の窒素原子の6
配位結合を弱めて積極的に二酸化炭素分子の還元反応を
促進するものである。
体障害を有する基 すなわち、 (R=NO□、OH,0HCH2CH,)を導入するこ
とにより、遷移金嘱−ターピリジニル中の窒素原子の6
配位結合を弱めて積極的に二酸化炭素分子の還元反応を
促進するものである。
以下、本発明の実施例を図面を参照して具体的に説明す
る。
る。
(実施例1)
第1図に表すように、導電性基体としてリード1s14
が接続されたグラファイトカーボン基体(日本カーボン
製EG−51:面積0.018cnl>11を用い、そ
の周囲をエポキン樹脂(スリーボンド社製、TB207
6) 製の筒体12で被覆絶縁した。
が接続されたグラファイトカーボン基体(日本カーボン
製EG−51:面積0.018cnl>11を用い、そ
の周囲をエポキン樹脂(スリーボンド社製、TB207
6) 製の筒体12で被覆絶縁した。
その後、このグラファイトカーボン基体11の表面を摩
さ約80μmのルテニウム−ターピリジン誘導体化合物
を含有する陽イオン交換膜13で被覆して、二酸化炭素
濃度測定用電極を作製した。
さ約80μmのルテニウム−ターピリジン誘導体化合物
を含有する陽イオン交換膜13で被覆して、二酸化炭素
濃度測定用電極を作製した。
になるようにナフィオン溶液〔5%ナフィオン(登録商
標Nafion 、デコボン社)〕中にパーフルオロカ
ーボン系陽イオン(アルドリッチ社製、2747−4
)を溶解させ、この溶液をグラファイトカーボン電極1
1の表面に10μ1滴下し、乾燥させて陽イオン交換膜
13を形成した。
標Nafion 、デコボン社)〕中にパーフルオロカ
ーボン系陽イオン(アルドリッチ社製、2747−4
)を溶解させ、この溶液をグラファイトカーボン電極1
1の表面に10μ1滴下し、乾燥させて陽イオン交換膜
13を形成した。
実験例1
実施例1の二酸化炭素濃度測定用電極を作用極とし、参
照電極にAg/AgCl 、対極に白金線を用いた3電
極構成で、50mMJン酸緩衝溶液(pH=7゜02)
中に二酸化炭素ガスを約15分間吹き込み、水溶液中の
二酸化炭素ガス濃度を測定した。0〜−1.6V(対A
g/AgCI)の範囲で掃引させた結果を第2図のAに
示す。その結果、−1,3Vから負側へ電流値が急激に
変化する現象が見られた。また、掃引速度100mV/
Sでの電流値は表−1に示すように約86μ八であった
。但し、電位は一定(−1,6V(対A呂/AgC1)
) とした。
照電極にAg/AgCl 、対極に白金線を用いた3電
極構成で、50mMJン酸緩衝溶液(pH=7゜02)
中に二酸化炭素ガスを約15分間吹き込み、水溶液中の
二酸化炭素ガス濃度を測定した。0〜−1.6V(対A
g/AgCI)の範囲で掃引させた結果を第2図のAに
示す。その結果、−1,3Vから負側へ電流値が急激に
変化する現象が見られた。また、掃引速度100mV/
Sでの電流値は表−1に示すように約86μ八であった
。但し、電位は一定(−1,6V(対A呂/AgC1)
) とした。
なお、−1,6V(対AgZAgC1)ヨリ負側ヘシフ
トサセると、電極膜内部から著しく水素が発生すること
がわかった。また、この電極を測定液に浸漬させたまま
、二酸化炭素飽和系から窒素飽和系に戻した場合もほぼ
15分間程度で、窒素系のサイクリックポルタモグラム
に戻る。このことから、本実施例の二酸化炭素濃度測定
用電極においては、溶存二酸化炭素ガスの流入・溶出は
ほぼ可逆的に生起していることが確認できた。
トサセると、電極膜内部から著しく水素が発生すること
がわかった。また、この電極を測定液に浸漬させたまま
、二酸化炭素飽和系から窒素飽和系に戻した場合もほぼ
15分間程度で、窒素系のサイクリックポルタモグラム
に戻る。このことから、本実施例の二酸化炭素濃度測定
用電極においては、溶存二酸化炭素ガスの流入・溶出は
ほぼ可逆的に生起していることが確認できた。
実験例2〜8
