JPH0422221B2 - - Google Patents

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JPH0422221B2
JPH0422221B2 JP59033597A JP3359784A JPH0422221B2 JP H0422221 B2 JPH0422221 B2 JP H0422221B2 JP 59033597 A JP59033597 A JP 59033597A JP 3359784 A JP3359784 A JP 3359784A JP H0422221 B2 JPH0422221 B2 JP H0422221B2
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JP
Japan
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gas
electrode
carbon dioxide
oxygen
working electrode
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Application number
JP59033597A
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Japanese (ja)
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JPS60178346A (en
Inventor
Takeshi Shimomura
Norihiko Ushizawa
Hideichiro Yamaguchi
Noboru Koyama
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Terumo Corp
Original Assignee
Terumo Corp
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Publication date
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Priority to JP59033597A priority Critical patent/JPS60178346A/en
Publication of JPS60178346A publication Critical patent/JPS60178346A/en
Publication of JPH0422221B2 publication Critical patent/JPH0422221B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28Electrolytic cell components
    • G01N27/30Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/304Gas permeable electrodes

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 [技術分野] この発明は、混合ガスあるいは血液中に含まれ
る、例えば二酸化炭素、酸素等のガス濃度を検出
測定するガス濃度測定装置に関する。 [先行技術およびその問題点] 二酸化炭素および酸素ガスの混合気体から、そ
のそれぞれのガス濃度を検出測定する手段として
は、電解による手段が知られている。 従来、このようなガス濃度測定のために使用さ
れる酸素を検出する酸素電極は、電極系の分類か
ら、両極分離型電極と、クラーク型電極に大別さ
れる。実用上の観点からみると、経済性、耐久
性、応答特性、測定精度等の点からクラーク型電
極が主として使用されている。このクラーク型電
極は、白金製陰極と銀陽極とが、高分子膜で隔て
られた内部電解液室内に浸漬された構造のもので
ある。 一方、二酸化炭素電極も測定液からガス選択透
過膜で隔てられた内部電極液室中にPHガラス膜電
極が浸漬された構造を用いているものであるた
め、電極の微少化が困難である。また、ガス透過
膜上に測定液中に含まれている挟雑物付着のた
め、検出素子の主な目的である応答速度を遅くし
たり、妨害を与えたりする状態となる。さらに内
部液のPH値変化から二酸化炭素濃度を決定するも
のであるため、測定精度の低下状態が生じ、また
平衡電位に到達する応答速度が遅い等の問題があ
る。 このため、酸素濃度検出素子同様に、電流法を
用いた検出素子の開発が望まれている。 W.J.AlberyとP.Barron (J.Electroanalytical Chem.,138,79−87、
1982)はジルメチルスルホキシド(DMSO)溶
液を内部液に持つた二酸化炭素ガス検出素子を報
告している。この二酸化炭素ガス電極は、酸素ガ
スの妨害を受けるものである。したがつて、この
解決のために酸素電極を組合せ使用するようにし
ている。このため、電極構造が複雑になるもので
あり、また酸素選択膜、二酸化炭素選択透過膜等
の二重膜構造を取るようになつているものであ
り、必然的に応答速度の遅い状態となる。また、
この電極は回転電極として使用し、かつ溶液中で
使用しなければならないものであり、経皮電極の
ように静止状態でしかも固体表面に接触した状態
で測定することができない。回転電極として使用
する場合、比較的大きな還元電流として検出しな
ければならないものであり、また電解にも長時間
を要する状態となつて、電解生成物の影響も受け
易い状態となり、かつ短時間測定のために不適当
なものである。 発明の目的 この発明は上記のような点に鑑みなされたもの
で、電極構造を充分に簡単な構造のものとするこ
とができるようにすると共に、測定値に対する応
答性が優れ、応答時間が速くかつ長時間に渡り使
用可能な状態とする二酸化炭素、酸素等のガス濃
度測定装置を提供しようとするものである。 すなわち、この発明は少なくとも1つの開口面
を備えた外ケースと、このケースの開口面にこの
開口面を封ずるように設定され測定ガス存在部分
に対接されるガス透過膜と、上記ケース内部に先
端が上記ガス透過膜に接する状態で設定した作用
電極と、この作用電極からそれぞれ独立した状態
で設定された基準電極および対向電極と、上記外
ケース内に充填設定された非水系溶媒と、上記作
用電極と基準電極との間に電位を特定したパルス
状の電解電圧を印加する手段とを具備したことを
特徴とするガス濃度測定装置を提供することを目
的としている。 発明の具体的説明 すなわち、この発明に係るガス濃度測定装置に
あつては、1つの面にガス透過膜を設定したケー
ス内に、このガス透過膜に接触する状態で作用電
極を設定し、さらに基準電極および対向電極を設
定して、このケース内には非水系溶媒を充填した
電極体と、上記作用電極と基準電極との間には、
例えば二酸化炭素および酸素の電解電位に相当す
る2段階に電圧設定されるパルス状信号を印加し
て、上記電位に対応して電解されるガス濃度を測
定するようにしたものである。 このように、電圧を2段階状に設定することに
よつて、例えば二酸化炭素と酸素ガス濃度にそれ
ぞれ相当する電流応答が、分離して表示出力され
るようになるものであり、これらの測定結果を演
算処理することによつて、電極基体に複雑な構成
を要することなく、微細化したガス濃度測定が可
能となるものである。また、経皮検出素子のよう
に固体表面上でのガス濃度測定が可能な状態とさ
れるものである。 上記の電極は、測定対象ガス部分と高分子膜で
なるガス透過膜を隔て、この膜を透過する二酸化
炭素、酸素ガスを同一の作用電極表面で測定でき
るようになるものであり、電極内は内部液室を保
有して、この液室中に上記作用極の他に基準電
極、対向電極の3電極が浸漬設定される構造でな
るもので、作用極の周囲は絶縁された状態となつ
ている。そして、この作用電極の先端部分はガス
透過膜に接触する状態にあるため、上記膜を透過
してくる二酸化炭素、酸素ガスをこの作用極部分
