JPS6159253A - 電気化学式ガスセンサ - Google Patents

電気化学式ガスセンサ

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JPS6159253A
JPS6159253A JP59182209A JP18220984A JPS6159253A JP S6159253 A JPS6159253 A JP S6159253A JP 59182209 A JP59182209 A JP 59182209A JP 18220984 A JP18220984 A JP 18220984A JP S6159253 A JPS6159253 A JP S6159253A
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JP
Japan
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membrane
gas
permeable
working electrode
permeable membrane
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JP59182209A
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Nobuo Nakano
中野 信夫
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Riken Keiki KK
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Riken Keiki KK
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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
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/404Cells 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

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Pathology (AREA)
  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)

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。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、電解液に接する作用?It極膜および対電
極膜間にガス濃度に応じて生じる出力を検出することに
よりガス濃度を測定するようにしたTt電気化学式ガス
センサ関する。
鐙遼n支藷 従来、2種類のガスの濃度を同時に測定する場合には、
各ガスの濃度を測定する電気化学式ガスセンサをそれぞ
れ設け、これにより個別に濃度測定するようにしている
。このような場合に使用される電気化学式ガスセンサと
しては、例えば、電解液が収納された容器と、容器に形
成された第1開口を閉止し測定ガスに接するガス透過性
の第1透過膜と、容器に形成された第2開口を閉止し外
気に接するガス透過性の第2透過膜と、第1透過膜の電
解液に接する内面に被着された作用′rrtai膜と、
第2透過膜の!酢液に接する内面に被着された対?を極
膜と、を備えたものが知られている。
しかしながら、従来においては、前述のように2種のガ
スの濃度を同時に測定するために、各ガスに対応する電
気化学式ガスセンサを設けなければならないので、測定
装置全体が大型化するとともに構造が複雑となり、さら
に高価になってしまうという問題点がある。しかも、各
ガスを別々の電気化学式ガスセンサによって濃度測定す
るようにしているので、ガスセンサに測定誤差が発生す
るようになったとき、その誤差発生の原因、例えば、電
極膜の劣化、電解液の劣化1周囲温度の異常等が何であ
るかはファクターが多いため、容、易に知ることができ
ないという問題点もある。
が   よ−  る。 占 この発明は、測定装置全体が大型化するとともに構造が
複雑となり、さらに高価になってしまい、しかも、測定
誤差が発生したとき、その原因が何であるかを知ること
が困難であるという従来の問題点を解決するものである
。   占          。
このような問題点は、第1に、電解液が収納された容器
と、容器に形成された第1開口を閉止し2種のガスが混
入された測定ガスに接するガス透過性の第1透過膜と、
容器に形成された第2開口を閉止し外気に接するガス透
過性の第2透過膜と、第1透過膜の電解液に接する内面
に被着され少なくとも一方のガスに反応する第1作用′
rltagと、第1透過膜の内面に被着され他方のガス
に反応する第2作用電極膜と、第2透過膜の電解液に接
する内面に被着された対電極膜と、を備えることにより
、第2に、前述のものに加えて、第1透過膜の外面に他
方のガスを除去する多孔性の除去膜を第1作用電極膜と
重なり合うよう被着することにより、解決することがで
きる。
まず、2mのガスが混入された測定ガスが第1透過腕に
達すると、この測定ガスは第1透過膜を透過する。そし
て、電解液に接する第1作用電極膜表面において少なく
とも一方のガスが酸化あるいは還元反応し、また、他方
のガスが電解液に接する第2作用電極膜の表面において
酸化あるいは還元反応をする。一方、対電極膜の電解液
に接する表面では第2透過膜を透過した外気が還元ある
いは酸化反応をする。これにより、第1作用電極膜、対
