JPS59500833A - Method for measuring gas concentration, gas sensor and device therefor - Google Patents

Method for measuring gas concentration, gas sensor and device therefor

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JPS59500833A
JPS59500833A JP50211683A JP50211683A JPS59500833A JP S59500833 A JPS59500833 A JP S59500833A JP 50211683 A JP50211683 A JP 50211683A JP 50211683 A JP50211683 A JP 50211683A JP S59500833 A JPS59500833 A JP S59500833A
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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。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 気体センサーおよびその使用方法 技術分野 本発明は気体および液体中の各種気体(cO2、CO,H2S、炭化水素類、ア ルコール蒸気、NOxなどを含む)の濃度を電気化学的に測定するだめのセンサ ーに関する。さらに詳細((は、本発明は、還元吸着(例えばCO2の場合)件 たは酸化吸着(例えばアルコールの場合)によって電気化学的に、あるいは特殊 吸着(例えばcOおよび炭化水素類の場合)によって非電気化学的に白金および その他の金属の表面に生成する吸着種を測定することにより気体の分圧を定量す るためのセンサー、および必要に応シてほぼ同時に、しかし独立に気体または液 体中の酸素含量を定量するためのセンサーに関する。[Detailed description of the invention] Gas sensors and how to use them Technical field The present invention is applicable to various gases (cO2, CO, H2S, hydrocarbons, etc.) in gases and liquids. A sensor that electrochemically measures the concentration of alcohol (including alcohol vapor, NOx, etc.) - related. Further details or electrochemically by oxidative adsorption (e.g. in the case of alcohols) or by special Platinum and The partial pressure of a gas can be determined by measuring the adsorbed species generated on the surface of other metals. a sensor for detecting a gas or liquid, and near the same time but independently if necessary. Relating to a sensor for quantifying oxygen content in the body.

背景技術 現在使用されている電気化学的センサーは、電位差計型かポーラログラフ型(そ の他の電流測定方式を含む)である。Background technology Electrochemical sensors currently in use are of the potentiometric or polarographic type. (including other current measurement methods).

電位差計型センサーは基本的には変形p)]電極であり、その作用原理はHイオ ン濃度の対数の事実上線型関数である電位の測定を基礎としている。典型的には 、二酸化炭素、硫化水素、窒素酸化物、二酸化硫黄などに用いられる電気化学的 センサーはこの分類に属する。−例として、このセンサーではpHと二酸化炭素 分圧との間の関係は、 △pH=0.97△Aog]、oPco2である。The potentiometer type sensor is basically a modified p)] electrode, and its working principle is based on H ion. It is based on the measurement of a potential that is effectively a linear function of the logarithm of the concentration of the ion. typically , carbon dioxide, hydrogen sulfide, nitrogen oxides, sulfur dioxide, etc. Sensors belong to this category. - As an example, this sensor uses pH and carbon dioxide. The relationship between partial pressure is ΔpH=0.97ΔAog], oPco2.

室温でpHの1単位に和尚する電位の変fヒば60mVより小さいので、この種 の測定法が本来不正確であることは明らかである( Pco2が係数2で変化す ると18mVの変化となる)。さらに、ガラス電極−!たけ他の型の一一電極、 例えばパラジウム/酸化パラジウム、イリジウム/酸化イリジウム、または固体 素子Chem FET )]+電極が使用されても、この型のセンサーはpH電 極の問題点、即ち、低感度、遅い応答時間およびかなりのずれを本来もっている 。The change in potential for one unit of pH at room temperature is less than 60 mV, so It is clear that the measurement method is inherently inaccurate (Pco2 varies by a factor of 2). (This results in a change of 18 mV). Furthermore, glass electrodes! Takeo's other type of electrodes, For example palladium/palladium oxide, iridium/iridium oxide or solid Even if an electrode is used, this type of sensor does not require a pH voltage. Inherently suffers from the problems of poles: low sensitivity, slow response time, and significant deviation. .

電流測定に基つくポーラログラフ型およびその他のセンサーは2個捷たは3個の 電極を備えている。いずれの場合も、この型のセンサーの作用原理は、測定され る気体に関する酸化(捷たは還元)反応の電流、通常は限界電流の測定に基づい ている。この電流の強さは環境中のガスの分圧に比例させである。典型的には、 酸素、−酸化炭素およびアルコールに用いる電気化学的センサーはこの型に属す る。この型のセンサーの大きな問題点は感度が低く、選択性が劣ることである。Polarographic and other sensors based on current measurement have two or three Equipped with electrodes. In any case, the working principle of this type of sensor is that the measured based on the measurement of the current, usually the limiting current, of an oxidation (or reduction) reaction for a gas ing. The strength of this current is proportional to the partial pressure of the gas in the environment. Typically, Electrochemical sensors for oxygen, carbon oxides and alcohols belong to this type. Ru. The major problem with this type of sensor is its low sensitivity and poor selectivity.

本発明の主目的は、一定条件の下で金属電極上に生成される化学吸着種の量を電 気化学的に測定することによる各種の気体(例えばco、CO2、H2S、 N OX、アルコール蒸気、炭化水素類など)の分圧の電気化学的測定法を提供する ことである。The main objective of the present invention is to reduce the amount of chemisorbed species generated on metal electrodes under certain conditions. Various gases (e.g. co, CO2, H2S, N Provides an electrochemical method for measuring the partial pressure of OX, alcohol vapor, hydrocarbons, etc. That's true.

本発明の別の目的は、単一センサーで前述したような各種気体の分圧および酸素 含量をほぼ同時にかつ独立に測定する電気化学的方法を提供することである。Another object of the present invention is to provide a single sensor for measuring partial pressures of various gases and oxygen as described above. It is an object of the present invention to provide an electrochemical method for measuring content substantially simultaneously and independently.

本発明のさらに別の目的は、電気化学的(還元または酸化過程を経て)に、また は非電気化学的(即ち、化学吸着)に電極表面上に生成される吸着種の量を測定 することによって混合気体および液体中の特定気体の分圧を測定するだめのセン サーを提供することである。Yet another object of the invention is to electrochemically (via reduction or oxidation processes) and measures the amount of adsorbed species generated on the electrode surface non-electrochemically (i.e. chemisorption) A sensor that measures the partial pressure of a specific gas in a mixture of gases and liquids by The goal is to provide services.

本発明のさらに別の目的は、単一センサーで前述しまたような各種気体の分圧お よび酸素含量をほぼ同時にかつ独立に測定するためのセンサーを提供することで ある。Yet another object of the present invention is to measure the partial pressures of various gases as described above with a single sensor. By providing a sensor for near-simultaneously and independently measuring be.

本発明のこれらの目的およびその他の目的は以下の詳細な記載から明らかであろ う。These and other objects of the invention will be apparent from the detailed description below. cormorant.

本発明の目的を達成する基礎となる概念は、一定条件の下で白金才たはその他の 電極表面上に生成される吸着電気活性種の量を測定することで、この量(付着量 )は前記一定条件の下では測定される気体の分圧のみの関数である。センサーの 形態として、電解液には不透過性であるか気体には透過性である疎水性隔膜によ って各電極が周囲環境から隔離されている。この薄膜の背後の電極側には測定さ れる気体種とnfl溶件のある電解液が存在する( CO2の場合、例えばこの 電解液は酸、リン酸塩緩衝液、不活性塩を含む炭酸水素塩なととすることができ る)。The underlying concept for achieving the objectives of the present invention is that, under certain conditions, platinum or other By measuring the amount of adsorbed electroactive species generated on the electrode surface, this amount (adhesion amount ) is a function only of the partial pressure of the gas being measured under the given conditions. of the sensor Formally, it is formed by a hydrophobic diaphragm that is impermeable to electrolytes or permeable to gases. Each electrode is isolated from the surrounding environment. The electrode side behind this thin film is There exists an electrolyte with gas species and nfl solubility (in the case of CO2, for example, this The electrolyte can be an acid, a phosphate buffer, or a bicarbonate containing an inert salt. ).

センサーは、吸着電気活性種を生成させる作用電極と対電極に加えて、参照電極 せたけ外部参照電イタに連絡する電解橋を有する。場合によって、対電極は参照 電極として使用することもてきる。作用電極は白金またはその他の貴金属、例え ばパラジウム、イリジウム、ロジウム、オスミウム、ルテニウム、金およびこれ らの各種合金捷たは卑金属との合金であシ、平滑な表面捷たは大きい表面積を有 することができる。The sensor includes a reference electrode in addition to a working and counter electrode that generates adsorbed electroactive species. It has an electrolytic bridge that connects to the Setake external reference station. In some cases, the counter electrode is a reference It can also be used as an electrode. The working electrode is platinum or other noble metal, e.g. palladium, iridium, rhodium, osmium, ruthenium, gold and It is made of various alloys of these materials or alloys with base metals, and has a smooth surface or a large surface area. can do.

