JPS60211352A - 電気化学セルセンサ - Google Patents
電気化学セルセンサInfo
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- JPS60211352A JPS60211352A JP60038614A JP3861485A JPS60211352A JP S60211352 A JPS60211352 A JP S60211352A JP 60038614 A JP60038614 A JP 60038614A JP 3861485 A JP3861485 A JP 3861485A JP S60211352 A JPS60211352 A JP S60211352A
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/404—Cells with anode, cathode and cell electrolyte on the same side of a permeable membrane which separates them from the sample fluid, e.g. Clark-type oxygen sensors
- G01N27/4045—Cells with anode, cathode and cell electrolyte on the same side of a permeable membrane which separates them from the sample fluid, e.g. Clark-type oxygen sensors for gases other than oxygen
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、バッジ形式の電気化学的微量ガスセンサ、特
に非水の、非プロトン性の有機電解質の非常に薄い膚の
溶液に接触した多孔質膜上に形成された広い面積を有す
る薄膜の検出電極（ｓｅｎｓｉ−ｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏ
ｄｅ ）をもった薄層の電気化学的セルを用いたセンナ
に関する。
に非水の、非プロトン性の有機電解質の非常に薄い膚の
溶液に接触した多孔質膜上に形成された広い面積を有す
る薄膜の検出電極（ｓｅｎｓｉ−ｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏ
ｄｅ ）をもった薄層の電気化学的セルを用いたセンナ
に関する。
〔従来の技術〕
本発明は、１９８３年１２月１日に、本発明の発明者に
より出願された同時係属の米国特許出願第５５７，０３
７号、′非プロトン性の有機電解質溶液の複数薬剤を検
出するための電気化学的センサ；および１９８４年１月
１２日に、エッチ、グイ、ヴンカタセテーとジエイ、デ
ィ、シークにょシ出願された同時係属の米国特許出願第
５７ ｏｓ １５２号′不活性化学薬剤の電気化学的セ
ンサ“に関連する。
より出願された同時係属の米国特許出願第５５７，０３
７号、′非プロトン性の有機電解質溶液の複数薬剤を検
出するための電気化学的センサ；および１９８４年１月
１２日に、エッチ、グイ、ヴンカタセテーとジエイ、デ
ィ、シークにょシ出願された同時係属の米国特許出願第
５７ ｏｓ １５２号′不活性化学薬剤の電気化学的セ
ンサ“に関連する。
また、この両者の教えるところは参考として本発明に取
シ入れられている。
シ入れられている。
電気化学的ガスセンサは、電解質を含む構造を必要とす
る。検出しようとする分子が表面（この表面は分子が作
用電極（ｗｏｒｋｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ）に到
達するのを妨げる）で捕捉されることなく作用電極に効
率よく到達するような構造であることが重要である。
る。検出しようとする分子が表面（この表面は分子が作
用電極（ｗｏｒｋｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ）に到
達するのを妨げる）で捕捉されることなく作用電極に効
率よく到達するような構造であることが重要である。
上記の第２の同時係属出願において、非水の電解液をも
ったバッジ形式の電気化学的センナが小形で薄形のサン
ドイッチセル構造として設計されている。その構造は、
ガスおよび蒸気分子を透過する性質を有する高分子膜の
上に設けられ良白金膜の作用電極と、２つの白金膜の対
極（０ｏｕｎｔｅｒｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ ）、 ｂよ
びＡｇ／Ａｇ”ｏｆ うなＪ当な参照電極（ｒｅｆｅｒ
ｅｎｃｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ）を採用している。
ったバッジ形式の電気化学的センナが小形で薄形のサン