でそれぞれ電解する状態となり、その還元電流応
答によつて透過してくるガスの濃度を測定するよ
うになる。このように、作用極のガス透過膜に接
触する端面部分のみが溶存ガス還元反応に対して
関与する状態となる。このため、次のような特徴
が発揮される。 (1) ガス測定精度限界値まで電極の微少化が可能
となる。 (2) 電極反応は瞬時(通常1秒以内)に行われる
状態となり、電解生成物は極めて少なくなり、
長時間に亙り使用しても挟雑物等による電流変
化を受けない。 (3) 電極内部溶液は、非水系溶媒(例えば、ジメ
チルスルホキシド)を用いており、二酸化炭素
の還元反応による電解生成物は、通常の電解方
法に比べてこの発明の方法は、還元生成物に含
まれる有機酸をおよび一酸化炭素等の分解生成
物をほとんど含まない状態である。 (4) しかも、非水溶媒を用いているので、従来の
水系法のように系中に水素ガスを生成すること
がなく、二酸化炭素の還元反応標示を妨害する
ことがない。 したがつて、シユウ酸、グリオキシル酸、グ
リコール酸、ギ酸等の有機酸等による電解表面
の妨害が少なく、電流応答速度が速い。 この場合、ガス選択透過膜は、テフロン、含フ
ツ素系化合物、およびその共重合体シリコーン、
含硅素化合物の重合体およびその共重合体、ポリ
プロピレン、ポリエチレン、ポリ弗化ビリニデン
および含塩素化合物の重合体およびその共重合
体、ポリウレタン、ポリカーボネート、ビスフエ
ノールAを一成分とする縮合系重合体、ポリスチ
レン含有重合体、スチレン系共重合体等の膜が用
いられる。 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説
明する。第1図はガス濃度を測定する検出電極体
11の構造を示すもので、テフロン等で円筒状に
構成される外ケース12を備え、このケース12
の検出端方向の開口面は、テフロン等でなるガス
透過膜13によつて、Oリングを用いて気密状態
に封ずる。上記ケース12の内部には、その中心
軸部分に対応して直径0.2mmの銀線でなる作用電
極14を設定し、さらにこの作用電極14を挟む
ような状態で基準電極15および対向電極16を
それぞれ独立する状態で設定する。この場合、こ
れら電極14〜16は平行状態に配置され、円筒
状にしたポリプロピレン等でなる内筒17の内部
に埋設設定されているもので、この内筒17は上
記外ケース12の内部にOリングを介して接触さ
れ、上記電極部分に対応するケース内部に空間を
設定してその空間部分に非水系溶液による内部液
18を充填設定する。ここで、基準電極15およ
び対向電極16は、それぞれ直径1.0mmの銀線、
および白金線によつて構成されている。また、こ
のように構成される電極体11において、特にガ
ス透過膜13を通過したガスを検出する作用電極
14は、ガス透過膜13に対して接触する状態に
設定するものである。 第2図は上記のような電極体11をされに小形
化して構成する場合に効果的な構造の例を示して
いるもので、電極14〜16を保持する内筒17
を外ケース12の内周面に接触しない筒状に構成
し、ケース12の内周面と内筒17の外周面との
間にOリング19を介在させて、内部液18の収
納部分を形成するようにする。そして、内筒17
のガス透過膜13に接触する面には、作用電極1
4に対応する部分を突出させた構成として、作用
電極14の端面のみがガス透過膜13に対して接
触するように構成しているものである。 第3図は上記のように構成される電極体11を
用いて二酸化炭素、酸素ガス濃度を測定する原理
的手段を説明するもので、ガスボンベ21,22
から二酸化炭素および酸素ガスがガス混合器23
に供給されるようになつているもので、このガス
混合器23内には被測定混合ガスが充填される状
態となつている。このガス混合器23からの混合
ガスは、容器24に設定される測定液25中に供
給され、この測定液25中のガス分圧が均一とな
るように撹拌して、この測定液25の中に上記電
極体11のガス透過膜13部分を浸漬設定するも
のである。そして、パルス電解装置26から上記
電極体11の電極に対して電圧設定したパルス状
電圧信号を供給し、これによつて得られた電流−
時間応答、電流−電圧応答をデイジタルオシロス
コープ、あるいはX−Yレコーダでなる表示記録
装置27で観測するようにする。 第4図は上記パルス電解装置26部の具体的構
成例を示すもので、タイミング制御回路27から
のタイミング信号によりプログラマブルな電圧パ
ルス発生器28を制御して、電圧値の設定された
パルス状信号を発生する。そして、この電圧設定
されたパルス状信号は、ポテンシヨスタツト29
を介して、電極体11の電極部分に供給する。こ
のポテンシヨスタツト29にあつては、溶液抵抗
値補正の機能を備えるもので、電極体11の作用
電極14と基準電極との間に、パルス発生器28
で設定された電圧が印加され、内部液18の抵抗
値の変化によつて上記電極間の電圧が変化しない
ように対向電極16に流れる電流を制御するもの
である。そして、ポテンシヨスタツト29を介し
て検出される作用電極14における電解電流を第
1あるいは第2のサンプルホールド回路30,3
1でホールドさせるようにするものである。 ここで、二酸化炭素と酸素ガスの電解電位をみ
ると、第5図に示すように二酸化炭素と酸素ガス
の電解電位が大きく相違するものであり、二酸化
炭素と酸素ガスの混合ガスの被測定ガスとして用
いる場合、作用電極に作用する電位を高い状態か
ら負電位方向に変化させると、まず酸素ガスが電
解されこの酸素ガス濃度に対応した還元電流が検
出される状態となる。そして、さらに電極電圧を
負電位にさせ、二酸化炭素の電解電位に達する
と、酸素ガスおよび二酸化炭素の混合ガス全体が
電解されるようになり、この両者のガス濃度に対
応した還元電流が検出されるようになる。したが
つて、まず酸素ガスの電解電位で還元電流を測定
し、その後二酸化炭素の電解電位で還元電流を測
定して、この二酸化炭素電位による還元電流から
上記酸素ガス電解電位による還元電流を減算すれ
ば、二酸化炭素のみの還元電流を算出することが
できるようになるもので、この減算結果から二酸
化炭素濃度が測定されるようになる。 このため、上記パルス電解装置26にあつて
は、タイミング制御回路27において電圧パルス
発生器28に対して酸素ガス電解電位を設定する
指令を与える状態の時に、第1のサンプルホール
ド回路30に対してホールド指令を与え、同様に
二酸化炭素電解電位を指令する状態で第2のサン
プルホールド回路31に対してホールド指令を与
えるようにする。すなわち、第1のホールド回路
30には、酸素ガスの還元電流がホールド設定さ
れ、第2のホールド回路31には二酸化炭素を含
む混合ガスの還元電流値がホールド設定されるよ
うになる。そして、第1のサンプルホールド回路
30からは、酸素ガス濃度に対応した出力信号が
得られ、この信号は酸素ガス濃度信号として表示
記録装置に対して供給される。 また、第2のサンプルホールド回路31からの
読み出し出力信号は、引算回路32に供給し、第
2のサンプルホールド回路31の出力信号から第
1のサンプルホールド回路30の出力信号を減算
する演算を行ない、この引算回路32から二酸化
炭素濃度に対応した出力信号が得られるようにし
ているものである。この場合、上記第1のサンプ
ルホールド回路30および引算回路32からの出
力信号は、適宜較正回路33によつて残余電流値
を引算して表示記録装置に対して供給され、酸素
還元限界電流、および二酸化炭素還元限界電流が
それぞれ直読されるようにしてなる。 第6図は、タイミング制御回路27の指令によ
つて電圧パルス発生器28で発生されるパルス信
号の状態の例を示しているもので、時間を異なら
せて電圧の相違する第1および第2のパルスaお
よびbを発生するようにしている。ここで、第1
のパルスの電圧は、前記酸素ガスの電解電位に相
当するものであり、第2のパルスの電圧は、二酸
化炭素の電解電位に相当するものであり、第1の
パルスの発生に対応して第1のサンプルホールド
回路30に対してホールド指令を与え、第2のパ
ルスの発生に対応して第2のサンプルホールド回