好ましくは、測定は電位制御方式に基つくものであり、この方式とは、ポテンノ ヨスクノトを使用して少なくとも2つの電位・ξルスを短時間に連続して作用電 極に与えで次のように行なうものである い)関与する反応により作用電極上に電気化学的(部分酸化寸たは還元による) に、あるいは非電気化学的(化学吸着による)に吸着電気活性種か生成されるよ うに吸着質生成電位パルスを制御する。Preferably, the measurement is based on a potential-controlled method, which means Apply at least two potentials and ξruses in a short period of time using the Yosukunoto It is given to the pole and is done as follows. ) Electrochemical (by partial oxidation or reduction) on the working electrode due to the reactions involved or non-electrochemically (by chemisorption) to generate adsorbed electroactive species. Control the sea urchin adsorbate generation potential pulse.

吸着種のN(伺着量)は電極電位、電極表面粗度係数、電什最近傍の気体濃度お よび時間の関数である。電極最近傍領域の気体濃度は外部環境のガスの分圧に関 係し、隔膜と電解液の物質移動特性によって変化する。「隔膜限定」センサーの 場合、飽和以前に生成される吸着質の量は、他の因子がすべて一定に維持されて いれば、隔膜の透過度と測定される気体の分圧に依存する。あるいは、気体の分 圧は吸着質の速度論的生成速度を用いて、または吸着質付着量と気体継度との間 の等温式を用いて決定することができる。The amount of adsorbed species (N) depends on the electrode potential, electrode surface roughness coefficient, gas concentration near the electricity supply, and and time. The gas concentration in the region closest to the electrode is related to the partial pressure of the gas in the external environment. It varies depending on the mass transfer properties of the diaphragm and electrolyte. “Diaphragm limited” sensor If, before saturation, the amount of adsorbate produced is It depends on the permeability of the membrane, if any, and the partial pressure of the gas being measured. Alternatively, the amount of gas The pressure is calculated using the kinetic formation rate of the adsorbate or between the adsorbate loading and the gas junction. It can be determined using the isotherm equation.

(B) 測定用の電位パルスの間に、吸着種の酸化による荷電が測定される。こ の荷電は測定される気体の分圧の関数である。(B) During the measurement potential pulse, the charge due to oxidation of the adsorbate is measured. child The charge on is a function of the partial pressure of the gas being measured.

(C) 必要に応じて、活性化用(−!たけ浄化用)電位のパルスを含めること ができ、この間に高い(陽極)電位を印加することによって電極表面の不純物は 浄化される。(C) If necessary, include a pulse of activation (-! level purification) potential. By applying a high (anodic) potential during this time, impurities on the electrode surface can be removed. be purified.

これらの電位「−パルス」は一定の電位パルスである必吸はない。これらは所定 の電位一時間関数とすることができる。1つの電位パルスから次の電位パルスへ の変化は任意の電位段階とすることができ、脣たけ徐々に変化する電位一時間関 数に従って起こるものでもよい。具体的にdl、測定用電位パルスは電位動力学 的に、即ち、作用(検出)電極と参照電極との間の電位一時間関数を制御するこ とによって、あるいはガルバノスタソトヲ用イて、即ち、作用電極と参照電極と の間の電流を制御することによって得ることができる。いずれの方法の場合も、 測定段階の間に流れる荷電は電流を電子的に積算し、分圧の@i位に変換するこ とによってめることができる。These potential "-pulses" do not necessarily have to be constant potential pulses. These are prescribed can be a function of the potential over time. From one potential pulse to the next potential pulse The change in potential can be any step, and the potential changes gradually over time. It may also occur according to a number. Specifically, dl, the potential pulse for measurement is potential dynamics. i.e., to control the potential-time function between the working (sensing) electrode and the reference electrode. or by using a galvanostat, i.e., the working electrode and the reference electrode. can be obtained by controlling the current between. In either method, The charge that flows during the measurement phase can be electronically integrated into the current and converted into a partial pressure. It can be determined by

疎水性隔膜か存在するため、測定の間に隔膜の外部の不揮発性抑制剤および共存 反応体による作用はない。吸着質生成パルスの間に吸着質生成用電流が積算され るので酸素の相互作用は極めて低く保たれ、捷だ酸素還元による電流は含1れな い。Due to the presence of a hydrophobic diaphragm, non-volatile inhibitors and coexistence outside the diaphragm during measurements There is no effect by the reactants. The adsorbate generation current is integrated during the adsorbate generation pulse. Therefore, the interaction with oxygen is kept extremely low, and the current due to temporary oxygen reduction is not included. stomach.

この電気化学的気体検出方法は′感度が高い。その理由は、この方法では、液体 中の微量金属の測定に通常使用されるストリッピング・ポルタンメトリーの手法 に類似して、電極上の吸着種の酸化に必要な電流が積算されるからである。This electrochemical gas detection method is highly sensitive. The reason is that this method uses liquid Stripping portammetry technique commonly used to measure trace metals in This is because, similar to , the current required to oxidize the adsorbed species on the electrode is integrated.

この電気化学的気体検出方法は寸だ、標準ポーラログラフ型寸たは電位差計型の 方法にくらべて、共存反応体の存在下ではるかに高い選択性を本来有している。This electrochemical gas detection method is simple, standard polarographic or potentiometric. method, it inherently has much higher selectivity in the presence of co-reactants.

その理由は、この気体検出方法は操作・?ラメーターおよび出力データの分析技 術を広く選ぶことができるからである。The reason is that this gas detection method is not operated or tested. Analysis techniques for parameters and output data This is because you can choose from a wide variety of techniques.

気体センサーの選択性は以下の1〜5に記載の事項によって著しく増大させるこ とができる 1、吸着電位の選択 吸着速度は電位に依存するので、吸着電位・ξルスはセンサーの選択性の点で重 要なパラメーターと々る。例えば、COはRHE (可逆水素電極)に対しテ0 .0−0.7s vの電位範囲で白金上に吸着され、一方、CO2はo、o〜0 .4vで還元により吸着される。したがって、吸着電位を高< (0,40〜0 .75vの範囲に)することによって混合気体中のCO2の妨害を排除すること が可能である。The selectivity of the gas sensor can be significantly increased by the items described in 1 to 5 below. can be done 1. Selection of adsorption potential Since the adsorption rate depends on the potential, the adsorption potential and ξrus are important in terms of sensor selectivity. Find the necessary parameters. For example, CO is 0% for RHE (reversible hydrogen electrode). .. CO2 is adsorbed on platinum in the potential range of 0-0.7 sv, while CO2 is .. Adsorbed by reduction at 4v. Therefore, the adsorption potential is set to high <(0,40~0 .. 75v range) to eliminate interference with CO2 in the gas mixture is possible.

2 電流ピークの分離 電極上に2種以上の化学種が化学吸着される場合、各酸化電流ピークを一定掃引 速度の陽極傾斜の間で十分(て分1ifflfさせて所定の電位範囲内で個々の ピーク(寸たは関係する電流ピーク)を積算することができる。例として、[− 還元されたCO2JとCQの各酸化電流ピークはほぼ100mV 離れている。2 Separation of current peaks When two or more chemical species are chemisorbed on the electrode, each oxidation current peak is constantly swept. The speed of the anode ramp is sufficient (to 1 ifflf) to separate the individual within a predetermined potential range. The peaks (dimensions or related current peaks) can be integrated. As an example, [− The respective oxidation current peaks of reduced CO2J and CQ are approximately 100 mV apart.

さらに、吸着種の不可逆的酸化の場合はピーク電位が電子移動率の関数であるの で、各酸化電流ピークの分離は陽極傾斜の勾配を変化させることによって実施す ることができる。あるいは、陽極傾斜を傾斜割合の異なった数個の部分に「切断 Jすることができる。傾斜割合を微調整し、マイクロプロセッサ−積算のための 出力電流曲線の各部分を適切に選ぶと選択性を高くするととがてきる。Furthermore, in the case of irreversible oxidation of adsorbed species, the peak potential is a function of the electron transfer rate. The separation of each oxidation current peak is performed by changing the slope of the anode tilt. can be done. Alternatively, the anode slope can be “cut” into several parts with different slope ratios. You can do J. Fine-tune the slope percentage and use the microprocessor for integration. Selectivity can be improved by appropriately selecting each part of the output current curve.