ドイッチセル構造として設計されている。その構造は、
ガスおよび蒸気分子を透過する性質を有する高分子膜の
上に設けられ良白金膜の作用電極と、２つの白金膜の対
極（０ｏｕｎｔｅｒｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ ）、 ｂよ
びＡｇ／Ａｇ”ｏｆ うなＪ当な参照電極（ｒｅｆｅｒ
ｅｎｃｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ）を採用している。
本発明は、特に非常に薄い電解質の層（〜１０−”ａｍ
）に接触した広い面積を有する薄い膜からなる検出用電
極と、適切に配置された対極および参照電極とをもつ薄
層の電解質のセルに関する。
）に接触した広い面積を有する薄い膜からなる検出用電
極と、適切に配置された対極および参照電極とをもつ薄
層の電解質のセルに関する。
電気活性の化学物質、有毒化学物質あるいは薬剤の電気
化学的な酸化あるいは還元は、２秒以内に定量的に完了
する。化学薬剤が溶解しやすいように広い電圧印加面積
を有する非水の非プロトン性の有機電解液を用いるこ′
とにより、そのセルは、感度が改善され、複数薬剤を検
出するのに用いることができる。
化学的な酸化あるいは還元は、２秒以内に定量的に完了
する。化学薬剤が溶解しやすいように広い電圧印加面積
を有する非水の非プロトン性の有機電解液を用いるこ′
とにより、そのセルは、感度が改善され、複数薬剤を検
出するのに用いることができる。
本発明によるバッジ形式の薄膜の電気化学的微量ガスセ
ンサ１０の斜視図が第２図に、その断面図が第１図に示
される。第１図に示された薄膜構造の厚さは図示のため
に強調されている。センサセルの表面に、ポリテトラフ
ルオルエチレン（ＰＴＦＥ）のような多孔質の高分子膜
１１が組みつけられている。多孔質膜は多くの平行する
円筒形の細孔を持ったものが望ましい。細孔の大きさは
、数ミクロンであり、約５−のセル面は、無数の細孔を
有する。膜の内側あるいは下側の表面１３には、薄膜の
不活性の導電性フィルム１４がコーティングされている
。このフィルムもまた多孔質、すなわち検出しようとす
るガスや蒸気を透過する性質をもつ。このフィルム１４
は、 Ｐｉ、ＡｕまたはＣなどの不活性の物質からなる
検出用電極である。
ンサ１０の斜視図が第２図に、その断面図が第１図に示
される。第１図に示された薄膜構造の厚さは図示のため
に強調されている。センサセルの表面に、ポリテトラフ
ルオルエチレン（ＰＴＦＥ）のような多孔質の高分子膜
１１が組みつけられている。多孔質膜は多くの平行する
円筒形の細孔を持ったものが望ましい。細孔の大きさは
、数ミクロンであり、約５−のセル面は、無数の細孔を
有する。膜の内側あるいは下側の表面１３には、薄膜の
不活性の導電性フィルム１４がコーティングされている
。このフィルムもまた多孔質、すなわち検出しようとす
るガスや蒸気を透過する性質をもつ。このフィルム１４
は、 Ｐｉ、ＡｕまたはＣなどの不活性の物質からなる
検出用電極である。
したがって、不活性の導電性フィルムの検出用電極１４
．（Ｐｉが好ましい）、をもった膜１１はガスあるいは
蒸気の通気性を有する膜である。上述のように、このフ
ィルム電極工４の厚さは、見やすくするために誇張され
ている。検出用電極の膜１４は膜１１のはソ左端から右
端の近くであるけれど、右端までではないところ、すな
わち線１５まで広がっているのが図示されている。
．（Ｐｉが好ましい）、をもった膜１１はガスあるいは
蒸気の通気性を有する膜である。上述のように、このフ
ィルム電極工４の厚さは、見やすくするために誇張され
ている。検出用電極の膜１４は膜１１のはソ左端から右
端の近くであるけれど、右端までではないところ、すな
わち線１５まで広がっているのが図示されている。
このフィルム１４は、膜上にスノぞツタリングされたも
のがよい。フィルム１４から離れているが隣接した位置
で、膜１３の上に他のフィルム１６があり、それが参照
電極１６を構成している。参照電極フィルム１６は、銀
組成の金属／金属イオンＡ ｇ／Ａ ｇ＋あるいはＡｇ
／Ａｇ ０７からなるものがよい、参照電極フィルム１
６は、一般に導電性の銀ペーストを薄くコーティングし
、約５０℃で乾燥する２つの工程でつくられる。
のがよい。フィルム１４から離れているが隣接した位置
で、膜１３の上に他のフィルム１６があり、それが参照
電極１６を構成している。参照電極フィルム１６は、銀
組成の金属／金属イオンＡ ｇ／Ａ ｇ＋あるいはＡｇ
／Ａｇ ０７からなるものがよい、参照電極フィルム１
６は、一般に導電性の銀ペーストを薄くコーティングし
、約５０℃で乾燥する２つの工程でつくられる。
２つの電極１４．１６をもった膜１１の下側では、薄層
の電解質の滲透する領域１７が、これらの電極に接触し
ている。
の電解質の滲透する領域１７が、これらの電極に接触し
ている。
検出用電極として用いられるｐｔ （あるいは他の選ば
れた不活性物質）のフィルムは電解液に溶解せず、また