実験例1と同じ条件で掃引速度を100+r+V/Sの
代りに、50.20.10.5.2.1.0.5mV/
S に変化させた。その各々のサイクリックポルタモグ
ラムを第2図のB〜Gに示す。また、一定電位(−1゜
6V(対Ag/AgC1)での電流値の変化を調べた。
代りに、50.20.10.5.2.1.0.5mV/
S に変化させた。その各々のサイクリックポルタモグ
ラムを第2図のB〜Gに示す。また、一定電位(−1゜
6V(対Ag/AgC1)での電流値の変化を調べた。
その結果を表−1にまとめて示す。但し、二酸化炭素飽
和系での測定値である。
和系での測定値である。
実験例9
測定系のガスを二酸化炭素の代りに酸素とした以外は、
実験例1〜8と同じ条件で測定した。実験では、実験例
1の二酸化炭素飽和系から直ちに酸素ガス吹き込みに切
り替えた。1分以内で第3図のA−Gに示すサイクリッ
クポルタモグラムを得た。この図から、−0,4V(対
Ag/AgC1) 、−0,77Vの2つのピークが現
れることが確認できた。ここで、実験例1〜8の一定電
位(−1,6V(対Ag/AgC1>) テの二酸化
炭素還元電流のピークに相当する飽和溶存酸素の電流値
を差し引いたものが、二酸化炭素ガスおよび酸素ガス共
存系での真の二酸化炭素量を示す電流量(μA)として
求められる。掃引速度をVとすると、v ”2(mV/
S) と酸化還元ピーク電流値との間には一般に良い
直線関係(可逆反応を伴う07曲線の酸化還元ピーク)
が成り立つことが知られており、参考のために本実験で
も、−定電位(−1,6V(対Ag/AgCm 〕i
E流tト掃引速度v ”” (mV/S) との関係
を調べた。その結果、第5図に口で示すよう)に掃引速
度5〜100mV/S の範囲内で良好な直線関係が得
られた。なお、Oは二酸化炭素ガス溶存雰囲気中の結果
を示している。この図の二酸化炭素還元電流値(実験値
)から酸素還元電流値(実験値)を引いた値を掃引速度
毎に求めてプロットし直したものを第6図に○で示す。
実験例1〜8と同じ条件で測定した。実験では、実験例
1の二酸化炭素飽和系から直ちに酸素ガス吹き込みに切
り替えた。1分以内で第3図のA−Gに示すサイクリッ
クポルタモグラムを得た。この図から、−0,4V(対
Ag/AgC1) 、−0,77Vの2つのピークが現
れることが確認できた。ここで、実験例1〜8の一定電
位(−1,6V(対Ag/AgC1>) テの二酸化
炭素還元電流のピークに相当する飽和溶存酸素の電流値
を差し引いたものが、二酸化炭素ガスおよび酸素ガス共
存系での真の二酸化炭素量を示す電流量(μA)として
求められる。掃引速度をVとすると、v ”2(mV/
S) と酸化還元ピーク電流値との間には一般に良い
直線関係(可逆反応を伴う07曲線の酸化還元ピーク)
が成り立つことが知られており、参考のために本実験で
も、−定電位(−1,6V(対Ag/AgCm 〕i
E流tト掃引速度v ”” (mV/S) との関係
を調べた。その結果、第5図に口で示すよう)に掃引速
度5〜100mV/S の範囲内で良好な直線関係が得
られた。なお、Oは二酸化炭素ガス溶存雰囲気中の結果
を示している。この図の二酸化炭素還元電流値(実験値
)から酸素還元電流値(実験値)を引いた値を掃引速度
毎に求めてプロットし直したものを第6図に○で示す。
これにより二酸化炭素ガスおよび酸素ガスの混合系にお
ける真の二酸化炭素ガス濃度に相当する電流値(μA)
を求めることができる。この結果、掃引速度5mV/S
以上で二酸化炭素濃度(酸素還元電流値)は掃引速度に
比例してほぼ直線的に増加し、掃引速度10hlV/S
で、およそ58μAと感度が高いことがわかった。
ける真の二酸化炭素ガス濃度に相当する電流値(μA)
を求めることができる。この結果、掃引速度5mV/S
以上で二酸化炭素濃度(酸素還元電流値)は掃引速度に
比例してほぼ直線的に増加し、掃引速度10hlV/S