材料が異なると気体に対する吸着親和力が異なる。したがって、一定の電位範囲 内では、特定のガスはある一定の拐料に吸着するが、その他の材料には吸着しな いことは十分あり得る。例えば、COはo、o〜0.75 V (R1−IFに 対して)の電位の白金に吸着されるニ一方、ロジウーム十では−0,2〜+〇、 5 Vで吸着が起こる。白金黒付き白金の場合、電位は平滑な白金の場合よシわ ずかに移動する。同様に、妨害物質の酸化電流ピークは異なる表面上では異なる 電位で生じる場合があり得る。このことは捷だ選択性を向上させる。Different materials have different adsorption affinities for gases. Therefore, a certain potential range In the interior, certain gases are adsorbed by certain particles but not by other materials. There is a good chance that something will happen. For example, CO is o, o ~ 0.75 V (at R1-IF On the other hand, rhodium 10 is adsorbed by platinum at a potential of -0,2 to +〇, Adsorption occurs at 5 V. In the case of platinum with black platinum, the potential is wrinkled compared to that of smooth platinum. move slowly. Similarly, the oxidation current peaks of interfering substances are different on different surfaces. It may occur due to electric potential. This greatly improves selectivity.

4、吸着電流ピークの不存在 白金上に吸着しない酸素のような共存反応体については、対応する吸着電流ピー クは認められない。この場合、限界電流(ポーラログラフ)法を利用して、同一 センサーを使用してその濃度を決定することができる。4. Absence of adsorption current peak For coexisting reactants such as oxygen that do not adsorb on platinum, the corresponding adsorption current peak ku is not allowed. In this case, the limiting current (polarographic) method is used to A sensor can be used to determine its concentration.

5、センサー操作温度の調節 例えば、炭化水素類(例、cH4)Vi高温で強く吸着するが、室温では付着量 ばほとんと無視できることが知られている。センサーを高温(例、60 ′C以 上)で操作することにより同じセンサーをメタンに対してより選択的に第1図は 生体外用センサーの縦断面図で、径間電極fd図示せず: 第2図は第1図のセンサーの横断面図であり。5. Adjustment of sensor operating temperature For example, hydrocarbons (e.g. cH4)Vi strongly adsorbs at high temperatures, but at room temperature the amount of adhesion increases. It is known that it can be almost ignored. Do not expose the sensor to high temperatures (e.g. 60'C or higher). Figure 1 shows that by operating the same sensor more selectively for methane (above), A longitudinal cross-sectional view of the in vitro sensor, with the span electrode fd not shown: FIG. 2 is a cross-sectional view of the sensor of FIG. 1.

第3図は別の設計によるセンサーの軸線に沿った概略断面図であり: 第4図は別の設計のさらに別のセルの軸線方向に沿った概略断面図であり; 第5図は別の設計のさらに別の一ヒルの軸線方向に沿った概略断面図であり: 第6図は電位制御される電気化学的測定系のブロック図であり; 第7図は浄化段階を含む電位制御センサーサイクルの波形を示し; 第8図は浄化段階のない電位制御センサーサイクルの波形を示し; 第9図は電位制御センサーサイクルの別の波形を示し;第10図は電位制御セン サーサイクルのさら(C別の波形であり; 第11図は電位制御/ガルバノスタット制御方式の電気化学的測定系のブロック 図であり; 第11へ図と第11互図は電位制御/ガルバノスタンド制御(電流制御)測定系 の電位一時間曲線を示し;第12図はガルバノスタット制御方式の電気化学的測 定系のブロック図であり; 第12−図と第12 b図はガルバノスタットで制御される測定系の電流一時間 曲線と電位一時間曲線をそれぞれ示し; 第13図は測定が開路電位で行なわれる電極表面上の二酸化炭素の還元吸着測定 に関する電位一時間曲線を示し;第14図(1可逆水素電極に対して79 mV で40秒間還元吸着後に得られた、各梯濃度の二酸化炭素についての電流−電位 曲線を示し; 第15図はtactsの効果を示す一連のQ。X対P。03曲線であり ; 第16図は各棹濃度の一酸化炭素についての電流−電位曲巌を示し; 第17図はQox対PCO曲線であり、そして第18図は榎々の時間(jads  )における一定濃度および一定吸着電位でのH2Sについての電流−電位曲線 を示す。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view along the axis of a sensor according to another design: FIG. 4 is a schematic axial cross-sectional view of yet another cell of another design; FIG. 5 is a schematic cross-sectional view along the axial direction of yet another hill of another design: FIG. 6 is a block diagram of a potential-controlled electrochemical measurement system; FIG. 7 shows the waveform of a potential controlled sensor cycle including a purification phase; FIG. 8 shows the waveform of a potential-controlled sensor cycle without a purification step; Figure 9 shows another waveform of the potential controlled sensor cycle; Figure 10 shows the potential controlled sensor cycle. Circycle further (C is another waveform; Figure 11 is a block diagram of an electrochemical measurement system using potential control/galvanostat control. It is a diagram; Figure 11 and Figure 11 are potential control/galvano stand control (current control) measurement system. Figure 12 shows the electrochemical measurement using the galvanostatic control method. It is a block diagram of a fixed system; Figures 12- and 12-b show the current for one hour in the measurement system controlled by the galvanostat. The curve and the potential-time curve are shown respectively; Figure 13 shows the reduction and adsorption measurement of carbon dioxide on the electrode surface where the measurement is carried out at open circuit potential. Fig. 14 (79 mV for one reversible hydrogen electrode) is shown. Current-potential for each ladder concentration of carbon dioxide obtained after reductive adsorption for 40 seconds at shows a curve; Figure 15 is a series of Qs showing the effect of tacts. X vs. P. 03 curve; Figure 16 shows the current-potential curve for each carbon monoxide concentration; Figure 17 is the Qox vs. PCO curve, and Figure 18 is the jads time. ) Current-potential curve for H2S at constant concentration and constant adsorption potential shows.

発明を実施するだめの最良の形態 第1図と第2図にボすように、液体中の二酸化炭素を測定するセンサーlOはプ ラスチック製円筒部22と、約1.25mm x 6 mmの長方形白金作用電 極12とを有し、この電極12は平行関係に位置する同じ形状と大きさの、互い に連絡した2個の白金対極14の間に挾まれている。各電極の表面は240.3 20.400および600粒度のsicペーパーで研磨して平坦にした。次いで この平坦表面に白金黒を付けて表面粗度係数を約100とした。Best mode for carrying out the invention As shown in Figures 1 and 2, the sensor IO that measures carbon dioxide in a liquid is A plastic cylindrical part 22 and a rectangular platinum electrode measuring approximately 1.25 mm x 6 mm. The electrodes 12 have electrodes 12 of the same shape and size located in parallel relation to each other. It is sandwiched between two platinum counter electrodes 14 that are in contact with each other. The surface of each electrode is 240.3 20. Polished flat with 400 and 600 grain SIC paper. then Platinum black was applied to this flat surface to give a surface roughness coefficient of approximately 100.

樹脂部の平滑な基礎面には円筒部の軸線と平行に走る毛管2f)のだめの開口1 8がある。この毛管は対流を防ぐように親水性繊維24で充填され、そして参照 電極用のイオン橋として用いられる。電解g(内部電解液)で予め湿潤された厚 さ125μmのガラス[維手織布スペーサー26が各電極の表面全体に置かれ、 細孔径0.2μmで厚さ5μmのテフロン隔膜路が前記湿潤スペーサー上に設け られて内部電極を外部環境から分離している。On the smooth base surface of the resin part, there is a capillary tube 2f) which runs parallel to the axis of the cylindrical part. There are 8. This capillary is filled with hydrophilic fibers 24 to prevent convection, and see Used as an ion bridge for electrodes. Thickness pre-wetted with electrolytic g (internal electrolyte) Glass with a diameter of 125 μm [woven fabric spacers 26 are placed over the entire surface of each electrode] A Teflon membrane channel with a pore size of 0.2 μm and a thickness of 5 μm is provided on the wet spacer. is used to separate the internal electrodes from the external environment.

例として、この電気化学的検出方法の二酸化炭素測定性能を溶存二酸化炭素含有 液体について以下の条件下で調へた: l M H2S0.を内部電解液として 用い、タレブスーリンガー溶液は二酸化炭素含有液体である。〔クレブス−リン カ−溶液は、NaC7= 0.109 M i KCl = 0.004 M  ;NaHCO3= 0.024 M ; MI?:8.04= 0.0006  M :およびNaH2PO4==0.001 Mから成る。〕電気化学的セルの 温度は37°Cに維持する。動的水素電極(DHE )を参照電極として用いた 。As an example, we demonstrate the carbon dioxide measurement performance of this electrochemical detection method in terms of dissolved carbon dioxide content. The liquid was prepared under the following conditions: 1M H2S0. as internal electrolyte The Taleb-Slinger solution is a carbon dioxide-containing liquid. [Krebs-Lin The Kerr solution is NaC7 = 0.109 M i KCl = 0.004 M ;NaHCO3=0.024M;MI? :8.04=0.0006 M: and NaH2PO4==0.001M. ] Electrochemical cell The temperature is maintained at 37°C. A dynamic hydrogen electrode (DHE) was used as a reference electrode. .