路にホールド指令が与えられるようになるもので
ある。 このようにして、パルス電解装置にあつては、
瞬時的に一定電位のパルス電解を実行するように
なるものであるため、電極表面に対して電解生成
物が付着し難い状態となるものであり、このため
妨害物から防御が効果的に行われるようになる。
したがつて、電解応答速度の速い状態となつて、
かつ長時間使用に対しても耐久性の優れたものと
することができる。 以上のように構成されるガス濃度測定装置によ
つて具体的に実験した例を次に説明する。この実
験例は、牛の血液中に溶存する二酸化炭素ガスお
よび酸素ガスの濃度を測定するもので、第1図で
示したような電極体11の測定面、すなわちガス
透過膜13部分を上記血液中に入れる。この場
合、上記血液に対しては、二酸化炭素および酸素
ガスを任意に混合した混合ガスを、ホロフアイバ
ー型人工肺を通して溶解させ、このガス交換され
た血液をローラポンプによつて循環させ、上記電
極体11に対して接触するようにした。ここで、
実験例のそれぞれ血液中の二酸化炭素および酸素
の混合比は713/0、570.4/142.6、
499.1/213.9、356.5/356.5、213.9/499.1、
142.6/570.4、0/713[mmHg/mmHg]と変
化させ、測定液の温度は測定電極のジヤケツト部
に恒温水を流すことによつて37℃±0.1とした。
また、電解に用いたパルス電圧信号は、第7図に
示すように第1パルスの波高を−1.3V(酸素の還
元)、第2パルスの波高を−2.3V(二酸化炭素の
還元)とし、電解時間を1.0001秒、サンプリング
時間を1秒、電解を行わない電位は−0.3Vとし
た。第1表はその測定結果を示す。
BACKGROUND OF THE INVENTION [Technical Field] The present invention relates to a gas concentration measuring device for detecting and measuring the concentration of a gas such as carbon dioxide or oxygen contained in a mixed gas or blood. [Prior Art and its Problems] Electrolytic means is known as a means for detecting and measuring the concentration of each gas from a mixed gas of carbon dioxide and oxygen gas. Conventionally, oxygen electrodes for detecting oxygen used for such gas concentration measurements are broadly classified into bipolar separation type electrodes and Clark type electrodes based on the classification of electrode systems. From a practical point of view, Clark type electrodes are mainly used due to their economic efficiency, durability, response characteristics, measurement accuracy, etc. This Clark type electrode has a structure in which a platinum cathode and a silver anode are immersed in an internal electrolyte chamber separated by a polymer membrane. On the other hand, since the carbon dioxide electrode also uses a structure in which a PH glass membrane electrode is immersed in an internal electrode liquid chamber separated from the measurement liquid by a gas selective permeation membrane, it is difficult to miniaturize the electrode. In addition, the presence of impurities contained in the measurement liquid on the gas permeable membrane slows down the response speed, which is the main purpose of the detection element, or causes interference. Furthermore, since the carbon dioxide concentration is determined from changes in the PH value of the internal solution, there are problems such as a decrease in measurement accuracy and a slow response speed to reach the equilibrium potential. For this reason, it is desired to develop a detection element using the current method, similar to the oxygen concentration detection element. W. J. Albery and P. Barron (J. Electroanalytical Chem., 138, 79-87,
(1982) reported a carbon dioxide gas detection element with a dimethyl sulfoxide (DMSO) solution in its internal liquid. This carbon dioxide gas electrode is subject to interference from oxygen gas. Therefore, to solve this problem, oxygen electrodes are used in combination. For this reason, the electrode structure is complicated, and it has a double membrane structure such as an oxygen selective membrane or a carbon dioxide selective permeable membrane, which inevitably results in a slow response speed. . Also,