、電解液と作用しない、電解質の通過する領域１７の下
に、ガラスあるいはセラミックのような非導電性の基板
２０がある。この基板／２０はケース２１に対面して、
あるいは、基板２０の下に貯溜空間をもって設けられる
。−電極組付けの左右両端に、１組の対極（Ｑｏｕｎｔ
ｅｒｅｌｅｃｔｒｏｂｅｓ ） ２２ 、 ２３がある
。対極は検出用電極のように、 ｐｔ、 Ａｕあるいは
０のような不活性導電物質からなる。
れた不活性物質）のフィルムは電解液に溶解せず、また
、電解液と作用しない、電解質の通過する領域１７の下
に、ガラスあるいはセラミックのような非導電性の基板
２０がある。この基板／２０はケース２１に対面して、
あるいは、基板２０の下に貯溜空間をもって設けられる
。−電極組付けの左右両端に、１組の対極（Ｑｏｕｎｔ
ｅｒｅｌｅｃｔｒｏｂｅｓ ） ２２ 、 ２３がある
。対極は検出用電極のように、 ｐｔ、 Ａｕあるいは
０のような不活性導電物質からなる。
３つの電極からの、外部の表示あるいは警報回路への電
気接点はプラグイン接点２５に設けられる。
気接点はプラグイン接点２５に設けられる。
図から理解できるように、対極は検出用電極、参照電極
と異なる平面上にある。
と異なる平面上にある。
電解質の貯溜部は対極を囲み、必要ならば基板２０とケ
ース２１の間まで延びていてもよい。
ース２１の間まで延びていてもよい。
この特定のセル構成によシ、有毒のガスあるいは蒸気の
存在に対し高感度でかつ高速で反応する。
存在に対し高感度でかつ高速で反応する。
セルに使用する非水、非プロトン性の有機性溶剤の溶液
は、高沸点、低凝固点（すなわち沸点と凝固点の間の広
い動作温度範囲）および低蒸気圧を有するので、電解質
は長期間なくならない。
は、高沸点、低凝固点（すなわち沸点と凝固点の間の広
い動作温度範囲）および低蒸気圧を有するので、電解質
は長期間なくならない。
好ましい溶剤ｒ−ブチロラクトンが選択されると、その
沸点は２０２℃、凝固点は一４３℃である。溶剤炭酸プ
ロピレンが選択されると、沸点は２４１℃、凝固点は一
４９℃である。溶剤は、Ｎ。
沸点は２０２℃、凝固点は一４３℃である。溶剤炭酸プ
ロピレンが選択されると、沸点は２４１℃、凝固点は一
４９℃である。溶剤は、Ｎ。
Ｎ′デメチルホルムアミドでもよい。これらの非水の溶
剤のいづれにも加えて用いられる電解質は、過塩素酸リ
チウム、過塩素酸テトラアルキルアンモニウムあるいは
過塩素酸テトラエチルアンモニウムである。その他の非
プロトン性の有機溶剤も用いることができる。有毒の有
機分子は、この溶剤と親和性を、また可溶性を有するの
で、溶剤は有毒の有機分子を容易に吸収し保持する。
剤のいづれにも加えて用いられる電解質は、過塩素酸リ
チウム、過塩素酸テトラアルキルアンモニウムあるいは
過塩素酸テトラエチルアンモニウムである。その他の非
プロトン性の有機溶剤も用いることができる。有毒の有
機分子は、この溶剤と親和性を、また可溶性を有するの
で、溶剤は有毒の有機分子を容易に吸収し保持する。
注目している化合物を酸化あるいは還元するための既知
の電位が検出用電極と参照電極の間に印加され、対極あ
るいは検出用電極の回路電流が測定される。
の電位が検出用電極と参照電極の間に印加され、対極あ
るいは検出用電極の回路電流が測定される。
この関係は、第３図にセルの電流−電位・曲線のグラフ
で示される。電流の大きさは化学薬剤の濃度の関数であ
り、電圧Ｅトリガは、検出されたガスあるいは蒸気の分
子の種類に特有な値である。
で示される。電流の大きさは化学薬剤の濃度の関数であ
り、電圧Ｅトリガは、検出されたガスあるいは蒸気の分
子の種類に特有な値である。
薄層の電気化学セルの電流−電位曲線は、次式の拡散律
速電流によって記述される。
速電流によって記述される。
ただし、 Ｎ＝酸化還元反応に関連する電子の数Ｆ＝フ
ァラデ一定数 Ｄ＝電気活性物質の拡散係数 人＝電極面積 Ｏｂ＝化学種のバルク濃度 Ｌ＝電解液層の厚さく０．０１５ｗ 〜ｔｗ）上述のセ
ル構成は、有毒ガスまたは蒸気の微量（１ｐｐｂ〜ｏ、
１ｐｐｂ ）を短時間（〜２秒）に検出するための実験
用モデルと方法である。
ァラデ一定数 Ｄ＝電気活性物質の拡散係数 人＝電極面積 Ｏｂ＝化学種のバルク濃度 Ｌ＝電解液層の厚さく０．０１５ｗ 〜ｔｗ）上述のセ
ル構成は、有毒ガスまたは蒸気の微量（１ｐｐｂ〜ｏ、
１ｐｐｂ ）を短時間（〜２秒）に検出するための実験
用モデルと方法である。
第１図は本発明の電気化学セルの断面図である。
第２図はバッジ形センサの斜視図である。
第３図は電圧−電流曲線のグラフである。
１０ 微量ガスセンサ
１１ 多孔質高分子膜
１４ 検出用電極（導電性フィルム）
１６ 参照電極
１７ 電解質通過領域
２０ 基板
２１ ケース
２２ ｓ ２３ 対極
２５ プラグイン接点
特許比 願 人 ノ・ネウエル、インコーポレーテツド
代理人 弁理士 松 下 躾 治 ＦＩＧ ／
代理人 弁理士 松 下 躾 治 ＦＩＧ ／
Claims (8)
- （１）雰囲気中の有毒ガスあるいは、蒸気の分子を検出