結果は可逆水素電極(RHE )に対する値として報告される゛。0〜760  mm Hgの広い範囲のPco2を包含する、予備混合され、予備分析された各 種のC02/N2混合物を用いた。Results are reported as values for the reversible hydrogen electrode (RHE). 0~760 Premixed and preanalyzed each containing a wide range of Pco2 in mmHg A seed C02/N2 mixture was used.

気体1d37°Cに維゛持した予備飽和器にまず通された後、セルに入った。こ のセルは、新しい気体組成物の測定を行う前に少なくとも20分間平衡にさせた 。The gas was first passed through a presaturator maintained at 37°C before entering the cell. child The cell was allowed to equilibrate for at least 20 minutes before taking a new gas composition measurement. .

測定に先立ち、掃引速度500mv/secで第8図にボした止同様の三角形波 を用いて作用電極を0〜1500 mV (対RWE )のサイクルで浄化した 。次に作用電極の電位をT’adsの期IVl (3組の測定においてはそれぞ れ40.60および120秒とした) Eads (70mV対RHE )にし て二酸化炭素の還元板層を行わせた。この直後に掃引速度50mV/secで陽 忰箪位傾斜(AR)を与えて吸着「被還元C02」種を酸化させた。酸化電流を 電位の関数として記録して第141ンIにボした。500〜800mV(対RH E )に位置する電流ビークは「還元CO2」の酸化による。この電流を積算し て荷電量(Qox ) (バックグラウンド荷電、即ち、CO2が存在しない場 合の荷電を差し引いて)とし、これを化学吸着「還元CO2」の尺度として用い てPco2を定量的にめた。あるいは、この電流ピークはQOXの、したがって Pco、のe7T’<として用いることもてきる。プリンストン・アプライド・ リサーチ(Pr1nceton Applied、 Re5earch )17 3ポテンシヨスタツト、ヒユーレット・パラカード(Hewlett Pack ard ) 331OB H数発生器およびヒユーレット・バッカードア047 AX−Y レコーダーを測定に用いた。第15図に3組の測定について槓亘荷電 電流QoXがPco2の関数としてボされている。第15図がボすように、0  150mmHgの範囲内で荷電電流はPCO2とともにほぼ線形の変化をする。Prior to measurement, a triangular wave similar to the one shown in Figure 8 was drawn at a sweep speed of 500 mv/sec. The working electrode was cleaned using a cycle of 0 to 1500 mV (vs. RWE). . Next, the potential of the working electrode is set to T'ads period IVl (in each of the three sets of measurements). (40.60 and 120 seconds) Eads (70mV vs. RHE) A carbon dioxide reduction plate layer was applied. Immediately after this, the sweep speed was 50 mV/sec. A vertical tilt (AR) was applied to oxidize the adsorbed "reduced C02" species. oxidation current It was recorded as a function of potential and entered at line 141. 500-800mV (vs. RH The current peak located at E) is due to the oxidation of "reduced CO2". Integrate this current Charge amount (Qox) (background charge, i.e., when CO2 is not present) ), and use this as a measure of chemisorption "reduced CO2". Pco2 was determined quantitatively. Alternatively, this current peak is of QOX and therefore It can also be used as e7T'< of Pco. princeton applied Research (Pr1nceton Applied, Re5earch) 17 3 potentiostat, Hewlett Paracard (Hewlett Pack) ard) 331OB H number generator and Hewlett backer door 047 An AX-Y recorder was used for measurements. Figure 15 shows three sets of measurements of the charge Current QoX is plotted as a function of Pco2. As shown in Figure 15, 0 Within a range of 150 mmHg, the charging current changes approximately linearly with PCO2.

夾施世42−coの測定 第2の例として、このセンサーの一酸化炭素測定性能を溶存−酸化炭素含有7佼 体((ついて以下の条件で調べた。Measurement of Kishise 42-co. As a second example, the carbon monoxide measurement performance of this sensor can be compared to dissolved carbon monoxide content. The body ((was investigated under the following conditions.

IMH2So、i内部電解液として用い、外部流体が一酸化炭素を含有している 。電気化学的li]lI定は室温で実施される。O〜760mmHgの広い範囲 のPCOを包含する、予備混合されたCO/N2混合wJを用いた。二酸化炭素 検出の前記実施例に記載したと同様の操作上の注意と央験技術を用いた。IMH2So, i used as internal electrolyte, external fluid containing carbon monoxide . Electrochemical li]lI determination is performed at room temperature. Wide range from O to 760mmHg A premixed CO/N2 mix wJ containing 30% of PCO was used. carbon dioxide Similar operational precautions and laboratory techniques were used as described in the previous example of detection.

測定に先立ち、掃引速度500 mV / sec T第8図に不したと同様の 三角形波を用いて作用電極をO〜1500 mV (対RHE )のサイクルで 浄化した。次に作用電極の電位をtad、sの期間(実際の測定では5秒間であ った) Eaas (70mV対RHE )にしてCOの化学吸着を行わせた。Prior to the measurement, the sweep rate was 500 mV/sec, similar to that shown in Figure 8. Cycle the working electrode from O to 1500 mV (vs. RHE) using a triangular wave. Purified. Next, the potential of the working electrode is set to tad, for a period of s (5 seconds in actual measurement). Chemical adsorption of CO was performed using Eaas (70 mV vs. RHE).

この直後に掃引速度50mV/secで陽極電位傾斜(AR)を与えて電極上の 化学吸着COを酸化させた。酸化電流を電位の関数として記録して第16図に示 した。700−900 mVの電位範囲内の電流ピークは化学吸着COの002 への酸化によるものである。この電流を積算して荷電量(Qox ) (coが 存在しない場合のバックグランド荷電を差し引く)とし、PCOの尺度として用 いた。第17図に積算荷電電流QOXがPc。Immediately after this, an anode potential gradient (AR) is applied at a sweep rate of 50 mV/sec to Chemisorbed CO was oxidized. The oxidation current was recorded as a function of potential and is shown in Figure 16. did. The current peak within the potential range of 700-900 mV is 002 of chemisorbed CO. This is due to oxidation to. This current is integrated to obtain the amount of charge (Qox) (co is subtract the background charge if it is not present) and use it as a measure of PCO. there was. In FIG. 17, the integrated charging current QOX is Pc.

の関数としてボされている。38〜380mmHgの範囲内では値化水素の検出 を溶存値化水素含有液体について以下の条件で測定した: l M H2SO, を内部電解液として用い、室温で実施しだ。予備混合され、予備分析されだH2 S濃度850 ppmのH2S/N2混合物を用いた。二酸化炭素および一酸化 炭素に関する前記各実施例で適用したと同様の操作上の注意と実験技術を用いた 。It is written as a function of . Valorized hydrogen is detected within the range of 38 to 380 mmHg. was measured for a dissolved hydrogen-containing liquid under the following conditions: 1M H2SO, was used as the internal electrolyte and carried out at room temperature. Premixed and preanalyzed H2 A H2S/N2 mixture with an S concentration of 850 ppm was used. carbon dioxide and monoxide Using the same operational precautions and experimental techniques as applied in each of the previous carbon examples, .

各測定に先立ち、掃引速度500mvZ8eCで三角形波を用いて白金作用電極 を0〜1500mV(対RHE )のサイクルで浄化した。次に作用電極の電位 を時間tadsの期間EadsにしてH2Sの吸着を行わせた。典型的には、E adsの範囲は70〜370 mV (対RHE )で、tadsは1〜20分 間であった。Prior to each measurement, the platinum working electrode was was purified by cycling from 0 to 1500 mV (vs. RHE). Then the potential of the working electrode H2S was adsorbed by setting Eads to a period of time tads. Typically, E The range of ads is 70-370 mV (vs. RHE), and the tads is 1-20 minutes. It was between.

次いで直ちに5Q mV / secで1′4i砂電位傾斜(AR)を与えて電 極に吸着されたH2Sを酸化させた。酸化電流のピークは第18図に7F、され るように1200 mV (対RHE )であった。Then, immediately apply a 1'4i sand potential gradient (AR) at 5Q mV/sec to conduct electricity. The H2S adsorbed on the pole was oxidized. The peak of the oxidation current is shown in Figure 18 at 7F. It was 1200 mV (vs. RHE) as shown in the figure.