This electrode is used as a rotating electrode and must be used in a solution, and cannot perform measurements in a stationary state and in contact with a solid surface like a transdermal electrode. When used as a rotating electrode, it must be detected as a relatively large reduction current, and electrolysis takes a long time, making it susceptible to the effects of electrolysis products, and short-time measurements are difficult. It is inappropriate for. Purpose of the Invention The present invention has been made in view of the above points, and it is possible to make the electrode structure sufficiently simple, and it also provides excellent responsiveness to measured values and quick response time. The present invention also aims to provide a device for measuring the concentration of gases such as carbon dioxide and oxygen, which can be used for a long period of time. That is, the present invention includes an outer case having at least one opening, a gas permeable membrane that is set on the opening of the case so as to seal the opening and is in contact with a portion where a measurement gas exists, and an inner part of the case. a working electrode whose tip is set in contact with the gas permeable membrane, a reference electrode and a counter electrode set independently from the working electrode, a non-aqueous solvent filled and set in the outer case, It is an object of the present invention to provide a gas concentration measuring device characterized by comprising means for applying a pulsed electrolytic voltage with a specified potential between the working electrode and the reference electrode. Detailed Description of the Invention That is, in the gas concentration measuring device according to the present invention, a working electrode is set in a case in which a gas permeable membrane is set on one surface, and is in contact with the gas permeable membrane, and further A reference electrode and a counter electrode are set, and the case is filled with an electrode body filled with a non-aqueous solvent, and between the working electrode and the reference electrode,
For example, a pulsed signal having voltages set in two stages corresponding to the electrolytic potentials of carbon dioxide and oxygen is applied, and the concentration of the gas electrolyzed corresponding to the above potentials is measured. By setting the voltage in two stages in this way, the current responses corresponding to, for example, carbon dioxide and oxygen gas concentrations can be displayed and output separately, and these measurement results can be By performing calculation processing, it is possible to perform finer gas concentration measurement without requiring a complicated structure for the electrode base. Furthermore, it is possible to measure gas concentration on a solid surface like a transdermal detection element. The above electrode separates the gas to be measured from a gas-permeable membrane made of a polymer membrane, and allows carbon dioxide and oxygen gases that permeate through this membrane to be measured on the same working electrode surface. It has an internal liquid chamber, and has a structure in which three electrodes, the above-mentioned working electrode, a reference electrode, and a counter electrode are immersed in the liquid chamber, and the area around the working electrode is insulated. There is. Since the tip of this working electrode is in contact with the gas permeable membrane, the carbon dioxide and oxygen gases that permeate through the membrane are electrolyzed at this working electrode, and their reduction current response causes them to be electrolyzed. Then, the concentration of the gas passing through can be measured. In this way, only the end face portion of the working electrode that contacts the gas permeable membrane participates in the dissolved gas reduction reaction. Therefore, the following characteristics are exhibited. (1) It is possible to miniaturize the electrode to the limit of gas measurement accuracy. (2) The electrode reaction occurs instantaneously (usually within 1 second), and the amount of electrolyzed products is extremely small.