するだめの非水電気化学セルセンサにおいて、 表面に、検出しようとするガスまたは蒸気の分子を通す
開口部を有するバッジ形式のケースと、 内側面の大部分が検出用電極を形成する不活性、導電性
の薄いフィルムでコーティングされ、かつ上記開口部に
面した外側面が検出しようとするガスまたは蒸気の分子
を含む上記雰囲気と連絡している多孔質高分子膜と、上
記膜の内側面の分離した部分に金属／金属イオンフィル
ムでコーティングされることによって形成された参照電
極と、 上記膜の端部の先に離れて置かれ、かつ上記検出用電極
および上記参照電極から電気的に分離された不活性フィ
ルムの対極と、 上記ケース内にあり、上記％電極と接触している非水電
解液の薄層と からなることを特徴とする電気化学セルセンサ。 - （２）第１項において、参照電極は、多孔質高分子膜の
端部近くの内側面に、かつ、恢出用電極と同一面をなす
ことを特徴とする電気化学セルセンサ。 - （３）第１項または第２項において、多孔質高分子膜は
ポリテトラフルオルエチレンであることを特徴とする電
気化学セルセンサ。 - （４）第１項または第２項において、検出用電極は白金
、金または炭素の不活性導電物質からなることを特徴と
する電気化学セルセンサ。 - （５） 第１項または第２項において、参照電極は銀／
＠イオンからなることを特徴とする電気化学セルセンサ
。 - （６） 第１項または第２項において、参照電極は銀／
＠塩化物からなるこ２を特徴とする特許学セルセンサ。 - （７）第１項または第２項において、非水電解液はｒ−
ブチルラクトン、炭酸プロピレンまたはＮ、 Ｎ’デメ
チルホルムアミドの溶剤と、過塩素酸リチウム、過塩素
酸テトラアルキルアンモニウムまたは過塩素酸テトラエ
チルアンモニウムの電解質とからなることを特徴とする
電気化学セルセンサ。 - （８）第１項または第２項において、対極は多孔質高分
子膜、検出用電極および参照電極と異なる平面上に設け
られてなることを特徴とする電気化学セルセンサ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US590309 | 1984-03-16 | ||
| US06/590,309 US4521290A (en) | 1984-03-16 | 1984-03-16 | Thin layer electrochemical cell for rapid detection of toxic chemicals |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60211352A true JPS60211352A (ja) | 1985-10-23 |
Family
ID=24361735
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60038614A Pending JPS60211352A (ja) | 1984-03-16 | 1985-02-27 | 電気化学セルセンサ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4521290A (ja) |
| EP (1) | EP0154982A3 (ja) |
| JP (1) | JPS60211352A (ja) |
| CA (1) | CA1223038A (ja) |
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1984
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1985
- 1985-02-27 JP JP60038614A patent/JPS60211352A/ja active Pending
- 1985-03-07 CA CA000475891A patent/CA1223038A/en not_active Expired
- 1985-03-13 EP EP85102844A patent/EP0154982A3/en not_active Withdrawn
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| JP2006511800A (ja) * | 2002-07-19 | 2006-04-06 | スミツ ディテクション，インコーポレーテッド | 非特異性センサーアレイ検出器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0154982A2 (en) | 1985-09-18 |
| US4521290A (en) | 1985-06-04 |
| EP0154982A3 (en) | 1988-06-08 |
| CA1223038A (en) | 1987-06-16 |
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