予想通り、作用電極に吸着これだH2Sの量の指示として役立つ電流ピークけt adsの増加とともに犬きくなった。As expected, the current peak serves as an indication of the amount of H2S adsorbed to the working electrode. With the increase in ads, I have become more dog-like.

同時に、0〜3oomvの電位範囲内の水素吸着荷電電流は化学吸着H2S棟の 増加とともに減少する。このことは化学吸着気体のいまひとつの測定方法を与え る。At the same time, the hydrogen adsorption charging current within the potential range of 0~3oomv is the chemisorption H2S building. It decreases as it increases. This provides another method for measuring chemisorbed gases. Ru.

前記の気体測定試験において、センサーを第3図に下すように変更することがで きる。第3図において、センサーはハウジング36と、作用電極12と対電極1 4とを有する。内部電解液はg溜め38に収容されている。対極14と参照電極 40とは電解液溜め内で作用電極から離れて位置している。この形式のセンサー は気体中ならひに液体中の気体濃度の測定ができる。In the gas measurement test mentioned above, the sensor can be changed as shown in Figure 3. Wear. In FIG. 3, the sensor includes a housing 36, a working electrode 12 and a counter electrode 1. 4. The internal electrolyte is contained in a g reservoir 38. Counter electrode 14 and reference electrode 40 is located within the electrolyte reservoir and away from the working electrode. This type of sensor can measure the concentration of gases in liquids as well as gases.

第4図に示すように、参照電極は第1図の実施態様に従う円筒形ハウジング内で 、対極と作用電極とから離隔はせて毛管20の延長部に設けることができる。As shown in FIG. 4, the reference electrode is placed within a cylindrical housing according to the embodiment of FIG. , may be provided in an extension of the capillary tube 20 spaced apart from the counter electrode and the working electrode.

第1図の糸の変更態様である第5図に示すように、参照電極を円筒部22内に収 容し、便脂部の底面とほぼ平らに設けることができる。この例では、毛管2oそ れ自体は必須なものではない。作用電極、対電極および参照電極はマトリックス 内に含浸された電解液と接触している。As shown in FIG. 5, which is a modification of the thread in FIG. It can be placed almost flat with the bottom surface of the toilet fat section. In this example, the capillary 2o itself is not required. Working, counter and reference electrodes are matrix It is in contact with an electrolyte impregnated inside.

第6図は電位制御を利用する電気化学的測定系のブロック図である。参照電極、 作用電極および対電極はすべてポテンショスタットと接続され、このポテンショ スタットは積分器と波形発生器に接続される。FIG. 6 is a block diagram of an electrochemical measurement system using potential control. reference electrode, The working and counter electrodes are all connected to a potentiostat, which The stat is connected to an integrator and a waveform generator.

センサーの構造と電気的・々ラメーターとは互いに関連している。1つのパラメ ーター(例えば電極表面粗度)全変化きせると他のパラメーター、例えば吸着電 位での時間、吸着種測定のだめの電位掃引速度などにどのような影響を与えるか を定性的に予知することが可能である。The sensor structure and electrical parameters are interrelated. one parameter The total change in parameters (e.g. electrode surface roughness) and other parameters, e.g. What effect does it have on the time at the position and the potential sweep speed for measuring adsorbed species? It is possible to predict qualitatively.

これらの定性的な相関特性を利用して、他のノ々ラメ−ターを変化させたときの 各lζラメ−ターの値が選定される。By using these qualitative correlation characteristics, we can calculate the A value for each lζ parameter is selected.

される気体と平衡であるとと; (iil隔膜またはその他のセンザ一部品を侵 さないこと; fiii)適当な大きさの伝導率を有すること;および(1v) 関係する吸着種のg[を再生できないように妨害するか、過度に抑圧するような 程度に強く白金電極捷だにその他の電極の表面に吸着しないことである。例えば 、二酸化炭素用センサーの場合、塩を含有する、才だは@有しない醒(例、0. 1ムH2S04)、リン酸塩緩衝液およびNa2SO4含有希薄炭酸水素カリウ ムを支持電解液として選ぶことができる。(ii) in equilibrium with the gas being fiii) have an appropriate conductivity; and (1v) that interferes with the regeneration of the adsorbed species involved or unduly suppresses it. The platinum electrode should not be strongly adsorbed to the surface of other electrodes. for example , in the case of a sensor for carbon dioxide, a sensor containing salt or not containing salt (e.g., 0. 1 μm H2S04), phosphate buffer and dilute potassium bicarbonate containing Na2SO4 can be selected as the supporting electrolyte.

化させて、時間的応答(隔膜特性とも関連する)、いくつかの組の電気的パラメ ーターに対する荷電両流測定の精度、酸素の影響および応答の犬@さく荷電電流 まだはピーク電流)の間を最コ■化することかできる。この表面粗度係数は約1 .5(平滑電極1と1000以上の間で変化させることができる。好、鏑な表面 粗度係数は約1.5と200の間である。, the temporal response (also related to membrane properties), and several sets of electrical parameters. Accuracy of charged current measurement, influence of oxygen and response to charged current However, it is possible to minimize the peak current. This surface roughness coefficient is approximately 1 .. 5 (smooth electrode can be varied between 1 and 1000 or more. Good, smooth surface The roughness coefficient is between approximately 1.5 and 200.

(C1隔膜二疏水性隔膜によって外部流体(気体または液体)と隔膜背後の電解 g(内部電解液)との間に気体平衡が可能となり、内部電解液を外部流体からイ オン的に隔離することかできる。センサーが「隔膜限定」につくられている場合 、隔膜の透過率は測定電流または荷IM、 IJi流をめる上で重要である。ポ リ四フッ化エチレンは現在の場合は好適な隔膜材料である。(その他の適当な拐 料としてシリコーン類およびポリプロピレンがある。)隔膜の二酸化炭素透過率 は厚さ、多孔度または化学組成を変えることによって変化させることができ・る 。(C1 diaphragm A dihydrophobic diaphragm allows external fluid (gas or liquid) to be connected to the electrolysis behind the diaphragm. (internal electrolyte), and the internal electrolyte is removed from the external fluid. Can be isolated automatically. If the sensor is made “diaphragm limited” , the permeability of the diaphragm is important in determining the measurement current or load IM, IJi current. Po Polytetrafluoroethylene is currently the preferred membrane material. (Other suitable abductions) Materials include silicones and polypropylene. ) Carbon dioxide permeability of diaphragm can be varied by changing thickness, porosity or chemical composition. .

2、電気的パラメーター 多数の信号形をポテンショスタットに入力して吸着種を生成させ、この生成され た吸着質を電気的に酸化し、付随的な不純物による汚染から白金表面を定期的に 浄化することができる。現在の場合は好適であるものとしてセンサーが「隔膜限 定」されていると、第7図に丁すような台形波形を使用することができる。2. Electrical parameters A number of signal forms are input to the potentiostat to generate adsorbed species, and this generated Electrolytic oxidation of adsorbate and periodic cleaning of the platinum surface from contamination by incidental impurities Can be purified. In the present case, it is preferred that the sensor If a trapezoidal waveform as shown in FIG. 7 can be used.

特定の波形について第7図を参照すると、単一ザイクル(実線)を考えた場合、 吸N榎は吸着電位(Eads )(tadsとEadsは一定に保つ)で時間( tads )の間に生成される。この吸着質は陽極電位傾斜(AR)の間に酸化 きれ、この傾斜部分の間に電流が積算されて、生成吸着儀の量、捷たけ酸化ピー ク内の一定電位における電流またはピークの冒さがめられる。浄化用電位(F2 ct )で時間(tct)の間に蓄積不純物Iri電極表面から除去され、陰! 傾斜(CR)の間に還元される化学吸着酸素によって直換される。この選定した 波形で最も重要なパラメーターはEads、ta、dsおよび陽極傾斜の勾配で ある。Eadsの選定は、吸着種が容易に生成されるように行なわれる。Referring to Figure 7 for a particular waveform, if we consider a single cycle (solid line), The adsorption potential (Eads) (keep tads and Eads constant) and time ( tads). This adsorbate is oxidized during the anodic potential ramp (AR). The current is accumulated between this sloped part, and the amount of adsorbent produced and the amount of oxidized peak The effects of current or peaks at constant potential within the circuit are affected. Purification potential (F2 ct), the accumulated impurities Iri are removed from the electrode surface during time (tct), and the negative! It is directly converted by chemisorbed oxygen which is reduced during the ramping (CR). This selected The most important parameters in the waveform are Eads, ta, ds and the slope of the anode tilt. be. Eads are selected such that adsorbed species are easily generated.

例として、CO2測定用の同じ電解液内で可逆水素型枠に対してEads −+  7Q mVである基準値を用いることができる。As an example, Eads −+ for a reversible hydrogen mold in the same electrolyte for CO2 measurement. A reference value of 7Q mV can be used.