Even if used for a long period of time, it will not be affected by current changes due to obstructions, etc. (3) The internal solution of the electrode uses a non-aqueous solvent (for example, dimethyl sulfoxide), and the electrolytic products produced by the reduction reaction of carbon dioxide are reduced in the method of this invention compared to ordinary electrolytic methods. It contains almost no organic acids and decomposition products such as carbon monoxide. (4) Furthermore, since a non-aqueous solvent is used, hydrogen gas is not generated in the system unlike in conventional aqueous methods, and there is no interference with the carbon dioxide reduction reaction indication. Therefore, the electrolytic surface is less disturbed by organic acids such as oxalic acid, glyoxylic acid, glycolic acid, and formic acid, and the current response speed is fast. In this case, the gas selective permeable membrane is made of Teflon, a fluorine-containing compound, and its copolymer silicone,
Polymers of silicon-containing compounds and copolymers thereof, polypropylene, polyethylene, polyvinidene fluoride, and polymers of chlorine-containing compounds and copolymers thereof, polyurethane, polycarbonate, condensation polymers containing bisphenol A as one component, A membrane made of a polystyrene-containing polymer, a styrene copolymer, or the like is used. Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows the structure of a detection electrode body 11 for measuring gas concentration.
The opening surface in the direction of the detection end is hermetically sealed by a gas permeable membrane 13 made of Teflon or the like using an O-ring. Inside the case 12, a working electrode 14 made of a silver wire with a diameter of 0.2 mm is set corresponding to the central axis portion thereof, and a reference electrode 15 and a counter electrode 16 are placed in a state sandwiching the working electrode 14. Set each independently. In this case, these electrodes 14 to 16 are arranged in parallel and embedded inside an inner cylinder 17 made of cylindrical polypropylene or the like, and this inner cylinder 17 is placed inside the outer case 12. A space is set inside the case corresponding to the electrode portion that is contacted via a ring, and the space is filled with an internal liquid 18 made of a non-aqueous solution. Here, the reference electrode 15 and the counter electrode 16 are each a silver wire with a diameter of 1.0 mm,
and platinum wire. Further, in the electrode body 11 configured in this way, the working electrode 14 that detects the gas that has passed through the gas permeable membrane 13 is set to be in contact with the gas permeable membrane 13. FIG. 2 shows an example of an effective structure when the electrode body 11 as described above is made smaller.
is formed into a cylindrical shape that does not contact the inner circumferential surface of the outer case 12, and an O-ring 19 is interposed between the inner circumferential surface of the case 12 and the outer circumferential surface of the inner cylinder 17 to form a storage portion for the internal liquid 18. I'll do what I do. And inner cylinder 17
The working electrode 1 is placed on the surface that contacts the gas permeable membrane 13.