で、およそ58μAと感度が高いことがわかった。
実験例10〜17
次に、実験例9と同じようにして、窒素ガス溶存下でサ
イクリックポルタモグラムを得た。その結果を第4図に
表す。このサイクリックポルタモグラムからv ””
(mV/S) と電流値(但し、一定電位−1,6V
(対Ag/AgC])) (7)関係を求め、表−1に
表す結果を得た。そして、電位−1,6V(対Ag/A
gCl>における窒素ガス溶存中での電流値を第5図に
△で示す。ここで、窒素飽和系の電流値を基準として、
同一電位での二酸化炭素還元電流値から窒素飽和系の電
流値を引いたものを窒素ガスー二酸化炭素ガス共存系中
の二酸化炭素濃度(二酸化炭素還元電流値)として見な
せば、この電流値と掃引速度との関係は第7図に○印で
示すようになる。すなわち、第6図にO印で示した二酸
化炭素系〜酸素系のそれとほぼ同一曲線を画く。このこ
とから、酸素系と窒素系での一定電位(−1,6V)
における電流値はほぼ同一であり、よってこの電位値
では酸素系の影響が無いことが明らかとなった。
イクリックポルタモグラムを得た。その結果を第4図に
表す。このサイクリックポルタモグラムからv ””
(mV/S) と電流値(但し、一定電位−1,6V
(対Ag/AgC])) (7)関係を求め、表−1に
表す結果を得た。そして、電位−1,6V(対Ag/A
gCl>における窒素ガス溶存中での電流値を第5図に
△で示す。ここで、窒素飽和系の電流値を基準として、
同一電位での二酸化炭素還元電流値から窒素飽和系の電
流値を引いたものを窒素ガスー二酸化炭素ガス共存系中
の二酸化炭素濃度(二酸化炭素還元電流値)として見な
せば、この電流値と掃引速度との関係は第7図に○印で
示すようになる。すなわち、第6図にO印で示した二酸
化炭素系〜酸素系のそれとほぼ同一曲線を画く。このこ
とから、酸素系と窒素系での一定電位(−1,6V)
における電流値はほぼ同一であり、よってこの電位値
では酸素系の影響が無いことが明らかとなった。
(実施例2)
実施例1で用いたルテニウムターピリジン誘導体
に、ルテニウム錯体のナフィオン膜への分散を容易にす
るため、[Ru(terpy)2]”−(PF6)2
・H2Oを等モル添加した以外は実施例1と同様にし
て、二酸化炭素濃度測定用電極を作製した。すなわち、
と、2.56mM[Ru(terpy)2]2− (P
F6)2 ・H2Oとの混合物をナフィオン溶液中に
溶解させ、この溶液をBPG 電極の表面に10μ!滴
下し、風乾させた。
るため、[Ru(terpy)2]”−(PF6)2
・H2Oを等モル添加した以外は実施例1と同様にし
て、二酸化炭素濃度測定用電極を作製した。すなわち、
と、2.56mM[Ru(terpy)2]2− (P
F6)2 ・H2Oとの混合物をナフィオン溶液中に
溶解させ、この溶液をBPG 電極の表面に10μ!滴
下し、風乾させた。
実験例18
実施例2で作製した膜電極を作用極とし、他の条件は実
験例2と同様にして水溶液系中の二酸化炭素ガス−度を
計測した。なお、電位掃引は00〜−1.6V(対Ag
/AgC1) (7) 範囲テ行−) タ。
験例2と同様にして水溶液系中の二酸化炭素ガス−度を
計測した。なお、電位掃引は00〜−1.6V(対Ag
/AgC1) (7) 範囲テ行−) タ。
この電極のサイクリックポルタモグラムは−1゜4V(
対Ag/八g[:l)から負側へ電流値が急激に変化す
る。二酸化炭素還元電流値は68μA(対Ag/Ag(
’l)であった。ただし、電位は一定(−1,6V (
対Ag/AgC1)、掃引速度は100mV/Sで行い
、表−1の結果を得た。
対Ag/八g[:l)から負側へ電流値が急激に変化す
る。二酸化炭素還元電流値は68μA(対Ag/Ag(
’l)であった。ただし、電位は一定(−1,6V (
対Ag/AgC1)、掃引速度は100mV/Sで行い
、表−1の結果を得た。
実験例19〜24
実験例8の掃引速度100mV/S の代りに、50.