この電位では、二酸化炭素の還元吸Nは迅速で、水素ガスの発生は最少と々る。At this potential, the reduction and absorption of carbon dioxide is rapid and the generation of hydrogen gas is minimal.

吸着種による電極の飽和が既知である([還元C02の場合、電極の実表面積1  tyn”当り約0.2mC0’ltの荷電電流に相当する)ので、初期の吸着 時間の選定は容易に行われ、使用電極の表面粗度係数とともに変化する。センサ ーの他の変数は隔膜の透過率である。「隔膜限定」センサーにおいて、飽和前の 一定時間に生成される吸N質の量は隔膜の透過率に依存する。The saturation of the electrode by the adsorbed species is known ([for reduced CO2, the actual surface area of the electrode 1 (corresponds to a charging current of approximately 0.2 mC0'lt per tyn"), so the initial adsorption The selection of time is easily made and varies with the surface roughness coefficient of the electrode used. sensor Another variable is the permeability of the diaphragm. In a “diaphragm-only” sensor, the The amount of nitrogen-absorbing substances produced in a given period of time depends on the permeability of the diaphragm.

傾斜ARの勾配の選定は、(1)妥当な時間のすべての吸着種を酸化し、(11 )活性化分it最少にして、Pt−0生成が起こるほど高い電位で吸着質が酸化 されるのを防ぎ、そして1iil検出電極と対電極との間のオーム分極を最少に するように行われる。ARの勾配の値は表面粗度係数に依存し、典型的にはl  VO]、t/Secから10 mV / 5ec−4で変動し、この範囲はl  voltの傾斜に対して1秒から約1.5分である。浄化電位(’Ecz )は l voltとl 、5 voltの間である。KcLでの時間tC4は単分子 層の化学吸着酸素が実質的に生成するように選ばれる。この浄化段階を含めるこ とは必須事項ではない。というのは、高い電位での浄化捷たは活性化は多数サイ クル後にはじめて必要とされるからである。その上、ARからCRへの反転が適 度な旨さの電位(例、l 、5 volt )で行われる場合、電極の浄化はこ の旨い電位の間に起こる。浄化段階のない波形は第8図に示されている。陰極傾 斜の値は表面@度係数と浄化段階の時間とに依存する。The selection of the slope of the slope AR is such that it (1) oxidizes all adsorbed species for a reasonable time and (11 ) The adsorbate is oxidized at a potential high enough to minimize the activation amount and cause Pt-0 formation. and minimize ohmic polarization between the sensing electrode and the counter electrode. It is done as follows. The value of the slope of AR depends on the surface roughness coefficient, typically l VO], varies from t/Sec to 10 mV/5ec-4, and this range is l 1 second to about 1.5 minutes for the slope of the volt. The purification potential ('Ecz) is It is between 1 volt and 1,5 volt. The time tC4 at KcL is a single molecule The layer is selected to produce substantially chemisorbed oxygen. Including this purification step is not required. This is because purification or activation at high potentials occurs in many cycles. This is because it is needed only after the Kuru. Moreover, reversal from AR to CR is suitable. When carried out at a moderate potential (e.g., 5 volts), electrode purification is Occurs during the delicious potential of. The waveform without the purification step is shown in FIG. cathodic tilt The value of the slope depends on the surface degree coefficient and the time of the cleaning phase.

第9図は陽極と陰極の各電位傾斜のある別の態様の波形を示し、陰極傾斜の電位 段階はPt−0皮膜の還元と、測定さnる流体の酸素濃度をほぼ同時に測定する だめのものである。Figure 9 shows waveforms in another embodiment with potential gradients at the anode and cathode, and the potential of the cathode gradient. The step is to reduce the Pt-0 film and measure the oxygen concentration of the fluid being measured almost simultaneously. It's no good.

第10図は使用し得る一定電位パルスを肩し、さらにpt−oy白金に還元し、 測定される流体の酸素濃度をほぼ同時に測定し得る変更態様の波形をボす。Figure 10 shows a constant potential pulse that can be used to further reduce pt-oy platinum. A modified waveform is shown that allows for substantially simultaneous measurement of the oxygen concentration of the fluid being measured.

前記のような電位制御法の利用に加えて、ガルバノスタットの(一定のまたは制 御された電#、)パルスを含む変更を利用することが可能である。(これらの変 形はすべて、測定される気体の分圧にのみ依存する量の化学吸着種を生成するも のである。)例えば、盾1定値と固定時間の一定電位段階において吸着種を生成 享せ、第11図のブロック図に概略示されるように、ガルバノスタットの測定パ ルスによって前記一定電位吸着パルプを従わせることができる。(実際には、ポ テンショスタットを内部結線させてポテンショスタットモードからガルバノスタ ゛ノドモードに切替えさせることができる。)ガルバノスタットハルス(固定値 )の間に得られる電極電位一時間曲線は明瞭な段階すなわち平坦域(第11色図 における段階A)を示し、この朝間は固定電流に対する吸着種の量に比例する。In addition to the use of potential control methods as described above, galvanostatic (constant or controlled) Modifications including controlled voltages, ) pulses are available. (These changes All shapes produce chemisorbed species in amounts that depend only on the partial pressure of the gas being measured. It is. ) For example, the adsorbed species is generated at a constant potential stage of shield 1 constant value and fixed time. The measurement pattern of the galvanostat is as shown schematically in the block diagram of FIG. The constant potential adsorption pulp can be made to follow the constant potential adsorption pulp. (Actually, the port Connect the tensionostat internally to switch from potentiostat mode to galvanostat mode. You can switch to ``nod'' mode. ) Galvanostat Hals (Fixed value ) The electrode potential hourly curve obtained during phase A) in which the current flow rate is proportional to the amount of adsorbed species for a fixed current.

この吸泊°質酸化段階の後、電位は上昇して電極表面を酸化する(第11へ図の 段階B)(浄化パルスに等しい)。化学吸着酸素で白金表面を被覆するに要する 一定時間後、操作モードは電位制御モードに変更され、再び吸着ノζルスが始ま る。この方法を一部変えて、第11p図に示されるようにほぼ同時に酸素を測定 することができる。この方法に従って、吸着質は一定電位で生成され、これに続 いて一定電流で吸着種の測定と白金表面の酸化が行われ、次いで操作モードは制 御電位パルスを与えることによって側脚電位モードに変えられ、この制御電位パ ルスにおいて、このパルスの一定期間後に酸素還元電流が測定される。以後、こ のサイクルが繰返される。After this adsorbent oxidation step, the potential increases and oxidizes the electrode surface (see Figure 11). Phase B) (equal to a purge pulse). Required to coat platinum surface with chemisorbed oxygen After a certain period of time, the operation mode is changed to potential control mode and the adsorption nozzle starts again. Ru. By partially changing this method, oxygen was measured almost simultaneously as shown in Figure 11p. can do. According to this method, adsorbate is generated at a constant potential, followed by The measurement of adsorbed species and the oxidation of the platinum surface are carried out at a constant current, and then the operating mode is controlled. The side leg potential mode is changed by applying a control potential pulse, and this control potential pattern In the pulse, the oxygen reduction current is measured after a period of this pulse. From now on, this The cycle is repeated.

多棟類の気体(例えば、C01CO2、NO4、H2S、ア2.−j−ル蒸気、 炭化水素類など)も第12図のブロック図で示されているようなりルバノスタノ ト手法のみて測定することができる。この方法によれば、ガルくくノスタットは 作用電極と対電極のそれiれにスイッチを介して接続さはE−を記録計、積分器 またはタイマーに接・続される。Multiple gases (e.g., CO1CO2, NO4, H2S, a2.-j-al vapor, Hydrocarbons, etc.) are also treated with Rubanostano, as shown in the block diagram in Figure 12. It can be measured using only the standard method. According to this method, Garkukunostat is Connected through a switch to both the working and counter electrodes is a recorder and an integrator. Or connected to a timer.

一定電流と一定期間において初期電流の流チ宣間に電気活性棟が吸N(部分還元 捷たは酸化によって一気化学的に、ある′いは化学的吸着によって非電気化学的 に)され、着棟は前記のように酸化され る。次いで浄化段階の後に電流は丙び逆転されて白金酸化表面の還元が行われる 。この段階の間に段階すなわち図に示すように吸着η生5y、段階がくる。 ゛ 電位測定との組合Mw含んでいる、。この方法では、浄化逆転させ、または定位 パルスを与えて酸化白金を還元さパルスが与えられると、電気活性吸着神が生成 される。The electroactive building absorbs N (partial reduction) between a constant current and an initial current flow for a certain period of time. Chemically at once by straining or oxidation, or non-electrochemically by chemisorption. ), and the ridges were oxidized as described above. Ru. After the purification step, the current is then reversed to effect reduction of the platinum oxidized surface. . Between this stage comes the stage of adsorption η5y, as shown in the figure.゛ Contains Mw in combination with potential measurement. In this method, purification, inversion, or stereotaxic When the pulse is given, the platinum oxide is reduced and an electroactive adsorbent is generated when the pulse is given. be done.