4 is configured such that only the end surface of the working electrode 14 is in contact with the gas permeable membrane 13. FIG. 3 explains the principle means for measuring carbon dioxide and oxygen gas concentrations using the electrode body 11 configured as described above.
Carbon dioxide and oxygen gas from the gas mixer 23
This gas mixer 23 is filled with the mixed gas to be measured. The mixed gas from this gas mixer 23 is supplied to a measuring liquid 25 set in a container 24, and is stirred so that the gas partial pressure in this measuring liquid 25 becomes uniform. The gas permeable membrane 13 portion of the electrode body 11 is immersed in the liquid. Then, a pulsed voltage signal with a voltage setting is supplied to the electrodes of the electrode body 11 from the pulse electrolyzer 26, and the current -
The time response and current-voltage response are observed using a display/recording device 27 consisting of a digital oscilloscope or an X-Y recorder. FIG. 4 shows a specific example of the configuration of the pulse electrolysis device 26 section, in which a programmable voltage pulse generator 28 is controlled by a timing signal from a timing control circuit 27 to generate a pulse-like signal with a set voltage value. occurs. Then, this voltage-set pulse signal is sent to the potentiostat 29.
It is supplied to the electrode portion of the electrode body 11 via. This potentiostat 29 has a solution resistance value correction function, and a pulse generator 28 is connected between the working electrode 14 and the reference electrode of the electrode body 11.
A voltage set in is applied, and the current flowing through the counter electrode 16 is controlled so that the voltage between the electrodes does not change due to a change in the resistance value of the internal liquid 18. Then, the electrolytic current at the working electrode 14 detected via the potentiostat 29 is transferred to the first or second sample and hold circuit 30, 3.
This is to hold the value at 1. Here, when looking at the electrolytic potentials of carbon dioxide and oxygen gas, as shown in Figure 5, the electrolytic potentials of carbon dioxide and oxygen gas are greatly different, and the measured gas is a mixed gas of carbon dioxide and oxygen gas. When used as a device, when the potential applied to the working electrode is changed from a high state to a negative potential direction, oxygen gas is first electrolyzed and a reduction current corresponding to the oxygen gas concentration is detected. Then, when the electrode voltage is further made negative and reaches the electrolytic potential of carbon dioxide, the entire mixed gas of oxygen gas and carbon dioxide is electrolyzed, and a reduction current corresponding to the concentration of both gases is detected. Become so. Therefore, first measure the reduction current at the electrolysis potential of oxygen gas, then measure the reduction current at the electrolysis potential of carbon dioxide, and subtract the reduction current due to the oxygen gas electrolysis potential from this reduction current due to the carbon dioxide potential. For example, the reduction current of only carbon dioxide can be calculated, and the carbon dioxide concentration can be measured from the result of this subtraction. For this reason, in the pulse electrolysis device 26, when the timing control circuit 27 is in a state where a command is given to the voltage pulse generator 28 to set the oxygen gas electrolysis potential, the first sample hold circuit 30 is A hold command is given, and a hold command is given to the second sample and hold circuit 31 while also commanding the carbon dioxide electrolytic potential. That is, the first hold circuit 30 is set to hold the reduction current of oxygen gas, and the second hold circuit 31 is set to hold the reduction current value of the mixed gas containing carbon dioxide. An output signal corresponding to the oxygen gas concentration is obtained from the first sample hold circuit 30, and this signal is supplied to the display/recording device as an oxygen gas concentration signal. Further, the read output signal from the second sample and hold circuit 31 is supplied to a subtraction circuit 32 to perform an operation of subtracting the output signal of the first sample and hold circuit 30 from the output signal of the second sample and hold circuit 31. The subtraction circuit 32 is configured to perform this operation so that an output signal corresponding to the carbon dioxide concentration can be obtained from the subtraction circuit 32. In this case, the output signals from the first sample hold circuit 30 and the subtraction circuit 32 are supplied to the display/recording device after subtracting the residual current value by the calibration circuit 33 as appropriate, and the oxygen reduction limit current is , and the carbon dioxide reduction limit current can be directly read. FIG. 6 shows an example of the state of a pulse signal generated by the voltage pulse generator 28 according to a command from the timing control circuit 27. pulses a and b are generated. Here, the first
The voltage of the pulse corresponds to the electrolytic potential of the oxygen gas, the voltage of the second pulse corresponds to the electrolytic potential of carbon dioxide, and the voltage of the second pulse corresponds to the electrolytic potential of carbon dioxide. A hold command is given to the first sample and hold circuit 30, and a hold command is given to the second sample and hold circuit in response to the generation of the second pulse. In this way, in the case of a pulse electrolyzer,
Since pulse electrolysis is carried out instantaneously at a constant potential, electrolytic products are difficult to adhere to the electrode surface, thus effectively protecting against obstructions. It becomes like this.