20、l015.2.1.0.5mV/S と変化させ
た場合(二酸化炭素飽和系)の各々の電流値を表−1に
示す。
20、l015.2.1.0.5mV/S と変化させ
た場合(二酸化炭素飽和系)の各々の電流値を表−1に
示す。
また、V1/2と二酸化炭素ガス還元電流値(−1゜6
V(対Ag/AgC1)) との関係を第7図に口印
で示す。
V(対Ag/AgC1)) との関係を第7図に口印
で示す。
この結果、掃引速度5〜100mV/S の範囲での還
元電流値は52〜68μへの変化でありく電流値は掃弓
速度の影響を余り受けないことがわかった。このことは
、膜中のガスの拡散速度に影響の少ない程度に陽イオン
交換膜が形成されていることを示している。
元電流値は52〜68μへの変化でありく電流値は掃弓
速度の影響を余り受けないことがわかった。このことは
、膜中のガスの拡散速度に影響の少ない程度に陽イオン
交換膜が形成されていることを示している。
実験例25〜32
次に、酸素雰囲気へ切り換えて、電流値変化(1,6V
(対Ag/AgC1)) と掃引速度との関係を検討
した。なお、酸素飽和雰囲気へは約1分間程度で達する
。この結果を表−1に示す。実験例18〜24の二酸化
炭素還元電流値(掃引速度0.5〜100mV/S)と
酸素還元電流値(第1表、第7図〉との差の値を第6図
に口印で示す。その結果によれば、掃引速度0.5〜1
00mV/Sの範囲で、還元電流値は34〜44μA増
加している。
(対Ag/AgC1)) と掃引速度との関係を検討
した。なお、酸素飽和雰囲気へは約1分間程度で達する
。この結果を表−1に示す。実験例18〜24の二酸化
炭素還元電流値(掃引速度0.5〜100mV/S)と
酸素還元電流値(第1表、第7図〉との差の値を第6図
に口印で示す。その結果によれば、掃引速度0.5〜1
00mV/Sの範囲で、還元電流値は34〜44μA増
加している。
実験例33〜40
次に、窒素ガス雰囲気中での、掃引速度と電流値変化(
−1,6V(対Ag/AgCI)) ト(D関係ヲ調
ヘタ。
−1,6V(対Ag/AgCI)) ト(D関係ヲ調
ヘタ。
その結果を表−1に示す。第8図のΔ印はこれを図示し
たものである。
たものである。
実験例18〜24の二酸化炭素還元電流値(掃引速度0
.5〜100mV/S)と窒素還元電流値との差を第7
図に口印で示す。このときの電流値変化は42〜53μ
への増加であり、この掃引速度範囲では直線的に増加す
る。
.5〜100mV/S)と窒素還元電流値との差を第7
図に口印で示す。このときの電流値変化は42〜53μ
への増加であり、この掃引速度範囲では直線的に増加す
る。
表−1
〔発明の効果〕
以上説明したように請求項1または2記載の陽イオン交
換膜によれば、フッ素樹脂系で側鎖の末端にスルホニル
基およびトリフルオロ酢酸基の少なくとも一方を有する
とともに、ターピリジン系配位子−遷移金属錯体を含有
するようにしたので、遷移金属−ターピリジニル中の窒
素原子の6配位結合が弱まり二酸化炭素分子の還元反応
が促進される。したがって、この陽イオン交換膜を用い
た請求項3記載の二酸化炭素濃度測定用電極によれば、
二酸化炭素還元電流値の感度が向上するとともに、酸素
ガスに対する選択性が向上し、よって二酸化炭素ガス濃
度の測定精度が向上する。
換膜によれば、フッ素樹脂系で側鎖の末端にスルホニル
基およびトリフルオロ酢酸基の少なくとも一方を有する
とともに、ターピリジン系配位子−遷移金属錯体を含有
するようにしたので、遷移金属−ターピリジニル中の窒
素原子の6配位結合が弱まり二酸化炭素分子の還元反応
が促進される。したがって、この陽イオン交換膜を用い
た請求項3記載の二酸化炭素濃度測定用電極によれば、
二酸化炭素還元電流値の感度が向上するとともに、酸素
ガスに対する選択性が向上し、よって二酸化炭素ガス濃
度の測定精度が向上する。
第1図ないし第8図はそれぞれ本発明の詳細な説明する
ためのもので、第1図は実施例1に係る二酸化炭素濃度
測定用電極の構造を示す縦断面図、第2図は実施例1の
センサの二酸化炭素飽和系におけるサイクリックポルタ
モグラムを示す図、第3図は同じく酸素飽和系における
サイクリックポルタモグラムを示す図、第4図は同じく
窒素飽和系におけるサイクリックポルタモグラムを示す
図、第5図は実施例1のセンサの掃引速度と還元電流値
との関係を示す図、第6図は実施例1〜3のセンサの掃
引速度と真の二酸化炭素還元電流値(対酸素系電流値)
との関係を示す図、第7図は実施例1〜3のセンサの掃
引速度と真の二酸化炭素還元電流値(対窒素系電流値)
との関係を示す図、第8図は実施例2のセンサの掃引速
度と還元電流値との関係を示す図である。 11・・・・・・グラファイトカーボン基体12・・・
・・・筒体 13・・・・・・陽イオン交換膜
ためのもので、第1図は実施例1に係る二酸化炭素濃度
測定用電極の構造を示す縦断面図、第2図は実施例1の
センサの二酸化炭素飽和系におけるサイクリックポルタ
モグラムを示す図、第3図は同じく酸素飽和系における
サイクリックポルタモグラムを示す図、第4図は同じく
窒素飽和系におけるサイクリックポルタモグラムを示す
図、第5図は実施例1のセンサの掃引速度と還元電流値
との関係を示す図、第6図は実施例1〜3のセンサの掃
引速度と真の二酸化炭素還元電流値(対酸素系電流値)
との関係を示す図、第7図は実施例1〜3のセンサの掃
引速度と真の二酸化炭素還元電流値(対窒素系電流値)
との関係を示す図、第8図は実施例2のセンサの掃引速
度と還元電流値との関係を示す図である。 11・・・・・・グラファイトカーボン基体12・・・
・・・筒体 13・・・・・・陽イオン交換膜