たけ電流)で吸着質が生成し た後、吸着種の量が、この量と関連した開路電位(第13図に示されているよう に)を測定することによってめ前記で論議したセンサーを使用して、適轟な電位 で酸素還元電流を測定することによって流体中の酸素含量を測定することができ る。この酸素測定は電流を測定するもので、共存反応性気体が電気活性とならな い電位で行われ、捷だ、気体濃度測定は荷電電流測定によるものであるため、酸 素測定はガス分圧測定を妨害することはない。そして、酸素が吸N質生成と衿酸 化の各電位で還元される場合でも、酸素還元による電流の影響は、吸着種(およ びそれに統〈化学吸N種の酸化)による槓貫亘流の大きさに比べて小さい。Pg a8とPO2とをほぼ同時に、しかし各独立に測定する前記方法の適性は電極の 表面粗度係数と隔膜の透過率とに依存する。(high current), adsorbate is generated. After this, the amount of adsorbed species is determined by the open circuit potential associated with this amount (as shown in Figure 13). ) by measuring the appropriate potential using the sensor discussed above. The oxygen content in a fluid can be measured by measuring the oxygen reduction current at Ru. This oxygen measurement measures electric current, and the coexisting reactive gas does not become electroactive. Gas concentration measurements are performed at low potentials and are sensitive to acid The elementary measurements do not interfere with gas partial pressure measurements. Then, oxygen absorbs nitrogen and generates chloric acid. Even if the oxygen is reduced at each potential, the effect of the current due to oxygen reduction is It is small compared to the size of the overflow flow caused by the oxidation of chemisorbed N species. Pg The suitability of the above method for measuring a8 and PO2 almost simultaneously but independently depends on the electrodes. It depends on the surface roughness coefficient and the permeability of the diaphragm.

酸素測定は波形を変更することによって向上させることができる。したがって、 第8図に示された台形波形を参照として利用すれば、CRは、酸素が測定はれる 一定電位(二酸化炭素還元電位の範囲より高い)で待ち時間を導入することによ って変更することができる。Oxygen measurements can be improved by changing the waveform. therefore, Using the trapezoidal waveform shown in Figure 8 as a reference, the CR can measure oxygen. By introducing a waiting time at a constant potential (above the range of carbon dioxide reduction potentials) You can change it.

本発明に従って提供されるセンサーおよび電極上に生成される゛面気活性吸着中 間棟の付着量の測定に基づく多mm(7)気!(flJ、Co 、 Co2、H 2S、 7 ルコール蒸気、炭化水素類々ど)をカ11定する方法は高い感明を 有する。このセンサーは、小型化が可能であることに加えて、イオン選択性の固 定素子電極で経験するようなずれかほとんとあるいは全くない電極を備えている 。しだがって、この電極は、測定精度が必須条件である場@に独得の性能を有す る。During the surface active adsorption produced on the sensor and electrode provided according to the present invention Multimm (7) based on measurement of the amount of adhesion on the ridge! (flJ, Co, Co2, H 2S, 7 Alcohol vapor, hydrocarbons, etc.) The method for determining the amount requires high sensitivity. have In addition to being miniaturized, this sensor is ion-selective and solid. Has electrodes with little or no shear as experienced with constant element electrodes . Therefore, this electrode has unique performance in cases where measurement accuracy is an essential condition. Ru.

パックグラウンドと表面積の変化を考慮したセンサーの内部較正は、気体濃度に 無関係で電極表面積に依存し、シーモ曲緑からめられる荷電または電流でQ、O Xを割ることによって計器的に行なうことができる。。The sensor's internal calibration, which takes into account packground and surface area changes, Q, O with charge or current that is unrelated and depends on the electrode surface area and is entwined with Siemo curves. It can be done instrumentally by dividing X. .

ここで開ホをれた概念の範囲内のその他の変化は当業者か認識するように行うこ とかできる。Other variations within the scope of the concepts opened herein may be made as recognized by those skilled in the art. You can do something like that.

浄書(内容に変更なし) cl 手続補正書 昭和59年2月27日口 特許庁畏官若杉和夫 殿 1、事件の表示 2、発明の名称 勿体センサーおよびその使用方法 5、手続補正命令書の日付 昭和59年2 月14日国際調査報告Engraving (no changes to the content) cl Procedural amendment February 27, 1980 Kazuo Wakasugi, Official of the Patent Office 1.Display of the incident 2. Name of the invention Muttai sensor and its usage 5. Date of written amendment order: February 14, 1980 International search report