Therefore, the electrolytic response speed becomes fast,
Moreover, it can be made to have excellent durability even when used for a long time. A specific example of an experiment using the gas concentration measuring device configured as described above will be described next. In this experimental example, the concentration of carbon dioxide gas and oxygen gas dissolved in the blood of a cow is measured.The measurement surface of the electrode body 11 as shown in FIG. insert. In this case, a mixed gas of carbon dioxide and oxygen gas is dissolved in the blood through a holofiber oxygenator, and this gas-exchanged blood is circulated by a roller pump, and the blood is heated to the electrodes. It was made to make contact with the body 11. here,
The mixing ratios of carbon dioxide and oxygen in the blood in the experimental examples were 713/0, 570.4/142.6,
499.1/213.9, 356.5/356.5, 213.9/499.1,
142.6/570.4, 0/713 [mmHg/mmHg], and the temperature of the measurement liquid was set to 37°C ± 0.1 by flowing constant temperature water through the jacket of the measurement electrode.
In addition, the pulse voltage signal used for electrolysis is as shown in Fig. 7, with the wave height of the first pulse being -1.3V (reduction of oxygen) and the wave height of the second pulse being -2.3V (reduction of carbon dioxide). The electrolysis time was 1.0001 seconds, the sampling time was 1 second, and the potential at which no electrolysis was performed was -0.3V. Table 1 shows the measurement results.

【表】 このような実験結果から、供給混合ガス中の酸
素分圧(mmHg)に対して酸素の還元電流値をプ
ロツトすると、第8図に示すように良好な直線関
係が得られた。 一方、供給混合ガス中の二酸化炭素分圧に対し
て二酸化炭素の限界電流値をプロツトすると、第
9図に示すようになり、これも良好な直線性が得
られた。 すなわち、このような測定装置を用いることに
よつて、二酸化炭素および酸素ガスの溶存する血
液中において、同一の電極によつて二酸化炭素お
よび酸素それぞれの濃度を独立して測定できるこ
とが確認されるものである。 発明の具体的効果 以上説明したようなこの発明に係る測定装置に
よれば、パルス電解法を用いて溶液中の溶存ガス
それぞれに対応する電圧の下における還元電流と
して、そのそれぞれの濃度を同一電極によつて測
定できるものであり、またその測定は瞬時にして
行われ、電解生成物の極めて少ない状態で実行さ
れる。 また、上記パルス電解法は、例えば二酸化炭
素、酸素ガスの濃度に相当するガスの還元反応
を、一定電位で間欠的にかつ瞬時的に生じさせる
ため、電極表面の気・液平衡に達する時間が迅速
となり、電流応答時間が1秒以内と速い状態とさ
れる。 さらに電極体の作用電極は、その断面部分でガ
ス濃度検知をする状態に設定できるものであるた
め、この電極の微少化のために大きな効果を発揮
する。 そして、この作用電極は、固体表面に接触する
状態でも作動できるものであり、経皮電極として
効果的に用いることができ、血液中の二酸化炭
素、酸素濃度の測定等に対して効果的に利用でき
るようになるものである。
[Table] Based on these experimental results, when the oxygen reduction current value was plotted against the oxygen partial pressure (mmHg) in the supplied mixed gas, a good linear relationship was obtained as shown in FIG. On the other hand, when the limiting current value of carbon dioxide was plotted against the partial pressure of carbon dioxide in the supplied mixed gas, it became as shown in FIG. 9, and good linearity was also obtained. In other words, it is confirmed that by using such a measuring device, the concentrations of carbon dioxide and oxygen can be measured independently in blood in which carbon dioxide and oxygen gases are dissolved, using the same electrode. It is. Specific Effects of the Invention According to the measuring device according to the present invention as explained above, the concentration of each dissolved gas in a solution is measured using the same electrode as a reduction current under a voltage corresponding to each dissolved gas in a solution using a pulse electrolysis method. The measurement can be carried out instantaneously and with a very small amount of electrolysis products. In addition, in the above pulse electrolysis method, the reduction reaction of a gas corresponding to the concentration of carbon dioxide or oxygen gas occurs intermittently and instantaneously at a constant potential, so it takes time to reach gas-liquid equilibrium on the electrode surface. The current response time is fast, within 1 second. Furthermore, since the working electrode of the electrode body can be set to a state where gas concentration is detected at its cross section, it is highly effective in miniaturizing the electrode. This working electrode can operate even when in contact with a solid surface, and can be effectively used as a transdermal electrode, and can be effectively used for measuring carbon dioxide and oxygen concentrations in blood, etc. It is possible to do it.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの発明の一実施例に係るガス濃度測