電極膜間には一方のガスの濃度に応じた出力あるいは一
方および他方のガスの濃度に応じた合計出力が現われ、
第2作用電極膜、対電極膜間には他方のガスの濃度に応
じた出力が現われる。そして、これらの出力を検出する
ことにより各ガスの濃度が測定される。前述したように
、この第1項に記載された発明は、従来の電気化学式ガ
スセンサの第1透過膜の内面に作用電極膜をさらに1つ
追加するだけでよいため、小型化できるとともに構造が
簡単となり、しかも安価に製作できる。さらに、各ガス
に反応する作用電極膜はほぼ同一位置く配置されている
ので周囲の温度条件等が同一になるとともに接触する電
解液も共通しているので、ファ゛クターを減少でき誤差
の原因が容易に究明できるようになる0以上は第1項の
発明の作用であるが、第2項の発明の場合には、他方の
ガスが除去膜内を通過する際除去されるので、第1作用
電極膜には一方のガスしか到達できない、このため、f
f51作用電Kvに両方のガスに対して反応する材質の
ものを使用しても、両ガスの濃度を個別に正確に測定す
ることができる。さらに、前記除去膜は多孔性の膜であ
るので、ガスが通過する際の圧力損失が小さく、この結
果、拡散型のガスセンサに適用でき、しかも、長期間使
用できる。
え菖j 以下、この発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
図面は、−酸化炭素ガスおよび硫化水素ガスの濃度をそ
れぞれ同時に測定する電気化学式ガスセンサを示してお
り、 1は硫酸、リン酸等の水溶液からなる電解液2が
収納された容器である。この容器1には第1開口3が形
成され、この第1開口3はテフロン等からなるガス透過
性の第1透過膜4により閉止されている。この第1透過
fi4は一酸化炭素ガスおよび硫化水素ガスが混入され
た測定ガスに接するとともに、これら−酸化炭素ガスお
よび硫化水素ガス等を透過させることができる。第1開
口 3に対向する位置の容器1には第2開口5が形成さ
れ、この第2開口5はテフロン等からなるガス透過性の
隔179Bおよびテフロン等からなり酸素ガスのみを透
過できる酸素透過y147により閉止されている。前述
した隔膜Bおよび酸素透過nλ7は全体として第2透過
膜8をS成し、この第2透過Haは外気に接している。
前記第1透過膜4の電解液2に接する内面の一部には多
孔性の第1作用電極膜11が被着されている。この第1
作用電極[11は白金、パラジウム、イリジウム等の白
金属の金属若しくはこれらの合金または前記金属の酸化
物等から構成され、この結果、前記−酸化炭素ガスおよ
び硫化水素ガスの双方に常温で触媒反応する。また、こ
の第1作用電極11ii11は厚膜印刷等により第1透
過W44の内面に被着されている。前記第1作用電極1
111に近接した第1.透過膜4の内面には第2作用電
極膜412が被着されている。この第2作用電極膜12
は金、銀またはこれらの酸化物から構成され、蒸着、ス
パッタ、イオンブレーティング等の方法により被着され
ている。
この結果、第2作用電極膜12は前記?杜のガスの内、
他方のガス、即ち硫化水素ガスに選択的に電極反応する
。なお、前記第1作用電極[11および第2作用電極膜
12は、まず第1透過I!!4の内面全面に第2作用電
極[12を被着した後、この第2作用電極膜12上の一
部に第1作用電極1fillを被着して構成するように
してもよい、この場合には、第1作用電極ll111は
第2作用電aifi12を介して第1透過膜4の内面に
被着していることになる。前記第1透過膜4の外面には
第1作用電極膜11と重なり合う多孔性の除去膜13が
被着されている。この除去ll113は白金・、パラジ
ウム、イリジウム等の金属またはこれらの金属の酸化物
あるいは活性炭、グラファイト等からなり、前記他方の
ガス、即ち硫化水素ガス、を吸着除去する。前記第2透
過膜8の電解液2に接する内面には多孔性の対電極膜1
4および参照電極[15が被着されている。21.22
.23は一端が第1作用電極111、対電極膜14、参
照電極膜15にそれぞれ接続されたリード線であり、こ
れらのリード線21.22.23の他端はポテンショス
タット24に接続され、第1作用電極17311に一定
の電位が与えられる。また、25.2B、27は一端が
第1作用電極膜12、対電a膜14、参照電極膜15に
それぞれ接続されたリード線であり、これらのリード線
25.2B、27の他端はポテンショスタット28に接
続され、第2作用電極膜12に一定の電位が与えられる
次に、この発明の一実施例の作用について説明する。
今、−酸化炭素ガスおよび硫化水素ガスが混入された測
定ガスが第1開口3に導びかれているとする。このとき
、測定ガス中の他方のガス、即ち硫化水素ガスは、除去
膜13内を通過する際、この除去膜13によって吸着除
去される。そして、この除去[13は第1作用電極膜1
1に重なり合っているので、第1作用電極膜11には一
方のガス、即ち一酸化炭素ガスのみが、f51透過膜4
を透過して到達する。この第1作用電極ll11に到達
した一酸化炭素ガスは、第1作用電極膜11と電解液2
との界面において酸化反応を起こす、一方、測定ガスは
第1透過膜4を透過して第2作用電極膜12に到達する
が、この第2作用電極膜12と電解液2との界面におい
ては、他方のガス、即ち硫化水素ガス、のみが選択的に
酸化反応される。一方、大気中の酸素ガスは第2透過膜
8を透過し、対電ai15Il4と電解液2との界面に
おいて還元反応を起こす、この結果、第1作用電gi膜
11と対電極W214との間には一酸化炭素ガスの濃度
に対応した電解電流が流れ、この電解電流を検出するこ
とにより一酸化炭素ガスの濃度が測定される。一方、第
2作用電極18i!12と対電、filllj14との
間には硫化水素ガスの濃度に対応した電解電流が流れ、