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1.気体と関連のある電気活性吸MWの電極表面上への付着量を測定することに よって流体中の前記気体の濃度を測定する方法。 2、電極が白金族金属および金を含むことを特徴とする請求の範囲第1項に記載 の方法。 3、白金族金属が白金であることを特徴とする請求の範囲第2項に記載の方法。 4、白金族金属が白金合金であることを特徴とする請求の範囲第2項に記載の方 法。 5、流体が液体であることを特徴とする請求の範囲第2項に記載の方法。 6、流体が混合気体であることを特徴とする請求の範囲第2項に記載の方法。 7、明確な電位(1捷たけ電流)を印加することによって電極表面上に生成する 吸看槓の量を測定することによって流体中の気体濃度を測定する方法。 8、電極が白金族金属を含むことを特徴とする請求の範囲第7項に記載の方法。 9、白金族金属が白金であることを特徴とする請求の範囲第8項に記載の方法。 10、白金族金属が白金合金であることを特徴とする請求の範囲第8項に記載の 方法。 3 11、流体が液体であること全特徴とする請求の範囲第8項に記載の方法。 12、(A+気体を流体から電極表面上に吸看棹として移行妊せ、(Bl吸看質 の量を測定することによって流体中の気体濃度を測定する方法。 13、電極が白金族金属および金を含むことを特徴とする請求の範囲第12項に 記載の方法。 1/4. 電極浄化段階を含むことを特徴とする請求の範囲第13項に記載の方 法。 15、tA1段階とfB1段階とをポテンショスタットで制御し、(B1段階の 間に流れる電流を積貢することを特徴とする請求の範囲第13項に記載の方法。 16、流体の酸素含量をほぼ同時にかつ独立に測定するだめの(C1段階を含む こと全特徴とする請求の範囲第15項に記載の方法。 17、(A1段階とfB1段階をそれそ才しボテンショスタットトガルバノスタ ソトで制御し、FBI段階の電流を積算するととを特徴とする請求の範囲第12 項に記載の方法。 18、流体の酸素含量をほぼ同時にかつ独立に測定するだめのte1段階を含む ことを特徴とする請求の範囲第17項に記載の方法。 19、(A1段階とtB1段階をカルバノスタットで制御すること全特徴とする 請求の範囲第13項に記載の方法。 20、酸素含量をほぼ同時にかつ独立に測定するだめの(C1段階を含むことを 特徴とする請求の範囲第19項に記載の方法。 21、fA)段階が制御電位で起こり、fB)段階が開路電位で起こり、この開 路電位を測定し、生成吸着棟の量と関連づけるようにl〜だことを特徴とする請 求の範囲第13項に記載の方法。 22、+A1段階が一定電流で起こす、(B)段階が開路電位で起こり、この開 路電位を測定し、生成吸NE”JiO量と関連づけるようにしたことを特徴とす る請求の範囲第13項r(記載の方法。 乙、ハウジングが内部に開口を有する気体および液体不透過性のハウジング手段 と、作用電極および前記ハウジング内にあって互いに離隔している少々くとも1 個の対電極と、前記各電極と接触している電解液と、前記ハウジング内で前記開 口を横切って存在することによって気体が被検流体から前記作用電極と接触する ように通過できるガス透過性の疏水性隔膜と、前記作用電極上顛吸着棹を生成さ せ、前記吸着棟を測定するだめの手段を含む、前記作用電極の電位芥たは電流を 制御するだめの手段とからなる、前記被検流体中の気体濃度を測定するだめの気 体センサー。 24、前記ハウジング内に参照電極も含まれていることを特徴とする請求の範囲 第η項に記載の気体センサー。 6、疏水性隔膜が過フッ化炭化水素重合体であることを特徴とする請求の範囲第 乙項に記載の気体センサー。 26、疏水性隔膜かシリコーン車合俸であることを特徴とする請求の範囲第23 項に記載の気体センサー。 27、疏水性隔膜がポリゾロピレンであること全特徴とする請求の範囲第23項 に記載の気体センサー。 四1作用電極が白金と金とを含むことを特徴とする請求の範囲第n項に記載の気 体センサー。 29、隔膜が過フッ化炭化水素重合体であること全特徴とする気体センサー。 30、電解液が実質的に遊離の電解液であり、作用電極が参照極と対電極のそれ ぞれから遠くに離隔されていることを特徴とする請求の範囲第29項に記載の気 体センサ31、電解液がマトリックス中に含浸されており、前記作用電極と対電 極が前記マトリックスと接触していることを特徴とする請求の範囲第29項に記 載の気体セ゛ン尺−032、参照電極が前記作用電極と対電極とから遠く離隔き れ、電解gを収容した電解液溜7めを介して前記電解液含浸マトリックスと液体 接触していることを特徴とする請求の範囲第31項に記載の気体センサー。 33、電解液がマトリックス内に保持され、前記作用電極、対電極および参照電 極のそれぞれが前記マトリックスと接触し、前記疏水性隔膜が前記マトリックス の対向表面と接触していることを特徴とする請求の範囲第29項に記載の気体セ ンサー。 34、少なくとも作用電極と対電極とからなるセンサーを含み、前記センサーの 各前記電極が電流捷だは電位の制御装置に接続され、この制御装置は電流積分器 に接続ばれていることによって、前記センサーの作用電極上に還元吸着された二 酸化炭素を二酸化炭素の分圧の関数として測定するようにしたことを特徴とする 被検流体中の二酸化炭素の濃度を測定するだめの系。 35、前記センサーがポテンショスタットに接続され、このポテンショスタット が印加電位波形発生器と電流積分器とに接続されていることを特徴とする請求の 範囲第34項に記載の系。 36、前記センサーが参照電極を含むことを特徴とする請求の範囲第35項に記 載の系。 37、前記センサーがスイッチを介してガルバノスタンドとポテンショスタット とに接続され、前記ポテンショスタットが印加電位波形発生器に接続されている ことを特徴とする請求の範囲第34項に記載の系。 聞、前記センサーがスイッチを介してガルバノスタンドと積分器とに接続され、 前記センサーが前記積分器に直接接続する参照電極を含むことを特徴とする請求 の範囲第34項に記載の系。 39、気体を検出し、測定するだめの装置であって、(1)包囲体の内部にあっ て、疏水性隔膜によって外部奴体と接触している少なくとも作用”K%5と対゛ 電極と、(2)合計5分間より短い時間の、繰返し可能な一時的電位作用を生じ させるように作用電極の電位を制御し、前記作用が気体由来の吸着質全生成させ るだめの電位領域と吸着梗を測定するだめの電位領域とを少なくとも含むように した手段と、 (3) 吸宥質の量を測定する手段と、からなる装置。[Claims] 1. To measure the amount of electroactive absorbed MW related to gas attached to the electrode surface. Hence the method of measuring the concentration of said gas in a fluid. 2. According to claim 1, the electrode contains a platinum group metal and gold. the method of. 3. The method according to claim 2, wherein the platinum group metal is platinum. 4. The method according to claim 2, wherein the platinum group metal is a platinum alloy. Law. 5. The method according to claim 2, wherein the fluid is a liquid. 6. The method according to claim 2, wherein the fluid is a mixed gas. 7. Generated on the electrode surface by applying a well-defined potential (one current) A method of measuring the concentration of gas in a fluid by measuring the amount of suction. 8. The method of claim 7, wherein the electrode comprises a platinum group metal. 9. The method according to claim 8, wherein the platinum group metal is platinum. 10. The platinum group metal according to claim 8, wherein the platinum group metal is a platinum alloy. Method. 3 11. The method of claim 8, wherein the fluid is a liquid. 12. (Transfer A+ gas from the fluid onto the electrode surface as a suction rod, (Bl suction rod) A method of measuring the concentration of a gas in a fluid by measuring the amount of . 13. Claim 12, characterized in that the electrode contains a platinum group metal and gold. Method described. 1/4. The method according to claim 13, which includes an electrode purification step. Law. 15. Control the tA1 stage and fB1 stage with a potentiostat, and 14. A method according to claim 13, characterized in that the current flowing between them is multiplied. 16. Measuring the oxygen content of the fluid substantially simultaneously and independently (including the C1 stage) 16. A method according to claim 15, characterized in that: 17. claim 12, characterized in that: The method described in section. 18, including a te1 stage for substantially simultaneously and independently measuring the oxygen content of the fluid; 18. A method according to claim 17, characterized in that: 19, (The entire feature is that the A1 stage and tB1 stage are controlled by carbanostat. The method according to claim 13. 20. Measuring oxygen content almost simultaneously and independently (including C1 stage) 20. The method of claim 19. 21, the fA) phase occurs at the control potential, the fB) phase occurs at the open circuit potential, and this open circuit The method is characterized in that it measures the road potential and correlates it with the amount of adsorption produced. Scope of Request The method described in item 13. 22, the +A1 stage occurs at a constant current, the (B) stage occurs at an open circuit potential, and this opening The feature is that the path potential is measured and correlated with the amount of absorbed NE"JiO produced. Claim 13r (a method according to claim 13. (b) Gas and liquid impermeable housing means in which the housing has an opening therein; and a working electrode and at least one at least one portion within the housing and spaced apart from each other. a counter electrode, an electrolyte in contact with each electrode, and an electrolyte in contact with the opening within the housing. A gas is brought into contact with the working electrode from the fluid under test by being present across the mouth. a gas-permeable hydrophobic diaphragm through which the gas can pass, and an adsorption rod on the working electrode. and includes means for measuring the potential or current of the working electrode. a means for controlling the gas concentration in the fluid under test; body sensor. 24. Claims characterized in that a reference electrode is also included within the housing. Gas sensor according to paragraph η. 6. Claim No. 6, characterized in that the hydrophobic diaphragm is a fluorocarbon polymer. Gas sensor described in paragraph (B). 26. Claim 23, characterized in that it is a hydrophobic diaphragm or a silicone diaphragm. Gas sensors as described in Section. 27. Claim 23, characterized in that the hydrophobic diaphragm is polyzolopyrene. Gas sensor described in. 41. The gas according to claim n, characterized in that the working electrode contains platinum and gold. body sensor. 29. A gas sensor characterized in that the diaphragm is made of a fluorinated hydrocarbon polymer. 30. The electrolyte is a substantially free electrolyte, and the working electrode is a reference electrode and a counter electrode. 29. The air according to claim 29, characterized in that the air body sensor 31, an electrolyte is impregnated in a matrix, and the working electrode and the counter electrode are connected to each other; Claim 29, characterized in that the poles are in contact with the matrix. In the gas sensor scale-032, the reference electrode is far away from the working electrode and the counter electrode. The electrolyte-impregnated matrix and the liquid are connected to each other through an electrolyte reservoir 7 containing electrolyte g. 32. The gas sensor according to claim 31, wherein the gas sensor is in contact. 33, an electrolyte is retained within the matrix and the working electrode, counter electrode and reference electrode Each of the poles is in contact with the matrix, and the hydrophobic diaphragm is in contact with the matrix. 29. The gas cell according to claim 29, wherein the gas cell is in contact with the opposing surface of the gas cell. Sir. 34, comprising a sensor consisting of at least a working electrode and a counter electrode; Each said electrode is connected to a current source or potential controller, which controller is a current integrator. by connecting the two reductively adsorbed onto the working electrode of the sensor. It is characterized by measuring carbon oxide as a function of the partial pressure of carbon dioxide. A system for measuring the concentration of carbon dioxide in a test fluid. 35. The sensor is connected to a potentiostat, and the potentiostat is connected to an applied potential waveform generator and a current integrator. The system according to Range 34. 36. The method according to claim 35, wherein the sensor includes a reference electrode. The system listed. 37. The sensor connects to the galvano stand and potentiostat via a switch. and the potentiostat is connected to an applied potential waveform generator. 35. System according to claim 34, characterized in that: The sensor is connected to a galvano stand and an integrator via a switch, Claim characterized in that the sensor includes a reference electrode connected directly to the integrator. The system according to paragraph 34. 39.A device for detecting and measuring gas, which includes (1) At least 5% of the active material is in contact with the external body by means of a hydrophobic diaphragm. (2) producing a repeatable transient potential action for a total duration of less than 5 minutes; The potential of the working electrode is controlled so that the action causes the total generation of gas-derived adsorbate. including at least the potential area of the dam and the potential area of the dam for measuring the adsorption bud. the means and (3) A device consisting of a means for measuring the amount of absorbent material.
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