定装置を説明するための電極体構造を示す断面
図、第2図は同じく電極体構造の他の例を示す断
面図、第3図は上記電極体を用いた測定手段を原
理的に説明する構成図、第4図は上記測定手段で
用いられるパルス電解装置を説明する構成図、第
5図は二酸化炭素および酸素ガスの電解電位の状
態を説明する図、第6図は上記パルス電解装置で
電極部に供給されるパルス電圧信号の状態を示す
図、第7図は上記装置の実験例における電極供給
パルス信号の状態を示す図、第8図および第9図
はそれぞれ上記実験例における酸素および二酸化
炭素の還元電流の状態をプロツトして示す図であ
る。 11……電極体、12……外ケース、13……
ガス透過膜、14……作用電極、15……基準電
極、16……対向電極、18……内部液、26…
…パルス電解装置、27……タイミング制御回
路、28……プログラマブル電圧パルス発生器、
29……ポテンシヨスタツト、30,31……第
1および第2のサンプルホールド回路、32……
引算回路。
FIG. 1 is a sectional view showing an electrode body structure for explaining a gas concentration measuring device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view showing another example of the electrode body structure, and FIG. 3 is a sectional view showing another example of the electrode body structure. Fig. 4 is a block diagram explaining the principle of the measuring means using the above electrode body, Fig. 4 is a block diagram explaining the pulse electrolyzer used in the above measuring means, and Fig. 5 is the state of the electrolytic potential of carbon dioxide and oxygen gas. FIG. 6 is a diagram showing the state of the pulse voltage signal supplied to the electrode section in the pulse electrolyzer, FIG. 7 is a diagram showing the state of the electrode supply pulse signal in an experimental example of the above device, and FIG. FIGS. 8 and 9 are diagrams plotting the states of oxygen and carbon dioxide reduction currents in the above experimental example, respectively. 11... Electrode body, 12... Outer case, 13...
Gas permeable membrane, 14... Working electrode, 15... Reference electrode, 16... Counter electrode, 18... Internal liquid, 26...
...Pulse electrolyzer, 27...Timing control circuit, 28...Programmable voltage pulse generator,
29... Potentiostat, 30, 31... First and second sample and hold circuits, 32...
Subtraction circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 少なくとも1つの開口面を備えた外ケース
と、 このケースの開口面にこの開口面を封ずるよう
に設定され、測定ガス存在部分に対設されるガス
透過膜と、 上記ケース内部に先端が上記ガス透過膜に接す
る状態で設定した作用電極と、 この作用電極からそれぞれ独立した状態で設定
された基準電極および対向電極と、 上記外ケース内に充填設定された非水系溶媒
と、 上記作用電極と基準電極との間に、電位を特定
した少なくとも2種類の電位が設定されるパルス
状の電解電圧を印加する手段とを具備し、 上記のパルス状の電解電圧に設定される少なく
とも2種類の電位にそれぞれ対応して還元電流を
測定し、その測定値に基づいて所定ガスの濃度を
求めるようにしたことを特徴とするガス濃度測定
装置。
[Scope of Claims] 1: an outer case having at least one opening; a gas permeable membrane configured to seal the opening of the case and facing a portion where a measurement gas exists; A working electrode set inside the case with its tip in contact with the gas permeable membrane, a reference electrode and a counter electrode set independently from the working electrode, and a non-aqueous system filled and set inside the outer case. a solvent; and means for applying a pulsed electrolytic voltage in which at least two specified potentials are set between the working electrode and the reference electrode, and the voltage is set to the pulsed electrolytic voltage as described above. A gas concentration measuring device characterized in that a reduction current is measured corresponding to at least two types of potentials, and the concentration of a predetermined gas is determined based on the measured values.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0646191B2 (en) * 1985-01-29 1994-06-15 テルモ株式会社 Carbon dioxide gas measuring device
JPH03123847A (en) * 1989-10-06 1991-05-27 Fujitsu Ltd Method for driving oxygen electrode
US5222388A (en) * 1991-03-19 1993-06-29 University Of California Patent, Trademark & Copyright Office Nitrogen dioxide detection

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS51131691A (en) * 1975-05-13 1976-11-16 Mitsubishi Chem Ind Ltd Voltammetry apparatus
JPS58143263A (en) * 1982-02-22 1983-08-25 Hitachi Ltd Gas sensor

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS51131691A (en) * 1975-05-13 1976-11-16 Mitsubishi Chem Ind Ltd Voltammetry apparatus
JPS58143263A (en) * 1982-02-22 1983-08-25 Hitachi Ltd Gas sensor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105116039A (en) * 2015-07-31 2015-12-02 齐齐哈尔医学院 Polarographic and dissolution analysis three-electrode sensor with low RC electrolytic tank time constant

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