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、フッ素樹脂系で側鎖の末端にスルホニル基およびト
リフルオロ酢酸基の少なくとも一方を有するとともに、
ターピリジン系配位子−遷移金属錯体を含有したことを
特徴とする陽イオン交換膜。 2、遷移金属錯体として、Co、Ru、Fe、Ni、M
nのいずれか1つを用いてなる請求高1に記載の陽イオ
ン交換膜。 3、請求項1または2に記載の陽イオン交換膜を導電性
基体上に設けてなる二酸化炭素濃度測定用電極。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2257194A JPH04136040A (ja) | 1990-09-28 | 1990-09-28 | 陽イオン交換膜およびこれを用いた二酸化炭素濃度測定用電極 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2257194A JPH04136040A (ja) | 1990-09-28 | 1990-09-28 | 陽イオン交換膜およびこれを用いた二酸化炭素濃度測定用電極 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04136040A true JPH04136040A (ja) | 1992-05-11 |
Family
ID=17302987
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2257194A Pending JPH04136040A (ja) | 1990-09-28 | 1990-09-28 | 陽イオン交換膜およびこれを用いた二酸化炭素濃度測定用電極 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04136040A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011057769A1 (en) * | 2009-11-10 | 2011-05-19 | Daimler Ag | Composite proton conducting electrolyte with improved additives for fuel cells |
WO2011057768A3 (en) * | 2009-11-10 | 2011-07-07 | Daimler Ag | Composite proton conducting membrane with low degradation and membrane electrode assembly for fuel cells including the same |
US9101886B2 (en) | 2009-11-10 | 2015-08-11 | Daimler Ag | Composite proton conducting membrane with low degradation and membrane electrode assembly for fuel cells |
-
1990
- 1990-09-28 JP JP2257194A patent/JPH04136040A/ja active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011057769A1 (en) * | 2009-11-10 | 2011-05-19 | Daimler Ag | Composite proton conducting electrolyte with improved additives for fuel cells |
WO2011057768A3 (en) * | 2009-11-10 | 2011-07-07 | Daimler Ag | Composite proton conducting membrane with low degradation and membrane electrode assembly for fuel cells including the same |
CN102612781A (zh) * | 2009-11-10 | 2012-07-25 | 戴姆勒股份公司 | 用于燃料电池的具有经改善的添加剂的复合质子传导性电解质 |
CN102687328A (zh) * | 2009-11-10 | 2012-09-19 | 戴姆勒股份公司 | 具有低降解性的复合质子传导膜以及包含其的燃料电池用膜电极组件 |
US9101886B2 (en) | 2009-11-10 | 2015-08-11 | Daimler Ag | Composite proton conducting membrane with low degradation and membrane electrode assembly for fuel cells |
US9172107B2 (en) | 2009-11-10 | 2015-10-27 | Daimler Ag | Composite proton conducting electrolyte with improved additives for fuel cells |
CN102612781B (zh) * | 2009-11-10 | 2015-11-25 | 戴姆勒股份公司 | 用于燃料电池的具有经改善的添加剂的复合质子传导性电解质 |
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