この電解電流を検出することにより硫化水素ガスの濃度
が測定される。ここで、参照電極115115の電位は
対電極膜14の静止電位を正確に表示し、測定するガス
の影響を受けない、このようにして、−酸化炭素ガスお
よび硫化水素ガスの濃度がそれぞれ個別にしかも同時に
測定される。
なお、前述の実施例においては、−酸化炭素ガスと硫化
水素ガスとの濃度測定をする場合について説明したが、
この発明においては、−酸化炭素ガスと酸化窒素ガス、
−酸化炭素ガスと酸化イオウガスなどの濃度測定をする
こともできる。また、前述した第1作用電極膜 11が
一方のガス、即ち一酸化炭素ガス、に選択的に反応する
場合には除去n!i!13はなくてもよい、また、前記
第1作用電極膜11が両方のガスに反応し、t52作用
電極膜12が他方のガスに選択的に反応する場合であっ
て、除去M413を省略した場合であっても、第1作用
電極膜11と対電極1)314との間に流れる一酸化炭
素ガスおよび硫化水素ガスの濃度を測定した合計電解電
流からマイクロコンピュータ等を用いて他方のガスによ
り生じた電解電流分をキャンセルすれば、それぞれのガ
スの濃度を同時測定することができる。また、除去11
1113が設けられていない場合であっても、第1作用
電極膜11に与える電位と第2作用電極115!12に
与える電位とを適切な値に個別に設定することにより、
第1作用電極77911に一方のガスを選択的に反応さ
せ、第2作用電極膜12に他方のガスを選択的に反応さ
せるようにすることもできる。また、前述の実施例にお
いては、2種のガスを同時に測定する場合について説明
したが、第1透過膜4に、内面側に被着された作用電極
膜および外面側に被着された除去膜からなる膜ユニット
を1ユニット以上付加し、各膜ユニットによって前記2
種のガス以外のガスを測定するようにすれば、多種類の
ガスの濃度を同時測定することができる。また、前述の
実施例においては、この発明を定電位電解方式のガスセ
ンサに適用した場合について説明したが、この発明はガ
ルバニ電池方式、ポーラログラフ方式、電量方式、溶液
型導度方式のガスセンサにも適用することができる。
及Uと九里 以上説明したように、この発明によれば、測定装置全体
が小型になるとともに構造が簡単となり、さらに安価に
製作できる。しかも、測定誤差が発生したときその原因
が何であるかを知ることが容易となる。
【図面の簡単な説明】
図面はこの発明の一実施例を示す概略断面図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)電解液が収納された容器と、容器に形成された第
    1開口を閉止し2種のガスが混入された測定ガスに接す
    るガス透過性の第1透過膜と、容器に形成された第2開
    口を閉止し外気に接するガス透過性の第2透過膜と、第
    1透過膜の電解液に接する内面に被着され少なくとも一
    方のガスに反応する第1作用電極膜と、第1透過膜の内
    面に被着され他方のガスに反応する第2作用電極膜と、
    第2透過膜の電解液に接する内面に被着された対電極膜
    と、を備え、各ガスの濃度に応じて第1作用電極膜、対
    電極膜間および第2作用電極膜、対電極膜間に生じる出
    力を検出することによりガス濃度を同時測定するように
    したことを特徴とする電気化学式ガスセンサ。
  2. (2)電解液が収納された容器と、容器に形成された第
    1開口を閉止し2種のガスが混入された測定ガスに接す
    るガス透過性の第1透過膜と、容器に形成された第2開
    口を閉止し外気に接するガス透過性の第2透過膜と、第
    1透過膜の電解液に接する内面に被着され少なくとも一
    方のガスに反応する第1作用電極膜と、第1透過膜の内
    面に被着され他方のガスに反応する第2作用電極膜と、
    第1透過膜の外面に第1作用電極膜と重なり合うよう被
    着され他方のガスを除去する多孔性の除去膜と、第2透
    過膜の電解液に接する内面に被着された対電極膜と、を
    備え、各ガスの濃度に応じて第1作用電極膜、対電極膜
    間および第2作用電極膜、対電極膜間に生じる出力を検
    出することによりガス濃度を同時測定するようにしたこ
    とを特徴とする電気化学式ガスセンサ。
JP59182209A 1984-08-31 1984-08-31 電気化学式ガスセンサ Granted JPS6159253A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012529056A (ja) * 2009-06-05 2012-11-15 アリゾナ・ボード・オブ・リージェンツ・アクティング・フォー・アンド・オン・ビハーフ・オブ・アリゾナ・ステイト・ユニバーシティ 気体試料中の酸化窒素用の集積型光電気化学センサ
JP2013509589A (ja) * 2009-10-30 2013-03-14 マイン セイフティ アプライアンセス カンパニー 拡散バリアを備える電極を含む電気化学センサ

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012529056A (ja) * 2009-06-05 2012-11-15 アリゾナ・ボード・オブ・リージェンツ・アクティング・フォー・アンド・オン・ビハーフ・オブ・アリゾナ・ステイト・ユニバーシティ 気体試料中の酸化窒素用の集積型光電気化学センサ
JP2013509589A (ja) * 2009-10-30 2013-03-14 マイン セイフティ アプライアンセス カンパニー 拡散バリアを備える電極を含む電気化学センサ

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